CN103436881B

CN103436881B - 一种多自由度送粉装置

Info

Publication number: CN103436881B
Application number: CN201310360740.1A
Authority: CN
Inventors: 张健; 张庆茂; 谭小军; 郭亮; 刘颂豪
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2033-08-16
Also published as: CN103436881A

Abstract

本发明提供一种多自由度送粉装置，该送粉装置包括盛粉漏斗，设置于盛粉漏斗下端的送粉轴、与送粉轴适配的转轴，设置于转轴两端的轴承，通过联轴器与转轴连接的电机；联轴器的外部设置有小壳体，轴承的外部设置有大壳体；大壳体下端设置有漏斗，与漏斗连接的导粉管，与导粉管连接的送粉管，导粉管与送粉管之间设置有紧固环；送粉管的端部设置有送粉嘴；紧固环上设置有万向节，与万向节连接的激光输出端。本发明解决了现有装置使用不方便，精度不高等技术问题。本发明具有可移植性和适应性强，精确性好、粉末和激光的利用率高等优点。

Description

一种多自由度送粉装置

技术领域

本发明属于激光熔覆中的送粉技术领域，具体涉及一种多自由度送粉装置。

背景技术

目前工业应用中，大多数送粉器是气动送粉，即依靠喷出压力气体来携带粉末至激光输出端。此种送粉原理带来两个问题，一是对粉末输送速度精确控制问题，首先是气体流量的控制由于技术限制很难做到连续可调，这直接影响到了粉末输送速度的连续可调性，另外气动送粉受很多内在外在因素的影响，气体流量与粉末输送速度不存在稳定精确的对应关系，这也影响到了粉末输送速度的准确性；二是粉末易被气体吹散，这导致粉末刚出送粉嘴时积聚性差，这不仅影响激光熔覆质量，也造成了大量粉末浪费。

另外，目前工业应用中，大多数送粉装置将送粉嘴安装在激光输出端装置里，第一，这导致了送粉装置不能或很难移植于其它激光输出端用于激光熔覆。第二，将送粉嘴安装激光输出端装置里的这种设计使得所送出粉末角度和空间位置被固定死，不能灵活的配合激光输出端输出的各种参数激光来进行加工，这是此类送粉装置设计送粉自由度的局限性。第三，将送粉嘴安装激光输出端装置里的这种设计容易因熔滴的溅射造成送粉嘴被堵塞，影响加工进度和效果。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种多自由度送粉装置。所述送粉装置包括盛粉漏斗，设置于盛粉漏斗下端的送粉轴，与送粉轴适配的转轴，设置于转轴两端的轴承，通过联轴器与转轴连接的电机；所述联轴器的外部设置有小壳体，所述轴承的外部设置有大壳体；所述大壳体下端设置有漏斗，与漏斗连接的导粉管，与导粉管连接的送粉管，所述导粉管与送粉管之间设置有紧固环；所述送粉管的端部设置有送粉嘴；所述紧固环上设置有万向节，与万向节连接的激光输出端。

优选地，上述万向节由横旋转杆，与横旋转杆活动连接的竖旋转杆组成。

优选地，上述横旋转杆的一端与紧固环活动连接。

优选地，上述竖旋转杆另一端与激光器输出端连接。

优选地，上述旋转杆的一端与紧固环活动连接。

优选地，上述送粉嘴通过紧固环固定在横旋转杆上。

优选地，上述电机为伺服电机。

优选地，上述送粉轴、联轴器和送粉管所用材料为铜。

优选地，上述送粉嘴与送粉管为螺纹连接。

优选地，上述导粉管为塑胶导粉管。

本发明相较现有技术的优点在于：

1、本发明通过对送粉器的简约性、送粉角度的可调性、上下位置、左右位置的可控性的改进，可以很方便、灵活的移植于各类工业激光器的输出端来激光熔覆。

2、可以简单的通过对伺服电机的转速的控制来实现对送粉量的调节，能有效的使加工效果达到最优，该装置实现了送粉装置可移植于各类工业激光器输出端，并且满足多个自由度可调的熔覆需求。

3、精确性好、粉末和激光的利用率高，利用重力送粉原理，工业计算机程序控制电机转速，保证了粉末输送速度的连续可调性和精确性，并且所送出粉末积聚性好，保证了熔覆质量和提高了粉末和激光的利用率。

4、可移植性和适应性强，可移植到别的激光器来完成激光熔覆，包括不同类型的激光器（光纤激光器、二氧化碳激光器、YAG激光器等）之间的移植，另外可更换的送粉铜管和送粉嘴使得装置可以满足不同颗粒大小的粉末需求。

5、灵活性好并且可以保证不堵塞送粉管，万向节对送粉嘴的空间位置和送粉角度的灵活控制在满足了配合激光的要求外，也可以保证送粉管不会因熔滴的反向溅射而堵塞。

6、整个装置简便且操作容易。

附图说明

图1是本发明的装置图。

图2是盛粉漏斗、轴承、转轴、联轴器、伺服电机的连接图。

图3是激光输出端、送粉铜管、送粉嘴和固定环的装配图。

图4是万向节与送粉嘴、送粉铜管的连接图。

图中：

盛粉漏斗1；送粉轴2；转轴3；联轴器4；电机5；轴承6；漏斗7；导粉管8；万向节9，横旋转杆901，竖旋转杆902；送粉管10；紧固环11；送粉嘴12；大壳体13；小壳体14；激光器输出端15。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

为了克服现有激光器熔覆送粉装置的不足，即采用合适的送粉原理和良好的控制装置，采用的是重力送粉原理并在结合机械原理技术及工业计算机程序控制技术优点的基础上，本实施例提供了一种多自由度送粉装置，该装置可移植于各类工业激光器输出端。

