基于双振镜系统的激光熔覆头的制作方法

本发明涉及激光熔覆领域，尤其涉及一种基于双振镜系统的激光熔覆头。

背景技术：

激光熔覆，是指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，在基层表面形成添料熔覆层。激光熔覆作为一种新的表面改性技术，具有组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多等诸多优点，因此在近年来应用十分的广泛，例如用于设备中内孔周壁的表面修复加工。

现有的激光熔覆光头，对激光光束处理在原理上主要有两个方面：1.通过准直透镜、聚焦透镜、积分镜等镜片的作用，将激光变成矩形光斑，这种优化光斑质量的方式结构简单，但是镜片由于工作环境问题容易受损；2.通过光内同轴送粉的方式，将粉末从送粉通道吹出后直接作用于光斑上，粉末输送和熔覆同步进行，这种方式可以提高熔覆层质量，提高粉末利用率，但是其结构复杂，光头设备成本大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供基于双振镜系统的激光熔覆头，以克服现有技术的激光熔覆头的一个或多个缺陷。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于双振镜系统的激光熔覆头，所述激光熔覆头包括导光筒、设置在所述导光筒远端的熔覆端头，以及设置在所述熔覆端头末端且具有送粉通道的送粉喷嘴，所述熔覆端头上具有激光投射通道，所述激光投射通道内沿激光束的投射方向自后向前依次设置有第一振镜、第二振镜、聚焦镜及保护镜，所述熔覆端头上设有用于驱动所述第一振镜旋转的第一电机、用于驱动所述第二振镜旋转的第二电机，其中，所述第一振镜的旋转中心线与所述第二振镜的旋转中心线相互垂直，且所述第一振镜的旋转中心线与所述导光筒内激光束的投射方向相互垂直。

优选地，所述激光投射通道具有相互连通的第一通道与第二通道，所述第一通道的延伸方向与所述第二通道的延伸方向相互垂直，所述第二振镜设置在所述第一通道与所述第二通道相接处。

进一步地，所述第一通道的延伸方向、所述第二通道的延伸方向及所述导光筒内激光束的投射方向两两之间相互垂直。

进一步地，所述熔覆端头设于所述导光筒的远端并位于所述导光筒的一侧。

进一步地，所述第一电机安装在所述熔覆端头的顶部，所述第二电机安装在所述熔覆端头的一侧。

更进一步地，所述第二电机与所述导光筒位于所述熔覆端头的同一侧。

优选地，所述送粉通道的出口位于所述保护镜的前方。

优选地，所述熔覆端头上还开设有冷却通道，所述冷却通道环设在所述熔覆端头上。

进一步地，所述冷却通道具有进水口与出水口，所述进水口与所述出水口分设于所述熔覆端头的不同侧，且所述出水口高于所述进水口。

优选地，所述激光熔覆头还包括设于所述导光筒近端的准直镜，以及连接激光器的连接头。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的基于双振镜系统的激光熔覆头，其中通过在两个相互垂直的方向上分别设置第一振镜与第二振镜，使得第一振镜与第二振镜分别在x轴和y轴方向上扫描而形成矩形光斑，该光斑经过聚焦镜的作用，使照射到材料表面的光束更加均匀，同时在激光熔覆效率上有很大的改进。该激光熔覆头内镜片数量少，结构简单，且各镜片在加工过程中均能够被很好地保护，使用寿命长。

附图说明

附图1为本发明的激光熔覆头的整体结构示意图；

附图2为本发明的激光熔覆头的剖切示意图；

附图3为本发明的激光熔覆头的正视图；

附图4为附图3的激光熔覆头的纵向剖切示意图；

附图5为本发明的激光熔覆头中激光投射通道内光路传输路线示意图；

其中：1、导光筒；2、熔覆端头；21、进水口；22、出水口；3、第一振镜；4、第二振镜；5、第一电机；6、第二电机；7、聚焦镜；70、聚焦镜座；8、保护镜；80、保护镜座；9、送粉喷嘴；91、送粉口。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1至图5所示，一种基于双振镜系统的激光熔覆头，该激光熔覆头包括导光筒1、设置在导光筒1远端的熔覆端头2、设置在导光筒1近端内部的准直镜（图中未示出）和用于连接激光器的连接头10，以及设置在熔覆端头2末端且具有送粉通道的送粉喷嘴9，激光器发出的激光束经过准直镜准直处理后沿导光筒1向前投射至熔覆端头2中。

