一种耦合同轴熔池监测模块的L型蓝光波段激光熔覆头的制作方法

一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头
技术领域
1.本实用新型涉及激光熔覆头，尤其是一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头。


背景技术：

2.激光熔覆加工相比于传统电弧堆焊、等离子喷涂、热喷涂等方式具有更低热影响和更好熔覆质量的优势，在再制造领域应用前景十分广阔，而激光熔覆头作为激光熔覆设备进行作业时的主力部件，在目前的熔覆应用中不能很好地起到过程控制的作用，使得不同熔覆材料、工艺在应用时更依赖于工艺经验，不能通过数据的实时监测和反馈及时发现和阻止熔覆过程中气孔、夹杂、裂纹等不良现象，提高熔覆作业质量。
3.目前市场上的激光熔覆加工头也有集成测温和熔池监测的，但大多是单一功能集成或非同轴集成，并未能很好的通过测温功能和熔池实时监测功能达到过程监测、数据反馈的闭环，难以满足工艺多样、材料多变的激光熔覆应用。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头装置，实现激光熔覆作业中的过程监测以及数据反馈，提高激光熔覆加工质量。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
6.一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，包括光纤连接接头模块、光学准直镜组模块、光学反射-聚焦式镜组模块、熔覆喷头；
7.光纤连接接头模块连接光学准直镜组模块，激光熔覆头内部设有光学反射-聚焦式镜组模块，激光熔覆头外部设有熔覆喷头；
8.激光束通过传输光纤输出至激光熔覆头内部，并依次通过光学准直镜组模块、光学反射-聚焦式镜组模块、熔覆喷头后辐照聚焦于待加工工件表面形成聚焦光斑的熔池；
9.所述光学反射-聚焦式镜组模块嵌入式设有熔池监测模块，用于对熔池形态和温度区间进行监控。
10.所述熔池监测模块包括：
11.视觉组件，对聚焦光斑形成的熔池的几何形状动态监控、以及在整个熔覆加工过程中对熔池进行实时的观察；
12.双色测温仪，对聚焦光斑形成的熔池的温度区间进行连续监控并反馈形成温度曲线图。
13.还包括光纤连接接头模块, 光纤连接接头模块连接传输光纤并锁紧。
14.熔覆喷头设有送粉通道。
15.光纤连接接头模块是qbh或qd或llk-d光纤接头标准的任一种。
16.光学准直镜组模块由一片或多片光学准直镜片构成。
17.光学反射-聚焦式镜组模块包括镀高反射膜的椭圆形紫铜反射-聚焦镜、水冷镜座。
18.所述光学反射-聚焦式镜组模块设有保护镜组模块，保护镜组模块插入式安装在激光熔覆头上，用于保护光学反射-聚焦式镜组模块。
19.所述熔覆喷头采用内外嵌套式结构，内套设计有激光束通道和水冷通道，外套有送粉通道。
20.所述熔覆喷头为t2紫铜材质。
21.本实用新型一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，具有以下技术效果：通过采用熔池监测模块，熔池监测模块是基于高速红外成像及测温技术的监测系统，内置视觉组件和测温波长为1.65-2μm的双色测温仪组件，采用嵌入同轴耦合的方式把熔池监测模块集成在激光熔覆头的光学反射-聚焦式镜组模块上，使其监测区域点与经由激光熔覆头输出的激光束同轴，能对聚焦光斑形成的熔池的几何形状动态和温度区间进行连续监控并反馈形成温度曲线图，同时视觉组件还能在整个熔覆加工作业过程中对熔池进行实时的同轴轴向观察，从而通过自身的测温功能和熔池实时监测功能的同步监测实现熔覆作业的过程监测、数据反馈的闭环，有助于及时发现和阻止熔覆加工作业过程中的质量缺陷，简化面对工艺多种和材料多样的激光熔覆应用场景的工艺依赖性，提高激光熔覆加工质量。
附图说明
