用于野外環(huán)境受損金屬零件快速修復(fù)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)，特別涉及一種用于野外環(huán)境下快速制造和修復(fù)受損金屬零件的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]野外環(huán)境下設(shè)備后勤保障要求受損零件能夠快速修復(fù)或更換，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能的快速恢復(fù)。但是野外環(huán)境受損零件無法預(yù)知，傳統(tǒng)設(shè)備維護(hù)方式是攜帶易損備件。但經(jīng)常遇到的情況是，帶上的沒損壞，損壞的沒帶上，這就要求修復(fù)設(shè)備具有足夠的柔性，能適用于不同尺寸、形狀的零件修復(fù)。此外，修復(fù)裝備在野外環(huán)境下需要快速轉(zhuǎn)運(yùn)，要求設(shè)備運(yùn)輸過程中所占重量、空間盡可能小。金屬激光直接成形技術(shù)是屬于增材制造技術(shù)的一種，是以激光作為加工熱源，以金屬粉末為加工原料，在金屬材料上逐層堆積，制造出形狀復(fù)雜且力學(xué)性能優(yōu)異的金屬零件。熔覆層與基體之間為冶金結(jié)合，強(qiáng)度高，激光熱源熱輸入、熱影響區(qū)小。因此，該技術(shù)可直接應(yīng)用于受損零件的快速修復(fù)。金屬激光直接成形過程無切削力等外力作用，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)重量減輕、結(jié)構(gòu)折疊、并能實(shí)現(xiàn)在線修復(fù)及直接制造零件，特別適用于野外環(huán)境對修復(fù)設(shè)備的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了滿足野外環(huán)境對后勤保障設(shè)備的要求，提供一種便攜、可折疊并具有在線三維反求功能的受損金屬零件快速修復(fù)的裝置，為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0004]激光加熱模塊、折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊、粉末輸送模塊、無手套箱的氣體保護(hù)模塊、在線三維反求模塊、電氣控制模塊組成，其特征在于:激光加熱模塊的聚焦準(zhǔn)直部分和粉末輸送模塊的噴嘴、粉末輸送模塊的分粉器安裝于折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊的Z軸上;無手套箱的氣體保護(hù)模塊通過管路接通粉末輸送模塊的送粉器與噴嘴;在線三維反求模塊的轉(zhuǎn)臺與折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊的Z軸滑臺采用相同的接口安裝于折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊的Y軸滑臺上，并可隨之折疊轉(zhuǎn)動(dòng)；電氣控制模塊的運(yùn)動(dòng)控制卡通過其端子板實(shí)現(xiàn)對其他模塊的控制。
[0005]折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊是采用懸臂式結(jié)構(gòu)布置，其中雙層十字轉(zhuǎn)接板連接X軸與Y軸，以Y軸滑臺作為掃描相機(jī)轉(zhuǎn)臺和Z軸的安裝的公共接口，Z軸通過YZ轉(zhuǎn)接板與Y軸相連，Z軸滑臺上安裝粉末輸送模塊的分粉器和噴嘴、激光加熱模塊的準(zhǔn)直鏡和聚焦鏡，并隨Z軸一起折疊。
[0006]無手套箱的氣體保護(hù)模塊采用氣體管路將氮?dú)獍l(fā)生器產(chǎn)生的氣體依次通過節(jié)流閥、減壓閥、流量計(jì)后:一路氮?dú)膺M(jìn)入粉末輸送模塊作為粉末輸送的載氣，另一路氮?dú)膺M(jìn)入粉末輸送模塊的噴嘴。
[0007]在線三維反求模塊的相機(jī)安裝到云臺上，云臺與轉(zhuǎn)臺相連，轉(zhuǎn)臺安裝到Y(jié)軸滑臺上。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有的設(shè)備相比主要優(yōu)點(diǎn)有:
[0009]本發(fā)明將絲杠驅(qū)動(dòng)的三軸運(yùn)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)為懸臂式可折疊結(jié)構(gòu)，在運(yùn)輸過程中所占空間減少30%以上。
[0010]本發(fā)明將在線三維掃描反求技術(shù)與激光金屬直接成形技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)受損金屬零件三維掃描-反求受損模型-坐標(biāo)系匹配-自動(dòng)加工的過程。
[0011]本發(fā)明采取無手套箱的氣體保護(hù)，使設(shè)備可應(yīng)用于受損金屬零件的在線修復(fù)，采用氣體保護(hù)以防止金屬在高溫條件下被氧化。
