WO2016172992A1 - 激光熔覆工具头及其加工表面感测方法 - Google Patents

激光熔覆工具头及其加工表面感测方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2016172992A1
WO2016172992A1 PCT/CN2015/078367 CN2015078367W WO2016172992A1 WO 2016172992 A1 WO2016172992 A1 WO 2016172992A1 CN 2015078367 W CN2015078367 W CN 2015078367W WO 2016172992 A1 WO2016172992 A1 WO 2016172992A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
sensing
tool head
beam splitter
laser cladding
Prior art date
Application number
PCT/CN2015/078367
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
陈馨宝
高怀恩
刘宗欣
蔡宗宪
陈廷彰
严瑞雄
Original Assignee
东台精机股份有限公司
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 东台精机股份有限公司 filed Critical 东台精机股份有限公司
Priority to MYPI2017700015A priority Critical patent/MY190911A/en
Priority to CA2956849A priority patent/CA2956849C/en
Priority to SG11201610376WA priority patent/SG11201610376WA/en
Priority to US15/514,433 priority patent/US20170304938A1/en
Priority to EP15890372.4A priority patent/EP3290545A4/en
Publication of WO2016172992A1 publication Critical patent/WO2016172992A1/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0093—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring combined with mechanical machining or metal-working covered by other subclasses than B23K
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/034—Observing the temperature of the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0626—Energy control of the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N2021/8411—Application to online plant, process monitoring
    • G01N2021/8416—Application to online plant, process monitoring and process controlling, not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • G01N2021/8427—Coatings

Definitions

  • FIG. 6 is a schematic diagram of the operation of the laser cladding tool head according to the third embodiment of the present invention.
  • the beam splitter assembly 233 has a beam splitter 2330, which may be an optical component of a prism or a half mirror having a splitting function.
  • the laser cladding tool head further includes a first sensing module 24 and a second sensing module 25 respectively disposed above the beam splitting mirror assembly 233 of the laser module 23.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

一种激光熔覆工具头及其加工表面感测方法，其用于一计算器数值控制(CNC,Computer Numerical Control)加工机（100），所述激光熔覆工具头（20）同时具有一热温计感测模块（24）及一摄影镜头感测模块（25），可于熔覆作业时感测熔池(molten pool)的温度、亮度与外形，并提供至一计算器数值控制单元（40）进行回馈控制，因此可进一步地提高工件加工效率与质量。

