CN108672923A - 一种双轴摆动光斑激光焊接加工头 - Google Patents
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Abstract
一种双轴摆动光斑激光焊接加工头，其中激光焊接头包括光束准直机构、光路主体机构、聚焦组件和CCD相机组件，光束准直机构设置在光路主体机构的上部；光路主体机构由光路腔体、振镜X轴电机、振镜Y轴电机和反射镜组件组成，振镜X轴电机横向设置，振镜Y轴电机竖向设置，振镜X轴电机的转轴前端设有X轴反光镜片，振镜Y轴电机的转轴下端设有Y轴反光镜片，反射镜组件包括反射镜，X轴反光镜片、Y轴反光镜片和反射镜均位于光路腔体中；聚焦组件设置在光路主体机构的下方；CCD相机组件设置在光路主体机构上部，CCD相机组件的摄像头沿垂直方向设置在反射镜上方，本发明大大地改善了焊接质量、降低对焊接工装的要求。
Description
技术领域
本发明涉领域激光焊接设备领域，具体涉及一种双轴摆动光斑激光焊接加工头。
背景技术
目前，市场上普遍使用的焊接头为普通光纤激光焊接头，其焊接头产生的光斑无法走轨迹，在焊接金属材料时无法排除激光焊接过程中产生的气孔问题，这样在对焊接工件的间隙要求比较高时，以及焊接高反材料时无法保证焊缝的一致性，另外，现有技术的焊接头在焊接异种金属无法控制金属减化合物的融化和凝固，从而无法保证焊接质量，进而无法很好地满足用户高质量的焊接要求。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种双轴摆动光斑激光焊接加工头，以解决现有激光焊接头因焊接材料存在杂质，或激光器光束存在质量问题时，焊接易产生气孔，以及焊缝一致性很差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种双轴摆动光斑激光焊接加工头，包括光束准直机构、光路主体机构、聚焦组件和CCD相机组件，其中：
光束准直机构设置在光路主体机构的上部，以用于将发散的激光光束转化成平行光束，并将平行光束沿垂直方向传送给光路主体机构；
光路主体机构由光路腔体、振镜X轴电机、振镜Y轴电机和反射镜组件组成，所述振镜X轴电机横向设置，所述振镜Y轴电机竖向设置，振镜X轴电机的转轴前端设有X轴反光镜片，振镜Y轴电机的转轴下端设有Y轴反光镜片，所述反射镜组件包括与水平方向呈设定倾角的反射镜，所述X轴反光镜片、Y轴反光镜片和反射镜均位于光路腔体中，所述X轴反光镜片用于将来自光束准直机构的激光光束沿X轴方向横向反射到Y轴反光镜片上，所述Y轴反光镜片用于将来自X轴反光镜片的激光光束沿Y轴方向横向反射到反射镜上，所述反射镜用于将激光光束垂直反射出光路腔体；
聚焦组件设置在光路主体机构的下方，所述聚焦组件用于将通过反射镜垂直反射出光路腔体的激光光束聚焦形成用于焊接的光斑；
CCD相机组件设置在光路主体机构上部，所述CCD相机组件的摄像头沿垂直方向设置在反射镜上方，且摄像头的光束与反射镜所反射的激光光束同轴。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述光束准直机构由自上而下依次沿同一光轴设置的准直聚焦镜组件和准直镜抽屉组件组成，所述准直聚焦组件用于与激光器相连，所述激光器发射的发散光束依次经过准直聚焦镜组件、准直镜抽屉组件以转化成平行光束。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述准直镜抽屉组件为抽屉式结构，准直镜抽屉组件的聚焦镜片可拆卸的安装在抽屉式结构中。