CN116240540A - 一种复合激光熔覆光路 - Google Patents
一种复合激光熔覆光路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116240540A CN116240540A CN202310130861.0A CN202310130861A CN116240540A CN 116240540 A CN116240540 A CN 116240540A CN 202310130861 A CN202310130861 A CN 202310130861A CN 116240540 A CN116240540 A CN 116240540A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mirror
- reflecting
- conical
- focusing
- reflector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005570 vertical transmission Effects 0.000 abstract description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
本发明涉及复合激光熔覆光路，包括：圆锥反射镜、环形聚焦反射镜、分光镜、聚焦镜和反射组件，分光镜的垂直透射光出射端布置圆锥反射镜，分光镜的水平反射光出射端布置反射组件，圆锥反射镜外同轴布置环形聚焦反射镜，环形聚焦反射镜的反射面朝向圆锥反射镜的锥形面，环形聚焦反射镜的反射面相对于圆锥反射镜旋转对称，圆锥反射镜下方同轴布置聚焦镜，聚焦镜布置在反射组件的垂直反射光出射端。本发明的有益效果为：可以获取具有不同占空比的光斑，从而在激光扫描过程中，既保证了粉末在中心光斑的作用下快速融化，又保证了在热传导和热对流作用下，熔池两侧的温度略高于中心，使得边缘有足够的能量熔化粉末颗粒，减少侧壁粉末的粘附。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆领域，具体涉及一种复合激光熔覆光路。
背景技术
激光熔覆是指采用高能量密度的激光作为加热源，使金属粉末于待加工材料表面融化，形成一层高度耐磨的保护层。激光对于金属材料的熔覆质量一般会受到各种加工因素的影响，除了常规的激光功率，激光扫描速度及送料速度外，还有激光光束的聚焦形式。激光光束的聚焦形式决定了待加工材料表面光斑的聚焦大小、形态及功率密度等。因此，这涉及激光熔覆领域的一个关键技术：激光聚焦技术。
传统激光熔覆中利用聚焦透镜或聚焦反射镜将具有高斯形态的激光直接在待加工材料表面聚焦，形成一能量成高斯形态分布的实心光斑，该方法具有一定的便利性，但中心能量大，边缘能量小，在激光熔覆过程中易造成熔覆层中间过烧而边缘熔化不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种复合激光熔覆光路，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种复合激光熔覆光路，包括：圆锥反射镜、环形聚焦反射镜、分光镜、聚焦镜和反射组件，分光镜的垂直透射光出射端布置圆锥反射镜，分光镜的水平反射光出射端布置反射组件，圆锥反射镜外同轴布置环形聚焦反射镜，环形聚焦反射镜的反射面朝向圆锥反射镜的锥形面，环形聚焦反射镜的反射面相对于圆锥反射镜旋转对称，圆锥反射镜下方同轴布置聚焦镜，聚焦镜布置在反射组件的垂直反射光出射端。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，圆锥反射镜的斜面与底边夹角为45°。
进一步，环形聚焦反射镜的反射面径向剖面呈抛物线形式。
进一步，以环形聚焦反射镜焦点为坐标原点，在镜像剖面上建立直角坐标系O-XY；在直角坐标系下，环形聚焦反射镜反射面的径向剖面的抛物线方程为y2＝2px+p2，p＝390.5。
进一步，聚焦镜的焦距为180mm。
进一步，反射组件包括：第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，第一反射镜布置在分光镜的水平反射光出射端，第二反射镜布置在第一反射镜的垂直反射光出射端，第三反射镜布置在第二反射镜的水平反射光出射端，聚焦镜对着第三反射镜的垂直反射光出射端。
进一步，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为45°反射镜。
进一步，第一反射镜与圆锥反射镜位于同一水平面，第二反射镜与第一反射镜位于同一垂直面，第三反射镜与第二反射镜位于同一水平面，第三反射镜与圆锥反射镜、聚焦镜同轴。
进一步，还包括：激光器QBH头，激光器QBH头与圆锥反射镜同轴布置，激光器QBH头的出射端朝向圆锥反射镜。
