CN102023614A - 激光焊接装置 - Google Patents
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Abstract
一种激光焊接装置，包括一激光发生模块和与该激光发生模块电连接的一控制模块，该装置还包括：能够与激光发生模块光连接的一激光导入准直模块、能够捕获焊接点图像的一CCD图像采集模块、能够捕获焊接点温度的红外温度探测模块以及与该三个模块光连接的一光学模块，其中，经由该激光导入准直模块和光学模块后形成的输出激光的焦点、该红外测温仪探测模块通过该光学模块捕获到的焊接处的最小点以及该CCD图像采集模块通过该光学模块捕获到的焊接处的视场中心点三者是重合的。可在激光高速焊接过程，实现对焊接目标温度的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及焊接装置，尤其涉及采用激光作为加热源的焊接装置。
背景技术
在焊接、熔敷应用领域，可以采用激光作为低温焊接的加热源来处理电子行业的温度敏感元件的焊接，特别是在电路板激光锡焊这一应用领域，由于过高的温度容易导致电路板的损坏。因此，往往要求能够对锡焊过程的温度实现实时监控。
发明内容
本发明要解决的技术间题在于克服上述现有技术的不足，而提出一种可以对锡焊过程的温度实现实时监控的激光焊接装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术手段包括，提出一种激光焊接装置，包括一激光发生模块和与该激光发生模块电连接的一控制模块，该装置还包括：能够与激光发生模块光连接的一激光导入准直模块、能够捕获焊接点图像的一CCD图像采集模块、能够捕获焊接点温度的红外温度探测模块以及与该三个模块光连接的一光学模块，其中，经由该激光导入准直模块和光学模块后形成的输出激光的焦点、该红外测温仪探测模块通过该光学模块捕获到的焊接处的最小点以及该CCD图像采集模块通过该光学模块捕获到的焊接处的视场中心点三者是重合的。
其中，该CCD图像采集模块和该红外温度探测模块均与该控制模块电连接，该控制模块能够根据该红外温度探测模块提供的焊接点温度，对该激光发生模块的输出功率进行控制。
该控制模块是根据PID策略对该激光发生模块的输出功率进行实时控制的。
该光学模块包括五个镜片，其中，第一镜片为凸透镜，起准直作用，设置在该光学模块的面向激光发生模块的一侧；第二镜片为45°反射镜，设置在激光的出射光路以及该CCD图像采集模块的入射光路中；第三镜片为凸透镜，起聚焦作用，设置在激光的出射光路以及该CCD图像采集模块的入射光路中；第四镜片为45°反射镜，设置在激光的出射光路、该CCD图像采集模块的入射光路以及该红外温度探测模块的入射光路中；第五镜片为反射镜，设置在该红外温度探测模块的入射光路中。
该第一镜片镀有与激光波长相同的增透膜；该第二镜片镀有激光波长相同的增透膜以及CCD照明光源的光波长相同的高反膜；该第三镜片镀有激光波长相同的增透膜；该第四镜片镀有激光波长相同的增透膜以及CCD照明光源的光波长相同的高反膜；该第五镜片镀有激光波长相同的高反膜。
所述的激光的波长为980nm或1064nm。
所述的CCD照明光源的光波长为473nm。
该第一镜片的焦距为100mm。
该第三镜片的焦距为120mm。
该光学模块还可包括第六镜片，该第六镜片为一薄玻璃片，设置在该光学模块的面向焊接点的一侧，起保护作用。
与现有技术相比，本发明的激光焊接装置，可在激光高速焊接过程，实现对焊接目标温度的精确控制。
附图说明
图1是本发明的激光焊接装置实施例的框图。
图2是本发明的PID闭环温度控制的流程图。
图3是本发明的激光焊接装置中的激光导入准直模块、CCD图像采集模块、红外温度探测模块以及光学模块四者的组合结构图。
图4是本发明的激光焊接装置中的与图3相对应的光学原理图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
如图1所示，本发明的激光焊接装置1包括：一激光发生模块11和与该激光发生模块11电连接的一控制模块12，能够与激光发生模块11光连接的一激光导入准直模块13，能够捕获待焊接物品2的焊接点图像的一CCD图像采集模块14，能够捕获待焊接物品2的焊接点温度的红外温度探测模块15以及与激光导入准直模块13、CCD图像采集模块14及红外温度探测模块15三个模块光连接的一光学模块16。
如图2所示，本发明的PID闭环温度控制的流程包括：
步骤101：设定待焊接物品2的加工过程的温度曲线；
步骤102：通过PID算法调节激光输出功率；
步骤103：通过测温探头将待焊接物品2处的温度转换为电压信号；
步骤104：通过温度采样将电压信号转换为温度信号并反馈至控制模块，以实现PID算法调节激光输出功率。
通过该流程，红外温度探测模块15实时采集待焊接物品2的温度，与设定温度曲线比较，可以使待焊接物品2的实际温度变化曲线与设定温度曲线达到完美的拟合。
通过以上的闭环流程，当待焊接物品2的温度低于设定温度时，提高激光的输出功率，进一步提高待焊接物品2的温度；但加热部件的温度高于设定温度时，则降低激光的输出功率，使待焊接物品2冷却到设定温度，从而实现对待焊接物品2实时的温度检测与控制。
