[发明专利]一种在线检测及控制激光金属成形高度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在线检测及控制激光金属成形高度的方法，适用于激光金属直接成形制造、激光表面熔覆和易损零部件的激光表面修复等。

背景技术

激光金属成形技术是在激光熔覆基础上，结合快速原型技术而发展起来的一种先进制造技术。以“离散-堆积”成形原理为基础，首先建立加工零件的三维模型，然后将三维模型划分成一系列的二维平面，并根据二维平面轮廓规划合理的激光扫描路径，进而转化为数控工作台的运行指令，最终实现金属零件的直接成形。与一般的快速成形技术相比，激光金属成形技术能够快速制造出传统工艺方法难以制造的复杂金属零件；实现功能梯度材料的制造；能够制造完全致密和力学性能优异的零件。由于具有以上优点，激光金属成形技术逐渐成为快速成形技术研究的热点和发展趋势，并在航空航天、汽车船舶、能源动力和武器装备等领域得到广泛应用。然而，由于工艺条件复杂，成形过程受很多因素的影响，而这些因素将直接影响激光金属成形的精度和质量，因此控制零件的单层生长高度是提高成形精度的关键因素。

发明内容

针对激光金属成形过程中熔覆层每层增长高度是否均匀平整的问题，本发明提供了一种可以对熔覆层高度进行在线检测及控制的方法，进而提高激光金属成形的精度。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种在线检测及控制激光金属成形高度的方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步，将激光位移传感器垂直安装在同轴送粉喷嘴上，使激光位移传感器发出的激光与激光器发出的激光平行；

第二步，测量前，以基板为基准，调整激光位移传感器，将被测熔覆层每层的代表高度数据的电压信号输出至计算机数控系统进行对应标定；

第三步，计算机数控系统打开激光器在基板上熔覆成形，第一层成形后，计算机数控系统控制激光位移传感器偏距，将被测表面移至激光位移传感器下方，使激光位移传感器发出的激光被测量表面反射进而被激光位移传感器的接收器接收并输出；

第四步，计算机数控系统对该熔覆层高度数据取其平均值，将平均值与理想单层高度进行对比，若有差异通过调整激光器的功率使该熔覆层增长高度与理想单层高度一致，

第五步，重复第三、第四步，直至零件熔覆成形到所需要的高度；其中，第四步中，调整激光功率随累加层数的变化而逐渐减小，以保证每层高度均匀增长。

上述方法中，所述激光功率随累加层数的变化而逐渐减小遵循如下公式：

P=87.81exp(-n15.24)+193.40,(n>0)]]>

式中：P：激光功率(单位：W)；n：累加层数。

所述理想单层高度为0.10～0.15mm。所述熔覆层截面的宽高比为3～8∶1。

所述激光位移传感器的测量精度为熔覆成形零件尺寸精度的1/10。

本发明的优点是，利用激光金属直接成形技术在开环控制条件下堆积薄壁零件，将获得的激光功率随成形层数的变化规律，预先通过编程写入数控系统中，采用不断调整激光功率的方法，获得熔覆层每层高度均匀增长、激光成形表面平整，成形侧面表面粗糙度8.8μm。

附图说明

图1是本发明在线检测及控制激光金属成形高度的装置原理图。图中：1、送粉器；2、分粉器；3、同轴送粉喷嘴；4、激光位移传感器；5、反射镜；6、激光器；7、计算机数控系统；8、工作台；9、基板；10、熔覆层。

图2是本发明在线检测及控制激光金属成形高度的工艺流程图。

图3是本发明激光功率恒定的条件下熔覆成形后高度变化趋势。其中图3(a)是每层成形的测量高度；图3(b)是对应成形的样件。

图4是逐层降功率趋势图。

图5是激光功率逐层减小的条件下熔覆成形后高度变化趋势。其中图5(a)是每层成形的测量高度；图5(b)是对应成形的样件。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。