申报项目

iLAM系列环境箱机器人激光熔覆设备

辉锐自主研发的iLAM系列环境箱机器人激光熔覆设备，可用于例如航空发动机、燃气轮机零部件，石油钻具，模具等产品激光修复，也可以用于金属直接成型（3D打印）制造新品。

产品特点

✔ 惰性气体封闭式工作环境，水氧含量可降至1ppm以内 – 优越的金属成型性能 

✔ 高精度六轴工业机器人或CNC，重复定位精度达到±0.03mm或以上 – 兼顾灵活性和运动精度

✔ 小型零件通过过渡舱送入取出，大型零件可通过开启前掀式玻璃窗送入取出 – 广泛的应用适应性

✔ 采用辉锐专业自动送粉器和高汇聚度喷嘴，可精确控制送粉质量流量达±2% – 满足高精度零件修复和成型需求

✔ 摇篮式双轴数控变位机，与机器人实现8轴同步联动与高精度定位 – 可修复或成型复杂航空零件

✔ 系统软件提供自主开发的同轴视觉定位功能，在修复过程中实现修复区域以及熔池二维形貌的可视化 

✔ 软硬件系统具有良好的开放性和可操作性，方便升级和新功能的扩展

产品创新

环境箱整体设计制造都是由辉锐独立完成，整体配备了多项辉锐自主研发的软件：包括旁轴视觉定位软件，同轴照明和同轴视觉系统，同轴测温与闭环控制，同轴测温与闭环控制。激光头加工过程中可以实现动态变焦，设备内置的6轴机器人和变位机可以实现八轴联动功能。

1、旁轴视觉定位软件

为了提高工件修复效率，减少人工示教时间，设备运动系统配备了旁轴机器视觉模块，可以通过旁轴成像系统自动生成一件或多件阵列工件的修复路径。

图2 视觉定位软件界面

图3 视觉系统安装位置图

2、同轴照明和同轴视觉系统

可实现激光同轴视觉定位（Alignment）。同轴视觉定位系统采用绿色或者其它可见光提供光源照明，与激光头同轴内置相机成像，实现喷嘴与激光同轴（即光粉同轴）定位、校准。该软件的操作界面如图所示。相机的主要参数包括曝光时间、增益、亮度等，可对同轴视觉图像进行调整。软件系统可实时显示机器人或数控系统坐标位置，用来显示精确定位的坐标值。尤其是在环境箱内操作时，人不方便就近校点，同轴视觉是必备功能。

图4 较差的同轴视觉，效果不好，清晰度低，有鬼影

图5 同轴成像+照明，清晰度高，没有鬼影，适合对精密工件金属表面进行精准定位。

3、同轴测温与闭环控制

高温计传感器可以采集激光加工时熔池或熔池附近温度，可实现熔覆时温度读取。系统闭环控制软件可以自动调节激光熔覆参数，提高工艺稳定性。系统有以下特点：

● 测温光路与激光光路同轴，测量位置相对熔池不随加工路径发生变化 
● 测量波段为红外短波，不受激光散射干扰 
● 双色测温，不需要设置辐射率，测量更准确 
● 响应速度4ms，满足实时控制需求 
● 温度测量范围：600~2300℃

图6 高温传感器图

图7同轴测温软件

4、激光头动态变焦

机器人加工时，会根据加工路径中的光斑大小，通过模拟量，对激光熔覆头上的电动准直调节模块进行控制，输出指定光斑大小，光斑可调范围：0.2~3mm。光斑设定方法：

•机器人程序中设置指定宽度
•根据切片软件生成路径指定宽度
•根据熔池测量结果自动调整宽度

图8 光斑动态变焦

 5、八轴联动离线编程

系统可通过机器人离线编程软件，如RobotMaster，对具有复杂型面的零件进行八轴联动加工路径和机器人程序自动编写。以下为使用RobotMaster生成叶轮叶片直接成型打印程序的示例。

图9 路径模拟

图10 工艺验证

市场情况

国内生产环境箱激光熔覆设备厂家寥寥无几，辉锐iLAM系列环境箱机器人激光熔覆设备具备独特的优势。21年辉锐在推出环境箱设备后，得到市场上很多客户的青睐。包括合肥工业大学、上海大学、烟台大学等多个国内高校的订单采购。该套设备的整机至少质保一年，激光器核心器件质保长达五年之久，配备全包型售后服务。24小时随叫随到服务。航空发动机、燃气轮机零部件，石油钻具，模具等产品激光修复。并且该设备也可以用于金属直接成型（3D打印）制造新品，在航空发动机高性能金属零部件增材修复技术上填补了国内的一片空白，使用了增材制造技术在航空发动机方面，相对于传统工艺优势，重量轻了25%，这可以显著提高飞行效率并降低燃油消耗，零部件从原先的18个下降到了现在的仅仅1个，完全不再需要繁琐的组装，具有复杂的冷却通道和制成纽带：这令它的耐久性提高了5倍之多，采用3D打印燃油喷嘴的GE-9X成为GE有史以来噪音最低的航空发动机。对于航空行业，激光增材制造的引用大大的降低了制造成本，和制造方面的效率。