Description

激光熔覆工具头及其加工表面感测方法 【技术领域】
本发明涉及一种激光熔覆工具头及其加工表面感测方法，特别是涉及一种具有热温计及摄影镜头的激光熔覆工具头及其加工表面感测方法。
【背景技术】
现有计算器数值控制加工机通过替换不同的刀具头可以进行各种的切削加工，然而由于只能进行切削加工，在需要进行焊接(或焊补)或热处理作业时必须使用其他工具机来操作，因此增加了加工作业的步骤及加工时间。
特别是针对使用激光的加工方式，例如使用激光熔覆加工时，则必须使用专用的激光工具机来处理。因此，当整个金属加工过程中有使用到这些激光加工工具机时，需要将被加工的工件在不同的工具机中搬动、固定、加工，然后再重复地拆卸、搬动、固定、加工，因此这样的加工流程会使加工作业的步骤及加工所需的时间大幅的增加。因此，若将一激光熔覆工具头使用于一复合式计算器数值控制加工机，使用者可于单一机台内一次完成工件的切削与激光熔覆作业，不需要将工件在不同的工具机中搬移，因此可大幅简化加工作业的步骤及加工所需的时间。
然而，一般现有的激光熔覆工具头并不具有感测加工表面的功能，无法根据实际加工表面的状况来调整激光功率；或者仅提供单一的感测功能，无法作出综合性的加工表面状况的反馈及判断。
为了改进上述的缺点，有必要提供一种改良的激光熔覆工具头及其加工表面感测方法，以解决现有技术所存在的问题。
【发明内容】
本发明的主要目在于提供一种激光熔覆工具头及其加工表面感测方法，所述激光熔覆工具头同时具有一热温计及一摄影镜头的感测模块，以将加工表面情形提供至一计算器数值控制单元进行回馈控制。
为达上述的目的，本发明提供一种激光熔覆工具头，用于一复合式计算器数值控制加工机，包含：一机壳；一刀柄部，设于所述机壳的顶面，可替换地与所述复合式计算器数值控制加工机的一刀具夹头结合；及一激光模块，包含一激光输入部、一激光输出部及一分光镜组件，其中所述激光输入部呈水平设置于所述分光镜组件的一侧面，所述激光输出部呈垂直设置于所述分光镜组件的底面，所述分光镜组件具有一分光镜，一外部激光源通过所述激光输入部水平输入一激光光束，所述激光光束通过所述分光镜向下反射，并通过所述激光输出部输出所述激光光束至一加工件；其中，所述激光熔覆工具头另包含：一第一感测模块，具有一第一光学组件及一第一感测部件，所述第一光学组件具有一半反射镜设于所述激光模块的分光镜组件上方，所述第一感测部件设于所述第一光学组件的一侧边，通过所述半反射镜向下反射并穿过所述分光镜，感测所述加工件的加工表面的情形；及一第二感测模块，具有一第二光学组件及一第二感测部件，所述第二光学组件具有一全反射镜设于所述第一感测模块的第一光学组件上方，所述第二感测部件设于所述第二光学组件的一侧边，通过所述全反射镜向下反射并穿过所述半反射镜及所述分光镜，感测所述加工件的加工表面的情形。
在本发明的一实施例中，所述第一感测模块的第一感测部件为一热温计，所述第二感测模块的第二感测部件为一摄影镜头。
在本发明的一实施例中，所述第一感测模块的第一感测部件为一摄影镜头，所述第二感测模块的第二感测部件为一热温计。
在本发明的一实施例中，所述激光输入部的一端连接所述分光镜组件的一侧面，其另一端设于所述机壳的一侧面形成一激光入口；所述激光输出部的一端连接所述分光镜组件的底面，其另一端连接所述机壳的一底面形成一激光出口。
在本发明的一实施例中，所述第一光学组件的半反射镜呈45度倾斜设 置；所述第二光学组件的全反射镜呈45度倾斜设置。
为达上述的目的，本发明另提供一种激光熔覆工具头的加工表面感测方法，所述方法包含以下步骤：提供一激光熔覆工具头，所述激光熔覆工具头包含：一激光模块、一第一感测模块及一第二感测模块，所述激光模块包含一分光镜组件，所述分光镜组件具有一分光镜，一外部激光源水平输入一激光光束，所述激光光束通过所述分光镜向下反射至一加工件；所述第一感测模块具有一第一光学组件及一第一感测部件，所述第一光学组件具有一半反射镜设于所述激光模块的分光镜组件上方，所述第一感测部件设于所述第一光学组件的一侧边；及所述第二感测模块具有一第二光学组件及一第二感测部件，所述第二光学组件具有一全反射镜设于所述第一感测模块的第一光学组件上方，所述第二感测部件设于所述第二光学组件的一侧边；操作所述第一感测模块，使其通过所述半反射镜向下反射并穿过所述分光镜，感测所述加工件的加工表面的情形；及操作所述第二感测模块，使其通过所述全反射镜向下反射并穿过所述半反射镜及所述分光镜，感测所述加工件的加工表面的情形。
在本发明的一实施例中，所述第一感测模块的第一感测部件为一热温计，所述第二感测模块的第二感测部件为一摄影镜头；或者所述第一感测模块的第一感测部件为一摄影镜头，所述第二感测模块的第二感测部件为一热温计。
