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半导体激光智能化装备研制及工程应用

2013-06-17 11:12
林契于宸
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  近十余年来,激光表面强化技术不仅在研究和开发方面迅速发展,在工业应用方面也取得了长足进步,成为表面处理和表面工程一个十分活跃的新兴领域。目前,用于实现零件表面强韧化及再制造的激光设备主要是CO2激光成套设备,然而,该类设备具有能量利用率低、CO2设备体积庞大、能量分布均匀性较差、无法实现光纤传输等特点,很难胜任复杂零件的曲面强化加工和再制造,而且CO2激光器的功率稳定性较差,其功率的变化也会引起功率密度分布形式和范围的变化,给工艺制定带来极大不便。与传统高功率CO2激光不同,高功率半导体激光器具有体积小、轻便灵活、电光转换效率高、能量分布均匀、与材料交互作用的吸收率高、能实现温度-功率闭环控制等特点,因此,新型半导体激光器可以直接通过机器人手臂前端固定,由此组合的新型激光装备能处理其它方法无法处理的大型复杂工件的表面,具有无污染、易操控、高柔性、硬度均匀、强韧性好、变形小、耐磨性高,后续加工量小等特点。同时,与车载系统组合,可组成移动式现场表面强韧化及再制造装备,适用于大型不易拆卸工件的现场表面强化及再制造;与龙门机床组合,可组成汽车模具表面强韧化及再制造装备。本文报道了该类激光表面强化装备的研制和应用。

  1、半导体激光智能化装备的研制

  1.1 半导体激光智能化装备的构成

  图1是国内率先开发的一套半导体激光表面强化及再制造系统。该系统由半导体激光器、六轴机器人系统、龙门机床及专业控制系统等组成,将机器人倒挂在龙门机床的顶部,并且于机器人手臂前端固定半导体激光器,温度传感器固定于激光器的一侧。在龙门机床内可摆放一系列工件,通过龙门机床及六轴机器人实现高效、精确的加工,可对任意复杂曲面的工件表面进行强化。龙门机床尺寸可根据工件尺寸按需定制也可根据需求选择是否配备专用于激光熔覆的送粉器。

  图1 半导体激光智能化装备

  Fig.1. An intelligent equipment of diode laser

  1.2 半导体激光智能化装备的控制系统

  图2 控制系统示意图

  Fig.2 Schematic diagram of the control system

  通过加装温度传感装置,激光测距仪,再辅以激光先进性制造工艺专家系统,可以实现激光加工过程的距离、温度、轨迹、处理效果的智能化控制,控制系统的示意图如图2。

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