进一步，该光路用以将入射光束转换以在待加工材料表面形成能量呈M型分布的复合光斑，复合光斑由中间呈高斯分布的实心光斑和外圈的环形光斑组成。
本发明的有益效果是：本发明采用合理的激光分束及聚焦方式形成能量呈M型分布且具有一定占空比的光斑，其特点为：整体光斑由中间呈高斯分布的实心光斑和外圈的环形光斑组成，且根据实际需求调整工作平面和/或聚焦镜的位置，可以获取具有不同占空比的光斑，从而在激光扫描过程中，既保证了粉末在中心光斑的作用下快速融化，又保证了在热传导和热对流作用下，熔池两侧的温度略高于中心，使得边缘有足够的能量熔化粉末颗粒，减少侧壁粉末的粘附。
附图说明
图1为本发明所述复合激光熔覆光路的激光束传输示意图；
图2为本发明所述复合激光熔覆光路的部分结构图；
图3为采用本发明所述复合激光熔覆光路在待加工材料上所形成的光斑示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、圆锥反射镜，2、环形聚焦反射镜，3、分光镜，4、聚焦镜，5、第一反射镜，6、第二反射镜，7、第三反射镜，8、激光器QBH头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1、图2所示，一种复合激光熔覆光路，包括：圆锥反射镜1、环形聚焦反射镜2、分光镜3、聚焦镜4和反射组件；
分光镜3可以将入射光束分为两束互相垂直的光束，其中一束垂直透射，另一束水平反射；
分光镜3的垂直透射光出射端布置圆锥反射镜1，圆锥反射镜1外同轴布置环形聚焦反射镜2，环形聚焦反射镜2的反射面朝向圆锥反射镜1的锥形面，环形聚焦反射镜2的反射面相对于圆锥反射镜1旋转对称，圆锥反射镜1下方同轴布置聚焦镜4；
由分光镜3所分出的垂直透射光束入射在圆锥反射镜1的锥形面上，然后圆锥反射镜1将其均匀分散并成90°反射，变换成具有一定厚度，均匀分布且传播方向沿圆周径向的圆周光照射在环形聚焦反射镜2的反射面上，再在环形聚焦反射镜2的反射作用下，光束成圆锥形反射传输，最终在焦平面上形成一圆形实心聚焦光斑，在远离焦平面一定距离的平面上可形成一定虚焦状态的中空环形光斑，外部聚焦的中空环形光斑一方面可以熔覆外围侧壁粉末，另一方面也可起到预热基材的作用；
分光镜3的水平反射光出射端布置反射组件，聚焦镜4布置在反射组件的垂直反射光出射端；
由分光镜3所分出的水平反射光束入射在反射组件上，然后经反射组件改变光路方向后，垂直入射在聚焦镜4上，并通过聚焦镜4在焦平面上聚焦，形成呈高斯分布的实心光斑，内部聚焦的实心光斑用于熔覆大部分粉末，而环形光斑与实心光斑构成复合光斑，如图3所示。
实施例2
如图1、图2所示，本实施例为在实施例1的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
圆锥反射镜1的斜面与底边夹角为45°。
实施例3
如图1、图2所示，本实施例为在实施例1或2的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
环形聚焦反射镜2的反射面径向剖面呈抛物线形式，。
抛物线具体如下：
以环形聚焦反射镜2焦点为坐标原点，在镜像剖面上建立直角坐标系O-XY；在直角坐标系下，环形聚焦反射镜2反射面的径向剖面的抛物线方程为y2＝2px+p2，p＝390.5。
实施例4
如图1、图2所示，本实施例为在实施例1～3任一实施例的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
聚焦镜4的焦距优选为180mm，可以满足较佳使用效果的同时使得整个装置尺寸维持在合理范围。
实施例5
如图1、图2所示，本实施例为在实施例1～4任一实施例的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
反射组件包括：第一反射镜5、第二反射镜6和第三反射镜7，第一反射镜5布置在分光镜3的水平反射光出射端，第二反射镜6布置在第一反射镜5的垂直反射光出射端，第三反射镜7布置在第二反射镜6的水平反射光出射端，聚焦镜4对着第三反射镜7的垂直反射光出射端；
由分光镜3所分出的水平反射光束入射在第一反射镜5上，然后经第一反射镜5将水平光束转变为垂直光束后反射向第二反射镜6，再经第二反射镜6将垂直光束转变为水平光束后反射向第三反射镜7，最后再经第三反射镜7将水平光束转变为垂直光束后反射在聚焦镜4上，并通过聚焦镜4在焦平面上聚焦，形成呈高斯分布的实心光斑。
在实际应用过程中，并不排除采用其他数量的反射镜，而在本实施例中，采用3块即可满足使用需求，故以3块的形式描述光路传播过程。
更进一步的：第一反射镜5、第二反射镜6和第三反射镜7均为45°反射镜。
实施例6
如图1、图2所示，本实施例为在实施例5的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
