CN216758170U - 一种具有实时检测熔覆厚度的激光增材再制造装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光增材再制造技术领域，特别涉及一种具有实时检测熔覆厚度的激光增材再制造装置，机床上设有工控机，工控机连接控制所的电气部件，机床上安装有熔覆头，熔覆头周围设置有固定工件，固定工件上可活动的安装有激光位移传感器。本实用新型的有益效果是：本实用新型在激光增材再制造技术基础上添加熔覆厚度监测系统，根据算法调控激光加工参数，降低消除外界因素对激光增材再制造过程的影响，保障系统运行的稳定性，改善工件成形质量。

Description

一种具有实时检测熔覆厚度的激光增材再制造装置

技术领域

本实用新型涉及激光增材再制造技术领域，特别涉及一种具有实时检测熔覆厚度的激光增材再制造装置。

背景技术

激光增材再制造核心为激光熔覆技术，能够在工件表面形成一种冶金结合的表面涂层，针对服役失效、部位受损及误加工工件进行修复，可以改善工件表面的物理性能、化学性能或力学性能，主要应用在大型矿山机电、工程机械关键零部件方面，但激光增材再制造过程受多种因素影响，包括送粉器不稳定、气瓶供气不足、激光器出故障无法稳定出光等因素，会导致激光增材再制造过程不稳定，影响成形工件质量。为提高激光熔覆过程的稳定性及再制造产品的质量，需构建检测装置实时检测熔覆厚度，并做出调控。

关于熔覆厚度监测及闭环控制，申请号 201910470166.2，专利名称为“一种激光熔覆实时测厚及反馈的方法及装置”，公开了使用单个激光位移传感器进行厚度测量方法及控制方法，此方法需要进行两次测量，效率较低，且仅适用于直径不变的轴类工件厚度监测。文献“杨永兴. CO2激光增材制造熔覆高度实时检测与闭环控制[D].哈尔滨工业大学,2016.”，研发了一套CCD检测熔覆高度的装置，但此装置测量精度较低，为0.1mm，且有局限性，适用于整体熔覆厚度较高的工艺。

为此，本申请设计了一种具有实时检测熔覆厚度的激光增材再制造装置，以解决上述问题。

发明内容

本实用新型为了弥补现有技术中的不足，提供了

一种具有实时检测熔覆厚度的激光增材再制造装置，包括机床，其特征在于：

所述机床上设有工控机，工控机连接控制所的电气部件，机床上安装有熔覆头，熔覆头周围设置有固定工件，固定工件上可活动的安装有激光位移传感器。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述固定工件包括固定在机床上的底板，底板的正面可前后移动的连接有第二转接板，第二转接板的前方安装有可上下移动的第一转接板，所述第一转接板成弧形，第一转接板上沿其弧线方向可移动的安装有安装板，安装板上可移动的设置有激光位移传感器。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述第二转接板、第一转接板、安装板和激光位移传感器分别对称设置有两个；

所述第二转接板在底板上前后移动的行程距离为35mm；

所述第一转接板在第二转接板上上下移动的行程距离为90mm；

所述安装板在第一转接板的弧线方向移动旋转0°-90°；

所述激光位移传感器在安装板上移动的行程距离为30mm。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述工控机用于集成连接设备，读取激光位移传感器数据通过算法进行处理，建立闭环控制系统，根据数据实时调整熔覆头运行速度；所述闭环控制系统采用模糊PID控制原理，工控机将两个激光位移传感器测得的熔覆前与熔覆后的数据进行相减，得到实际测量熔覆厚度；工控机将数据传输给控制器，控制器根据模糊PID控制向机床传输信息，实时调整运行速度。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型在激光增材再制造技术基础上添加熔覆厚度监测系统，根据算法调控激光加工参数，降低消除外界因素对激光增材再制造过程的影响，保障系统运行的稳定性，改善工件成形质量。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的固定工件的结构示意图；

图3为本实用新型的激光位移传感器测量示意图。

图中，

1、工控机、2、机床，3、熔覆头，4、固定工件，5、底板，6、第二转接板，7、第一转接板，8、安装板，9、激光位移传感器，10、第一测量点，11、第二测量点，12、熔池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1-图3为本实用新型的一种具体实施例，该实施例为一种具有实时检测熔覆厚度的激光增材再制造装置，由熔覆头、两个激光位移传感器、固定工件、工控机、机床、控制器组成，该熔覆头安装于机床上用于对工件进行熔覆；两个激光位移传感器用于实时检测熔覆厚度；该固定工件用于固定熔覆头和两个激光位移传感器；该工控机用于集成连接设备，读取激光位移传感器数据通过算法进行处理，建立闭环控制系统根据数据实时调整熔覆头运行速度；该机床用于工件固定夹紧与熔覆头熔覆运动。

