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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明公开一种基于同轴吹气空间激光加工发动机叶片冷却异形孔的方法，属于激光应用领域，针对发动机叶片异形孔特征设计优化激光空间光场，结合气体辅助实现目标异形孔的叩击式一体成型，实现发动机叶片异形孔高质高效加工。基于发动机叶片常使用带热障涂层的高温合金表层和内部材料组分性质迥异这一特点，将高斯光场整形成不同形状及能量分布的三维空间光，调控空间整形光场最低能量密度大于各组分加工阈值，调控空间整形光场形状与目标异形孔一致，并采用机器学习对空间整形光场进行优化，得到最佳光刀，结合空间相位变换，实现一种孔型光刀到另一种孔型光刀的快速切换，以提升同批次不同形状异形孔大规模阵列的加工效率。

主权项：1.一种基于同轴吹气空间激光加工发动机叶片冷却异形孔的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：根据发动机冷却异形孔的横截面形状和纵向深度梯度要求，确定多个初步的三维空间光场形状及能量分布，得到对应的光场相位图；步骤二：根据发动机叶片所使用的具有热障涂层的高温合金材料组分的阈值差异，计算出不同材料组分的加工阈值Fth1和Fth2，调控空间整形光场最低能量密度Fmin大于不同材料组分的加工阈值Fth1和Fth2；步骤三：根据发动机叶片材料的导热性差异，测量不同温度和压强的气体下相同激光脉冲个数烧蚀单一材料的去除体积，选取不同组分材料去除体积差异最小的气体温度和压强，在加工过程中清理材料碎屑且降低不同组分材料去除差异性；步骤四：利用同轴吹气辅助激光加工实验系统，利用初步设计的多个光场相位图进行加工，得到异形孔加工结果；所述同轴吹气辅助激光加工实验系统包括激光器、反射镜、光阑、机械开关、衰减片、空间光调制器、透镜一、透镜二、二向色镜、聚焦物镜、同轴喷气装置、气瓶、待加工样品、精密电控平移台、白光照明光源、分束镜、CCD成像单元、计算机；其中，激光器发出的激光需依次通过反射镜、光阑、机械开关、衰减片到达空间光调制器对光场进行相位调制，透镜一、透镜二组成4F系统，所述4F系统对整形光束进行搬运，搬运后的空间光经由二色向镜反射，通过聚焦物镜聚焦，使激光穿过同轴喷气装置，到达位于精密电控平移台的待加工样品表面，白光照明光源用于发出白光，并经由分束镜、二向色镜和聚焦物镜照射到待加工样品表面，反射后再经过聚焦物镜、二向色镜、分束镜到达CCD动态成像单元对加工过程实现实时成像；所述计算机连接激光器、机械开关、空间光调制器、电控平移台以及CCD成像单元，用于完成相位图的载入、扫描路径的移动，实时监控样品加工表面；步骤五：使用所述异形孔加工结果与对应的相位图进行机器学习，使得对于一个新的相位图能模拟仿真出加工结果；对于仿真得到的加工结果，使用神经网络算法，以与理想异形孔的形状的相似度作为判据，若与理想异形孔的形状的相似度未能达到预设阈值，则修改能量分布比例和梯度，进行迭代，直至输出满足判据的相位图；在所述步骤五中，为提高空间光场加工的准确性，使用机器学习方法对输入的光场分布数据和对应的加工结果数据进行训练，将所述光场分布数据和所述加工结果数据进行混合和等比例的划分，得到训练集和测试集；基于所述训练集，利用神经网络算法进行机器学习，求解光场分布与加工结果之间的变换函数并进行测试和修正，得到利用光场分布对加工结果进行模拟的方法；步骤六：针对不同形状的异形孔，重复步骤一到步骤五，生成光刀相位图并进行储存，加工不同形状的异形孔时调用与异形孔形状对应的光刀相位图，完成异形孔的加工；在所述步骤六中，基于光场分布对加工结果进行模拟的方法，将光场分布和加工结果在机器学习算法中的地位进行交换，求解得到利用理想加工结果反推计算出相应光场分布的方法，根据理想的不同异形孔形状，计算出最佳光场分布，并由光场分布计算得到相位全息图，作为光刀数据进行储存。

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