CN111996527B - 能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，包括光路整合模块和喷嘴，光路整合模块为可调节式光路整合模块，包括激光发射部、激光准直部、激光分光部及激光聚焦部；喷嘴为多粉通道‑多光路喷嘴，包括两条以上的光通道以及两条以上的粉通道。本发明的特别之处在于可调节光路数量及光强比的光路整合模块及喷嘴上改装的多路送粉、光通道。本发明大大提高了激光增材成型效率同时可对激光热源进行一定的光强比例调节；本发明一定程度上突破了传统单路送粉增材工艺参数与材料性质的限制，拓宽了工艺窗口，大大提高激光设备性能的利用率。

Description

能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头

技术领域

本发明属于激光增材设备，涉及一种对光路进行整合及对粉通道进行改装从而能够同时进行多路同步送粉增材的激光熔覆头。

背景技术

激光熔覆是指在被熔覆基体表面上添加材料经激光辐照后使之与基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体成冶金结合的表面涂层，能够显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、抗氧化及电气特性的工艺方法。

在激光熔覆过程中，激光功率、光斑尺寸、熔覆速度是重要的三个工艺参数：激光功率越大，融化的熔覆金属质量越多，产生气孔的概率越大；一般为圆形的激光光斑，在小尺寸光斑下，熔覆层质量较好，随着光斑尺寸的增大，熔覆层质量会随之下降；熔覆速度过高，合金粉末不能完全融化，未起到优质熔覆的效果，熔覆速度太低，熔池存在时间太长，粉末过烧，合金元素损失，同时基体的热输入量大，会增加变形量。以上三个因素结合熔覆材料本身的性质限制了传统单路激光增材的效率，同时也限制了相关激光设备的应用。

中国专利 201620272078.3公开了一种用于双层梯度激光增材制造八路同轴送粉喷嘴，采用内四路、外四路的分布模式，通过内、外路同步送粉，在激光熔覆过程中将双层熔覆层一次扫描成型。然而此装置对于内、外两路送粉的处理上，依旧采用的是中心的一路激光对内、外两路送粉的粉斑进行加热，相比传统的单层熔覆，此装置的激光需要对两层厚度的粉末进行加热，加热区域的厚度上的增加易导致受热不均即熔池表面过热或者底层粉末未完全融化的现象，影响最终的熔覆质量。

中国专利 201911324046.8公开了一种能够同时进行预热回火的激光熔覆头及其激光熔覆方法，其采用同一入射激光束，经预热分束镜、加工分束镜及回火反射镜的分光处理后，各自得到的反射激光束均能够聚焦在工件的待加工部件。其提供的激光光路处理方法能够很好的利用激光能量，为进一步的激光利用提供参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其能够以一定的预设搭接率进行多路同步送粉激光增材，能够极大地提高送粉增材的成型效率，同时能够一定程度地解放激光设备的使用限制，提高激光设备的利用率。

为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

一种能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，包括光路整合模块和喷嘴，所述的光路整合模块为可调节式光路整合模块，包括激光发射部、激光准直部、激光分光部及激光聚焦部；所述的喷嘴为多粉通道-多光路喷嘴，包括两条以上的光通道以及两条以上的粉通道；其中：

所述的激光发射部，能够发射激光；

所述的激光准直部，能够将激光发射部发出的激光准直输入激光分光部；

所述的激光分光部，能够将激光准直部准直输入的激光，通过激光分光组件，分成数量与光通道数量一致的分光光束；

所述的多粉通道-多光通道喷嘴，包括喷嘴本体以及分别设置在喷嘴本体上的2条以上的粉通道、2条以上的光通道；各光通道的出口均布置在所有粉通道的出口围成的区域内，且各光通道与各粉通道一一对应匹配设置；

所述的激光聚焦部，能够将激光分光部所分出的各分光光束聚焦后，一一沿着喷嘴本体上所设置的光通道射出，并在喷嘴本体的前端整体形成线串状多路光斑；所述线串状多路光斑中的各激光光斑均由各分光光束一一对应形成，且线串状多路光斑中的相邻两个激光光斑之间存在搭接耦合；

每一条粉通道中输出的粉末均能够在喷嘴本体的前端形成粉斑，以落在对应匹配设置的光通道在喷嘴本体前端形成的激光光斑内。

进一步地，所述的激光分光组件，包括入射镜组件以及出射镜组件；

所述的入射镜组件，包括两个以上的入射镜；各入射镜中，其中一个入射镜为全透镜a，其余的入射镜则为全反射镜；

所述的出射镜组件，包括两个以上的出射镜；

所述的激光聚焦部，包括两个以上的聚焦镜；

各入射镜、出射镜、聚焦镜、光通道一一对应设置；

所述的各出射镜中，部分能够接收对应的入射镜透射或者反射的光线并分束形成透射分束光线、反射分束光线，余下的部分则能够接收对应的入射镜透射或者反射的光线并直接完全透射为透射光线；

