CN113265657B - 一种多自由度激光送粉修复装置及出粉方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度激光送粉修复装置及出粉方法。所述装置包括：支撑架、激光熔覆头夹持驱动组件和零件夹持驱动组件，激光熔覆头夹持驱动组件包括第一滑动组件和第一转动组件，第一滑动组件用于带动激光熔覆头在第一平面上进行两自由度的线性移动，第一转动组件驱动激光熔覆头绕第一轴转动，零件夹持驱动组件包括第二滑动组件和第二转动组件，第二滑动组件用于带动零件在第二平面上进行两自由度的线性移动，第二转动组件驱动零件绕第二轴转动，第一平面垂直于所述第二平面，第一轴垂直于所述第二轴，通过激光熔覆头夹持驱动组件和零件夹持驱动组件的转动和移动，使得激光熔覆头保持垂直于零件的待修复位置。提高了修复效率和修复质量。

Description

一种多自由度激光送粉修复装置及出粉方法

技术领域

本发明属于激光送粉修复技术领域，更具体地，涉及一种多自由度激光送粉修复装置及出粉方法。

背景技术

为解决激光同轴送粉修复零件受损时激光熔覆道和激光熔覆喷嘴汇聚粉斑大小不同导致的修复质量不高和粉末利用率低的问题，在激光熔覆喷头处通常会设置多个送粉管道且与激光同轴的装置。专利文献CN 207143333U公开了一种激光熔覆设备用同轴多路送粉装置，其激光熔覆同轴多路送粉装置的送粉管的中部卡在L字型结构挂板上的豁口内，与处于工作状态的连接头连接，送粉管的下端连接有旋塞头，旋塞头通过螺纹连接在连接头上。专利文献CN109234730B公开了一种同轴送粉式激光熔覆喷嘴装置，该同轴送粉激光熔覆装置是由内环喷嘴、外环喷嘴和连接件组成，内环喷嘴的9个凸块的侧壁与外环喷嘴的下部的内壁紧密贴合，连接件设置在外环喷嘴和内环喷嘴的正上方，内环喷嘴的9-棱柱可以将入射到外环喷嘴中的粉末打散变成均匀分布的粉末，粉末落入到内环喷嘴的分散粉末结构的上端面上顺着斜面向外沿倾斜，然后通过槽道向下落，粉末通过间隙最终形成均匀汇聚粉斑。

在这两种激光熔覆同轴送粉修复装置中，由于粉末从多个通道输送至零件受损修复处时无法实时控制每一个送粉管道的开关闭合，于是在修复过程中，某些需要修复部位的角度不需要全部送粉管道同时送粉会造成粉末利用率降低，在上述专利文献中，设置备用连接头可以达到改变送粉方向和角度的目的，但需要重新安装送粉管道，在使用中会降低效率。此外，在上述两种激光熔覆同轴送粉修复装置中，需要修复的零件一旦装夹后，和激光熔覆头的位置便固定，只能修复一定位置和角度的损伤；并且被装夹零件修复处和激光熔覆头无法一直处于最佳激光熔覆修复位置，即相处垂直的关系，无法保证被修复各个位置修复质量全部达到标准和一致。另外，上述两种激光熔覆同轴送粉修复装置中，装夹零件的夹具只能装夹一定尺寸的零件，对于不同尺寸的零件无法灵活调节夹具满足装夹要求，对于大尺寸零件甚至超大尺寸零件，无法装夹进而修复。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多自由度激光送粉修复装置及出粉方法，其目的在于控制激光熔覆头的多自由度移动，配合被修复零件的多自由度移动，可以保持激光熔覆头和修复处一直处于垂直关系，提高修复质量，多路同轴送粉管道可控制每个管道的开关闭合，提高粉末利用利率。由此解决修复效率低、修复质量不一致的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多自由度激光送粉修复装置，包括：支撑架、连接于所述支撑架上的激光熔覆头夹持驱动组件和零件夹持驱动组件，所述激光熔覆头夹持驱动组件包括第一滑动组件和第一转动组件，第一滑动组件用于带动激光熔覆头在第一平面上进行两自由度的线性移动，第一转动组件驱动激光熔覆头绕第一轴转动，所述零件夹持驱动组件包括第二滑动组件和第二转动组件，第二滑动组件用于带动零件在第二平面上进行两自由度的线性移动，第二转动组件驱动零件绕第二轴转动，所述第一平面垂直于所述第二平面，所述第一轴垂直于所述第二轴，通过激光熔覆头夹持驱动组件和零件夹持驱动组件的转动和移动，使得激光熔覆头保持垂直于零件的待修复位置。

