(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211221245.8 (22)申请日 2022.10.08 (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301号 (72)发明人 鲁金忠　边海榕　罗开玉　林福兵　 王钊　夏蔡涛　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 包甄珍 (51)Int.Cl. B23K 26/08(2014.01) B23K 26/06(2014.01) B23K 26/342(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种多光源可监控五轴激光增材制造方法 及装置 (57)摘要 本发明涉及激光增材制造与加工设备领域， 为一种多光源可监控五轴激光增材制造方法及 装置。 所述装置包括运动系统： X轴、 Y轴、 Z轴， 角 度调整系统： 第一旋转轴、 第二旋转轴， 光路传输 与控制系统： 激光器、 调光玻片、 倍频玻片、 反射 镜， 加工装置熔覆喷头以及熔池在线监测装置。 可根据不同材料的不同加工需求调节激光功率、 变换光源波长， 并通过 实时监测实现对加工过程 的精准把控。 本发明结构简单， 可用原材料广泛， 加工质量高、 稳定性好， 相比同类型产品功能更 齐全， 性能更优 越。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115383293 A 2022.11.25 CN 115383293 A 1.一种多光源可监控五轴激光增材制造装置， 其特征在于， 所述装置包括激光器、 伺服 电机、 调光 玻片、 倍频玻片、 反射镜、 激光喷头、 监测装置、 Z轴、 X轴、 Z轴固定板、 旋转平台、 第 二旋转轴、 第一旋转轴、 轴架、 Y轴、 Y轴移动台、 轴2架、 光箱、 计算机、 数据传输线； 其中伺服 电机、 调光 玻片、 倍频玻片以及第一反射镜、 第二反射镜根据激光传输路径按第一反射镜— 调光玻片—倍频玻片—第二反射镜的顺序固定在光箱内， 其中伺服电机分别与调光 玻片和 倍频玻片通过齿轮啮和连接并传动； 激光喷头上方安装有第三反射镜， 激光喷头一侧 安装 有监测装置， 监测装置与计算机通过数据传输线相连接， 其中激光喷头固定在Z轴 上， 并连 同Z轴固定在X轴上的Z轴固定板上； 旋转平台位于激光喷头正下方， 置于第二旋转轴上， 轴2 架与第一旋转轴相连置于轴架上， 用于支撑第二旋转轴与旋转平台， 并放置在Y轴移动台 上， 由Y轴驱动。 2.如权利要求1所述的一种 多光源可监控五轴激光增材制造装置， 其特征在于， 反射镜 反射功能对激光波长无选择性， 均为全反射镜 。 3.如权利要求1所述的一种 多光源可监控五轴激光增材制造装置， 其特征在于， 第 一旋 转轴旋转角度为180 °， 第二旋转轴为3 60°。 4.如权利要求1所述的一种多光源可监控五轴激光增材制造装置， 其特征在于， X轴、 Y 轴、 Z轴为平移运动轴， 第一旋转轴和第二旋转轴为角度旋转轴； 五轴实现任意角度的激光 加工。 5.如权利要求1所述的一种 多光源可监控五轴激光增材制造装置， 其特征在于， 第 一旋 转轴与第二旋转轴位于 Y轴上方， 三轴复合； X轴与Z轴复合。 6.利用如权利要求1所述装置实施激光增材制造的方法， 其特征在于： 被加工材料的基 板先固定在旋转平台上， 根据加工需要， 与旋转平台随动， 由第二旋转轴驱动， 第二旋转轴 的角度偏转由第一旋转轴带动， 加工位置与激光加工焦点的直线变化由Z轴、 X轴、 Y轴实现， 实时监控功能由监测装置、 计算机、 伺服电机和调光 玻片协同完成， 多光源转换功能通过伺 服电机和 倍频玻片协同完成， 光路传输路径的改变由第一反射镜、 第二反射镜与第三反射 镜协同完成； 具体步骤如下： (1)设备就 绪后将模型导入计算机， 被加工材 料的基板固定在旋转平台上； (2)将调光玻片调到与本次加工所需能量相匹配的预设角度， 使激光到达旋转平台时 的功率与设定功率匹配； (3)激光器开光进行加工， 同时监测装置开启， 