[發明專利]用于檢驗光內送粉熔覆噴頭內部環形聚焦鏡組的驗光平臺與驗光方法

在審

• 申請號: 202210665406.6
• 申請日: 2022-06-13
• 公開（公告）號: CN115183991A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 石拓;張榮偉;傅戈雁;魏超
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01M11/04
• 分類號: G01M11/04;C23C24/10;B22F10/28;B22F12/00;B33Y30/00
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松;王菊花

本發明提供一種用于檢驗光內送粉熔覆噴頭內部環形聚焦鏡組的驗光平臺與驗光方法，包括沿著光路方向依次設置的平行光源裝置、環形聚焦鏡組以及光電檢測裝置，光電檢測裝置設置位于離焦調節裝置上，可通過離焦調節裝置來調節離焦高度，以適應兼容不同焦距的環形聚焦鏡組。通過平行光源裝置獲得平行光束射出，環形聚焦鏡組對入射的平行光束進行光路轉換，獲得中空環形聚焦光束射出，投射到光電檢測裝置的平面上，獲得中空的環形聚焦光斑，通過光電檢測裝置進行光電轉換成像，獲得光斑圖像。通過聚焦光斑的不同的結果，判斷和檢驗在不同情形下的環形聚焦鏡組的質量缺陷。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，具體而言涉及一種用于檢驗光內送粉熔覆噴頭內部環形聚焦鏡組的驗光平臺與驗光方法。

背景技術

激光熔覆技術是一種激光技術與加增材制造技術相結合的先進制造技術，近幾年來發展迅速。激光熔覆技術具有稀釋率低、熱輸入小、材料廣泛等眾多優點，目前已在產業化應用的過程中演化出多種不同類型，并廣泛應用于以增材制造、再制造、表面工程為代表性的各個領域，例如金屬3D打印、材料的表面改性和失效零部件的修復等。

按照激光熔覆的材料類型和材料與激光束的耦合形式，可將常見的激光熔覆技術分為送粉式激光熔覆技術(主要包括同軸送粉、旁軸送粉)、高速激光熔覆技術及高速絲材激光熔覆技術。其中的同軸送粉激光熔覆技術的熔覆頭采用中心出光的圓形光斑方案，光束周圍環狀送粉或者多束送粉，并設置由專門的保護氣通道，粉束、光束與保護氣流交于一點，熔覆工作時該焦點處會形成熔池，隨著熔覆頭與工件做相對運動，在工件表面形成覆層。基于同軸送粉激光熔覆技術的金屬3D打印主要應用于大型零件的凈近成型以及梯度材料的制備。

目前的激光熔覆技術多采用光外同軸送粉熔覆頭，具有熱輸入小、熔池保護效果好、熱量傳遞均勻、熔覆層抗裂性好以及材料適應廣泛等優點，但其送粉噴嘴一般為多粉束、環形粉束傾斜輸送、噴射與工作光斑的耦合精度不高，光粉耦合區間短，匯聚粉斑大，光粉易錯位等常見缺陷，同時激光光束與多粉束在空間多方向噴射匯聚干涉嚴重，粉末利用率低，造成飛濺浪費污染較大的問題，同時存在掃描光斑能帶的中間高、兩側弱的趨勢，成形件表面粘附嚴重，粗糙度較高等問題。

光內送粉熔覆噴頭可實現激光束傳輸、變換、聚焦和熔覆材料的同步輸送，在基材表面實現激光束、熔覆材料、熔池之間的精確耦合并連續形成熔覆層，其中的激光束的整形變換聚焦是中空環形聚焦光束的光內同軸送粉熔覆技術的關鍵技術。作為關鍵部件的熔覆噴頭，目前已經實現小批量生產，由于缺乏一種專門用于檢驗該類光內送粉熔覆噴頭內部鏡組的驗光平臺，目前只能在完成所有零部件的裝配后才能對鏡組的光束整形質量進行檢驗。如出現鏡組部件的加工質量問題后只能將其重新拆卸后再進行返工返修。由于缺少了此類光學器件制造后的檢驗環節，增加了后續不必要的流程時間而降低了裝配效率。

例如，將驗光平臺的平行光源裝置所發出的平行光入射進入環形鏡組，在鏡組的光路轉換下會形成倒錐形的中空環形聚焦光束，中空環形聚焦光束投影到平面上則會形成聚焦光斑，如果鏡組存在機加性能的缺陷或變形，則會投影反饋到聚焦光斑的形狀和亮度上。但是聚焦光斑的形狀和亮度會受到入射平行光與鏡組同軸度誤差的影響，從而會影響到對鏡組機缺陷和變形的判斷。這就要求使平行光源裝置發出的平行光與環形鏡組的中性線力求同軸。但由于安裝的誤差而不能保證光束軸心線與環形鏡組中心重合，且由于射入的激光束方向被固定后便不能移動，所以就要調節圓形光管，使光學器件同軸。所以，如何調整平行光源裝置到最佳位置是非常重要和實用的。

另一方面，現有技術中，當圓形光管在支架上進行安裝時，需輕微調整圓形光管，待光斑模式達到最佳時，再固定圓形光管，但此時固定圓形光管可能會導致圓形光管輕微移動，從而失去最佳位置。且現有技術中，雖能實現不同口徑的調整和簡單的高低調節，但若支架或圓形光管橫向產生差移將無法實現平行光的準確快速定位。

因此，有必要提出一種針對光內送粉熔覆噴頭環形聚焦鏡的驗光平臺，

現有技術文件：