一种棱镜式激光强化涂覆装置的制作方法

本发明涉及激光强化涂覆技术领域，更具体的说，尤其涉及一种棱镜式激光强化涂覆装置。

背景技术：

激光涂覆作为激光表面处理的一种重要技术，以低成本的材料为基材，制成表面高性能的材料，能够最大程度的利用稀有金属材料，降低制造成本。随着激光涂覆技术的广泛，其激光涂覆装备也不断被研发。

申请号为201180033905.3中国发明专利公开了一种用于涂覆固体涂层的方法和装置，利用固定的辐射源发射一光束对样品进行涂覆，且单个驱动装置驱动工件在X/Y轴方向移动。申请号为201410421936.1中国发明专利公开了一种环形激光带冲击强化孔壁的方法和装置，利用激光器输出的激光束强化孔类工件的孔壁，且激光器是固定不动，工作台带动工件沿孔的轴向移动。申请号为201510138715.8中国发明专利公开了微球全向运动涂覆装置，利用两个电机带动工件沿某一水平方向的移动和绕轴心旋转，从而对微球进行均匀涂覆强化。当是，上述三个发明都是采用移动工件的方式，且工件的自由度只有2个，同时，激光强化涂覆的工件都是针对简单外形的工件(孔类工件的孔壁强化或者球类工件的表面强化)。难以实现对一些具有复杂曲面特征的工件进行强化涂覆。

针对上述不足，设计和开发一种棱镜式激光强化涂覆装置，以弥补足上述各个缺点，显得尤为必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题而提供一种棱镜式激光强化涂覆装置，该装置能够对一些具有复杂曲面特征的工件进行强化涂覆。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种棱镜式激光强化涂覆装置，包括静平台、动平台、第一支链、第二支链、激光模块和棱镜模块，所述第一支链和第二支链的固定端连接在静平台上，第一支链和第二支链的输出端连接动平台；所述第一支链设置有两条，第二支链设置有一条；静平台固定设置，激光模块和棱镜模块设置在动平台的下方。

所述棱镜模块包括棱镜电机支架、棱镜电机、主动杆、从动杆、棱镜底座、棱镜和棱镜支架，棱镜支架的一端固定在动平台上，棱镜支架的另一端与棱镜底座的侧面中部铰接，所述棱镜固定在棱镜底座上；棱镜电机支架通过螺栓固定在动平台上，棱镜电机固定在棱镜电机支架上；所述主动杆和被杆的两端分别设置有一个通孔，主动杆的一端的通孔通过键固定在棱镜电机的输出轴上，主动杆的另一端与从动杆通过第一铰接轴铰接；所述棱镜底座的背面设置有凸台，从动杆的另一端通过第二铰接轴铰接在棱镜底座的凸台上；棱镜电机转动时带动主动杆圆周运动，并通过从动杆带动棱镜底座绕棱镜底座和棱镜支架的铰接点转动。

所述激光模块包括激光支架和激光头，激光支架固定在动平台的底部，且激光支架设置在第二支链的正下方激光头固定在激光支架上，激光头正对棱镜模块的棱镜。

所述第一支链包括第一电机、第一联轴器、第一丝杠、第一支撑轴承、第一丝杠螺母、第一固定支架、第一移动支架和第一连杆；所述第一电机通过螺栓固定连接在静平台上，第一电机的输出端通过第一联轴器连接第一丝杠；所述第一固定支架的顶部通过螺栓固定连接在静平台上；所述第一丝杠的一端连接第一联轴器，第一丝杠的另一端连接第一支撑轴承，所述第一支撑轴承内嵌在第一固定支架的下端槽内；所述第一移动支架上端通过螺栓与第一丝杠螺母固定连接，第一移动支架的下端固定有连接架；所述连接架通过第一连杆连接在第一移动支架上，连接架的下端通过移动端连接件连接第一连杆的上端；所述移动端连接件包括移动端上接件、移动端中间件和移动端下接件；所述移动端上接件的一端与连接架的下端固定连接，移动端上接件的另一端与移动端中间件铰接；所述移动端下接件的一端与移动端中间件铰接，移动端下接件的另一端和第一连杆的上端通过紧固螺钉固定连接，所述移动端上接件和移动端下接件与移动端中间件之间的铰接轴方向相互垂直；所述第一连杆的的下端通过平台连接件连接动平台；所述平台连接件包括平台上接件、平台中间件和平台下接件；所述平台上接件的一端通过紧固螺钉连接第一连杆的下端，平台上接件的另一端与平台中间件铰接；所述平台下接件的一端与移动端中间件铰接，平台下接件的另一端通过紧固螺钉和固定在动平台上的轴连接，所述平台上接件和平台下接件与平台中间件之间的铰接轴方向相互垂直。

