一种激光熔覆自调节装置和自调节方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种激光熔覆自调节装置和自调节方法，所述装置包括主轴电机、卡盘、立柱、Z轴模组、支架、激光熔覆头、第一测距传感器、控制系统、底座、主轴座、X轴模组、第二测距传感器、尾座和熔覆材料输入机构，第一测距传感器实时检测工件待熔覆表面与激光熔覆头间的距离，第二测距传感器实时检测工件已熔覆表面与激光熔覆头之间的距离。本发明专利技术通过创新设置自动定高控制和精准时差控制，实时监测熔覆头和工件间的距离，实现了熔覆头和工件间距离的自动调节，保证了熔覆头和工件间的距离恒定；同时实时监测熔覆前后高度差，精准控制执行时间，动态调节工艺条件，保证了熔覆层厚度的恒定，解决了现有激光熔覆技术的发展瓶颈问题。

A self adjusting device and method for laser cladding

【技术实现步骤摘要】
一种激光熔覆自调节装置和自调节方法
本专利技术涉及激光熔覆
，尤其是涉及一种激光熔覆自调节装置和自调节方法。
技术介绍
零部件腐蚀是机械设备损伤的主要原因，零部件防蚀能力的优劣直接关系到机械设备的安全运行，通过激光将合金粉末或合金丝材熔覆在工件表面是最近发展起来的防腐蚀技术，称之为激光熔覆技术，这种技术要求母材、熔覆材料、激光焦点三者相交形成熔池，改变距离就会改变激光的质量，受限于熔覆设备的精度，熔覆过程中的热变形，再制造旧件本身的表面缺陷等问题，都可能会导致熔覆头和工件之间的距离处于动态的变化之中。因此受限于不同种类的工件，材料利用率不相同，或者每批次材料本身的差异，熔覆厚度波动等，现有技术中的激光熔覆设备因没有自调节功能而无法保证熔覆头与工件之间的距离恒定以及熔覆层厚度恒定，阻碍了激光熔覆技术的发展。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出一种全新结构激光熔覆自调节装置和自调节方法，通过创新设置自动定高控制和精准时差控制，达到实时监测熔覆头和工件之间的距离，实现了熔覆头和工件之间距离的自动调节，保证了熔覆头和工件之间的距离能够始终恒定；同时实时监测熔覆前后的高度差，精准控制执行时间，动态调节工艺条件，很好的保证了熔覆层厚度的恒定，解决了现有激光熔覆技术的发展瓶颈问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种激光熔覆自调节装置，包括：主轴电机1、卡盘2、立柱4、Z轴模组5、支架6、激光熔覆头7、第一测距传感器8、控制系统9、底座10、主轴座11、X轴模组12、第二测距传感器13、尾座15和熔覆材料输入机构16，所述主轴座11安装在所述底座10上，所述主轴电机1和卡盘2安装于所述主轴座11上，且所述主轴电机1的驱动轴与所述卡盘2联动，所述尾座15安装于所述底座10上，由所述尾座16和卡盘2共同夹持待熔覆的工件3，所述X轴模组12固定在所述底座10上，所述立柱4安装于所述X轴模组12上并能够在X轴模组的驱动下沿X轴方向进行前后移动，所述Z轴模组5固定在立柱4上，所述支架6安装在Z轴模组5上并能够在Z轴模组的驱动下沿Z轴方向进行上下移动，所述激光熔覆头7、第一测距传感器8、第二测距传感器13固定安装于所述支架6上，所述熔覆材料输入系统16连接于所述激光熔覆头，所述控制系统9连接于所述第一测距传感器8、第二测距传感器13、X轴模组12、Z轴模组5、主轴电机1和熔覆材料输入机构16；所述第一测距传感器8用于实时检测工件的待熔覆表面与激光熔覆头之间的第一实际距离，并将所述第一实际距离实时传送给控制系统9，所述控制系统9基于所述第一实际距离与预设的标准距离生成对Z轴模组的控制信号，并且在所述激光熔覆头在工件的待熔覆表面的熔覆位置到达所述第一测距传感器在工件的待熔覆表面的当前检测位置时，向所述Z轴模组输出所述控制信号，以将所述第一实际距离向着预设的标准距离调节；所述第二测距传感器8用于实时检测工件的已熔覆表面与激光熔覆头之间的第二实际距离，并将所述第二实际距离实时传送给控制系统9，所述控制系统基于第一测距传感器8在第二测距传感器的当前检测位置时所检测的第一实际距离和所述第二实际距离计算得到熔覆层实际厚度，并基于所述熔覆层实际厚度与预设的熔覆层标准厚度生成对所述主轴电机1、X轴模组2和熔覆材料输入系统16的控制信号，以将所述熔覆层实际厚度向着预设的熔覆层标准厚度调节。