一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统技术方案

本发明专利技术提出一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统，本发明专利技术设置有多组X方向与Y方向位置调节机构，可以实现激光聚焦透镜位置的快速调节，具备激光光斑（相对熔覆终端）小范围快速精确移动功能；同时，本发明专利技术设置有X方向电容位移传感器与Y方向电容位移传感器，通过电容位移传感器实时检测激光光斑的位置，并将电容位移传感器的位置信号作为反馈信号，在线调整X方向与Y方向驱动装置的驱动信号，实现激光聚焦透镜的X方向与Y方向位置的闭环控制，保证激光光斑的位置精度。光光斑的位置精度。光光斑的位置精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统


[0001]本申请属于激光熔覆领域，具体涉及一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统。

技术介绍

[0002]传统的激光熔覆装置通常依靠工件的运动或熔覆终端自身的运动，实现对加工表面的持续熔覆作用，激光熔覆终端内部的聚焦镜片不具备位移调节功能，激光光斑相对于熔覆终端的位置是固定的，激光光斑的位置灵活性较差。

技术实现思路

[0003]基于上述问题，本申请提出一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统。本专利技术设置有X方向电容位移传感器与Y方向电容位移传感器，通过电容位移传感器实时检测激光光斑的位置，并将电容位移传感器的位置信号作为反馈信号，在线调整X方向与Y方向驱动装置的驱动信号，实现激光聚焦透镜的X方向与Y方向位置的闭环控制，保证激光光斑的位置精度。其技术方案为，一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统，包括熔覆嘴保护壳、激光熔覆嘴、上连接体、中段连接体和下连接体，所述熔覆嘴保护壳固定在激光熔覆嘴上，所述激光熔覆嘴上设有保护气转接头、送粉气转接头，激光熔覆嘴与下连接体固定连接，所述上连接体与中段连接体固定连接，所述中段连接体与下连接体固定连接，所述中段连接体内设有激光聚焦透镜，所述激光聚焦透镜固定在柔性运动机构上，所述柔性运动机构上设有压电陶瓷驱动器组，所述压电陶瓷驱动器组与激光熔覆主控制器连接，所述激光熔覆主控制器与镜片位移控制器通信。
[0004]优选的，所述柔性运动机构包括中心柔性运动平台，所述中心柔性运动平台包括聚焦透镜安装基座、X正方向输入运动平台、X负方向输入运动平台、Y正方向输入运动平台、Y负方向输入运动平台；所述X正方向输入运动平台、X负方向输入运动平台、Y正方向输入运动平台和Y负方向输入运动平台的垂直方向上分别设置X正方向半桥放大机构、X负方向半桥放大机构、Y正方向半桥放大机构、Y负方向半桥放大机构，所述X正方向输入运动平台、X负方向输入运动平台、Y正方向输入运动平台和Y负方向输入运动平台的两端分别通过输出解耦铰链与限位块连接，所述输出解耦铰链与聚焦透镜安装基座连接，所述聚焦透镜安装基座上设有激光聚焦透镜；所述中心柔性运动平台的X与Y方向上分别有x方向电容位移传感器和y方向电容位移传感器，所述x方向位移传感器和y方向位移传感器分别位于中段连接体相互垂直的面上。
[0005]优选的，所述X正方向半桥放大机构、X负方向半桥放大机构、Y正方向半桥放大机构和Y负方向半桥放大机构具有一定的倾斜角度，且两端均设有输入解耦铰链，所述输入解耦铰链上设置压电陶瓷基座，所述压电陶瓷基座内设有压电陶瓷驱动器。
[0006]优选的，所述激光聚焦透镜设置在激光聚焦透镜压板上，所述激光聚焦透镜压板
为圆环形结构，其外侧设有与聚焦透镜安装基座相互配合的螺纹结构，激光聚焦透镜压板一端设有与激光聚焦透镜相互配合的弧形斜面，通过对激光聚焦透镜压板的预紧，实现激光聚焦透镜的固定。
[0007]优选的，上支撑体和下支撑体上均设有与激光聚焦透镜位置对应的孔状结构，用于传导激光。