第一反射镜5与圆锥反射镜1位于同一水平面，第二反射镜6与第一反射镜5位于同一垂直面，第三反射镜7与第二反射镜6位于同一水平面，第三反射镜7与圆锥反射镜1、聚焦镜4同轴。
实施例7
如图1、图2所示，本实施例为在实施例1～6任一实施例的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
复合激光熔覆光路还包括：激光器QBH头8，激光器QBH头8与圆锥反射镜1同轴布置，激光器QBH头8的出射端朝向圆锥反射镜1，激光器所发射的激光束进入激光器QBH头8内后射出准直激光束。
实施例8
如图1、图2所示，本实施例为在实施例1～7任一实施例的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
该光路用以将入射光束转换以在待加工材料表面形成能量呈M型分布的复合光斑，复合光斑由中间呈高斯分布的实心光斑和外圈的环形光斑组成，根据实际需求调整工作平面和/或聚焦镜4的位置，可以获取具有不同占空比的光斑。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种复合激光熔覆光路，其特征在于，包括：圆锥反射镜(1)、环形聚焦反射镜(2)、分光镜(3)、聚焦镜(4)和反射组件，所述分光镜(3)的垂直透射光出射端布置圆锥反射镜(1)，所述分光镜(3)的水平反射光出射端布置反射组件，所述圆锥反射镜(1)外同轴布置环形聚焦反射镜(2)，所述环形聚焦反射镜(2)的反射面朝向所述圆锥反射镜(1)的锥形面，所述环形聚焦反射镜(2)的反射面相对于圆锥反射镜(1)旋转对称，所述圆锥反射镜(1)下方同轴布置聚焦镜(4)，所述聚焦镜(4)布置在反射组件的垂直反射光出射端。
2.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述圆锥反射镜(1)的斜面与底边夹角为45°。
3.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述环形聚焦反射镜(2)的反射面径向剖面呈抛物线形式。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，以环形聚焦反射镜(2)焦点为坐标原点，在镜像剖面上建立直角坐标系O-XY；在所述直角坐标系下，所述环形聚焦反射镜(2)反射面的径向剖面的抛物线方程为y2＝2px+p2，p＝390.5。
5.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述聚焦镜(4)的焦距为180mm。
6.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述反射组件包括：第一反射镜(5)、第二反射镜(6)和第三反射镜(7)，所述第一反射镜(5)布置在所述分光镜(3)的水平反射光出射端，所述第二反射镜(6)布置在所述第一反射镜(5)的垂直反射光出射端，所述第三反射镜(7)布置在所述第二反射镜(6)的水平反射光出射端，所述聚焦镜(4)对着第三反射镜(7)的垂直反射光出射端。
7.根据权利要求6所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述第一反射镜(5)、第二反射镜(6)和第三反射镜(7)均为45°反射镜。
8.根据权利要求6所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述第一反射镜(5)与所述圆锥反射镜(1)位于同一水平面，所述第二反射镜(6)与所述第一反射镜(5)位于同一垂直面，所述第三反射镜(7)与所述第二反射镜(6)位于同一水平面，所述第三反射镜(7)与圆锥反射镜(1)、聚焦镜(4)同轴。
9.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，还包括：激光器QBH头(8)，所述激光器QBH头(8)与所述圆锥反射镜(1)同轴布置，所述激光器QBH头(8)的出射端朝向所述圆锥反射镜(1)。
10.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，该光路用以将入射光束转换以在待加工材料表面形成能量呈M型分布的复合光斑，所述复合光斑由中间呈高斯分布的实心光斑和外圈的环形光斑组成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310130861.0A CN116240540A (zh) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 一种复合激光熔覆光路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310130861.0A CN116240540A (zh) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 一种复合激光熔覆光路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116240540A true CN116240540A (zh) | 2023-06-09 |