固定工件由安装板、第一转接板、第二转接板、底板组成，该安装板用于固定两个激光位移传感器，激光位移传感器可沿固定板长边方向移动一定距离；该第一转接板用于固定安装板，安装板可沿第一转接板旋转0°-90°；该第二转接板用于固定第一转接板，第一转接板可在第二转接板上下方向移动一定距离，第二转接板可在底板前后方向移动一定距离。

使用该固定工件安装固定激光位移传感器的方式，可以满足多种测量需求，能够满足直径不变轴类工件、直径变化轴类工件和其他稍复杂轴类工件测量。亦可在激光位移传感器倾斜角度满足自身测量要求的情况下完成平板件的测量。激光位移传感器沿固定板长边方向移动一定距离为30mm。第一转接板在第二转接板上下方向移动一定距离为90mm。第二转接板在底板前后方向移动一定距离为35mm。闭环控制采用模糊PID控制原理，工控机将两个激光位移传感器测得的熔覆前与熔覆后的数据进行相减，得到实际测量熔覆厚度。工控机将数据传输给控制器，控制器根据模糊PID控制向机床传输信息，实时调整运行速度。

本实施例的具体安装方式如下：

首先进行激光位移传感器的安装，如图3所示，激光位移传感器9安装在熔覆头两侧，通过调整转接板1、转接板2、安装板将两个激光位移传感器的测量点1与测量点2对应在熔覆运动方向熔池两侧2-5mm处。并通过工控机显示的数据，旋转工件，调整激光位移传感器的位置，保证角度、测得数据相同，两者测得数据相差在1μm内。

工控机将采集到的数据进行处理和计算，实时计算两个激光位移传感器两者数据差，并将处理好的数据传输给控制器，控制器经模糊PID算法进行数据比对，测量厚度与预设厚度相差≤0.2mm时，控制器输出调整控制信号，控制熔覆头运行速度。当测量厚度与预设厚度相差＞0.2mm时，系统停止运行，检查设备是否故障、熔覆头是否堵塞、测量系统是否出错等问题。检查无误后，继续运行系统。

最后说明的是，以上所述，仅是的较佳实施例而已，并非是对作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离技术方案内容，依据的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有实时检测熔覆厚度的激光增材再制造装置，包括机床（2），其特征在于：

所述机床（2）上设有工控机（1），工控机（1）连接控制所的电气部件，机床（2）上安装有熔覆头（3），熔覆头（3）周围设置有固定工件（4），固定工件（4）上可活动的安装有激光位移传感器（9）。

2.根据权利要求1所述的具有实时检测熔覆厚度的激光增材再制造装置，其特征在于：

所述固定工件（4）包括固定在机床（2）上的底板（5），底板（5）的正面可前后移动的连接有第二转接板（6），第二转接板（6）的前方安装有可上下移动的第一转接板（7），所述第一转接板（7）成弧形，第一转接板（7）上沿其弧线方向可移动的安装有安装板（8），安装板（8） 上可移动的设置有激光位移传感器（9）。

3.根据权利要求2所述的具有实时检测熔覆厚度的激光增材再制造装置，其特征在于：

所述第二转接板（6）、第一转接板（7）、安装板（8）和激光位移传感器（9）分别对称设置有两个；

所述第二转接板（6）在底板（5）上前后移动的行程距离为35mm；

所述第一转接板（7）在第二转接板（6）上上下移动的行程距离为90mm；

所述安装板（8）在第一转接板（7）的弧线方向移动旋转0°-90°；

所述激光位移传感器（9）在安装板（8） 上移动的行程距离为30mm。

4.根据权利要求1所述的具有实时检测熔覆厚度的激光增材再制造装置，其特征在于：

所述工控机（1）用于集成连接设备，读取激光位移传感器（9）数据通过算法进行处理，建立闭环控制系统，根据数据实时调整熔覆头运行速度；

所述闭环控制系统采用模糊PID控制原理，工控机（1）将两个激光位移传感器（9）测得的熔覆前与熔覆后的数据进行相减，得到实际测量熔覆厚度；工控机（1）将数据传输给控制器，控制器根据模糊PID控制向机床（2）传输信息，实时调整运行速度。

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