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述聚焦组件下方套设有风刀组件。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述聚焦组件的侧面连接有旁轴吹气组件，所述旁轴吹气组件由调节支架、活动调节杆和吹气嘴组成，所述调节支架固定在光路主体机构的侧面，所述活动调节杆可上下调节地设置调节支架上，所述吹气嘴连接在活动调节杆的下方并位于聚焦组件的侧面。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述吹气嘴通过用于调节吹气嘴的吹气角度的转动部件与活动调节杆相连。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述光路主体机构的四周分别设有前面板、左侧板、右侧板和用于定位安装用的背板，光路主体机构的顶部设有驱动盖板。
本发明的双轴摆动光斑激光焊接加工头，通过包括光束准直机构、光路主体机构、聚焦组件和CCD相机组件，光束准直机构设置在光路主体机构的上部，以用于将发散的激光光束转化成平行光束，并将平行光束沿垂直方向传送给光路主体机构；光路主体机构由光路腔体、振镜X轴电机、振镜Y轴电机和反射镜组件组成，所述振镜X轴电机横向设置，所述振镜Y轴电机竖向设置，振镜X轴电机的转轴前端设有X轴反光镜片，振镜Y轴电机的转轴下端设有Y轴反光镜片，所述反射镜组件包括与水平方向呈设定倾角的反射镜，所述X轴反光镜片、Y轴反光镜片和反射镜均位于光路腔体中，所述X轴反光镜片用于将来自光束准直机构的激光光束沿X轴方向横向反射到Y轴反光镜片上，所述Y轴反光镜片用于将来自X轴反光镜片的激光光束沿Y轴方向横向反射到反射镜上，所述反射镜用于将激光光束垂直反射出光路腔体；聚焦组件设置在光路主体机构的下方，所述聚焦组件用于将通过反射镜垂直反射出光路腔体的激光光束聚焦形成用于焊接的光斑；CCD相机组件设置在光路主体机构上部，所述CCD相机组件的摄像头沿垂直方向设置在反射镜上方，且摄像头的光束与反射镜所反射的激光光束同轴，使得其具有如下有益效果：
1)通过振镜X轴电机和振镜Y轴电机的联动来改变平行光束，从而使聚焦出来的光斑可以走不同的轨迹，通过改变振镜X轴电机和振镜Y轴电机的运动速度从而实现改变光斑的摆动频率；
2)本发明的双轴摆动光斑激光焊接加工头产生的光斑轨迹可以走任意图形、宽度，且频率可调，从而大大地改善了焊接质量；
3)解决了高反材料焊缝不一致的技术问题，及焊缝气孔含量的技术问题，且本发明显著提高了焊缝的美观性、拉拔力等等；
4)解决了钣金行业焊缝偏大，导致不便于进行激光焊接的技术问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明双轴摆动光斑激光焊接加工头提供的一实例的分解结构示意图；
图2为本发明光路主体机构提供的一实例的结构示意图；
图3为图2中光路主体机构的光路传输示意图；
图4为本发明双轴摆动光斑激光焊接加工头的总装图。
图中：1、光路主体机构，01、振镜X轴电机，02、X轴反光镜片，03、反射镜组件，04、反射镜，05、Y轴反光镜片，06、振镜Y轴电机，07、光路腔体，2、聚焦组件，3、风刀组件，4、背板，5、准直镜抽屉组件，6、准直聚焦镜组件，8、CCD相机组件，9、前面板，10、驱动盖板，11、左侧板，12、右侧板，14、旁轴吹气组件。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图4所示，双轴摆动光斑激光焊接加工头包括光束准直机构、光路主体机构1、聚焦组件2和CCD相机组件8，该双轴摆动光斑激光焊接加工头用来连接在激光器的下方，以将激光器的激光转化为平行光束，并使聚焦出来用于焊接的焦点(即光斑)可以走不同的轨迹，其中：