优选地，所述支撑架为长方体或正方体，以该长方体或正方体的一个顶点为XYZ坐标轴原点，所述激光熔覆头夹持驱动组件的设置位置满足：使第一滑动组件带动激光熔覆头沿X方向或Y方向线性移动，且使第一转动组件驱动激光熔覆头绕Y轴转动；所述零件夹持驱动组件的设置位置满足：使第二滑动组件带动零件沿Y方向或Z方向线性移动，且使第二转动组件驱动零件绕X轴转动。

优选地，所述第一滑动组件包括：架设于支撑架上且能够沿Y轴方向线性移动的滑轨、与滑轨固定连接的第一连接板、固定连接于第一连接板上的第一丝杠滑台，所述第一丝杠滑台包括第一丝杠和与该第一丝杠螺纹连接的第一基座，第一丝杠平行于X轴设置，通过旋转第一丝杠能够带动第一基座移动从而带动激光熔覆头沿X轴方向线性移动，所述第一转动组件与所述第一基座转动连接，所述第一转动组件与激光熔覆头固定连接，所述第一转动组件通过电机驱动能够带动激光熔覆头绕Y轴转动。

优选地，所述第二滑动组件包括：架设于支撑架上且能够沿Z轴方向线性移动的第二连接板、固定连接于第二连接板上的第二丝杠滑台，所述第二丝杠滑台包括第二丝杠和与该第二丝杠螺纹连接的第二基座，第二丝杠平行于Y轴设置，通过旋转第二丝杠能够带动第二基座沿Y轴方向线性移动，所述第二转动组件与所述第二基座转动连接，所述第二转动组件与零件固定连接，所述第二转动组件通过电机驱动能够绕X轴转动。

优选地，所述第二转动组件包括：与所述第二基座转动连接的连接部、垂直连接于该连接部底部的底板和连接于底板两端的夹钳，所述夹钳用于将零件固定于所述底板上，所述底板与连接部可拆卸连接。

优选地，所述夹钳包括与底板可拆卸连接的固定部、固定于该固定部上的夹钳部和与该夹钳部滑动连接的零件固定组件，该夹钳部的两臂之间空隙为定值，且该空隙构成滑槽，零件固定组件包括螺栓组件和与螺栓组件连接的卡合部，卡合部用于与零件进行连接，螺栓组件能够在滑槽中移动适应不同尺寸零件。

优选地，所述第一滑动组件包括：架设于支撑架上且能够沿Y轴方向线性移动的滑轨、与滑轨滑动连接的第一连接板，所述第一转动组件与所述第一连接板转动连接，所述第一转动组件与激光熔覆头固定连接，所述第一转动组件通过电机驱动能够带动激光熔覆头绕Y轴转动；所述第一连接板能够沿滑轨的长度方向移动从而带动激光熔覆头沿X轴方向线性移动。

优选地，所述激光熔覆头的激光发出通路上连接法兰盘，所述法兰盘与激光熔覆头同轴，所述法兰盘沿周长方向均匀设置至少4个送粉管路，所述送粉管路的送粉出口与激光熔覆头的激光在一条直线上。

按照本发明的另一个方面，提供了一种激光送粉修复装置的出粉方法，控制每条所述送粉管路的独立开启或闭合，实现送粉位置和送粉量的改变。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。

(1)本发明通过激光熔覆头夹持驱动组件可以实现调节激光熔覆头的多自由度移动，利用零件夹持驱动组件可以实现被修复零件的多自由度移动。当零件需要修复处被其他位置遮挡住，不利于激光熔覆头相对于被修复处成垂直关系时，即修复角度会影响修复质量时，不同于现有的激光送粉修复设备，本发明的装置通过激光熔覆头夹持驱动组件和零件夹持驱动组件的自由度调节和二者之间的配合，移动和转动激光熔覆头以及零件达到最佳修复角度，可以保证并保持激光熔覆头和零件待修复处一直处于垂直的位置关系，提高了修复质量以及修复成功率，实现复杂结构零件(如发动机叶轮)受损位置高质量修复。

(2)本发明中采用将激光熔覆头夹持驱动组件和零件夹持驱动组件连接于长方体或正方体的支撑架上，二者可以分别在支撑架上两个互相垂直的平面上进行2自由度的线型移动，可以实现相互靠近或远离，方便安装零件和激光熔覆头，也方便调节零件和激光熔覆头之间的距离。另外，通过第一转动组件和第二转动组件可以实现零件和激光熔覆头分别绕两个互相垂直的轴线进行旋转，便于调节零件和激光熔覆头之间的角度，以实现保证并保持激光熔覆头和零件待修复处一直处于垂直的位置关系。

