阅读说明：本技术 大型零件用可吸附式电磁场辅助装置 (Adsorbable electromagnetic field auxiliary device for large parts ) 是由 姚建华 王梁 蒋可静 张群莉 于 2019-12-03 设计创作，主要内容包括：大型零件用可吸附式电磁场辅助装置,包括一个可吸附在待加工零件上的铁芯,铁芯是一体式的矩形框架；两个横向边上各安装一个电磁线圈,两个电磁线圈以相反的磁场方向指向待加工零件；铁芯的纵向边安装有光电传感器,光电传感器感知激光头的纵向实时位置,光电传感器的数据输出端连接中央控制器；铁芯的纵向相对边各设有一个丝杆运动装置；电机的控制端连接中央控制器；铁芯的纵向相对边各设有一个电刷装置,电刷装置的电刷头在待加工零件表面滑行,两个电刷头形成定向的电场；电刷装置与滑块紧固连接；电机的控制端连接中央控制器,以调节电刷装置的位置,使两个电刷头与激光头始终保持一条直线,以保证激光加工区域的电场稳定性和均匀性。(An adsorptive electromagnetic field assisting device for large parts comprises iron cores which can be adsorbed on parts to be machined, wherein each iron core is a body type rectangular frame, electromagnetic coils are respectively installed on two transverse sides and point to the parts to be machined in opposite magnetic field directions, photoelectric sensors are installed on the longitudinal sides of the iron cores and sense the longitudinal real-time positions of laser heads, the data output ends of the photoelectric sensors are connected with a central controller, lead screw motion devices are respectively arranged on the longitudinal opposite sides of the iron cores, the control end of a motor is connected with the central controller, electric brush devices are respectively arranged on the longitudinal opposite sides of the iron cores, electric brush heads of the electric brush devices slide on the surfaces of the parts to be machined, two electric brush heads form directional electric fields, the electric brush devices are fixedly connected with sliders, the control end of the motor is connected with the central controller to adjust the positions of the electric brush devices, and the two electric brush heads and the laser heads are kept in straight lines all the time so as to guarantee the stability.)

大型零件用可吸附式电磁场辅助装置

技术领域

本发明涉及一种用于大型零件激光加工用的电磁场辅助装置

背景技术

大型零部件往往体积大，重量大，一旦出现故障造成效益损失是不可估量的。而大型零部件又不便于拆卸与移动，故多进行现场修复。随着激光技术的发展，激光加工逐步应用于实际工业应用中，由于激光加工自动化程度高，加工灵活度大，可以很好地实现失效零部件的现场加工，故激光修复逐步得到更广的实际应用。但传统的激光加工容易出现气孔裂纹等问题，影响激光加工区的质量和使用性能。目前为解决气孔等缺陷可通过外加能场，如电磁场、振动场等。就外加电磁场而言，激光加工所需的电磁场强度要求较大，导致电磁场设备笨重，不适合于搬运频繁的现场激光加工，且电磁场装置体积重量大就限制了其集成在激光加工设备上与之随动的可能。

浙江工业大学王梁等人申报的专利申请号为CN201721648238.0的一种可提供稳态磁场辅助的爬壁式激光制造平台。该发明包括车架、激光头、磁控轮胎等，但该装置仅集成了稳态磁场辅助激光加工，无法形成洛伦兹力，调控气孔作用有限。同时，该装置采用4个磁轮提供稳态磁场，其与待加工零件接触面小，且四个磁轮间形成的磁场分布并非稳态定向磁场，即激光头在工作区域内移动加工过程中，磁场方向大小均不同，磁场的调控作用不一，造成激光加工质量不一。

针对上述大型零件现场激光加工中存在的问题，本发明提供了一种用于大型零件激光加工用的电磁场辅助装置。该发明采用一体式铁芯，同时作为装置结构框架。两铁芯头分别为磁极正负极，从而吸附在待加工零件上，两铁芯头采用大尺寸铁芯头，以保证加工区域内形成稳定同向的匀强场强。电场由两个电刷装置提供，两电刷跟随激光头移动，始终保持在一条直线上，以保证激光加工区域的电场稳定性和均匀性。装置提供的电场和磁场共同作用形成定向洛伦兹力，为激光现场修复提供外加体积力，从而提高激光加工质量。

本发明要克服上述技术问题，提供一种用于大型零件激光加工用的电磁场辅助装置，通过一体式铁芯吸附于待加工零件同时提供稳态匀强的定向磁场，与激光头随动的电刷装置提供稳定的定向电场，两者耦合形成洛伦兹力，从而提高激光加工的质量。

大型零件用可吸附式电磁场辅助装置，包括一个可吸附在待加工零件1上的铁芯3，铁芯3具有一体式的矩形框架，包括一对横向的边和一对纵向的边；两个横向边上各安装一个电磁线圈2，两个电磁线圈2串联，形成的磁场方向，一个N级指向待加工零件1，另一个S级指向待加工零件1；

激光头5在铁芯3的内部空间内移动；铁芯3的纵向边安装有光电传感器4，光电传感器4感知激光头5的纵向实时位置，光电传感器4的数据输出端连接中央控制器；光电传感器4包括分别安装在两个纵向边上的光电发射器401和光电接收器402；

铁芯3的纵向相对边各设有一个丝杆运动装置6，两个丝杆运动装置6对称布置；丝杆运动装置6包括电机601、底座602、丝杆603、滑块604，丝杆603通过底座602连接铁芯3，电机601驱动丝杆603旋转，滑块604的内螺纹啮合在丝杆603上；

