CN110029345B - 一种光内送粉激光熔覆装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光内送粉激光熔覆装置，属于激光加工领域。该光内送粉激光熔覆装置包括激光头组件，激光头组件包括支撑座和喷嘴，支撑座上设有分光镜和两个反射聚焦镜以及用于固定和调节每个反射聚焦镜倾角的微调装置，分光镜接收入射光束并将入射光束反射形成反射光束，两个反射聚焦镜分别接收反射光束并分别将反射光束转化为两道焦点不同的聚焦光束。本发明涉及的光内送粉激光熔覆装置，通过反射聚焦镜来分别接收反射光束并将反射光束转化为两道焦点不同的聚焦光束，分别用于对基体的表面处理和激光熔覆，通过微调装置对反射聚焦镜倾角无极调节，实现载具前进、后退、清理和修复过程中光斑的快速定位，提高加工效率。

Description

一种光内送粉激光熔覆装置

技术领域

本发明涉及一种光内送粉激光熔覆装置，属于激光加工领域。

背景技术

我国铁路运营高速化、重载化，钢轨损伤日益严重，传统的磨损钢轨表面修复过程中存在工作效率低、资源浪费大、工作环境恶劣、焊补层冲击韧性不够、修复质量不易保证等问题。而激光在线修复技术可以很好的弥补以上问题，不仅能降低成本、缩短工期、提升效率，而且在修复质量上传统工艺也难以望其项背。

激光修复是一个清理+修复的过程，在对基体进行加工之前，需要对基体的表面进行处理，以保证激光熔覆的加工质量，目前的激光熔覆设备只能单一的实现某种功能，基体表面的处理需要用到其他设备，在加工时往往需要对基材进行多次定位，影响加工效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对产品同时进行除锈和修复，并且在载具切换修复位置、改变运动方向时，通过反射聚焦镜组件上的微调装置，对反射聚焦镜倾角无极调节，将聚焦光斑快速自动的定位到待修复位置。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光内送粉激光熔覆装置包括激光头组件，所述激光头组件包括支撑座和位于所述支撑座下方的喷嘴，所述支撑座上设有分光镜、两个反射聚焦镜以及用于固定和调节每个所述反射聚焦镜位置的微调装置，所述分光镜接收入射光束并将所述入射光束反射形成反射光束，两个所述反射聚焦镜分别接收反射光束并将所述反射光束转化为两道焦点不同的聚焦光束，所述反射聚焦镜包括将反射光束转化成聚焦光束的聚焦面以及分别与所述聚焦面连接的左侧面和右侧面。所述支撑座上设置有与所述粉末室连通的送粉入口，所述光内送粉激光熔覆装置还包括连接在所述激光头组件上的激光头安装板和连接在所述激光头安装板上的载具，所述微调装置包括架体和设置在所述架体上的第一转轴，所述第一转轴连接所述左侧面与架体、连接所述右侧面与架体，所述反射聚焦镜以所述第一转轴为轴心相对所述架体转动，所述微调装置还包括推动所述反射聚焦镜转动的第一调节结构，所述第一调节结构包括推动所述反射聚焦镜转动的连杆，所述连杆的一端铰接在所述反射聚焦镜上，另一端与微调装置中的滑块铰接，所述滑块连接有驱动电机，所述驱动电机由卡套紧固在电机安装座上，所述电机安装座连接在所述架体上，在所述架体上连接有压缩弹簧，所述压缩弹簧一端连接在所述反射聚焦镜上，另一端连接在所述电机安装座下方的架体上。

进一步地，所述电机安装座上加工有用于降低滑块与所述电机安装座之间的摩擦阻力的滑轨结构，所述滑块内部预置有滚珠，滑块内穿接丝杆，所述滚珠与丝杠形成滚动摩擦，减小摩擦阻力矩提高传动精度，所述丝杆连接在所述驱动电机的主轴上，所述电机安装座远离所述驱动电机的一端向上形成有立板，在所述立板内设置有容纳所述丝杆的承接孔，所述承接孔内设置有匹配所述丝杆的轴承。

进一步地，所述微调装置还包括第二调节结构，所述第二调节结构包括设置在所述架体下部的第二转轴，所述支撑座上设有与所述第二转轴配合的轴孔，所述架体以所述第二转轴为轴心相对所述支撑座转动。