[0008]优选的，熔覆终端镜片快速定位系统控制逻辑：激光熔覆主控制器将控制信号传递至激光光源，通过调整激光光源的输出功率，实现对激光光束输出能量的调节；保护气转接头通过气压调节装置与保护气气瓶连接，保护气气瓶将其内部的高压气体传递至气压调节装置，高压气体经气压调节装置后由保护气转接头传递至激光熔覆嘴内部的锥形容腔；激光熔覆主控制器根据实际熔覆需求，通过调整传递至气压控制器的控制信号，实现对保护气气体压力的调节；送粉气气瓶将其内部的高压气体传输至送粉器，高压气体经送粉器后由送粉气转接头传递至激光熔覆嘴与熔覆嘴保护壳之间的送粉腔，熔覆粉末与高压气体充分混合后经喷嘴吹出并覆盖在待熔覆表面，在激光光束的作用下在表面形成熔池；激光熔覆主控制器根据激光熔覆对熔覆粉末粉量的实际需求，通过调整输出至送粉器的控制信号，实现对送粉量的在线控制；激光熔覆主控制器通过控制线路将控制信号传递至镜片位移控制器，镜片位移控制器通过控制线路将控制信号传递至压电陶瓷驱动电源，压电陶瓷驱动电源根据熔覆需求分别通过线路将驱动电压传递至压电陶瓷驱动器组，并根据调整方向的需求，驱动对应的压电陶瓷驱动器，实现激光聚焦透镜的位置精密调整；优选的，当需要将激光聚焦透镜沿X正方向调整时，镜片位移控制器通过控制线路将控制信号传递至压电陶瓷驱动电源，压电陶瓷驱动电源将驱动电压输出至X负方向半桥放大机构上的两个压电陶瓷驱动器，其他方向上的压电陶瓷驱动器驱动电压为零，在压电陶瓷驱动器的作用下激光聚焦透镜开始沿X的正方向运动，X方向位移传感器获取柔性运动机构在X正方向上的位移并反馈至镜片位移控制器，镜片位移控制器根据X方向位移传感器的位移信号以及实际熔覆需求，调整输出至压电陶瓷驱动电源的控制信号，实现激光聚焦透镜在X正方向上位移的闭环控制；当需要将激光聚焦透镜沿X负方向调整时，镜片位移控制器通过控制线路将控制信号传递至压电陶瓷驱动电源，压电陶瓷驱动电源将驱动电压输出至X正方向半桥放大机构上的两个压电陶瓷驱动器，其他方向上的压电陶瓷驱动器驱动电压为零，在压电陶瓷驱动器的作用下激光聚焦透镜开始沿X的负方向运动，X方向位移传感器获取柔性运动机构在X负方向上的位移并反馈至镜片位移控制器，镜片位移控制器根据X方向位移传感器的位移信号以及实际熔覆需求，调整输出至压电陶瓷驱动电源的控制信号，实现激光聚焦透镜在X负方向上位移的闭环控制；当需要将激光聚焦透镜沿Y正方向调整时，镜片位移控制器通过控制线路将控制信号传递至压电陶瓷驱动电源，压电陶瓷驱动电源将驱动电压输出至Y负方向半桥放大机构上的两个压电陶瓷驱动器，其他方向上的压电陶瓷驱动器驱动电压为零，在压电陶瓷驱动器的作用下激光聚焦透镜开始沿Y的正方向运动，Y方向位移传感器获取柔性运动机构在Y正方向上的位移并反馈至镜片位移控制器，镜片位移控制器根据Y方向位移传感器的位移信号以及实际熔覆需求，调整输出至压电陶瓷驱动电源的控制信号，实现激光聚焦透镜在Y正方向上位移的闭环控制；
当需要将激光聚焦透镜沿Y负方向调整时，镜片位移控制器通过控制线路将控制信号传递至压电陶瓷驱动电源，压电陶瓷驱动电源将驱动电压输出至Y正方向半桥放大机构上的两个压电陶瓷驱动器，其他方向上的压电陶瓷驱动器驱动电压为零，在压电陶瓷驱动器的作用下激光聚焦透镜开始沿Y的负方向运动，Y方向位移传感器获取柔性运动机构在Y负方向上的位移并反馈至镜片位移控制器，镜片位移控制器根据Y方向位移传感器的位移信号以及实际熔覆需求，调整输出至压电陶瓷驱动电源的控制信号，实现激光聚焦透镜在Y负方向上位移的闭环控制。
[0009]优选的，熔覆终端聚焦镜片双自由度调节功能，具体为可同时对激光聚焦透镜进行X正方向位移调整与Y正方向位移调整、X正方向位移调整与Y负方向位移调整、X负方向位移调整与Y正方向位移调整、X负方向位移调整与Y负方向位移调整，实现熔覆终端聚焦镜片双自由度调节功能。