熔覆端头2上具有激光投射通道，该激光投射通道内沿激光束的投射方向由后向前依次设置有第一振镜3、第二振镜4、聚焦镜7及保护镜8，熔覆端头2上设有用于驱动第一振镜3旋转的第一电机5、用于驱动第二振镜3旋转的第二电机6，其中，第一振镜3的旋转中心线与第二振镜4的旋转中心线相互垂直，且第一振镜3的旋转中心线与自导光筒1内激光束的投射方向相互垂直。

具体地，熔覆端头2中激光投射通道具有相互连通的第一通道与第二通道，第一通道的延伸方向与第二通道的延伸方向相互垂直，第二振镜4设置在第一通道与第二通道相接的位置处。此处，第一通道的延伸方向、第二通道的延伸方向以及导光筒1内激光束的投射方向这三者两两之间相互垂直。激光束从导光筒1内投射至第一通道后投射在第一振镜3上，经过第一振镜3后沿第一通道投射至第二振镜3上，随后经过第二振镜4后投射至第二通道中，再依次经过聚焦镜7与保护镜8而投射到待加工表面。

本实施例中，在x向设置第二振镜4，在y向上设置第一振镜3，第一振镜3、第二振镜4分别在x轴和y轴方向上扫描，最终形成了一个矩形光斑，该光斑经过聚焦镜7的作用，使照射到材料表面的光束更加均匀。矩形光斑相对圆形光斑，由于变斑范围在20-40mm之间，在激光熔覆效率上有很大的改进。

本实施例中，参见图1至图4所示，熔覆端头2设于导光筒1的远端并位于导光筒1的一侧，第一电机5安装在熔覆端头2的顶部，第二电机6安装在熔覆端头2的一侧且与导光筒1位于熔覆端头2的同一侧。

该熔覆端头2中，聚焦镜7通过聚焦镜座70、保护镜8通过保护镜座80依次设于熔覆端头2上，送粉喷嘴9设于熔覆端头2的末端，其上设有与送粉通道连通的送粉口91，送粉通道的出口位于保护镜8的前方，从而避免粉末进入熔覆端头2内部而造成聚焦镜7及振镜镜片的损坏。送粉喷嘴9上另外设置保护气通道，使得通入的保护气能够将飞溅的粉末吹走，起到避免保护镜8的作用。送粉通道与从熔覆端头2中穿出的激光束共同投射到待加工表面的同一位置处，确保粉末到达待加工表面的同时能够及时地熔覆在待加工表面上。

参见图1所示，熔覆端头2上还开设有冷却通道（图中未示出），该冷却通道环设在熔覆端头2上，冷却通道具有进水口21与出水口22，进水口21与出水口22分设于熔覆端头2的不同侧，进水口21与出水口22在熔覆端头2的高度延伸方向上处于不同的位置，此处具体为出水口22高于进水口21。这样能够对该激光熔覆头中发热量较大的部位，如第一电机5、第二电机6周围，以及聚焦镜7及保护镜8的四周，起到冷却降温的作用，避免由于温度造成各镜片及电机的受损。

综上，本发明的基于双振镜系统的激光熔覆头，其中通过在两个相互垂直的方向上分别设置第一振镜3与第二振镜4，使得第一振镜3与第二振镜4分别在x轴和y轴方向上扫描而形成矩形光斑，该光斑经过聚焦镜7的作用，使照射到材料表面的光束更加均匀，同时在激光熔覆效率上有很大的改进。该激光熔覆头内镜片数量少，结构简单，且各镜片在加工过程中均能够被很好地保护，使用寿命长。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。