一种利用多光束激光修复零件表面的方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术涉及一种利用多光束激光修复零件表面的方法、系统及设备，其方法包括以下步骤，产生连续激光束，对连续激光束进行分束处理，生成第一多光束；对第一多光束进行分离处理，使零阶光束与高阶光束分离，并对零阶光束的直径和能量进行调节，且将调节后的零阶光束导入到高阶光束中，生成第二多光束；将第二多光束聚焦到待修复零件表面，利用第二多光束对待修复零件表面进行修复。本发明专利技术的方法将零阶光束与高阶光束分离，并对零阶光束与高阶光束进行单独调节，再使调节后的零阶光束与高阶光束汇入同一光路，以达到同时使用零阶光束与高阶光束进行加工的目的，进而大幅度提高加工过程中的能量利用率。

A Method, System and Equipment for Repairing Part Surface by Multi-beam Laser

The invention relates to a method, system and equipment for repairing the surface of parts by using multi-beam laser. The method comprises the following steps: generating continuous laser beam, splitting continuous laser beam to generate the first multi-beam; separating the first multi-beam to separate zero-order beam from high-order beam, and adjusting the diameter and energy of zero-order beam, and adjusting it. The second multi-beam is generated by introducing the zero-order beam into the high-order beam. The second multi-beam is focused on the surface of the parts to be repaired, and the surface of the parts to be repaired is repaired by using the second multi-beam. The method of the invention separates the zero-order beam from the high-order beam, adjusts the zero-order beam and the high-order beam separately, and then makes the adjusted zero-order beam and the high-order beam converge into the same optical path, so as to achieve the purpose of simultaneously using the zero-order beam and the high-order beam for processing, thereby greatly improving the energy utilization rate in the processing process.

【技术实现步骤摘要】
一种利用多光束激光修复零件表面的方法、系统及设备
本专利技术涉及激光加工
，尤其是一种利用多光束激光修复零件表面的方法、系统及设备。
技术介绍
与传统机械设计相比，激光熔覆技术不需要重新考虑零件的结构设计，在不改变原有基材的情况下对零件的表面性能进行优化，即在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自激冷却形成稀释率极低、与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法，这种方法的优势在于以丧失价值或报废的零部件为毛坯，通过低廉的价格对其进行批量修复和性能升级达到延长工件使用寿命和降低制造成本的目的，而且通过熔覆后获得的产品在品质和技术性能上往往都会超过原产品的各项性能，对延长零件的使用寿命，缩短生产周期，提高生产效率具有重要的意义。传统激光熔覆过程中，由于光束质量以及能量分布的原因，在修复零件表面的过程中容易出现顶部过熔，底部部位等温线密集，凝固成形后导致内部晶粒组织粗大，产生裂纹、空洞、残渣等缺陷，内部残余应力大，容易导致熔覆层和基体结合不牢，在受到外力的作用下容易导致熔覆层的断裂和脱落。而采用多光束激光修复零件表面的方法，可以有效解决传统激光熔覆过程中所产生的问题。