22.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
23.图1为本实用新型的结构示意图。
24.图中：传输光纤1，光纤连接接头模块2，光学准直镜组模块3，熔池监测模块4，光学耦合连接装置5，光学反射-聚焦式镜组模块6，保护镜组模块7，熔覆喷头8，送粉通道9，激光束通道10，水冷通道11。
具体实施方式
25.如图1所示，一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，由光纤连接接头模块2、光学准直镜组模块3、光学反射-聚焦式镜组模块6、保护镜组模块7、熔覆喷头8等组件依次相连接构成。
26.其中，光纤连接接头模块2是专用于连接并锁紧外部输入激光束。光纤连接接头模块2是qbh或qd或llk-d光纤接头标准的任一种。激光熔覆头装置工作前需与外部激光发生器自身耦合的传输光纤1通过光纤连接接头模块2连接并锁紧。
27.光学准直镜组模块3由一片或多片光学准直镜片构成。其镜组结构和材料可以是透射式的k9玻璃或熔融石英镀膜的光学镜，其准直焦距c根据实际加工需求选择，准直焦距c选择范围可以在50mm-150mm之间。
28.熔池监测模块4通过光学耦合连接装置5实现嵌入耦合的方式集成在激光熔覆头的光学反射-聚焦式镜组模块6上，通过镜组的光学反射功能，使熔池监测的视觉场及测温仪监测区域点能够与经由激光熔覆头输出的激光束同轴。
29.所述熔池监测模块4包括：视觉组件，对聚焦光斑形成的熔池的几何形状动态监
控、以及在整个熔覆加工过程中对熔池进行实时的观察；双色测温仪，对聚焦光斑形成的熔池的温度区间进行连续监控并反馈形成温度曲线图。
30.熔池监测模块4是基于高速红外成像及测温技术的监测系统，内置视觉组件和测温波长为1.65-2μm的双色测温仪，能对聚焦光斑形成的熔池的几何形状动态和温度区间进行连续监控并反馈形成温度曲线图，同时视觉组件还能在整个熔覆加工过程中对熔池进行实时的同轴轴向观察。
31.光学反射-聚焦式镜组模块6包括镀高反射膜的椭圆形紫铜反射-聚焦镜、水冷镜座。其聚焦焦距f根据实际加工需求选择，聚焦焦距f选择范围可以在50-450mm之间。
32.所述光学反射-聚焦式镜组模块6设有保护镜组模块7，保护镜组模块7插入式安装在激光熔覆头上，用于保护光学反射-聚焦式镜组模块6。保护镜组模块7采用插入式模块设计，设置有密封防尘圈，在闭合状态时可以隔绝外部环境的污染，其镜片材料为镀增透膜的k9玻璃或熔融石英镜片，蓝光波段透光率不低于99%。
33.所述熔覆喷头8采用内外嵌套式结构，内套设计有激光束通道10和水冷通道11，外套有送粉通道9。激光束辐照聚焦于待加工区域表面的同时由外部输送熔覆粉末经送粉通道9后汇聚到激光光斑辐照形成的熔池内充分熔化，实现激光熔覆加工作业。
34.可选的，所述熔覆喷头8的内外套嵌套式结构的送粉方式可以是环缝送粉式、也可以是阵列多管路送粉式、也可以是旁轴单管路送粉式
35.可选的，所述熔覆喷头8为t2紫铜材质。
36.工作原理及过程：
37.1）、激光熔覆作业时，外部激光发生器发出的激光束通过传输光纤输出至激光熔覆头装置内部依次通过光学准直镜组模块3、熔池监测模块4、光学反射-聚焦式镜组模块6、保护镜组模块7、熔覆喷头8后辐照聚焦于待加工工件表面形成聚焦光斑的熔池，同步由外部输送熔覆粉末经熔覆喷头的送粉通道9后汇聚到聚焦光斑形成的熔池内实现激光熔覆加工作业。
38.2）、其中，上述熔池监测模块4是基于高速红外成像及测温技术的监测系统，采用嵌入式集成在光学反射-聚焦式镜组模块6上，使其监测区域点与激光束同轴，这样通过内置视觉组件和测温波长1.65-2μm的测温仪，就能对聚焦光斑形成的熔池的几何形状动态和温度区间进行连续监控，同时还能在整个熔覆加工过程中对熔池进行实时的轴向观察。从而避免激光熔覆加工过程的熔池不稳定和过热缺陷，以保证生产过程中零件的质量一致性，提高生产良率。

