CN105750727A - 一种激光焊接焦距确定装置 - Google Patents

Abstract

一种激光焊接焦距确定装置，属于激光焊接系统辅助测量工具，解决现有激光焊接离焦量测试系统组成较复杂的问题。本发明由二维滑台、支架和半导体激光头构成，二维滑台由水平滑台组件、垂直滑台组件和滑块构成，滑块分别连接水平滑台组件和垂直滑台组件，水平滑台组件用于连接激光焊接枪头，半导体激光头通过支架连接于垂直滑台组件上；滑块能够连带垂直滑台组件在水平方向左右移动，垂直滑台组件能够连带支架及半导体激光头上下移动，从而实现半导体激光头对中调节，使之发出的光束与激光焊枪引导光束相交。本发明结构简单，制造和使用方便，定位精度高，缩短焊前示教编程时间，适用于平面及复杂曲面焊缝的快速对焦和离焦量的快速测量确定。

Description

一种激光焊接焦距确定装置

技术领域

本发明属于激光焊接系统辅助测量工具，特别涉及一种激光焊接焦距确定装置，用于机器人(或机床)激光焊接系统示教编程过程中离焦量的快速确定。

背景技术

离焦量是激光焊接生产中的重要工艺参数，离焦量指激光加工系统中激光束焦点偏离材料上表面的距离，焦点高于材料上表面称作正离焦，焦点位于材料上表面下方时称作负离焦；离焦量可以改变激光束的能量密度，对焊缝的形态影响较大：薄板焊接通常采用正离焦，有助于增加对缝间隙及错边的工艺裕度；焊接厚板时常采用负离焦，有助于增加熔深、减少飞溅；非熔透性接头焊接时通常采用较大的离焦量，有助于消除焊缝中气孔缺陷的产生。因而，精确的测量激光束的离焦量是保证焊接质量的重要因素。

示教编程是目前激光焊接生产中最常用的焊缝轨迹编程方式，就是在焊缝拐点位置进行取点(示教)，数控系统运算并生成焊缝轨迹。示教编程取点时要对离焦量进行测量，现行离焦量人工测量通常是采用刻度尺进行测量，一般需要两个人配合完成，复杂曲面焊缝取点时测量离焦量往往需要平移焊枪进行测量，测量完毕后还要平移回枪头进行对缝取点，费时费力，测量误差较大，影响产品质量与生产进度。

申请号CN201110333808.8、名称为一种激光焊接离焦量实时控制方法的发明专利提供了一种激光焊接离焦量实时控制方法，在激光焊接系统上添加线光源，实际操作过程中，调整线光源与激光光路角度，该角度一旦固定，通过上下移动焊接头，只有距离工件特定高度时，屏幕上所显示的线光源在工件表面所形成的光线投影与屏幕上的十字交线中心重合，可实现焊接过程中离焦量的实时控制。该方法不仅需要辅助线光源和显示器，还需要激光焊接系统自带同轴摄像机构，系统较复杂。

发明内容

本发明提供一种激光焊接焦距确定装置，解决现有激光焊接离焦量测试系统组成较复杂的问题，以方便制造和使用。

本发明所提供的一种激光焊接焦距确定装置，由二维滑台、支架和半导体激光头构成，其特征在于：

所述二维滑台由水平滑台组件、垂直滑台组件和滑块构成，滑块分别连接水平滑台组件和垂直滑台组件，水平滑台组件用于连接激光焊接枪头，所述支架一端固连于垂直滑台组件上，支架另一端安装有半导体激光头，半导体激光头的光轴与所述支架的轴线呈45°夹角；

所述滑块能够连带垂直滑台组件相对于水平滑台组件在水平方向左右移动，所述垂直滑台组件能够连带支架及半导体激光头相对于所述水平滑台组件和滑块上下移动，从而实现半导体激光头对中调节，使之发出的光束与激光焊枪引导光束相交。

所述的激光焊接焦距确定装置，其进一步特征在于：

所述水平滑台组件由滑台架、丝杆、左滑轨、右滑轨、端板、手轮和锁紧螺钉组成；

所述滑台架为矩形框架，其前端面具有轴向的台阶沉孔，台阶沉孔两侧具有左滑轨孔、右滑轨孔，滑台架的后端面具有轴向的三个定位孔，它们各自分别与台阶沉孔、左滑轨孔、右滑轨孔同轴对应；滑台架前端面顶部对应所述台阶沉孔位置具有与台阶沉孔垂直的锁紧螺纹孔；滑台架底面四角位置各具有一个安装孔,用于穿过螺钉与激光焊接枪头连接；