[0012]本發(fā)明采用氮?dú)獍l(fā)生器從空氣中直接制取的氮?dú)庾鳛槿鄢氐谋Ｗo(hù)氣體，解決了野外環(huán)境的金屬零件激光修復(fù)的保護(hù)氣氣源問題。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明裝置的打開狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是本發(fā)明裝置的折疊狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖3是本發(fā)明裝置的三維反求狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖1?圖3中:I是氮?dú)獍l(fā)生器，2是運(yùn)動(dòng)平臺底座，3是雙層十字轉(zhuǎn)接板，4是Y軸，5是X軸，6是送粉器，7是水冷機(jī)，8是電氣控制模塊的電控箱，9是激光器，10是電氣控制模塊的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，11是YZ轉(zhuǎn)接板，12是Z軸，13是分粉器，14是準(zhǔn)直鏡，15是聚焦鏡，16是噴嘴，17是轉(zhuǎn)臺，18是75:臺，19是二維掃描相機(jī)。
[0017]圖4是YZ運(yùn)動(dòng)軸的折疊機(jī)構(gòu)YZ轉(zhuǎn)接板，其中20為轉(zhuǎn)軸，23為鎖緊螺栓，21為Z軸轉(zhuǎn)接板，22為Y軸轉(zhuǎn)接板；圖5為XY運(yùn)動(dòng)軸的折疊機(jī)構(gòu)雙層十字轉(zhuǎn)接板，其中24為轉(zhuǎn)軸，27為鎖緊螺母，25為Y軸轉(zhuǎn)接板，26為X軸轉(zhuǎn)接板。
【具體實(shí)施方式】
[0018]—種應(yīng)用于野外環(huán)境的輕量化、可折疊的受損金屬零件快速修復(fù)裝置，其打開、折疊和三維反求狀態(tài)分別參考圖1、圖2和圖3，包括激光加熱模塊、折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊、粉末輸送模塊、無手套箱氣體保護(hù)模塊、在線三維反求模塊、電氣控制模塊等組成。
[0019]參考圖1，受損金屬零件快速修復(fù)設(shè)備的折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊以懸臂式方式布置，附圖1中2是設(shè)備底座，是整臺設(shè)備的基礎(chǔ)，封閉式直線運(yùn)動(dòng)單元4、5、12、轉(zhuǎn)接板3、11組成了執(zhí)行運(yùn)動(dòng)、折疊的部件，X軸5安裝于底座上，Y軸4通過圖5中的XY運(yùn)動(dòng)軸折疊機(jī)構(gòu)與X軸相聯(lián)，Y軸為懸臂式結(jié)構(gòu)安裝于雙層十字轉(zhuǎn)接板上，并可繞雙層十字轉(zhuǎn)接板的中間轉(zhuǎn)軸24轉(zhuǎn)動(dòng)，Z方向運(yùn)動(dòng)軸12通過圖4中的YZ轉(zhuǎn)接板與Y軸相連，并可繞YZ轉(zhuǎn)接板的轉(zhuǎn)軸20轉(zhuǎn)動(dòng)，噴嘴安裝座14安裝于Z軸12上;激光器9通過光纖將激光束輸送至安裝于噴嘴安裝座14上的聚焦鏡15，經(jīng)聚焦后匯聚于一點(diǎn)，構(gòu)成激光加熱模塊;無手套箱氣體保護(hù)模塊的氮?dú)獍l(fā)生器I產(chǎn)生氮?dú)?，通過管路將一路氣體輸送至噴嘴16作為熔池的保護(hù)氣，另一路經(jīng)減壓閥、流量計(jì)進(jìn)入送粉器6作為載氣將粉末輸送至分粉器13進(jìn)入噴嘴16后匯聚于一點(diǎn)，該點(diǎn)與光斑重合，為加工過程提供原料，其中分粉器13、噴嘴16安裝于噴嘴安裝座14上；由工控機(jī)10和電控箱8組成的電氣控制模塊根據(jù)導(dǎo)入的三維實(shí)體模型或經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的三維反求模型，進(jìn)行分層、加工路徑規(guī)劃等數(shù)據(jù)處理，將控制指令通過端子板給激光器、折疊式三軸運(yùn)動(dòng)平臺以控制指令，并由折疊式三軸運(yùn)動(dòng)平臺帶動(dòng)噴嘴按照路徑規(guī)劃結(jié)果和設(shè)定的加工參數(shù)執(zhí)行加工過程。
[0020]參考圖2，在非工作狀態(tài)為減少運(yùn)輸過程中設(shè)備所占空間，運(yùn)動(dòng)模塊采用折疊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中Z軸12通過YZ折疊機(jī)構(gòu)中的Z軸轉(zhuǎn)接板21繞轉(zhuǎn)軸20進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)90°后依靠轉(zhuǎn)接板上的凹槽實(shí)現(xiàn)定位，并用快拆螺栓實(shí)現(xiàn)鎖緊，即實(shí)現(xiàn)Z軸的折疊;X軸5與Y軸4與通過圖5中的XY折疊機(jī)構(gòu)中的Y軸轉(zhuǎn)接板26繞轉(zhuǎn)軸24轉(zhuǎn)動(dòng)90°后，采用凸臺定位，并用快拆螺栓鎖緊，即實(shí)現(xiàn)折疊，折疊狀態(tài)見圖2.