(3)本发明的装置中夹钳上滑动连接的零件固定组件可根据零件尺寸在一定位置上移动，以实现短距离调整，待零件装夹好后，零件固定组件固定位置即可，可以适应不同尺寸的待修复零件，避免更换装夹平台。若待修复零件的尺寸超出底座的尺寸，则根据零件尺寸更换安放被修复零件的底板即可，底板为可拆卸连接，避免更换装夹平台。从而在需要人为扩大受损位置时可以满足修复条件修复损伤，例如对于多处损伤的零件，可通过本发明的装置减少零件重新装夹的次数，减少重新装夹时间，提高修复效率。

(4)本发明的装置可以通过每个送粉管道的开关闭合，不改变熔覆头的位置，从而改变送粉位置和送粉量，适应多角度修复，避免无效送粉，提高粉末利用率。可以随时替换堵塞送粉管路，避免某一送粉管路堵塞导致设备故障。

(5)本发明中的激光熔覆头夹持驱动组件和零件夹持驱动组件的具体实现方式灵活多变、组件成本低廉、易于工业批量制造。例如，可以采用本发明中的两种第一滑动组件和第一转动组件形式，以及一种第二滑动组件和第二转动组件的形式，可以采用工业机械手，或者使用其他滑轨、滑台、以及转台组合均可，只要每个夹持驱动组件均能够实现3自由度运动即可。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多自由度激光送粉修复装置的侧视图；

图2是本发明实施例提供的多自由度激光送粉修复装置中激光熔覆头和零件在一个位置时的正视图；

图3是本发明实施例提供的多自由度激光送粉修复装置中激光熔覆头和零件调节至另一位置时的正视图；

图4是本发明实施例提供的多自由度激光送粉修复装置中第一丝杠滑台的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的多自由度激光送粉修复装置中第二丝杠滑台的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的多自由度激光送粉修复装置中第二转动组件的底板和连接部的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的多自由度激光送粉修复装置中第二转动组件的夹钳的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的多自由度激光送粉修复装置中法兰盘和送粉管路的装配示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-支撑架；2-激光熔覆头夹持驱动组件；3-零件夹持驱动组件；4-激光熔覆头；5-零件；

201-第一滑动组件；202-第一转动组件；301-第二滑动组件；302-第二转动组件；401-法兰盘；402-送粉管路；201a-滑轨；201b-第一连接板；201c-第一丝杠滑台；201c1-第一丝杠；201c2-第一基座；201c3-第一丝杠调节螺母；301a-第二连接板；301b-第二丝杠滑台；301b1-第二丝杠；301b2-第二基座；301b3-第二丝杠调节螺母；302a-连接部；302b-底板；302c-夹钳；302c1-固定部；302c2-夹钳部；302c3-零件固定组件；302c4-卡合部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

本实施例提供了一种多自由度激光送粉修复装置，参见图1-8，包括：支撑架1、连接于所述支撑架1上的激光熔覆头夹持驱动组件2和零件夹持驱动组件3，该激光熔覆头夹持驱动组件2包括第一滑动组件201和第一转动组件202，第一滑动组件201用于带动激光熔覆头4在第一平面上进行两自由度的线性移动，第一转动组件202驱动激光熔覆头4绕第一轴转动，零件夹持驱动组件3包括第二滑动组件301和第二转动组件302，第二滑动组件301用于带动零件5在第二平面上进行两自由度的线性移动，第二转动组件302驱动零件5绕第二轴转动，第一平面垂直于所述第二平面，第一轴垂直于所述第二轴，通过激光熔覆头夹持驱动组件2和零件夹持驱动组件3的转动和移动，使得激光熔覆头4保持垂直于零件5的待修复位置。

在本实施例一种可行的方式中，所述支撑架1为长方体或正方体，以该长方体或正方体的一个顶点为XYZ坐标轴原点，所述激光熔覆头夹持驱动组件2的设置位置满足：使第一滑动组件201带动激光熔覆头4沿X方向或Y方向线性移动，且使第一转动组件202驱动激光熔覆头4绕Y轴转动；所述零件夹持驱动组件3的设置位置满足：使第二滑动组件301带动零件5沿Y方向或Z方向线性移动，且使第二转动组件302驱动零件5绕X轴转动。由此，激光熔覆头4和零件5分别具有3个自由度，从而实现了激光熔覆头4和零件5在该支撑架1中调整各自的位置。图3中的修复位置是一种激光熔覆头与被修复零件的相对位置的示意图，其中被修复零件并不能绕Y轴转动，但可以绕X轴进行转动。