监测装置通过数据传输线将监测到的实 时数据传到计算机上， 计算机通过算法计算出实际加工功率与预期效果所需加工功率差 值， 将差值换算 成调光玻片旋转角度， 反馈到控制调光 玻片角度的伺服电机上， 伺服电机转 动， 通过齿轮啮合带动调光玻片旋转， 完成功率校准； (4)与步骤(3)同一时间， 激光喷头按照提前设定好的增材路径开始加工， 其不同增材 角度的实现如下： 旋转平台由第二旋转轴驱动， 第二旋转轴的角度偏转由第一旋转轴 带动 完成， 绕X方向的轴向转动， 加工位置与激光加工焦点的垂 直方向的直线变化由Z轴实现， 加 工位置的水平位置变化由X轴 、 Y轴的水平 移动实现， 五轴联动实现复杂图形的精细加工； (5)若过程中需更换光源继续进行加工， 点击所需倍频的相应按钮， 在1s内完成激光器 关光， 伺服电机按照不同倍频玻片预设位置所需旋转角度旋转， 通过齿轮啮合带动倍频玻 片旋转到位后激光器开 光加工。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115383293 A 2一种多光源可 监控五轴激光增材制造方 法及装置 技术领域 [0001]本发明涉及激光增材制造与加工设备领域， 更具体地说， 它涉及一种多光源可监 控五轴激光增材制造方法及装置 。 背景技术 [0002]激光增材制造技术具有材料利用率高， 成型质量好， 制造成本低等优点， 近年来广 泛应用于航空航天， 生物医疗等领域。 在激光增材制造过程中， 激光光源的选择， 激光能量 的大小与被加工材料的匹配程度至关重要， 这直接影响了材料加工的合格率以及加工效 率。 同时， 对被加工件的实时加工监测与调控也在一定程度上影响了 工件的成型质量。 [0003]目前的激光增材制造存在以下不足： (1)由于设备柔性不足导致材料堆叠方式单 一， 表面质量较差； (2)由于对熔池检测与调控不及时， 导致被加 工件质量不均匀； (3)由于 激光光源单一， 可能与被加工材料匹配度不足， 导致不同材料的加工质量良莠不齐。 因此， 为了扩展激光增材设备的加工窗口， 提高设备的加工柔 性并扩展设备功能具有重大意 义。 发明内容 [0004]本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种功能齐全， 加工精度 高， 能够提高产品质量和多加工可能的激光增材制造的可实时监控的多光源五轴柔性加工 装置。 [0005]本发明通过以下技术实现上述目的： 一种多光源可监控五轴激光增材制造装置， 其特征在于它包括激光器、 伺服电机、 调 光玻片、 倍频玻片、 反射镜、 激光 喷头、 监测装置、 Z 轴、 X轴、 Z轴固定板、 旋转平台、 第二旋转轴、 第一旋转轴、 轴架、 Y轴、 Y轴移动台、 轴2架、 光 箱、 计算机、 数据传输线； 其中伺服电机、 调 光玻片、 倍频玻片以及第一反射镜、 第二反射镜 根据激光传输路径按第一反射镜—调光玻片—倍频玻片——第二反射镜的顺序固定在光 箱内， 其中伺服电机分别与调光玻片和 倍频玻片通过齿轮啮和连接并传动； 激光喷头上方 安装有第三反射镜， 激光喷头一侧 安装有监测装置， 监测装置与计算机通过数据传输线相 连接， 其中激光喷头固定在 Z轴上， 并连同Z轴固定在X轴上的Z轴固定板上； 旋转平台位于激 光喷头正下方， 置于第二旋转轴 上， 轴2架与第一旋转轴相连置于轴架上， 用于支撑第二旋 转轴与旋转平台， 并放置在Y轴移动台上， 由Y轴驱动。 [0006]反射镜反射功能对激光波长无选择性， 均为全反射镜 。 [0007]第一旋转轴旋转角度为180 °， 第二旋转轴为3 60°。 [0008]X轴、 Y轴、 Z轴为平移运动轴， 第一旋转轴和第二旋转轴为角度旋转轴； 五轴实现任 意角度的激光加工 。 [0009]第一旋转轴与第二旋转轴位于 Y轴上方， 三轴复合； X轴与Z轴复合。 [0010]一种多光源可监控五轴激光增材制造方法， 其特征在于： 被加工材料的基板先固 定在旋转平台上， 根据加工需要， 与旋转平台随动， 由第二旋转轴驱动， 第二旋转轴的角度 偏转由第一旋转轴带动， 加工位置与激光加工焦点的直线变化由Z轴、 X轴、 Y轴实现， 实时监说　明　书 1/4 页 3 CN 115383293 A 3