CN106289519A - 熔池等离子体辐射光谱采集机构及激光焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔池等离子体辐射光谱采集机构，其包括激光辅助对中组件及与所述激光辅助对中组件间隔设置的光纤探头夹持调整组件。所述激光辅助对中组件包括激光发射器，其通过滑动使所述激光发射器的中心与工件的焊缝表面共面；所述激光发射器用于向所述光纤探头夹持调整组件发射激光，所述激光在所述光纤探头夹持调整组件上反射形成激光红色斑点。所述光纤探头夹持调整组件包括光纤探头，其依据所述激光红色斑点的位置滑动相应距离，以使所述光纤探头的中心、所述焊缝的表面及所述激光发射器的中心共面。本发明还涉及具有如上所述的熔池等离子体辐射光谱采集机构的激光焊接装置。

Description

熔池等离子体辐射光谱采集机构及激光焊接装置
技术领域
本发明属于激光焊接相关领域，更具体地，涉及一种熔池等离子体辐射光谱采集机构及具有所述熔池等离子体辐射光谱采集机构的激光焊接装置。
背景技术
在机械设备制造行业中，激光焊接凭借着其可以精确地对焊接能量进行控制、热影响区域和热变形较小、较高的焊接速度以及焊缝熔池深度较大等技术优势，在自动化装备、航空航天、能源、电子和医疗设备领域得到广泛的应用。
激光焊接过程中，熔池上方将会形成明亮炙热的等离子体，现在的研究认为等离子体将通过吸收、折射和散射屏蔽入射激光，以及等离子体的周期性震荡，严重影响到焊接过程的稳定性。对激光焊接等离子体特性的清楚认识是激光焊接技术研究的关键之一，同时也为激光焊接应用提供可靠的理论依据。只有在对激光焊接等离子体进行可靠的观测和光谱采集情况下，才能对光谱进行进一步的诊断分析与计算，从而可以得到激光焊接熔池等离子体的可靠研究结果。目前，还没有专门的装置用于激光焊接等离子体辐射光谱的采集，且激光焊接过程中激光的功率过大，通用型的采集装置不能对激光熔池等离子体辐射光谱进行既准确又方便的采集，同时，由于激光的功率过大，焊接过程容易破坏采集设备。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种熔池等离子体辐射光谱采集机构及激光焊接装置，其基于激光焊接的特点，在激光焊接结构中设置了熔池等离子体辐射光谱采集机构。所述熔池等离子体辐射光谱采集机构包括设置在工件装夹工作台上的光纤探头夹持调整组件及激光辅助对中组件，所述激光辅助对中组件设置有激光发射器，所述激光辅助对中组件通过滑动使所述激光发射器的中心与设置在所述工件装夹工作台上的工件的焊缝表面共面；所述光纤探头夹持调整组件包括有转向块、固定在所述转向块上的定位尺、与所述定位尺垂直设置的滑尺及设置在所述滑尺上的光纤探头，所述滑尺设置在所述转向块上且其可以沿所述转向块的中心轴滑动，所述转向块通过转动使所述光纤探头夹持调整组件处于定位状态或者采集状态，定位时，所述定位尺处于竖直位置，所述激光发射器发射的激光在所述定位尺上形成激光红色斑点，记录下所述激光红色斑点对应的所述定位尺的刻度；采集时，所述滑尺处于竖直位置，所述滑尺通过滑动调整自身位置以使自身至与所述刻度相对应的位置，进而使所述光纤探头的中心、所述工件的焊缝表面及所述激光发射器的中心位于同一平面，所述光纤探头采集激光焊接过程中熔池产生的等离子体辐射光谱，实现了对了熔池等离子体光谱的准确采集，为激光焊接技术的研究提供了可靠的数据支持，且结构简单，操作方便。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种熔池等离子体辐射光谱采集机构，其包括设置在工件装夹工作台上的激光辅助对中组件及与所述激光辅助对中组件间隔设置的光纤探头夹持调整组件，所述工件装夹工作台用于承载工件，其特征在于：
所述激光辅助对中组件包括连接于所述工件装夹工作台上的方形滑套、滑动的连接于所述方形滑套的水平滑杆、与所述水平滑杆垂直连接的竖直滑杆、滑动的连接于所述竖直滑杆的滑轨、设置在所述滑轨上的搭载平台及设置在所述搭载平台上的激光发射器，所述水平滑杆与所述滑轨通过滑动调整所述激光发射器的位置，使所述激光发射器的中心位于所述工件的焊缝的中心线的延长线上；所述激光发射器用于向所述光纤探头夹持调整组件发射激光；
所述光纤探头夹持调整组件与所述激光辅助对中组件分别位于所述工件装夹工作台相背的两端，所述光纤探头夹持调整组件包括连接于所述工件装夹工作台的方形套筒、滑动的连接于所述方形套筒的滑板、连接于所述滑板的转向块、固定在所述转向块上的定位尺、滑动的连接于所述定位尺的滑尺及设置在所述滑尺一端的光纤探头，所述转向块通过带动所述定位尺及所述滑尺相对于所述滑板转动，以使所述光纤探头夹持调整组件处于定位状态或者采集状态；所述光纤夹持调整组件处于定位状态时，所述定位尺沿竖直方向设置，所述激光在所述定位尺上反射形成激光红色斑点，记录下所述激光红色斑点位于所述定位尺上的刻度；所述转向块转动直至所述滑尺位于竖直位置，所述光纤探头夹持调整组件由定位状态转变为采集状态；所述滑尺依据所述激光红色斑点位于所述定位尺上的刻度进行滑动相应距离，使所述光纤探头的中心、所述焊缝的表面及所述激光发射器的中心共面，实现所述光纤探头的对中定位。
进一步的，所述定位尺上形成有刻度，所述滑尺上也形成有刻度；所述定位尺的长度方向与所述滑尺的长度方向相互垂直。
进一步的，所述光纤探头夹持调整组件还包括调节螺钉及支架，所述调节螺钉的一端设置在所述方形套筒内，以用于调节所述滑板的位置；所述支架的一端设置在所述方形套筒上，另一端连接于所述滑板。
按照本发明的另一方面，提供了一种一种激光焊接装置，其包括工件装夹工作台，其特征在于：
所述激光焊接装置还包括如上所述的熔池等离子体辐射光谱采集机构，所述熔池等离子体辐射光谱采集机构设置在所述工件装夹工作台上。
进一步的，所述激光焊接装置还包括激光焊接组件、压板、纵向滑台及横向滑台；所述激光焊接组件设置在所述工件装夹工作台的远离所述横向滑台的一个表面上，所述工件装夹工作台用于承载所述工件，所述工件与所述激光焊接组件相对设置，所述压板用于将所述工件压紧在所述工件装夹工作台上；所述横向滑台与所述纵向滑台滑动连接。
进一步的，所述压板的数量为两个，两个所述压板间隔设置。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，采用本发明提供的熔池等离子体辐射光谱采集机构及具有所述熔池等离子体辐射光谱采集机构的激光焊接装置，所述转向块通过转动使所述光纤探头夹持调整组件处于定位状态或者采集状态，定位时，所述定位尺处于竖直位置，所述激光发射器发射的激光在所述定位尺上形成激光红色斑点，记录下所述激光红色斑点对应的所述定位尺的刻度；采集时，所述滑尺处于竖直位置，所述滑尺通过滑动调整自身位置以使自身至与所述刻度相对应的位置，进而使所述光纤探头的中心、所述工件的焊缝表面及所述激光发射器的中心位于同一平面，所述光纤探头采集激光焊接过程中熔池产生的等离子体辐射光谱，实现了对了熔池等离子体光谱的准确采集，为激光焊接技术的研究提供了可靠的数据支持，且结构简单，操作方便。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式提供的激光焊接装置的立体结构示意图。
图2是图1中的激光焊接装置沿一个角度的局部示意图。
图3是图1中的激光焊接装置的熔池等离子体辐射光谱采集机构的激光辅助对中组件的结构示意图。
图4是图3中的熔池等离子体辐射光谱采集机构的光纤探头夹持调整组件的结构示意图。
图5是图3中的熔池等离子体辐射光谱采集机构的使用状态示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-光纤探头，2-定位尺，3-光纤探头夹持调整组件，4-调节螺钉，5-激光焊接组件，6-工件，7-工件装夹工作台，8-竖直滑杆，9-激光辅助对中组件，10-激光发射器，11-纵向滑台，12-压板，13-横向滑台，14-滑轨，15-第一定位螺钉，16-搭载平台，17-方形滑套，18-第二定位螺钉，19-水平滑杆，20-支架，21-滑板，22-转向块，24-滑尺，25-方形套筒，26-第二定位螺钉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1至图4，本发明较佳实施方式提供的激光焊接装置，其包括激光焊接组件5、工件装夹工作台7、压板12、纵向滑台11、横向滑台13及熔池等离子体辐射光谱采集机构。所述激光焊接组件5设置在所述工件装夹工作台7的远离所述横向滑台13的一个表面上，所述工件装夹工作台7用于承载工件6，所述工件6与所述激光焊接组件5相对设置，所述压板12用于将所述工件6压紧在所述工件装夹工作台7上。本实施方式中，所述压板12的数量为两个，两个所述压板12间隔设置。
所述工件装夹工作台7滑动的连接于所述纵向滑台11，其能够沿所述纵向滑台11的长度方向滑动。所述横向滑台13与所述工件装夹工作台7分别位于所述纵向滑台11的相背的两侧。所述纵向滑台11与所述横向滑台13滑动连接，其能够沿所述横向滑台13的长度方向滑动。本实施方式中，所述纵向滑台11的长度方向与所述横向滑台13的长度方向相互垂直。
所述熔池等离子体辐射光谱采集机构设置在所述工件装夹工作台7上，其包括光纤探头夹持调整组件3及与所述光纤探头夹持调整组件3间隔设置的激光辅助对中组件9，所述激光辅助对中组件9与所述光纤探头夹持调整组件3分别位于所述工件装夹工作台7相背的两端。
所述激光辅助对中组件9包括方形滑套17、水平滑杆19、第二定位螺钉18、竖直滑杆8、滑轨14、搭载平台16、激光发射器10及第一定位螺钉15。所述激光辅助对中组件9通过所述方形滑套17连接于所述工件装夹工作台7，所述方形滑套17的一侧连接于所述工件装夹工作台7的一端。所述水平滑杆19的一端与所述竖直滑杆8垂直连接，另一端设置在所述方形滑套17内。本实施方式中，所述水平滑杆19能够带动连接于其上的部件相对于所述方形滑套17滑动，以调整所述激光发射器10的位置。所述第二定位螺钉18的一端设置在所述方形滑套17内以对所述水平滑杆19进行定位。
所述滑轨14的一端滑动的连接于所述竖直滑杆8，另一端连接于所述搭载平台16。所述搭载平台16的一端固定在所述滑轨14上，另一端连接于所述激光发射器10。所述第一定位螺钉15用于将所述激光发射器10定位在所述搭载平台16上。所述滑轨14与所述水平滑杆19通过滑动调整所述搭载平台16及所述激光发射器10的位置，使激光发射器10的中心位于所述焊缝的中心线的延长线上。所述激光发射器10用于向所述光纤探头夹持调整组件3发射激光，所述激光在所述光纤探头夹持调整组件3上反射形成红色激光斑点，从而实现辅助光纤探头的对中。
所述光纤探头夹持调整组件3包括光纤探头1、定位尺2、转向块22、滑尺24、滑板21、支架20、方形套筒25及调节螺钉4。所述滑板21的一端设置在所述方形套筒25内，另一端连接于所述转向块22。所述滑板21能够相对于所述方形套筒25滑动。所述调节螺钉4的一端设置在所述方形套筒25内，其用于精确调节所述滑板21到合适位置。所述支架21的一端设置在所述方形套筒25上，另一端连接于所述滑板21。本实施方式中，所述支架21用于支撑所述滑板21，以维持所述光纤探头夹持调整组件3的重量平衡。
请参阅图5，所述转向块22能够绕所述滑板21的中心轴转动，其通过转动使所述光纤探头夹持调整组件3处于定位状态或者采集状态。所述定位尺2的一端固定在所述转向块22上，其上设置有精确的刻度。本实施方式中，所述定位尺2能够随所述转向块22同步转动。所述滑尺24的一端穿过所述转向块22后连接于所述光纤探头1。所述滑尺24能够沿所述转向块2内的滑槽滑动。所述滑尺24移动到与所述定位尺2上的红色激光斑点对应的刻度位置，以使所述光纤探头1的中心与所述工件6的焊缝表面处于同一平面内。本实施方式中，所述滑尺24上也形成有与所述定位尺2的刻度相对应的刻度；所述滑尺24的长度方向与所述定位尺2的长度方向相互垂直。
所述光纤探头夹持调整组件3处于定位状态时，所述定位尺2的长度方向与竖直方向平行，即所述定位尺2位于竖直位置(90°位置)，记录下所述激光辅助对中组件9所发射的激光在所述定位尺2上反射的激光红色斑点的位置；所述转向块22带动所述定位尺2、所述滑尺24及所述光纤探头1转动，使所述滑尺24由水平位置(0°)转向竖直位置(90°)，此时所述定位尺2由竖直位置(90°)转向水平位置(180°)，直至所述滑尺24位于竖直位置，即所述滑尺24的长度方向与竖直方向平行，所述光纤探头夹持调整组件3由定位状态转换为采集状态。所述滑尺24相对于所述转向块22滑动，使所述光纤探头1的中心、所述工件6的焊缝表面及所述激光发射器10的中心位于同一平面，所述光纤探头1采集激光焊接过程中的熔池等离子体辐射光谱。
采用本发明提供的熔池等离子体辐射光谱采集机构及具有所述熔池等离子体辐射光谱采集机构的激光焊接装置，所述转向块通过转动使所述光纤探头夹持调整组件处于定位状态或者采集状态，定位时，所述定位尺处于竖直位置，所述激光发射器发射的激光在所述定位尺上形成激光红色斑点，记录下所述激光红色斑点对应的所述定位尺的刻度；采集时，所述滑尺处于竖直位置，所述滑尺通过滑动调整自身位置以使自身到达与所述刻度相对应的位置，进而使所述光纤探头的中心、所述工件的焊缝表面及所述激光发射器的中心位于同一平面，所述光纤探头采集激光焊接过程中熔池产生的等离子体辐射光谱，实现了对了熔池等离子体光谱的准确采集，为激光焊接技术的研究提供了可靠的数据支持，且结构简单，操作方便。
本领域的技术人员容易理解，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 (6)

1.一种熔池等离子体辐射光谱采集机构，其包括设置在工件装夹工作台上的激光辅助对中组件及与所述激光辅助对中组件间隔设置的光纤探头夹持调整组件，所述工件装夹工作台用于承载工件，其特征在于：
所述激光辅助对中组件包括连接于所述工件装夹工作台上的方形滑套、滑动的连接于所述方形滑套的水平滑杆、与所述水平滑杆垂直连接的竖直滑杆、滑动的连接于所述竖直滑杆的滑轨、设置在所述滑轨上的搭载平台及设置在所述搭载平台上的激光发射器，所述水平滑杆与所述滑轨通过滑动调整所述激光发射器的位置，使所述激光发射器的中心位于所述工件的焊缝的中心线的延长线上；所述激光发射器用于向所述光纤探头夹持调整组件发射激光；
所述光纤探头夹持调整组件与所述激光辅助对中组件分别位于所述工件装夹工作台相背的两端，所述光纤探头夹持调整组件包括连接于所述工件装夹工作台的方形套筒、滑动的连接于所述方形套筒的滑板、连接于所述滑板的转向块、固定在所述转向块上的定位尺、滑动的连接于所述定位尺的滑尺及设置在所述滑尺一端的光纤探头，所述转向块通过带动所述定位尺及所述滑尺相对于所述滑板转动，以使所述光纤探头夹持调整组件处于定位状态或者采集状态；所述光纤夹持调整组件处于定位状态时，所述定位尺沿竖直方向设置，所述激光在所述定位尺上反射形成激光红色斑点，记录下所述激光红色斑点位于所述定位尺上的刻度；所述转向块转动直至所述滑尺位于竖直位置，所述光纤探头夹持调整组件由定位状态转变为采集状态；所述滑尺依据所述激光红色斑点位于所述定位尺上的刻度进行滑动相应距离，使所述光纤探头的中心、所述焊缝的表面及所述激光发射器的中心共面，实现所述光纤探头的对中定位。
2.如权利要求1所述的熔池等离子体辐射光谱采集机构，其特征在于：所述定位尺上形成有刻度，所述滑尺上也形成有刻度；所述定位尺的长度方向与所述滑尺的长度方向相互垂直。
3.如权利要求1所述的熔池等离子体辐射光谱采集机构，其特征在于：所述光纤探头夹持调整组件还包括调节螺钉及支架，所述调节螺钉的一端设置在所述方形套筒内，以用于调节所述滑板的位置；所述支架的一端设置在所述方形套筒上，另一端连接于所述滑板。
4.一种激光焊接装置，其包括工件装夹工作台，其特征在于：
所述激光焊接装置还包括如权利要求1-3任一项所述的熔池等离子体辐射光谱采集机构，所述熔池等离子体辐射光谱采集机构设置在所述工件装夹工作台上。
5.如权利要求4所述的激光焊接装置，其特征在于：所述激光焊接装置还包括激光焊接组件、压板、纵向滑台及横向滑台；所述激光焊接组件设置在所述工件装夹工作台的远离所述横向滑台的一个表面上，所述工件装夹工作台用于承载所述工件，所述工件与所述激光焊接组件相对设置，所述压板用于将所述工件压紧在所述工件装夹工作台上；所述横向滑台与所述纵向滑台滑动连接。
6.如权利要求5所述的激光焊接装置，其特征在于：所述压板的数量为两个，两个所述压板间隔设置。
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