[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

说明书

本发明提供了一种基于超声辅助送丝的在轨激光修复装备与方法。所述装备利用三维扫描摄像头对其进行测量，并将所测得的三维几何数模导入计算机系统中，通过对比原始几何模型数据后，由计算机将原始模型与待修复模型进行对比，根据模型差值输出修复方案，并将方案传输至修复系统，从而实现空间在轨环境下的激光定量修复。在修复系统中，填充金属为焊丝，焊枪的出丝口安装有小型定向超声辅助装置，焊丝被激光熔化后形成的熔滴可以在修复过程中有效克服微重力的环境并填充在待修复表面，达到在轨修复效果。

技术领域

本发明属于空间在轨制造技术领域，特别涉及一种基于超声辅助送丝的在轨激光修复装备与方法。

背景技术

为了进一步开发利用宇宙空间资源，扩展人类生存空间，世界各航天国家先后推出各自的深空探测发展规划。为保障人类宇宙空间科学探索的可持续发展，在轨修复已成为一种不可缺少的技术，其预期的主要应用背景针对空间大型结构建造、航天器维护维修、空间急需的产品研制等，以保障在轨航天器长寿命可靠运行。

在材料修复领域，由于激光的空间控制性和时间控制性很好，对修复对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工，且激光修复技术具有材料浪费少、对修复对象具有很强的适应性，且真空度对激光修复的影响较小等优势特点，因而，激光修复是一种非常适用于空间在轨修复的技术。

航天器在轨运行时，其结构件表面时常会存在一定的损害，目前的解决方法一般是通过航天员出舱进行修补。但舱外修补一般修复精度比较粗糙，且无法进行定量修复，对操作人员的安全性也具有一定的威胁。因此亟需发明一种基于超声辅助送丝的在轨激光修复装备与方法，以实现不同损害程度的待修复工件进行定量的在轨修复，从而有效解决上述问题，进一步延长航天器有效在轨运行寿命。

发明内容

为满足针对航天器不同尺寸的待修复件实时进行在轨修复，极大程度上解决航天器的在轨修复难题，本发明提出了一种基于超声辅助送丝的在轨激光修复装备。

为了达到该目的，本发明通过以下技术方案来实现：

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、激光修复系统、超声辅助送丝系统、可移动式工作台、在轨工作舱体、在轨修复装置底座。

所述控制系统用于控制激光修复系统、超声辅助送丝系统、可移动式工作台，包括显示器、控制柜、三个三维扫描摄像头，其中，显示器位于在轨工作舱体外部，控制柜、三个三维扫描摄像头位于在轨工作舱体内部。

所述三维扫描摄像头对称安装于夹具B，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将测得的几何模型数据导入控制系统，并与原始几何模型数据进行对比，并根据控制系统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与超声辅助送丝系统。

所述控制系统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，控制系统则需选择填丝修复方案。

可选地，所述激光修复系统、超声辅助送丝系统、可移动式工作台均安装于在轨工作舱体内部。

所述激光修复系统用于实施在轨激光修复作业，包括半导体激光器、机器人底座、六轴加工机器人、光纤、夹具A、激光头，其中，所述半导体激光器安装于机器人底座内部，所述激光头通过夹具A固定于六轴加工机器人的末端机械臂上。

所述超声辅助送丝系统包括送丝机、超声波发生装置、夹具B、焊枪、定向超声震动头、焊丝，所述定向超声震动头安装于焊枪出丝端，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表面，从而达到修复的效果。