[发明专利]一种基于超声辅助送丝的在轨激光修复装备与方法

权利要求书

1.一种基于超声辅助送丝的在轨激光修复装备，其特征在于：包括控制系统(1)、激光修复系统(2)、超声辅助送丝系统(3)、可移动式工作台(4)、在轨工作舱体(5)、在轨修复装置底座(6)，所述激光修复系统(2)、超声辅助送丝系统(3)、可移动式工作台(4)均安装于在轨工作舱体(5)内部；

所述控制系统(1)用于控制激光修复系统(2)、超声辅助送丝系统(3)、可移动式工作台(4)，包括显示器(11)、控制柜(12)、三个三维扫描摄像头(13)，其中，显示器(11)位于在轨工作舱体(5)外部，控制柜(12)、三个三维扫描摄像头(13)位于在轨工作舱体(5)内部；

所述三维扫描摄像头(13)对称安装于夹具B(33)，三者夹角呈120°，以实现待修复工件几何特征的全局扫描；

所述三维扫描摄像头(13)将测得的几何模型数据导入控制系统(1)，并与原始几何模型数据进行对比，并根据控制系统(1)的数据库反馈在轨修复方案，将相应的指令传达至激光修复系统(2)与超声辅助送丝系统(3)；

所述控制系统(1)可进行定量化的修复方案，具体为当数模对比后所确定的修复量S小于阈值S₁时，控制系统(1)则选择不填丝修复方案；当确定的修复量S大于阈值S₁时，控制系统(1)则需选择填丝修复方案；

所述激光修复系统(2)用于实施在轨激光修复作业，包括半导体激光器(21)、机器人底座(22)、六轴加工机器人(23)、光纤(24)、夹具A(25)、激光头(26)，其中，所述半导体激光器(21)安装于机器人底座(22)内部，所述激光头通过夹具A(25)固定于六轴加工机器人(23)的末端机械臂上；

所述超声辅助送丝系统(3)包括送丝机(31)、超声波发生装置(32)、夹具B(33)、焊枪(34)、定向超声震动头(35)、焊丝(36)，所述定向超声震动头(35)安装于焊枪(34)出丝端，使得丝材被激光熔化后可以有效克服微重力的环境，有效填充于待修复工件(7)表面，从而达到修复的效果；

所述超声辅助送丝系统(3)处于填丝修复模式时，控制系统(1)需要传递相关的参数信号，并将送丝速度信号传递至送丝机(31)，将激光扫描路径、扫描速度、离焦量、光斑直径、激光功率传递至激光修复系统(2)；与此同时，将与送丝速度相匹配的超声波功率、振动频率、振动波形传递至超声波发生装置(32)；

所述可移动式工作台(4)用于移动待修复工件(7)，包括可平移式平台(41)与可升降式平台(42)；

所述在轨修复装置底座(6)装有滚轮，使得修复系统按指定轨道行进到待修复位置，同时起到固定机器人的效果。

2.一种基于超声辅助送丝的在轨激光修复方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的一种基于超声辅助送丝的在轨激光修复装备，包括如下步骤：

第一，将待修复工件(7)放置于可移动式工作台(4)上，并通过控制可移动式工作台(4)将待修复工件(7)移动至指定的待加工区域；

第二，开启控制系统(1)与激光修复系统(2)，控制系统(1)设置六轴加工机器人(23)的运动轨迹，通过三维扫描摄像头(13)对待修复工件(7)的原始几何特征进行全局扫描，并将扫描结果反馈至控制系统(1)；

第三，控制系统(1)将扫描结果与原始几何模型数据进行对比，计算修复量S；

第四，当修复量S小于阈值S₁时，控制系统(1)则选择不填丝修复方案；当确定的修复量S大于阈值S₁时，控制系统(1)则需选择填丝修复方案，同时，控制系统(1)的数据库反馈送丝速度信号传递至送丝机(31)，反馈激光扫描路径、扫描速度、离焦量、光斑直径、激光功率信号传递至激光修复系统(2)，反馈与送丝速度相匹配的超声波功率、振动频率、振动波形信号传递至超声波发生装置(32)；

第五，激光修复系统(2)与超声辅助送丝系统(3)根据控制系统(1)反馈的参数对待修复工件(7)开始激光修复作业；

第六，修复完成，依次关闭超声辅助送丝系统(3)、激光修复系统(2)、控制系统(1)。