CN107675174B - 一种用于增材制造的三维柔性高功率激光熔覆系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于增材制造的三维柔性高功率激光熔覆系统，包括激光熔覆头、误差补偿性分粉器、工业机器人、送气泵、激光控制柜、激光器、送粉机和工作平台，系统结构高度集成、结构紧凑，占用厂房中的工作面积较小；三路送粉熔覆头的粉末汇聚性良好，极大的提高了粉末利用率；粉末通过误差补偿性分粉器，将粉末分成误差可控的三路，实现激光熔覆送粉的均匀可控。
Description
技术领域：
本发明涉及激光加工技术领域，特别涉及一种用于增材制造的三维柔性高功率激光熔覆系统。
背景技术：
随着激光技术发展及先进制造领域在智能化、自动化和信息化技术方面的不断进步，促进了激光技术与机器人技术的结合，特别是汽车产业的发展需求，带动了激光加工机器人产业的形成和发展。随着激光直接制造和再制造技术的发展，面对航空航天、冶金、汽车等行业快速成形和快速制造的需求，对机器人激光熔覆系统提出了大量的需求，同时，我国是世界上最大的发展中国家，拥有千万套国产大型贵重装备和进口高精尖的昂贵设备，各种贵重零部件的磨损与修复等需求，由于激光熔覆成形金属零件可接近或达到锻件性能，可以成倍提高寿命或赋予其特殊功能，并且成本较低，对现场快速修复提出了极大的市场需求。
本技术方案是高功率激光与智能机器人高度柔性加工系统高度集成，通过一款精密激光熔覆头、分粉器等安装到机器人上，实现自由成形大尺寸三维实体再制造加工，在高功率激光熔覆加工中，熔覆效率高、熔覆质量优良；并且其结构灵活、粉末汇聚性好，极大的提高了粉末利用率，可广泛应用到金属零件修复、3D打印及增材再制造加工等很多领域。
发明内容：
本发明的目的就在于为了解决上述问题，而提供一种用于增材制造的三维柔性高功率激光熔覆系统。
为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：一种用于增材制造的三维柔性高功率激光熔覆系统，包括激光熔覆头、误差补偿性分粉器、工业机器人、送气泵、激光控制柜、激光器、送粉机和工作平台；所述激光熔覆头固定连接在工业机器人上；所述误差补偿性分粉器通过软管与激光熔覆头的入粉端相连通；所述误差补偿性分粉器连接在工业机器人上，所述误差补偿性分粉器与水平面相互垂直；所述工作平台位于激光熔覆头的正下方；所述工作平台的右侧还分别设有送气泵、激光控制柜、激光器和送粉机；所述激光控制柜的输出端与激光器的输入端通过线缆相连接；所述激光器的输出端通过光纤与激光熔覆头的输入端相连接；所述送气泵输出端分别与激光熔覆头和误差补偿性分粉器的进气端相连通；所述送粉机通过软管与误差补偿性分粉器相连通在一起；所述激光熔覆头的具体结构为：包括光纤接头组件、身体及准直聚焦及保护镜模块、调焦组件和熔覆头组件；所述光纤接头组件下方设有一个身体及准直聚焦及保护镜模块；所述身体及准直聚焦及保护镜模块下方设有一个调焦组件；所述调焦组件下方设有一个熔覆头组件；所述误差补偿性分粉器的具体结构为：包括送粉接头、分粉器身体组件、分粉接头、送粉软管和二合一接头；所述送粉接头下方固定连通有一个分粉器身体组件；所述分粉器身体组件下方固定连通有数个分粉接头、送粉软管和二合一接头。
作为优选，所述分粉接头为6个，所述送粉软管为6个，所述二合一接头为3个。
作为优选，还包括水冷接头和保护气接头，所述水冷接头和保护气接头均固定连通在熔覆头组件上。
本发明的有益效果：
1、系统结构高度集成、结构紧凑，占用厂房中的工作面积较小。
2、三路送粉熔覆头的粉末汇聚性良好，极大的提高了粉末利用率。
3、粉末通过误差补偿性分粉器，将粉末分成误差可控的三路，实现激光熔覆送粉的均匀可控。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明系统方案图。
图2为本发明三束送粉熔覆头图。
图3为本发明误差补偿性分粉器图。
具体实施方式：
如图1至图3所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种用于增材制造的三维柔性高功率激光熔覆系统，包括激光熔覆头1、误差补偿性分粉器2、工业机器人3、送气泵4、激光控制柜5、激光器6、送粉机7和工作平台8；所述激光熔覆头1固定连接在工业机器人3上；所述误差补偿性分粉器2通过软管与激光熔覆头1的入粉端相连通；所述误差补偿性分粉器2连接在工业机器人3上，所述误差补偿性分粉器2与水平面相互垂直；所述工作平台8位于激光熔覆头1的正下方；所述工作平台8的右侧还分别设有送气泵4、激光控制柜5、激光器6和送粉机7；所述激光控制柜5的输出端与激光器6的输入端通过线缆相连接；所述激光器6的输出端通过光纤与激光熔覆头1的输入端相连接；所述送气泵4输出端分别与激光熔覆头1和误差补偿性分粉器2的进气端相连通；所述送粉机7通过软管与误差补偿性分粉器2相连通在一起；所述激光熔覆头1的具体结构为：包括光纤接头组件101、身体及准直聚焦及保护镜模块102、调焦组件103和熔覆头组件104；所述光纤接头组件101下方设有一个身体及准直聚焦及保护镜模块102；所述身体及准直聚焦及保护镜模块102下方设有一个调焦组件103；所述调焦组件103下方设有一个熔覆头组件104；所述误差补偿性分粉器2的具体结构为：包括送粉接头201、分粉器身体组件202、分粉接头203、送粉软管204和二合一接头205；所述送粉接头201下方固定连通有一个分粉器身体组件202；所述分粉器身体组件202下方固定连通有数个分粉接头203、送粉软管204和二合一接头205。