铁芯3的纵向相对边各设有一个电刷装置7，电刷装置7的电刷头701在待加工零件1表面滑行，形成定向的电场；电刷装置7的电刷夹具702与滑块604紧固连接；电刷夹具702上安装有弹性铜片703，电刷头701远离待加工零件1一面与弹性铜片703接触，弹性铜片703使电刷头701运动过程中始终与待加工零件1接触；

电刷夹具702和滑块604，至少其中之一采用耐热绝缘材料；

电机601的控制端连接中央控制器，以调节电刷装置7的位置，使两个电刷头701与激光头5始终保持一条直线。

优选地，铁芯3的横向相对边的底部各设有一个电磁线圈2，电磁线圈2的横向相对边的底部与待加工零件1接触。

优选地，电刷头701是一体式导电块，电刷头701与待加工零件1的接触面呈圆弧形。

优选地，电刷夹具702设有沉孔，利用螺钉与滑块604连接。

优选地，待加工零件1的待加工面是平面，或者曲面，或者斜面，或者垂直面，或者仰角工作面。

铁芯3采用一体铁芯，即充当导磁铁芯又作为装置的承载结构框架；

所述电磁场装置中，两电磁线圈2在相互间区域形成稳定的定向匀强磁场，且磁场方向可随电磁线圈内电流正负极的改变而改变。

所述两电刷装置7与激光头5始终保持一条直线上，从而保证激光头7处电场为稳定且定向的匀强电场，且电场强度较大，电流利用率高。电场方向可随电流正负极的改变而改变。

所述磁场电场相互作用，形成稳定的方向可控的洛伦兹力。且通过电刷装置7与激光头5随动，从而保证激光头5加工区域的洛伦兹力的方向大小维持稳定。

本发明具有下述两点：

(1)电刷装置通过光电传感器对激光头位置的实时检测，将位置信号转化成电信号，驱动电刷装置与激光头始终保持一条直线，从而确保激光加工过程中，激光加工区域始终处于电场区域中的相对固定位置，从而保证加工区的电场分布方向稳定，同向性好，电场大小稳定。

(2)装置采用一体式铁芯，作为导磁铁芯的同时又作为结构框架。铁芯头选用大尺寸结构，能在待加工区域形成大面积的定向匀强磁场，提高磁场方向和大小的稳定性，与电场耦合形成稳定的洛伦兹力，从而提高激光加工质量。

附图说明

图1本发明的整体装配示意图

图2本发明的电刷装置结构示意图

图3本发明的电刷夹具结构示意图

图4本发明的一体铁芯结构示意图

图5本发明的丝杆运动装置与光电传感器的示意图

图6本发明的电磁场分布俯视示意图

上述图中：1-待加工零件；2-电磁线圈；3-一体铁芯；4-光电传感器；401-光电发射器；402-光电接收器；5-激光头；6-丝杆运动装置；601-电机；602-底座；603-丝杆；604-滑块；7-电刷装置；701-电刷头；702-电刷夹具；703-弹性铜片；704-接线头

具体实施方法

下面结合附图对本发明作进一步描述。

本发明是一种大型零件用可吸附式电磁场辅助装置，是可吸附在待加工零件1上的电磁场装置，包括电磁线圈2、双接触式一体铁芯3、光电传感器4、激光头5、丝杆运动装置6和电刷装置7。

所述电磁场装置的铁芯3的两头形成磁场正负极并与待加工零件1接触而吸附在待加工零件1上；电磁场装置采用一体铁芯，即充当铁芯又是装置的结构框架；

所述电磁线圈2由2个串联线圈组成，形成的磁场方向，一个N级指向待加工零件1，另一个S级指向待加工零件1；

所述光电传感器4包括光电发射器401和光电接收器402。激光头5在一体铁芯3的内部空间内移动，通过光电传感器4感知激光头5平行于丝杆603方向的实时位置，从而驱使电机601调节电刷装置7的位置，使两个电刷与激光头5始终保持一条直线；

铁芯3的纵向相对边各设有一个丝杆运动装置6，两个丝杆运动装置6对称布置。所述丝杆运动装置6包括电机601、底座602、丝杆603、滑块604。滑块604所用材料为隔热绝缘的塑料；

所述电刷装置7包括电刷头701、电刷夹具702、弹性铜片703、接线头704。电刷夹具702与滑块604紧固连接。电刷头701采用一体式导电块，与待加工零件1的接触面做圆弧处理，远离待加工零件1一面与弹性铜片703接触，保证电刷头701运动过程中始终与待加工零件1接触。电刷夹具702采用耐热绝缘材料，电刷夹具702内设有沉孔，利用螺钉与滑块604连接，以满足紧固的同时保持电刷头701与丝杆运动装置6间的绝缘。

所述电磁场装置中，两电磁线圈2在相互间区域形成稳定的定向匀强磁场，且磁场方向可随电磁线圈内电流正负极的改变而改变。

所述两电刷装置7与激光头5始终保持一条直线上，从而保证激光头7处电场为稳定且定向的匀强电场，且电场强度较大，电流利用率高。电场方向可随电流正负极的改变而改变。

所述磁场电场相互作用，形成稳定的方向可控的洛伦兹力。且通过电刷装置7与激光头5随动，从而保证激光头5加工区域的洛伦兹力的方向大小维持稳定。

所述电磁场装置可应用的待加工零件1不仅限于水平平面零件，可以是曲面，可以是有角度工作面或垂直工作面，甚至是仰角工作面。

在激光加工区域，稳定电场与稳定磁场耦合形成定向洛伦兹力，为激光加工区域提供额外力场。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。