进一步的根据本专利技术所述的激光熔覆自调节装置，其中所述第一测距传感器8安装于所述激光熔覆头7的前侧，所述第二测距传感器13安装于所述激光熔覆头7的后侧，所述激光熔覆头7在工件表面的熔覆位置形成熔池14，所述第一测距传感器8正对位于熔池前方的待熔覆表面的第一采集点，所述第一采集点作为第一测距传感器在工件的待熔覆表面的检测位置，所述第二测距传感器13正对位于熔池后方的已熔覆表面的第二采集点，所述第二采集点作为第二测距传感器在工件的已熔覆表面的检测位置；所述第一测距传感器8实时检测第一采集点与激光熔覆头上固定参考面之间的第一实际距离，并将所述第一实际距离实时传送给控制系统9，所述控制系统9基于所述第一实际距离与预设的标准距离生成对Z轴模组的控制信号，并且在当前熔池到达当前第一采集点位置时，向所述Z轴模组输出所述控制信号，以将所述第一实际距离向着预设的标准距离调节；所述第二测距传感器8实时检测第二采集点与所述激光熔覆头上固定参考面之间的第二实际距离，并将所述第二实际距离实时传送给控制系统9，所述控制系统基于第一测距传感器8在当前第二采集点时所检测的第一实际距离和所述第二实际距离计算得到熔覆层实际厚度，并基于所述熔覆层实际厚度与预设的熔覆层标准厚度生成对所述主轴电机1、X轴模组2和熔覆材料输入系统16的控制信号，以将所述熔覆层实际厚度向着预设的熔覆层标准厚度调节。进一步的根据本专利技术所述的激光熔覆自调节装置，其中所述第一测距传感器8实时检测第一采集点与激光熔覆头上固定参考面之间的第一实际距离，并将所述第一实际距离实时传送给控制系统9，所述控制系统在所述第一实际距离与预设的标准距离之间的差值绝对值大于等于预设的标准公差时，生成对Z轴模组的控制信号，并根据预存的工件直径、X轴模组的进给速度、主轴电机提供的工件转速和第一采集点与熔池之间的距离自动计算出当前熔池到达当前第一采集点位置时的时间长度，然后自当前时刻开始计时直至达到所述时间长度时，向所述Z轴模组输出所述控制信号，通过Z轴模组驱动支架沿Z轴方向进行上下移动以将第一实际距离与预设的标准距离之间的差值绝对值调节到预设的标准公差内。进一步的根据本专利技术所述的激光熔覆自调节装置，其中所述第二测距传感器8实时检测第二采集点与所述激光熔覆头上固定参考面之间的第二实际距离，并将所述第二实际距离实时传送给控制系统9，所述控制系统根据预存的工件直径、X轴模组的进给速度、主轴电机提供的工件转速、第一采集点和第二采集点之间的距离自动计算出第一测距传感器自当前第二采集点位置到达当前第一采集点位置所需的时间长度，然后控制系统提取自当前时刻开始向前回退所述时间长度时所接收的第一测距传感器采集的第一实际距离，接着通过计算所述第一实际距离和所述第二实际距离的差值得到所述熔覆层实际厚度，并在计算得到所述熔覆层实际厚度与预设的熔覆层标准厚度之间的差值绝对值大于等于预设的标准公差时，生成对所述主轴电机1、X轴模组2和熔覆材料输入系统16的控制信号，以将熔覆层实际厚度与预设的熔覆层标准厚度的之间的差值绝对值调节到预设的标准公差内。