80的每一个具有相应的激光源540、840、在控制器90的控制下工作以改变由相应的激光源产生的激光束的朝向的移动反射镜550、850、以及检测器560、860。轮廓测定仪50、80的每一个优选具有与它们的相应检测器560、860配套的已知构造的滤光器570、870。滤光器570、870滤除在激光焊接过程中产生的反射电磁频率的频带，以减少检测器噪音。已知的滤光器可包括在处理轮廓测定仪的扫描数据之前过滤检测器输出频率的机械滤光装置(例如镀膜透镜)或电滤光装置。
[0054]图7-10示出了填料分布系统70的示例性实施例。分布系统70具有限定内部腔体720的外壳710 (在此为管状)和多个填料分布孔731-736(在下文中称为“孔”)，填料经由这些孔排出。虽然在此示例性实施例中示出了六个孔，但是可以有选择性地改变它们的排列模式和尺寸，以提供所需的填料分布模式。孔的排列模式例如可为如图7-10所示的直线模式或任何所需的多边形模式(例如长方形、梯形等)。转动螺旋740机械供料机构安装在外壳710中，并具有设定填料轴向流量限制的前密封件742和后密封件744。因此，填料分布流动宽度受孔731和736的最大展宽的约束。螺旋740由分布驱动系统735在控制器90的控制下转动，并从供料料斗750向孔阵列731-736输送填料，而无需加压气体的辅助，或者仅使用不破坏所需的或可接受的填料分布模式的少量加压气体的辅助。虽然在焊接过程过程中可能仍需要使用惰性气体来实现氧化隔离，但是气体可独立供应，例如在焊接隔离室中提供。可替代地，焊料可与粉末状填充金属混合，或者单独供送，以提供这种保护功能。不使用加压气体辅助供送填料消除了气流涡流破坏填料分布一致性或导致填料结块的可能性。可通过改变螺旋740的转速来改变填料供送速度。可通过改变分布孔731-736的尺寸(将在下文中说明)或螺旋线型的尺寸来改变总体供料速度。
[0055]通过改变螺旋740在外壳710内的轴向位置，可有选择性地改变填料分布系统70的供料宽度。对比图7和图8能够看出，通过把一个或多个孔731、732从螺旋740隔离，可使供料宽度变窄。也可通过改变分布孔的尺寸(如图9所示)来改变填料分布。在此，具有孔761、762等的孔板760遮盖外壳710中的较大的相应孔731、732等。可以使用其它已知的孔尺寸改变机构来代替孔板760，包括但不局限于独立的螺纹孔口和可调栅板。
[0056]图10示出了填料分布系统70的另一个实施例，该实施例有助于有选择性地排出容纳在分别与排出阀751A-C相通的多个料斗750A、750B、750C中的不同填料成分。排出阀在控制器90的控制下有选择性地向外壳710中排放填料。
[0057]在图11所示的一个可替代实施例中，两个或更多激光焊接装置60或激光轮廓测定仪50、80共享一个公共的激光源640，该激光源的输出激光束被两个或更多移动反射镜系统550、650、850反射。激光源640和其聚焦系统641可结合有激光驱动系统642，该激光驱动系统642与控制系统90工作耦合，用于复用、汇聚和重定向激光束光斑和/或方向。可替代地，可以利用与控制系统90工作耦合的移动反射镜系统550、650、850来复用或重定向激光束方向。可针对特定应用有选择性地改变共享的激光源频率、功率输出、光斑尺寸、调制等，作为焊接激光束或尺寸扫描激光束。若熔覆系统顺次进行焊前尺寸扫描、焊接和可选的焊后尺寸扫描，则可利用一个公共的激光源来实现所有三个顺次功能。在实时动态工作的扫描系统中，任何共享的激光源必须在共享装置之间复用。
[0058]在一些熔覆施加中，优选针对熔覆操作的不同部分利用不同的焊接激光束特性。例如，可针对沉积在裸露基底上的首层覆层优化第一组激光功率强度和/或频率范围特性，并针对首层上的后续沉积层优化第二组特性。可针对不同的表面拓扑优化第三组特性--例如沿相邻焊道的边界的拓扑。更好的方式可能是切换分别针对一组特定输出特性配置的不同激光器，而不是动态重新配置焊接激光输出特性。如图12所示，在嵌套光纤管643的输出端之前插入激光变焦透镜641。不同的激光源640A和640B光耦合至光纤管芯层645和外侧熔覆光层644，用于有选择性地切换在焊接过程中所用的激光束。对于某种焊接应用，利用从激光源640B发出并经由光芯层645传播的激光束。类似地，对于其它焊接应用，利用从激光源640A并经由外侧熔覆光层644传播的激光束。
[0059]与已知的光学摄像头尺寸测量系统不同的是，本发明的实施例能随着激光焊接过程的进行实时或连续地获取尺寸数据，而不受激光焊接过程中导致的烟气状况和/或紫外线发射的影响。与已知的顺次激光轮廓测定和激光切割系统相比，不受烟气和/或高反射紫外线条件的影响快速获得精确的高分辨率焊前三维尺寸数据的能力能够极大地提高实时动态扫描和焊接的能力。可选的实时焊后三维尺寸扫描的附加能力有助于实现动态反馈控制系统，该系统能动态改变熔覆系统的功能特性(例如焊接路径、焊接轮廓或施加、以及填料的动态选择性分布)，从而熔覆系统能对焊接过程中基底性质的变化做出响应。
