[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
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本發明提供了一種基于超聲輔助送絲的在軌激光修復裝備與方法。所述裝備利用三維掃描攝像頭對其進行測量，并將所測得的三維幾何數模導入計算機系統中，通過對比原始幾何模型數據后，由計算機將原始模型與待修復模型進行對比，根據模型差值輸出修復方案，并將方案傳輸至修復系統，從而實現空間在軌環境下的激光定量修復。在修復系統中，填充金屬為焊絲，焊槍的出絲口安裝有小型定向超聲輔助裝置，焊絲被激光熔化后形成的熔滴可以在修復過程中有效克服微重力的環境并填充在待修復表面，達到在軌修復效果。

技術領域

本發明屬于空間在軌制造技術領域，特別涉及一種基于超聲輔助送絲的在軌激光修復裝備與方法。

背景技術

為了進一步開發利用宇宙空間資源，擴展人類生存空間，世界各航天國家先后推出各自的深空探測發展規劃。為保障人類宇宙空間科學探索的可持續發展，在軌修復已成為一種不可缺少的技術，其預期的主要應用背景針對空間大型結構建造、航天器維護維修、空間急需的產品研制等，以保障在軌航天器長壽命可靠運行。

在材料修復領域，由于激光的空間控制性和時間控制性很好，對修復對象的材質、形狀、尺寸和加工環境的自由度都很大，特別適用于自動化加工，且激光修復技術具有材料浪費少、對修復對象具有很強的適應性，且真空度對激光修復的影響較小等優勢特點，因而，激光修復是一種非常適用于空間在軌修復的技術。

航天器在軌運行時，其結構件表面時常會存在一定的損害，目前的解決方法一般是通過航天員出艙進行修補。但艙外修補一般修復精度比較粗糙，且無法進行定量修復，對操作人員的安全性也具有一定的威脅。因此亟需發明一種基于超聲輔助送絲的在軌激光修復裝備與方法，以實現不同損害程度的待修復工件進行定量的在軌修復，從而有效解決上述問題，進一步延長航天器有效在軌運行壽命。

發明內容

為滿足針對航天器不同尺寸的待修復件實時進行在軌修復，極大程度上解決航天器的在軌修復難題，本發明提出了一種基于超聲輔助送絲的在軌激光修復裝備。

為了達到該目的，本發明通過以下技術方案來實現：

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、激光修復系統、超聲輔助送絲系統、可移動式工作臺、在軌工作艙體、在軌修復裝置底座。

所述控制系統用于控制激光修復系統、超聲輔助送絲系統、可移動式工作臺，包括顯示器、控制柜、三個三維掃描攝像頭，其中，顯示器位于在軌工作艙體外部，控制柜、三個三維掃描攝像頭位于在軌工作艙體內部。

所述三維掃描攝像頭對稱安裝于夾具B，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將測得的幾何模型數據導入控制系統，并與原始幾何模型數據進行對比，并根據控制系統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與超聲輔助送絲系統。

所述控制系統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，控制系統則需選擇填絲修復方案。

可選地，所述激光修復系統、超聲輔助送絲系統、可移動式工作臺均安裝于在軌工作艙體內部。

所述激光修復系統用于實施在軌激光修復作業，包括半導體激光器、機器人底座、六軸加工機器人、光纖、夾具A、激光頭，其中，所述半導體激光器安裝于機器人底座內部，所述激光頭通過夾具A固定于六軸加工機器人的末端機械臂上。

所述超聲輔助送絲系統包括送絲機、超聲波發生裝置、夾具B、焊槍、定向超聲震動頭、焊絲，所述定向超聲震動頭安裝于焊槍出絲端，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表面，從而達到修復的效果。