所述第二支链包括第二电机、第二联轴器、第二丝杠、第二支撑轴承、第二丝杠螺母、第二固定支架、第二移动支架、旋转电机、第三联轴器和第二连杆；所述第二电机通过螺栓固定连接在静平台上，第二电机的输出端通过第二联轴器连接第二丝杠；所述第二固定支架的顶部通过螺栓固定连接在静平台上；所述第二丝杠的一端连接第二联轴器，第二丝杠的另一端连接第二支撑轴承；所述第二支撑轴承内嵌在第二固定支架的底部槽内；所述第二移动支架与第二丝杠螺母通过螺栓固定连接，所述旋转电机支架通过螺栓固定连接在第二移动支架上；所述旋转电机固定在旋转电机支架的内侧，且旋转电机的输出端通过第三联轴器连接第二连杆；所述第二连杆的一端连接第三联轴器，第二连杆的另一端通过平台连接件连接动平台。

进一步的，所述棱镜底座正面的四角设置有四个相同尺寸的螺纹安装孔，棱镜底座通过与四个螺纹安装孔相配合的螺栓将棱镜盖板固定在棱镜底座上，棱镜设置在冷静丢在哦和棱镜盖板之间。

进一步的，所述棱镜支架设有左右对称的两根，两根棱镜支架的一端分别与棱镜底座一侧的中部铰接。

进一步的，所述激光支架上设有与激光头形状相配合的装夹通孔，激光头固定在激光支架的装夹通孔内并通过固定装夹通孔的紧固螺栓固定。

进一步的，所述第二电机与旋转电机的输出轴同轴心，且第一电机和第二电机为同种电机。

进一步的，所述两个第一支链和一个第二支链连接静平台和动平台，且两个第一支链和一个第二支链的上下两端与静平台和动平台的连接点均呈等边三角形分布。

进一步的，所述第一固定支架的内部两侧设置有两个第一导轨，且套装在第一导轨上的第一滑块通过螺栓固定连接在第一丝杠螺母的两侧。

进一步的，所述第二固定支架的内部两侧设置有两个第二导轨，且套装在第二导轨上的第二滑块通过螺栓固定连接在第二丝杠螺母的两侧。

进一步的，两个第一电机的输出端分别设置有第一编码器和第二编码器，第二电机的输出端设置有第三编码器，旋转电机的输出端设置有第四编码器。

本发明激光发射的工作原理如下：两条第一支链的第一电机和第二支链的第二电机不动，旋转电机运动，动平台以第二支链为轴心作旋转运动；旋转电机不动，两条第一支链的第一电机和第二支链的第二电机同步运动，实现动平台直线移动以及空间两自由度的旋转。通过第一电机、第二电机和旋转电机的协调运动，从而实现动平台在空间的移动和旋转。同时动平台上设有棱镜电机，棱镜电机通过主动杆和从动杆的传动控制棱镜的倾角，激光通过棱镜反射到工件上，并利用改变棱镜的倾角，使得激光在工件上的某一方向移动。第一电机、第二电机和旋转电机协调运动，实现动平台在空间的移动和旋转，使得激光能够照射到工件每一个位置，同时棱镜电机控制棱镜的倾角进一步扩大激光照射范围，从而能够对具有复杂曲面特征的工件进行激光强化涂覆。

第一电机和第二电机通过第一丝杠螺母和第二丝杠螺母推动分别第一移动支架和第二移动支架，从而使得动平台在空间能够移动和倾斜；同时旋转电机可以控制动平台绕第二连杆旋转。棱镜电机通过主动杆和从动杆控制棱镜的倾角，激光通过棱镜反射到工件上，并利用改变棱镜的倾角，使得激光在工件上的某一方向移动。最终，第一电机、第二电机和旋转电机控制动平台在空间的姿态，使得激光能够照射到工件每一个位置，同时棱镜电机控制棱镜的倾角进一步扩大激光照射范围。