所述丝杆为杆状件，其杆身具有外螺纹，接近丝杆前端具有环形凸台，丝杆后端面中心具有圆柱凸台；

所述左滑轨亦为杆状件，其后端面中心具有圆柱形的尾凸台，所述右滑轨形状、尺寸和左滑轨完全相同；

所述端板为矩形板，其中心具有中心通孔，端板四角位置各具有一个安装孔，用于穿过螺钉与所述滑台架前端面连接；

所述垂直滑台组件与水平滑台组件的组成、结构相同，区别仅在于垂直滑台组件的滑台架底面封闭，底面上具有多个连接孔，用于穿过螺钉与支架连接；

所述滑块为立方六面体，贯通其左右端面后部开有水平螺纹孔，水平螺纹孔两侧具有水平左孔、水平右孔，水平螺纹孔、水平左孔和水平右孔互相平行，孔心位置和距离分别与台阶沉孔、左滑轨孔、右滑轨孔对应；贯通滑块的上下端面前部开有垂直螺纹孔，垂直螺纹孔两侧具有垂直左孔、垂直右孔，垂直螺纹孔、垂直左孔和垂直右孔互相平行，孔心位置和距离分别与台阶沉孔、左滑轨孔、右滑轨孔对应；

将滑块与水平滑台组件连接时，先将滑块放置于滑台架内侧，使得滑块的水平螺纹孔、水平左孔和水平右孔分别与滑台架前端面的台阶沉孔、左滑轨孔、右滑轨孔对齐，将左滑轨后端穿过左滑轨孔、水平左孔，插入滑台架后端面对应的定位孔内，将右滑轨后端穿过右滑轨孔、水平右孔，插入滑台架后端面对应的定位孔内，左滑轨和右滑轨的前端与滑台架前端面平齐；将丝杆后端穿过滑台架前端面的台阶沉孔，丝杆前端的环形凸台外端面与滑台架前端面平齐，丝杆杆身与滑块的水平螺纹孔螺纹配合，转动丝杆使其通过所述水平螺纹孔，丝杆后端面的圆柱凸台插入滑台架后端面对应的定位孔内；再将所述端板的中心通孔套过丝杆前端，通过螺钉将端板与滑台架前端面连接；然后将手轮与丝杆前端过盈配合连接，最后将锁紧螺钉拧入滑台架前端面顶面的锁紧螺纹孔，以不妨碍丝杆顺畅转动为度；

垂直滑台组件安装于滑块时，和所述滑块与水平滑台组件连接安装过程一致。

所述滑块前端面可以开有贯穿左右端面的矩形前凹槽，滑块后端面可以开有贯穿上下端面的矩形后凹槽，矩形前凹槽和矩形后凹槽的底部可以由矩形贯通孔连通，矩形前凹槽、矩形后凹槽及矩形贯通孔均用于减轻滑块重量。

所述的激光焊接焦距确定装置，其更进一步特征在于：

所述支架为杆状件，其一端具有支架安装面板，另一端固接有激光头安装筒，支架安装面上具有多个安装孔，用于穿过螺钉与所述垂直滑台组件的滑台架底面连接；所述激光头安装筒为圆筒，圆筒中心轴线与支架安装面呈45°夹角，圆筒筒身具有螺钉孔；所述半导体激光头插入所述激光头安装筒内，用螺钉拧入螺钉孔，将半导体激光头锁紧。

本发明半导体激光头通过支架安装于二维滑台上，二维滑台安装在激光焊接枪头上，可以使半导体激光头发出的光束方便地进行左右对中调节，与激光焊接枪头自带激光头的同轴引导光束相交，且将交点位置调整至激光束的工作点(离焦点)，半导体激光头与激光焊接枪头随动，故两束激光交点与激光焊枪聚焦镜片相对位置不变，等于对激光焊枪的工作点进行了标定。激光焊接示教编程过程中，只要使落在待焊材料表面上的两束激光光斑中心重合，即找到了激光焊接枪头的工作点。经过计算及测试半导体激光头发出的辅助光束与激光焊接枪头引导光夹角为45°时定位精度最高，可达光斑直径的一半，通常激光束在焦点位置附近光斑直径为0.3～0.5mm，故定位精度可达0.25mm。

