本發明專利技術提供了一種用于激光熔覆及修復領域的可移動式激光熔覆及修復系統，包括：可移動平臺，可移動平臺上固定設置有激光器、機器人、變位機、送粉器、圖像處理系統、控制系統（包括PLC主控系統以及PC計算工作站）、攝像機、激光三維掃描傳感器、激光加工頭、同軸送粉頭。本發明專利技術以機器人作為運動本體，采用圖像采集和處理系統對熔覆的熔池尺寸以及溫度等信息進行控制，基于激光三維傳感器對工件掃描實現三維工件模型的切片分層和自動熔覆。本發明專利技術提供的系統方便、靈活，簡化了修復過程，實現了熔覆過程的精確和自適應控制，有效提高了熔覆質量，可移動平臺方便了大型構件的現場應用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于高附加值、精密或大型零部件的表面熔覆及修復
，具體涉及一種采用計算機控制的可移動式激光熔覆及修復系統。
技術介紹
零部件修復的方法主要有激光熔覆、真空釬焊、真空涂層焊、鎢極惰性氣體保護焊和等離子體熔覆修復等方法。激光熔覆是根據工件的工況要求，熔覆各種設計成分的金屬或者非金屬、制備耐熱、耐蝕、耐磨、抗氧化、抗疲勞或具有光、電、磁特性的表面熔覆層。激光熔覆是一種快速冷卻的過程、對基材的熱輸入量少、熱影響區小、熔覆層組織細小、易于實現自動化等，因此使用激光熔覆的方法來修復轉子等零部件比其他方法具有更大的優勢。激光熔覆技術解決了傳統電焊、氬弧焊等熱加工過程中不可避免的熱變形、熱疲勞損傷等一些列技術難題，同時也解決了傳統電鍍、噴涂等覆層與基本結合強度差的矛盾。因此，與其它方法相比較而言，激光熔覆是一種比較理想的表面熔覆或修復加工方法。發電機、汽輪機轉子軸，飛機汽輪機葉片的表面熔覆，車身模具等體積較大，自身重量達幾十噸，甚至幾百噸，如果要進行表面熔覆或者修復，則運輸成本很高，發電機、汽輪機轉子軸，飛機汽輪機葉片的表面熔覆，車身模具等體積較大，自身重量達幾十噸，甚至幾百噸。例如，20萬kW發電機組的軸系總重在100噸左右，30萬kW發電機組的軸系總重在150噸左右。每個轉子的長度都在7-8m以上。這些大型構件需要進行表面熔覆或者修復，如果運到廠家來維修，則運輸成本很高，運輸也極為不便，同時還存在運輸中的安全問題，所以最理想的情況是把激光加工設備運輸到現場，直接在現場對大型構件進行表面熔覆或者修復。但一般的激光加工系統包括激光器、激光加工機、控制系統、水冷機組等幾個分系統組成，由于組成設備較多，結構復雜，所以一般都是分散固定放置在車間內部，不適合運輸到現場作業。經對現有技術文獻檢索分析，發現名稱為激光熔覆設備、申請號為200920133909.9的中國專利文獻提出了一種用大型構件激光熔覆的翻轉機構，這種翻轉機構可以使零件與地面成任意角度，配合旋轉機構可以覆蓋到全部熔覆面，從而提高了激光熔覆的效率和質量。并且只需進行一次裝夾，降低了生產成本，提高了生產效率。申請號為200520090374.3的中國專利文獻所公開的“一種以半導體激光器為光源的移動式激光加工系統”設計了一個激光加工機，將激光發生器和激光加工機安裝在同一臺架上各自的安裝座里，臺架的支柱備有上下調節機構，使激光發生器和激光加工機保持在同一水平面上。該專利技術實際是僅僅提供了一個自行設計的激光加工機，并不涉及運動、控制部分以及系統的其它部分等。申請號為20081000060.4的中國專利文獻所公開的“移動式激光修復設備及其修復方法”，提出 了一種基于三維掃描并進行分層切片的移動式激光修復設備及其修復方法，可以廣泛應用于較高精度、高附加值或者大型設備和零部件的修復，但該設備的移動承載體為汽車，使用并不方便，系統也不具有熔池尺寸自適應控制功能，進一步該專利中也不涉及到控制部分。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術中存在的不足和缺陷，提供一種可靈活移動的激光熔覆及修復系統，該系統運動軌跡靈活，能適應復雜曲面或者空間軌跡的熔覆及修復，可根據待熔覆的工件模型自動切片、軌跡規劃然后進行熔覆或者修復，在熔覆過程中也可以對熔覆的尺寸進行自適應控制，有效地提高了熔覆的質量。