光束准直机构设置在光路主体机构1的上部，接收来自激光器所发射的激光光束，以用于将发散的激光光束转化成平行光束，并将平行光束沿垂直方向传送给光路主体机构1；
光路主体机构1由光路腔体07、振镜X轴电机01、振镜Y轴电机06和反射镜组件03组成，该光路腔体07为固定光路系统的基体，振镜X轴电机01的作用是改变光路系统中光束在x方向的增量，振镜Y轴电机06的作用是改变光路系统中光束在y轴方向的增量，反射镜组件03的作用是改变光路系统中光束方向，所述振镜X轴电机01横向设置，所述振镜Y轴电机06竖向设置，振镜X轴电机01的转轴前端设有X轴反光镜片02，振镜Y轴电机06的转轴下端设有Y轴反光镜片05，所述反射镜组件03包括与水平方向呈设定倾角的反射镜04，所述X轴反光镜片02、Y轴反光镜片05和反射镜04均位于光路腔体07中。为了更形象描述光路传输路径，图3中去除了光路主体机构1中的光路腔体07部分，其光路传输路径如图3中带箭头的虚线所示，所述X轴反光镜片02用于将来自光束准直机构的激光光束沿X轴方向横向反射到Y轴反光镜片05上，所述Y轴反光镜片05用于将来自X轴反光镜片02的激光光束沿Y轴方向横向反射到反射镜04上，所述反射镜04用于将激光光束垂直反射出光路腔体07，该光路主体机构1中，振镜X轴电机01带动X轴反光镜片02转动实现激光光束在X轴方向的摆动，振镜Y轴电机06带动Y轴反光镜片05转动实现光束在Y轴方向的摆动，反射镜组件03将水平的激光光束改变成垂直光束；
聚焦组件2设置在光路主体机构1的下方，所述聚焦组件2用于将通过反射镜04垂直反射出光路腔体07的激光光束聚焦形成用于焊接的光斑；
CCD相机组件8设置在光路主体机构1上部，所述CCD相机组件8的摄像头沿垂直方向设置在反射镜04上方，且摄像头的光束与反射镜04所反射的激光光束同轴，焊接过程中摄像头实时拍摄位于聚焦组件2下方的焊接位置，以实现焊接定位。
具体实施中，所述光束准直机构由自上而下依次沿同一光轴设置的准直聚焦镜组件6和准直镜抽屉组件5组成，所述准直聚焦组件2用于与激光器相连，所述激光器发射的发散光束依次经过准直聚焦镜组件6、准直镜抽屉组件5以转化成平行光束。所述准直镜抽屉组件5为抽屉式结构，准直镜抽屉组件5的聚焦镜片可拆卸的安装在抽屉式结构中。
具体实施中，所述聚焦组件2下方套设有风刀组件3，风刀组件3通过风刀对焊接过程中的焊接点进行清理，去除焊渣等杂物。所述聚焦组件2的侧面连接有旁轴吹气组件14，所述旁轴吹气组件14由调节支架、活动调节杆和吹气嘴组成，所述调节支架固定在光路主体机构1的侧面，所述活动调节杆可上下调节地设置调节支架上，所述吹气嘴连接在活动调节杆的下方并位于聚焦组件2的侧面。所述吹气嘴通过用于调节吹气嘴的吹气角度的转动部件与活动调节杆相连。
具体实施中，所述光路主体机构1的四周分别设有前面板9、左侧板11、右侧板12和用于定位安装用的背板4，光路主体机构1的顶部设有驱动盖板10，前面板9、左侧板11、右侧板12、背板4及驱动盖板10组成密闭的箱体结构，可有效的保护光路主体机构1及其中的光路器件。另外通过背板4可以激光器相连，从而形成一整套完整的激光焊接设备。
