CN102500921A

CN102500921A - 复路激光焊接装置

Info

Publication number: CN102500921A
Application number: CN2011103585780A
Authority: CN
Inventors: 李忠浩; 蔡愈蓝; 熊政军; 阎涤
Original assignee: Intelume Laser Systems Co Ltd
Current assignee: INTELUME LASER SYSTEMS CO Ltd
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-11-14
Also published as: CN102500921B

Abstract

本发明实施例公开了一种复路激光焊接装置，其包括第一光路总成、第二光路总成、合束镜和焊接头，所述第一光路总成发出的第一激光束经过所述合束镜后，反射到所述焊接头内，所述第二光路总成发出的第二激光束经过所述合束镜后，透过所述合束镜并投射到所述焊接头内，所述第一激光束和第二激光束经所述焊接头内的聚光系统后分别聚焦。采用本发明实施例的复路激光焊接装置，不仅可以采用较小功率的激光束合成大功率的激光束进行焊接，降低了其制造和使用成本，而且可以实现两路激光多种不同聚焦光斑的组合，应用于多种场合。

Description

复路激光焊接装置

技术领域

本发明涉及一种激光焊接设备，尤其涉及一种复路激光焊接装置。

背景技术

激光焊接是一种非接触式焊接方式，具有免于填料，热变形小，外形美观，精细度高，速度快等优点，适用于多种场合，特别是微小区域的精密焊接，因此被广泛应用于航空航天、军事、汽车制造、电子电气、半导体、家具制造、通讯器件等领域。

目前普通的激光焊接设备主要包括一个激光光源，该激光光源通过一个准直装置将其投射到一个聚焦镜片上，使激光聚焦，并在焦点附近设置焊接头，从而实现激光焊接。

在有些行业应用中，虽然用普通的激光焊接设备可以完成，但是需要极高的功率。如某些电机磁芯焊接需要用到2000W甚至以上的连续激光束，激光光源的造价跟激光功率有很大关系，功率越高，价格就越贵。并且由于功率高，对激光相关器件、加工环境、安全防护等方面也提出了更高的要求，在一定程度上限制了激光焊接技术的广泛应用。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种复路激光焊接装置。可利用小功率的激光束来完成大功率的焊接，降低了激光焊接设备的制造和使用成本。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种复路激光焊接装置，包括第一光路总成、第二光路总成、合束镜和焊接头，所述第一光路总成发出的第一激光束经过所述合束镜后，反射到所述焊接头内，所述第二光路总成发出的第二激光束经过所述合束镜后，透过所述合束镜并投射到所述焊接头内；所述焊接头设置有一聚焦系统和一出光口，所述第一激光束和第二激光束经所述聚光系统聚焦后分别投射到所述出光口。

其中，所述第一光路总成包括第一准直镜、第一调节机构和产生所述第一激光束的第一光纤组件，所述第一调节机构包括相互配合的第一固定件和第一动套，所述第一准直镜固定在所述第一固定件上，所述第一光纤组件固定在所述第一动套上，当调节所述第一调节机构时，所述第一光纤组件沿其轴向相对于所述第一准直镜移动。

其中，所述第二光路总成包括第二准直镜、第二调节机构和产生所述第二激光束的第二光纤组件，所述第二调节机构包括相互配合的第二固定件和第二动套，所述第二准直镜固定在所述第二固定件上，所述第二光纤组件固定在所述第二动套上，当调节所述第二调节机构时，所述第二光纤组件沿其轴向相对于所述第二准直镜移动。

其中，所述第一准直镜以可更换的安装方式设置在所述第一光路总成上。

其中，所述第二准直镜以可更换的安装方式设置在所述第二光路总成上。

其中，所述可更换的安装方式为，所述第一准直镜通过第一镜片切换装置固定在所述第一光路总成上，所述第一镜片切换装置上装设有多个焦距不同的所述第一准直镜，且可以将任意一个所述第一准直镜切换到所述第一光路总成上。

其中，所述可更换的安装方式为，所述第二准直镜通过第二镜片切换装置固定在所述第二光路总成上，所述第二镜片切换装置上装设有多个焦距不同的所述第二准直镜，且可以将任意一个所述第二准直镜切换到所述第二光路总成上。