在本发明的一实施例中，当所述激光熔覆加工件的表面进行一熔覆作业时，以所述热温计对所述加工表面进行熔池温度感测，并将感测到的熔池温度提供至一计算器数值控制单元，若熔池温度未达一默认温度则加强所述激光熔覆工具头的功率；若熔池温度超过所述默认温度则减少所述激光熔覆工具头的功率。
在本发明的一实施例中，当所述激光熔覆加工件的表面进行一熔覆作业时，以所述摄影镜头对所述加工表面进行熔池亮度及外形感测，并将感测到 的熔池亮度及外形提供至所述计算器数值控制单元，若熔池亮度及外形未达一预设状态则加强所述激光熔覆工具头的功率；若熔池亮度及外形超过所述预设状态则减少所述激光熔覆工具头的功率。
在本发明的一实施例中，当所述激光熔覆加工件的表面进行一熔覆作业时，先以所述热温计对所述加工表面进行熔池温度感测，并将感测到的熔池温度提供至一计算器数值控制单元，若熔池温度未达一默认温度则加强所述激光熔覆工具头的功率；若熔池温度超过所述默认温度则减少所述激光熔覆工具头的功率；再以所述摄影镜头对所述加工表面进行熔池亮度及外形感测，并将感测到的熔池亮度及外形提供至所述计算器数值控制单元，若熔池亮度及外形未达一预设状态则加强所述激光熔覆工具头的功率；若熔池亮度及外形超过所述预设状态则减少所述激光熔覆工具头的功率。
综上所述，本发明激光熔覆工具头同时具有一热温计及一摄影镜头的感测模块，其可于熔覆作业时感测熔池的温度、亮度与外形，并提供至一计算器数值控制单元进行回馈控制，因此可进一步地提高工件加工效率与质量。
【附图说明】
图1：本发明第一实施例的复合式计算机数值控制加工机的构造示意图。
图2：本发明第一实施例的复合式计算机数值控制加工机的加工方法的流程图。
图3A-3B：在本发明第一实施例中对一加工表面进行熔池亮度及外形感测的示意图。
图4：本发明第二实施例的复合式计算机数值控制加工机的加工方法的流程图。
图5：本发明第三实施例的激光熔覆工具头的构造示意图。
图6：本发明第三实施例的激光熔覆工具头的运作示意图。
图7：本发明第三实施例的激光熔覆工具头的加工表面感测方法的流程 图。
【具体实施方式】
为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，幷配合附图，作详细说明。为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。再者，本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
本发明所称的计算器数值控制(CNC,Computer Numerical Control)加工机可以是一种具有单一加工轴向或多个加工轴向的CNC加工机，其具有至少一刀库用以收纳多个加工具头，例如一种五轴的铣削/车削CNC加工机，本发明并不加以限制，下文将详细说明本发明的一种复合式(Hybrid)的计算器数值控制加工机的构造及其加工方法。
请同时参照图1及图2所示，图1是本发明第一实施例的复合式计算器数值控制加工机的构造示意图；图2是本发明第一实施例的复合式计算器数值控制加工机的加工方法的流程图。本发明的复合式计算器数值控制加工机100包含：至少一切削工具头10、一激光熔覆工具头20、一激光表面热处理工具头30及一计算器数值控制单元40，其中所述切削工具头10、所述激光熔覆工具头20及所述激光表面热处理工具头30可轮流替换地设于所述复合式计算器数值控制加工机100的一刀具夹头50；所述切削工具头10用于对一工件200的至少一加工表面进行切削加工；所述激光熔覆工具头20用于对所述加工表面进行熔覆；及所述激光表面热处理工具头30用于对所述加工表面进行表面热处理。
详细来说，所述切削工具头10可以是铣削或车削的加工刀具，属于一种减法式的金属加工方式；所述激光熔覆工具头20使用的是一种激光熔覆 (Laser Cladding)的金属加工方式，属于一种加法式的金属加工方式，其是以积层制造迭层增加材料的原理进行加法制作过程的制造，利用激光熔融金属粉末的方式堆栈材料，可应用于模具及航天叶片的直接制造与缺陷修补；所述激光表面热处理工具头30则是使用激光照射加工表面使局部的金属加工表面达到金属热处理的效果，其具备激光表面改质技术，以进行表面热处理，有效提升机械组件的表面硬度或调质处理，可应用于零件的表面热处理，提升表面硬度以抵抗磨损。其中，所述激光熔覆工具头20及所述激光表面热处理工具头30可分别通过一软管(未绘示)连接至外部的至少一激光源内(未绘示)，所述软管内设有光纤组件以传输激光线及作业所需的材料至所述激光熔覆工具头20及所述激光表面热处理工具头30。
请参照第1图及图2所示，本发明第一实施例的复合式计算器数值控制加工机100的加工方法，主要包含以下步骤：
S11：提供一复合式计算器数值控制加工机100，其包含至少一切削工具头10、一激光熔覆工具头20、一激光表面热处理工具头30及一计算器数值控制单元40，其中所述切削工具头10、所述激光熔覆工具头20及所述激光表面热处理工具头30可轮流替换地设于所述复合式计算器数值控制加工机100的一刀具夹头50；