如图3所示，本发明的激光焊接装置1中的激光导入准直模块13、CCD图像采集模块14、红外温度探测模块15以及光学模块16四者可以组合成一独立的结构件。
图4是本发明的激光焊接装置中的与图3相对应的光学原理图。
该光学模块16由六个镜片组成其可以配接1064nm或者980nm的激光，下面以配接980nm的半导体激光发生模块11为例介绍其镀膜体系：
第一镜片M1为焦距f＝100mm的凸透镜，起准直作用，镀980nm的增透膜；
第二镜片M2为45°反射镜，镀980nm的增透膜，以及473nm的高反膜；
第三镜片M3为焦距f＝120mm的凸透镜，起聚焦作用，镀980nm的增透膜；
第四镜片M4为45°反射镜，镀980nm以及473nm的高反膜；
第五镜片M5为镀980nm的高反膜；
第六镜片M6为一薄玻璃片，其保护作用。
通过以上的膜系设计，可以实现以下三个功能。
(1)过滤掉1064nm或者980nm的激光，使红外温度探测模块15不受干扰地探测待焊接物品2的红外辐射。
(2)对第二镜片、第四镜片两个45度镜镀CCD照明光源的光波长的全反膜，使诸如波长为473nm的照明光能进入CCD，照亮视场。
(3)对第二镜片、第四镜片两个45度镜镀1064nm或者980nm的增透膜，减小激光传播过程的损耗，充分利用激光能量。
采用本发明的激光焊接装置进行焊接的过程，大致包括：
参见图3所示，激光将由侧面经由激光导入准直模块13导入，位于焊接头上方左边的是CCD成像采集模块14、右边的是红外测温模块15。
该激光焊接装置的工作原理是，首先，通过激光输出，找到工作焦点。然后，通过调节红外测温模块14的高度以及倾仰角，使红外测温模块14两个红外指示重合在激光的焦点上。此时，红外测温模块14所测得到温度既是激光焦点工作物质的温度。最后，调节CCD成像采集模块14，使CCD成像采集模块14的十字叉丝的中心点与激光的焦点重合。通过以上三个步骤，就可实现激光，红外测温模块15，CCD成像采集模块14三路光学同轴，实现精确的监测以及控制。
与现有技术相比，本发明的激光焊接装置，通过将激光光束整形聚焦、非接触式同轴温度测量、CCD成像同轴检测以及闭环温度反馈功率控制四项技术高度集成，实时采集焊接点的温度信号，通过PID调节技术，对激光功率实现实时控制，从而可实现激光高速焊接过程，对焊接目标温度的精确控制以及有利于自动化控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光焊接装置，包括一激光发生模块和与该激光发生模块电连接的一控制模块，其特征在于，该装置还包括：能够与激光发生模块光连接的一激光导入准直模块、能够捕获焊接点图像的一CCD图像采集模块、能够捕获焊接点温度的红外温度探测模块以及与该三个模块光连接的一光学模块，其中，经由该激光导入准直模块和光学模块后形成的输出激光的焦点、该红外测温仪探测模块通过该光学模块捕获到的焊接处的最小点以及该CCD图像采集模块通过该光学模块捕获到的焊接处的视场中心点三者是重合的。
2.依据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，该CCD图像采集模块和该红外温度探测模块均与该控制模块电连接，该控制模块能够根据该红外温度探测模块提供的焊接点温度，对该激光发生模块的输出功率进行控制。
3.依据权利要求2所述的激光焊接装置，其特征在于，该控制模块是根据PID策略对该激光发生模块的输出功率进行实时控制的。
4.依据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，该光学模块包括五个镜片，其中，第一镜片为凸透镜，起准直作用，设置在该光学模块的面向激光发生模块的一侧；第二镜片为45°反射镜，设置在激光的出射光路以及该CCD图像采集模块的入射光路中；第三镜片为凸透镜，起聚焦作用，设置在激光的出射光路以及该CCD图像采集模块的入射光路中；第四镜片为45°反射镜，设置在激光的出射光路、该CCD图像采集模块的入射光路以及该红外温度探测模块的入射光路中；第五镜片为反射镜，设置在该红外温度探测模块的入射光路中。
5.依据权利要求4所述的激光焊接装置，其特征在于，该第一镜片镀有与激光波长相同的增透膜；该第二镜片镀有激光波长相同的增透膜以及CCD照明光源的光波长相同的高反膜；该第三镜片镀有激光波长相同的增透膜；该第四镜片镀有激光波长相同的增透膜以及CCD照明光源的光波长相同的高反膜；该第五镜片镀有激光波长相同的高反膜。
6.依据权利要求5所述的激光焊接装置，其特征在于，所述的激光的波长为980nm或1064nm。
7.依据权利要求5所述的激光焊接装置，其特征在于，所述的CCD照明光源的光波长为473nm。
8.依据权利要求4所述的激光焊接装置，其特征在于，该第一镜片的焦距为100mm。
9.依据权利要求4所述的激光焊接装置，其特征在于，该第三镜片的焦距为120mm。
10.依据权利要求4所述的激光焊接装置，其特征在于，该光学模块还包括第六镜片，该第六镜片为一薄玻璃片，设置在该光学模块的面向焊接点的一侧，起保护作用。
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