由于該系統的移動靈活性，特別適合像汽輪機轉子、發動機葉片以及車身模具等這些大型構件的現場表面熔覆或者修復。根據本專利技術的一個方面，提供一種可移動式激光熔覆及修復系統，包括可移動平臺、6個自由度的機器人、激光器、激光加工頭和同軸送粉頭、送粉器、熔池溫度攝像機以及相應的熔池溫度圖像處理系統、PC計算工作站、PLC主控系統、變位機、激光三維掃描傳感器、輔助裝置，所述機器人、激光器、激光加工頭和同軸送粉頭、送粉器、熔池溫度攝像機以及相應的熔池溫度圖像處理系統、PC計算工作站、PLC主控系統、變位機、激光三維掃描傳感器、輔助裝置均設置在所述可移動平臺上，機器人的第6軸末端設置有激光加工頭、激光三維掃描傳感器、熔池溫度攝像機，激光加工頭下端與同軸送粉頭相連接，送粉器連通至同軸送粉頭，熔池溫度圖像處理系統連接熔池溫度攝像機，同軸送粉頭的粉末流匯聚的位置就是激光器的激光焦距的位置，PLC主控系統通過Profibus總線連接送粉器、機器人、激光器、熔池溫度圖像處理系統、PC計算工作站，機器人、激光三維掃描傳感器通過以太網連接PC計算工作站。優選地，所述熔池溫度圖像處理系統用于通過控制熔池溫度攝像機以獲取激光熔覆過程中的熔池圖像，然后對熔池圖像進行特征提取并向PLC主控系統發送熔池的寬度、面積以及溫度信息；PLC主控系統判斷熔池的寬度、面積以及溫度是否在在期望值區間，如果在期望值區間則不調整，反之則通過實時調整激光器的功率輸出和/或機器人的運行速度以實現熔覆尺寸和溫度的自適應控制；優選地，所述PLC主控系統與PC計算工作站相連以傳輸機器人、激光器、送粉器、熔池溫度圖像處理系統 的狀態以及工藝參數數據信息，以便對可移動式激光熔覆及修復系統的狀態進行檢查，對工藝參數進行實時采集與分析，其中，所述工藝參數包括焊接速度、激光功率、送粉速率。優選地，所述PC計算工作站包括人機界面單元、工件模型處理單元、以及離線編程和仿真單元，其中:所述人機界面單元與PLC主控系統相連，PLC主控系統將機器人、激光器、送粉器、熔池溫度圖像處理系統的狀態以及工藝參數數據信息傳輸給PC計算工作站，并顯示在人機界面單元上以對工作狀態進行實時監測，PLC主控系統實時采集的激光功率、機器人的焊接速度、送粉速率也傳輸給PC計算工作站并實時顯示在人機界面單元上，人機界面單元上設定的機器人的程序編號和焊接速度、以及激光器的程序、激光工藝參數、送粉速率、提前送粉時間、提前送氣時間參數通過PLC主控系統分別傳輸給機器人、激光器以及送粉器；所述工件模型處理單元通過激光三維掃描傳感器掃描熔覆工件以得到熔覆工件的三維點云數據，工件模型處理單元對熔覆工件的掃描部分建立三維立體模型，并在垂直方向進行切片，將三維立體模型轉化為二維平面模型，每層切片的厚度為激光器熔覆時每層的堆高，切片后，工件模型處理單元依次對每層切片進行熔覆軌跡規劃，規劃每層切片的加工路徑；所述離線編程和仿真單元用于在工件模型處理單元得到每層切片的加工路徑后，根據加工路徑進行離線編程，并進行模擬熔覆和修復，如果產生的機器人加工程序模擬結果滿足要求，則將此加工程序下載到機器人中進行實際熔覆，如果模擬不合格，則工件模型處理單元對三維立體模型重新進行切片和軌跡規劃操作。本專利技術具有以下特點:激光器、機器人、送粉器以及熔池圖像處理系統等都裝配在可移動平臺上，構成一個完整的、可移動的、獨立的整體，這樣方便將設備搬運到需要熔覆或者修復的大型零部件現場，機動靈活，又大大節約了時間和運輸成本。系統采用6個自由度的機器人作為運動本體，可以實現很復雜的空間軌跡運動的熔覆及修復。而激光熔覆熔池尺寸的自適應控制則有效地提高了熔覆的質量和尺寸精度，而對三維空間模型的分層切片，軌跡規劃功能則可以實現復雜零部件的熔覆成形及修復。