本发明使用时，安装在激光焊接枪头上，调节激光焊接枪头与待焊材料表面垂直，且离焦量满足焊接工艺要求；转动本发明水平滑台组件的手轮，使半导体激光头发出的辅助光束(绿光)与激光焊接枪头引导光束(红光)相交，即使两束激光处于同一竖直平面内；转动本发明垂直滑台组件节的手轮，使半导体激光头发出的辅助光束落在材料表面上的绿色光斑与激光焊接枪头发出的红光斑中心重合；调节半导体激光头调焦环，使之落在材料表面上的绿色光斑最小，将各处锁紧螺钉拧紧，即完成本发明的标定。若焊接工艺变化需要更改离焦量时，松开相关锁紧螺钉，转动相关手轮，通过丝杆进行调节即可。

采用本发明焊缝示教编程过程中，只需要通过调节焊枪高度使辅助激光束与焊枪引导光束落在材料表面上的光斑中心重合，即可实现离焦量的确定。

本发明结构简单，制造和使用方便，定位精度高，缩短焊前示教编程时间，适用于平面及复杂曲面焊缝的快速对焦和离焦量的快速测量确定，可大幅提高激光焊接接系统生产效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为二维滑台结构示意图；

图3为水平滑台组件结构示意图；

图4(A)为滑台架右视图；

图4(B)为图4(A)的A-A剖视图，表示滑台架俯视剖面；

图4(C)为图4(B)的B-B剖视图，表示滑台架正视剖面；

图5为丝杠结构示意图；

图6为左滑轨结构示意图；

图7为端板结构示意图；

图8为垂直滑台组件结构示意图；；

图9(A)为滑块立体示意图；

图9(B)为滑块俯视图；

图9(C)为滑块正视图；

图9(D)为滑块右视图；

图10为支架结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明。

如图1、图2所示，本发明由二维滑台100、支架200和半导体激光头300构成；所述二维滑台100由水平滑台组件110、垂直滑台组件(120)和滑块130构成，滑块130分别连接水平滑台组件110和垂直滑台组件120，水平滑台组件110用于连接激光焊接枪头，所述支架200一端固连于垂直滑台组件120上，支架200另一端安装有半导体激光头300，半导体激光头300的光轴与所述支架200的轴线呈45°夹角；

所述滑块130能够连带垂直滑台组件120相对于水平滑台组件110在水平方向左右移动，所述垂直滑台组件120能够连带支架200及半导体激光头300相对于所述水平滑台组件110和滑块130上下移动，从而实现半导体激光头300对中调节，使之发出的光束与激光焊枪引导光束相交。

如图3所示，所述水平滑台组件110由滑台架111、丝杆112、左滑轨113、右滑轨114、端板115、手轮116和锁紧螺钉117组成；

如图4(A)、图4(B)、图4(C)所示，所述滑台架111为矩形框架，其前端面具有轴向的台阶沉孔111A，台阶沉孔111A两侧具有左滑轨孔111B、右滑轨孔111C，滑台架111的后端面具有轴向的三个定位孔111D，它们各自分别与台阶沉孔111A、左滑轨孔111B、右滑轨孔111C同轴对应；滑台架111前端面顶部对应所述台阶沉孔111A位置具有与台阶沉孔111A垂直的锁紧螺纹孔111E；滑台架111底面四角位置各具有一个安装孔111F,用于穿过螺钉与激光焊接枪头连接；

如图5所示，所述丝杆112为杆状件，其杆身具有外螺纹，接近丝杆前端具有环形凸台112A，丝杆后端面中心具有圆柱凸台112B；

如图6所示，所述左滑轨113亦为杆状件，其后端面中心具有圆柱形的尾凸台113A，所述右滑轨114形状、尺寸和左滑轨113完全相同；

如图7所示，所述端板115为矩形板，其中心具有中心通孔115A，端板四角位置各具有一个安装孔，用于穿过螺钉与所述滑台架111前端面连接；

如图8所示，所述垂直滑台组件120与水平滑台组件110的组成、结构相同，区别仅在于垂直滑台组件120的滑台架底面封闭，底面上具有多个连接孔120A，用于穿过螺钉与支架200连接；

如图9(A)、图9(B)、图9(C)、图9(D)所示，所述滑块130为立方六面体，贯通其左右端面后部开有水平螺纹孔130A，水平螺纹孔130A两侧具有水平左孔130B、水平右孔130C，水平螺纹孔130A、水平左孔130B和水平右孔130C互相平行，孔心位置和距离分别与台阶沉孔111A、左滑轨孔111B、右滑轨孔111C对应；贯通滑块的上下端面前部开有垂直螺纹孔130D，垂直螺纹孔130D两侧具有垂直左孔130E、垂直右孔130F，垂直螺纹孔130D、垂直左孔130E和垂直右孔130F互相平行，孔心位置和距离分别与台阶沉孔111A、左滑轨孔111B、右滑轨孔111C对应；

