一种激光辅助低压冷喷涂自动移动架装置
阅读说明：本技术 一种激光辅助低压冷喷涂自动移动架装置 (Laser-assisted low-pressure cold spraying automatic moving frame device ) 是由 李波 张�杰 姚建华 于 2021-02-10 设计创作，主要内容包括：一种激光辅助低压冷喷涂自动移动架装置,包括升降装置、加工位置调节装置、喷涂固定装置以及控制装置,升降装置包括至少一套升降电推杆、升降电推杆电源以及升降电推杆驱动总开关；加工位置调整装置包括至少一套X向位置调整机构和Y向位置调节机构,X向位置调整机构水平架装于升降电推杆的顶部；所述Y向位置调节机构水平安装于X向位置调整机构上；喷涂固定装置包括喷嘴安装板和激光头安装板,分别安装于所述Y向滑动部相对的两侧；控制装置包括控制器、控制器供电电源和控制器电源开关。本发明的有益效果是：快速精准控制喷嘴跟激光头的X与Y方向运动,快速调节喷涂与激光扫描路径,实现自动化,提高喷涂效率和质量,降低生产成本。(A laser-assisted low-pressure cold spraying automatic moving frame device comprises a lifting device, a processing position adjusting device, a spraying fixing device and a control device, wherein the lifting device comprises at least one set of lifting electric push rod, a lifting electric push rod power supply and a lifting electric push rod driving main switch; the machining position adjusting device comprises at least one set of an X-direction position adjusting mechanism and a Y-direction position adjusting mechanism, and the X-direction position adjusting mechanism is horizontally arranged on the top of the lifting electric push rod in a frame mode; the Y-direction position adjusting mechanism is horizontally arranged on the X-direction position adjusting mechanism; the spraying fixing device comprises a nozzle mounting plate and a laser head mounting plate which are respectively mounted on two opposite sides of the Y-direction sliding part; the control device comprises a controller, a controller power supply and a controller power switch. The invention has the beneficial effects that: the X and Y direction motion of quick accurate control nozzle with the laser head, quick adjustment spraying and laser scanning route realize the automation, improve spraying efficiency and quality, reduction in production cost.)
技术领域
本发明涉及一种激光辅助冷喷涂加工设备，尤其是一种激光辅助低压冷喷涂自动移动架装置。