本发明的双轴摆动光斑激光焊接加工头的优点在于，在形成光斑的光路系统结构中，其光路主体机构1由光路腔体07、振镜X轴电机01、振镜Y轴电机06和反射镜组件03组成，该光路腔体07为固定光路系统的基体，振镜X轴电机01的作用是改变光路系统中光束在x方向的增量，振镜Y轴电机06的作用是改变光路系统中光束在Y轴方向的增量，反射镜组件03的作用是改变光路系统中光束方向，振镜X轴电机01带动X轴反光镜片02转动实现激光光束在X轴方向的摆动，振镜Y轴电机06带动Y轴反光镜片05转动实现光束在Y轴方向的摆动，反射镜组件03将水平的激光光束改变成垂直光束，其通过振镜X轴电机01和振镜Y轴电机06的联动来改变平行光束，从而使聚焦出来的光斑可以走不同的轨迹，通过改变振镜X轴电机01和振镜Y轴电机06的运动速度从而实现改变光斑的摆动频率，光斑轨迹可以走任意图形、宽度，且频率可调，大大的改善优化焊接质量，相比传统的普通激光焊接头相比，有效解决了高反材料焊缝不一致的问题，以及遗迹气孔含量的问题，从而显著提高了焊接的美观性和拉拔力等。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (7)
1.一种双轴摆动光斑激光焊接加工头，其特征在于，包括光束准直机构、光路主体机构、聚焦组件和CCD相机组件，其中：
光束准直机构设置在光路主体机构的上部，以用于将发散的激光光束转化成平行光束，并将平行光束沿垂直方向传送给光路主体机构；
光路主体机构由光路腔体、振镜X轴电机、振镜Y轴电机和反射镜组件组成，所述振镜X轴电机横向设置，所述振镜Y轴电机竖向设置，振镜X轴电机的转轴前端设有X轴反光镜片，振镜Y轴电机的转轴下端设有Y轴反光镜片，所述反射镜组件包括与水平方向呈设定倾角的反射镜，所述X轴反光镜片、Y轴反光镜片和反射镜均位于光路腔体中，所述X轴反光镜片用于将来自光束准直机构的激光光束沿X轴方向横向反射到Y轴反光镜片上，所述Y轴反光镜片用于将来自X轴反光镜片的激光光束沿Y轴方向横向反射到反射镜上，所述反射镜用于将激光光束垂直反射出光路腔体；
聚焦组件设置在光路主体机构的下方，所述聚焦组件用于将通过反射镜垂直反射出光路腔体的激光光束聚焦形成用于焊接的光斑；
CCD相机组件设置在光路主体机构上部，所述CCD相机组件的摄像头沿垂直方向设置在反射镜上方，且摄像头的光束与反射镜所反射的激光光束同轴。
2.根据权利要求1所述的双轴摆动光斑激光焊接加工头，其特征在于，所述光束准直机构由自上而下依次沿同一光轴设置的准直聚焦镜组件和准直镜抽屉组件组成，所述准直聚焦组件用于与激光器相连，所述激光器发射的发散光束依次经过准直聚焦镜组件、准直镜抽屉组件以转化成平行光束。
3.根据权利要求2所述的双轴摆动光斑激光焊接加工头，其特征在于，所述准直镜抽屉组件为抽屉式结构，准直镜抽屉组件的聚焦镜片可拆卸的安装在抽屉式结构中。
4.根据权利要求3所述的双轴摆动光斑激光焊接加工头，其特征在于，所述聚焦组件下方套设有风刀组件。
5.根据权利要求4所述的双轴摆动光斑激光焊接加工头，其特征在于，所述聚焦组件的侧面连接有旁轴吹气组件，所述旁轴吹气组件由调节支架、活动调节杆和吹气嘴组成，所述调节支架固定在光路主体机构的侧面，所述活动调节杆可上下调节地设置调节支架上，所述吹气嘴连接在活动调节杆的下方并位于聚焦组件的侧面。
6.根据权利要求5所述的双轴摆动光斑激光焊接加工头，其特征在于，所述吹气嘴通过用于调节吹气嘴的吹气角度的转动部件与活动调节杆相连。
7.根据权利要求6所述的双轴摆动光斑激光焊接加工头，其特征在于，所述光路主体机构的四周分别设有前面板、左侧板、右侧板和用于定位安装用的背板，光路主体机构的顶部设有驱动盖板。
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