所述的全透镜a，能够将激光准直部准直射入的激光，全部透射后射入对应的出射镜；

所述的反射分束光线，能够作为入射光线射入入射镜组件中对应的全反射镜；

所述的聚焦镜，能够接收并聚焦对应的出射镜透射而来的透射分束光线或者接收到对应的出射镜直接完全透射的透射光线，促使透射分束光线或者透射光线能够沿着对应的光通道射出，在喷嘴本体的前端形成对应的光斑。

进一步地，所述的各出射镜中，其中一个出射镜为全透镜b，其余的出射镜则为分束镜；

所述的全透镜a，能够将激光准直部准直射入的激光，全部透射后射入出射镜组件中对应的分束镜；

所述的分束镜，能够将自身的入射光线分成两个部分，其中一部分为透射分束光线，能够经激光聚焦部中对应的聚焦镜聚焦后，沿着对应的光通道射出，另一部分则为反射分束光线，能够作为入射光线射入入射镜组件中对应的全反射镜；

所述的全透镜b，能够将入射镜组件中对应的全反射镜所反射的激光光束，全部透射后，经激光聚焦部中对应的聚焦镜聚焦，以沿着对应的光通道射出。

进一步地，所述的入射镜、出射镜、聚焦镜、光通道、粉通道的数量均为4个；

所述的4个入射镜，分别为入射镜a、入射镜b、入射镜c、入射镜d；入射镜a为全透镜a；入射镜b、入射镜c、入射镜d均为全反射镜；

所述的4个出射镜，分别为出射镜a、出射镜b、出射镜c、出射镜d；

所述的4个聚焦镜，分别为聚焦镜a、聚焦镜b、聚焦镜c、聚焦镜d；

所述的4条光通道，分别为A光通道、B光通道、C光通道、D光通道；

所述的4条粉通道，分别为A粉通道、B粉通道、C粉通道、D粉通道；

入射镜a、出射镜a、聚焦镜a、A光通道对应设置，A粉通道与A光通道对应匹配设置；

入射镜b、出射镜b、聚焦镜b、B光通道对应设置，B粉通道与B光通道对应匹配设置；

入射镜c、出射镜c、聚焦镜c、C光通道对应设置，C粉通道与C光通道对应匹配设置；

入射镜d、出射镜d、聚焦镜d、D光通道对应设置，D粉通道与D光通道对应匹配设置。

进一步地，各光通道的出口呈N字形排布在所述喷嘴本体的端部，且各光通道的出口一一对应地位于自身所排布形成的N字形的端点位置处，而各光通道的出口位置处的外侧，则一一对应地匹配设置所述的粉通道。

进一步地，所述的出射镜a、出射镜b、出射镜c为分束镜，所述的出射镜d为全透镜b；

全透镜a透射的激光光束，能够经出射镜a分束形成透射光线a、反射光线a；透射光线a能够经聚焦镜a聚焦后，沿着A光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑a；

反射光线a能够作为入射光线射入入射镜b；入射镜b能够将反射光线a全部反射后，射入出射镜b分束形成透射光线b、反射光线b；透射光线b能够经聚焦镜b聚焦后，沿着B光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑b；

反射光线b能够作为入射光线射入入射镜c；入射镜c能够将反射光线b全部反射后，射入出射镜c分束形成透射光线c、反射光线c；透射光线c能够经聚焦镜c聚焦后，沿着C光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑c；

反射光线c能够作为入射光线射入入射镜d；入射镜d能够将反射光线c全部反射后，射入全透镜b形成透射光线d；透射光线d能够经聚焦镜d聚焦后，沿着D光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑d；

光斑a、光斑b、光斑c、光斑d呈线状排布，且光斑a与光斑b之间、光斑b与光斑c之间、光斑c与光斑d之间，均存在搭接耦合区域；

A粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑a，以落在对应匹配设置的A光通道在喷嘴本体前端形成的光斑a内；

B粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑b，以落在对应匹配设置的B光通道在喷嘴本体前端形成的光斑b内；

C粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑c，以落在对应匹配设置的C光通道在喷嘴本体前端形成的光斑c内；

D粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑d，以落在对应匹配设置的D光通道在喷嘴本体前端形成的光斑d内。

进一步地，所述出射镜a、出射镜b均为30%透射率分束镜；所述出射镜c 为40%透射率分束镜；

或者所述出射镜a 为25%透射率分束镜；所述出射镜b 为33%透射率分束镜；所述出射镜c 为50%透射率分束镜。

进一步地，所述的出射镜a、出射镜b为分束镜，所述的出射镜c、出射镜d为全透镜；

全透镜a透射的激光光束，能够经出射镜a分束形成透射光线a、反射光线a；透射光线a能够经聚焦镜a聚焦后，沿着A光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑a；

反射光线a能够作为入射光线射入入射镜b；入射镜b能够将反射光线a全部反射后，射入出射镜b分束形成透射光线b、反射光线b；透射光线b能够经聚焦镜b聚焦后，沿着B光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑b；