背景技术
低压冷喷涂是一种基于空气动力学原理的一项喷涂技术，其原理是利用低压气体携带粉末颗粒进入高速气流,通过拉瓦尔喷嘴加速产生气固两相流，粉末颗粒经喷管加速后在固态状态下以较高的速度碰撞基板,通过产生强烈的塑性变形而沉积于基体表面形成涂层，冷喷涂是依赖粒子的动能形成涂层。因此该技术具有如下的优点:1)喷涂载气加热温度远低于粉末颗粒熔点，颗粒基本上没有氧化、相变、烧损和晶粒长大等现象。2)涂层对基体的热影响小，使涂层与基体之间的热应力减少，涂层与基体之间的残余应力小，且主要为压应力。3)喷涂未利用粉末可以回收再利用,经济又环保。然而低压冷喷涂技术由于其低气压缘故，导致涂层与基体结合不紧密，涂层的孔隙率也较高。
激光辅助低压冷喷涂技术是一种新型的喷涂和再制造技术，激光辅助低压冷喷涂设备主要由低压气体源、送粉器、拉瓦尔喷嘴、实验箱、激光器、温度传感器、加工基体、沉积涂层和粉末回收装置构成。它将粉末束和基体与沉积区域的激光加热联结在了一起，在低压冷喷涂的过程中引入激光取代载气预热对粉末颗粒进行加热软化和对基体进行软化。激光辅助低压冷喷涂技术不但克服了低压冷喷涂涂层结合不紧密、低效率和高孔隙率等缺点，而且能够实现高硬度材料涂层的制备，扩大了材料和基体的使用范围。
但当前的激光辅助低压冷喷涂技术虽然本身方便移动，但其工作时的移动架通常是机械臂，不利于现场修复及再制造，机械臂成本也昂贵。也有人通过手持进行操作，但此方法不能控制喷涂距离，导致结果不理想，而且也极度危险。除此之外，有人通过导轨实现单道喷涂操作，但此方法不能精准操控，不能进行准确的搭接和叠层实验，也不能进行喷涂距离的精确控制，人为误差较大。以上方法都存在自动化不够及精确度不够的问题，不利于进行大规模的工业应用，缺少推广价值。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种激光辅助低压冷喷涂自动移动架装置。该装置能够实现智能化自动控制，可以实现喷涂距离的快速精确调整，在平面上能够实现自动移动，从而实现XYZ三个方向的智能移动，精准实现移动距离控制，获得想要的喷涂与激光扫描路径，从而可以进行搭接和叠层实验，造价成本低，快速高效，能够满足实验需求和工业应用。
本发明所述的一种激光辅助低压冷喷涂自动移动架装置，其特征在于：包括升降装置、加工位置调节装置、喷涂固定装置以及控制装置，
所述升降装置包括至少一套用于调整加工位置调节装置竖向位置的升降电推杆、用于控制升降电推杆运行的升降电推杆总驱动器、用于向升降电推杆供电的升降电推杆电源以及用于控制升降电推杆运行的升降电推杆电源控制总开关，所述升降电推杆电源设置在其中一套所述升降电推杆的底部，并且所述升降电推杆电源的供电端分别与所述升降电推杆的电压输入端、所述升降电推杆总驱动器的电压输入端电连接；所述升降电推杆升降电推杆驱动器总开关安装在所述升降电推杆电源的外部，并且所述升降电推杆升降电推杆驱动器总开关的控制端与所述升降电推杆电源的控制端电连接；所述升降电推杆驱动器的信号输出端与所述升降电推杆的信号输入端电连接，用于驱动所述升降电推杆的运行；
所述加工位置调整装置包括至少一套X向位置调整机构和Y向位置调节机构，所述X向位置调整机构通过端部的连接组件彼此平行连接在一起，每套所述X向位置调整机构包括X向导向部和X向滑动部，所述X向导向部水平架装于所述升降电推杆的顶部；所述X向滑动部可滑动地安装在所述X向导向部上；所述Y向位置调节机构包括Y向导向部和Y向滑动部，所述Y向导向部水平安装于所述X向滑动部上，并且与所述X向导向部垂直；所述Y向滑动部可滑动地安装在所述X向导向部上；
所述喷涂固定装置包括喷嘴安装板和激光头安装板，所述喷嘴安装板和激光头安装板分别安装于所述Y向滑动部相对的两侧，所述喷嘴安装板沿竖向设有若干个固定螺纹孔；所述激光头安装板上设有至少两段同心的圆弧槽；