S12：进行一第一切削作业，使用所述切削工具头10对一工件200的至少一加工表面进行切削加工；
S13：进行一熔覆作业，使用所述激光熔覆工具头20对所述加工表面进行熔覆；
S14：进行一第二切削作业，使用所述切削工具头10对所述熔覆后的加工表面进行切削加工；及
S15：进行一表面热处理作业，使用所述激光表面热处理工具头30对所述加工表面进行表面热处理。
优选地，所述激光熔覆工具头20另包含一热温计A及一摄影镜头B，所述熔覆作业S13另包含一熔池温度感测步骤S131及一熔池亮度/外形感测步骤S132，当进行所述熔覆作业S13时，先以所述热温计A对所述加工表面进行熔池温度感测，并将感测到的熔池温度提供至所述计算器数值控制单元40，若熔池温度未达一默认温度则加强所述激光熔覆工具头20的功率；若熔池温度超过所述默认温度则减少所述激光熔覆工具头20的功率；再以所述摄影镜头B对所述加工表面进行熔池亮度及外形感测，并将感测到的熔池亮度及外形提供至所述计算器数值控制单元40，若熔池亮度及外形未达一预设状态(如图3A所示，通过所述摄影镜头B观察到的熔池的外形210，虚线表示预设的熔池尺寸)则加强所述激光熔覆工具头20的功率；若熔池亮度及外形超过所述预设状态(如图3B所示，通过所述摄影镜头B观察到的熔池的外形220，虚线表示预设的熔池尺寸)则减少所述激光熔覆工具头20的功率。
优选地，所述复合式计算器数值控制加工机另包含一接触式或非接触式的探测工具头60，所述熔覆作业S13另包含一接触式或非接触式探测作业S133；其中，若所述熔覆加工表面完成度已充足则进行后续作业；若所述熔覆加工表面完成度不充足则再次进行所述熔覆作业(步骤S134)。
优选地，所述激光表面热处理工具头30另包含一热温计31，所述表面热处理作业S15另包含一加工表面温度感测步骤S151，当进行所述表面热处理作业S15时，以所述热温计31对所述加工表面进行温度感测，并将感测到的加工表面的温度提供至所述计算器数值控制单元40，若加工表面的温度未达一默认温度则加强所述激光表面热处理工具头30的功率；若加工表面的温度超过所述默认温度则减少所述激光表面热处理工具头30的功率。
综上所述，由于本发明第一实施例的复合式计算器数值控制加工机100同时包含所述切削工具头10、所述激光熔覆工具头20及所述激光表面热处理工具头30，因此可轮流替换地进行加工操作。例如针对一模具的局部损坏 进行修补时，可先于S12的第一切削作业中将损坏处削平；再以S13的熔覆作业补足模具的体积；接着以S14的第二切削作业完成模具的修补；并且以S15的表面热处理作业进行局部的表面热处理。因此，通过上述加工方法，使用者可于单一机台内一次完成整个模具的局部修补，不需要将工件在不同的工具机中搬移，因此可大幅简化加工作业的步骤及加工所需的时间。
另外，由于本发明第一实施例的复合式计算器数值控制加工机100的所述激光熔覆工具头20同时包含一热温计A及一摄影镜头B，其可于熔覆作业时感测熔池的温度、亮度与外形，并提供至所述计算器数值控制单元40进行回馈控制，因此可进一步地提高工件加工效率与质量。
请参照图4所示，图4是本发明第二实施例的复合式计算器数值控制加工机的加工方法的流程图。本发明第二实施例的复合式计算器数值控制加工机的加工方法主要包含以下步骤：
S21：提供一复合式计算器数值控制加工机100，其包含至少一切削工具头10、一激光熔覆工具头20及一计算器数值控制单元40，其中所述切削工具头10及所述激光熔覆工具头20可轮流替换地设于所述复合式计算器数值控制加工机100的一刀具夹头50；
S22：进行一切削作业，使用所述切削工具头10对一工件200的至少一加工表面进行切削加工；
S23：进行一熔覆作业，使用所述激光熔覆工具头20对所述加工表面进行熔覆。
通过上述加工方法，使用者可于单一机台内一次完成切削作业及熔覆作业，不需要将工件在不同的工具机中搬移，因此可大幅简化加工作业的步骤及加工所需的时间。再者，用户可依使用需求弹性地加入本发明第一实施例的加工方法中的其他步骤，以有效提高加工效率与质量。
通过上述加工方法，使用者可于单一机台内一次完成切削作业及熔覆作 业，不需要将工件在不同的工具机中搬移，因此可大幅简化加工作业的步骤及加工所需的时间。再者，用户可依使用需求弹性地加入本发明第一实施例的加工方法中的其他步骤，以有效提高加工效率与质量。
通过上述的复合式计算器数值控制加工机100及其加工方法，使用者可于单一机台内一次完成工件的切削与激光熔覆及/或激光表面热处理作业，不需要将工件在不同的工具机中搬移，因此可大幅简化加工作业的步骤及加工所需的时间。