反射光线b能够作为入射光线射入入射镜c；入射镜c能够将反射光线b全部反射后，射入出射镜c，完全透射形成透射光线c1，透射光线c1能够经聚焦镜c聚焦后，沿着C光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑c1；

光斑a、光斑b、光斑c1呈线状排布，且光斑a与光斑b之间、光斑b与光斑c1之间，均存在搭接耦合区域；

A粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑a，以落在对应匹配设置的A光通道在喷嘴本体前端形成的光斑a内；

B粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑b，以落在对应匹配设置的B光通道在喷嘴本体前端形成的光斑b内；

C粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑c，以落在对应匹配设置的C光通道在喷嘴本体前端形成的光斑c1内。由此可知，本技术方案所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头对应为3路同步送粉增材激光熔覆头。

进一步地，所述的出射镜a为分束镜，所述的出射镜b、出射镜c、出射镜d为全透镜；

全透镜a透射的激光光束，能够经出射镜a分束形成透射光线a、反射光线a；透射光线a能够经聚焦镜a聚焦后，沿着A光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑a；

反射光线a能够作为入射光线射入入射镜b；入射镜b能够将反射光线a全部反射后，射入出射镜b，完全透射形成透射光线b1；透射光线b1能够经聚焦镜b聚焦后，沿着B光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑b1；

光斑a、光斑b1呈线状排布，且光斑a与光斑b1之间存在搭接耦合区域；

A粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑a，以落在对应匹配设置的A光通道在喷嘴本体前端形成的光斑a内；

B粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑b，以落在对应匹配设置的B光通道在喷嘴本体前端形成的光斑b1内。由此可知，本技术方案所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头对应为2路同步送粉增材激光熔覆头。

进一步地，出射镜a为50%透射率分束镜。

当进行4路同步送粉增材时，工作步骤如下所示：

1.在激光分光部的反光镜安装槽从主光通道方向沿逆时针分别安装全透镜、全反射镜、全反射镜、全反射镜，在分束镜安装槽从主光通道方向沿逆时针分别安装25%透射分束镜、33%透射分束镜、全透镜、50%透射分束镜；

2.调节激光器功率，选择合适的加工参数（3-4倍于常规单路激光送粉增材）；

3.激光通过光通道整合模块后形成光强均分的4束激光光束，经过喷嘴形成以一定搭接率并列的4个光斑，并与相对应的粉斑汇聚于加工平面处进行4路同步送粉增材。

根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

本发明能够将激光准直部准直输入的一束激光，通过激光分光部进行分束，形成多路分束光线，并匹配特定构造的多粉通道-多光通道喷嘴，以在该多粉通道-多光通道喷嘴的前端形成一串相互间具有搭接耦合区域的线串状光斑，同时该特定构造的多粉通道-多光通道喷嘴的前端也能够形成一串相互间具有搭接耦合区域的线串状粉斑，促使线串状粉斑中的每一个粉斑均落至线串状光斑中对应的光斑内，因此，相比传统的单路送粉激光增材，本发明所述的激光熔覆头能够实现多路送粉同步增材，具有如下的优点：

1、鉴于本发明可以分光并形成线串状光斑，因此，对于同样的加工型材来说，本发明所述的激光准直部可以准直输入更大的激光束功率，以极大地提高激光增材的成型效率，为激光增材技术的应用打开更广的空间；

2、鉴于本发明可以分光并形成线串状光斑，因此，本发明能够根据需要调节光斑数量，从而调节最终熔覆轨迹宽度，对于加工工作具有较强的灵活性；

3、因熔覆质量受到激光功率、光斑大小、熔覆速度及材质本身性质的影响，工艺参数受到限制，本发明可以通过分光调节光斑数量从而扩大工艺窗口，一定程度上解放了工艺参数对于激光设备的限制，提高了激光设备性能的利用率；