进一步的根据本专利技术所述的激光熔覆自调节装置，其中所述控制系统在计算得到第一实际距离与预设的标准距离之间的差值绝对值大于等于预设的标准公差时，生成对Z轴模组的控制信号，通过Z轴模组驱动支架沿Z轴方向进行上下移动以将第一实际距离与预设的标准距离之间的差值绝对值调节到预设的标准公差内；所述控制系统通过计算所述第一实际距离和所述第二实际距离的差值得到所述熔覆层实际厚度，并在计算得到所述熔覆层实际厚度与预设的熔覆层标准厚度之间的差值绝对值大于等于预设的标准公差时，生成对所述主轴电机1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光熔覆自调节装置，其特征在于，包括：主轴电机（1）、卡盘（2）、立柱（4）、Z轴模组（5）、支架（6）、激光熔覆头（7）、第一测距传感器（8）、控制系统（9）、底座（10）、主轴座（11）、X轴模组（12）、第二测距传感器（13）、尾座（15）和熔覆材料输入机构（16），所述主轴座（11）安装在所述底座（10）上，所述主轴电机（1）和卡盘（2）安装于所述主轴座（11）上，且所述主轴电机（1）的驱动轴与所述卡盘（2）联动，所述尾座（15）安装于所述底座（10）上，由所述尾座（16）和卡盘（2）共同夹持待熔覆的工件（3），所述X轴模组（12）固定在所述底座（10）上，所述立柱（4）安装于所述X轴模组（12）上并能够在X轴模组的驱动下沿X轴方向进行前后移动，所述Z轴模组（5）固定在立柱（4）上，所述支架（6）安装在Z轴模组（5）上并能够在Z轴模组的驱动下沿Z轴方向进行上下移动，所述激光熔覆头（7）、第一测距传感器（8）、第二测距传感器（13）固定安装于所述支架（6）上，所述熔覆材料输入系统（16）连接于所述激光熔覆头，所述控制系统（9）连接于所述第一测距传感器（8）、第二测距传感器（13）、X轴模组（12）、Z轴模组（5）、主轴电机（1）和熔覆材料输入机构（16）；/n所述第一测距传感器（8）用于实时检测工件的待熔覆表面与激光熔覆头之间的第一实际距离，并将所述第一实际距离实时传送给控制系统（9），所述控制系统（9）基于所述第一实际距离与预设的标准距离生成对Z轴模组的控制信号，并且在所述激光熔覆头在工件的待熔覆表面的熔覆位置到达所述第一测距传感器在工件的待熔覆表面的当前检测位置时，向所述Z轴模组输出所述控制信号，以将所述第一实际距离向着预设的标准距离调节；/n所述第二测距传感器（8）用于实时检测工件的已熔覆表面与激光熔覆头之间的第二实际距离，并将所述第二实际距离实时传送给控制系统（9），所述控制系统基于第一测距传感器（8）在第二测距传感器的当前检测位置时所检测的第一实际距离和所述第二实际距离计算得到熔覆层实际厚度，并基于所述熔覆层实际厚度与预设的熔覆层标准厚度生成对所述主轴电机（1）、X轴模组（2）和熔覆材料输入系统（16）的控制信号，以将所述熔覆层实际厚度向着预设的熔覆层标准厚度调节。/n...

【技术特征摘要】
1.一种激光熔覆自调节装置，其特征在于，包括：主轴电机（1）、卡盘（2）、立柱（4）、Z轴模组（5）、支架（6）、激光熔覆头（7）、第一测距传感器（8）、控制系统（9）、底座（10）、主轴座（11）、X轴模组（12）、第二测距传感器（13）、尾座（15）和熔覆材料输入机构（16），所述主轴座（11）安装在所述底座（10）上，所述主轴电机（1）和卡盘（2）安装于所述主轴座（11）上，且所述主轴电机（1）的驱动轴与所述卡盘（2）联动，所述尾座（15）安装于所述底座（10）上，由所述尾座（16）和卡盘（2）共同夹持待熔覆的工件（3），所述X轴模组（12）固定在所述底座（10）上，所述立柱（4）安装于所述X轴模组（12）上并能够在X轴模组的驱动下沿X轴方向进行前后移动，所述Z轴模组（5）固定在立柱（4）上，所述支架（6）安装在Z轴模组（5）上并能够在Z轴模组的驱动下沿Z轴方向进行上下移动，所述激光熔覆头（7）、第一测距传感器（8）、第二测距传感器（13）固定安装于所述支架（6）上，所述熔覆材料输入系统（16）连接于所述激光熔覆头，所述控制系统（9）连接于所述第一测距传感器（8）、第二测距传感器（13）、X轴模组（12）、Z轴模组（5）、主轴电机（1）和熔覆材料输入机构（16）；
所述第一测距传感器（8）用于实时检测工件的待熔覆表面与激光熔覆头之间的第一实际距离，并将所述第一实际距离实时传送给控制系统（9），所述控制系统（9）基于所述第一实际距离与预设的标准距离生成对Z轴模组的控制信号，并且在所述激光熔覆头在工件的待熔覆表面的熔覆位置到达所述第一测距传感器在工件的待熔覆表面的当前检测位置时，向所述Z轴模组输出所述控制信号，以将所述第一实际距离向着预设的标准距离调节；