请参照图5所示，图5是本发明第三实施例的激光熔覆工具头的构造示意图。在本发明的上述实施例中，所述激光熔覆工具头20进一步包含一机壳21、一刀柄部22及一激光模块23，其中所述刀柄部22设于所述机壳21的顶面，可替换地与上述复合式计算器数值控制加工机100的一刀具夹头50结合；所述激光模块23包含一激光输入部231、一激光输出部232及一分光镜组件233，其中所述激光输入部231呈水平设置于所述分光镜组件233的一侧面，所述激光输出部232呈垂直设置于所述分光镜组件233的底面。
请参照图6所示，图6是本发明第三实施例的激光熔覆工具头的运作示意图，为使说明能够简洁，图中仅选择性地呈现所述激光熔覆工具头的相关部件。如图6所示，所述分光镜组件233具有一分光镜2330，所述分光镜2330可以是一具有分光功能的菱镜或半反射镜的光学组件。此外，所述激光熔覆工具头另包含：一第一感测模块24及一第二感测模块25，分别设置于所述激光模块23的分光镜组件233上方。
如图6所示，所述第一感测模块24具有一第一光学组件241及一第一感测部件242，所述第一光学组件241具有一半反射镜2410设于所述激光模块23的分光镜组件233上方，所述第一感测部件242设于所述第一光学组件241的一侧边。此外，所述第二感测模块25具有一第二光学组件251及一第二感测部件252，所述第二光学组件251具有一全反射镜2510设于所述第一感测 模块24的第一光学组件241上方，所述第二感测部件252设于所述第二光学组件251的一侧边。
如图6所示，当一外部激光源(未绘示)通过所述激光输入部231水平输入一激光光束R1，所述激光光束R1通过所述分光镜2330向下反射为一激光光束R2，并通过所述激光输出部232输出所述激光光束R2至一加工件200。此时，所述第一感测模块24通过所述半反射镜2410向下反射并穿过所述分光镜2330(意即所述加工件200表面向上反射一光线L1，先穿透过所述分光镜2330，再通过所述半反射镜2410的反射，成为一光线L2传至所述第一感测模块24)，因此使所述第一感测模块24可感测所述加工件200的加工表面的情形；同时，所述第二感测模块25通过所述全反射镜2510向下反射并依序穿过所述半反射镜2410及所述分光镜2330(意即所述加工件200表面向上反射所述光线L1，先穿透过所述分光镜2330，并穿透所述半反射镜2410，再通过所述全反射镜2510的反射，成为一光线L3传至所述第二感测模块25)，因此使所述第二感测模块25可感测所述加工件200的加工表面的情形。
具体来说，所述激光输入部231的一端连接所述分光镜组件233的一侧面，其另一端设于所述机壳21的一侧面形成一激光入口211；所述激光输出部232的一端连接所述分光镜组件233的底面，其另一端连接所述机壳21的一底面形成一激光出口212。另外，所述第一光学组件的半反射镜优选呈45度倾斜设置；以及所述第二光学组件的全反射镜优选呈45度倾斜设置。
再者，在本发明的一可能实施例中，所述第一感测模块24的第一感测部件242为一热温计，即本发明第一实施例的热温计A，所述第二感测模块25的第二感测部件252为一摄影镜头，即本发明第一实施例的摄影镜头B；或者，在本发明的另一可能实施例中，所述第一感测模块24的第一感测部件242为一摄影镜头，即本发明第一实施例的摄影镜头B，所述第二感测模块25的第二感测部件252为一热温计，即本发明第一实施例的热温计A。
请参照图7所示，图7是本发明第三实施例的激光熔覆工具头的加工表面感测方法的流程图。所述激光熔覆工具头20的加工表面感测方法，包含步骤如下：
S31：提供一激光熔覆工具头20，所述激光熔覆工具头20具有本发明上述实施例的构造。
S32：操作所述第一感测模块24，使其通过所述半反射镜向下反射并穿过所述分光镜，感测所述加工件的加工表面的情形。
S33：操作所述第二感测模块，使其通过所述全反射镜向下反射并穿过所述半反射镜及所述分光镜，感测所述加工件的加工表面的情形。
在本发明的一可能实施例中，上述第一感测模块24可为一热温计感测模块，所述第二感测模块25可为一摄影镜头感测模块；或者，在本发明的另一可能实施例中，所述第一感测模块24为一摄影镜头感测模块，所述第二感测模块25为一热温计感测模块。并且，上述步骤S32和S33的顺序也可以调换实施或者单独实施，使用者可依实际需要进行调整，并应用于本发明的第一及第二实施例中，本发明并不加以限制。
综上所述，本发明提供一种激光熔覆工具头及其加工表面感测方法，通过使所述激光熔覆工具头同时具有一热温计及一摄影镜头的感测模块，其可于熔覆作业时感测熔池的温度、亮度与外形，并提供至一计算器数值控制单元进行回馈控制，因此可进一步地提高工件加工效率与质量。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。