4、本发明可以通过调节激光的分光比例及光路走向，调节并列分布各光斑之间的光强比例及搭接率，提升了激光热源的灵活性，为多样的激光热源加工需求提供可能。

附图说明

图1是本发明所述的激光熔覆头的光路整合模块的整体结构示意图；

图2是本发明所述的激光熔覆头的光路整合模块工作逻辑图；

图3是本发明所述的激光熔覆头的光路整合模块中主光路的光路行进示意图；

图4是本发明所述的激光熔覆头的光路整合模块中主光路的折射光束行进示意图；

图5是本发明所述的激光熔覆头中，安装于激光分光部的镜片部件结构图；

图6是本发明所述的激光熔覆头中，多粉通道-多光通道喷嘴的结构图；

图7是本发明所述的激光熔覆头中，多粉通道-多光通道喷嘴的光斑、粉斑汇聚作用示意图；

图8是本发明所述的激光熔覆头中，多粉通道-多光通道喷嘴的光通道（A、D）、粉通道（A、D）汇聚于外部两侧的示意图；

图9是多粉通道-多光通道喷嘴的底部粉通道、光通道俯视图。

图中：1、激光发射部；2、激光准直部；21、光阑；3、激光分光部；31、入射镜安装位置；31-1、全透镜；31-2、入射镜b；31-3、入射镜c；32、出射镜安装位置；32-1、25%折射分光镜；32-2、33%折射分光镜；4、激光聚焦部；4-1、聚焦镜a；4-2、聚焦镜b；51、A光路（主光路）；52、B光路；53、C光路；54、D光路；61、安装手持扣；62、镜片；63、滑槽；71、A粉通道；72、B粉通道；73、C粉通道；74、D粉通道；8、搭接耦合区域；9、折射镜；91、A路折射镜；94、D路折射镜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至9所示，本发明所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，包括光路整合模块和喷嘴，所述的光路整合模块为可调节式光路整合模块，包括激光发射部、激光准直部、激光分光部及激光聚焦部；所述的喷嘴为多粉通道-多光通道喷嘴，包括两条以上的光通道以及两条以上的粉通道；其中：

所述的激光发射部，能够发射激光；

所述的激光准直部，能够将激光发射部发出的发散激光变为准直激光，然后通过光阑21输入激光分光部；

所述的激光分光部，能够将激光准直部准直输入的准直激光，通过激光分光组件，分成数量与光路数量一致的分光光束；具体地，本发明在激光分光部靠近激光准直部的部分，周向布置多个入射镜安装位置，以对应地安装入射镜组件，然后再在激光分光部靠近激光聚焦部的部分，周向布置多个出射镜安装位置，以对应地安装出射镜组件。

入射镜组件、出射镜组件共同构成前述的激光分光组件，具体地：

所述的入射镜组件，包括两个以上的入射镜；各入射镜中，其中一个入射镜为全透镜a，其余的入射镜则为全反射镜。所述的全透镜a，能够将激光准直部准直射入的激光，全部透射后射入对应的出射镜。

所述的出射镜组件，包括两个以上的出射镜。各出射镜中，部分能够接收对应的入射镜透射或者反射的光线并分束形成透射分束光线、反射分束光线，余下的部分则能够接收对应的入射镜透射或者反射的光线并直接完全透射为透射光线。

所述的反射分束光线，能够作为入射光线射入入射镜组件中对应的全反射镜。

所述的多粉通道-多光通道喷嘴，包括喷嘴本体以及分别设置在喷嘴本体上的2条以上的粉通道、2条以上的光通道；各光通道的出口均布置在所有粉通道的出口围成的区域内，且各光通道与各粉通道一一对应匹配设置。

所述的激光聚焦部，包括两个以上的聚焦镜，能够将激光分光部所分出的各分光光束聚焦后，一一沿着喷嘴本体上所设置的光通道射出，并在喷嘴本体的前端整体形成线串状多路光斑；所述线串状多路光斑中的各激光光斑均由各分光光束一一对应形成，且线串状多路光斑中的相邻两个激光光斑之间存在搭接耦合；具体地，所述激光聚焦部的各聚焦镜，能够接收并聚焦对应的出射镜透射而来的透射分束光线或者接收到对应的出射镜直接完全透射的透射光线，促使透射分束光线或者透射光线能够沿着对应的光通道射出，在喷嘴本体的前端形成对应的光斑。

每一条粉通道中输出的粉末均能够在喷嘴本体的前端形成粉斑，以落在对应匹配设置的光通道在喷嘴本体前端形成的激光光斑内。

由此可知，本发明中，各入射镜、出射镜、聚焦镜、光通道一一对应设置。

为保证本发明所述的每一个出射镜、入射镜、聚焦镜，每一条光通道、粉通道均处于工作状态，本发明将所述出射镜组件的其中一个出射镜设置为全透镜b，其余的出射镜则设置为分束镜。此时，所述的全透镜a，能够将激光准直部准直射入的准直激光，全部透射后射入出射镜组件中对应的分束镜；所述的分束镜，能够将自身的入射光线分成两个部分，其中一部分为透射分束光线，能够经激光聚焦部中对应的聚焦镜聚焦后，沿着对应的光通道射出，另一部分则为反射分束光线，能够作为入射光线射入入射镜组件中对应的全反射镜；所述的全透镜b，能够将入射镜组件中对应的全反射镜所反射的激光光束，全部透射后，经激光聚焦部中对应的聚焦镜聚焦，以沿着对应的光通道射出。

为便于理解本发明的技术方案，将例举一个最多能够实现4路同步送粉激光增材的激光熔覆头加以说明。

具体地，所述的入射镜、出射镜、聚焦镜、光通道、粉通道的数量均为4个；所述的4个入射镜，分别为入射镜a、入射镜b、入射镜c、入射镜d；入射镜a为全透镜a；入射镜b、入射镜c、入射镜d均为全反射镜；所述的4个出射镜，分别为出射镜a、出射镜b、出射镜c、出射镜d；所述的4个聚焦镜，分别为聚焦镜a、聚焦镜b、聚焦镜c、聚焦镜d；所述的4条光通道，分别为A光通道、B光通道、C光通道、D光通道；所述的4条粉通道，分别为A粉通道、B粉通道、C粉通道、D粉通道；入射镜a、出射镜a、聚焦镜a、A光通道对应设置，以形成主光路（A光路），A粉通道与A光通道对应匹配设置；入射镜b、出射镜b、聚焦镜b、B光通道对应设置，以形成B光路，B粉通道与B光通道对应匹配设置；入射镜c、出射镜c、聚焦镜c、C光通道对应设置，以形成C光路，C粉通道与C光通道对应匹配设置；入射镜d、出射镜d、聚焦镜d、D光通道对应设置，以形成D光路，D粉通道与D光通道对应匹配设置。

