CN111058032A - 用于深腔类零件的激光快速修复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于深腔类零件的激光快速修复系统，包括光纤激光器、送粉器、送粉头和工作平台，光纤激光器通过光纤连接有激光光路单元；光纤激光器发出的光通过激光光路单元合成激光束，激光束通过振镜的光束与送粉头的端部重合至工作平台；振镜的背部设置有支架，支架连接有伺服电机，光纤激光器、送粉器、伺服电机、工作平台均分别连接有控制柜；本发明还涉及采用上述激光快速修复系统修复深腔类零件的方法。本发明用于深腔类零件的激光快速修复系统，解决了现有的内腔直径较小、损伤区域离端面距离较远的回转体空腔结构类零件难以修复的问题。

Description

用于深腔类零件的激光快速修复系统及方法

技术领域

本发明属于深腔类零件修复技术领域，具体涉及用于深腔类零件的激光快速修复系统，本发明还涉及采用上述激光快速修复系统修复深腔类零件的方法。

背景技术

在航空、航天和石油化工等工业领域，回转体空腔结构类零件应用最为广泛，这类零件在加工、使用过程中其内腔部位可能出现各种损伤，如点缺陷、线缺陷、体缺陷。由于此类零件多为特殊的复杂零件，其制造成本高，加工效率低，生产周期长，故对此类损伤零件通常选择报废换新，造成了很大的经济损失。

目前，对于内腔损伤的深腔类零件的处理主要分为两种：(1)针对内腔直径较大、损伤区域离端面距离较近的零件，一般采用激光快速修复等方式修复；(2)针对内腔直径较小、损伤区域离端面距离较远的零件，因激光快速修复无法修复其损伤面，一般直接采取报废处理，造成了较大的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供用于深腔类零件的激光快速修复系统，解决了现有的内腔直径较小、损伤区域离端面距离较远的回转体空腔结构类零件难以修复的问题。

本发明的另一目的是提供采用上述激光快速修复系统修复深腔类零件的方法，解决了现有的内腔直径较小、损伤区域离端面距离较远的回转体空腔结构类零件难以修复的问题。

本发明所采用的一种技术方案是用于深腔类零件的激光快速修复系统，包括光纤激光器、送粉器和工作平台，光纤激光器通过光纤连接有激光光路单元，送粉器通过软管连接有送粉头，软管靠近送粉头的一端通过密封阀密封；

光纤激光器发出的光通过激光光路单元合成激光束，激光束通过振镜的光束与送粉头的出粉端重合至工作平台；振镜的背部设置有支架，支架连接有伺服电机；

光纤激光器、送粉器、伺服电机、工作平台均分别连接有控制柜。

本发明的特点还在于：

激光光路单元包括依次相连的反射镜、光束整形器和水冷系统，反射镜背部安装有镜架，镜架设置有螺纹孔a，光束整形器顶部设置有与螺纹孔a相匹配的螺纹孔b，底部设置有螺纹孔c，水冷系统顶部设置有与螺纹孔c相匹配的螺纹孔d，反射镜和光束整形器通过螺栓穿过螺纹孔a、螺纹孔b进行连接，光束整形器和水冷系统通过螺栓穿过螺纹孔c、螺纹孔d进行连接。

水冷系统内填充有去离子水。

支架与振镜背部相匹配，支架为椭圆形，支架垂直设置有连杆，连杆通过联轴器与伺服电机相连接。

送粉头本体安装有机械臂，机械臂通过电缆线与控制柜相连接。

本发明所采用的第二种技术方案是采用上述激光快速修复系统的修复方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，选取待修复深腔零件固定在工作平台，在送粉器内填充满金属粉末；

步骤2，通过控制柜获取待修复深腔零件的损伤区的三维模型信息；

步骤3，分别开启光纤激光器、送粉器、伺服电机，控制光纤激光器的光束通过激光光路单元、振镜后射到损伤区，调整送粉头的喷出口位于损伤区的侧上方；

步骤4，通过伺服电机控制振镜发生偏转，使激光束的光斑和送粉头喷出的金属粉末在损伤区的Z轴方向进行修复，然后继续控制振镜发生偏转，启动机械臂，使激光束的光斑和送粉头喷出的金属粉末在损伤区的Y轴方向进行修复，完成损伤区的第一Z0Y平面修复；

