本實用新型涉及一種用于激光加工中激光工作距離的測量工具，屬于激光加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

激光熔覆技術(shù)中，同軸送粉由于沒有方向性的限制，應(yīng)用較多。以前的同軸送粉由于距離噴嘴較近，在高溫下粉體容易堵塞噴嘴。為了解決該問題，最后通過粉末匯聚性試驗、粉末粒子反彈試驗、粉末利用率試驗等選取了最佳的粉末管傾斜角度，設(shè)計了四孔式同軸送粉噴嘴。四孔式同軸送粉最大的特點是四個送粉管沿激光束通道外圍軸向分布，粉末由四個送粉管送出，匯聚到型腔外離噴嘴有一定距離的軸線上的某一點，暫時稱為交點。同樣的一束平行的激光束通過透鏡也是匯聚在軸線上的某一點。在激光熔覆中為了獲得較高的激光能量密度和提高粉末的利用率，較為理想的熔覆工藝是四孔式同軸送粉的粉體交點和激光束的焦點能夠盡可能的重合，在此稱之為匯聚點，將匯聚點到熔覆頭(也可稱激光頭)端部的距離稱為激光工作距離。

激光熔覆中的激光工作距離對激光熔覆的質(zhì)量有著很重要的影響。在實際應(yīng)用中，激光工作距離在不同的加工工藝條件下不一樣，為了達到最佳的加工質(zhì)量，實際加工之前會通過一系列的試驗方法得出最佳激光加工距離。在激光熔覆中，為了防止激光反射燒壞熔覆頭和獲得較好的熔覆質(zhì)量，在激光熔敷中會調(diào)整熔覆頭與工件成一定夾角(激光頭傾角)，在激光焊中同樣為了保護激光頭和獲得較好的焊接質(zhì)量，使得激光頭與焊接行走路徑始終保持一定的夾角。這就導(dǎo)致由于空間位置的限制，一般的測量工具難以準確測量激光工作距離。確定最佳激光工作距離后，在實際激光熔覆中需將激光束的焦點調(diào)整到與粉體的交點重合的匯聚點處(也即調(diào)整激光頭到工件表面距離為最佳激光工作距離)，再通過微調(diào)焦距獲得合適的光斑直徑，但是如何將匯聚點精確調(diào)整到熔覆工件表面是現(xiàn)有技術(shù)的一個難點。如果無法保證熔覆時的激光束的焦點與粉體的交點的匯聚點剛好在熔覆工件的表面，熔覆粉體材料的利用率就會很低，更重要的是難以保證每次熔覆時的熔覆質(zhì)量。在激光焊中，如果無法保證激光束的焦點匯聚在加工件的表面，也無法保證激光焊接質(zhì)量。

為了保證激光焊接質(zhì)量和激光熔覆質(zhì)量、提高激光熔覆效率，現(xiàn)多采用機械手來控制激光頭的行走路徑。而機械手在編成控制行走路徑時運用最多的是示教式。通過人為控制讓機械手在空間內(nèi)捕捉一些特殊點(其中匯聚點是機械手示教式編程中要捕捉的一個空間位置特殊點)，然后通過一定的速度和軌跡連接這些特殊點，即可完成行走路徑的編成。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種用于激光加工中激光工作距離的測量工具。該測量工具可精確快速地測量激光熔覆或者激光焊中的激光工作距離，也可以精確地用于激光頭空間位置的輔助定位，提高激光熔覆和激光焊的加工質(zhì)量。

本實用新型實現(xiàn)其發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是：一種用于激光加工中激光工作距離的測量工具，包括基座，角度卡尺、高度卡尺、高度量爪和基準量爪；

所述角度卡尺包括固定于基座上的角度主尺、可在角度主尺上滑動的角度游標和可將角度游標固定于角度主尺上任意位置的鎖緊頭；

所述高度卡尺包括中部與角度游標固定連接、端部通過可轉(zhuǎn)動連桿軸與基座連接的高度主尺、可在高度主尺上滑動的高度游標和可將高度游標固定于高度主尺上任意位置的定位螺釘；

所述高度游標上設(shè)置有高度量爪更換裝置，所述高度量爪的一端通過高度量爪更換裝置與高度游標可拆卸連接，高度量爪的另一端設(shè)置有引導(dǎo)光斑通孔；所述基座上在高度量爪更換裝置的同側(cè)設(shè)置有基準量爪更換裝置，所述基準量爪的一端通過基準量爪更換裝置與基座可拆卸連接，基準量爪的另一端設(shè)置有引導(dǎo)光斑定位孔。

