[發明專利]一種可實現熔覆過程預熱和重熔的激光熔覆光路系統及其工作過程

在審

• 申請號: 202210216927.3
• 申請日: 2022-03-07
• 公開（公告）號: CN114717547A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 于津蘇
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

1.一種可實現熔覆過程預熱和重熔的激光熔覆光路系統，其特征在于，為激光熔覆頭的光路系統，包括：第一激光發射器、快門、光束整形器、平面反射透鏡、第二激光發射器、偏振分光棱鏡、平面透鏡和凸透鏡；

從上至下依次設置的第一激光發射器、快門、光束整形器、平面反射透鏡以及從上至下依次設置的偏振分光棱鏡、平面透鏡和凸透鏡構成預熱和重熔光路系統；從上至下依次設置的第二激光發射器、偏振分光棱鏡、平面透鏡和凸透鏡構成激光熔覆光路系統；所述預熱和重熔光路系統與激光熔覆光路系統共用偏振分光棱鏡、平面透鏡和凸透鏡；

所述預熱和重熔光路系統、所述激光熔覆光路系統和激光熔覆頭的配合，用于實現激光熔覆涂層的預熱和重熔；所述激光熔覆光路系統與激光熔覆頭和送粉通道的配合，用于實現粉末激光熔覆成型；

所述快門用于濾除所述第一激光發射器產生的激光束周圍的雜散光，所述光束整形器用于對通過快門的激光束進行整形，所述平面反射透鏡用于實現整形后的激光束的光路方向調整，將整形后的激光束反射進入偏振分光棱鏡，將整形后激光束送入激光熔覆光路系統，實現激光熔覆涂層的預熱和重熔；

所述偏振分光棱鏡用于對平面反射透鏡反射的整形后激光束進行反射，并通過平面透鏡和凸透鏡實現通過偏振分光棱鏡的整形后激光束的聚焦，聚集后的整形后激光束用于對涂層或基體進行預熱或重熔；所述偏振分光棱鏡還可透過所述第二激光發射器產生的激光束，透過偏振分光棱鏡的激光束通過平面透鏡和凸透鏡進行聚焦，配合送粉通道實現粉末激光熔覆成型。

2.根據權利要求1所述的可實現熔覆過程預熱和重熔的激光熔覆光路系統，其特征在于，所述光束整形器包括從上至下依次設置的激光擴束器和環形光束整形器，所述激光擴束器用于擴大激光束直徑、減小發散角，所述環形光束整形器用于將通過快門和激光擴束器的激光束整形為穩定的環形平頂激光束，所述環形平頂激光束在激光束所有區域的能量密度一致。

3.根據權利要求2所述的可實現熔覆過程預熱和重熔的激光熔覆光路系統，其特征在于，所述平面反射透鏡與通過光束整形器的環形平頂激光束入射方向呈45°夾角，用于將環形平頂激光束水平反射進入偏振分光棱鏡，所述環形平頂激光束經偏振分光棱鏡反射為豎直向下的環形平頂激光束。

4.根據權利要求1所述的可實現熔覆過程預熱和重熔的激光熔覆光路系統，其特征在于，所述偏振分光棱鏡由2塊等腰直角棱柱鏡的斜邊膠合而成，偏振分光棱鏡的入射和透射表面均鍍有增透膜，膠合面鍍有45度斜面介質分束膜用于實現偏振；所述第二激光發射器產生的激光束經過偏振分光棱鏡可直接透過并且不發生反射。

5.根據權利要求2或3所述的可實現熔覆過程預熱和重熔的激光熔覆光路系統，其特征在于，所述第一激光發射器產生的激光束為高斯分布激光束，該高斯分布激光束在工作區域為環形平頂激光束，環形平頂激光束中間無激光束。

6.根據權利要求1或4所述的可實現熔覆過程預熱和重熔的激光熔覆光路系統，其特征在于，所述第二激光發射器產生的激光束以及透過偏振分光棱鏡且經聚集后的激光束均為高斯分布激光束。

7.一種如權利要求1-6任意一項權利要求所述的可實現熔覆過程預熱和重熔的激光熔覆光路系統的工作過程，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、預熱和重熔光路系統以及激光熔覆光路系統構成激光熔覆頭的光路系統，激光熔覆頭安裝在機器人執行端或者安裝在機床主軸上；

步驟二、根據成型零件三維模型設計激光熔覆軌跡；

步驟三、準備激光熔覆基板和熔覆粉末；

步驟四、根據粉末設置激光熔覆光路系統中的激光熔覆參數，以及預熱和重熔光路系統中的激光參數，之后進行激光熔覆實驗，并形成激光熔覆區域。