Family
ID=86627320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310130861.0A Pending CN116240540A (zh) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 一种复合激光熔覆光路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116240540A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116837378A (zh) * | 2023-08-29 | 2023-10-03 | 山东镭研激光科技有限公司 | 激光熔覆送料装置 |
-
2023
- 2023-02-17 CN CN202310130861.0A patent/CN116240540A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116837378A (zh) * | 2023-08-29 | 2023-10-03 | 山东镭研激光科技有限公司 | 激光熔覆送料装置 |
| CN116837378B (zh) * | 2023-08-29 | 2023-11-17 | 山东镭研激光科技有限公司 | 激光熔覆送料装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11673212B2 (en) | Optical path/beam splitting unit and coaxial-wire-feed cladding head thereof | |
| CN108453261B (zh) | 一种具有预热和缓冷功能的激光增材制造的装置 | |
| CN103399405B (zh) | 一种激光宽带熔覆装置及方法 | |
| US20060186098A1 (en) | Method and apparatus for laser processing | |
| CN113634769B (zh) | 基于高斯光束、光束整形复合光束的金属slm打印系统 | |
| CN103197420B (zh) | 一种激光聚焦装置 | |
| CN111020569B (zh) | 单光束双光斑复合能场激光熔覆头及其光学组件 | |
| CN116240540A (zh) | 一种复合激光熔覆光路 | |
| CN203178573U (zh) | 一种激光聚焦装置 | |
| CN211564508U (zh) | 一种slm双光斑成形装置 | |
| CN109465447A (zh) | 一种三激光辅助预热缓冷的增材制造方法及设备 | |
| CN106711765B (zh) | 一种具有三光斑照射一次成型功能的半导体激光熔覆光源结构 | |
| CN112548324A (zh) | 激光焊接方法和用于激光焊接的设备 | |
| JPS62264008A (ja) | 光束集束装置とこの装置を使つた光フアイバ溶接機械 | |
| CN212885690U (zh) | 一种双焦点激光焊接光学系统及其激光焊接头 | |
| JP2662065B2 (ja) | レーザー・マーキング用光学システム | |
| CN203422527U (zh) | 一种激光宽带熔覆装置 | |
| CN112975162B (zh) | 一种基于自适应光学的毛玻璃切割装置及方法 | |
| US20200061750A1 (en) | Mitigating low surface quality | |
| CN212357393U (zh) | 一种激光熔覆装置 | |
| CN209532091U (zh) | 一种三激光辅助预热缓冷的增材制造设备 | |
| GB2139614A (en) | Method and apparatus for cutting glass | |
| CN108710136B (zh) | 一种三维成像激光雷达发射装置 | |
| CN210587655U (zh) | 一种光纤端帽焊接装置 | |
| CN115386869B (zh) | 一种双四棱锥反射镜激光同轴熔化沉积方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |