CN107498198A - 一种三维激光焊接装置及其z轴振镜 - Google Patents

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路崧
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谢泽楷
杨建东
叶恒青
汤华辉
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Abstract

本发明提出一种三维激光焊接装置及其Z轴振镜，包括：控制电源，固定座，磁性材质的动芯，电感线圈，底座，直线引导装置，位置传感装置，Z轴透镜以及弹性件；其中，该Z轴透镜装设在该动芯上，该动芯插设在该固定座的中空收容腔中，该底座装设在该固定座的底端，该弹性件夹设在该底座与该动芯之间，该直线引导装置装设在该动芯的外侧与该固定座的内侧之间，该电感线圈环绕地装设在该固定座的外侧，该位置传感装置用于提供该动芯的位置信号，该控制电源能够根据外部控制信号，为该电感线圈提供电流，进而在该固定座的中空收容腔中提供对应的磁场，克服该弹性件提供的回复力，驱使该动芯沿光轴上下位移。能够提高加工效率和加工精度。

Description

一种三维激光焊接装置及其Z轴振镜
技术领域
本发明涉及三维激光焊接装置，尤其涉及到三维激光焊接装置的Z轴振镜。
背景技术
由于在激光焊接加工过程中，不会因预应力而造成零件损伤，并且光斑直接可控以实现尺寸较小焊缝的焊接，所以广泛应用于手机零配件制造、新能源电池制造以及五金家电制造等高精密零件制造领域。
目前的激光焊接装置一般采用二维振镜来对工件加工，可以实现二维平面扫描，加工效率高，焊接质量稳定。但是，随着精密焊接的零部件越来越复杂，要求效率越来越高，三维激光焊接装置被提出来。三维激光焊接装置通过XY轴振镜，并通过反射来控制激光焦点的平面运动，再通过Z轴振镜上的透镜改变焦点的Z轴位置，可以实现工件的三维焊接。
现有的Z轴振镜一般是采用Z轴振镜电机转动，带动曲柄连杆机构，将振镜电机的转动转化成直线运动，来带动Z轴透镜运动，从而改变激光聚焦光斑的Z轴位置。这种结构，不但机械结构复杂，而且在装配时，还容易产生一定的装配误差，难以保证高精度的定位，影响到加工效率和加工精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种三维激光焊接装置的Z轴振镜，能够提高加工效率和加工精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种三维激光焊接装置的Z轴振镜，包括：控制电源，固定座，磁性材质的动芯，电感线圈，底座，直线引导装置，位置传感装置，Z轴透镜以及弹性件；其中，该Z轴透镜装设在该动芯上，该动芯插设在该固定座的中空收容腔中，该底座装设在该固定座的底端，该弹性件夹设在该底座与该动芯之间，该直线引导装置装设在该动芯的外侧与该固定座的内侧之间，该电感线圈环绕地装设在该固定座的外侧，该位置传感装置提供用于该动芯的位置信号，该控制电源能够根据外部控制信号，为该电感线圈提供电流，进而在该固定座的中空收容腔中提供对应的磁场，克服该弹性件提供的回复力，驱使该动芯沿光轴上下位移。
其中，还包括夹头，该Z轴透镜装设在该夹头上，该夹头固定在该动芯上。
其中，还包括锁紧件，用于将该夹头锁紧在该动芯上。
其中，该动芯呈圆筒状，该动芯的中空内侧形成有台阶，该夹头、该Z轴透镜及该锁紧件固定在该动芯内侧的台阶处。
其中，该动芯的外轮廓截面为倒凸字形，该弹性件的顶端被动芯的台阶部压抵住、底端被该底座抵住。
其中，该直线引导装置选用直线轴承。
其中，该位置传感装置选用光栅尺。
其中，该动芯是铁质的。
其中，该固定座呈圆筒状，该固定座的下端设有凸缘，用于承托该电感线圈。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案还是：提供一种三维激光焊接装置，包括X轴振镜、Y轴振镜以及如上所述的Z轴振镜。
本发明的有益效果在于，通过控制电源，固定座，磁性材质的动芯，电感线圈，底座，直线引导装置，位置传感装置，Z轴透镜以及弹性件的巧妙配合，能够利用电磁场的变化来控制Z轴透镜沿光轴的快速和精准位移，快速和精准地改变激光聚焦光斑的Z轴位置，从而能够提高加工效率和加工精度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是三维激光焊接装置的原理性结构示意。
图2是三维激光焊接装置的Z轴振镜的原理性结构示意。
其中，主要附图标记如下：10三维激光焊接装置 50激光 1X轴振镜 2Y轴振镜 3Z轴单元 11X轴反射镜 12X轴振镜电机 21Y轴反射镜 22Y轴振镜电机 31控制电源 32固定座 33动芯 34电感线圈 35底座 36直线轴承 37光栅尺 38锁紧件 39夹头 310Z轴透镜311弹性件 320光轴。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
参见图1，图1是三维激光焊接装置的原理性结构示意。本发明提出一种三维激光焊接装置10，能够将激光50准确地投送到三维空间的设定位置，以实现工件的三维焊接。该三维激光焊接装置10包括：X轴振镜1，Y轴振镜2和Z轴单元3。
具体而言，X轴振镜1包括X轴反射镜11和X轴振镜电机12，该X轴振镜电机12的转动能够带动该X轴反射镜11偏转，从而在X轴上改变激光50的投射位置。类似地，Y轴振镜2包括Y轴反射镜21和Y轴振镜电机22，该Y轴振镜电机22的转动能够带动该Y轴反射镜21偏转，从而在Y轴上改变激光50的投射位置。该Z轴单元3能够改变激光50的焦点的Z轴位置。
参见图2，图2是三维激光焊接装置的Z轴振镜的原理性结构示意。该Z轴单元3包括：控制电源31，固定座32，磁性材质的动芯33，电感线圈34，底座35，直线轴承36，光删尺37，锁紧件38，夹头39，Z轴透镜310以及弹性件311。其中，该动芯33及其上的Z轴透镜310受控能够沿着光轴320上下位移，从而改变激光50的焦点的Z轴位置。举例而言，该动芯33是铁质的。
具体而言，Z轴透镜310固定在夹头39上。举例而言，Z轴透镜310通过胶水镶嵌在夹头39上。夹头39和Z轴透镜310的组合体通过锁紧件38固定在动芯33上。动芯33插置在固定座32的中空收容腔中。电感线圈34环绕地装设在固定座32的外周。更具体的，固定座32呈圆筒状，固定座32的中心线与光轴320重合。固定座32的下端设有凸缘，用于承托电感线圈34。
底座35固定在固定座32的底端。直线轴承36安装在固定座32的内侧。动芯33通过直线轴承36可以在固定座32的中空收容腔中上下移动。光栅尺37的传感器安装在固定座32上，用于确定动芯33的位移。弹性件311预夹紧在底座35与动芯33之间。更具体的，动芯33呈外轮廓截面为倒凸字形的圆筒状，动芯33的中心线与光轴320重合。弹性件311的顶端被动芯33的台阶部压抵住、底端被底座35抵住。动芯33的中空内侧形成有台阶，夹头39、Z轴透镜310及锁紧件37固定在动芯33内侧的台阶处。
在本实施例中，弹性件311选用弹簧；在其他实施例中，弹性件311可以选用扭簧。在本实施例中，采用光栅尺37来提供动芯33的位置信号；在其他实施例中，可以采用其他的位置传感装置来提供动芯33的位置信号。在本实施例中，采用直线轴承36来引导动芯33的上下位移；在其他实施例中，可以采用其他直线引导装置来引导动芯33的上下位移。
该Z轴单元3的工作原理包括：在初始化过程，控制电源31得电，电感线圈34得电，固定座32的中空收容腔内产生磁场，磁场的作用力可以驱使动芯33向下运动，压紧弹性件310，光栅尺37的传感器提供动芯33的位置信号。在工作过程，受控于外部控制信号，控制电源31输出到电感线圈34的电流与该控制信号相对应，固定座32的中空收容腔内的磁场相应发生变化，动芯33受磁场的作用，沿着直线轴承36限定的轨迹，在固定座32的中空收容腔内运动。这时，动芯33上的Z轴透镜310，会随着动芯33的运动而运动，在光轴320上发生位置变化，从而改变激光50的焦点在Z轴方向(即竖直方向)的位置。
本发明的有益效果包括：1、利用弹性件311进行复位，利用电感线圈34的驱动电流大小的改变来控制动芯33及其上的Z轴透镜310的Z轴方向运动，能够能够提高定位的效率。2、利用光栅尺37对动芯33进行定位，使动芯33及其上的Z轴透镜310在Z轴方向准确定位，能够提高定位的精度。3、利用动芯33和弹性件311组合，来替代现有的曲柄连杆结构，能够优化结构。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种三维激光焊接装置的Z轴振镜，其特征在于，包括：控制电源，固定座，磁性材质的动芯，电感线圈，底座，直线引导装置，位置传感装置，Z轴透镜以及弹性件；其中，该Z轴透镜装设在该动芯上，该动芯插设在该固定座的中空收容腔中，该底座装设在该固定座的底端，该弹性件夹设在该底座与该动芯之间，该直线引导装置装设在该动芯的外侧与该固定座的内侧之间，该电感线圈环绕地装设在该固定座的外侧，该位置传感装置用于提供该动芯的位置信号，该控制电源能够根据外部控制信号，为该电感线圈提供电流，进而在该固定座的中空收容腔中提供对应的磁场，克服该弹性件提供的回复力，驱使该动芯沿光轴上下位移。
2.根据权利要求1所述的Z轴振镜，其特征在于：还包括夹头，该Z轴透镜装设在该夹头上，该夹头固定在该动芯上。
3.根据权利要求2所述的Z轴振镜，其特征在于：还包括锁紧件，用于将该夹头锁紧在该动芯上。
4.根据权利要求3所述的Z轴振镜，其特征在于：该动芯呈圆筒状，该动芯的中空内侧形成有台阶，该夹头、该Z轴透镜及该锁紧件固定在该动芯内侧的台阶处。
5.根据权利要求4所述的Z轴振镜，其特征在于：该动芯的外轮廓截面为倒凸字形，该弹性件的顶端被动芯的台阶部压抵住、底端被该底座抵住。
6.根据权利要求1所述的Z轴振镜，其特征在于：该直线引导装置选用直线轴承。
7.根据权利要求1所述的Z轴振镜，其特征在于：该位置传感装置选用光栅尺。
8.根据权利要求1所述的Z轴振镜，其特征在于：该动芯是铁质的。
9.根据权利要求1至8任一项所述的Z轴振镜，其特征在于：该固定座呈圆筒状，该固定座的下端设有凸缘，用于承托该电感线圈。
10.一种三维激光焊接装置，包括X轴振镜和Y轴振镜；其特征在于：还包括：如权利要求1至9任一项所述的Z轴振镜。
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