所述控制装置包括控制器、控制器供电电源、控制器电源开关和多个驱动开关，所述控制器、控制器供电电源、控制器电源开关以及所述驱动开关设置在同一套所述升降电推杆的底部，并且所述控制器供电电源的电压输出端与所述控制器的电压输入端电连接；所述控制器电源开关的控制端与所述控制器的控制端电连接；所述控制器的信号输出端与所述升降电推杆总驱动器的信号输入端、所述X向位置调整机构的信号输入端、所述Y向位置调整机构的控制端电连接，并在相应的控制电路上设置对应的驱动开关，用于控制升降电推杆、X向位置调整机构、所述Y向位置调整机构的运行。进一步，所述X向位置调整机构的X向导向部包括X向导轨、X向驱动丝杆、X向驱动电机、X向驱动电机驱动器、X向驱动电机供电电源和X向电源控制开关，所述X向滑动部为X向滑块，所述X向导轨通过连接件水平架装在所述升降电推杆的顶部；所述X向驱动丝杆可转动地安装在所述连接件上，并且所述X向驱动丝杆沿所述X向导轨轴向排布；所述X向驱动电机设置在所述连接件内，并且所述X向驱动电机的输出轴与所述X向驱动丝杆的一端相连；所述X向滑块与所述X向导轨滑动连接的同时与所述X向驱动丝杆螺接；所述X向驱动电机驱动器的信号输入端与所述控制器的信号输入端电连接，所述X向驱动电机驱动器的信号输出端与所述X向驱动电机的控制端电连接；所述X向驱动电机供电电源的输电端与所述X向驱动电机驱动器的电压输入端、所述X向驱动电机的电压输入端电连接，并在相应电路上设置X向电源控制开关，用于控制X向驱动电机的电源通断。
进一步，所述Y向位置调整机构的Y向导向部包括Y向导轨、Y向驱动丝杆、Y向驱动电机、Y向驱动电机驱动器、Y向驱动电机供电电源和Y向电源控制开关，所述Y向滑动部为Y向滑块，所述Y向导轨水平安装在所述X向滑块上，并且所述Y向导轨与所述X向导轨垂直；所述Y向驱动丝杆可转动地安装在所述X向滑块上，并且所述Y向驱动丝杆沿所述Y向导轨轴向排布；所述Y向驱动电机设置在所述连接件内，并且所述Y向驱动电机的输出轴与所述Y向驱动丝杆的一端相连；所述Y向滑块与所述Y向导轨滑动连接的同时与所述Y向驱动丝杆螺接；所述Y向驱动电机驱动器的信号输入端与所述控制器的信号输入端电连接，所述Y向驱动电机驱动器的信号输出端与所述Y向驱动电机的控制端电连接；所述Y向驱动电机供电电源的输电端与所述Y向驱动电机驱动器的电压输入端、所述Y向驱动电机的电压输入端电连接，并在相应电路上设置Y向电源控制开关，所述Y向电源控制开关嵌装在其中一所述X向滑块上，用于控制Y向驱动电机的电源通断。
进一步，所述驱动开关包括X向驱动电机控制开关、Y向驱动电机控制开关以及升降推杆控制开关，所述X向驱动电机控制开关的控制端与所述X向驱动电机驱动器的控制端电连接，与所述控制器的信号输出端电连接；所述Y向驱动电机控制开关的控制端与所述Y向驱动电机驱动器的控制端电连接；所述升降推杆控制开关的信号输出端与所述升降推杆驱动器的信号输入端电连接；所述X向驱动电机控制开关的信号输入端、所述Y向驱动电机控制开关的信号输入端、所述升降推杆控制开关分别与所述控制器的信号输出端电连接。
进一步，所述连接组件包括端部连接件和连接杆，每套所述升降电推杆的顶端均配装一所述端部连接件，所述X向导轨通过端部连接件水平支撑在所述端部连接件上方；相对的两所述端部连接件之间连接所述连接杆。
进一步，所述升降装置包括四套升降电推杆，且每套升降电推杆的顶部通过连接螺栓与对应的所述端部连接件固连。
进一步，所述加工位置调整装置包括两套X向位置调整机构和Y向位置调节机构；两套所述X向位置调整机构彼此平行，且端部通过相应的端部连接件安装在四套升降电推杆顶部，所述X向位置调整机构、所述连接杆围成一矩形框架结构；所述Y向位置调节机构设置在所述矩形框架结构内，所述Y向导轨的两端分别固装于同侧的所述X向滑块上。
进一步，所述喷嘴安装板和激光头安装板分别设置在所述Y向滑块面向连接杆一侧的端面上。
进一步，所述升降电推杆共用一套所述升降电推杆电源以及所述升降电推杆驱动总开关，实现所述升降电推杆的同步升降。
进一步，所述的X向位置调整机构控制开关和Y向位置调整机构控制开关所控制的电机电源开启和驱动信号保持一致，保证两所述X向滑块步调一致，使得所述Y向位置调整机构始终沿Y向平移。
X向指的是所述X向导轨的轴向；Y向指的是垂直于X向导轨的水平方向；Z向或竖向为一个方向，指的是同时垂直于X向和Y向的方向。
本发明的工作原理是：搭建好后进行实验时，先将喷嘴固定部与激光头安装板通过连接螺栓组安装在Y向滑块面向连接杆的两侧，然后固定好实验基材，再将喷嘴和激光头分别安装在喷嘴固定部与激光头安装板上，通过喷嘴固定部竖向的四组螺纹孔调节喷枪位置，通过两段同心的圆弧槽调节激光头的角度，使激光束和粉末束耦合。开启升降电推杆驱动器控制开关，可以同步调节四套升降电推杆的伸出长度，进而调节好喷涂距离。再开启X向Y向驱动电机控制开关、所述Y向Y向驱动电机控制开关，调整好喷涂初始位置，控制器内的程序可提前按照需求编写，输出相应的控制信号给X向位置调整机构、Y向位置调节机构和升降电推杆，从而控制三个电机运动顺序、时间、速度及方向，进而控制喷涂运动轨迹，打开控制装置的控制器电源开关开始实验。