步骤5，控制工作平台沿X轴方向移动一个激光束修复层厚度，对损伤区进行修复；

步骤6，重复步骤4～5，直至完成损伤区的激光修复，关闭光纤激光器、送粉器和伺服电机，取出修复好的深腔零件即可。

本发明的有益效果是：

(1)、本发明用于深腔类零件的激光快速修复系统的结构简单、稳定性好、成本低；采用伺服电动机控制振镜偏转，可使激光的可达性几乎不受约束，克服了传统修复工艺无法修复深腔类零件内腔损伤的难点，节约了经济成本。

(2)、本发明用于深腔类零件的激光快速修复系统的修复方法，整个修复过程的自动化控制，提高了修复质量的稳定性。

附图说明

图1是本发明用于深腔类零件的激光快速修复系统的整体结构示意图；

图中，1.光纤激光器，2.反射镜，3.送粉器，4.光束整形器，5.水冷系统，6.激光束，7.伺服电机，8.送粉头，9.振镜，10.损伤区，11.深腔零件，12.控制柜，13.工作平台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明用于深腔类零件的激光快速修复系统，其结构如图1所示，包括光纤激光器1、送粉器3、工作平台13，光纤激光器1通过光纤连接有激光光路单元，送粉器3通过软管连接有送粉头8，软管靠近送粉头8的一端通过密封阀密封；

光纤激光器1发出的光通过激光光路单元合成激光束6，激光束6通过振镜9的光束与送粉头8的出粉端重合至工作平台13；振镜9的背部设置有支架，支架连接有伺服电机7；光纤激光器1、送粉器3、伺服电机7、工作平台13均分别连接有控制柜12。控制柜12通过I/O端口与光纤激光器1的I/O端口连接，实现控制柜12对光纤激光器1开/关、激光能量大小等的控制；

水冷系统5内填充有去离子水。送粉器3内填充有惰性气体，用于将金属粉末通过送粉头8输送到损伤区10。

优选地，激光光路单元包括依次相连的反射镜2、光束整形器4和水冷系统5，反射镜2背部安装有镜架，镜架设置有螺纹孔a，光束整形器4顶部设置有与螺纹孔a相匹配的螺纹孔b，底部设置有螺纹孔c，水冷系统5顶部设置有与螺纹孔c相匹配的螺纹孔d，反射镜2和光束整形器4通过螺栓穿过螺纹孔a、螺纹孔b进行连接，光束整形器4和水冷系统5通过螺栓穿过螺纹孔c、螺纹孔d进行连接。光束整形器4用于提高激光束6的光束质量，提高损伤区10的修复质量；水冷系统5用于吸收激光束6的热量。

优选地，支架与振镜9背部相匹配，支架为椭圆形，支架垂直设置有连杆，连杆通过联轴器与伺服电机7相连接；随着伺服电机7的轴转动来带动振镜9的转动，进而调整激光束6的反射方向，使得激光束6可达位置不受零件形状以及尺寸的约束，扩大应用范围。

优选地，送粉头8本体安装有机械臂，机械臂通过电缆线与控制柜12相连接；实现了送粉头8与激光光斑的同步移动控制；

本发明用于深腔类零件的激光快速修复系统的光路原理如下：

光纤激光器1发射激光，通过反射镜2将激光反射进光束整形器4；光束整形器4将激光进行整合，得到激光束6，激光束6进入振镜9，反射到损伤区10；振镜9用于实现激光束6在一个平面内的任意偏转，此平面可为XY平面、YZ平面、XZ平面中的任一平面；后续描述以XY平面为例，振镜9包括X轴方向旋转的反射镜a和Y轴方向旋转的反射镜b；激光束6首先到达X轴方向旋转的反射镜a，经X轴方向旋转的反射镜a反射后进入Y轴方向旋转的反射镜b，实现激光束6的两个方向的偏转；从而实现激光束6在工作台面13的可控扫描工作。

本发明还涉及用于深腔类零件的激光快速修复系统的修复方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，选取待修复深腔零件11固定在工作平台13，在送粉器3内填充满金属粉末；