Claims (10)

  1. 一种激光熔覆工具头，用于一复合式计算器数值控制加工机，包含：
    一机壳；
    一刀柄部，设于所述机壳的顶面，可替换地与所述复合式计算器数值控制加工机的一刀具夹头结合；及
    一激光模块，包含一激光输入部、一激光输出部及一分光镜组件，其中所述激光输入部呈水平设置于所述分光镜组件的一侧面，所述激光输出部呈垂直设置于所述分光镜组件的底面，所述分光镜组件具有一分光镜，一外部激光源通过所述激光输入部水平输入一激光光束，所述激光光束通过所述分光镜向下反射，并通过所述激光输出部输出所述激光光束至一加工件；
    其特征在于：所述激光熔覆工具头另包含：
    一第一感测模块，具有一第一光学组件及一第一感测部件，所述第一光学组件具有一半反射镜设于所述激光模块的分光镜组件上方，所述第一感测部件设于所述第一光学组件的一侧边，通过所述半反射镜向下反射并穿过所述分光镜，感测所述加工件的加工表面的情形；及
    一第二感测模块，具有一第二光学组件及一第二感测部件，所述第二光学组件具有一全反射镜设于所述第一感测模块的第一光学组件上方，所述第二感测部件设于所述第二光学组件的一侧边，通过所述全反射镜向下反射并穿过所述半反射镜及所述分光镜，感测所述加工件的加工表面的情形。
  2. 如权利要求1所述的激光熔覆工具头，其特征在于：所述第一感测模块的第一感测部件为一热温计，所述第二感测模块的第二感测部件为一摄影镜头。
  3. 如权利要求1所述的激光熔覆工具头，其特征在于：所述第一感测模块的第一感测部件为一摄影镜头，所述第二感测模块的第二感测部件为一热温计。
  4. 如权利要求1所述的激光熔覆工具头，其特征在于：所述激光输入部的一 端连接所述分光镜组件的一侧面，其另一端设于所述机壳的一侧面形成一激光入口；所述激光输出部的一端连接所述分光镜组件的底面，其另一端连接所述机壳的一底面形成一激光出口。
  5. 如权利要求1所述的激光熔覆工具头，其特征在于：所述第一光学组件的半反射镜呈45度倾斜设置；所述第二光学组件的全反射镜呈45度倾斜设置。
  6. 一种激光熔覆工具头的加工表面感测方法，其特征在于：所述加工表面感测方法包含以下步骤：
    提供一激光熔覆工具头，所述激光熔覆工具头包含：一激光模块、一第一感测模块及一第二感测模块，所述激光模块包含一分光镜组件，所述分光镜组件具有一分光镜，一外部激光源水平输入一激光光束，所述激光光束通过所述分光镜向下反射至一加工件；所述第一感测模块具有一第一光学组件及一第一感测部件，所述第一光学组件具有一半反射镜设于所述激光模块的分光镜组件上方，所述第一感测部件设于所述第一光学组件的一侧边；及所述第二感测模块具有一第二光学组件及一第二感测部件，所述第二光学组件具有一全反射镜设于所述第一感测模块的第一光学组件上方，所述第二感测部件设于所述第二光学组件的一侧边；
    操作所述第一感测模块，使其通过所述半反射镜向下反射并穿过所述分光镜，感测所述加工件的加工表面的情形；及
    操作所述第二感测模块，使其通过所述全反射镜向下反射并穿过所述半反射镜及所述分光镜，感测所述加工件的加工表面的情形。
  7. 如权利要求6所述的加工表面感测方法，其特征在于：所述第一感测模块的第一感测部件为一热温计，所述第二感测模块的第二感测部件为一摄影镜头；或者所述第一感测模块的第一感测部件为一摄影镜头，所述第二感测模块的第二感测部件为一热温计。
  8. 如权利要求7所述的加工表面感测方法，其特征在于：当所述激光熔覆加工件的表面进行一熔覆作业时，以所述热温计对所述加工表面进行熔池温度感测，并将感测到的熔池温度提供至一计算器数值控制单元，若熔池温度未达一默认温度则加强所述激光熔覆工具头的功率；若熔池温度超过所述默认温度则减少所述激光熔覆工具头的功率。
  9. 如权利要求7所述的加工表面感测方法，其特征在于：当所述激光熔覆加工件的表面进行一熔覆作业时，以所述摄影镜头对所述加工表面进行熔池亮度及外形感测，并将感测到的熔池亮度及外形提供至所述计算器数值控制单元，若熔池亮度及外形未达一预设状态则加强所述激光熔覆工具头的功率；若熔池亮度及外形超过所述预设状态则减少所述激光熔覆工具头的功率。
  10. 如权利要求7所述的加工表面感测方法，其特征在于：当所述激光熔覆加工件的表面进行一熔覆作业时，先以所述热温计对所述加工表面进行熔池温度感测，并将感测到的熔池温度提供至一计算器数值控制单元，若熔池温度未达一默认温度则加强所述激光熔覆工具头的功率；若熔池温度超过所述默认温度则减少所述激光熔覆工具头的功率；再以所述摄影镜头对所述加工表面进行熔池亮度及外形感测，并将感测到的熔池亮度及外形提供至所述计算器数值控制单元，若熔池亮度及外形未达一预设状态则加强所述激光熔覆工具头的功率；若熔池亮度及外形超过所述预设状态则减少所述激光熔覆工具头的功率。
PCT/CN2015/078367 2015-04-28 2015-05-06 激光熔覆工具头及其加工表面感测方法 WO2016172992A1 (zh)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MYPI2017700015A MY190911A (en) 2015-04-28 2015-05-06 Laser cladding tool head and machined surface sensing method thereof
CA2956849A CA2956849C (en) 2015-04-28 2015-05-06 Laser cladding tool head and machined surface sensing method thereof
SG11201610376WA SG11201610376WA (en) 2015-04-28 2015-05-06 Laser cladding tool head and machined surface sensing method thereof
US15/514,433 US20170304938A1 (en) 2015-04-28 2015-05-06 Laser cladding tool head and machined surface sensing method thereof
EP15890372.4A EP3290545A4 (en) 2015-04-28 2015-05-06 LASER BEAM WELDING HEAD AND METHOD FOR TESTING THE SURFACE TO BE TREATED

