光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置及其使用方法，针对于激光熔覆中“光内送粉”喷头的中空圆锥型聚焦光束在离焦量过大的工作面上，光斑空心面积过大造成熔覆时熔池中部熔不透的问题。本发明专利技术提出的可变光路偏焦技术，即从准直光路、扩束光路、聚焦光路中通过移动改变准直镜焦距或移动改变环锥直面反射镜与圆锥直面反射镜的相对位置，使聚焦光束在圆锥镜与环锥镜反射后，形成的中空圆锥形光束在聚焦前相交，而焦点偏离光轴并形成一焦点圆。在相交光束不同的光轴横截面上得到不同的实心光斑或占空比较小的环形光斑，可避免原不偏焦聚焦光路中空光斑占空比太大而中心光能不足问题，实现较宽熔道的熔覆成形。

【技术实现步骤摘要】
光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置及使用方法
本专利技术涉及激光熔覆
，特别是涉及一种光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置及其使用方法。
技术介绍
激光熔覆技术是一种激光技术与加增材制造技术相结合的先进制造技术，近几年来发展迅速。作为一项先进的加工成型技术，其广泛应用金属3D打印、材料的表面改性和失效零部件的修复等，解决了工程实践中的很多难题，在工程应用中创造了巨大的经济效益。此技术中实现光粉耦合成形的核心部件是激光熔覆喷头，目前激光熔覆喷头有二种送粉技术：一种是采用多粉管包围实心光同轴倾斜送粉方法(光外送粉)，另一种是中空环形光包围单粉管中心垂直送粉方法(光内送粉)。本专利技术针对第二种光内送粉方法展开。申请号为201621159526.5的一种光内同轴送粉的聚焦装置，如4所示，激光器输出光纤出光口1后面依次安装有准直透镜3、圆锥直面反射镜4、环锥形抛物面反射镜，二块反射镜均为绕中心轴线的旋转对称结构，反射面相对布置，激光器输出光纤出光口1发出的带有一定角度的激光束2经准直透镜3准直成平行的圆柱形准直光束4，圆柱形准直光束4经圆锥直面反射镜6反射，反射至环锥形抛物面反射镜5，被反射光束成为环形聚焦光束7，最终在工作面11上聚焦，在该焦点10位置形成点光斑，但一般工作时根据需要工作面11应处在焦点11上部或下部离焦位置。离焦是为了得到所需尺寸的环形光斑，以形成环形的高温熔池，从而熔化喷粉口8喷射到熔池内的金属粉束，又能使扫描线上的光能分布均匀化。连续的扫描移动将不断熔覆凝固形成不同宽度的熔道。但是，为了高效率成形而加大离焦量熔覆宽熔道时，在离焦点10位置太远的大离焦面12上，截面上的环形光斑占空比太大，中部空心面积太大，造成熔池中部光能不足，进入熔池的粉束在中部可能熔不透或不能熔化，造成熔道中部缺陷，从而难以得到表面平整、冶金结合强度高的宽熔道，则无法熔覆出质量较好的零件或涂层。因此，如何克服上述缺陷成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术提供一种能够得到所需的实心圆形光斑或任意占空比的中空环形光斑的光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置及其使用方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置，包括：激光器输出光纤出光口，所述激光器输出光纤出光口为与激光器相接的输出光纤出口的终端；准直透镜组，所述准直透镜组设置于所述激光器输出光纤出光口的正下方，且所述激光器输出光纤出光口至所述准直透镜组的距离大于所述准直透镜组的焦距长度；圆锥直面反射镜，所述圆锥直面反射镜设置于所述准直透镜组的正下方；环锥直面反射镜，所述环锥直面反射镜与所述圆锥直面反射镜二者同轴设置，所述环锥直面反射镜相对所述圆锥直面反射镜呈包围状、且二者的反射面沿周向360°方向相对，所述激光器输出光纤出光口出射的发散光束到达所述准直透镜组，当所述准直透镜组到所述激光器输出光纤出光口的距离分别等于、大于或小于准直焦距时，通过所述准直透镜组的光束分别成为平行光束、收敛聚焦光束或发散光束，收敛聚焦光束通过所述圆锥直面反射镜反射至所述环锥直面反射镜后成为圆环锥形聚焦光束，对于不同锥角和尺寸的圆锥直面反射镜和环锥直面反射镜，可使圆环锥形聚焦光束在下方到达光轴前聚焦为一个焦点圆，或到达光轴上聚焦为一个焦点，或经过光轴交汇并偏离光轴聚焦为一个焦点圆；熔覆喷嘴，所述熔覆喷嘴设置于所述圆锥直面反射镜的正下方，所述熔覆喷嘴的出粉口与工作面相对。优选地，所述准直透镜组包括至少一个准直透镜。本专利技术还提供一种所述的光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置的使用方法，包括以下步骤：沿所述圆锥直面反射镜和所述环锥直面反射镜的光轴方向移动调整所述圆锥直面反射镜和所述环锥直面反射镜的相对位置，和/或在所述激光器输出光纤出光口与所述准直透镜组在相对距离大于所述准直透镜组焦距长度的区间沿所述圆锥直面反射镜和所述环锥直面反射镜的光轴方向移动调整所述激光器输出光纤出光口与所述准直透镜组的相对位置，可在所述准直透镜组后方得到相应变化焦距的聚焦光束，所述聚焦光束再经过所述圆锥直面反射镜和所述环锥直面反射镜反射后，得到中空圆环锥形聚焦光束并可在光轴上开始交汇，焦点会在偏离光轴某一位置形成一个焦点圆，在光轴不同横截面上可选择得到不同尺寸的最小重叠实心圆光斑、最大对接实心圆光斑或不同占空比的环形光斑。