其中，所述合束镜固定安装在一微调机构上，所述微调机构用于调节所述第一激光束和第二激光束的入射角度。

其中，所述微调机构为蜗轮蜗杆机构，所述合束镜固定在所述蜗轮蜗杆机构中蜗轮的旋转轴上，通过调节蜗杆使所述合束镜绕所述蜗轮的旋转轴转动。

其中，所述第二光路总成还包括一个反射镜，所述反射镜设置在所述第二光路总成的一端，且位于所述第二光路总成的中轴线上，所述第二激光束经所述反射镜反射后，投射到所述合束镜上。

其中，所述第一光路总成与所述第二光路总成平行设置，所述反射镜与所述第二光路总成的所述中轴线成45度夹角；所述合束镜与所述第一光路总成的中轴线成45度夹角。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例的复路激光焊接装置采用通过反射镜和合束镜将两路激光集束成一路，并从其出光口射出，从而实现用小功率的激光束来完成大功率的焊接，不仅可以实现多种焊接需求，而且无需采用大功率的激光光源，从而大大降低了激光焊接设备的制造和使用成本。此外，两路激光分别通过第一光路总成和第二光路总成进行激光准直，而且在第一光路总成和第二光路总成中，分别设置有第一调节机构、第一镜片切换装置和第二调节机构、第二镜片切换装置，可用于调节激光束的光斑大小，以针对不同的焊接部位，使得本发明实施例的复路激光焊接装置可以应用于多种焊接场合，实现多功能焊接，提升了其使用价值，进一步降低了其使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施例中复路激光焊接装置的整体结构剖视图；

图2是图1所示的复路激光焊接装置的光路示意图；

图3是本发明另一种实施例中复路激光焊接装置的整体结构剖视图；

图4是图3所示的复路激光焊接装置的光路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在激光焊接技术中，有不同的焊接方式，如有用连续激光焊接的，也有用脉冲激光焊接的，不同的焊接方式的效果不同。有些焊接如果单纯用连续激光，需要很大的功率，而用复路激光焊接，也能达到同样的效果，但成本可以省很多。本发明提供一种可以将两束激光复合，从而利用小功率的激光束复合成大功率的激光束，进而实现大功率焊接的复路激光焊接装置。

实施例一：参照图1和图2所示，本发明实施例的复路激光焊接装置100包括第一光路总成1、第二光路总成2、合束镜3和焊接头4，其中，第一光路总成1包括第一准直镜12和第一光纤组件13，第一光纤组件13内设有激光光源，可产生一定频率第一激光束11。同样，第二光路总成2包括第二准直镜22和第二光纤组件23，第二光纤组件23内也设有激光光源，可产生与第一激光束11不同频率的第二激光束21。第一激光束11自第一光纤组件13射出后，经过第一准直镜12的导引，投射到合束镜3上，在该合束镜3上形成全反射，并投射到上述焊接头4内。第二激光束21自第二光纤组件23射出后，经第二准直镜22的导引，投射到上述合束镜3上，透过该合束镜3后也投射到上述焊接头4内。焊接头4设置有一个聚焦系统41和一个出光口42，上述第一激光束11和第二激光束21经过该聚焦系统41聚焦后分别投射到该出光口42处，若此时将出光口42放置在待焊接部位，则可直接进行焊接。

具体地，上述合束镜3为两面均透明的材质制成，可对其表面进行特殊处理，如表面镀膜等，以使其具有更好的光学特性。第一激光束11照射到合束镜3上后全部反射，而第二激光束21照射到合束镜3上后能尽可能地透过合束镜3。此外，第一激光束11是全部反射的，理论上讲，任意的入射角都是可行的，但通常为了减小合束镜3的尺寸，一般的入射角为45度。对于第二激光束21，合束镜3全部透过。此时第一激光束11的反射光和第二激光束21的透射光处于同一条直线上，入射到聚焦系统41上。理论上，入射到聚焦系统41上的入射角不一定为0度，但为了减小聚焦系统41的尺寸和获取最小的聚焦光斑，通常为垂直入射到聚焦系统41上，即入射角为0度。从而本实施例的复路激光焊接装置100也可以同时达到最小的整体尺寸，属最佳实施方案。

结合图3所示，本实施例可在第二光路总成2上设有第二调节机构24，在第二调节机构24包括相互配合的第二固定件241、第二动套242。第二准直镜22固定在第二固定件241上，第二光纤组件23固定在第二动套242上。第二固定件241与第二动套242之间采用螺纹结构进行啮合。