所述第二测距传感器（8）用于实时检测工件的已熔覆表面与激光熔覆头之间的第二实际距离，并将所述第二实际距离实时传送给控制系统（9），所述控制系统基于第一测距传感器（8）在第二测距传感器的当前检测位置时所检测的第一实际距离和所述第二实际距离计算得到熔覆层实际厚度，并基于所述熔覆层实际厚度与预设的熔覆层标准厚度生成对所述主轴电机（1）、X轴模组（2）和熔覆材料输入系统（16）的控制信号，以将所述熔覆层实际厚度向着预设的熔覆层标准厚度调节。


2.根据权利要求1所述的激光熔覆自调节装置，其特征在于，所述第一测距传感器（8）安装于所述激光熔覆头（7）的前侧，所述第二测距传感器（13）安装于所述激光熔覆头（7）的后侧，所述激光熔覆头（7）在工件表面的熔覆位置形成熔池（14），所述第一测距传感器（8）正对位于熔池前方的待熔覆表面的第一采集点，所述第一采集点作为第一测距传感器在工件的待熔覆表面的检测位置，所述第二测距传感器（13）正对位于熔池后方的已熔覆表面的第二采集点，所述第二采集点作为第二测距传感器在工件的已熔覆表面的检测位置；
所述第一测距传感器（8）实时检测第一采集点与激光熔覆头上固定参考面之间的第一实际距离，并将所述第一实际距离实时传送给控制系统（9），所述控制系统（9）基于所述第一实际距离与预设的标准距离生成对Z轴模组的控制信号，并且在当前熔池到达当前第一采集点位置时，向所述Z轴模组输出所述控制信号，以将所述第一实际距离向着预设的标准距离调节；
所述第二测距传感器（8）实时检测第二采集点与所述激光熔覆头上固定参考面之间的第二实际距离，并将所述第二实际距离实时传送给控制系统（9），所述控制系统基于第一测距传感器（8）在当前第二采集点时所检测的第一实际距离和所述第二实际距离计算得到熔覆层实际厚度，并基于所述熔覆层实际厚度与预设的熔覆层标准厚度生成对所述主轴电机（1）、X轴模组（2）和熔覆材料输入系统（16）的控制信号，以将所述熔覆层实际厚度向着预设的熔覆层标准厚度调节。


3.根据权利要求２所述的激光熔覆自调节装置，其特征在于，所述第一测距传感器（8）实时检测第一采集点与激光熔覆头上固定参考面之间的第一实际距离，并将所述第一实际距离实时传送给控制系统（9），所述控制系统在所述第一实际距离与预设的标准距离之间的差值绝对值大于等于预设的标准公差时，生成对Z轴模组的控制信号，并根据预存的工件直径、X轴模组的进给速度、主轴电机提供的工件转速和第一采集点与熔池之间的距离自动计算出当前熔池到达当前第一采集点位置时的时间长度，然后自当前时刻开始计时直至达到所述时间长度时，向所述Z轴模组输出所述控制信号，通过Z轴模组驱动支架沿Z轴方向进行上下移动以将第一实际距离与预设的标准距离之间的差值绝对值调节到预设的标准公差内。


4.根据权利要求２所述的激光熔覆自调节装置，其特征在于，所述第二测距传感器（8）实时检测第二采集点与所述激光熔覆头上固定参考面之间的第二实际距离，并将所述第二实际距离实时传送给控制系统（9），所述控制系统根据预存的工件直径、X轴模组的进给速度、主轴电机提供的工件转速、第一采集点和第二采集点之间的距离自动计算出第一测距传感器自当前第二采集点位置到达当前第一采集点位置所需的时间长度，然后控制系统提取自当前时刻开始向前回退所述时间长度时所接收的第一测距传感器采集的第一实际距离，接着通过计算所述第一实际距离和所述第二实际距离的差值得到所述熔覆层实际厚度，并在计算得到所述熔覆层实际厚度与预设的熔覆层标准厚度之间的差值绝对值大于等于预设的标准公差时，生成对所述主轴电机（1）、X...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建勋，苏成明，张毅，许欣荣，曹鹏，
申请(专利权)人：陕西天元智能再制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61