为使得各光斑在喷嘴本体的前端形成线串状多路光斑，本发明提供一种特定结构的多粉通道-多光通道喷嘴。在喷嘴本体中，如图9所示，各光通道的出口呈N字形排布在所述喷嘴本体的端部，且各光通道的出口一一对应地位于自身所排布形成的N字形的端点位置处，而各光通道的出口位置处的外侧，则一一对应地匹配设置所述的粉通道。

为使得上述的激光熔覆头能够实现4路同步送粉激光增材，本发明所述的出射镜a、出射镜b、出射镜c为分束镜，所述的出射镜d为全透镜b；由此可知，全透镜a透射的激光光束，能够经出射镜a分束形成透射光线a、反射光线a；透射光线a能够经聚焦镜a聚焦后，沿着A光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑a；反射光线a能够作为入射光线射入入射镜b；入射镜b能够将反射光线a全部反射后，射入出射镜b分束形成透射光线b、反射光线b；透射光线b能够经聚焦镜b聚焦后，沿着B光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑b；反射光线b能够作为入射光线射入入射镜c；入射镜c能够将反射光线b全部反射后，射入出射镜c分束形成透射光线c、反射光线c；透射光线c能够经聚焦镜c聚焦后，沿着C光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑c；反射光线c能够作为入射光线射入入射镜d；入射镜d能够将反射光线c全部反射后，射入全透镜b形成透射光线d；透射光线d能够经聚焦镜d聚焦后，沿着D光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑d；光斑a、光斑b、光斑c、光斑d呈线状排布，且光斑a与光斑b之间、光斑b与光斑c之间、光斑c与光斑d之间，均存在搭接耦合区域；A粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑a，以落在对应匹配设置的A光通道在喷嘴本体前端形成的光斑a内；B粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑b，以落在对应匹配设置的B光通道在喷嘴本体前端形成的光斑b内；C粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑c，以落在对应匹配设置的C光通道在喷嘴本体前端形成的光斑c内；D粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑d，以落在对应匹配设置的D光通道在喷嘴本体前端形成的光斑d内。

为使得上述线串状多路光斑中，各光通道能够形成光强比约为30:20:20:30的四路准直激光束，本发明所述出射镜a、出射镜b选用30%透射率分束镜；所述出射镜c 选用40%透射率分束镜。

为使得上述线串状多路光斑中，各光路能够形成光强基本一致的四路准直激光束，本发明所述出射镜a选用25%透射率分束镜；所述出射镜b 选用33%透射率分束镜；所述出射镜c 选用50%透射率分束镜。

为使得上述的激光熔覆头能够实现3路同步送粉激光增材，本发明所述的出射镜a、出射镜b为分束镜，且出射镜a选用33%透射率分束镜，出射镜b选用50%透射率分束镜，所述的出射镜c、出射镜d为全透镜；此时，全透镜a透射的激光光束，能够经出射镜a分束形成透射光线a、反射光线a；透射光线a能够经聚焦镜a聚焦后，沿着A光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑a；反射光线a能够作为入射光线射入入射镜b；入射镜b能够将反射光线a全部反射后，射入出射镜b分束形成透射光线b、反射光线b；透射光线b能够经聚焦镜b聚焦后，沿着B光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑b；反射光线b能够作为入射光线射入入射镜c；入射镜c能够将反射光线b全部反射后，射入出射镜c，完全透射形成透射光线c1，透射光线c1能够经聚焦镜c聚焦后，沿着C光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑c1；光斑a、光斑b、光斑c1呈线状排布，且光斑a与光斑b之间、光斑b与光斑c1之间，均存在搭接耦合区域；A粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑a，以落在对应匹配设置的A光通道在喷嘴本体前端形成的光斑a内；B粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑b，以落在对应匹配设置的B光通道在喷嘴本体前端形成的光斑b内；C粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑c，以落在对应匹配设置的C光通道在喷嘴本体前端形成的光斑c1内。由此可知，本技术方案中，出射镜d、入射镜d、聚焦镜d、D光通道、D粉通道闲置，所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头对应为3路同步送粉增材激光熔覆头。