在本发明的其它实施例中，第一光路总成1也可设置结构与第二调节机构24相似的第一调节机构（未图示），其包括相互配合的第一固定件、第一动套。第一准直镜12固定在第一固定件上，第一光纤组件13固定在第一动套上，第一固定件与第一动套之间采用螺纹结构进行啮合。

当调节第一调节机构时，第一光纤组件13沿轴向相对于第一准直镜12移动，可调节激光光源与第一准直镜12之间的距离；当调节第二调节机构24时，第二光纤组件23沿轴向相对于第二准直镜22移动，可调节激光光源与第二准直镜22之间的距离。通过光学原理可知，上述第一调节机构和第二调节机构24的作用是，通过改变激光光源与第一准直镜12或第二准直镜22之间的距离而改变出光口42处的光斑大小，即可以实现两路激光的焦点都在出光口42处。

由于第一调节机构和第二调节机构24的可调节范围非常有限，有时候会出现无法调节出适宜大小的光斑，因此，本实施例的第一准直镜12和第二准直镜22设置为可更换的安装方式，以方便地使用不同焦距的第一准直镜12和第二准直镜22。上述可更换的安装方式有很多种，本实施例采用的方式为：第一准直镜12通过一个第一镜片切换装置（未图示）固定在第一光路总成1上，第一镜片切换装置上安装多个不同焦距的第一准直镜12，第二准直镜22通过一个第二镜片切换装置（未图示）固定在第二光路总成2上，第二镜片切换装置上安装有多个不同焦距的第二准直镜22。这样，只需调节上述第一镜片切换装置便可更换不同的第一准直镜12，调节第二镜片切换装置便可更换不同的第二准直镜22，非常方便和快捷。上述第一镜片切换装置和第二镜片切换装置可以有很多形式的结构，例如可以是，包括镜架，镜架沿一转轴转动，在镜架上安装有多个上述第一准直镜12或第二准直镜22，转动镜架即可切换第一准直镜12或第二准直镜22，使适合焦距的第一准直镜12切换到第一光路总成1的光路中，或使适合焦距的第二准直镜22切换到第二光路总成2的光路中。

合束镜3固定安装在一个微调机构31上，为了使微调机构31能进行精细调节，本实施例可采用蜗轮蜗杆机构作为上述微调机构31，且合束镜3安装在蜗轮上。旋动蜗杆，蜗杆带动蜗轮旋转，由于蜗轮蜗杆的减速比非常大，因此，合束镜3的调节角度非常小，调节范围在－3^o~3^o左右。从而可使投射到合束镜3上的第一激光束11和第二激光束21的入射角也以较小的幅度进行调节。第一激光束11经过合束镜3反射后，会偏转一定角度，对于聚焦镜而言，第一激光束变成了“轴外”光，聚焦后会有一定的物高，即离开原先的位置；第二激光束21经过合束镜3透射后，也会产生一个平移，但仍会跟入射光平行，对聚焦系统41而言，依然是“轴上光”，经聚焦系统41后的位置不变。从而，在出光口42处形成的光斑发生变化，可以是两路激光的焦点重合，也可以分开，实现不同的焊接需求。如两焦点分开时，可以用一路对工件进行预热，另一路进行焊接。

本实施例的复路激光焊接装置100，采用将两路激光通过合束镜3合为一束的方式，实现了用小功率的激光束来完成大功率的焊接，不仅可以满足多种焊接需求，而且无需采用大功率的激光光源，从而大大降低了激光焊接设备的制造和使用成本。此外，两路激光分别通过第一光路总成1和第二光路总成2进行激光准直，而且在第一光路总成1和第二光路总成2中，分别设置有第一调节机构、第一镜片切换装置和第二调节机构24、第二镜片切换装置，可用于调节激光束的光斑大小，以针对不同的焊接部位，另外，将合束镜3设置在微调机构31上，可以很方便地将两束激光形成的光斑进行分开或复合，从而实现更多场合的焊接，非常方便和实用。

实施例二：参照图3和图4所示，本实施例的复路激光焊接装置200与第一实施例的复路激光焊接装置100基本相同，不同之处在于，在第二光路总成2上还设置一个反射镜5，第二激光束21自第二光纤组件23发出后，投射到该反射镜5上，由反射镜5反射到合束镜3上，继而透过合束镜3投射到聚焦系统4上并被聚焦，最后在出光口42处形成光斑。

理论上，反射镜5可以任意安装，只需要使经反射镜5上的出射光能投射到合束镜3上，使其在合束镜3上的入射面不同于第一激光束11的入射面，且与第一激光束11经合束镜3反射后的出射光方向平行即可。