技术特征：
1.一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，包括光纤连接接头模块（2）、光学准直镜组模块（3）、光学反射-聚焦式镜组模块（6）、熔覆喷头（8）；光纤连接接头模块（2）连接光学准直镜组模块（3），激光熔覆头内部设有光学反射-聚焦式镜组模块（6），激光熔覆头外部设有熔覆喷头（8）；激光束通过传输光纤（1）输出至激光熔覆头内部，并依次通过光学准直镜组模块（3）、光学反射-聚焦式镜组模块（6）、熔覆喷头（8）后辐照聚焦于待加工工件表面形成聚焦光斑的熔池；其特征在于：所述光学反射-聚焦式镜组模块（6）嵌入式设有熔池监测模块（4），用于对熔池形态和温度区间进行监控。2.根据权利要求1所述一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，其特征在于：所述熔池监测模块（4）包括：视觉组件，对聚焦光斑形成的熔池的几何形状动态监控、以及在整个熔覆加工过程中对熔池进行实时的观察；双色测温仪，对聚焦光斑形成的熔池的温度区间进行连续监控并反馈形成温度曲线图。3.根据权利要求1所述一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，其特征在于：还包括光纤连接接头模块（2）, 光纤连接接头模块（2）连接传输光纤（1）并锁紧。4.根据权利要求1所述一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，其特征在于：熔覆喷头（8）设有送粉通道（9）。5.根据权利要求1所述一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，其特征在于：光学准直镜组模块（3）由一片或多片光学准直镜片构成。6.根据权利要求1所述一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，其特征在于：光学反射-聚焦式镜组模块（6）包括镀高反射膜的椭圆形紫铜反射-聚焦镜、水冷镜座。7.根据权利要求1所述一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，其特征在于：所述光学反射-聚焦式镜组模块（6）设有保护镜组模块（7），保护镜组模块（7）插入式安装在激光熔覆头上，用于保护光学反射-聚焦式镜组模块（6）。8.根据权利要求1所述一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，其特征在于：所述熔覆喷头（8）采用内外嵌套式结构，内套设计有激光束通道（10）和水冷通道（11），外套有送粉通道（9）。9.根据权利要求1所述一种耦合同轴熔池监测模块的l型蓝光波段激光熔覆头，其特征在于：所述熔覆喷头（8）为t2紫铜材质。

技术总结
一种耦合同轴熔池监测模块的L型蓝光波段激光熔覆头，包括光纤连接接头模块、光学准直镜组模块、光学反射-聚焦式镜组模块、熔覆喷头；激光束通过传输光纤输出至激光熔覆头内部，并依次通过光学准直镜组模块、光学反射-聚焦式镜组模块、熔覆喷头后辐照聚焦于待加工工件表面形成聚焦光斑的熔池；所述光学反射-聚焦式镜组模块嵌入式设有熔池监测模块，用于对熔池形态和温度区间进行监控。本实用新型提供的一种耦合同轴熔池监测模块的L型蓝光波段激光熔覆头，可实现激光熔覆作业中的过程监测，提高激光熔覆加工质量。提高激光熔覆加工质量。提高激光熔覆加工质量。


技术研发人员：宋家杰 柳竺成 覃鹏 李万峰 许梦浩 周林 杨岑岑 喻云
受保护的技术使用者：中国长江电力股份有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/9/20