一种平行环形激光熔覆头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种平行环形激光熔覆头，通过在壳体内部设置三个锥面镜，入射光束依次经过上锥面镜、内壁锥面镜与下锥面镜反射汇聚形成平行环形光，有效地避免了汇聚光束带来的复杂的层高控制问题，提高成形质量，降低生产加工成本。同时，通过设置调节机构以调节锥面镜的位置，根据需要调节锥面镜上下移动，实现反射后光束占空比的调节，满足大量实验与生产需求。
【专利说明】一种平行环形激光熔覆头
【技术领域】
[0001]本实用新型属于激光快速成型【技术领域】，具体涉及一种平行环形激光熔覆头。
【背景技术】
[0002]激光熔覆技术是一种涉及光、机、电、计算机、材料、物理、化学等多门学科的跨学科高新技术。它由上个世纪60年代提出，并于1976年诞生了第一项论述高能激光熔覆的专利。进入80年代，激光熔覆技术得到了迅速的发展，结合CAD技术兴起的快速原型加工技术为激光熔覆技术又添了新的活力。
[0003]激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。
[0004]目前，激光熔覆成形是将成型件三维图分层切片后，采取逐层熔覆叠加的方式加工成型件的技术，而在成形过程中，每扫完一层，激光光头必须要提升一定的高度，保证熔池的大小在整个成形过程中的一致性，这个过程叫做层高控制。现有技术中的激光熔覆头只有用于分束及汇聚的2个锥面镜，这样虽然可以投射出比较便于调节光斑大小的汇聚型的环形光，但是对于汇聚型的环形光，其在工作中对层高控制的要求偏高，即对成形过程的参数设置及经验要求过高，不太利于高品质的堆积成形。
[0005]激光熔覆成形主要使用环形激光束进行，光束汇聚后形成环形光，在逐层扫描时，提升量一旦掌握不好，光斑的大小将会发生变化，会直接影响下一层的质量，从而导致整体成形失败，加工生产成本较高。而且环形光的占空比一定，无法根据实际需求进行相应的调节，成形质量较差。目前，汇聚激光束的层高控制是一个比较热门的课题。
[0006]鉴于以上问题，有必要提出一种新型的激光熔覆设备，使得光束在汇聚后形成平行环形光，避免了汇聚光束带来的复杂的层高控制问题，提高成形质量，降低生产加工成本。同时实现光束占空比的调节，满足实际需求。
实用新型内容
[0007]有鉴于此，本实用新型提供了一种平行环形激光熔覆头，通过设置三个锥面镜，使得光束在依次反射汇聚后形成平行环形光，避免了汇聚光束带来的复杂的层高控制问题，提高成形质量，降低生产加工成本。同时，通过设置调节机构以调节锥面镜的位置，实现反射后光束占空比的调节，满足实际需求。
[0008]根据本实用新型的目的提出的一种平行环形激光熔覆头，包括壳体与位于所述壳体内部的锥面镜，所述壳体上侧设置有入射口，所述壳体的下侧设置有出射口 ；
[0009]所述壳体内侧还设置有支架，所述锥面镜包括设置于所述支架上、下侧的上锥面镜与下锥面镜，以及设置于所述壳体内壁上的内壁锥面镜，所述内壁锥面镜设置于所述支架的上方，所述入射光束依次经过上锥面镜、内壁锥面镜与下锥面镜反射形成平行环形光。[0010]优选的，所述壳体内侧还设置有通过调节所述锥面镜的位置以调节光束占空比的调节机构。
[0011]优选的，所述调节机构固定设置于所述支架上。
[0012]优选的，所述调节机构为用以驱动所述下锥面镜上、下移动的丝杠螺母传动机构，所述丝杠螺母传动机构固定于所述支架的下侧。
[0013]优选的，所述调节机构上还设置有限定所述锥面镜移动行程的限位结构。
[0014]优选的，所述限位结构为限位螺钉。
[0015]优选的，所述上锥面镜的锥角为90°，所述内壁锥面镜与所述下锥面镜锥角互余。
[0016]优选的，所述内壁锥面镜的锥角为56-60°。
[0017]与现有技术相比，本实用新型公开的平行环形激光熔覆头的优点是:通过在壳体内部设置三个锥面镜，入射光束依次经过上锥面镜、内壁锥面镜与下锥面镜反射汇聚形成平行环形光，有效地避免了汇聚光束带来的复杂的层高控制问题，提高成形质量，降低生产加工成本。同时，通过设置调节机构以调节锥面镜的位置，根据需要调节锥面镜上下移动，实现反射后光束占空比的调节，满足大量实验与生产需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
[0019]图1为本实用新型公开的平行环形激光熔覆头的结构示意图。
[0020]图中的数字或字母所代表的相应部件的名称:
[0021]1、壳体2、支架3、上锥面镜4、下锥面镜5、内壁锥面镜6、导柱7、螺母
8、丝杠9、限位螺钉10、实心激光束11、平行环形激光束
【具体实施方式】
[0022]目前，激光熔覆成形主要使用环形激光束进行，光束汇聚后形成环形光，在逐层扫描时，提升量一旦掌握不好，光斑的大小将会发生变化，会直接影响下一层的质量，从而导致整体成形失败，加工生产成本较高。而且环形光的占空比一定，无法根据实际需求进行相应的调节，成形质量较差。
