[發明專利]可自動調節光斑和送粉位置的同軸送粉噴頭

有效

• 申請號: 201611159063.7
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106637195B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 郝敬賓;馬國帥;劉昊;李中凱;李聰聰;梁超
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

本發明公開了一種可自動調節光斑和送粉位置的同軸送粉噴頭，該裝置可用于激光熔覆領域。其結構主要包括：連接筒,噴頭主體，可變的光路系統，可調送粉位置系統和噴嘴,噴嘴的外部具有冷卻水套和四連桿機構的安裝耳，在上端開有內保護氣進氣口。噴頭所有可動部分均由伺服電機驅動，通過滾珠絲杠將旋轉運動轉換為滑塊的直線運動。本發明能夠連續的改變光斑直徑和送粉位置，并且能夠調節光斑位置使之與粉末流匯聚焦點重合，很好的解決了激光熔覆中熔覆效率和熔覆精度之間的矛盾，有助于實現復雜曲面激光熔覆工藝。

技術領域

本發明屬于激光加工應用領域，涉及激光立體成型和激光熔覆，尤其涉及激光熔覆中的可自動調節光斑和送粉位置的同軸送粉噴頭。

背景技術

激光熔覆技術是指利用高能激光束將金屬粉末融化，并沉積到基體表面，形成與基體以冶金方式結合的金屬涂層。可以應用該技術對零件表面進行強化、修復零件的受損區域或者直接堆積制造出具有復雜結構的零件實體。激光熔覆技術一個最大的優勢是能夠直接制造結構復雜的零件，但在實際操作中面臨許多難以解決的問題。結構復雜的零件上特征較多，結構尺寸也存在差異。如果選用較小的光斑進行加工，固然能夠保證加工精度，卻降低了加工效率；激光熔覆中存在的臺階效應，嚴重影響著加工零件的表面質量，這一不利影響在對復雜曲面進行熔覆時表現的更為突出。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術缺陷，提供一種結構簡單，能夠連續改變激光熔覆光斑直徑大小和送粉位置，以及能夠保證粉末流匯聚焦點和激光束匯聚焦點相互重合的可自動調節光斑和送粉位置的同軸送粉噴頭。

為了解決上述技術問題，本發明提供的一種可自動調節光斑和送粉位置的同軸送粉噴頭，包括：連接筒、噴頭主體、可變光路系統、可調送粉位置系統以及噴嘴；

所述連接筒上端與光纖激光器連接，下端與噴頭主體連接；

所述噴嘴由噴嘴內筒和冷卻水套組成；所述的噴嘴內筒上部設計有保護鏡片的安裝位置和與噴頭主體連接的法蘭連接部，在中部圓柱部分設計有均勻分布的保護氣體的進氣口，在錐形部分對稱的開有冷卻水進水口和和出水口，在外周均勻分布安裝耳；所述的冷卻水套，呈倒錐形，內部具有環形的分水層；

所述噴頭主體為中空的圓柱體，噴頭主體兩側開有與圓柱軸線平行的槽口；噴頭主體上下兩端的安裝板上設計有伺服電機A和伺服電機B、滾珠絲杠A和滾珠絲杠B以及圓柱導軌A和圓柱導軌B的安裝部位；并設有分別與連接筒及噴嘴內筒連接的接口；

所述可變光路系統包括位置調節系統和光路系統兩部分；

所述的位置調節系統由兩組完全相同的結構組成，兩組結構對稱安裝在噴頭主體的安裝板上；每組結構都可以獨立運動，分別用于調節透鏡A和透鏡B的位置；每組結構都包括圓柱導A、透鏡壓片、透鏡托架、導軌滑塊A、絲杠支撐座A、伺服電機A、聯軸器A、滾珠絲杠A、滾珠絲杠螺母A、導軌滑塊B；

所述伺服電機以螺栓固定在噴頭主體上端安裝板上，所述絲杠支撐座A固定在噴頭主體下端的安裝板上；所述伺服電機A與聯軸器A相連；所述滾珠絲杠A一端與聯軸器A相連，另外一端與絲杠支撐座A相連；滾珠絲杠A上安裝有滾珠絲杠螺母A；

所述圓柱導軌A兩端具有螺紋，通過螺母固定在噴頭主體上；所述的導軌滑塊A具有一個連接口，安裝在圓柱導軌A上；導軌滑塊A的連接口通過噴頭主體側方的槽口與透鏡托架的一端連接；所述的導軌滑塊B具有兩個連接口，安裝在對稱側的圓柱導軌A上面，其中一個連接口與滾珠絲杠螺母A連接，另一個連接口通過圓柱筒側方的槽口與透鏡托架的另外一端連接；

所述光路系統由擴束鏡、凸透鏡A和凸透鏡B組成，它們的中心在一條直線上，并且在調節過程中保證透鏡A和透鏡B之間的距離大于凸透鏡A（3.4）和凸透鏡B（3.5）的焦距之和；凸透鏡A和凸透鏡B都安裝在透鏡托架上，由透鏡壓片固定；當導軌滑塊運動時帶動凸透鏡，在噴頭主體的中空部分移動，改變光路。