本发明的有益效果是：可快速精准控制喷嘴跟激光头的X与Y方向运动，可以快速调节喷涂与激光扫描路径，自动化取代人工操作和半自动化操作，提高了喷涂效率和质量，大大提高了安全性，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明的结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参照附图：
实施例1本发明所述的一种激光辅助低压冷喷涂自动移动架装置，包括升降装置1、加工位置调节装置2、喷涂固定装置3以及控制装置4，
所述升降装置1包括四套用于调整加工位置调节装置竖向位置的升降电推杆11、用于控制升降电推杆运行的升降电推杆总驱动器、用于向升降电推杆供电的升降电推杆电源以及用于控制升降电推杆运行的升降电推杆电源控制总开关12，所述升降电推杆电源设置在其中一套所述升降电推杆11的底部，并且所述升降电推杆电源的供电端分别与所述升降电推杆11的电压输入端、所述升降电推杆总驱动器的电压输入端电连接；所述升降电推杆电源控制总开关12安装在所述升降电推杆电源的外部，并且所述升降电推杆电源控制总开关12的控制端与所述升降电推杆电源的控制端电连接；所述升降电推杆驱动器的信号输出端与所述升降电推杆的信号输入端电连接，用于驱动所述升降电推杆的运行；
所述加工位置调整装置2包括两套X向位置调整机构21和Y向位置调节机构22，所述X向位置调整机构21通过端部的连接组件23彼此平行连接在一起，每套所述X向位置调整机构21包括X向导向部和X向滑动部，所述X向导向部水平架装于所述升降电推杆的顶部；所述X向滑动部可滑动地安装在所述X向导向部上；所述Y向位置调节机构22包括Y向导向部和Y向滑动部，所述Y向导向部水平安装于所述X向滑动部上，并且与所述X向导向部垂直；所述Y向滑动部可滑动地安装在所述X向导向部上；
所述喷涂固定装置3包括喷嘴安装板31和激光头安装板32，所述喷嘴安装板和激光头安装板分别沿竖向安装于所述Y向滑动部相对的两侧，所述喷嘴安装板沿竖向设有8个固定螺纹孔，所述固定螺纹孔两两一组，沿喷嘴安装板竖向排成两列，用于固定喷嘴；所述激光头安装板32上设有两段同心的圆弧槽,用来调节激光头角度以保证光斑与粉末束重合；
所述控制装置4包括控制器、控制器供电电源、控制器电源开关41和多个驱动开关42，所述控制器、控制器供电电源、控制器电源开关以及所述驱动开关设置在同一套所述升降电推杆的底部，并且所述控制器供电电源的电压输出端与所述控制器的电压输入端电连接；所述控制器电源开关的控制端与所述控制器的控制端电连接；所述控制器的信号输出端与所述升降电推杆总驱动器的信号输入端、所述X向位置调整机构21的信号输入端、所述Y向位置调整机构22的信号输入端电连接，并在相应的控制电路上设置对应的驱动开关，用于控制升降电推杆、X向位置调整机构、所述Y向位置调整机构的运行。
所述X向位置调整机构21的X向导向部包括X向导轨211、X向驱动丝杆212、X向驱动电机、X向驱动电机驱动器、X向驱动电机供电电源和X向电源控制开关214，所述X向滑动部为X向滑块213，所述X向导轨211通过连接组件23水平架装在所述升降电推杆11的顶部；所述X向驱动丝杆212可转动地安装在所述连接组件23上，并且所述X向驱动丝杆212沿所述X向导轨211轴向排布；所述X向驱动电机设置在所述连接组件23内，并且所述X向驱动电机的输出轴与所述X向驱动丝杆212的一端相连；所述X向滑块213与所述X向导轨211滑动连接的同时与所述X向驱动丝杆212螺接；所述X向驱动电机驱动器的信号输入端与所述控制器的信号输入端电连接，所述X向驱动电机驱动器的信号输出端与所述X向驱动电机的控制端电连接；所述X向驱动电机供电电源的输电端与所述X向驱动电机驱动器的电压输入端、所述X向驱动电机的电压输入端电连接，并在相应电路上设置X向电源控制开关，用于控制X向驱动电机的电源通断。