本實用新型的工作過程如下:

第一步，在進行激光焊或激光熔覆之前，將測量工具放置在工件上面，將高度量爪通過高度量爪更換裝置安裝于高度游標上，將基準量爪通過基準量爪更換裝置安裝于基座上。此處選擇長度合適的高度量爪和基準量爪，高度量爪上設(shè)置的引導(dǎo)光斑通孔和基準量爪上設(shè)置的引導(dǎo)光斑定位孔的連線與角度主尺的平面平行。

第二步，使高度量爪和基準量爪在長度方向上平行，并保持基準量爪的長度方向與激光加工的起始路徑垂直，讓激光頭的引導(dǎo)光斑照射在基準量爪上引導(dǎo)光斑定位孔中心位置。然后在角度主尺上面轉(zhuǎn)動角度游標連同一體的高度主尺和高度主尺上的高度量爪，讓引導(dǎo)光斑同時也穿過高度量爪上的引導(dǎo)光斑通孔中心，這時角度游標的刻度即為現(xiàn)在激光頭所處位置的傾角的角度值，同時鎖緊制動頭。

第三步，保持高度主尺與基座之間的夾角不變，基準量爪的長度方向與激光加工的起始路徑垂直。移動高度游標調(diào)整高度量爪到激光頭端部位置，并且讓激光頭的引導(dǎo)光斑通過引導(dǎo)光斑通孔照射在引導(dǎo)光斑定位孔的中心。

第四步，保持引導(dǎo)光斑在引導(dǎo)光斑定位孔中央，微調(diào)高度游標，讓高度量爪完全和激光頭接觸，擰緊高度游標的定位螺釘，高度主尺上的讀數(shù)即為激光工作距離。

在實際應(yīng)用中，最佳的激光頭傾角θ和激光工作距離D是根據(jù)加工工藝條件，通過反復(fù)試驗，在保證加工質(zhì)量、優(yōu)化加工工藝之后得出的。在得出最佳的激光頭傾角θ和激光工作距離D后，本實用新型還可用于在激光加工中對激光頭的輔助定位，輔助定位的工作過程是：

第一步，在進行激光焊或激光熔覆之前，將測量工具放置在工件上面，根據(jù)實際被加工件的與激光熔覆或激光焊的激光頭空間位置，選擇能達到測量位置的長度合適的高度測量爪和基準測量爪，將高度量爪通過高度量爪更換裝置安裝于高度游標上，將基準量爪通過基準量爪更換裝置安裝于基座上。此處需保證高度量爪和基準量爪在長度方向上平行，高度量爪上設(shè)置的引導(dǎo)光斑通孔和基準量爪上設(shè)置的引導(dǎo)光斑定位孔的連線與角度主尺的平面平行。

第二步，根據(jù)已知激光頭的傾角θ(根據(jù)試驗確定的最佳激光頭傾角θ)，在角度主尺上面轉(zhuǎn)動角度游標連同一體的高度主尺，將角度游標的刻度調(diào)整到激光頭傾角θ的角度值，同時鎖緊制動頭，此時高度主尺與基座之間的夾角即為激光頭的傾角θ。

第三步，保持高度主尺與基座之間的夾角不變，將高度游標調(diào)整到已知的激光工作距離D(根據(jù)試驗確定的最佳激光工作距離D)，將高度游標調(diào)整到已知的激光工作距離D之后，擰緊高度游標的定位螺釘。

第四步，保持高度主尺與基座之間的夾角不變，調(diào)整高度量爪與基準量爪，使高度量爪和基準量爪均與預(yù)設(shè)的激光加工開始時的行走路徑垂直，且使得引導(dǎo)光斑定位孔處于預(yù)設(shè)的激光加工的起始位置。微調(diào)機械手，使得固定在機械手上的激光熔覆或者激光焊的激光頭到達高度測量爪的位置，并且使得激光器的引導(dǎo)光斑通過引導(dǎo)光斑通孔。然后，接著調(diào)整機械手臂帶動激光頭做輕微轉(zhuǎn)動，使得引導(dǎo)光斑通過引導(dǎo)光斑通孔照射在引導(dǎo)光斑定位孔的中心位置。