但是，考虑到安装难度和装置的整体尺寸，本实施例将反射镜5安装在使其与合束镜3、焊接头4处于同一直线上的位置处，反射镜5与第二激光束21的夹角为45^o，并且与上述直线也成45^o角。此时，第一光路总成1与第二光路总成2平行，且均与上述直线相垂直。

本实施例采用上述方案，不仅可以使反射镜5的安装调试难度减少，而且可以使复路激光焊接装置200的整体尺寸较小。同时，其相对于实施例一中的复路激光焊接装置，所不同之处在于，由于整体尺寸减小了，因此可以应用于焊接位置较为狭小的空间，完成更多场合的焊接任务。

综上所述，本发明实施例的复路激光焊接装置200，不仅可以采用较小功率的激光束合成大功率的激光束进行焊接，以降低其制造和使用成本，而且可以应用于各种需求的场合，对各种功率要求的焊接部位都适用，且焊接速度快，焊接效果好，焊接成本低。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种复路激光焊接装置，其特征在于：包括第一光路总成、第二光路总成、合束镜和焊接头，所述第一光路总成发出的第一激光束经过所述合束镜后，反射到所述焊接头内，所述第二光路总成发出的第二激光束经过所述合束镜后，透过所述合束镜并投射到所述焊接头内；所述焊接头设置有一聚焦系统和一出光口，所述第一激光束和第二激光束经所述聚光系统聚焦后分别投射到所述出光口。

2.如权利要求1所述的复路激光焊接装置，其特征在于：所述第一光路总成包括第一准直镜、第一调节机构和产生所述第一激光束的第一光纤组件，所述第一调节机构包括相互配合的第一固定件和第一动套，所述第一准直镜固定在所述第一固定件上，所述第一光纤组件固定在所述第一动套上，当调节所述第一调节机构时，所述第一光纤组件沿其轴向相对于所述第一准直镜移动。

3.如权利要求1所述的复路激光焊接装置，其特征在于：所述第二光路总成包括第二准直镜、第二调节机构和产生所述第二激光束的第二光纤组件，所述第二调节机构包括相互配合的第二固定件和第二动套，所述第二准直镜固定在所述第二固定件上，所述第二光纤组件固定在所述第二动套上，当调节所述第二调节机构时，所述第二光纤组件沿其轴向相对于所述第二准直镜移动。

4.如权利要求2所述的复路激光焊接装置，其特征在于：所述第一准直镜以可更换的安装方式设置在所述第一光路总成上。

5.如权利要求3所述的复路激光焊接装置，其特征在于：所述第二准直镜以可更换的安装方式设置在所述第二光路总成上。

6.如权利要求4所述的复路激光焊接装置，其特征在于：所述可更换的安装方式为，所述第一准直镜通过第一镜片切换装置固定在所述第一光路总成上，所述第一镜片切换装置上装设有多个焦距不同的所述第一准直镜，且可以将任意一个所述第一准直镜切换到所述第一光路总成的光路中。

7.如权利要求5所述的复路激光焊接装置，其特征在于：所述可更换的安装方式为，所述第二准直镜通过第二镜片切换装置固定在所述第二光路总成上，所述第二镜片切换装置上装设有多个焦距不同的所述第二准直镜，且可以将任意一个所述第二准直镜切换到所述第二光路总成的光路中。

8.如权利要求1~7任一项中所述的复路激光焊接装置，其特征在于：所述合束镜固定安装在一微调机构上，所述微调机构用于调节所述第一激光束和第二激光束的入射角度。

9.如权利要求8所述的复路激光焊接装置，其特征在于：所述微调机构为蜗轮蜗杆机构，所述合束镜固定在所述蜗轮蜗杆机构中蜗轮的旋转轴上，通过调节蜗杆使所述合束镜绕所述蜗轮的旋转轴转动。

10.如权利要求1~7任一项中所述的复路激光焊接装置，其特征在于：所述第二光路总成还包括一个反射镜，所述反射镜设置在所述第二光路总成的一端，且位于所述第二光路总成的光路上，所述第二激光束经所述反射镜反射后，投射到所述合束镜上。

11.如权利要求1所述的复路激光焊接装置，其特征在于：所述第一光路总成与所述第二光路总成平行设置，所述反射镜与所述第二光路总成的光路成45度夹角；所述合束镜与所述第一光路总成的光路成45度夹角。