专利名称：一种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光快速修复技术领域，特别是涉及ー种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复装置。
背景技术：
铝及铝合金具有強度高、耐腐蚀性好等优点，是航天、航空和石油化工等エ业领域广泛使用的材料。作为铝合金材料的ー种应用，铝合金叶片在加工和使用过程中可能出现各种损伤，如点缺陷、线缺陷、块缺陷，一般点、线缺陷主要集中在叶片表面，而叶片顶端面容易出现气蚀导致的掉块缺陷。如果直接报废上述带有缺陷的叶片零件将会造成很大的浪费，为此专家们提出了对缺陷叶片修复的各种方法，如激光熔覆、真空钎焊、真空涂层法、钨极惰性气体保护焊(TIG)和等离子体熔覆修复等方法。其中，激光熔覆修复技术具有热输入量少、热影响区小、熔覆层组织细小、易于实现自动化等优点，因此使用激光熔覆的方法来修复叶片等零部件比其它的方法具有更大的优势。激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是ー种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。激光熔覆成套设备一般由激光器、冷却机组、送粉机构、加工工作台与数控系统等部分組成。激光熔覆在燃气轮机热端部件修复上的运用应首推GE公司，该公司在1990年采用5kw C02激光加工热层堆焊接长修复了高压涡轮叶片的叶尖，并称为该公司十大新技术之一。后来美国的Liburdi Engineering Limited也在JT8D发动机转子叶片的叶尖与叶冠修复上，研究发展了一套高自动化的激光熔敷系统。德国马达和燃气轮机联合公司(MTU)维修公司与汉诺威激光研究中心，发展了激光熔覆堆焊技术用于涡轮叶片冠部阻力面的硬面敷层或恢复几何尺寸。美国Westinghouse公司用该技术修复长I. 2m的蒸汽机叶片前端的水蚀。Pratt& Whitney公司用6kW激光器，在镍基合金汽轮机叶片上成功熔覆钴基合金。目前对叶片缺陷的修复过程是首先通过夹具将待修复叶片固定在工作台上，然后通过人工操作数控系统对待修复区域进行试教，然后确定修复运动轨迹和修复エ艺參数，并编制程序，最后进行叶片的实际修复，该过程主要靠操作人员来判断试教位置，针对相同类型的缺陷(例如点缺陷、线缺陷等)，毎次都必须重复，效率低、可靠性低、修复件的质量稳定性差是存在的主要问题。目前由人工试教进行激光修复叶片缺陷是普遍采用的做法，使用该方法修复叶片的质量主要由操作人员的水平和经验等因素決定，对于单件小批量叶片的修复任务，该方法勉強能够胜任；而对于大批量，尤其是大批量同类型叶片缺陷的修复任务而言，这种方法存在的问题就比较突出，主要是修复效率低下，修复质量稳定性差，整体修复的可靠性不高，受人为因素影响较大，不利于大批量修复。而对于铝合金导向叶片来说，由于原材料以及现有加工エ艺的问题，常常导致零件上存在点状和线状缺陷，根据实验发现对于点状以及长度不大于30_的线状缺陷比较适合采用激光修复的方法进行解決，这类带有缺陷的叶片占到 叶片生产总量的10%左右，具有较大的批量。
发明内容本实用新型针对大批量铝合金导向叶片点状、线状缺陷问题，提供一种效率高、可靠性好、修复件质量稳定的ー种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复装置。