[發明專利]一種激光熔覆實時測厚及反饋的方法及裝置

有效

• 申請號: 201910470166.2
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN110093601B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 何建群;成巍;吳明偉;馬慶增;王文濤;金碩;劉森
• 申請（專利權）人: 山東鐳研激光科技有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;G01D21/02
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

本發明涉及激光熔覆技術領域，特別公開了一種激光熔覆實時測厚及反饋方法及裝置。該激光熔覆實時測厚及反饋的方法，其特征在于：在激光加工頭附近安裝激光位移傳感器，并使之與激光加工頭隨動，激光位移傳感器的測量激光與工件的激光熔覆層垂直，測量激光的測量點設置在與熔池在同一圓弧上且靠近兩條激光熔覆層的搭接處；激光位移傳感器測量熔覆層的高度，并將測量值反饋至控制器，控制器完成數值的計算、顯示及反饋，進而控制激光加工頭的熔覆參數，使最終尺寸滿足要求。本發明通過閉環控制調節激光加工參數，精確控制熔覆層厚度，降低人工測量誤差，減少粉末浪費，有效提升熔覆效率和加工成品合格率。

（一）技術領域

本發明涉及激光熔覆技術領域，特別涉及一種激光熔覆實時測厚及反饋方法及裝置。

（二）背景技術

激光熔覆（Laser Cladding）亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結合的熔覆層。激光熔覆作為一種新型的表面處理技術，已經廣泛的應用于工程機械制造與再制造領域。

關于激光熔覆涂層厚度測量技術的應用，申請號為201810766782.8，專利名稱為“一種基于立體視覺的激光熔覆閉環控制方法”，公開了在激光器的相對兩側分別安裝一個控制系統連接且同步移動的CCD，對兩個CCD進行標定，通過兩個CCD實時獲取激光器熔覆時的熔池變化圖像，然后利用控制系統與預設的標準熔池成形層形狀進行對比，并根據誤差調整激光功率或離焦量，實現對熔覆層尺寸和質量的控制。

上述控制技術測量精確度較高，但是激光熔覆是一個受激光功率、粉末、基體特性等多因素影響的加工過程，在實際復雜工業生產環境中，捕捉熔池圖像會受到諸多因素的干擾，容易被遮擋，而且熔池周圍溫度較高且存在較多粉塵，對CCD的長時間高溫穩定運行和鏡頭清潔也有較高要求；另外，CCD相機成本較高，增加設備成本，且標定過程較為復雜，在大規模工業應用中也存在一定局限性。

目前，在軸類激光熔覆實際生產中，大多采用人工測量，即采用卡鉗卡工件外徑，再在直尺上測量尺寸的方式，這種方式操作簡單，幾乎無設備成本，但是受人為因素影響較大，不同個體因習慣和手感不同測量結果差異較大，尺寸精確度低。另外，有些大型工件的局部熔覆人工測量難度大，對于一些異形面甚至無法測量，只能靠經驗估測涂層厚度。

（三）發明內容

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種簡單易行、成本低、測量精度高的激光熔覆實時測厚及反饋的方法及裝置。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種激光熔覆實時測厚及反饋的方法，其特征在于：在激光加工頭附近安裝激光位移傳感器，并使之與激光加工頭隨動，激光位移傳感器的測量激光與工件的激光熔覆層垂直，測量激光的測量點設置在與熔池在同一圓弧上且靠近兩條激光熔覆層的搭接處；激光位移傳感器測量熔覆層的高度，并將測量值反饋至控制器，控制器完成數值的計算、顯示及反饋，進而控制激光熔覆參數，使最終尺寸滿足要求。

本發明主要應用于激光熔覆加工過程中及加工后涂層厚度測量，并與機床、送粉器、激光器等集成，實時調控激光加工參數，確保涂層厚度達到加工尺寸要求，提升熔覆效率和加工成品合格率，解決了激光熔覆加工過程中厚度測量不精確或者無法測量的問題。

本發明的更優技術方案為：

所述激光位移傳感器的激光測量點在熔池后2-10mm處，實現激光熔覆大面積涂層尺寸的精確控制。

所述控制器通過控制單元采集測量數據，通過Labview等語言算法計算熔覆層厚度，并將實際厚度數據與預設厚度進行比對，將相應調整指令反饋至激光熔覆設備的送粉器或者激光器，將熔覆層厚度數據在顯示器上顯示。