[0023]本实用新型针对现有技术中的不足，本实用新型提供了一种平行环形激光熔覆头，通过设置三个锥面镜，使得光束在依次反射汇聚后形成平行环形光，避免了汇聚光束带来的复杂的层高控制问题，提高成形质量，降低生产加工成本。同时，通过设置调节机构以调节锥面镜的位置，实现反射后光束占空比的调节，满足实际需求。
[0024]下面将通过【具体实施方式】对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0025]如图1所示，一种平行环形激光熔覆头，包括壳体I与位于壳体I内部的锥面镜，壳体I上侧设置有入射口，壳体的下侧设置有出射口 ；实心激光束10由入射口进入经过锥面镜反射后由出射口射出平行环形激光束11。
[0026]壳体I内侧还设置有支架2，该支架为三角支架，锥面镜包括设置于支架2上、下侧的上锥面镜3与下锥面镜4，以及设置于壳体I内壁上的内壁锥面镜5，内壁锥面镜5设置于支架2的上方，入射光束依次经过上锥面镜3、内壁锥面镜5与下锥面镜4反射形成平行环形光。
[0027]其中，上锥面镜3的锥角可为90°，内壁锥面镜5与下锥面镜4锥角互余。内壁锥面镜5的锥角可为56°、57°、58°、59°、60°不等。具体根据使用需要而定，在此不做限制。
[0028]壳体I内侧还设置有通过调节锥面镜的位置以调节光束占空比的调节机构。调节机构固定设置于支架上。
[0029]调节机构为丝杠螺母传动机构，丝杠螺母传动机构固定于支架2的下侧，用以驱动下锥面镜4上下移动。丝杠螺母传动机构由螺母7、丝杠8、及导柱6组成，丝杠8的下端固定接下锥面镜4，通过转动丝杠来带动下锥面镜4的上下垂直微小运动，以调节出射光的占空比。其中，调节机构可通过蜗轮蜗杆外接手轮进行驱动，通过手动转动手轮继而驱动丝杠转动实现调节。驱动方式可根据需要而定，在此不做限制。
[0030]调节机构上还设置有限定锥面镜移动行程的限位结构。限位结构为限位螺钉9。限位螺钉9是根据下锥面镜4的上极限位置(经过汇聚后的光斑的外径轮廓正好处于其锥角位置)确定的。
[0031]在工作中，实心激光束10首先通过上锥面镜3分束，再经过内壁锥面镜5形成汇聚型的环形激光束，最终通过下锥面镜4再次转变成平行的环形光束，实现平行出光的功能。通过由螺母7、丝杠8及导柱6组成的丝杠螺母传动机构带动下锥面镜4的上下垂直微小运动，实现平行出光的不同占空比的要求。限位螺钉9用于限制下锥面镜4的上升的极限，避免汇聚的环形光在激光熔覆头腔体内直接汇聚而不通过其下锥面镜的锥面，造成事故。下锥面镜4的在极限上升距离处，投射出来的平行环形光正好为实心光，此时由内壁锥面镜5反射出的光束正好照射于下锥面镜的锥角处。
[0032]此外，还可通过调整上锥面镜或内壁锥面镜的位置以调节光束的占空比，具体调节方式不做限制。
[0033]本实用新型公开了一种平行环形激光熔覆头，通过在壳体内部设置三个锥面镜，入射光束依次经过上锥面镜、内壁锥面镜与下锥面镜反射汇聚形成平行环形光，有效地避免了汇聚光束带来的复杂的层高控制问题，提高成形质量，降低生产加工成本。同时，通过设置调节机构以调节锥面镜的位置，根据需要调节锥面镜上下移动，实现反射后光束占空比的调节，满足大量实验与生产需求。
[0034]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种平行环形激光熔覆头，其特征在于，包括壳体与位于所述壳体内部的锥面镜，所述壳体上侧设置有入射口，所述壳体的下侧设置有出射口 ； 所述壳体内侧还设置有支架，所述锥面镜包括设置于所述支架上、下侧的上锥面镜与下锥面镜，以及设置于所述壳体内壁上的内壁锥面镜，所述内壁锥面镜设置于所述支架的上方，所述入射光束依次经过上锥面镜、内壁锥面镜与下锥面镜反射形成平行环形光。
2.如权利要求1所述的平行环形激光熔覆头，其特征在于，所述壳体内侧还设置有通过调节所述锥面镜的位置以调节光束占空比的调节机构。
3.如权利要求2所述的平行环形激光熔覆头，其特征在于，所述调节机构固定设置于所述支架上。
4.如权利要求3所述的平行环形激光熔覆头，其特征在于，所述调节机构为用以驱动所述下锥面镜上、下移动的丝杠螺母传动机构，所述丝杠螺母传动机构固定于所述支架的下侧。
5.如权利要求2所述的平行环形激光熔覆头，其特征在于，所述调节机构上还设置有限定所述锥面镜移动行程的限位结构。
6.如权利要求5所述的平行环形激光熔覆头，其特征在于，所述限位结构为限位螺钉。
7.如权利要求1所述的平行环形激光熔覆头，其特征在于，所述上锥面镜的锥角为90°，所述内壁锥面镜与所述下锥面镜锥角互余。
8.如权利要求7所述的平行环形激光熔覆头，其特征在于，所述内壁锥面镜的锥角为56-60。。
【文档编号】C23C24/10GK203625468SQ201320761615
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】石世宏, 何正东, 傅戈雁 申请人:苏州大学张家港工业技术研究院