在多光束技术中，利用空间光调制器(SLM)相位处理衍射出多道光束的方法最为灵活。利用空间光调制器生成多光束，可以简单的通过改变加载的全息图来改变多光束的位置，达到在频谱面聚焦光斑的任意可调，并且可以实现实时动态变化。但在传统的空间光调制器光路设计中，激光通过空间光调制器会产生多阶衍射光，根据加工的需求不同，需要使用空间滤波器将零阶光或高阶光进行遮挡，因此零阶光与高阶光不能同时被使用，导致加工过程整体能量利用率偏低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种利用多光束激光修复零件表面的方法、系统及设备，可以同时使用多光束中的零阶光束与高阶光束进行零件加工，进而大幅度提高加工过程中的能量利用率。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用多光束激光修复零件表面的方法，包括以下步骤，产生连续激光束，对所述连续激光束进行分束处理，生成第一多光束，其中所述第一多光束中包含有零阶光束和高阶光束；对所述第一多光束进行分离处理，使所述零阶光束与所述高阶光束分离，并对所述零阶光束的直径和能量进行调节，且将调节后的所述零阶光束导入到所述高阶光束中，生成第二多光束；将所述第二多光束聚焦到待修复零件表面，利用所述第二多光束对所述待修复零件表面进行修复。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种利用多光束激光修复零件表面的方法将零阶光束与高阶光束分离，并对零阶光束与高阶光束进行单独调节，再使调节后的零阶光束与高阶光束汇入同一光路，以达到同时使用零阶光束与高阶光束进行加工的目的，进而大幅度提高加工过程中的能量利用率。基于上述一种利用多光束激光修复零件表面的方法，本专利技术还提供一种全光束调节系统。一种全光束调节系统，用于生成上述所述的第二多光束，所述全光束调节系统包括光路离散模块、零阶光束导出调节模块、高阶光束导出调节模块和光路合并模块；所述光路离散模块用于使第一多光束中的零阶光束与高阶光束在频谱面前后离散；所述零阶光束导出调节模块用于将在频谱面前或频谱面后离散的所述零阶光束从所述第一多光束中导出，并调节在频谱面前或频谱面后离散的所述零阶光束的光路平行度、直径和能量；所述高阶光束导出调节模块用于将在频谱面前或频谱面后离散的所述高阶光束从所述第一多光束中导出，并调节在频谱面前或频谱面后离散的所述高阶光束的光路平行度；所述光路合并模块用于将调节后的所述高阶光束和调节后的所述零阶光束进行合并，生成所述第二多光束；其中，所述高阶光束导出调节模块还用于调节所述高阶光束的光路方向，或/和，所述零阶光束导出调节模块还用于调节所述零阶光束的光路方向。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种全光束调节系统将多光束中的零阶光束与高阶光束分离，并对零阶光束与高阶光束进行单独调节，再使调节后的零阶光束与高阶光束汇入同一光路，形成新的多光束；在新的多光束中，可以同时使用零阶光束与高阶光束进行加工，进而大幅度提高加工过程中的能量利用率。基于上述一种全光束调节系统，本专利技术还提供一种利用多光束激光修复零件表面的设备。一种利用多光束激光修复零件表面的设备，包括上述所述的全光束调节系统，还包括第一多光束生成系统和聚焦系统；所述第一多光束生成系统用于产生连续激光束，对所述连续激光束进行分束处理，生成第一多光束，其中所述第一多光束中包含有零阶光束和高阶光束；所述全光束调节系统用于对所述第一多光束进行分离处理，使所述零阶光束与所述高阶光束分离，并对所述零阶光束的直径和能量进行调节，且将调节后的所述零阶光束导入到所述高阶光束中，生成第二多光束；所述聚焦系统用于将所述第二多光束聚焦到待修复零件表面，利用所述第二多光束对所述待修复零件表面进行修复。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种利用多光束激光修复零件表面的设备将零阶光束与高阶光束分离，并对零阶光束与高阶光束进行单独调节，再使调节后的零阶光束与高阶光束汇入同一光路，以达到同时使用零阶光束与高阶光束进行加工的目的，进而大幅度提高加工过程中的能量利用率。附图说明图1为利用多光束激光修复零件表面的方法的流程图；图2为全光束调节系统的结构框图；图3为全光束调节系统的一种具体结构示意图；图4为全光束调节系统的另一种具体结构示意图；图5为利用多光束激光修复零件表面的设备的结构框图；图6为第一多光束生成系统的一种具体结构示意图；图7为第一多光束生成系统的另一种具体结构示意图；图8为聚焦系统的一种具体结构示意图；图9为聚焦系统的另一种具体结构示意图；图10为光斑状态监测系统的具体结构示意图；图11为利用多光束激光修复零件表面的设备的一种整体结构示意图；图12-1、图12-2和图12-3为采用本专利技术的方法和设备进行加工的三种示例图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、连续激光器，2第一扩束镜，3、二分之一波片，4、挡光板，5、偏振分光棱镜，6，第一傅里叶透镜，7、第十反射镜，8、第二反射镜，9、第一反射镜，10、第二傅里叶透镜，11、第八反射镜，12、第三反射镜，13、第五反射镜，14、第四反射镜，15、第六反射镜，16、第二扩束镜，17、偏振镜，18、第三傅里叶透镜，19、第七反射镜，20、半透半反镜，21、CCD相机，22、监视器，23、第二聚焦透镜，24、第十一反射镜，25、翻转反射镜，26、三维移动平台，27、待修复复零件，28、第九反射镜，29、控制终端，30、空间光调制器，31、第一聚焦透镜，32、场镜，33、振镜。