进一步地，所述第二调节结构还包括设置在所述反光镜壳体下部的螺纹孔，所述支撑座上开设有弧形槽，采用螺母穿过所述弧形槽口与所述支撑座。

进一步地，喷嘴包括粉末室和输粉管，在粉末室和输粉管的连接处设置有分粉筛，分粉筛为薄板状，其上设置若干分粉孔；输粉管外套有输气管，输气管内经略大于输粉管外径，输气管上设置准直保护气输送入口；输粉管末端设置出粉嘴，出粉嘴上设置若干供粉末流出的出粉孔，出粉孔为上大下小的锥形孔，在支撑座上设置有与粉末室连通的送粉入口，喷嘴上端具有设置在支撑座上的送粉入口。

进一步地，所述支撑座上还设有支座盖，所述支撑座与支撑盖围设形成用以收纳所述分光镜和所述反射聚焦镜的收纳空间，所述支座盖的顶部开设有使所述收纳空间与外部连通且供所述入射光束通过的开口。

进一步地，所述支座盖具有支座盖侧壁，所述支座盖侧壁上设有呈环形阵列式设置有闸板和闸口，所述闸板密封所述闸口。

进一步地，所述支撑座呈圆柱体，所述支撑座具有上表面，所述上表面上内凹形成有固定每个所述微调装置的固定凹槽以及贯通所述支撑座的光出口，所述光出口供所述聚焦光束穿过。

进一步地，所述上表面上还内凹形成有固定所述分光镜的分光镜凹槽，所述支撑座的中心垂线与所述分光镜的光轴重叠，每个所述固定凹槽相对于所述分光镜凹槽均匀设置在所述支撑座上表面的四周。

进一步地，所述光内送粉激光熔覆装置还包括第一冷却系统，所述第一冷却系统包括连接两个反射聚焦镜的管路和形成在每个反射聚焦镜内的冷却通道，每个所述管路与所述冷却通道对接，每个所述管路的两端设置有水管公接头，每个所述冷却通道的两侧设有通道口，每个所述通道口上设有与所述水管公接头对接的水管母接头。

进一步地，所述光内送粉激光熔覆装置还包括第二冷却系统，所述第二冷却系统包括进水口通道、出水口通道和形成在分光镜中的分光镜内腔，所述进水口通道和所述出水口通道分别与所述分光镜内腔对接，所述进水口通道和所述出水口通道开设在所述支撑座内，所述进水口通道具有形成在所述支撑座侧壁上的第二进水口，所述出水口通道具有形成在所述支撑座侧壁上的第二出水口。

本发明的有益效果在于：本发明涉及的光内送粉激光熔覆装置，通过反射聚焦镜来分别接收反射光束并将反射光束转化为两道焦点不同的聚焦光束，同时通过反射聚焦镜上的微调装置，在载具前后移动、切换修复位置时，可以对反射聚焦镜倾角进行无极调节，将聚焦后的光斑快速定位到指定位置，弥补手动调节精度差、效率低、频繁定位劳动强度大等缺点，方便对基体进行表面处理和激光熔覆，减少定位需求，提高修复质量、加工效率，降低作业成本。除此之外，喷嘴中输粉管和输气管的设置，使得送粉更加均匀，并且在粉末和熔池周围形成一圈准直保护气，进一步提高熔覆质量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明激光头组件整体结构示意图。

图2为激光头组件的内部结构示意图。

图3为图2中A处放大图。

图4为激光头组件的整体结构示意图。

图5为激光头组件反面的结构示意图。

图6为喷嘴的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参照图1和图2所示，在本发明的光内送粉激光熔覆装置，包括激光头组件1，激光头组件1包括支撑座11和位于支撑座11下方的喷嘴12，支撑座11上设有分光镜2、两个反射聚焦镜3以及用于固定和调节每个反射聚焦镜3位置的微调装置4，分光镜2接收入射光束并将入射光束反射形成反射光束，两个反射聚焦镜3分别接收反射光束并将反射光束转化为两道焦点不同的聚焦光束，反射聚焦镜3包括将反射光束转化成聚焦光束的聚焦面31以及分别与聚焦面31连接的左侧面32和右侧面33。

参照图3所示，在上述实施例中，微调装置4包括架体41和设置在架体41上的第一转轴42，第一转轴42连接左侧面32与架体41、连接右侧面33与架体41，反射聚焦镜3以第一转轴42为轴心相对架体41转动，微调装置4还包括推动反射聚焦镜3转动的第一调节结构43。通过使反射聚焦镜3沿第一转轴为轴心相对架体41转动，从而调节经反射聚焦镜3形成的聚焦光束的角度。其中聚焦光束包括除锈光束和熔覆光束，通过反射聚焦镜3来调整除锈光束和熔覆光束的角度，进一步调整两束聚焦光的光斑位置，可以使得除锈光束对准基体表面待处理的位置，使得熔覆光束正对喷嘴12的轴心，从而提高加工精度。