本实用新型的目的是这样实现的，一种子铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复设备，其特征是至少包括エ控计算机、机器人控制柜、光纤激光器、送粉器、机器人本体、相机和激光测距传感器、激光光路単元、同轴送粉喷嘴、工作台、氩气瓶，其中，エ控计算机与相机和激光测距传感器通过电缆线连接，エ控计算机通过以太网线与机器人控制柜连接，机器人控制柜通过电缆线与机器人本体连接，机器人控制柜通过I/o端ロ与光纤激光器的I/o端ロ连接，机器人控制柜通过电缆线与送粉器连接，光纤激光器通过传导光纤与激光光路单元连接，将光纤激光器产生的激光束传输给激光光路単元；送粉器与同轴送粉喷嘴通过管道连接，氩气瓶通过输气管与送粉器连接，氩气瓶通过输气管与同轴送粉喷嘴连接；相机和激光测距传感器与激光光路単元通过法兰盘连接在一起。激光光路単元与同轴送粉喷嘴通过螺纹机械连接在一起。激光光路単元与机器人本体机械连接在一起，激光光路系统通过法兰盘与机器人操作臂末端连接。本实用新型的优点是采用视觉引导的铝合金导向叶片的激光快速修复方法，克服了传统人工试教方法的诸多弊端。使用人工试教的方法，修复ー个点缺陷，其中人工试教机器人对刀就需要3飞分钟，而采用视觉引导的智能化激光修复过程，一个缺陷的对刀过程仅需要十几秒，平均一个叶片上面有61处缺陷，则采用视觉引导的修复方法修复整个叶片的时间比人工试教方法修复ー个缺陷的时间还要短，大大提高了铝合金导向叶片的激光修复效率。采用人工试教的方法，修复铝合金导向叶片的一次成功率为92. 3%，通过采用视觉引导的自动化修复，一次修复成功率可以达到99. 6%，修复质量稳定性高，基本不需要进行二次修复工作，大大节省了修复时间，提高了生产效率，节约了机时和成本。
下面结合实施例附图对本实用新型作进ー步说明图I基于视觉引导的激光快速修复设备构成图。图中，I.エ控计算机；2.机器人控制柜；3.光纤激光器；4.送粉器；5.机器人本体；6.相机和激光测距传感器；7.激光光路単元；8.同轴送粉喷嘴；9.工作台；10.氩气瓶。
具体实施方式
[0015]如图I所示，ー种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复装置，エ控计算机I、机器人控制柜2、光纤激光器3、送粉器4、机器人本体5、相机和激光测距传感器6、激光光路单元7、同轴送粉喷嘴8、工作台9、氩气瓶10，其中，エ控计算机I与相机和激光测距传感器6通过电缆线连接，相机拍摄的铝合金导向叶片缺陷图片将通过该电缆线传输给エ控计算机1，激光测距传感器測量得到的缺陷位置距离信息通过电缆线传输给エ控计算机I ;エ控计算机I通过以太网线与机器人控制柜2连接，エ控计算机I通过以太网线可以实现对机器人控制柜2内部信息的获取和修改；机器人控制柜2通过电缆线与机器人本体5连接，实现对机器人本体的控制；机器人控制柜2通过I/O端ロ(即机器人通用输出OUTPUT端ロ)与光纤激光器3的I/O端ロ(即光纤激光器外部控制输入端ロ INPUT端ロ)连接，实现机器人控制柜2对光纤激光器3开/关、激光能量大小等的控制；机器人控制柜2通过电缆线与送粉器4连接，机器人控制柜2输出24V/0V信号，从而控制送粉器4开/关，机器人控制柜2通过输出OV到IOV模拟信号控制送粉器4电机转速，实现对送粉量大小的控制；3光纤激光器3通过传导光纤与激光光路単元7连接，将光纤激光器产生的激光束传输给激光光路 単元7 ;送粉器4与同轴送粉喷嘴8通过管道连接，实现将送粉器4中的金属粉末传输到同轴送粉喷嘴内；氩气瓶10通过输气管与送粉器4连接，为送粉器提供一定压カ的稳定气源；氩气瓶10通过输气管与同轴送粉喷嘴8连接，实现对送粉喷嘴供气；相机和激光测距传感器6与激光光路単元7通过法兰盘连接在一起，实现相机、激光测距传感器和光路系统机械连接在一起；激光光路単元7与同轴送粉喷嘴8通过螺纹机械连接在一起，激光束通过激光光路系统后，将聚焦在某一位置，同轴送粉喷嘴输送出来的粉末刚好送入该焦点位置，实现粉末和激光焦点的同轴汇聚。