具体地，所述第一滑动组件201包括：架设于支撑架1上且能够沿Y轴方向线性移动的滑轨201a、与滑轨201a固定连接的第一连接板201b、固定连接于第一连接板201b上的第一丝杠滑台201c，所述第一丝杠滑台201c包括第一丝杠201c1和与该第一丝杠201c1螺纹连接的第一基座201c2，第一丝杠201c1平行于X轴设置，通过转动第一丝杠调节螺母201c3可以旋转第一丝杠201c1，能够带动第一基座201c2移动从而带动激光熔覆头4沿X轴方向线性移动，所述第一转动组件202与所述第一基座201c2转动连接，所述第一转动组件202与激光熔覆头4固定连接，所述第一转动组件202通过电机驱动能够带动激光熔覆头4绕Y轴转动。

所述第二滑动组件301包括：架设于支撑架1上且能够沿Z轴方向线性移动的第二连接板301a、固定连接于第二连接板301a上的第二丝杠滑台301b，所述第二丝杠滑台301b包括第二丝杠301b1和与该第二丝杠301b1螺纹连接的第二基座301b2，第二丝杠301b1平行于Y轴设置，通过转动第二丝杠调节螺母301b3可以旋转第二丝杠301b1，能够带动第二基座301b2沿Y轴方向线性移动，所述第二转动组件302与所述第二基座301b2转动连接，所述第二转动组件302与零件5固定连接，所述第二转动组件302通过电机驱动能够绕X轴转动。需要说明的是，该第二滑动组件201可以直接连接于第二连接板301a上，也可以通过额外的连接件与第二连接板301a连接。

参见图6和图7，所述第二转动组件302包括：与所述第二基座301b2转动连接的连接部302a、垂直连接于该连接部302a底部的底板302b和连接于底板302b两端的夹钳302c，所述夹钳302c用于将零件5固定于所述底板302b上，所述底板302b与连接部302a可拆卸连接。

进一步地，所述夹钳302c包括与底板302b可拆卸连接的固定部302c1、固定于该固定部302c1上的夹钳部302c2和与该夹钳部302c2滑动连接的零件固定组件302c3，该夹钳部302c2的两臂之间空隙为定值，且该空隙构成滑槽，零件固定组件302c3包括螺栓组件和与螺栓组件连接的卡合部302c4，卡合部302c4用于与零件5进行连接，螺栓组件能够在滑槽中移动适应不同尺寸零件5。

所述激光熔覆头4的激光发出通路上连接法兰盘401，所述法兰盘401与激光熔覆头4同轴，所述法兰盘401沿周长方向均匀设置至少4个送粉管路402，所述送粉管路402的送粉出口与激光熔覆头4的激光在一条直线上。进一步地，图8中所示的法兰盘401为安装送粉管道的法兰盘，在法兰盘上均匀分布有八个孔径大小一致的圆孔，圆孔的直径的最大极限偏差D2小于送粉管道轴径的直径最小极限偏差D1，这样可以通过过盈配合将送粉管道安装于法兰盘上。

本实施例还提供了一种上文所述的激光送粉修复装置的出粉方法，控制每条所述送粉管路402的独立开启或闭合，实现送粉位置和送粉量的改变，从而精确控制修复所需的送粉位置和送粉量。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，所述第一滑动组件201包括：架设于支撑架1上且能够沿Y轴方向线性移动的滑轨201a、与滑轨201a滑动连接的第一连接板201b，所述第一转动组件202与所述第一连接板201b转动连接，所述第一转动组件202与激光熔覆头4固定连接，所述第一转动组件202通过电机驱动能够带动激光熔覆头4绕Y轴转动；所述第一连接板201b能够沿滑轨201a的长度方向移动从而带动激光熔覆头4沿X轴方向线性移动。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多自由度激光送粉修复装置，其特征在于，包括：支撑架(1)、连接于所述支撑架(1)上的激光熔覆头夹持驱动组件(2)和零件夹持驱动组件(3)，

所述激光熔覆头夹持驱动组件(2)包括第一滑动组件(201)和第一转动组件(202)，第一滑动组件(201)用于带动激光熔覆头(4)在第一平面上进行两自由度的线性移动，第一转动组件(202)驱动激光熔覆头(4)绕第一轴转动，

所述零件夹持驱动组件(3)包括第二滑动组件(301)和第二转动组件(302)，第二滑动组件(301)用于带动零件(5)在第二平面上进行两自由度的线性移动，第二转动组件(302)驱动零件(5)绕第二轴转动，

