[實用新型]一種測距式激光熔覆加工頭自動尋焦及調焦系統

有效

• 申請號: 201820452864.0
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN208246046U
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 楊萍;趙凱;趙維剛;侯春杰;朱忠良;郝云波
• 申請（專利權）人: 上海航天設備制造總廠有限公司
• 主分類號: B23K26/046
• 分類號: B23K26/046
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

本實用新型公布了一種測距式激光熔覆加工頭自動尋焦及調焦系統，該系統由激光位移傳感器、控制器、激光熔覆加工頭組成。本實用新型能夠測量激光熔覆加工頭的Z軸位移，在激光熔覆過程中保持激光工作焦距始終與實際距離相符，可解決由于人為操作、工件表面不規則、加工累計誤差等所造成的離焦現象導致成形工件表面質量差、尺寸不符、成形失敗等問題。

技術領域

本實用新型涉及激光熔覆領域，具體涉及一種測距式激光熔覆加工頭自動尋焦及調焦系統。

背景技術

激光熔覆技術是通過激光將金屬粉末熔化在所需的合金和涂層中，形成預先編輯的幾何形狀。該項技術可用于修復、增材制造、表面涂覆，以及在焊接過程中填充間隙，在很多工業領域應用廣泛。在航空航天領域，可用于修復昂貴且復雜的組件，如葉片和外殼等；在汽車行業，可為工件提供局部強化并實現更好的焊接密封，如電動機。在工具制造行業，可開保護涂層使工件免受磨損，減少維修需求。

在激光熔覆過程中，激光焦點相對于工件加工面的Z向位置會影響光斑尺寸、熔池能量等參數，從而影響工件成形質量。激光熔覆加工頭起點位置大多是工作人員憑經驗調節，并且加工時多因素影響會造成實際熔覆層高度與理論有偏差，激光焦點不一定始終位于加工面表面，會出現正離焦和負離焦現象。正負離焦會改變激光工作焦距，從而改變激光光斑尺寸，熔池能量也會發生變化，最終會導致工件成形尺寸與實際有偏差或者工件坍塌等現象。

目前市面上的激光熔覆加工頭不具備自動尋焦及自動調焦一體的功能，在激光切割應用中，多數采用電容傳感器維持噴嘴與材料表面的距離，但是電容傳感器量程很小，并且易受外界干擾。為了解決上述問題，需要對現有激光熔覆加工頭進行完善，在激光熔覆過程中能夠始終保持激光工作焦距始終與實際距離相符。

發明內容

本發明的目的在于針對現有設備及生產需求，提出一種測距式激光熔覆加工頭自動尋焦及調焦系統，該系統能夠測量激光熔覆加工頭的Z軸位移，在激光熔覆過程中保持激光工作焦距始終與實際距離相符。

為了達到上述目的，本發明提出一種測距式激光熔覆加工頭自動尋焦及調焦系統，包括激光位移傳感器、控制器、激光熔覆加工頭；

所述激光位移傳感器通過轉接件安裝在激光熔覆加工頭側面；所述激光位移傳感器和激光熔覆加工頭都通過信號線與控制器進行信號傳輸；

所述激光位移傳感器與激光熔覆加工頭的焦點標示距離符號對齊，方向保證激光熔覆加工頭的激光焦點在激光位移傳感器的激光射線上；

所述激光位移傳感器用于采集激光熔覆加工頭的Z軸位移數據；

所述激光熔覆加工頭具有可編程電動調焦功能，可根據控制器的輸出信號控制光學頭內部電機驅動聚焦鏡作上下運動，實現自動調焦；

所述控制器用于將激光位移傳感器得輸出模擬量數據處理為激光熔覆加工頭可識別的信號，并與實際焦點位置作對比計算出調焦距離；

上述的測距式激光熔覆加工頭自動尋焦及調焦系統，其中，激光位移傳感器量程為50～300mm，分辨率為0.01～0.33mm，可采集激光熔覆加工頭的Z軸位移數據并以4～20mA的模擬量值輸出；安裝時保證激光熔覆加工頭的激光焦點在激光位移傳感器的激光射線上；

上述的測距式激光熔覆加工頭自動尋焦及調焦系統，其中，控制器的模擬量輸入端與激光位移傳感器的模擬量輸出端連接，模擬量輸出端與激光熔覆加工頭的模擬量輸入端連接。激光位移傳感器采集激光熔覆加工頭的Z軸位移數據，并以電流模擬量的形式輸出給控制器；控制器將電流值按激光位移傳感器的算法轉化為對應的位移值，并將當前位移值與實際值對比，計算出離焦量，最后經相應算法處理將離焦量值轉化為激光熔覆加工頭能夠識別的電壓模擬量值。