[0010]优选的，激光光斑工作空间分析：为了确定激光光斑的工作空间，需要对激光光斑的可移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统，其特征在于，包括熔覆嘴保护壳、激光熔覆嘴、上连接体、中段连接体和下连接体，所述熔覆嘴保护壳固定在激光熔覆嘴上，所述激光熔覆嘴上设有保护气转接头、送粉气转接头，激光熔覆嘴与下连接体固定连接，所述上连接体与中段连接体固定连接，所述中段连接体与下连接体固定连接，所述中段连接体内设有激光聚焦透镜，所述激光聚焦透镜固定在柔性运动机构上，所述柔性运动机构上设有压电陶瓷驱动器组，所述压电陶瓷驱动器组与激光熔覆主控制器连接，所述激光熔覆主控制器与镜片位移控制器通信。2.根据权利要求1所述的一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统，其特征在于，所述柔性运动机构包括中心柔性运动平台，所述中心柔性运动平台包括聚焦透镜安装基座、X正方向输入运动平台、X负方向输入运动平台、Y正方向输入运动平台、Y负方向输入运动平台；所述X正方向输入运动平台、X负方向输入运动平台、Y正方向输入运动平台和Y负方向输入运动平台的垂直方向上分别设置X正方向半桥放大机构、X负方向半桥放大机构、Y正方向半桥放大机构、Y负方向半桥放大机构，所述X正方向输入运动平台、X负方向输入运动平台、Y正方向输入运动平台和Y负方向输入运动平台的两端分别通过输出解耦铰链与限位块连接，所述输出解耦铰链与聚焦透镜安装基座连接，所述聚焦透镜安装基座上设有激光聚焦透镜；所述中心柔性运动平台的X与Y方向上分别有x方向电容位移传感器和y方向电容位移传感器，所述x方向位移传感器和y方向位移传感器分别位于中段连接体相互垂直的面上。3.根据权利要求2所述的一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统，其特征在于，所述X正方向半桥放大机构、X负方向半桥放大机构、Y正方向半桥放大机构和Y负方向半桥放大机构具有一定的倾斜角度，且两端均设有输入解耦铰链，所述输入解耦铰链上设置压电陶瓷基座，所述压电陶瓷基座内设有压电陶瓷驱动器。4.根据权利要求2所述的一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统，其特征在于，所述激光聚焦透镜设置在激光聚焦透镜压板上，所述激光聚焦透镜压板为圆环形结构，其外侧设有与聚焦透镜安装基座相互配合的螺纹结构，激光聚焦透镜压板一端设有与激光聚焦透镜相互配合的弧形斜面，通过对激光聚焦透镜压板的预紧，实现激光聚焦透镜的固定。5.根据权利要求2所述的一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统，其特征在于，上支撑体与下支撑体上均设有与激光聚焦透镜位置对应的孔状结构，用于传导激光。6.根据权利要求2所述的一种用于激光熔覆的新型镜片快速定位系统，其特征在于，新型镜片快速定位系统控制逻辑：激光熔覆主控制器将控制信号传递至激光光源，通过调整激光光源的输出功率，实现对激光光束输出能量的调节；保护气转接头通过气压调节装置与保护气气瓶连接，保护气气瓶将其内部的高压气体传输递至气压调节装置，高压气体经气压调节装置后由保护气转接头传输至激光熔覆嘴内部的锥形容腔；激光熔覆主控制器根据实际熔覆需求，通过调整传递至气压控制器的控制信号，实现保护气气体压力的调节；送粉气气瓶将其内部的高压气体传递至送粉器，高压气体经送粉器后由送粉气转接头输送至激光熔覆嘴与熔覆嘴保护壳之间的送粉腔，熔覆粉末与高压气体充分混合后经喷嘴吹出并覆盖在待熔覆表面，在激光光束的作用下形成熔池；激光熔覆主控制器根据激光熔覆对熔覆粉末粉量的实际需求，通过调整输出至送粉器的控制信号，实现对送粉量的在线控制；激光熔覆主控制器通过控制线路将控制信号传递至镜片位移控制器，镜片位移控制器通过控制线路将控制信号传递至压电陶瓷驱动电源，压电陶瓷驱动电源根据熔覆需求分别通过控
制线路将驱动电压传递至压电陶瓷驱动器组，并根据调整方向的需求，驱动对应的压电陶瓷驱动器，实现激光聚焦透镜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭，刘延俊，张雪，刘鑫，纪立超，王星耀，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：