所述第一平面垂直于所述第二平面，所述第一轴垂直于所述第二轴，

通过激光熔覆头夹持驱动组件(2)和零件夹持驱动组件(3)的转动和移动，使得激光熔覆头(4)保持垂直于零件(5)的待修复位置；所述支撑架(1)为长方体或正方体，以该长方体或正方体的一个顶点为XYZ坐标轴原点，

所述激光熔覆头夹持驱动组件(2)的设置位置满足：使第一滑动组件(201)带动激光熔覆头(4)沿X方向或Y方向线性移动，且使第一转动组件(202)驱动激光熔覆头(4)绕Y轴转动；

所述零件夹持驱动组件(3)的设置位置满足：使第二滑动组件(301)带动零件(5)沿Y方向或Z方向线性移动，且使第二转动组件(302)驱动零件(5)绕X轴转动；所述第一滑动组件(201)包括：架设于支撑架(1)上且能够沿Y轴方向线性移动的滑轨(201a)、与滑轨(201a)固定连接的第一连接板(201b)、固定连接于第一连接板(201b)上的第一丝杠滑台(201c)，

所述第一丝杠滑台(201c)包括第一丝杠(201c1)和与该第一丝杠(201c1)螺纹连接的第一基座(201c2)，第一丝杠(201c1)平行于X轴设置，通过旋转第一丝杠(201c1)能够带动第一基座(201c2)移动从而带动激光熔覆头(4)沿X轴方向线性移动，

所述第一转动组件(202)与所述第一基座(201c2)转动连接，所述第一转动组件(202)与激光熔覆头(4)固定连接，所述第一转动组件(202)通过电机驱动能够带动激光熔覆头(4)绕Y轴转动；所述第二滑动组件(301)包括：架设于支撑架(1)上且能够沿Z轴方向线性移动的第二连接板(301a)、固定连接于第二连接板(301a)上的第二丝杠滑台(301b)，

所述第二丝杠滑台(301b)包括第二丝杠(301b1)和与该第二丝杠(301b1)螺纹连接的第二基座(301b2)，第二丝杠(301b1)平行于Y轴设置，通过旋转第二丝杠(301b1)能够带动第二基座(301b2)沿Y轴方向线性移动，

所述第二转动组件(302)与所述第二基座(301b2)转动连接，所述第二转动组件(302)与零件(5)固定连接，所述第二转动组件(302)通过电机驱动能够绕X轴转动；所述第二转动组件(302)包括：与所述第二基座(301b2)转动连接的连接部(302a)、垂直连接于该连接部(302a)底部的底板(302b)和连接于底板(302b)两端的夹钳(302c)，所述夹钳(302c)用于将零件(5)固定于所述底板(302b)上，所述底板(302b)与连接部(302a)可拆卸连接；所述夹钳(302c)包括与底板(302b)可拆卸连接的固定部(302c1)、固定于该固定部(302c1)上的夹钳部(302c2)和与该夹钳部(302c2)滑动连接的零件固定组件(302c3)，

该夹钳部(302c2)的两臂之间空隙为定值，且该空隙构成滑槽，零件固定组件(302c3)包括螺栓组件和与螺栓组件连接的卡合部(302c4)，卡合部(302c4)用于与零件(5)进行连接，螺栓组件能够在滑槽中移动适应不同尺寸零件(5)。

2.如权利要求1所述的激光送粉修复装置，其特征在于，所述第一滑动组件(201)包括：架设于支撑架(1)上且能够沿Y轴方向线性移动的滑轨(201a)、与滑轨(201a)滑动连接的第一连接板(201b)，

所述第一转动组件(202)与所述第一连接板(201b)转动连接，所述第一转动组件(202)与激光熔覆头(4)固定连接，所述第一转动组件(202)通过电机驱动能够带动激光熔覆头(4)绕Y轴转动；

所述第一连接板(201b)能够沿滑轨(201a)的长度方向移动从而带动激光熔覆头(4)沿X轴方向线性移动。

3.如权利要求1所述的激光送粉修复装置，其特征在于，所述激光熔覆头(4)的激光发出通路上连接法兰盘(401)，所述法兰盘(401)与激光熔覆头(4)同轴，所述法兰盘(401)沿周长方向均匀设置至少4个送粉管路(402)，所述送粉管路(402)的送粉出口与激光熔覆头(4)的激光在一条直线上。

4.一种权利要求3所述的激光送粉修复装置的出粉方法，其特征在于，控制每条所述送粉管路(402)的独立开启或闭合，实现送粉位置和送粉量的改变。

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