[0060]如上述的美国专利申请13/611,034中的更充分的说明，优选通过从焊接激光器向填料和基底传递适当的光能来动态、实时地控制焊接过程，该光能把填料熔覆在基底上，作为填料层，但不会导致所述基底热老化。在此处所述的实施例中，通过根据部件表面拓扑动态改变光能的传递以便向基底和填料传递一致的能量，能够避免部件基底发生热老化。在本发明的实施例中，在焊接过程中，通过以下的一个或多个手段，可实现一致的能量传递:改变所述基底和焊接激光束的相对移动速度；改变激光功率输出；使焊接激光束和所述基底相互之间形成光栅状扫描；沿焊接模式路径使所述基底和焊接激光束彼此相对平移和摆动；调制激光输出，使用填料分布系统改变填料的组成、引入速度或分散模式；或使用控制系统在闭环反馈回路中监测能量传递，并根据监测的能量传递改变能量传递速率。
[0061]虽然在本文中详细示出和说明了结合有本发明的教导的多种实施方式，但是本领域技术人员能够轻易地设计出仍结合有这些教导的许多不同的其它实施方式。本发明的应用不限于在说明中所述和在附图中所示的示例性实施例的详细构造和部件布置形式。本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施。而且，还应理解，在本文中所用的措词或术语仅用于说明性目的，不构成任何限制。“包含”、“包括”或“具有”等词和其变化形式的使用意味着涵盖其后所列的项目和同等项目、以及附加项目。除非另有规定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”以及它们的变化形式按其广义范围使用，并涵盖直接和间接安装、连接、支撑和耦合。而且，“连接”和“耦合”不局限于物理或机械连接或耦合。
【主权项】
1.一种用填料层对具有基底和表面的涡轮机部件进行熔覆的系统，包括: 工作台装置，用于在其上接收涡轮机部件基底，并具有工作台接口 ； 激光轮廓测定仪装置，用于扫描涡轮机部件基底表面，并获取部件尺寸数据，该激光轮廓测定仪装置具有: 扫描激光器，产生用于从涡轮机部件表面反射光能的扫描激光束； 至少一个移动扫描反射镜，拦截扫描激光束，用于把扫描激光束定向到基底表面上；和激光轮廓测定仪装置驱动系统接口，耦合至所述的扫描激光器和至少一个移动扫描反射镜，用于使它们之间彼此相对移动； 熔覆填料分布装置，用于在涡轮机部件基底上引入填料； 激光焊接装置，用于向涡轮机部件基底和该基底上的填料传递光能，该光能使填料熔合到该基底上，作为以焊接模式施加的沉积填料层，该激光焊接装置具有: 焊接激光器，产生焊接激光束，以传递光能； 至少一个移动焊接反射镜，拦截焊接激光束，用于把激光束定向到基底表面上；和焊接激光装置驱动系统接口，耦合至所述的焊接激光器和至少一个移动焊接反射镜，用于使它们之间彼此相对移动； 驱动系统，与工作台、轮廓测定仪、熔覆填料分布装置、激光焊接装置以及它们各自的驱动接口工作耦合，以操作这些装置，并实现这些装置之间的受控相对运动；和控制系统，与所述这些装置的每一个和它们的驱动接口工作耦合，用于: 利用激光轮廓测定仪装置获取部件尺寸数据； 把获得的部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较； 根据部件尺寸数据和部件规格尺寸数据的比较结果:确定用于熔覆部件基底表面的各部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据；以及 使熔覆填料分布装置和激光焊接装置执行其各自模式，以熔覆涡轮机部件基底。
2.如权利要求1所述的系统，其中，控制系统实时监视和执行所有功能。
3.如权利要求1所述的系统，其中，熔覆填料分布装置定位为在位于焊接激光束前方的基底上引入填料，并包括: 分布装置外壳，具有限定分布孔的外表面以及与分布孔相通、适于留存填料的内腔；进料机构，适于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料；和进料机构驱动系统接口，耦合至进料机构，用于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料。
4.如权利要求3所述的系统，其中，熔覆填料分布装置还包括: 多个排成阵列的分布孔； 分布孔隔离机构，用于有选择性地把分布孔与所述内腔中的填料隔离，并耦合至进料机构驱动系统接口； 孔调整机构，用于有选择性地改变分布孔的尺寸，并耦合至进料机构驱动系统接口 ；所述控制系统使熔覆填料分布装置有选择性地改变分布孔隔离机构、孔调整机构以及进料机构驱动系统接口的操作，以执行填料引入模式。
5.如权利要求3所述的系统，其中，熔覆填料分布装置还包括: 多个用于留存相应的填充金属的内腔；和 内腔选择机构，用于有选择性地使分布孔和相应的内腔连通，并耦合至进料机构驱动系统接口 ； 所述控制系统使熔覆填料分布装置有选择性地改变内腔选择机构以及进料机构驱动系统接口的操作，以改变填料引入模式中的填料成分。
6.如权利要求1所述的系统，其中，控制系统通过以下的任何一个控制功能使焊接激光器和焊接激光驱动系统接口在整个焊接模式中保持向所述基底一致地传递能量，而不会导致所述基底热老化: 改变所述基底和焊接激光束的相对移动速度； 改变焊接激光器的功率输出； 使焊接激光束和所述基底相互之间形成光栅状扫描； 沿焊接模式路径使所述基底和焊接激光束彼此相对平移和摆动； 调制焊接激光器的功率输出； 改变填料的成分、引入速度或分散模式；或 利用控制系统在闭环反馈回路中监测能量传递