其中，所述分粉接头203为6个，所述送粉软管204为6个，所述二合一接头205为3个；还包括水冷接头1041和保护气接头1042，所述水冷接头1041和保护气接头1042均固定连通在熔覆头组件104上。
本发明的使用状态为：激光熔覆头1是一种专门用于增材制造的激光加工工具，激光熔覆头1内置设有身体及准直聚焦及保护镜模块102，激光熔覆头1内设置水冷及同轴保护气机构，选用三路送粉的送粉结构，实现粉末汇聚性良好，加工工艺优良；误差补偿性分粉器2是一种将粉末均匀分离的装置，此装置通过设置二合一的方式实现粉末误差范围内均匀化；工业机器人3用于实现激光头的三维加工；送气泵4用于激光头保护气及送粉机载粉气流等；激光控制柜5用于控制激光；激光器6是一种高功率的激光器，激光器放置在地面；送粉机7是一种同步送粉装置，包括粉末存储容器和设于粉末存储容器上方的一个用于输送不同粉末的出粉管，实现粉末续性、均匀性、稳定性和可控的送出；工作平台8用于待加工零件的安装定位。
本发明中，激光熔覆头1包括：光纤接头组件101、身体及准直聚焦及保护镜模块102、调焦组件103及熔覆头组件104，熔覆头内设置三路送粉孔，熔覆头通过卡套式接头连接铜管，铜管通过接头连接从分粉器输送出来的三路粉末，最终三路粉末通过熔覆头送粉孔的传输收敛，在出粉口一定距离内形成汇聚，为保证收敛需求，送粉孔的长度要大于20mm，整个熔覆头设置了同轴保护气，保护气体通过104-3通入，保护气的作用是用来防止反渣返溅到保护镜上，同时，熔覆头还设置了水冷结构，水冷接头通过104-2连接到熔覆头上，在熔覆头形成循环冷却。
本发明中，误差补偿性分粉器2包括：一个送粉接头201、分粉器身体组件202、六个分粉接头203、六根送粉软管204、三个二合一接头205，送粉机通过软管将粉末从送粉接头201送入，粉末进入分粉器身体组件202，在分粉器身体中，粉末由于载粉气流、粉末自身重量等原因，粉末在身体内部是紊乱的，通过六个孔分出的粉末流量是不均匀的，因此选择用两两组合的方式来抵消粉末输出不均匀造成的误差，其中，六根软管204连接六个分粉接头203，通过测量每根软管10分钟内的出粉重量，按照两两组合的方式，将出粉量多的管与出粉量少的管匹配，出粉量中的与出粉量中的管匹配，用二合一接头205将六路粉末合成三路均匀的粉末，实现粉末均匀的从三路分出，并且通过软管将这三路粉末输送到熔覆头上。
本发明中，误差补偿性分粉器2安装到机器人上，并且误差补偿性分粉器2始终保持竖直放置，不随机器人的运动而转角度。
本发明中，在系统实施熔覆的过程中，机器人编程后，带动激光熔覆头1在工件待熔覆、修补处运动，激光头运动加工角度最优控制在90°以内，具体根据工艺要求而定优化。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种用于增材制造的三维柔性高功率激光熔覆系统，其特征在于：包括激光熔覆头(1)、误差补偿性分粉器(2)、工业机器人(3)、送气泵(4)、激光控制柜(5)、激光器(6)、送粉机(7)和工作平台(8)；
所述激光熔覆头(1)固定连接在工业机器人(3)上；
所述误差补偿性分粉器(2)通过软管与激光熔覆头(1)的入粉端相连通；
所述误差补偿性分粉器(2)连接在工业机器人(3)上，所述误差补偿性分粉器(2)与水平面相互垂直；
所述工作平台(8)位于激光熔覆头(1)的正下方；
所述工作平台(8)的右侧还分别设有送气泵(4)、激光控制柜(5)、激光器(6)和送粉机(7)；
所述激光控制柜(5)的输出端与激光器(6)的输入端通过线缆相连接；
所述激光器(6)的输出端通过光纤与激光熔覆头(1)的输入端相连接；
所述送气泵(4)输出端分别与激光熔覆头(1)和误差补偿性分粉器(2)的进气端相连通；
所述送粉机(7)通过软管与误差补偿性分粉器(2)相连通在一起；
所述激光熔覆头(1)的具体结构为：包括光纤接头组件(101)、身体及准直聚焦及保护镜模块(102)、调焦组件(103)和熔覆头组件(104)；所述光纤接头组件(101)下方设有一个身体及准直聚焦及保护镜模块(102)；所述身体及准直聚焦及保护镜模块(102)下方设有一个调焦组件(103)；所述调焦组件(103)下方设有一个熔覆头组件(104)；
所述误差补偿性分粉器(2)的具体结构为：包括送粉接头(201)、分粉器身体组件(202)、分粉接头(203)、送粉软管(204)和二合一接头(205)；所述送粉接头(201)下方固定连通有一个分粉器身体组件(202)；所述分粉器身体组件(202)下方固定连通有数个分粉接头(203)、送粉软管(204)和二合一接头(205)。
2.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的三维柔性高功率激光熔覆系统，其特征在于：所述分粉接头(203)为6个，所述送粉软管(204)为6个，所述二合一接头(205)为3个。
3.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的三维柔性高功率激光熔覆系统，其特征在于：还包括水冷接头(1041)和保护气接头(1042)，所述水冷接头(1041)和保护气接头(1042)均固定连通在熔覆头组件(104)上。
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