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，一种利用多光束激光修复零件表面的方法，包括以下步骤，产生连续激光束，对所述连续激光束进行分束处理，生成第一多光束，其中所述第一多光束中包含有零阶光束和高阶光束；对所述第一多光束进行分离处理，使所述零阶光束与所述高阶光束分离，并对所述零阶光束的直径和能量进行调节，且将调节后的所述零阶光束导入到所述高阶光束中，生成第二多光束；将所述第二多光束聚焦到待修复零件表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用多光束激光修复零件表面的方法，其特征在于：包括以下步骤，产生连续激光束，对所述连续激光束进行分束处理，生成第一多光束，其中所述第一多光束中包含有零阶光束和高阶光束；对所述第一多光束进行分离处理，使所述零阶光束与所述高阶光束分离，述零阶光束的直径和能量进行调节，且将调节后的所述零阶光束导入到所述高阶光束中，生成第二多光束；将所述第二多光束聚焦到待修复零件表面，利用所述第二多光束对所述待修复零件表面进行修复。

【技术特征摘要】
1.一种利用多光束激光修复零件表面的方法，其特征在于：包括以下步骤，产生连续激光束，对所述连续激光束进行分束处理，生成第一多光束，其中所述第一多光束中包含有零阶光束和高阶光束；对所述第一多光束进行分离处理，使所述零阶光束与所述高阶光束分离，述零阶光束的直径和能量进行调节，且将调节后的所述零阶光束导入到所述高阶光束中，生成第二多光束；将所述第二多光束聚焦到待修复零件表面，利用所述第二多光束对所述待修复零件表面进行修复。2.根据权利要求1所述的利用多光束激光修复零件表面的方法，其特征在于：在所述第二多光束未对待修复零件表面进行修复时，还包括对所述第二多光束进行光斑状态监测的步骤。3.根据权利要求1或2所述的利用多光束激光修复零件表面的方法，其特征在于：生成所述第一多光束的具体步骤为，产生所述连续激光束，对所述连续激光束进行光斑直径和发散角调节后再进行偏振态调节，得到调节后的所述连续激光束；对调节后的所述连续激光束进行分束处理，生成所述第一多光束；在对所述连续激光束进行偏振态调节的过程中，得到能量最高的垂直偏振光，将能量最高的所述垂直偏振光作为调节后的所述连续激光束。4.根据权利要求3所述的利用多光束激光修复零件表面的方法，其特征在于：对调节后的所述连续激光束进行分束处理具体包括以下步骤，根据频谱面所需多光束分布，生成多张相位光栅全息图；将多张所述相位光栅全息图通过预设算法进行叠加并加载到空间光调制器的液晶屏上；使调节后的所述连续激光束通过所述液晶屏发生衍射，生成所述第一多光束。5.根据权利要求1或2所述的利用多光束激光修复零件表面的方法，其特征在于：生成所述第二多光束的具体步骤为，将所述第一多光束进行傅里叶变换，使得平行的所述第一多光束中的所述零阶光束与所述高阶光束在频谱面前后离散；将在频谱面前或频谱面后离散的所述零阶光束和在频谱面前或频谱面后离散的所述高阶光束分离；对分离后的所述零阶光束进行傅里叶逆变换，使得在频谱面前或频谱面后离散的所述零阶光束变为平行的所述零阶光束；对分离后的所述高阶光束进行傅里叶逆变换，使得在频谱面前或频谱面后离散的所述高阶光束变为平行的所述高阶光束；对平行的所述零阶光束的直径和能量进行调节；将调节后的平行的所述零阶光束导入到平行的所述高阶光束中，生成所述第二多光束。6.一种全光束调节系统，其特征在于：所述全光束调节系统用于生成如权利要求1至5任一项所述的第二多光束，所述全光束调节系统包括光路离散模块、零阶光束导出调节模块、高阶光束导出调节模块和光路合并模块；所述光路离散模块用于使第一多光束中的零阶光束与高阶光束在频谱面前后离散；所述零阶光束导出调节模块用于将在频谱面前或频谱面后离散的所述零阶光束从所述第一多光束中导出，并调节在频谱面前或频谱面后离散的所述零阶光束的光路平行度、直径和能量；所述高阶光束导出调节模块用于将在频谱面前或频谱面后离散的所述高阶光束从所述第一多光束中导出...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈列，方正，刘顿，杨奇彪，陶青，成健，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42