一種激光熔覆熔池溫度檢測(cè)裝置,用該裝置的加工系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光熔覆熔池溫度檢測(cè)裝置，用該裝置的加工系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，采用長(zhǎng)波非制冷紅外熱成像儀對(duì)10.6 μ mC02激光熔池溫度場(chǎng)的變化進(jìn)行了觀測(cè)試驗(yàn)，采用成像儀所測(cè)熔池溫度，紅外成像儀在激光熔覆過(guò)程中，通過(guò)圖像捕捉，采集熔池溫度，顯示熔池溫度的最高值。目前，激光熔覆領(lǐng)域中還沒(méi)有成熟的設(shè)備可是實(shí)現(xiàn)對(duì)所有合金材料熔池溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用熱成像儀進(jìn)行測(cè)量，其成本較高，而且工作波長(zhǎng)在紅外區(qū)，由背景環(huán)境影響產(chǎn)生的干擾很大。同時(shí)，測(cè)溫量程有限，只適合低熔點(diǎn)合金粉測(cè)量，對(duì)于高熔點(diǎn)合金粉，容易造成熱成像儀的損壞；手持紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量，雖然測(cè)溫范圍較高，但是由于激光光斑較窄，手持紅外測(cè)溫儀不能夠?qū)崟r(shí)的、準(zhǔn)確的跟隨激光熔池移動(dòng)，測(cè)溫結(jié)果與真實(shí)值偏差較大。
[0003]在激光再制造過(guò)程中，激光熔池的熱過(guò)程貫穿整個(gè)加工過(guò)程，一切物理化學(xué)過(guò)程都是在熱過(guò)程發(fā)生和發(fā)展，由于激光的高能密度和聚焦的尺度小等特點(diǎn)，這一過(guò)程都是在極短的時(shí)間內(nèi)完成，使得激光再制造的熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)變得比較困難。而激光熔覆技術(shù)一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)冶金過(guò)程，熔覆過(guò)程中的參數(shù)對(duì)熔覆件的質(zhì)量有很大的影響。其參數(shù)主要有激光功率、光斑直徑、送粉速度、掃描速度等，他們對(duì)熔覆層的稀釋率、裂紋、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性都有著很大的影響，這些影響都可以從熔池的溫度變化中體現(xiàn)出來(lái)。激光熔覆熔池溫度測(cè)量一直是激光熔覆技術(shù)中的難點(diǎn)，實(shí)時(shí)的反應(yīng)加工過(guò)程中激光熔池溫度的變化，對(duì)改進(jìn)激光加工工藝，控制加工質(zhì)量有著重要的作用，所以，實(shí)時(shí)的得到激光熔池的溫度，并對(duì)激光進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整成為亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明就是為了解決上面的問(wèn)題，提供一種實(shí)時(shí)檢測(cè)激光熔池溫度，受背景環(huán)境影響小，測(cè)溫量程范圍大，不易受激光熔池溫度影響的檢測(cè)手段。具體的公開(kāi)一種激光熔覆熔池溫度檢測(cè)裝置，包括可見(jiàn)光發(fā)射器，該可見(jiàn)光發(fā)射器發(fā)射出的可見(jiàn)光線(xiàn)聚成第一檢測(cè)光斑，所述的第一檢測(cè)光斑落在形成所述激光熔覆熔池的加工光斑內(nèi)；光線(xiàn)傳感器，該光線(xiàn)傳感器接收第一檢測(cè)光斑處的反射光線(xiàn)；還包括處理器，該處理器根據(jù)反射光線(xiàn)的強(qiáng)度，得出當(dāng)前激光熔覆熔池的溫度。
[0005]所述的可見(jiàn)光發(fā)射器為激光發(fā)生器，所述的可見(jiàn)光線(xiàn)為紅色的激光。
[0006]所述的可見(jiàn)光發(fā)射器為雙激光發(fā)射器，該雙激光發(fā)射器發(fā)射出的激光束交叉匯聚成圓形檢測(cè)光斑。
[0007]所述的光線(xiàn)發(fā)射器還包括透鏡，透鏡設(shè)置在可見(jiàn)光光路上，匯聚光線(xiàn)成光斑。
[0008]所述的反射光線(xiàn)為紅外光線(xiàn)。
[0009]所述的可見(jiàn)光發(fā)射器射出的光線(xiàn)與工件上激光熔覆熔池處的角度為3(Γ60度。
[0010]所述的光線(xiàn)發(fā)射器還包括濾波片，該濾波片把激光本身的激光波長(zhǎng)過(guò)濾。
[0011]所述的可見(jiàn)光發(fā)射器為雙激光發(fā)射器，該雙激光發(fā)射器發(fā)射出的兩束激光束，分別形成處于加工光斑前側(cè)的第二檢測(cè)光斑和加工光斑后側(cè)的第一檢測(cè)光斑。
[0012]本發(fā)明的另一目的公開(kāi)一種激光熔覆加工系統(tǒng)，包括激光器，工件載具，包括上述任一項(xiàng)所述的激光熔覆熔池溫度檢測(cè)裝置，還包括控制器，該控制器讀取激光熔所述覆熔池溫度檢測(cè)裝置的溫度信息，根據(jù)該溫度信息調(diào)整激光器的輸出。
[0013]所述的激光熔覆加工系統(tǒng)包括機(jī)架，所述的機(jī)架上固定著激光器，且固定著溫度檢測(cè)裝置，兩者的位置相對(duì)固定。
[0014]所述的溫度檢測(cè)裝置還包含驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)光線(xiàn)發(fā)射器調(diào)整角度，使得溫度檢測(cè)裝置發(fā)射的光斑在激光器光斑內(nèi)。
