本发明专利技术公开了一种大范围可调占空比的激光熔覆装置，包括抛物聚焦镜、第一锥镜、第二锥镜和喷粉装置，抛物聚焦镜和第二锥镜均为环状，第一锥镜和第二锥镜二者的反射面均与抛物聚焦镜的反射面相对，使得从抛物聚焦镜的中轴入射至第一锥镜和第二锥镜的光束，被二者的反射面向圆周反射出而入射至抛物聚焦镜的反射面，并进一步被抛物聚焦镜的反射面反射并聚焦。第二锥镜的位置固定，第一锥镜可沿着抛物聚焦镜的中轴移动，喷粉装置设置于第二锥镜的下方。本发明专利技术的大范围可调占空比的激光熔覆装置，可以在不改变环形光束的外直径的前提下改变占空比，并且占空比的调节范围较大。并且占空比的调节范围较大。并且占空比的调节范围较大。
【技术实现步骤摘要】
一种大范围可调占空比的激光熔覆装置
[0001]本专利技术涉及增材制造领域，特别是涉及一种大范围可调占空比的激光熔覆装置。
技术介绍
[0002]激光熔覆作为一种先进的表面涂层制备技术，近些年来取得了飞速发展。传统的环形激光熔覆装置，通过调节镜组将实心光斑整形成为环形光斑，同时各激光束具有同一个光学焦点并在该位置汇聚成实心点状光斑。
[0003]占空比为环形激光束的一个几何参数，对金属材料的熔覆后微观组织具有重大的影响，在不同的占空比值下的材料组织各异，通过研究发现，可以通过改变环形激光束的占空比来调控得到预期的微观组织，并且大量实验表明，占空比在0～0.5的组织调控效果较为理想和明显。
[0004]目前，改变激光束占空比的常规方法有通过改变离焦量来取得不同的占空比数值，但是该种方法在得到不同占空比的同时会改变其它参数，比如改变离焦量后，在得到新的占空比的同时，光斑的内外径均发生较大变化，外径变化即会影响熔覆单道宽度(熔宽)发生变化，那么，在保证熔宽一定情况下就无法探究不同占空比带来的影响；同时，因为改变了离焦量的缘故，无法得出就占空比本身对激光熔覆过程的影响程度。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种大范围可调占空比的激光熔覆装置，可以在不改变环形光斑外径的前提下改变占空比，并且占空比的调节范围较大。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种大范围可调占空比的激光熔覆装置，包括抛物聚焦镜、第一锥镜、第二锥镜和喷粉装置，所述抛物聚焦镜和所述第二锥镜均为环状，所述第一锥镜和所述第二锥镜二者的反射面均与所述抛物聚焦镜的反射面相对，使得从所述抛物聚焦镜的中轴入射至所述第一锥镜和所述第二锥镜的光束，被二者的反射面向圆周反射出而入射至所述抛物聚焦镜的反射面，并进一步被所述抛物聚焦镜的反射面反射并聚焦；
[0008]所述第二锥镜的位置固定，所述第一锥镜可沿着所述抛物聚焦镜的中轴移动，所述喷粉装置设置于所述第二锥镜的下方，所述抛物聚焦镜的反射面使得光线聚焦的焦点形成围绕所述抛物聚焦镜中轴的环线。
[0009]可选地，由所述抛物聚焦镜反射出的光线聚焦的焦点位于光学焦平面上，在所述光学焦平面靠近所述抛物聚焦镜一侧存在预设平面，从所述抛物聚焦镜反射出的光线在所述预设平面上形成实心光斑。
[0010]可选地，由所述抛物聚焦镜反射出的光线聚焦的焦点位于光学焦平面上，在所述光学焦平面靠近所述抛物聚焦镜一侧选取工作平面，所述工作平面的离焦量满足：
[0011][0012]其中，F表示工作平面的离焦量，D表示由所述抛物聚焦镜反射出的光线聚焦的焦点形成环线的直径，θ3表示所述第一锥镜下极限位置出射光路与中轴夹角。
[0013]可选地，由所述抛物聚焦镜反射出的光线在所选取工作平面的占空比调节范围为：
[0014][0015]其中，K表示由所述抛物聚焦镜反射出的光线在所选取工作平面的占空比，θ2表示所述第一锥镜上极限位置出射光路与中轴夹角，θ表示所述第二锥镜出射光路与中轴夹角。
[0016]可选地，所述第二锥镜的内直径小于等于所述第一锥镜的直径。
[0017]可选地，还包括镜座和运动调节件，所述镜座包括第一环状固定部，所述第二锥镜固定于所述第一环状固定部，所述运动调节件穿设于所述第一环状固定部并带动所述第一锥镜沿着所述抛物聚焦镜的中轴移动，所述第一锥镜固定于所述运动调节件的顶端，所述喷粉装置固定于所述运动调节件的底端。
[0018]可选地，所述镜座还包括固定所述第一环状固定部的连接部，所述运动调节件为升降螺栓，所述连接部设置有贯通至所述第一环状固定部的通道，所述通道内设置有调节螺栓，所述第一环状固定部设置有传动连接所述调节螺栓和所述升降螺栓的多级锥齿轮。
[0019]可选地，所述镜座还包括第二环状固定部，所述抛物聚焦镜固定于所述第二环状固定部，所述第二环状固定部位于所述第一环状固定部的外周，两者由所述连接部连接。