第五步，保持機械手不動，在編程中定義機械手此時的空間位置為激光加工的起始位置。此時激光熔覆或激光焊的激光頭所處的傾角即為θ，激光頭到加工的起始點的距離即為激光加工距離D。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

在激光熔覆中，該測量工具可精確快速地測量激光熔覆中激光工作距離，可針對不同加工條件下(如不同的激光功率，不同的加工行走速度等)，通過精確調(diào)整激光工作距離，優(yōu)化工藝參數(shù)，得到可獲得最佳激光質(zhì)量的最佳激光工作距離和激光頭傾角，然后幫助機械手捕捉激光加工的起始位置。機械手捕捉到激光加工的起始位置的定義編程之后，接下來就可以將起始點作為參考點完成一系列的行走路徑的控制編程。這樣就可以通過機械手自身的高精度來保證每一道激光加工路徑都保持著最初的激光頭傾角和激光工作距離，時刻控制激光束的焦點與粉體的交點的匯聚點精確地落在加工件的表面；從而提高每次激光熔覆的質(zhì)量，提高熔覆粉體材料的利用率。

在激光焊接中，利用本實用新型的測量工具精確快速地測量激光焊中的激光工作距離，確定最佳激光工作距離和最佳激光頭傾角，然后幫助機械手捕捉激光加工的起始位置。機械手捕捉到激光加工的起始位置的定義編程之后，接下來就可以將起始點作為參考點完成一系列的行走路徑的控制編程。這樣就可以通過機械手自身的高精度來保證每一道激光加工路徑都保持著最初的激光頭傾角和激光工作距離，時刻控制激光束的焦點精確地落在加工件的表面，還可以進一步的通過激光工作距離的精確調(diào)整，獲得想要的離焦量，提高了測量的精度和速度，保證了每次激光加工的質(zhì)量。

進一步，本實用新型所述基座上還設(shè)置有水平儀。

由于激光頭傾角是激光頭的軸線與水平線之間的夾角，故在測量激光工作距離時首先調(diào)整工件為水平放置可提高測量精度。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例激光熔覆示意圖。

圖2為本實用新型實施例正視示意圖。

圖3為本實用新型實施例側(cè)視示意圖。

圖4為本實用新型實施例俯視示意圖。

圖5為本實用新型實施例激光工作距離的放大測量示意圖。

具體實施方式

實施例

圖1示出激光熔覆的示意圖，其中16為激光頭(此處為簡化示意圖)，19為粉末通道，17為激光束，18為工件，激光頭傾角為θ，激光工作距離為D。

激光熔覆技術(shù)中，四個送粉管的粉末通過粉末通道19沿激光束通道外圍軸向分布，粉末由四個送粉管送出匯聚到工件18上。激光頭16射出的激光束17通過透鏡匯聚在工件上。

圖2、圖3和圖4示出，本實用新型的一種具體實施方式是：一種用于激光加工中激光工作距離的測量工具，包括基座1，角度卡尺、高度卡尺、高度量爪10和基準量爪11；

所述角度卡尺包括固定于基座1上的角度主尺3、可在角度主尺3上滑動的角度游標4和可將角度游標4固定于角度主尺3上任意位置的鎖緊頭5；

所述高度卡尺包括中部與角度游標4固定連接、端部通過可轉(zhuǎn)動連桿軸2與基座1連接的高度主尺6、可在高度主尺6上滑動的高度游標7和可將高度游標7固定于高度主尺6上任意位置的定位螺釘8；

所述高度游標7上設(shè)置有高度量爪更換裝置9，所述高度量爪10的一端通過高度量爪更換裝置9與高度游標7可拆卸連接，高度量爪10的另一端設(shè)置有引導(dǎo)光斑通孔13；所述基座1上在高度量爪更換裝置9的同側(cè)設(shè)置有基準量爪更換裝置15，所述基準量爪11的一端通過基準量爪更換裝置15與基座1可拆卸連接，基準量爪11的另一端設(shè)置有引導(dǎo)光斑定位孔12。

本例中所述基座1上還設(shè)置有水平儀14。

圖5示出，本實用新型實施例激光工作距離的放大測量示意圖。其中，16為激光頭(此處為簡化示意圖)，17為引導(dǎo)光斑，也即激光頭射出的用于確定位置的激光束，18為工件，激光頭傾角為θ，激光工作距離為D。