本发明的控制系统，包括PLC控制器、四个伺服驱动器、三个伺服电机和四个编码器；四个伺服驱动器分别为第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器和第四伺服驱动器；三个伺服电机分别为第一电机、第二电机和旋转电机；四个编码器分别为第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器；PLC控制器的输出端分别与第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器和第四伺服驱动器的输入端并联连接；所述第一伺服驱动器的输出端与第一电机的输入端连接；所述第一编码器的一端与第一电机连接，第一编码器的另一端与第一伺服驱动器连接；所述第二伺服驱动器的输出端与另一个第一电机的输入端连接；所述第二编码器的一端与第一电机连接，第二编码器的另一端与第二伺服驱动器连接；所述第三伺服驱动器的输出端与第二电机的输入端连接；所述第三编码器的一端与第二电机连接，第三编码器的另一端与第三伺服驱动器连接。所述第四伺服驱动器的输出端与旋转电机的输入端连接；所述第四编码器的一端与旋转电机连接，第四编码器的另一端与第四伺服驱动器连接。

所述PLC控制器能够根据输入工件的三维坐标值，通过算法运算得出相应的第一电机、第二电机和旋转电机的转角，之后根据电机转角运算出相应的脉冲数和脉冲频率；所述第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器和第四伺服驱动器接收PLC控制器发出的脉冲信号，分别控制第一电机、第二电机和旋转电机运行；所述编码器采集电机的转角和转速信息，并把采集的信息输送给伺服驱动器，伺服驱动器通过对比初始信息和反馈信息，从而调整相应电机的转速和转角，确保电机达到设定的转速和转角。

本发明的有益效果在于：本发明采用对称结构设计，运动灵活，承载能力强，具有结构简单紧凑，设计合理，加工和装配工艺良好的优点；采用四个伺服电机作为动力源，驱动动平台上的激光头实现空间多自由度运动，同时动平台上的棱镜能够反射激光，使得激光照射到工件上；通过改变棱镜的倾角，从而改变使得小倾角的动平台可以实现大范围的激光照射，方便实现大范围的工件表面涂覆，最终能够对具有空间复杂曲面特征的工件进行表面激光强化涂覆。

附图说明

图1是本发明一种棱镜式激光强化涂覆装置的整体结构示意图。

图2是本发明第一支链的结构示意图。

图3是本发明第二支链的结构示意图。

图4是本发明激光模块和棱镜模块的安装示意图。

图5是本发明棱镜模块的局部剖视示意图。

图中，1-工件、2-激光、3-激光支架、4-动平台、5-平台下接件、6-平台上接件、7-第二连杆、8-第三联轴器、9-旋转电机、10-旋转电机支架、11-第二移动支架、12-第二固定支架、13-第二电机、14-第一电机、15-静平台、16-第一固定支架、17-第一移动支架、18-连接架、19-移动端上接件、20-移动端下接件、21-第一连杆、22-棱镜电机、23-主动杆、24-从动杆、25-棱镜支架、26-平台中间件、27-第一支撑轴承、28-第二联轴器、29-第二丝杠、30-第二丝杠螺母、31-第二滑块、32-第二导轨、33-移动端中间件、34-第一丝杠、35-第一丝杠螺母、36-第一联轴器、37-第一导轨、38-第一滑块、39-棱镜电机支架、40-第一铰接轴、41-第二铰接轴、42-棱镜底座、43-棱镜盖板、44-棱镜、45-激光头、46-紧固螺栓、47-第二支撑轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1～5所示，一种棱镜式激光强化涂覆装置，包括静平台15、动平台4、第一支链、第二支链、激光模块和棱镜模块，所述第一支链和第二支链的固定端连接在静平台15上，第一支链和第二支链的输出端连接动平台4；所述第一支链设置有两条，第二支链设置有一条；静平台15固定设置，激光模块和棱镜模块设置在动平台4的下方。工件1设置在动平台4的正下方，激光模块发出的激光2经棱镜模块反射后照射到工件1上，对工件1表面进行强化涂覆。