[0020]可选地，所述升降螺栓和所述第一锥镜的内部设置有用于吸收所述第一锥镜积热的水冷却空间，在所述抛物聚焦镜内部设置有冷却空间。
[0021]可选地，还包括装置外壳，所述装置外壳与所述镜座配合封装所述抛物聚焦镜。
[0022]由上述技术方案可知，本专利技术所提供的一种大范围可调占空比的激光熔覆装置，包括抛物聚焦镜、第一锥镜、第二锥镜和喷粉装置，抛物聚焦镜和第二锥镜均为环状，第一锥镜和第二锥镜二者的反射面均与抛物聚焦镜的反射面相对，使得从抛物聚焦镜的中轴入射至第一锥镜和第二锥镜的光束，被二者的反射面向圆周反射出而入射至抛物聚焦镜的反射面，并进一步被抛物聚焦镜的反射面反射并聚焦。其中，第二锥镜的位置固定，第一锥镜可沿着抛物聚焦镜的中轴移动，喷粉装置设置于第二锥镜的下方。
[0023]经抛物聚焦镜聚焦后的出射光束，存在一段是环形光束，并且是被第二锥镜反射的光线形成了该段环形光束的外侧光线，被第一锥镜反射的光线形成了该段环形光束的内侧光线。因此第二锥镜的位置固定，将第一锥镜沿着抛物聚焦镜的中轴移动时，该段环形光束的外直径不变，该段环形光束的内直径会随着第一锥镜沿着抛物聚焦镜的中轴移动而改变，如此实现调节该段出射光束的占空比，并且是在不改变环形光束的外直径的前提下改变占空比。另外，抛物聚焦镜的反射面使得光线聚焦的焦点形成围绕抛物聚焦镜中轴的环线，使得由抛物聚焦镜反射出的光线聚焦的焦点偏离了抛物聚焦镜的中轴，能够使出射光束的该段环形光束的内直径较大幅度地减小，使该段环形光束的外直径减小幅度较小，因此可以使得该段环形光束的占空比的调节范围增大。因此，本专利技术的大范围可调占空比的激光熔覆装置，可以在不改变环形光束的外直径的前提下改变占空比，并且占空比的调节范围较大。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例的大范围可调占空比的激光熔覆装置出射光束的光路示意图；
[0026]图2为图1所示的出射光束在各离焦平面处占空比的变化示意图；
[0027]图3为出射光束聚焦的焦点位于抛物聚焦镜中轴上的光路示意图以及在各离焦平面处占空比的变化示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例提供的一种大范围可调占空比的激光熔覆装置的纵向剖视图；
[0029]图5为本专利技术实施例的激光熔覆装置在所选取工作平面的占空比变化示意图。
具体实施方式
[0030]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大范围可调占空比的激光熔覆装置，其特征在于，包括抛物聚焦镜、第一锥镜、第二锥镜和喷粉装置，所述抛物聚焦镜和所述第二锥镜均为环状，所述第一锥镜和所述第二锥镜二者的反射面均与所述抛物聚焦镜的反射面相对，使得从所述抛物聚焦镜的中轴入射至所述第一锥镜和所述第二锥镜的光束，被二者的反射面向圆周反射出而入射至所述抛物聚焦镜的反射面，并进一步被所述抛物聚焦镜的反射面反射并聚焦；所述第二锥镜的位置固定，所述第一锥镜可沿着所述抛物聚焦镜的中轴移动，所述喷粉装置设置于所述第二锥镜的下方，所述抛物聚焦镜的反射面使得光线聚焦的焦点形成围绕所述抛物聚焦镜中轴的环线。2.根据权利要求1所述的大范围可调占空比的激光熔覆装置，其特征在于，由所述抛物聚焦镜反射出的光线聚焦的焦点位于光学焦平面上，在所述光学焦平面靠近所述抛物聚焦镜一侧存在预设平面，从所述抛物聚焦镜反射出的光线在所述预设平面上形成实心光斑。3.根据权利要求1所述的大范围可调占空比的激光熔覆装置，其特征在于，由所述抛物聚焦镜反射出的光线聚焦的焦点位于光学焦平面上，在所述光学焦平面靠近所述抛物聚焦镜一侧选取工作平面，所述工作平面的离焦量满足：其中，F表示工作平面的离焦量，D表示由所述抛物聚焦镜反射出的光线聚焦的焦点形成环线的直径，θ3表示所述第一锥镜下极限位置出射光路与中轴夹角。4.根据权利要求3所述的大范围可调占空比的激光熔覆装置，其特征在于，由所述抛物聚焦镜反射出的光线在所选取工作平面的占空比调节范围为：其中，K表示由所述抛物聚焦镜反射出的光线在所选取工作平面的占空比，θ2表示所述第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：李加强，金磊，邹翼波，朱刚贤，石世宏，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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