[0015]本發(fā)明的另一目的公開(kāi)一種激光熔覆加工方法，所述加工方法應(yīng)用于如上述任一項(xiàng)的激光熔覆加工系統(tǒng)，具體包括順序?qū)嵤┑娜缦虏襟E:
a、輸入所述控制器當(dāng)前粉材的標(biāo)準(zhǔn)溫度；
b、實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前激光熔覆熔池的溫度，與標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)激光器的輸出功率。
[0016]所述的步驟a，還包括輸入當(dāng)前粉材的溫度受激光影響的趨勢(shì)。
[0017]可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)當(dāng)前激光熔池的溫度，受背景環(huán)境影響小，測(cè)溫量程范圍大，不易受激光熔池溫度影響。其中，激光熔覆加工系統(tǒng)可以穩(wěn)定的檢測(cè)激光熔池的溫度，受外界干擾低，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)工件及復(fù)雜激光熔池的檢測(cè)。其中，激光熔覆加工方法，可以通過(guò)對(duì)不同合金粉末激光熔覆時(shí)熔池溫度的測(cè)量，可以建立合金粉末熔點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，直接或間接地修正激光輸出功率，調(diào)節(jié)送粉速度與掃描速度，保證熔覆層熔覆質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光熔覆熔池溫度檢測(cè)裝置示意圖；
圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例激光熔覆熔池的正視圖；
圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的激光熔覆池的正視圖；
圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光熔覆加工系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例
[0019]下面結(jié)合圖1至圖4說(shuō)明本發(fā)明公開(kāi)的激光熔覆熔池溫度檢測(cè)裝置，用該裝置的加工系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的激光熔覆熔池溫度檢測(cè)裝置1，包括可見(jiàn)光發(fā)射器2，該可見(jiàn)光發(fā)射器2發(fā)射出的可見(jiàn)光線(xiàn)3聚成第一檢測(cè)光斑4，所述的檢測(cè)光斑4落在形成所述激光熔覆熔池6的加工光斑7內(nèi)；光線(xiàn)傳感器8，該光線(xiàn)傳感器8接收第一檢測(cè)光斑4處的反射光線(xiàn)9 ;還包括處理器10，該處理器10根據(jù)反射光線(xiàn)9的強(qiáng)度，得出當(dāng)前激光熔覆熔池6的溫度。其中，可見(jiàn)光線(xiàn)3與激光熔覆熔池6的角度可以為60度，進(jìn)一步減小光斑投影的大小，提高檢測(cè)精度。
[0021]采用可見(jiàn)光發(fā)射器2發(fā)射的可見(jiàn)光線(xiàn)3為對(duì)準(zhǔn)光線(xiàn)，其聚成第一檢測(cè)光斑4，光斑的大小為1.5_2，該光斑易于被光線(xiàn)傳感器8追蹤到檢測(cè)點(diǎn)，有利于精確的測(cè)溫；另外可見(jiàn)的第一檢測(cè)光斑4也利于操作人員實(shí)時(shí)了解溫度檢測(cè)裝置I的運(yùn)行狀態(tài)，并了解檢測(cè)光斑的位置是否符合要求。
[0022]處理器10可以實(shí)時(shí)根據(jù)反射光線(xiàn)9，，這里的反射光線(xiàn)9并非是可見(jiàn)光線(xiàn)3的反射形成的，而是反應(yīng)第一檢測(cè)光斑4處的溫度檢測(cè)的反饋信號(hào)光線(xiàn)；處理器可以根據(jù)反射光線(xiàn)9的強(qiáng)度，得出當(dāng)前激光熔覆熔池6的溫度，由于處理器的檢測(cè)是可以設(shè)定很高的頻率，如12ms每次，所以，可以滿(mǎn)足加工激光輸出的調(diào)節(jié)需求。
[0023]在另一實(shí)施例中，進(jìn)一步的，可見(jiàn)光發(fā)射器2為激光發(fā)生器，所述的可見(jiàn)光線(xiàn)3的顏色與加工光斑7的顏色不同。當(dāng)采用激光作為第一檢測(cè)光斑4的光源時(shí)，可以提高檢測(cè)精度，對(duì)于光線(xiàn)傳感器8來(lái)說(shuō)，更易于確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置，從而提高檢測(cè)效率。其中，可見(jiàn)光線(xiàn)3與激光熔覆熔池6的角度為45度，提高檢測(cè)精度。
[0024]在另一個(gè)實(shí)施例中,進(jìn)一步,可見(jiàn)光發(fā)射器2為雙激光發(fā)射器,該雙激光發(fā)射器發(fā)射出的紅色激光束交叉匯聚成圓形檢測(cè)光斑。采用雙激光發(fā)射器可以更經(jīng)過(guò)對(duì)準(zhǔn)以后，兩個(gè)紅色光線(xiàn)聚焦，保證了探測(cè)器接收的最佳距離。另外，可見(jiàn)光線(xiàn)3與激光熔覆熔池6的角度為30度，減少對(duì)加工激光的空間影響，利于操作，由上可以得到可見(jiàn)光線(xiàn)3與激光熔覆熔池6的角度在大于30度小于等于60度的范圍內(nèi)，都可以實(shí)施并獲得有益效果。
[0025]可以理解的，在以上各種實(shí)施例的基礎(chǔ)上，分別可以在可見(jiàn)光線(xiàn)4的光路上設(shè)置透鏡13，通過(guò)透鏡13可以進(jìn)一步的把可見(jiàn)光線(xiàn)4匯聚成更小的