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术提供的光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置，包括：激光器输出光纤出光口，激光器输出光纤出光口为与激光器相接的输出光纤出口的终端；准直透镜组，准直透镜组设置于激光器输出光纤出光口的正下方，且激光器输出光纤出光口至准直透镜组的距离大于准直透镜组的焦距长度；圆锥直面反射镜，圆锥直面反射镜设置于准直透镜组的正下方；环锥直面反射镜，环锥直面反射镜与圆锥直面反射镜二者同轴设置，环锥直面反射镜相对圆锥直面反射镜呈包围状、且二者的反射面沿周向360°方向相对；熔覆喷嘴，熔覆喷嘴设置于圆锥直面反射镜的正下方，熔覆喷嘴的出粉口与工作面相对。具体使用过程中，通过沿圆锥直面反射镜和环锥直面反射镜的光轴方向移动调整圆锥直面反射镜和环锥直面反射镜的相对位置，和/或在激光器输出光纤出光口与准直透镜组在相对距离大于准直透镜组焦距长度的区间沿圆锥直面反射镜和环锥直面反射镜的光轴方向同轴移动调整激光器输出光纤出光口与准直透镜组的相对位置能够得到所需的实心圆形光斑或任意占空比的中空环形光斑。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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。图1为本专利技术实施例中提供的光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置圆锥直面反射镜上移前后的结构示意图；图2为本专利技术实施例中提供的光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置准直透镜组上移前后的结构示意图；图3为图2的部分结构示意图；图1-图3附图标记说明：100、光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置；1、激光器输出光纤出光口；2、激光束；3、准直透镜组；4、倒圆锥形聚焦光束；5、圆锥直面反射镜；6、环锥直面反射镜；7、环形聚焦光束；8、粉束；9、熔覆喷嘴；10、第一前中空环形光斑；11、第一后中空环形光斑；12、第一前中心圆环；13、第一后中心圆环；14、第一前最大实心圆斑；15、第一后最大实心圆斑；16、第一前最小实心圆斑；17、第一后最小实心圆斑；18、第二前中空环形光斑；19、第二后中空环形光斑；20、第二前最小实心圆斑；21、第二后最小实心圆斑；22、第二前中心圆环；23、第二后中心圆环；24、第二前最大实心圆斑；25、第二后最大实心圆斑。图4为现有的光内同轴送粉的聚焦装置的结构示意图；图4附图标记说明：1、激光器输出光纤出光口；2、激光束；3、准直透镜；4、圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置，其特征在于，包括：/n激光器输出光纤出光口，所述激光器输出光纤出光口为与激光器相接的输出光纤出口的终端；/n准直透镜组，所述准直透镜组设置于所述激光器输出光纤出光口的正下方，且所述激光器输出光纤出光口至所述准直透镜组的距离大于所述准直透镜组的焦距长度；/n圆锥直面反射镜，所述圆锥直面反射镜设置于所述准直透镜组的正下方；/n环锥直面反射镜，所述环锥直面反射镜与所述圆锥直面反射镜二者同轴设置，所述环锥直面反射镜相对所述圆锥直面反射镜呈包围状、且二者的反射面沿周向360°方向相对；/n熔覆喷嘴，所述熔覆喷嘴设置于所述圆锥直面反射镜的正下方，所述熔覆喷嘴的出粉口与工作面相对。/n

【技术特征摘要】
1.一种光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置，其特征在于，包括：
激光器输出光纤出光口，所述激光器输出光纤出光口为与激光器相接的输出光纤出口的终端；
准直透镜组，所述准直透镜组设置于所述激光器输出光纤出光口的正下方，且所述激光器输出光纤出光口至所述准直透镜组的距离大于所述准直透镜组的焦距长度；
圆锥直面反射镜，所述圆锥直面反射镜设置于所述准直透镜组的正下方；
环锥直面反射镜，所述环锥直面反射镜与所述圆锥直面反射镜二者同轴设置，所述环锥直面反射镜相对所述圆锥直面反射镜呈包围状、且二者的反射面沿周向360°方向相对；
熔覆喷嘴，所述熔覆喷嘴设置于所述圆锥直面反射镜的正下方，所述熔覆喷嘴的出粉口与工作面相对。


2.根据权利要求1所述的光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置，其特征在于，所述准直透镜组包括至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：石世宏，李宽，张荣伟，石拓，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32