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510208054.1A CN106148946A (zh) 2015-04-28 2015-04-28 激光熔覆工具头及其加工表面感测方法
CN201510208054.1 2015-04-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016172992A1 true WO2016172992A1 (zh) 2016-11-03

Family

ID=57198915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2015/078367 WO2016172992A1 (zh) 2015-04-28 2015-05-06 激光熔覆工具头及其加工表面感测方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20170304938A1 (zh)
EP (1) EP3290545A4 (zh)
CN (1) CN106148946A (zh)
CA (1) CA2956849C (zh)
MY (1) MY190911A (zh)
SG (1) SG11201610376WA (zh)
WO (1) WO2016172992A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106498389A (zh) * 2016-11-10 2017-03-15 暨南大学 基于多焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆装置
WO2018228912A1 (de) * 2017-06-16 2018-12-20 Jenoptik Optical Systems Gmbh Scankopfvorrichtung und verfahren zum reflektieren oder transmittieren von strahlen für einen scanner, scanvorrichtung mit einer scankopfvorrichtung und scanner mit einer scankopfvorrichtung
CN110340516A (zh) * 2019-06-21 2019-10-18 苏州市长峰激光技术有限公司 一种基于温度检测的激光加工设备及加工方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108544238B (zh) * 2018-06-19 2023-12-05 亚琛联合科技（天津）有限公司 一种高速激光熔覆与车削复合一体机装置
US11331754B2 (en) * 2018-11-26 2022-05-17 The Boeing Company Additive manufacturing apparatus and system with a part detachment assembly, and method of using the same
CN109518182A (zh) * 2018-12-29 2019-03-26 共聚生化科技（昆山）有限公司 模具磨损修整方法
CN110497210A (zh) * 2019-09-18 2019-11-26 北京荣盛时代科技发展有限公司 一种多功能智能表面处理中心装置和方法
CN111692968B (zh) * 2020-07-27 2021-10-29 上海威研精密科技有限公司 一种微细铣刀在机多视角视觉检测仪及其检测方法
CN113621961A (zh) * 2021-08-09 2021-11-09 南京天弓透平科技有限公司 一种激光熔覆巴氏合金修复工业透平轴瓦的方法
CN114686877A (zh) * 2022-03-03 2022-07-01 武汉点金激光科技有限公司 一种轴类件激光熔覆机及激光熔覆加工系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59212184A (ja) * 1983-05-18 1984-12-01 Hitachi Ltd Ｃｏ↓２レ−ザ溶接の制御方法
WO1993003881A1 (en) * 1991-08-24 1993-03-04 Cmb Foodcan Plc Apparatus and method for monitoring laser material processing
JP2005021949A (ja) * 2003-07-03 2005-01-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ溶接モニタリング方法およびレーザ溶接モニタリング装置
CN102513694A (zh) * 2011-11-30 2012-06-27 华中科技大学 一种带有刀柄的激光加工机构
US20120318775A1 (en) * 2011-06-17 2012-12-20 Precitec Kg Optical measuring device for monitoring a joint seam, joining head and laser welding head with same
CN103182605A (zh) * 2013-03-21 2013-07-03 常州镭赛科技有限公司 激光焊接机
CN103604813A (zh) * 2013-12-05 2014-02-26 上海彩石激光科技有限公司 用于激光加工过程的熔池监测装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58218291A (ja) * 1982-06-11 1983-12-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 消磁回路
JPH11114741A (ja) * 1997-10-20 1999-04-27 Kitamura Mach Co Ltd 複合マシニングセンタ
JP4431420B2 (ja) * 2004-02-24 2010-03-17 ヤマザキマザック株式会社 工作機械
US9044827B2 (en) * 2007-05-31 2015-06-02 Dm3D Technology, Llc Real-time implementation of generalized predictive algorithm for direct metal deposition (DMD) process control
CN101318264B (zh) * 2008-07-07 2011-01-12 苏州德龙激光有限公司 用于晶圆切割的紫外激光加工设备
CN101559629B (zh) * 2009-05-12 2011-08-17 苏州德龙激光有限公司 应用于led激光切割设备的同轴影像系统
CN102151984B (zh) * 2011-03-01 2015-03-18 华中科技大学 一种适用于复杂曲面的激光加工方法及装置
CN103134599A (zh) * 2011-11-29 2013-06-05 中国科学院力学研究所 激光金属直接成形中熔池状态实时监测方法和系统
CN103008967B (zh) * 2012-12-20 2015-04-08 山东大学 基于激光熔覆的再制造加工系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59212184A (ja) * 1983-05-18 1984-12-01 Hitachi Ltd Ｃｏ↓２レ−ザ溶接の制御方法