本发明的实施例中，所述滑块130前端面开有贯穿左右端面的矩形前凹槽130G，滑块130后端面开有贯穿上下端面的矩形后凹槽130H，矩形前凹槽130G和矩形后凹槽130H的底部由矩形贯通孔130I连通，矩形前凹槽130G、矩形后凹槽130H及矩形贯通孔130I均用于减轻滑块重量。

将滑块130与水平滑台组件110连接时，先将滑块130放置于滑台架111内侧，使得滑块130的水平螺纹孔130A、水平左孔130B和水平右孔130C分别与滑台架111前端面的台阶沉孔111A、左滑轨孔111B、右滑轨孔111C对齐，将左滑轨113后端穿过左滑轨孔111B、水平左孔130B，插入滑台架111后端面对应的定位孔111D内，将右滑轨114后端穿过右滑轨孔111C、水平右孔130C，插入滑台架111后端面对应的定位孔111D内，左滑轨113和右滑轨114的前端与滑台架前端面平齐；将丝杆112后端穿过滑台架111前端面的台阶沉孔111A，丝杆前端的环形凸台112A外端面与滑台架前端面平齐，丝杆杆身与滑块130的水平螺纹孔130A螺纹配合，转动丝杆使其通过所述水平螺纹孔130A，丝杆后端面的圆柱凸台112B插入滑台架111后端面对应的定位孔111D内；再将所述端板115的中心通孔115A套过丝杆前端，通过螺钉将端板115与滑台架111前端面连接；然后将手轮116与丝杆前端过盈配合连接，最后将锁紧螺钉117拧入滑台架111前端面顶面的锁紧螺纹孔111E，以不妨碍丝杆112顺畅转动为度；

垂直滑台组件120安装于滑块130时，和所述滑块130与水平滑台组件110连接安装过程一致。

如图10所示，所述支架200为杆状件，其一端具有支架安装面板210，另一端固接有激光头安装筒220，支架安装面210上具有多个安装孔，用于穿过螺钉与所述垂直滑台组件120的滑台架底面连接；所述激光头安装筒220为圆筒，圆筒中心轴线与支架安装面210呈45°夹角，圆筒筒身具有螺钉孔221；所述半导体激光头300插入所述激光头安装筒220内，用螺钉拧入螺钉孔221，将半导体激光头300锁紧。

本发明的实施例中，滑台架111选用2A12或2A70等高强铝合金制成；丝杆112选用不锈钢或45#钢制成，螺纹为M5标准螺纹；左滑轨113、右滑轨114采用冷拉不锈钢丝制成；滑块130的材料选用45#钢。

支架200采用重量轻、刚度好的2A12或2A70高强铝合金制成；

半导体激光头300为市购5mW绿光(532nm)半导体激光头，外形尺寸φ12mm×30mm，调焦大于20mm，具有焦距调节功能，聚焦后焦斑直径不大于0.5mm。

Claims (4)

1.一种激光焊接焦距确定装置，由二维滑台(100)、支架(200)和半导体激光头(300)构成，其特征在于：

所述二维滑台(100)由水平滑台组件(110)、垂直滑台组件(120)和滑块(130)构成，滑块(130)分别连接水平滑台组件(110)和垂直滑台组件(120)，水平滑台组件(110)用于连接激光焊接枪头，所述支架(200)一端固连于垂直滑台组件(120)上，支架(200)另一端安装有半导体激光头(300)，半导体激光头(300)的光轴与所述支架(200)的轴线呈45°夹角；

所述滑块(130)能够连带垂直滑台组件(120)相对于水平滑台组件(110)在水平方向左右移动，所述垂直滑台组件(120)能够连带支架(200)及半导体激光头(300)相对于所述水平滑台组件(110)和滑块(130)上下移动，从而实现半导体激光头(300)对中调节，使之发出的光束与激光焊枪引导光束相交。

2.如权利要求1所述的激光焊接焦距确定装置，其特征在于：

所述水平滑台组件(110)由滑台架(111)、丝杆(112)、左滑轨(113)、右滑轨(114)、端板(115)、手轮(116)和锁紧螺钉(117)组成；

所述滑台架(111)为矩形框架，其前端面具有轴向的台阶沉孔(111A)，台阶沉孔(111A)两侧具有左滑轨孔(111B)、右滑轨孔(111C)，滑台架(111)的后端面具有轴向的三个定位孔(111D)，它们各自分别与台阶沉孔(111A)、左滑轨孔(111B)、右滑轨孔(111C)同轴对应；滑台架(111)前端面顶部对应所述台阶沉孔(111A)位置具有与台阶沉孔(111A)垂直的锁紧螺纹孔(111E)；滑台架(111)底面四角位置各具有一个安装孔(111F),用于穿过螺钉与激光焊接枪头连接；