該移動激光熔覆及修復系統將移動性、熔覆尺寸的自適應控制、三維模型的自動分層切片和軌跡規劃、離線編本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種可移動式激光熔覆及修復系統，其特征在于，包括可移動平臺（12）、6個自由度的機器人（1）、激光器（2）、激光加工頭（3）和同軸送粉頭（11）、送粉器（4）、熔池溫度攝像機（5）以及相應的熔池溫度圖像處理系統（6）、PC計算工作站（7）、PLC主控系統（8）、變位機（9）、激光三維掃描傳感器（10）、輔助裝置（13），所述機器人（1）、激光器（2）、激光加工頭（3）和同軸送粉頭（11）、送粉器（4）、熔池溫度攝像機（5）以及相應的熔池溫度圖像處理系統（6）、PC計算工作站（7）、PLC主控系統（8）、變位機（9）、激光三維掃描傳感器（10）、輔助裝置（13）均設置在所述可移動平臺（12）上，機器人（1）的第6軸末端設置有激光加工頭（3）、激光三維掃描傳感器（10）、熔池溫度攝像機（5），激光加工頭（3）下端與同軸送粉頭（11）相連接，送粉器（4）連通至同軸送粉頭（11），熔池溫度圖像處理系統（6）連接熔池溫度攝像機（5），同軸送粉頭（11）的粉末流匯聚的位置就是激光器（2）的激光焦距的位置，PLC主控系統（8）通過Profibus總線連接送粉器（4）、機器人（1）、激光器（2）、熔池溫度圖像處理系統（6）、PC計算工作站（7），機器人（1）、激光三維掃描傳感器（10）通過以太網連接PC計算工作站（7）。...
【技術特征摘要】
1.一種可移動式激光熔覆及修復系統，其特征在于，包括可移動平臺(12)、6個自由度的機器人(I)、激光器(2)、激光加工頭(3)和同軸送粉頭(11)、送粉器(4)、熔池溫度攝像機(5)以及相應的熔池溫度圖像處理系統(6)、PC計算工作站(7)、PLC主控系統(8)、變位機(9)、激光三維掃描傳感器(10)、輔助裝置(13)，所述機器人(I)、激光器(2)、激光加工頭(3)和同軸送粉頭(11)、送粉器(4)、熔池溫度攝像機(5)以及相應的熔池溫度圖像處理系統(6 )、PC計算工作站(7 )、PLC主控系統(8 )、變位機(9 )、激光三維掃描傳感器(10 )、輔助裝置(13)均設置在所述可移動平臺(12)上，機器人(I)的第6軸末端設置有激光加工頭(3)、激光三維掃描傳感器(10)、熔池溫度攝像機(5)，激光加工頭(3)下端與同軸送粉頭(11)相連接，送粉器(4 )連通至同軸送粉頭(11)，熔池溫度圖像處理系統(6 )連接熔池溫度攝像機(5)，同軸送粉頭(11)的粉末流匯聚的位置就是激光器(2)的激光焦距的位置，PLC主控系統(8)通過Profibus總線連接送粉器(4)、機器人(1)、激光器(2)、熔池溫度圖像處理系統(6 )、PC計算工作站(7 )，機器人(1)、激光三維掃描傳感器(10 )通過以太網連接PC計算工作站(7)。2.根據權利要求1所述的可移動式激光熔覆及修復系統，其特征在于，所述熔池溫度圖像處理系統(6)用于通過控制熔池溫度攝像機(5)以獲取激光熔覆過程中的熔池圖像，然后對熔池圖像進行特征提取并向PLC主控系統(8)發送熔池的寬度、面積以及溫度信息；PLC主控系統(8)判斷熔池的寬度、面積以及溫度是否在在期望值區間，如果在期望值區間則不調整，反之則通過實時調整激光器(2)的功率輸出和/或機器人(I)的運行速度以實現熔覆尺寸和溫度的自適應控制。3.根據權利要求1所述的可移動式激光熔覆及修復系統，其特征在于，所述P...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張軻，李鑄國，張悅，黃堅，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：
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