参照图3和图4所示，在上述实施例中，第一调节结构43包括推动反射聚焦镜3转动的连杆431，连杆431的一端铰接在反射聚焦镜3上端面，另一端连接有滑块432，滑块432内预置有滚珠和丝杆上滚道相配合，可以减小摩擦阻力距提高传动精度，丝杠另一端连接有驱动电机434，驱动电机434由卡套紧固在电机安装座433上，电机安装座433固定在架体41上，在架体41内部和反射聚焦镜之间预置有压缩弹簧(未图示)，压缩弹簧一端连接在反射聚焦镜3上，另一端连接在所述电机安装座433下方的架体41上，电机安装座433上加工有滑轨4331可有效改善滑块摩擦条件，滑块432位于滑轨4331上并沿所述滑轨4331滑动，滑块432内开设有螺纹孔(未图示)，在所述螺纹孔内设置有丝杆4322，丝杆4322连接在驱动电机434的主轴上，电机安装座433远离驱动电机434的一端向上形成有立板4324，在立板4324内设置有容纳丝杆4322的承接孔(未图示)，承接孔内设置有匹配丝杆4321的轴承(未图示)。在调节过程中，通过驱动电机434带动丝杆4322转动，丝杆4322转动带动滑块432在滑轨4331上滑动，滑块432运动的同时带动连接在滑块432上的连杆431运动，进而连杆431带动反射聚焦镜3沿第一转轴42转动，从而达到调节反射聚焦镜3的目的，通过压缩弹簧的设置可以给予反射聚焦镜3一定的预紧力，减小丝杠4322和滑块432、滑块432和连杆431、连杆431和反射聚焦镜3之间配合间隙的影响，从而使得对反射聚焦镜3的调节更加精准可靠。驱动电机434连接在架体41上，在实际实施过程中驱动电机434采用丝杆齿轮减速电机。

参照图5所示，微调装置4还包括第二调节结构44，第二调节结构44包括设置在架体41下部的第二转轴441，支撑座11上设有与第二转轴441配合的轴孔(未图示)，架体41以第二转轴441为轴心相对支撑座11转动，第二调节结构44还包括设置在架体41下部的螺纹孔(未图示)，支撑座11上开设有弧形槽111。通过转动架体41来实现对架体41上的反射聚焦镜2的周向位置进行调节，从而实现聚焦光束的焦点调节，在焦点调节完成后通过螺杆(未图示)将架体41固定在支撑座11上，从而防止在使用过程中，反射聚焦镜3的位置发生偏移，从而提高光内送粉激光熔覆装置运行的稳定性和可靠性。

参照图6所示，支撑座11上还设有支座盖112，支撑座11与支撑盖112围设形成用以收纳分光镜2和反射聚焦镜3的收纳空间，从而使得装置整体结构更加紧凑，同时起到防尘作用，支座盖112的顶部开设有使收纳空间与外部连通且供入射光束通过的开口1121；支座盖112具有支座盖侧壁1122，支座盖侧壁1122上设有呈环形阵列式设置有闸板1122-1和闸口1122-2，闸板1122-1密封闸口1122-2。支撑座11呈圆柱体，支撑座11具有上表面112，上表面113上内凹形成有固定每个微调装置4的固定凹槽1131以及贯通支撑座11的光出口1132，光出口1132供聚焦光束穿过；上表面113上还内凹形成有固定分光镜2的分光镜凹槽1133，支撑座11的中心垂线与分光镜2的光轴重叠，每个固定凹槽1131相对于分光镜凹槽1133均匀设置在支撑座11上表面的四周。

参照图6，喷嘴12包括粉末室121和输粉管122，在粉末室121和输粉管122的连接处设置有分粉筛123，分粉筛123为薄板状，其上设置若干分粉孔1231；输粉管122外套有输气管124，输气管124内经略大于输粉管122外径，输气管124上设置准直保护气输送入口1241；输粉管122末端设置出粉嘴125，出粉嘴125上设置若干供粉末流出的出粉孔1251，出粉孔1251为上大下小的锥形孔，在支撑座11上设置有与粉末室连通的送粉入口，喷嘴12上端具有设置在支撑座上的送粉入口125，粉末通过输粉管122经支撑座11和支座盖112上的送粉口125，在压缩空气的作用下，从多个方向送到粉末室121，在小型鼓风机作用下向下运动，并在分粉筛123作用下形成均匀的粉末流。