所述Y向位置调整机构22的Y向导向部包括Y向导轨221、Y向驱动丝杆222、Y向驱动电机、Y向驱动电机驱动器、Y向驱动电机供电电源和Y向电源控制开关224，所述Y向滑动部为Y向滑块223，所述Y向导轨221水平安装在所述X向滑块213上，并且所述Y向导轨221与所述X向导轨211垂直；所述Y向驱动丝杆222可转动地安装在所述X向滑块213上，并且所述Y向驱动丝杆222沿所述Y向导轨221轴向排布；所述Y向驱动电机设置在所述X向滑块213内，并且所述Y向驱动电机的输出轴与所述Y向驱动丝杆222的一端相连；所述Y向滑块223与所述Y向导轨221滑动连接的同时与所述Y向驱动丝杆222螺接；所述Y向驱动电机驱动器的信号输入端与所述控制器的信号输入端电连接，所述Y向驱动电机驱动器的信号输出端与所述Y向驱动电机的控制端电连接；所述Y向驱动电机供电电源的输电端与所述Y向驱动电机驱动器的电压输入端、所述Y向驱动电机的电压输入端电连接，并在相应电路上设置Y向电源控制开关，所述Y向电源控制开关嵌装在其中一所述X向滑块上，用于控制Y向驱动电机的电源通断。
所述驱动开关包括X向驱动电机控制开关、Y向驱动电机控制开关以及升降推杆控制开关，所述X向驱动电机控制开关的控制端与所述X向驱动电机驱动器的控制端电连接，与所述控制器的信号输出端电连接；所述Y向驱动电机控制开关的控制端与所述Y向驱动电机驱动器的控制端电连接；所述升降推杆控制开关的信号输出端与所述升降推杆驱动器的信号输入端电连接；所述X向驱动电机控制开关的信号输入端、所述Y向驱动电机控制开关的信号输入端、所述升降推杆控制开关分别与所述控制器的信号输出端电连接。
所述连接组件23包括端部连接件231和连接杆232，每套所述升降电推杆11的顶端均配装一所述端部连接件232，所述X向导轨211通过端部连接件231水平支撑在所述升降电推杆11上方；相对的两所述端部连接件231之间连接所述连接杆232。
所述升降装置1包括四套升降电推杆11，且每套升降电推杆11的顶部通过连接螺栓13与对应的所述端部连接件231固连。
所述加工位置调整装置2包括两套X向位置调整机构21和Y向位置调节机构22；两套所述X向位置调整机构21彼此平行，且端部通过相应的端部连接件231安装在四套升降电推杆11顶部，所述X向位置调整机构21、所述连接杆232围成一矩形框架结构；所述Y向位置调节机构22设置在所述矩形框架结构内，所述Y向导轨221的两端分别固装于同侧的所述X向滑块213上。
所述喷嘴安装板31和激光头安装板32分别设置在所述Y向滑块面向连接杆一侧的端面上。
所述升降电推杆11共用一套所述升降电推杆电源以及所述升降电推杆驱动总开关13，实现所述升降电推杆的同步升降。
所述的X向位置调整机构控制开关214和Y向位置调整机构控制开关224所控制的电机电源开启和驱动信号保持一致，保证两所述X向滑块213步调一致，使得所述Y向位置调整机构始终与所述X向导轨211垂直。
X向指的是所述X向导轨的轴向；Y向指的是垂直于X向导轨的水平方向；Z向或竖向为一个方向，指的是同时垂直于X向和Y向的方向。
所述X向驱动电机、Y向驱动电机均为步进电机，并在相应驱动器驱动下正反转和调速。
本发明的工作原理是：搭建好后进行实验时，先将喷嘴固定部与激光头安装板通过连接螺栓组安装在Y向滑块面向连接杆的两侧，然后固定好实验基材，再将喷嘴和激光头分别安装在喷嘴固定部与激光头安装板上，通过喷嘴固定部竖向的四组螺纹孔调节喷枪位置，通过两段同心的圆弧槽调节激光头的角度，使激光束和粉末束耦合。开启升降电推杆驱动器控制开关，可以同步调节四套升降电推杆的伸出长度，进而调节好喷涂距离。再开启X向驱动电机控制开关、所述Y向驱动电机控制开关，调整好喷涂初始位置，控制器内的程序可提前按照需求编写，输出相应的控制信号给X向位置调整机构、Y向位置调节机构和升降电推杆，从而控制三个电机运动顺序、时间、速度及方向，进而控制喷涂运动轨迹，打开控制装置的控制器电源开关开始实验。
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包括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。
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