为使得上述的激光熔覆头能够实现2路同步送粉激光增材，所述的出射镜a为分束镜，并选用50%透射率分束镜；所述的出射镜b、出射镜c、出射镜d为全透镜；此时，全透镜a透射的激光光束，能够经出射镜a分束形成透射光线a、反射光线a；透射光线a能够经聚焦镜a聚焦后，沿着A光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑a；反射光线a能够作为入射光线射入入射镜b；入射镜b能够将反射光线a全部反射后，射入出射镜b，完全透射形成透射光线b1；透射光线b1能够经聚焦镜b聚焦后，沿着B光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑b1；光斑a、光斑b1呈线状排布，且光斑a与光斑b1之间存在搭接耦合区域；A粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑a，以落在对应匹配设置的A光通道在喷嘴本体前端形成的光斑a内；B粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑b，以落在对应匹配设置的B光通道在喷嘴本体前端形成的光斑b1内。由此可知，本技术方案中，出射镜c、出射镜d、入射镜c、入射镜d、聚焦镜c、聚焦镜d、C光通道、D光通道、C粉通道、D粉通道闲置，所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头对应为2路同步送粉增材激光熔覆头。

以下将结合附图1-9说明本发明的技术方案。

实施例1：四路同步送粉激光增材工作顺序及原理说明：

a.从主光路51，即A光路方向开始逆时针依次为B光路52、D光路54、C光路53，依次给A、B、C、D光路的入射镜安装位置31安装全透镜（即上述的全透镜a）、全反射镜（即上述的入射镜b）、全反射镜（即上述的入射镜c）、全反射镜（即上述的入射镜d），依次给A、B、C、D光路的出射镜安装位置32安装25%透射分束镜（即上述的出射镜a）、33%透射分束镜（即上述的出射镜b）、50%透射分束镜（即上述的出射镜c）、全透镜（即上述的出射镜d）；

b.激光从激光发射部1射入光路整合模块，经过激光准直部2后由发散激光变为准直激光，进入A光路51，通过入射镜安装位置31处的全透镜a，经出射镜安装位置32处的25%透射分束镜形成透射、反射两道光束，透射光束向下行进至下端的激光聚焦部4，反射光束反射至B光路52，经入射镜安装位置31处的全反射镜（即上述的入射镜b）反射向下经出射镜安装位置32处的33%透射分束镜形成透射、反射两道光束，透射光束向下行进至下端的激光聚焦部4，反射光束反射至C光路53，经入射镜安装位置31处的全反射镜（即上述的入射镜c）反射向下经出射镜安装位置32处的50%透射分束镜形成透射、反射两道光束，透射光束向下行进至下端的激光聚焦部4，反射光束反射至C光路53，经入射镜安装位置31处的全反射镜（即上述的入射镜d）反射向下经出射镜安装位置32处的全透镜（即上述的全透镜b），透射光束向下行进至下端的激光聚焦部4，由此形成经过四光路光强均等的准直激光束；

c.四路的准直激光束经过激光聚焦部4形成聚焦激光光束，继续行进沿喷嘴的光通道，经光通道入口处的折射镜9，调整直射至光通道入口处的光束方向，使之沿喷嘴内的光路方向行进，在喷嘴下端工作平面形成4路光斑，喷嘴的71-74粉通道上端输入粉末及送粉气流，在喷嘴下端工作平面形成4路粉斑，如图7所示，光路51-54的光斑与粉通道71-74的粉斑分别耦合，形成一定搭接率的并行排列，从而可以进行四路同步送粉增材。

2路或3路同步送粉增材方案可通过调节出射镜安装位置32处的安装镜片进行调节。

实施例2：调节光强比的四路同步送粉增材工作顺序及原理说明：

a.从主光路51即A光路方向开始逆时针依次为B光路52、D光路54、C光路53，依次给A、B、C、D光路的入射镜安装位置31安装全透镜（即上述的全透镜a）、全反射镜（即上述的入射镜b）、全反射镜（即上述的入射镜c）、全反射镜（即上述的入射镜d），依次给A、B、C、D光路的出射镜安装位置32安装30%透射分束镜（即上述的出射镜a）、30%透射出射镜b（即上述的出射镜b）、40%透射分束镜（即上述的出射镜c）、全透镜（即上述的出射镜d）；

b.激光从激光发射部1射入光路整合模块，经过激光准直部2后由发散激光变为准直激光，进入A光路51，通过入射镜安装位置31处的全透镜（即上述的全透镜a），经出射镜安装位置32处的30%透射分束镜（即上述的出射镜a）形成透射、反射两道光束，透射光束向下行进至下端的激光聚焦部4，反射光束反射至B光路52，经入射镜安装位置31处的全反射镜（即上述的入射镜b）反射向下经出射镜安装位置32处的30%透射出射镜b（即上述的出射镜b）形成透射、反射两道光束，透射光束向下行进至下端的激光聚焦部4，反射光束反射至C光路53，经入射镜安装位置31处的全反射镜（即上述的入射镜c）反射向下，经出射镜安装位置32处的40%透射分束镜（即上述的出射镜c）形成透射、反射两道光束，透射光束向下行进至下端的激光聚焦部4，反射光束反射至C光路53，经入射镜安装位置31处的全反射镜（即上述的入射镜d）反射向下经出射镜安装位置32处的全透镜（即上述的出射镜d），透射光束向下行进至下端的激光聚焦部4；由此形成经光路51-54光强比约为30:20:20:30的四路准直激光束；