激光光路単元7与机器人本体5机械连接在一起，激光光路系统通过法兰盘与机器人操作臂末端连接在一起，由于相机和激光测距传感器、同轴送粉喷嘴和激光光路系统已经通过机械结构连接在一起，所述机器人操作臂将带着上述三个部件一起运动；为工作台9，等待修复的叶片零件将被装夹在工作台9上；氩气瓶10为送粉器和同轴送粉喷嘴提供稳定的气源。为实现对铝合金导向叶片的视觉自主化引导的激光快速修复，通过视觉系统对待修复叶片点状缺陷的位置(X，Y)和高度Z进行自动识别和提取。为此，本实用新型在机器人操作臂末端的同轴送粉与激光整形光路安装位置同步安装了 CCD相机和激光测距传感器，相机、激光测距传感器以及同轴送粉喷头的安装位置均相对固定，都安装在机器人操作臂法兰盘上，因此他们与机器人操作臂末端法兰盘的偏移量均为固定值。在进行铝合金叶片修复时，首先将叶片待修复面向上，暴露出缺陷位置，然后由操作人员将机器人移动到初始位置，初始位置只要保证缺陷出现在视觉系统的视场中即可。然后开始自主化缺陷位置识别过程，该过程分为以下几个步骤I)人工调整机器人姿态，使视觉系统对准叶片待修复区域；2)选择关节坐标系，通过调整机器人各个关节旋转运动，使视觉系统与待修复叶片表面基本垂直，3)将坐标系切换为直角坐标系，控制机器人带动视觉系统移动到合适距离，使视觉系统对准叶片待修复区域。
权利要求1.ー种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复装置，其特征是至少包括エ控计算机(I)、机器人控制柜(2)、光纤激光器(3)、送粉器(4)、机器人本体(5)、相机和激光测距传感器(6)、激光光路単元(7)、同轴送粉喷嘴(8)、工作台(9)、氩气瓶(10)，其中，エ控计算机(I)与相机和激光测距传感器(6)通过电缆线连接，エ控计算机(I)通过以太网线与机器人控制柜(2)连接，机器人控制柜(2)通过电缆线与机器人本体(5)连接，机器人控制柜(2)通过I/O端ロ与光纤激光器(3)的I/O端ロ连接，机器人控制柜(2)通过电缆线与送粉器(4)连接，光纤激光器(3)通过传导光纤与激光光路単元(7)连接，将光纤激光器产生的激光束传输给激光光路単元(7 );送粉器(4)与同轴送粉喷嘴(8 )通过管道连接，氩气瓶(10 )通过输气管与送粉器(4)连接,IS气瓶(10)通过输气管与同轴送粉喷嘴(8)连接；相机和激光测距传感器(6)与激光光路単元(7)通过法兰盘连接在一起。
2.根据权利要求I所述的ー种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复装置，其特征是所述的激光光路単元(7)与同轴送粉喷嘴(8)通过螺纹机械连接在一起。
3.根据权利要求I所述的ー种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复装置，其特征是所述的激光光路単元(7)与机器人本体(5)机械连接在一起，激光光路系统通过法兰盘与机器人操作臂末端连接。
专利摘要本实用新型属于激光快速修复技术领域，特别是涉及一种铝合金导向叶片缺陷的激光快速修复装置，其特征是包括工控计算机、机器人控制柜、光纤激光器、送粉器、机器人本体、相机和激光测距传感器、激光光路单元、同轴送粉喷嘴、工作台、氩气瓶，其中，工控计算机与相机和激光测距传感器通过电缆线连接，工控计算机通过以太网线与机器人控制柜连接，机器人控制柜通过电缆线与机器人本体连接，机器人控制柜通过I/O端口与光纤激光器的I/O端口连接，机器人控制柜通过电缆线与送粉器连接，光纤激光器通过传导光纤与激光光路单元连接。它种效率高、可靠性好、修复件质量稳定。
文档编号C23C24/10GK202658232SQ20112054017
公开日2013年1月9日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者马良, 林鑫, 陈静, 薛蕾, 杨海欧, 谭华, 黄卫东 申请人:西安铂力特激光成形技术有限公司