所述丝杆(112)为杆状件，其杆身具有外螺纹，接近丝杆前端具有环形凸台(112A)，丝杆后端面中心具有圆柱凸台(112B)；

所述左滑轨(113)亦为杆状件，其后端面中心具有圆柱形的尾凸台(113A)，所述右滑轨(114)形状、尺寸和左滑轨(113)完全相同；

所述端板(115)为矩形板，其中心具有中心通孔(115A)，端板四角位置各具有一个安装孔，用于穿过螺钉与所述滑台架(111)前端面连接；

所述垂直滑台组件(120)与水平滑台组件(110)的组成、结构相同，区别仅在于垂直滑台组件(120)的滑台架底面封闭，底面上具有多个连接孔(120A)，用于穿过螺钉与支架(200)连接；

所述滑块(130)为立方六面体，贯通其左右端面后部开有水平螺纹孔(130A)，水平螺纹孔(130A)两侧具有水平左孔(130B)、水平右孔(130C)，水平螺纹孔(130A)、水平左孔(130B)和水平右孔(130C)互相平行，孔心位置和距离分别与台阶沉孔(111A)、左滑轨孔(111B)、右滑轨孔(111C)对应；贯通滑块的上下端面前部开有垂直螺纹孔(130D)，垂直螺纹孔(130D)两侧具有垂直左孔(130E)、垂直右孔(130F)，垂直螺纹孔(130D)、垂直左孔(130E)和垂直右孔(130F)互相平行，孔心位置和距离分别与台阶沉孔(111A)、左滑轨孔(111B)、右滑轨孔(111C)对应；

将滑块(130)与水平滑台组件(110)连接时，先将滑块(130)放置于滑台架(111)内侧，使得滑块(130)的水平螺纹孔(130A)、水平左孔(130B)和水平右孔(130C)分别与滑台架(111)前端面的台阶沉孔(111A)、左滑轨孔(111B)、右滑轨孔(111C)对齐，将左滑轨(113)后端穿过左滑轨孔(111B)、水平左孔(130B)，插入滑台架(111)后端面对应的定位孔(111D)内，将右滑轨(114)后端穿过右滑轨孔(111C)、水平右孔(130C)，插入滑台架(111)后端面对应的定位孔(111D)内，左滑轨(113)和右滑轨(114)的前端与滑台架前端面平齐；将丝杆(112)后端穿过滑台架(111)前端面的台阶沉孔(111A)，丝杆前端的环形凸台(112A)外端面与滑台架前端面平齐，丝杆杆身与滑块(130)的水平螺纹孔(130A)螺纹配合，转动丝杆使其通过所述水平螺纹孔(130A)，丝杆后端面的圆柱凸台(112B)插入滑台架(111)后端面对应的定位孔(111D)内；再将所述端板(115)的中心通孔(115A)套过丝杆前端，通过螺钉将端板(115)与滑台架(111)前端面连接；然后将手轮(116)与丝杆前端过盈配合连接，最后将锁紧螺钉(117)拧入滑台架(111)前端面顶面的锁紧螺纹孔(111E)，以不妨碍丝杆(112)顺畅转动为度；

垂直滑台组件(120)安装于滑块(130)时，和所述滑块(130)与水平滑台组件(110)连接安装过程一致。

3.如权利要求2所述的激光焊接焦距确定装置，其特征在于：

所述滑块(130)前端面开有贯穿左右端面的矩形前凹槽(130G)，滑块(130)后端面开有贯穿上下端面的矩形后凹槽(130H)，矩形前凹槽(130G)和矩形后凹槽(130H)的底部由矩形贯通孔(130I)连通，矩形前凹槽(130G)、矩形后凹槽(130H)及矩形贯通孔(130I)均用于减轻滑块重量。

4.如权利要求1、2或3所述的激光焊接焦距确定装置，其特征在于：

所述支架(200)为杆状件，其一端具有支架安装面板(210)，另一端固接有激光头安装筒(220)，支架安装面(210)上具有多个安装孔，用于穿过螺钉与所述垂直滑台组件(120)的滑台架底面连接；所述激光头安装筒(220)为圆筒，圆筒中心轴线与支架安装面(210)呈45°夹角，圆筒筒身具有螺钉孔(221)；所述半导体激光头(300)插入所述激光头安装筒(220)内，用螺钉拧入螺钉孔(221)，将半导体激光头(300)锁紧。