[发明专利]一种可实现熔覆过程预热和重熔的激光熔覆光路系统及其工作过程

权利要求书

1.一种可实现熔覆过程预热和重熔的激光熔覆光路系统，其特征在于，为激光熔覆头的光路系统，包括：第一激光发射器、快门、光束整形器、平面反射透镜、第二激光发射器、偏振分光棱镜、平面透镜和凸透镜；

从上至下依次设置的第一激光发射器、快门、光束整形器、平面反射透镜以及从上至下依次设置的偏振分光棱镜、平面透镜和凸透镜构成预热和重熔光路系统；从上至下依次设置的第二激光发射器、偏振分光棱镜、平面透镜和凸透镜构成激光熔覆光路系统；所述预热和重熔光路系统与激光熔覆光路系统共用偏振分光棱镜、平面透镜和凸透镜；

所述预热和重熔光路系统、所述激光熔覆光路系统和激光熔覆头的配合，用于实现激光熔覆涂层的预热和重熔；所述激光熔覆光路系统与激光熔覆头和送粉通道的配合，用于实现粉末激光熔覆成型；

所述快门用于滤除所述第一激光发射器产生的激光束周围的杂散光，所述光束整形器用于对通过快门的激光束进行整形，所述平面反射透镜用于实现整形后的激光束的光路方向调整，将整形后的激光束反射进入偏振分光棱镜，将整形后激光束送入激光熔覆光路系统，实现激光熔覆涂层的预热和重熔；

所述偏振分光棱镜用于对平面反射透镜反射的整形后激光束进行反射，并通过平面透镜和凸透镜实现通过偏振分光棱镜的整形后激光束的聚焦，聚集后的整形后激光束用于对涂层或基体进行预热或重熔；所述偏振分光棱镜还可透过所述第二激光发射器产生的激光束，透过偏振分光棱镜的激光束通过平面透镜和凸透镜进行聚焦，配合送粉通道实现粉末激光熔覆成型。

2.根据权利要求1所述的可实现熔覆过程预热和重熔的激光熔覆光路系统，其特征在于，所述光束整形器包括从上至下依次设置的激光扩束器和环形光束整形器，所述激光扩束器用于扩大激光束直径、减小发散角，所述环形光束整形器用于将通过快门和激光扩束器的激光束整形为稳定的环形平顶激光束，所述环形平顶激光束在激光束所有区域的能量密度一致。

3.根据权利要求2所述的可实现熔覆过程预热和重熔的激光熔覆光路系统，其特征在于，所述平面反射透镜与通过光束整形器的环形平顶激光束入射方向呈45°夹角，用于将环形平顶激光束水平反射进入偏振分光棱镜，所述环形平顶激光束经偏振分光棱镜反射为竖直向下的环形平顶激光束。

4.根据权利要求1所述的可实现熔覆过程预热和重熔的激光熔覆光路系统，其特征在于，所述偏振分光棱镜由2块等腰直角棱柱镜的斜边胶合而成，偏振分光棱镜的入射和透射表面均镀有增透膜，胶合面镀有45度斜面介质分束膜用于实现偏振；所述第二激光发射器产生的激光束经过偏振分光棱镜可直接透过并且不发生反射。

5.根据权利要求2或3所述的可实现熔覆过程预热和重熔的激光熔覆光路系统，其特征在于，所述第一激光发射器产生的激光束为高斯分布激光束，该高斯分布激光束在工作区域为环形平顶激光束，环形平顶激光束中间无激光束。

6.根据权利要求1或4所述的可实现熔覆过程预热和重熔的激光熔覆光路系统，其特征在于，所述第二激光发射器产生的激光束以及透过偏振分光棱镜且经聚集后的激光束均为高斯分布激光束。

7.一种如权利要求1-6任意一项权利要求所述的可实现熔覆过程预热和重熔的激光熔覆光路系统的工作过程，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、预热和重熔光路系统以及激光熔覆光路系统构成激光熔覆头的光路系统，激光熔覆头安装在机器人执行端或者安装在机床主轴上；

步骤二、根据成型零件三维模型设计激光熔覆轨迹；

步骤三、准备激光熔覆基板和熔覆粉末；

步骤四、根据粉末设置激光熔覆光路系统中的激光熔覆参数，以及预热和重熔光路系统中的激光参数，之后进行激光熔覆实验，并形成激光熔覆区域。