两条第一支链对称设置，激光模块和棱镜模块均设置在两条第一支链的对称轴上，激光模块位于第一支链的正下方，棱镜模块靠近两条第一支链的连接线。

所述棱镜模块包括棱镜电机支架39、棱镜电机22、主动杆23、从动杆24、棱镜底座42、棱镜44和棱镜支架25，棱镜支架25的一端固定在动平台4上，棱镜支架25的另一端与棱镜底座42的侧面中部铰接，所述棱镜固定在棱镜底座42上；棱镜电机支架39通过螺栓固定在动平台4上，棱镜电机22固定在棱镜电机支架39上；所述主动杆23和被杆的两端分别设置有一个通孔，主动杆23的一端的通孔通过键固定在棱镜电机22的输出轴上，主动杆23的另一端与从动杆24通过第一连接轴40铰接；所述棱镜底座42的背面设置有凸台，从动杆24的另一端通过第二铰接轴41铰接在棱镜底座42的凸台上；棱镜电机22转动时带动主动杆23圆周运动，并通过从动杆24带动棱镜底座42绕棱镜底座42和棱镜支架25的铰接点转动。

所述激光模块包括激光支架3和激光头45，激光支架3固定在动平台4的底部，且激光支架3设置在第二支链的正下方激光头45固定在激光支架3上，激光头45正对棱镜模块的棱镜44。

所述第一支链包括第一电机14、第一联轴器36、第一丝杠34、第一支撑轴承27、第一丝杠螺母35、第一固定支架16、第一移动支架17和第一连杆21；所述第一电机14通过螺栓固定连接在静平台15上，第一电机14的输出端通过第一联轴器36连接第一丝杠34；所述第一固定支架16的顶部通过螺栓固定连接在静平台15上；所述第一丝杠34的一端连接第一联轴器36，第一丝杠34的另一端连接第一支撑轴承27，所述第一支撑轴承27内嵌在第一固定支架16的下端槽内；所述第一移动支架17上端通过螺栓与第一丝杠螺母35固定连接，第一移动支架17的下端固定有连接架18；所述连接架18通过第一连杆21连接在第一移动支架17上，连接架18的下端通过移动端连接件连接第一连杆21的上端；所述移动端连接件包括移动端上接件19、移动端中间件33和移动端下接件20；所述移动端上接件19的一端与连接架18的下端固定连接，移动端上接件19的另一端与移动端中间件33铰接；所述移动端下接件20的一端与移动端中间件33铰接，移动端下接件20的另一端和第一连杆21的上端通过紧固螺钉固定连接，所述移动端上接件19和移动端下接件20与移动端中间件33之间的铰接轴方向相互垂直；所述第一连杆21的的下端通过平台连接件连接动平台4；所述平台连接件包括平台上接件6、平台中间件26和平台下接件5；所述平台上接件6的一端通过紧固螺钉连接第一连杆21的下端，平台上接件6的另一端与平台中间件26铰接；所述平台下接件5的一端与移动端中间件33铰接，平台下接件5的另一端通过紧固螺钉和固定在动平台上的轴连接，所述平台上接件6和平台下接件5与平台中间件之间的铰接轴方向相互垂直。

所述第二支链包括第二电机13、第二联轴器28、第二丝杠29、第二支撑轴承47、第二丝杠螺母30、第二固定支架12、第二移动支架11、旋转电机9、第三联轴器8和第二连杆7；所述第二电机13通过螺栓固定连接在静平台15上，第二电机13的输出端通过第二联轴器28连接第二丝杠29；所述第二固定支架12的顶部通过螺栓固定连接在静平台15上；所述第二丝杠29的一端连接第二联轴器28，第二丝杠29的另一端连接第二支撑轴承47；所述第二支撑轴承47内嵌在第二固定支架12的底部槽内；所述第二移动支架11与第二丝杠螺母30通过螺栓固定连接，所述旋转电机支架20通过螺栓固定连接在第二移动支架11上；所述旋转电机9固定在旋转电机支架20的内侧，且旋转电机9的输出端通过第三联轴器8连接第二连杆7；所述第二连杆7的一端连接第三联轴器8，第二连杆7的另一端通过平台连接件连接动平台4。

