[实用新型]用于实时调整超音速激光沉积光斑/粉斑相对位置的装置

说明书

用于实时调整超音速激光沉积光斑/粉斑相对位置的装置，包括：激光发射单元，包括激光器和激光头位置调节机构，激光器活动安装于激光头位置调节机构的调节部；冷喷单元，包括送粉装置和冷喷喷枪，冷喷喷枪的进粉口与送粉装置的出粉口管路连通，冷喷喷枪悬装于运动单元的安装部，冷喷喷枪的喷嘴对准基材表面的沉积区；运动单元，包括六轴机械臂和安装部，安装部安装于六轴机械臂的活动端；和检测控制单元，设置于包括中央控制器、光斑定位设备和粉斑定位设备，光斑定位设备的检测头对准粉斑定位设备；粉斑定位设备设在喷嘴正下方。本实用新型有益效果是：光斑和粉斑的重合，保证沉积效果；激光器和六轴机械臂的运动是相互独立，减少运动的复杂性。

技术领域

本实用新型属于材料表面改性及增材制造领域，具体涉及一种用于实时调整超音速激光沉积光斑/粉斑相对位置的装置。

背景技术

超音速激光沉积是将冷喷涂技术与激光技术相结合的一种新型材料沉积方法，可广泛应用于零部件的表面改性以及增材制造与再制造。该技术是在冷喷涂的过程中，利用高能激光束对高速喷涂粉末和基体沉积区域进行同步加热，由于激光瞬间加热使喷涂颗粒和基体表面软化但不熔化，提高了喷涂颗粒和基体表面的塑性变形能力，可将冷喷涂颗粒的临界沉积速度降至原来的一半，因此可在以压缩空气或者氮气为工作载气的情况下实现高强度材料的沉积，降低成本的同时大大拓展了冷喷涂技术可沉积材料的范围。此外，由于激光的引入，材料的沉积效率、致密度以及结合强度较单一冷喷涂均有明显提高。与激光熔覆和热喷涂等高热输入技术相比，超音速激光沉积技术由于仍然保持了冷喷涂固态沉积的特征，可以避免沉积材料的分解、氧化、相变以及被处理工件的变形、开裂、翘曲等热致不良影响。

在超音速激光沉积过程中，由于同时涉及到激光束和高速粉末束，因此光斑与粉斑的相对位置对表面涂层形貌以及增材制造形状具有非常重要的影响。在现在的超音速激光沉积设备中，一般都是采用激光侧照的方式将激光光斑与喷涂粉斑相配合，而且一旦设定工艺程序，在沉积过程中光斑与粉斑的相对位置是固定不变的。但是，在沉积较厚的表面涂层或者增材制造时，按设置好的工艺程序进行沉积时，随着沉积层厚度的增加或者沉积层厚度较低时，实际加工面会偏离预先设置的加工基准面。在此情况下，激光光斑与喷涂粉斑的相对位置会偏离预先设置的情形，从而会影响沉积效率以及成形形貌。极端情况下，激光光斑与喷涂粉斑甚至会完全错开，变成单一的冷喷涂工艺，这对超音速激光沉积的影响非常大。

因此，开发一种能够在超音速激光沉积过程中根据成形形貌实时调整激光光斑/喷涂粉斑相对位置的装置具有非常重要的工程应用价值。

发明内容

为克服背景技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种用于超音速激光沉积过程实时调整激光光斑/喷涂粉斑相对位置的装置。

本实用新型在超音速激光沉积的过程中，机械臂按设置好的路径进行沉积的同时，通过四个力传感器对粉末颗粒撞击基板的区域进行定位，此区域即为粉斑位置；通过红外热成像仪对光斑位置定位，再通过控制激光头的位移，让光斑和粉斑重合，以此来让激光头和冷喷枪按原定路径工作的同时进行光斑和粉斑的微调整。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：

用于实时调整超音速激光沉积光斑/粉斑相对位置的装置，其特征在于，包括：

激光发射单元，包括激光器和激光头位置调节机构，激光器活动安装于激光头位置调节机构的调节部，并且激光器的发出的激光光束照射至基材表面的沉积区，用于对基材表面的沉积区进行加热；激光头位置调节机构安装于运动单元的安装部，用于调节激光头的位置；

冷喷单元，包括送粉装置和冷喷喷枪，所述冷喷喷枪的进粉口与送粉装置的出粉口管路连通，所述冷喷喷枪悬装于运动单元的安装部，并且冷喷喷枪的喷嘴对准基材表面的沉积区，用于向基材表面喷涂沉积的粉末；

运动单元，包括六轴机械臂和安装部，安装部安装于六轴机械臂的活动端，用于调整冷喷单元以及激光发射单元的位置；