[发明专利]用于装校调整激光熔覆系统内部环形聚焦镜组的平行光源装置与装校调整方法

说明书

本发明提供一种用于装校调整激光熔覆系统内部环形聚焦镜组的平行光源装置与装校调整方法，包括光源；圆形光管，用于准直由光源发出的光束，获得平行光束射出；第一固定环，用于结合调节螺钉调整光源相对于圆形光管的位置和/或姿态；第二固定环，通过准直器固定螺钉调整圆形光管的位置和/或姿态，使其与光源同轴地布置；以及基于螺纹球形支撑万向组件的俯仰倾斜微调机构，用于调节平行光束的俯仰角度和/或倾斜角度。通过本发明可实现圆形光管的最佳位置，实现在镜组零部件装配前对其光束整形质量进行检验和调校，解决现有技术中无法实现平行光源装置需先调节再紧固的缺陷。

技术领域

本发明涉及激光熔覆增材制造技术领域，尤其是中空环形聚焦光束的光内送粉熔覆技术，对其内部光学聚焦镜组的平行度调校，具体而言涉及一种针对中用于装校调整激光熔覆系统内部环形聚焦镜组的平行光源装置与装校调整方法。

背景技术

激光熔覆技术是一种激光技术与加增材制造技术相结合的先进制造技术，近几年来发展迅速。激光熔覆技术具有稀释率低、热输入小、材料广泛等众多优点，目前已在产业化应用的过程中演化出多种不同类型，并广泛应用于以增材制造、再制造、表面工程为代表性的各个领域，例如金属3D打印、材料的表面改性和失效零部件的修复等。

按照激光熔覆的材料类型和材料与激光束的耦合形式，可将常见的激光熔覆技术分为送粉式激光熔覆技术(主要包括同轴送粉、旁轴送粉)、高速激光熔覆技术及高速丝材激光熔覆技术。其中的同轴送粉激光熔覆技术的熔覆头采用中心出光的圆形光斑方案，光束周围环状送粉或者多束送粉，并设置由专门的保护气通道，粉束、光束与保护气流交于一点，熔覆工作时该焦点处会形成熔池，随着熔覆头与工件做相对运动，在工件表面形成覆层。基于同轴送粉激光熔覆技术的金属3D打印主要应用于大型零件的净近成型以及梯度材料的制备。

激光束的整形变换聚焦是中空环形聚焦光束的光内同轴送粉熔覆技术的关键技术。作为关键部件的熔覆喷头，目前已经实现小批量生产，由于缺乏一种专门用于检验该类光内送粉熔覆喷头内部镜组的验光平台，目前只能在完成所有零部件的装配后才能对镜组的光束整形质量进行检验。例如，出现镜组部件的加工质量问题后只能将其重新拆卸后再进行返工返修。由于缺少了此类光学器件制造后的检验环节，增加了后续不必要的流程时间。因此，现有技术中尝试针对光内送粉熔覆喷头环形聚焦镜的验光平台，无需安装在激光熔覆光头上就能实现在密闭的环境下对镜组质量的检验，从而有效的减少实验和检验的成本。

例如，将验光平台的平行光源装置所发出的平行光入射进入环形镜组，在镜组的光路转换下会形成倒锥形的中空环形聚焦光束，中空环形聚焦光束投影到平面上则会形成聚焦光斑，如果镜组存在机加性能的缺陷或变形，则会投影反馈到聚焦光斑的形状和亮度上。但是聚焦光斑的形状和亮度会受到入射平行光与镜组同轴度误差的影响，从而会影响到对镜组机缺陷和变形的判断。这就要求使平行光源装置发出的平行光与环形镜组的中性线力求同轴。但由于安装的误差而不能保证光束轴心线与环形镜组中心重合，且由于射入的激光束方向被固定后便不能移动，所以就要调节圆形光管，使光学器件同轴。所以，如何调整平行光源装置到最佳位置是非常重要和实用的。

另一方面，现有技术中，当圆形光管在支架上进行安装时，需轻微调整圆形光管，待光斑模式达到最佳时，再固定圆形光管，但此时固定圆形光管可能会导致圆形光管轻微移动，从而失去最佳位置。且现有技术中，虽能实现不同口径的调整和简单的高低调节，但若支架或圆形光管横向产生差移将无法实现平行光的准确快速定位。

现有技术文献：

专利文献1：CN215033627U一种环形中空偏焦激光熔覆装置

专利文献2：CN101774084A一种光、粉、气同轴输送激光熔覆成形制造的方法及装置

发明内容