CN102126104A - 移动式半导体激光模具修复系统 - Google Patents

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Inventor
刘继常
钟志华
范滇元
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Hunan University
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Hunan University
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Abstract

一种高效率、柔性化的形状复杂模具激光修复系统，该系统由高功率半导体激光器、6轴全关节型工业机器人和光纤导光系统等集成。本发明采用体积、重量小的半导体激光器和非固定安装的工业机器人，可以方便实现整个系统的移动，实现模具的现场修复。本发明提出了半导体激光器、工业机器人和激光工作头等之间的集成方法：半导体激光通过柔性好、灵活方便的光纤导光系统进行传输，到达抓持在工业机器人手腕中的激光工作头，经过准直、聚焦后照射受损部位，同时加热粉末和工件表层材料，在程序控制下对修复部位进行逐层熔覆，实现受损部位的修复。本发明可以实现对大型、超大型，不便搬运的模具或零部件的现场加工处理，特别适合于多品种、多批量的柔性生产。

Description

移动式半导体激光模具修复系统
技术领域
本发明涉及一种对受损零件进行修复、维护的装备，具体地说，是涉及一种用于现场修复大型模具的装备。
背景技术
目前可采用的修复技术有电镀、电弧或火焰堆焊、热喷涂(火焰、等离子)等。电镀层一般很薄，不超过0.03mm，而且与基体结合差，形状损坏部位难于修复；在堆焊、热喷涂或喷焊时，热量注人大，能量不集中，模具热影响区大，易畸变甚至开裂，喷涂层稀释率大，降低了基体和材料的性能，修复部位与零件的基体的结合很难达到原来零件的要求。相比现有的修复技术，激光修复技术具有生产效率高，成本低，加工表面光洁，基本上无污染、无噪声，易于实现计算机自动控制等优点。激光修复技术热影响区小，修复层与基体之间为冶金结合，因此解决了修复部位与零件基体结合不紧密的难题，结合部位达到了锻件的要求，满足了零件的组织性能要求；但是现有的激光修复系统还存在一些问题：系统体积庞大，运动不灵活，处理速度不高，对复杂型面的处理能力较低；目前主要采用的CO2激光器和YAG固体激光器的能量利用率都不高；
当前，对于大型零件(如水利发电机的叶片、大型的模具等)的修复大都采取停工拆卸的方式，将零件搬运到加工场进行修复加工，装卸困难，搬运工作费时费力，修复时间长，严重影响了工厂的生产，给工厂造成极大的财产损失。
发明内容
为了免除零件的费时费力的装卸及搬运工作以及提高零件的修复质量，本发明提供了一种移动式激光修复装备，该装备不仅可以对零件进行现场修复，免除装卸搬运的工作风险，缩短修复时间，而且解决了修复部位与零件基体结合不紧的难题。
本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：针对当前激光修复装置体积庞大，不便于移动的缺点，本专利发明了移动式半导体激光模具表面修复系统，其特征是由光纤耦合传输的高功率半导体激光器、6轴全关节型机器人和同轴粉末喷嘴等集成。半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于其输出的波长相比与CO2激光器和固体激光器都小，因而使其与金属的耦合效率高，有效的激光功率高，加工性能好，而且其结构紧凑，体积小，重量轻，使用简单可靠，维修要求较低，并且可以与光纤耦合，光纤传输系统体积小，结构简单，柔性好，灵活方便，可以加工常规系统不容易加工的部位，实现零件的现场修复；针对受损零件所处环境的复杂性，本专利采用多自由度的工业加工机器人。激光加工机器人是激光器与工业机器人相结合的产物，其体积小、可编程、灵活方便，自由度大，可以很大范围内伸向所需修复的任意部位，在狭小的空间中完成对复杂结构的零部件的激光修复。同轴喷嘴无方向性，可以在程序控制下对大型模具复杂型面进行修复。
本专利还提出了半导体激光器、加工机器人和同轴粉末喷嘴等之间的集成方法。半导体激光通过光纤导入到被抓持在机器人手腕上熔覆工作头中，经过准直和聚焦后穿过同轴粉末喷嘴，照射工件表面，同时加热粉末和工件表层材料，在程序控制下进行扫描运动，实现工件表面修复。
本发明的有益效果是：免除装卸搬运零件费时费力的工作，实现了大型模具的现场修复，缩短修复时间，而且提高了修复质量，满足了零件的组织性能要求。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图为本发明的系统原理图。
图中，1工业机器人，2送粉器，3工件，4工作头，5光纤，6半导体激光器，7激光控制器，8计算机，9机器人控制器，10送粉控制器。
具体实施方式
结合附图，具体实施过程如下：
1)在激光修复开始前，首先对工件3受损部位进行预处理，扫描提取受损部位的三维实体模型；
2)通过分层软件对CAD模型进行分层，得到STL文件；
3)向系统中输入材料热物理参数、环境参数及其他与工艺参数设计有关的数据，再根据STL文件，生成每层的加工路径、CNC代码；
4)计算机8向送粉控制器10输送送粉指令来控制送粉器2的开启及其送粉率；向激光控制器7输送功率指令来控制半导体激光器6开启及其功率输出；向机器人控制器9输送速度指令来控制工业机器人1的扫面路径及其扫描速度。
5)逐层修复，使零件恢复至原始尺寸或者接近原始尺寸。

Claims (3)

1.一套移动式半导体激光修复装备，实现形状复杂、移动不便的大型模具的现场激光修复处理，其特征是：由光纤耦合传输的高功率半导体激光器、6轴全关节型机器人和同轴粉末喷嘴等集成。
2.根据权利要求1所述移动式半导体激光模具修复系统，其特征是：采用体积、重量小的半导体激光器和非固定安装的工业机器人，可以方便实现整个系统的移动，实现工作现场模具激光修复。
3.根据权利要求1所述移动式半导体激光修复系统，其特征是：半导体激光通过光纤导入到被抓持在机器人手腕上熔覆工作头中，经过准直和聚焦后穿过同轴粉末喷嘴，照射工件表面，同时加热粉末和工件表层材料，在程序控制下进行扫描运动，实现工件表面修复。
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PB01 Publication
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