如图1-图2所示，本发明提供的多自由度送粉装置包括盛粉漏斗1，设置于盛粉漏斗1下端的送粉轴2、与送粉轴2适配的转轴3，设置于转轴3两端的轴承6，通过联轴器4与转轴3连接的电机5，该电机5为伺服电机。联轴器4的外部设置有小壳体14，所述轴承6的外部设置有大壳体13；大壳体13下端设置有漏斗7，与漏斗7连接的导粉管8，与导粉管8连接的送粉管10，导粉管8与送粉管10之间设置有紧固环11；送粉管10的端部设置有送粉嘴12；紧固环11上设置有万向节9，与万向节9连接的激光输出端15。大壳体13上设有固定用的孔可以通过螺钉固定在竖直工作平面上，这样就保证了本装置工作的稳定可靠性。其中，万向节9由横旋转杆901，与横旋转杆901活动连接的竖旋转杆902组成。横旋转杆901的一端与紧固环11活动连接。竖旋转杆902另一端与激光器输出端15连接。横旋转杆901的一端与紧固环11活动连接。送粉嘴10通过紧固环11固定在横旋转杆901上。送粉轴2、联轴器4和送粉管10所用材料为铜。送粉嘴12与送粉管10为螺纹连接。导粉管8为塑胶导粉管。通过在激光熔覆加工中放置本装置、并配合激光器，通过实时精确控制，达到良好的熔覆加工效率效果。由图2不难看出，转轴3通过与送粉轴2的配合达到对送粉速度的调节作用，即转轴3转速越快，送粉轴2送粉越快。转轴3又是通过联轴器连接到了伺服电机5上面，伺服电机5通过工业计算机程序控制其转速，这样在工作过程中可以通过工业计算机程序对转轴3转速进行实时精确有效控制以达到对送粉速度的实时精确有效控制。

参见图3-图4所示，万向节9固定在工业激光器输出端15上与送粉嘴10、送粉管8共同处于激光输出端一侧，工作时能良好的配合激光进行加工。万向节9由横旋转杆901，与横旋转杆901活动连接的竖旋转杆902组成，具体是有一个球状旋转节点和二个柱状旋转节点组成，球状旋转节点保证了万向节的三维空间活动能力，可简易灵活的把送粉铜管与激光焦点调节在同一个平面上，中间柱状节点主要用于改变送粉管的在平面上的位置，使送粉嘴末端与焦点保持适当的距离，靠近送粉管的柱状节点主要用于调节送粉管的送粉角度，两个节点上均设有紧固和调节的旋转螺钉。万向节9固定在工业激光器输出端15上，送粉嘴10通过紧固环固定在万向节末端，这就达到了对导粉管送粉角度位置实行有效控制的目的。

本实施例中涉及的转轴通过轴承固定在壳体一上能自由旋转，并通过联轴器连接在电机轴上，电机轴带动送粉轴转动，可通过工业计算机程序调节其转速；送粉铜管连接在塑胶导粉管末端并且通过紧固环固定在万向节上；紧固环用于紧固铜管也可根据实际情况松动以更换送粉铜管；万向节具备空间灵活活动能力，可简易灵活的对送粉铜管位置角度进行调节。本实施例中涉及的送粉轴、联轴器和送粉铜管是铜制，送粉嘴为耐高温材料制成。

本发明的工作原理如下：

工业激光器所输出激光的一定直径光斑位置是送粉要到达的理想位置，根据实际加工材料的变化，激光器的输出频率可能会变化，这样激光的光斑直径及位置在空间也随之变化。这就需要设计同步送粉装置时能够适应各种激光输出。本发明提供的多自由度送粉装置满足了这种需求，该装置可以通过旋转万向节各节点以调整送粉管的角度及位置，使送粉嘴所送出粉末在工业激光器输出激光的一定直径光斑位置，同时还能保证送粉嘴不堵塞，满足加工需要，提高了粉末和激光的利用率。

另外本发明采用的是重力送粉，保证了粉末的积聚性，另外驱动转轴转动的伺服电机是连接在工业计算机上的，这样通过工业计算机程序可以精确的控制电机转速进而精确调节转轴转速，达到精确控制送粉速度的目的。另外，本发明中盛粉漏斗大小可根据实际加工量及粉末要求进行有效改装，调节送粉角度和位置的方式也不止万向节这一种。这样的变换均落在本发明的保护范围之内。

以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种多自由度送粉装置，所述送粉装置包括盛粉漏斗，设置于盛粉漏斗下端的送粉轴、与送粉轴适配的转轴，设置于转轴两端的轴承，通过联轴器与转轴连接的电机；所述联轴器的外部设置有小壳体，所述轴承的外部设置有大壳体；所述大壳体下端设置有漏斗，与漏斗连接的导粉管，与导粉管连接的送粉管，所述导粉管与送粉管之间设置有紧固环；所述送粉管的端部设置有送粉嘴；所述紧固环上设置有万向节，与万向节连接的激光输出端；

所述万向节由横旋转杆，与横旋转杆活动连接的竖旋转杆组成；

所述横旋转杆的一端与紧固环活动连接；所述竖旋转杆另一端与激光器输出端连接；所述送粉嘴通过紧固环固定在横旋转杆上；所述送粉嘴与送粉管为螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度送粉装置，其特征在于：所述电机为伺服电机。

3.根据权利要求2所述的一种多自由度送粉装置，其特征在于：所述送粉轴、联轴器和送粉管所用材料为铜。

4.根据权利要求1所述的一种多自由度送粉装置，其特征在于：所述导粉管为塑胶导粉管。