所述棱镜底座42正面的四角设置有四个相同尺寸的螺纹安装孔，棱镜底座42通过与四个螺纹安装孔相配合的螺栓将棱镜盖板43固定在棱镜底座42上，棱镜44设置在冷静丢在哦和棱镜盖板43之间。

所述棱镜支架25设有左右对称的两根，两根棱镜支架25的一端分别与棱镜底座42一侧的中部铰接。

所述激光支架3上设有与激光头45形状相配合的装夹通孔，激光头45固定在激光支架3的装夹通孔内并通过固定装夹通孔的紧固螺栓46固定。

所述第二电机13与旋转电机9的输出轴同轴心，且第一电机14和第二电机13为同种电机。

所述两个第一支链和一个第二支链连接静平台15和动平台4，且两个第一支链和一个第二支链的上下两端与静平台15和动平台4的连接点均呈等边三角形分布。

所述第一固定支架16的内部两侧设置有两个第一导轨37，且套装在第一导轨37上的第一滑块38通过螺栓固定连接在第一丝杠螺母35的两侧。

所述第二固定支架12的内部两侧设置有两个第二导轨32，且套装在第二导轨32上的第二滑块31通过螺栓固定连接在第二丝杠螺母30的两侧。

两个第一电机14的输出端分别设置有第一编码器和第二编码器，第二电机13的输出端设置有第三编码器，旋转电机的输出端设置有第四编码器。

本发明激光发射的工作原理如下：两条第一支链的第一电机14和第二支链的第二电机13不动，旋转电机9运动，动平台4以第二支链为轴心作旋转运动；旋转电机9不动，两条第一支链的第一电机14和第二支链的第二电机13同步运动，实现动平台9直线移动以及空间两自由度的旋转。通过第一电机14、第二电机13和旋转电机9的协调运动，从而实现动平台4在空间的移动和旋转。同时动平台4上设有棱镜电机22，棱镜电机22通过主动杆23和从动杆24的传动控制棱镜44的倾角，激光2通过棱镜44反射到工件1上，并利用改变棱镜44的倾角，使得激光2在工件1上的某一方向移动。第一电机14、第二电机13和旋转电机9协调运动，实现动平台4在空间的移动和旋转，使得激光2能够照射到工件1每一个位置，同时棱镜电机22控制棱镜44的倾角进一步扩大激光照射范围，从而能够对具有复杂曲面特征的工件进行激光强化涂覆。

本发明的控制系统，包括PLC控制器、四个伺服驱动器、三个伺服电机和四个编码器；四个伺服驱动器分别为第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器和第四伺服驱动器；三个伺服电机分别为第一电机14、第二电机13和旋转电机；四个编码器分别为第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器；PLC控制器的输出端分别与第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器和第四伺服驱动器的输入端并联连接；所述第一伺服驱动器的输出端与第一电机14的输入端连接；所述第一编码器的一端与第一电机14连接，第一编码器的另一端与第一伺服驱动器连接；所述第二伺服驱动器的输出端与另一个第一电机14的输入端连接；所述第二编码器的一端与第一电机14连接，第二编码器的另一端与第二伺服驱动器连接；所述第三伺服驱动器的输出端与第二电机13的输入端连接；所述第三编码器的一端与第二电机13连接，第三编码器的另一端与第三伺服驱动器连接。所述第四伺服驱动器的输出端与旋转电机9的输入端连接；所述第四编码器的一端与旋转电机9连接，第四编码器的另一端与第四伺服驱动器连接。

所述PLC控制器能够根据输入工件的三维坐标值，通过算法运算得出相应的第一电机14、第二电机13和旋转电机9的转角，之后根据电机转角运算出相应的脉冲数和脉冲频率；所述第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器和第四伺服驱动器接收PLC控制器发出的脉冲信号，分别控制第一电机14、第二电机13和旋转电机9运行；所述编码器采集电机的转角和转速信息，并把采集的信息输送给伺服驱动器，伺服驱动器通过对比初始信息和反馈信息，从而调整相应电机的转速和转角，确保电机达到设定的转速和转角。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。