[发明专利]一种具闭环控制的激光熔覆系统

说明书

本发明公开了一种具有闭环控制的激光熔覆系统，包括一用于放置工件的工作台，所述工作台上方为一用于产生三光束的激光熔覆装置，所述激光熔覆装置包括位于入射激光下方的三棱镜，所述三棱镜的三个投射光路上分别布置有聚焦镜，所述入射激光通过所述三棱镜分光后，分别通过三个所述聚焦镜将三光束投射到所述工件的熔池处，其还包括一用于调节聚焦镜角度位置的光路调节系统、一用于监测三棱镜及聚焦镜温度的温度监测系统和一用于调节激光熔覆装置及工作台位置的水平调节系统。该系统可以自动实现激光熔覆装置和工件位置的调整、激光束投射光斑的位置的调整以及对各光学镜片温度的监测，在温度过高是发出警报。

技术领域

本发明属于激光熔覆技术领域，具体而言涉及一种激光熔覆系统。

背景技术

激光熔覆（亦称激光熔敷或激光包覆），是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成冶金结合的添料熔覆层。

激光熔覆特点：熔覆层稀释度低但结合力强，与基体呈冶金结合，可显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化或电气特性，从而达到表面改性或修复的目的，满足材料表面特定性能要求的同时可节约大量的材料成本。与堆焊、热喷涂、电镀等传统表面处理技术相比，它具有诸多优点，如适用的材料体系广泛、熔覆层稀释率可控、熔覆层与基体为冶金结合、基体热变形小、工艺易于实现自动化等。

从当前激光熔覆的应用情况来看，其主要应用于三个方面：1、对材料的表面改性，如燃汽轮机叶片，轧辊，齿轮等。2、对产品的表面修复，如转子，模具等。3、激光增材制造，通过同步送粉或送丝的方式，进行逐层的激光熔覆，进而获得具有三维结构的零部件。自20世纪80年代以来，激光熔覆技术得到了国内外的广泛重视，并已在诸多工业领域获得应用。

现有的激光熔覆系统中包括激光熔覆装置与工件的位置、激光束投射光斑的位置都是通过手动调节，其精度及效率非常低下。具体情况如下：1）激光熔覆装置的送丝喷嘴与工件的垂直度非常重要，在现有技术中，需要借助独立的水平仪手动调节喷头以及工件的空间角度，该调节方法操作步骤多、精度低，非常影响工作效率；2）激光熔覆装置投射的激光束光斑与丝材的位置关系非常重要，在现有技术中，需要通过增加机械式微调结构，手动调节以保证光斑与丝材的位置精度，该调整方法不但时间长，而且由于熔覆过程中的震动以及装配磨损等因素，并不能保证在长周期熔覆环境下，丝材与光斑之间的高精度关系，即无法保证熔覆精度以及成形精度，严重时甚至会导致无法展开工作。

另外，现有的激光熔覆系统由于长时间工作，各光学镜片表面会沉积灰尘，从而影响镜片的反射效率，导致镜片吸收激光束的热量较高，同时，光学镜片内部通道在长时间通水冷却的过程中，由于水杂质的影响，会导致镜片内部水冷不充分，也会加剧热量增加。温度过高会导致镜片烧损，致使激光熔覆系统无法工作，甚至还会引起安全隐患。另外，镜片属于精密构件，成本昂贵，维修成本非常高。

发明内容

为克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有闭环控制激光熔覆系统，该系统可以自动实现激光熔覆装置和工件位置的调整、激光束投射光斑的位置的调整以及对各光学镜片温度的监测，在温度过高是发出警报。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有闭环控制的激光熔覆系统，包括一用于放置工件的工作台，所述工作台上方为一用于产生三光束的激光熔覆装置，所述激光熔覆装置包括位于入射激光下方的三棱镜，所述三棱镜的三个投射光路上分别布置有聚焦镜，所述入射激光通过所述三棱镜分光后，分别通过三个所述聚焦镜将三光束投射到所述工件的熔池处，其还包括一用于调节聚焦镜角度位置的光路调节系统、一用于监测三棱镜及聚焦镜温度的温度监测系统和一用于调节激光熔覆装置及工作台位置的水平调节系统。

进一步的，所述光路调节系统连接有CCD摄像头和三个驱动电机，所述聚焦镜通过转轴可转动的设置在所述激光熔覆装置内，所述驱动电机的输出轴连接所述转轴。