[发明专利]一种可变光斑的振镜扫描式激光熔覆加工头装置

说明书

一种可变光斑的振镜扫描式激光熔覆加工头装置，包括激光熔覆加工头和扫描振镜，扫描振镜集成在激光熔覆加工头内，进行激光熔覆加工时需要将激光发射器发出的激光束和送粉器送出的熔覆粉末通过激光熔覆加工头输出到待加工区域表面，同时利用扫描振镜的控制系统设定相关参数调整扫描振镜的扫描电机使得通过激光熔覆加工头输出的激光束实现平面区域范围内的动态线型扫描或动态图形填充式扫描，以达到光斑尺寸及形状可变的目的，最终实现可变光斑的激光熔覆加工。提高了激光熔覆加工头的熔覆效率和熔覆效果及对高功率激光的适配性，能更好的解决激光熔覆加工头在匹配不同激光功率和工艺时须更换光学镜组等方式改变光斑大小的难题。

技术领域

本发明属于激光加工的应用领域，具体涉及一种可变光斑的振镜扫描式激光熔覆加工头装置。

背景技术

同步送粉式激光熔覆在加工时直接将熔覆粉末与惰性保护气体一同送入到激光辐照待加工面产生的熔池内形成一定厚度的熔覆层，由于熔覆粉末和惰性保护气体同步送入熔池内能有效避免熔覆粉末在形成熔覆层时被氧化产生气孔影响成型，故而面对复杂工况加工时适应性极强，在工业表面再制造领域应用较为广泛，。

激光熔覆加工头在应对不同加工应用中除了选择送粉方式外，对熔覆效果以及熔覆效率更为重要的是来自激光光斑的影响，激光光斑承载着激光能量，在不同加工应用时不仅要考虑光斑的能量密度，还需要根据激光束能量分布及特点制定相应激光熔覆加工工艺，并选取合适的光斑。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种可变光斑的振镜扫描式激光熔覆加工头装置，所述装置包括激光熔覆加工头本体和设置于所述激光熔覆加工头本体上的送粉通道，所述激光熔覆加工头本体内部为腔体结构，所述激光熔覆加工头本体腔体内沿激光光路方向依次设置有准直镜、扫描振镜和透镜，所述激光熔覆加工头本体的激光入射端设置有光纤接头，用以与激光发射器的输出光纤对接，激光发射器发送的激光通过输出光纤以及激光熔覆加工头本体上的光纤接头传输到激光熔覆加工头本体内，并依次经准直镜、扫描振镜和透镜后由激光熔覆加工头本体的激光射出端出口后输出至待加工工件表面以形成熔池，所述送粉通道用于与外部送粉器连接，由送粉器送出的熔覆粉末经送粉通道后输送到光斑辐照区域的熔池内实现激光熔覆加工。

进一步地，所述装置还包括用于控制扫描振镜输出激光的扫描参数的控制系统，所述控制系统与所述扫描振镜电连接。

进一步地，所述激光熔覆加工头本体腔体内还设置有保护镜，所述保护镜沿激光光路方向设置于所述透镜后面，将激光熔覆加工头本体的腔体分割成上下两个空间。

进一步地，所述扫描振镜为单轴平面线型扫描振镜，所述单轴平面线型扫描振镜包括平面X方向的单组扫描镜及其扫描电机，以实现输出激光束在平面区域范围内X方向的动态扫描形成线型光斑；

或者，所述扫描振镜为双轴平面二维扫描振镜，所述双轴平面二维扫描振镜包括平面X和Y方向的两组扫描镜及对应的扫描电机，以实现输出激光束在平面区域范围内的动态图形填充式扫描形成不同形状及尺寸的光斑。

进一步地，所述扫描振镜为单轴平面线型扫描振镜，且所述透镜为聚集透镜；或者，所述扫描振镜为双轴平面二维扫描振镜，且所述所述透镜为F-theta场镜。

进一步地，所述激光熔覆加工头为同轴环缝送粉式激光熔覆加工头，所述送粉通道包括同轴环缝送粉管路接头和同轴环缝送粉喷嘴，所述激光熔覆加工头本体的激光射出端外壁上环壁间隔设置有多个连通至其腔体内的同轴环缝送粉管路接头，所述激光熔覆加工头本体的激光射出端出口连接有所述同轴环缝送粉喷嘴，所述同轴环缝送粉喷嘴包括两个不同锥度的开口式锥形喷嘴，锥度小的开口式锥形喷嘴内套于锥度大的开口式锥形喷嘴内，并形成环缝，所述同轴环缝送粉管路接头出粉口位于所述环缝中，熔覆粉末经同轴环缝送粉管路接头送出并在所述同轴环缝送粉喷嘴出口汇聚成环形空心的粉末锥汇聚于激光光斑辐照待加工面产生的熔池内。