c.四路的准直激光束经过激光聚焦部4形成聚焦激光光束，继续行进至喷嘴的光通道，经光通道入口处的折射镜9，调整直射至光路通道入口处的光束方向使之沿喷嘴内的光路方向行进，在喷嘴下端工作平面形成4路光斑，喷嘴的71-74粉通道上端输入粉末及送粉气流，在喷嘴下端工作平面形成4路粉斑，如图5，光路51-54的光斑与粉通道71-74的粉斑分别耦合，形成一定搭接率的并行排列，从而可以进行四路同步送粉增材。

考虑中间两处光斑52、53受周边光斑处的热保护作用较强，通过本实施例中分束镜的光强比例调节，相对于实施例1而言，能够更好地控制多路同步送粉激光增材的熔覆质量。3路同步送粉激光增材同理。

Claims (10)

1.一种能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，包括光路整合模块和喷嘴，其特征在于，所述的光路整合模块为可调节式光路整合模块，包括激光发射部、激光准直部、激光分光部及激光聚焦部；所述的喷嘴为多粉路-多光路喷嘴，包括两条以上的光路以及两条以上的粉路；其中：

所述的激光发射部，能够发射激光；

所述的激光准直部，能够将激光发射部发出的激光准直输入激光分光部；

所述的激光分光部，能够将激光准直部准直输入的激光，通过激光分光组件，分成数量与光路数量一致的分光光束；

所述的多粉路-多光路喷嘴，包括喷嘴本体以及分别设置在喷嘴本体上的2条以上的粉通道、2条以上的光通道；各光通道的出口均布置在所有粉通道的出口围成的区域内，且各光通道与各粉通道一一对应匹配设置；

所述的激光聚焦部，能够将激光分光部所分出的各分光光束聚焦后，一一沿着喷嘴本体上所设置的光通道射出，并在喷嘴本体的前端整体形成线串状多路光斑；所述线串状多路光斑中的各激光光斑均由各分光光束一一对应形成，且线串状多路光斑中的相邻两个激光光斑之间存在搭接耦合；

每一条粉通道中输出的粉末均能够在喷嘴本体的前端形成粉斑，以落在对应匹配设置的光通道在喷嘴本体前端形成的激光光斑内。

2.根据权利要求1所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，所述的激光分光组件，包括入射镜组件以及出射镜组件；

所述的入射镜组件，包括两个以上的入射镜；各入射镜中，其中一个入射镜为全透镜a，其余的入射镜则为全反射镜；

所述的出射镜组件，包括两个以上的出射镜；

所述的激光聚焦部，包括两个以上的聚焦镜；

各入射镜、出射镜、聚焦镜、光通道一一对应设置；

所述的各出射镜中，部分能够接收对应的入射镜透射或者反射的光线并分束形成透射分束光线、反射分束光线，余下的部分则能够接收对应的入射镜透射或者反射的光线并直接完全透射为透射光线；

所述的全透镜a，能够将激光准直部准直射入的激光，全部透射后射入对应的出射镜；

所述的反射分束光线，能够作为入射光线射入入射镜组件中对应的全反射镜；

所述的聚焦镜，能够接收并聚焦对应的出射镜透射而来的透射分束光线或者接收到对应的出射镜直接完全透射的透射光线，促使透射分束光线或者透射光线能够沿着对应的光通道射出，在喷嘴本体的前端形成对应的光斑。

3.根据权利要求2所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，所述的各出射镜中，其中一个出射镜为全透镜b，其余的出射镜则为分束镜；

所述的全透镜a，能够将激光准直部准直射入的激光，全部透射后射入出射镜组件中对应的分束镜；

所述的分束镜，能够将自身的入射光线分成两个部分，其中一部分为透射分束光线，能够经激光聚焦部中对应的聚焦镜聚焦后，沿着对应的光通道射出，另一部分则为反射分束光线，能够作为入射光线射入入射镜组件中对应的全反射镜；

所述的全透镜b，能够将入射镜组件中对应的全反射镜所反射的激光光束，全部透射后，经激光聚焦部中对应的聚焦镜聚焦，以沿着对应的光通道射出。

4.根据权利要求2所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，所述的入射镜、出射镜、聚焦镜、光通道、粉通道的数量均为4个；

所述的4个入射镜，分别为入射镜a、入射镜b、入射镜c、入射镜d；入射镜a为全透镜a；入射镜b、入射镜c、入射镜d均为全反射镜；

所述的4个出射镜，分别为出射镜a、出射镜b、出射镜c、出射镜d；

所述的4个聚焦镜，分别为聚焦镜a、聚焦镜b、聚焦镜c、聚焦镜d；

所述的4条光通道，分别为A光通道、B光通道、C光通道、D光通道；

所述的4条粉通道，分别为A粉通道、B粉通道、C粉通道、D粉通道；

入射镜a、出射镜a、聚焦镜a、A光通道对应设置，A粉通道与A光通道对应匹配设置；

入射镜b、出射镜b、聚焦镜b、B光通道对应设置，B粉通道与B光通道对应匹配设置；

入射镜c、出射镜c、聚焦镜c、C光通道对应设置，C粉通道与C光通道对应匹配设置；

入射镜d、出射镜d、聚焦镜d、D光通道对应设置，D粉通道与D光通道对应匹配设置。

5.根据权利要求4所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，各光通道的出口呈N字形排布在所述喷嘴本体的端部，且各光通道的出口一一对应地位于自身所排布形成的N字形的端点位置处，而各光通道的出口位置处的外侧，则一一对应地匹配设置所述的粉通道。

6.根据权利要求5所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，所述的出射镜a、出射镜b、出射镜c为分束镜，所述的出射镜d为全透镜b；

全透镜a透射的激光光束，能够经出射镜a分束形成透射光线a、反射光线a；透射光线a能够经聚焦镜a聚焦后，沿着A光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑a；

反射光线a能够作为入射光线射入入射镜b；入射镜b能够将反射光线a全部反射后，射入出射镜b分束形成透射光线b、反射光线b；透射光线b能够经聚焦镜b聚焦后，沿着B光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑b；

反射光线b能够作为入射光线射入入射镜c；入射镜c能够将反射光线b全部反射后，射入出射镜c分束形成透射光线c、反射光线c；透射光线c能够经聚焦镜c聚焦后，沿着C光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑c；

反射光线c能够作为入射光线射入入射镜d；入射镜d能够将反射光线c全部反射后，射入全透镜b形成透射光线d；透射光线d能够经聚焦镜d聚焦后，沿着D光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑d；

光斑a、光斑b、光斑c、光斑d呈线状排布，且光斑a与光斑b之间、光斑b与光斑c之间、光斑c与光斑d之间，均存在搭接耦合区域；

A粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑a，以落在对应匹配设置的A光通道在喷嘴本体前端形成的光斑a内；

B粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑b，以落在对应匹配设置的B光通道在喷嘴本体前端形成的光斑b内；

C粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑c，以落在对应匹配设置的C光通道在喷嘴本体前端形成的光斑c内；

D粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑d，以落在对应匹配设置的D光通道在喷嘴本体前端形成的光斑d内。

7.根据权利要求6所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，所述出射镜a、出射镜b均为30%透射率分束镜；所述出射镜c 为40%透射率分束镜；

或者所述出射镜a 为25%透射率分束镜；所述出射镜b 为33%透射率分束镜；所述出射镜c 为50%透射率分束镜。

8.根据权利要求5所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，所述的出射镜a、出射镜b为分束镜，所述的出射镜c、出射镜d为全透镜；

全透镜a透射的激光光束，能够经出射镜a分束形成透射光线a、反射光线a；透射光线a能够经聚焦镜a聚焦后，沿着A光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑a；

反射光线a能够作为入射光线射入入射镜b；入射镜b能够将反射光线a全部反射后，射入出射镜b分束形成透射光线b、反射光线b；透射光线b能够经聚焦镜b聚焦后，沿着B光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑b；

反射光线b能够作为入射光线射入入射镜c；入射镜c能够将反射光线b全部反射后，射入出射镜c，完全透射形成透射光线c1，透射光线c1能够经聚焦镜c聚焦后，沿着C光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑c1；

光斑a、光斑b、光斑c1呈线状排布，且光斑a与光斑b之间、光斑b与光斑c1之间，均存在搭接耦合区域；

A粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑a，以落在对应匹配设置的A光通道在喷嘴本体前端形成的光斑a内；

B粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑b，以落在对应匹配设置的B光通道在喷嘴本体前端形成的光斑b内；

C粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑c，以落在对应匹配设置的C光通道在喷嘴本体前端形成的光斑c1内。

9.根据权利要求5所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，所述的出射镜a为分束镜，所述的出射镜b、出射镜c、出射镜d为全透镜；

全透镜a透射的激光光束，能够经出射镜a分束形成透射光线a、反射光线a；透射光线a能够经聚焦镜a聚焦后，沿着A光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑a；

反射光线a能够作为入射光线射入入射镜b；入射镜b能够将反射光线a全部反射后，射入出射镜b，完全透射形成透射光线b1；透射光线b1能够经聚焦镜b聚焦后，沿着B光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑b1；

光斑a、光斑b1呈线状排布，且光斑a与光斑b1之间存在搭接耦合区域；

A粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑a，以落在对应匹配设置的A光通道在喷嘴本体前端形成的光斑a内；

B粉通道中输出的粉末能够在喷嘴本体的前端形成粉斑b，以落在对应匹配设置的B光通道在喷嘴本体前端形成的光斑b1内。

10.根据权利要求9所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，出射镜a为50%透射率分束镜。

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