参照图1所示，光内送粉激光熔覆装置还包括连接在激光头组件1上的激光头安装板5和连接在激光头安装板5上的载具6。载具6包括移动小车61和连接在移动小车61上的机械手62，机械手62还与激光头安装板5连接，其中移动小车61包括车体611和连接在车体611上驱动轮612，在驱动轮612下方设置有对驱动轮612进行导向的导轨(未图示)，其中激光头安装板5具有安装侧板51，在安装侧板51上开设有安装孔，安装侧板51通过穿入安装孔的螺栓固定在机械手62上。机械手62还具有固定在移动小车61上的机械手底座621，机械手62通过机械手底座621固定在移动小车61上。

请参见图2，本实用的第一冷却系统7包括连接两个反射聚焦镜3的管路71和形成在每个反射聚焦镜3内的冷却通道(未图示)，每个管路71与冷却通道对接。每个管路71的两端设置有水管公接头711；每个冷却通道的两侧设有通道口72，每个通道口72上设有与水管公接头711对接的水管母接头721。在本实施例中，其中两根管路71的一端分别被定义为第一进水口712和第一出水口713，第一进水口712和第一出水口713设置在支座盖112上。通过该第一冷却系统7可以实现对反射聚焦镜3的降温效果，减少反射聚焦镜3的热变形，提高其使用寿命；同时，将第一进水口712和第一出水口713设置在支座盖112上，方便其直接与外部的供水系统连接，避免因反复拆卸而影响装置的精密性，并且提高了工作效率。

请参见图3，本发明的第二冷却系统8包括进水口通道81、出水口通道82和形成在分光镜2中的分光镜内腔83，进水口通道81和出水口通道82与分光镜内腔83对接。进水口通道81和出水口通道82开设在支撑座11内，支撑座11具有支撑座侧壁1122，进水口通道81具有形成在支撑座侧壁1122上的第二进水口811；出水口通道82具有形成在支撑座侧壁上的第二出水口821。通过该第二冷却系统8可以实现对分光镜2的降温，减少分光镜2的热变形，提高其使用寿命；同时，将第二进水口811和第二出水口821设置在支撑座11侧壁上，方便其直接与外部的供水系统连接，避免因反复拆卸而影响装置的精密性，并且提高了工作效率。

在本实施例中，分光镜2包括对应所述反射聚焦镜3数量设置的两个分光镜面，每个分光镜面为平面；诚然，在其他实施例中，该分光镜面还可为弧型面。每个所述反射聚焦镜3具有朝向分光镜面的反射聚焦镜面；反射聚焦镜面为一弧型镜面，诚然，在其他实施例中，该反射聚焦镜面还可由多段弧型镜面连接而成。

综上所述，本发明涉及的光内送粉激光熔覆装置，通过反射聚焦镜来分别接收反射光束并将反射光束转化为两道焦点不同的聚焦光束，同时通过反射聚焦镜3上的微调装置4，在载具6前后移动、切换修复位置时，可以对聚焦镜倾角进行无极调节，将聚焦后的光斑快速定位到指定位置，弥补手动调节精度差、效率低、频繁定位劳动强度大等缺点，方便对基体进行表面处理和激光熔覆，减少定位需求，提高修复质量、加工效率，降低作业成本。除此之外，喷嘴12中输粉管122和输气管124的设置，使得送粉更加均匀，并且在粉末和熔池周围形成一圈准直保护气，进一步提高熔覆质量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光内送粉激光熔覆装置，用于接受入射光束并将所述入射光束转换成聚焦光束以在基材上形成焦点，其特征在于：

所述光内送粉激光熔覆装置包括激光头组件，所述激光头组件包括支撑座和位于所述支撑座下方的喷嘴，所述支撑座上设有分光镜和两个反射聚焦镜以及用于固定和调节每个所述反射聚焦镜位置的微调装置，所述分光镜接收入射光束并将所述入射光束反射形成反射光束，两个所述反射聚焦镜分别接收反射光束并分别将反射光束转化为两道焦点不同的聚焦光束，所述反射聚焦镜包括将反射光束转化成聚焦光束的聚焦面以及分别与所述聚焦面连接的左侧面和右侧面，所述光内送粉激光熔覆装置还包括连接在所述激光头组件上的激光头安装板和连接在所述激光头安装板上的载具，所述微调装置包括架体和设置在所述架体上的第一转轴，所述第一转轴连接所述左侧面与架体、连接所述右侧面与架体，所述反射聚焦镜以所述第一转轴为轴心相对所述架体转动，所述微调装置还包括推动所述反射聚焦镜转动的第一调节结构，所述第一调节结构包括推动所述反射聚焦镜转动的连杆，所述连杆的一端铰接在所述反射聚焦镜上，另一端与微调装置中的滑块铰接，所述滑块连接有驱动电机，所述驱动电机由卡套紧固在电机安装座上，所述电机安装座连接在所述架体上，在所述架体上连接有压缩弹簧，所述压缩弹簧一端连接在所述反射聚焦镜上，另一端连接在所述电机安装座下方的架体上；