步骤2，通过控制柜12获取待修复深腔零件11的损伤区10的三维模型信息；

步骤3，分别开启光纤激光器1、送粉器3、伺服电机7，控制光纤激光器1的光束通过激光光路单元、振镜9后射到损伤区10，调整送粉头8的喷出口位于损伤区10的侧上方；

步骤4，通过伺服电机7控制振镜9发生偏转，使激光束6的光斑和送粉头8喷出的金属粉末在损伤区10的Z轴方向进行修复，然后继续控制振镜9发生偏转，启动机械臂，使激光束6的光斑和送粉头8喷出的金属粉末在损伤区10的Y轴方向进行修复，完成损伤区10的第一Z0Y平面修复；

步骤5，控制工作平台13沿X轴方向移动一个激光束6修复层厚度，对损伤区10进行修复；

步骤6，重复步骤4～5，直至完成损伤区10的激光修复，关闭光纤激光器1、送粉器3和伺服电机7，取出修复好的深腔零件11即可。

Claims (6)

1.用于深腔类零件的激光快速修复系统，其特征在于，包括光纤激光器(1)、送粉器(3)和工作平台(13)，所述光纤激光器(1)通过光纤连接有激光光路单元，所述送粉器(3)通过软管连接有送粉头(8)，所述软管靠近送粉头(8)的一端通过密封阀密封；

所述光纤激光器(1)发出的光通过激光光路单元合成激光束(6)，所述激光束(6)通过振镜(9)的光束与送粉头(8)的出粉端重合至工作平台(13)；所述振镜(9)的背部设置有支架，所述支架连接有伺服电机(7)；

所述光纤激光器(1)、送粉器(3)、伺服电机(7)、工作平台(13)均分别连接有控制柜(12)。

2.如权利要求1所述的用于深腔类零件的激光快速修复系统，其特征在于，所述激光光路单元包括依次相连的反射镜(2)、光束整形器(4)和水冷系统(5)，所述反射镜(2)背部安装有镜架，所述镜架设置有螺纹孔a，所述光束整形器(4)顶部设置有与螺纹孔a相匹配的螺纹孔b，底部设置有螺纹孔c，所述水冷系统(5)顶部设置有与螺纹孔c相匹配的螺纹孔d，所述反射镜(2)和光束整形器(4)通过螺栓穿过螺纹孔a、螺纹孔b进行连接，所述光束整形器(4)和水冷系统(5)通过螺栓穿过螺纹孔c、螺纹孔d进行连接。

3.如权利要求2所述的用于深腔类零件的激光快速修复系统，其特征在于，所述水冷系统(5)内填充有去离子水。

4.如权利要求1所述的用于深腔类零件的激光快速修复系统，其特征在于，所述支架与振镜(9)背部相匹配，所述支架为椭圆形，所述支架垂直设置有连杆，所述连杆通过联轴器与伺服电机(7)相连接。

5.如权利要求1所述的用于深腔类零件的激光快速修复系统，其特征在于，所述送粉头(8)本体安装有机械臂，所述机械臂通过电缆线与控制柜(12)相连接。

6.如权利要求1～5任意一项所述的用于深腔类零件的激光快速修复系统的修复方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，选取待修复深腔零件(11)固定在工作平台(13)，在所述送粉器(3)内填充满金属粉末；

步骤2，通过所述控制柜(12)获取待修复深腔零件(11)的损伤区(10)的三维模型信息；

步骤3，分别开启光纤激光器(1)、送粉器(3)、伺服电机(7)，控制光纤激光器(1)的光束通过激光光路单元、振镜(9)后射到损伤区(10)，调整送粉头(8)的喷出口位于损伤区(10)的侧上方；

步骤4，通过伺服电机(7)控制振镜(9)发生偏转，使激光束(6)的光斑和送粉头(8)喷出的金属粉末在损伤区(10)的Z轴方向进行修复，然后继续控制振镜(9)发生偏转，启动机械臂，使激光束(6)的光斑和送粉头(8)喷出的金属粉末在损伤区(10)的Y轴方向进行修复，完成损伤区(10)的第一Z0Y平面修复；

步骤5，控制工作平台(13)沿X轴方向移动一个激光束(6)修复层厚度，对损伤区(10)进行修复；

步骤6，重复步骤4～5，直至完成损伤区(10)的激光修复，关闭所述光纤激光器(1)、送粉器(3)和伺服电机(7)，取出修复好的深腔零件(11)即可。

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