[0021]參考圖3，圖3為裝置的三維反求狀態(tài)，三維反求狀態(tài)時(shí)拆下YZ轉(zhuǎn)接板與Z軸12，將由相機(jī)19、云臺18安裝于轉(zhuǎn)臺17上，轉(zhuǎn)臺安裝于Y軸4的滑臺上；圖中19為相機(jī)，用于掃描出出零件的三維模型進(jìn)而反求缺損部位模型，圖中18為三軸云臺，用于調(diào)節(jié)相機(jī)角度；圖中17為單軸轉(zhuǎn)臺和運(yùn)動(dòng)平臺配合帶動(dòng)相機(jī)繞工作臺上的工件轉(zhuǎn)動(dòng)一周，掃描出工作臺上零件的三維模型，在電控模塊作用下由運(yùn)動(dòng)平臺和轉(zhuǎn)臺17驅(qū)動(dòng)相機(jī)繞工作臺轉(zhuǎn)動(dòng)一周，掃描工作臺上的工件，將掃描得到的零件模型與設(shè)計(jì)模型對比得到缺損部位的模型，將缺損部位的模型通過藍(lán)牙傳輸?shù)诫姎饪刂颇K的工控機(jī)，在工控機(jī)上的控制軟件中進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到缺損模型在設(shè)備坐標(biāo)系中的位置，進(jìn)而根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果控制激光金屬修復(fù)設(shè)備將缺損部位進(jìn)行修復(fù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于野外環(huán)境受損金屬零件快速修復(fù)的裝置，包括:激光加熱模塊、折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊、粉末輸送模塊、無手套箱的氣體保護(hù)模塊、在線三維反求模塊、電氣控制模塊組成，其特征在于:激光加熱模塊的聚焦準(zhǔn)直部分和粉末輸送模塊的噴嘴、粉末輸送模塊的分粉器安裝于折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊的Z軸上;無手套箱的氣體保護(hù)模塊通過管路接通粉末輸送模塊的送粉器與噴嘴;在線三維反求模塊的轉(zhuǎn)臺與折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊的Z軸滑臺采用相同的接口安裝于折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊的Y軸滑臺上，并可隨之折疊轉(zhuǎn)動(dòng)；電氣控制模塊的運(yùn)動(dòng)控制卡通過其端子板實(shí)現(xiàn)對其他模塊的控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于野外環(huán)境受損金屬零件快速修復(fù)的裝置，其特征在于，折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊是采用懸臂式結(jié)構(gòu)布置，其中雙層十字轉(zhuǎn)接板連接X軸與Y軸，以Y軸滑臺作為掃描相機(jī)轉(zhuǎn)臺和Z軸的安裝的公共接口，Z軸通過YZ轉(zhuǎn)接板與Y軸相連，Z軸滑臺上安裝粉末輸送模塊的分粉器和噴嘴、激光加熱模塊的準(zhǔn)直鏡和聚焦鏡，并隨Z軸一起折置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于野外環(huán)境受損金屬零件快速修復(fù)的裝置，其特征在于，無手套箱的氣體保護(hù)模塊采用氣體管路將氮?dú)獍l(fā)生器產(chǎn)生的氣體依次通過節(jié)流閥、減壓閥、流量計(jì)后:一路氮?dú)膺M(jìn)入粉末輸送模塊作為粉末輸送的載氣，另一路氮?dú)膺M(jìn)入粉末輸送模塊的噴嘴。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于野外環(huán)境受損金屬零件快速修復(fù)的裝置，其特征在于，在線三維反求模塊的相機(jī)安裝到云臺上，云臺與轉(zhuǎn)臺相連，轉(zhuǎn)臺安裝到Y(jié)軸滑臺上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于野外環(huán)境受損金屬零件快速修復(fù)的裝置，激光加熱模塊的聚焦準(zhǔn)直部分和粉末輸送模塊的噴嘴、粉末輸送模塊的分粉器安裝于折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊的Z軸上；無手套箱的氣體保護(hù)模塊通過管路接通粉末輸送模塊的送粉器與噴嘴；在線三維反求模塊的轉(zhuǎn)臺與折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊的Z軸滑臺采用相同的接口安裝于折疊式三軸運(yùn)動(dòng)模塊的Y軸滑臺上，并可隨之折疊轉(zhuǎn)動(dòng)；電氣控制模塊的運(yùn)動(dòng)控制卡通過其端子板實(shí)現(xiàn)對其他模塊的控制。本發(fā)明方便攜帶、可折疊并具有在線三維反求功能。
【IPC分類】B22F3/105
【公開號】CN105499565
【申請?zhí)枴緾N201510874465
【發(fā)明人】李滌塵, 張安峰, 李帥, 張連重, 張文龍
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月2日