所述喷嘴包括粉末室和输粉管，在粉末室和输粉管的连接处设置有分粉筛，分粉筛为薄板状，其上设置若干分粉孔；输粉管外套有输气管，输气管内经略大于输粉管外径，输气管上设置准直保护气输送入口；输粉管末端设置出粉嘴，出粉嘴上设置若干供粉末流出的出粉孔，出粉孔为上大下小的锥形孔，在支撑座上设置有与粉末室连通的送粉入口，喷嘴上端具有设置在支撑座上的送粉入口。

2.根据权利要求1所述的光内送粉激光熔覆装置，其特征在于：所述电机安装座上加工有用于降低滑块与所述电机安装座之间的摩擦阻力的滑轨结构，所述滑块内部预置有滚珠，滑块内穿接丝杆，所述滚珠与丝杠形成滚动摩擦，所述丝杆连接在所述驱动电机的主轴上，所述电机安装座远离所述驱动电机的一端向上形成有立板，在所述立板内设置有容纳所述丝杆的承接孔，所述承接孔内设置有匹配所述丝杆的轴承。

3.根据权利要求1所述的光内送粉激光熔覆装置，其特征在于：所述微调装置还包括第二调节结构，所述第二调节结构包括设置在所述架体下部的第二转轴，所述支撑座上设有与所述第二转轴配合的轴孔，所述架体以所述第二转轴为轴心相对所述支撑座转动，使得反射聚焦镜可绕第二转轴左右转动。

4.根据权利要求3所述的光内送粉激光熔覆装置，其特征在于：所述第二调节结构还包括设置在所述架体下部的螺纹孔，所述支撑座上开设有弧形槽，采用螺母穿过所述弧形槽口与所述反射聚焦镜壳体固连。

5.根据权利要求1所述的光内送粉激光熔覆装置，其特征在于：

所述支撑座上还设有支座盖，所述支撑座与支撑盖围设形成用以收纳所述分光镜和所述反射聚焦镜的收纳空间，所述支座盖的顶部开设有使所述收纳空间与外部连通且供所述入射光束通过的开口。

6.根据权利要求5所述的光内送粉激光熔覆装置，其特征在于：所述支座盖具有支座盖侧壁，所述支座盖侧壁上设有呈环形阵列式设置有闸板和闸口，所述闸板密封所述闸口。

7.根据权利要求1所述的光内送粉激光熔覆装置，其特征在于：所述支撑座呈圆柱体，所述支撑座具有上表面，所述上表面上内凹形成有固定每个所述微调装置的固定凹槽以及贯通所述支撑座的光出口，所述光出口供所述聚焦光束穿过。

8.根据权利要求7所述的光内送粉激光熔覆装置，其特征在于：所述上表面上还内凹形成有固定所述分光镜的分光镜凹槽，所述支撑座的中心垂线与所述分光镜的光轴重叠，每个所述固定凹槽相对于所述分光镜凹槽均匀设置在所述支撑座上表面的四周。

9.根据权利要求8所述的光内送粉激光熔覆装置，其特征在于：所述光内送粉激光熔覆装置还包括第一冷却系统，所述第一冷却系统包括连接两个反射聚焦镜的管路和形成在每个反射聚焦镜内的冷却通道，每个所述管路与所述冷却通道对接，每个所述管路的两端设置有水管公接头，每个所述冷却通道的两侧设有通道口，每个所述通道口上设有与所述水管公接头对接的水管母接头。

10.根据权利要求8所述的光内送粉激光熔覆装置，其特征在于：所述光内送粉激光熔覆装置还包括第二冷却系统，所述第二冷却系统包括进水口通道、出水口通道和形成在分光镜中的分光镜内腔，所述进水口通道和所述出水口通道分别与所述分光镜内腔对接，所述进水口通道和所述出水口通道开设在所述支撑座内，所述进水口通道具有形成在所述支撑座侧壁上的第二进水口，所述出水口通道具有形成在所述支撑座侧壁上的第二出水口。