[发明专利]可自动调节光斑和送粉位置的同轴送粉喷头

说明书

本发明公开了一种可自动调节光斑和送粉位置的同轴送粉喷头，该装置可用于激光熔覆领域。其结构主要包括：连接筒,喷头主体，可变的光路系统，可调送粉位置系统和喷嘴,喷嘴的外部具有冷却水套和四连杆机构的安装耳，在上端开有内保护气进气口。喷头所有可动部分均由伺服电机驱动，通过滚珠丝杠将旋转运动转换为滑块的直线运动。本发明能够连续的改变光斑直径和送粉位置，并且能够调节光斑位置使之与粉末流汇聚焦点重合，很好的解决了激光熔覆中熔覆效率和熔覆精度之间的矛盾，有助于实现复杂曲面激光熔覆工艺。

技术领域

本发明属于激光加工应用领域，涉及激光立体成型和激光熔覆，尤其涉及激光熔覆中的可自动调节光斑和送粉位置的同轴送粉喷头。

背景技术

激光熔覆技术是指利用高能激光束将金属粉末融化，并沉积到基体表面，形成与基体以冶金方式结合的金属涂层。可以应用该技术对零件表面进行强化、修复零件的受损区域或者直接堆积制造出具有复杂结构的零件实体。激光熔覆技术一个最大的优势是能够直接制造结构复杂的零件，但在实际操作中面临许多难以解决的问题。结构复杂的零件上特征较多，结构尺寸也存在差异。如果选用较小的光斑进行加工，固然能够保证加工精度，却降低了加工效率；激光熔覆中存在的台阶效应，严重影响着加工零件的表面质量，这一不利影响在对复杂曲面进行熔覆时表现的更为突出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种结构简单，能够连续改变激光熔覆光斑直径大小和送粉位置，以及能够保证粉末流汇聚焦点和激光束汇聚焦点相互重合的可自动调节光斑和送粉位置的同轴送粉喷头。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种可自动调节光斑和送粉位置的同轴送粉喷头，包括：连接筒、喷头主体、可变光路系统、可调送粉位置系统以及喷嘴；

所述连接筒上端与光纤激光器连接，下端与喷头主体连接；

所述喷嘴由喷嘴内筒和冷却水套组成；所述的喷嘴内筒上部设计有保护镜片的安装位置和与喷头主体连接的法兰连接部，在中部圆柱部分设计有均匀分布的保护气体的进气口，在锥形部分对称的开有冷却水进水口和和出水口，在外周均匀分布安装耳；所述的冷却水套，呈倒锥形，内部具有环形的分水层；

所述喷头主体为中空的圆柱体，喷头主体两侧开有与圆柱轴线平行的槽口；喷头主体上下两端的安装板上设计有伺服电机A和伺服电机B、滚珠丝杠A和滚珠丝杠B以及圆柱导轨A和圆柱导轨B的安装部位；并设有分别与连接筒及喷嘴内筒连接的接口；

所述可变光路系统包括位置调节系统和光路系统两部分；

所述的位置调节系统由两组完全相同的结构组成，两组结构对称安装在喷头主体的安装板上；每组结构都可以独立运动，分别用于调节透镜A和透镜B的位置；每组结构都包括圆柱导A、透镜压片、透镜托架、导轨滑块A、丝杠支撑座A、伺服电机A、联轴器A、滚珠丝杠A、滚珠丝杠螺母A、导轨滑块B；

所述伺服电机以螺栓固定在喷头主体上端安装板上，所述丝杠支撑座A固定在喷头主体下端的安装板上；所述伺服电机A与联轴器A相连；所述滚珠丝杠A一端与联轴器A相连，另外一端与丝杠支撑座A相连；滚珠丝杠A上安装有滚珠丝杠螺母A；

所述圆柱导轨A两端具有螺纹，通过螺母固定在喷头主体上；所述的导轨滑块A具有一个连接口，安装在圆柱导轨A上；导轨滑块A的连接口通过喷头主体侧方的槽口与透镜托架的一端连接；所述的导轨滑块B具有两个连接口，安装在对称侧的圆柱导轨A上面，其中一个连接口与滚珠丝杠螺母A连接，另一个连接口通过圆柱筒侧方的槽口与透镜托架的另外一端连接；

所述光路系统由扩束镜、凸透镜A和凸透镜B组成，它们的中心在一条直线上，并且在调节过程中保证透镜A和透镜B之间的距离大于凸透镜A（3.4）和凸透镜B（3.5）的焦距之和；凸透镜A和凸透镜B都安装在透镜托架上，由透镜压片固定；当导轨滑块运动时带动凸透镜，在喷头主体的中空部分移动，改变光路。