[發明專利]一種基于超聲輔助送絲的在軌激光修復裝備與方法

有效

• 申請號: 202110554554.6
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113275748B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 趙艷秋;占小紅;王家耀;王磊磊
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/70;B23K26/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于超聲輔助送絲的在軌激光修復裝備，其特征在于：包括控制系統(1)、激光修復系統(2)、超聲輔助送絲系統(3)、可移動式工作臺(4)、在軌工作艙體(5)、在軌修復裝置底座(6)，所述激光修復系統(2)、超聲輔助送絲系統(3)、可移動式工作臺(4)均安裝于在軌工作艙體(5)內部；

所述控制系統(1)用于控制激光修復系統(2)、超聲輔助送絲系統(3)、可移動式工作臺(4)，包括顯示器(11)、控制柜(12)、三個三維掃描攝像頭(13)，其中，顯示器(11)位于在軌工作艙體(5)外部，控制柜(12)、三個三維掃描攝像頭(13)位于在軌工作艙體(5)內部；

所述三維掃描攝像頭(13)對稱安裝于夾具B(33)，三者夾角呈120°，以實現待修復工件幾何特征的全局掃描；

所述三維掃描攝像頭(13)將測得的幾何模型數據導入控制系統(1)，并與原始幾何模型數據進行對比，并根據控制系統(1)的數據庫反饋在軌修復方案，將相應的指令傳達至激光修復系統(2)與超聲輔助送絲系統(3)；

所述控制系統(1)可進行定量化的修復方案，具體為當數模對比后所確定的修復量S小于閾值S₁時，控制系統(1)則選擇不填絲修復方案；當確定的修復量S大于閾值S₁時，控制系統(1)則需選擇填絲修復方案；

所述激光修復系統(2)用于實施在軌激光修復作業，包括半導體激光器(21)、機器人底座(22)、六軸加工機器人(23)、光纖(24)、夾具A(25)、激光頭(26)，其中，所述半導體激光器(21)安裝于機器人底座(22)內部，所述激光頭通過夾具A(25)固定于六軸加工機器人(23)的末端機械臂上；

所述超聲輔助送絲系統(3)包括送絲機(31)、超聲波發生裝置(32)、夾具B(33)、焊槍(34)、定向超聲震動頭(35)、焊絲(36)，所述定向超聲震動頭(35)安裝于焊槍(34)出絲端，使得絲材被激光熔化后可以有效克服微重力的環境，有效填充于待修復工件(7)表面，從而達到修復的效果；

所述超聲輔助送絲系統(3)處于填絲修復模式時，控制系統(1)需要傳遞相關的參數信號，并將送絲速度信號傳遞至送絲機(31)，將激光掃描路徑、掃描速度、離焦量、光斑直徑、激光功率傳遞至激光修復系統(2)；與此同時，將與送絲速度相匹配的超聲波功率、振動頻率、振動波形傳遞至超聲波發生裝置(32)；

所述可移動式工作臺(4)用于移動待修復工件(7)，包括可平移式平臺(41)與可升降式平臺(42)；

所述在軌修復裝置底座(6)裝有滾輪，使得修復系統按指定軌道行進到待修復位置，同時起到固定機器人的效果。

2.一種基于超聲輔助送絲的在軌激光修復方法，其特征在于，采用如權利要求1所述的一種基于超聲輔助送絲的在軌激光修復裝備，包括如下步驟：

第一，將待修復工件(7)放置于可移動式工作臺(4)上，并通過控制可移動式工作臺(4)將待修復工件(7)移動至指定的待加工區域；

第二，開啟控制系統(1)與激光修復系統(2)，控制系統(1)設置六軸加工機器人(23)的運動軌跡，通過三維掃描攝像頭(13)對待修復工件(7)的原始幾何特征進行全局掃描，并將掃描結果反饋至控制系統(1)；

第三，控制系統(1)將掃描結果與原始幾何模型數據進行對比，計算修復量S；

第四，當修復量S小于閾值S₁時，控制系統(1)則選擇不填絲修復方案；當確定的修復量S大于閾值S₁時，控制系統(1)則需選擇填絲修復方案，同時，控制系統(1)的數據庫反饋送絲速度信號傳遞至送絲機(31)，反饋激光掃描路徑、掃描速度、離焦量、光斑直徑、激光功率信號傳遞至激光修復系統(2)，反饋與送絲速度相匹配的超聲波功率、振動頻率、振動波形信號傳遞至超聲波發生裝置(32)；

第五，激光修復系統(2)與超聲輔助送絲系統(3)根據控制系統(1)反饋的參數對待修復工件(7)開始激光修復作業；

第六，修復完成，依次關閉超聲輔助送絲系統(3)、激光修復系統(2)、控制系統(1)。