WO1993003881A1 (en) * 1991-08-24 1993-03-04 Cmb Foodcan Plc Apparatus and method for monitoring laser material processing
JP2005021949A (ja) * 2003-07-03 2005-01-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ溶接モニタリング方法およびレーザ溶接モニタリング装置
US20120318775A1 (en) * 2011-06-17 2012-12-20 Precitec Kg Optical measuring device for monitoring a joint seam, joining head and laser welding head with same
CN102513694A (zh) * 2011-11-30 2012-06-27 华中科技大学 一种带有刀柄的激光加工机构
CN103182605A (zh) * 2013-03-21 2013-07-03 常州镭赛科技有限公司 激光焊接机
CN103604813A (zh) * 2013-12-05 2014-02-26 上海彩石激光科技有限公司 用于激光加工过程的熔池监测装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3290545A4 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106498389A (zh) * 2016-11-10 2017-03-15 暨南大学 基于多焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆装置
WO2018228912A1 (de) * 2017-06-16 2018-12-20 Jenoptik Optical Systems Gmbh Scankopfvorrichtung und verfahren zum reflektieren oder transmittieren von strahlen für einen scanner, scanvorrichtung mit einer scankopfvorrichtung und scanner mit einer scankopfvorrichtung
KR20200019859A (ko) * 2017-06-16 2020-02-25 예놉틱 옵틱컬 시스템즈 게엠베하 스캐너를 위한 빔을 반사 또는 투과시키기 위한 스캔 헤드 장치 및 방법, 스캔 헤드 장치를 갖는 스캐닝 장치 및 스캔 헤드 장치를 갖는 스캐너
KR102602118B1 (ko) * 2017-06-16 2023-11-13 예놉틱 옵틱컬 시스템즈 게엠베하 스캐너를 위한 빔을 반사 또는 투과시키기 위한 스캔 헤드 장치 및 방법, 스캔 헤드 장치를 갖는 스캐닝 장치 및 스캔 헤드 장치를 갖는 스캐너
CN110340516A (zh) * 2019-06-21 2019-10-18 苏州市长峰激光技术有限公司 一种基于温度检测的激光加工设备及加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3290545A4 (en) 2019-02-20
CN106148946A (zh) 2016-11-23
EP3290545A1 (en) 2018-03-07
SG11201610376WA (en) 2017-01-27
CA2956849C (en) 2018-12-04
US20170304938A1 (en) 2017-10-26
MY190911A (en) 2022-05-18
CA2956849A1 (en) 2016-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016172992A1 (zh) 激光熔覆工具头及其加工表面感测方法
WO2016138676A1 (zh) 复合式计算机数值控制加工机及其加工方法
CN106853554B (zh) 智能型激光加工系统及其加工方法
JP7386397B2 (ja) レーザ切断加工装置及びレーザ切断加工方法
WO2015072107A1 (ja) レーザ溶接条件決定方法およびレーザ溶接装置
US11504802B2 (en) Multifunctional laser processing apparatus
TWI540403B (zh) 雷射熔覆工具頭及其加工表面感測方法
US10092976B2 (en) Machining metal removal control
CN216126556U (zh) 一种用于定向能量沉积设备的复合激光装置
CN113020813B (zh) 设计切割与焊接一体化生产系统及其生产方法
JP2023507178A (ja) レーザー切断機械の切断パラメータを決定するための方法及び装置
TWI602635B (zh) 複合式電腦數値控制加工機及其加工方法
KR101680716B1 (ko) 선삭 가공과 레이저 가공이 결합된 복합가공 방법
WO2018107395A1 (zh) 复合加工的加工机及其激光分光装置
KR20150116626A (ko) 비전 센싱을 이용한 디버링 로봇 시스템 및 그 제어 방법
JP4202305B2 (ja) ３次元レーザ加工機
Kuar et al. Multi-objective optimisation of Nd: YAG laser micro-drilling of zirconia using Taguchi method with desirability function analysis
Wu et al. Feed-Forward Neural Network-based Approach for Performance Analysis and Evaluation of the Laser Polishing of H13 Tool Steel
US20230398636A1 (en) A method for turning a workpiece with a fluid-jet guided laser beam
TWI610750B (zh) 複合加工之加工機及其雷射分光裝置
JP6503175B2 (ja) 半導体レーザ発振器及びレーザ加工機
Kizaki et al. Laser-Assisted Milling of Zirconia with Systematically Determined Machining Conditions
Mohseni et al. Development of Design and Fabrication of a Water-Jet-Guided CO 2 Laser Chamber.

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15890372

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015890372

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2956849

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15514433

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE