CN108788450B - 激光加工设备及其激光加工头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光加工设备及其激光加工头。上述激光加工头包括沿激光束的出射方向依次设置的激光准直镜片、第一分光镜片以及第二分光镜片，激光准直镜片用于将激光束准直成平行激光束，第一分光镜片用于将平行激光束分光为第一分激光束和第二分激光束，第二分光镜片用于将第一分激光束分光为第一次激光束和第二次激光束，第二分激光束、第一次激光束和第二次激光束均用于作用于待加工工件上。上述的激光加工头的两个分光镜片将激光束分光为三束激光束，整个激光加工头的结构简单且可拓展性强，对于焊接咬边的缺陷的消除具有显著作用，还可以选择主光束和辅助光束的前后来分别用于对焊缝的预热和后热，焊接应力的释放较好，不易产生裂纹气孔。

Description

激光加工设备及其激光加工头
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种激光加工设备及其激光加工头。
背景技术
由于激光加工具有能量密度集中且焊接速度较快的特点，使激光加工过程中存在焊缝冷却速度较快、对焊接应力的释放较差且易产生裂纹气孔及咬边等缺陷的问题。对于具有单束激光的激光加工设备，在其配置一定的情况下，焊缝宽度有限，缺少用于对焊缝进行预热或后热的辅助光束，使激光加工设备必须采用异形光斑的激光器焊接，极大地增加了激光加工设备的成本，使激光加工设备的成本较高。
发明内容
基于此，有必要针对激光加工过程中存在焊缝冷却速度较快、对焊接应力的释放较差且易产生裂纹气孔及咬边等缺陷的问题；此外，激光加工设备的成本较高，提供一种激光加工设备及其激光加工头。
一种激光加工头，包括沿激光束的出射方向依次设置的激光准直镜片、第一分光镜片以及第二分光镜片，所述激光准直镜片用于将所述激光束准直成平行激光束，所述第一分光镜片用于将所述平行激光束分光为第一分激光束和第二分激光束，所述第二分光镜片用于将所述第一分激光束分光为第一次激光束和第二次激光束，所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束均用于作用于待加工工件上。
在其中一个实施例中，所述激光加工头还包括反射镜片，所述反射镜片设置于所述激光准直镜片与所述第一分光镜片之间，所述反射镜片用于将所述平行激光束反射至所述第一分光镜片上，使平行激光束全部反射至第一分光镜片上，避免平行激光束的能量损耗。
在其中一个实施例中，所述反射镜片的反射角度为30°～60°，使反射镜片将平行激光束较好地反射至第一分光镜片上。
在其中一个实施例中，所述反射镜片的反射角度为45°。
在其中一个实施例中，所述激光加工头还包括聚焦组件，所述聚焦组件设置于所述第二分光镜片的背离所述第一分光镜片的一侧，所述聚焦组件用于将所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束聚焦至所述待加工工件上，使第二分激光束、第一次激光束和第二次激光束均能聚焦到待加工工件上，从而更好地作用于待加工工件上，实现待加工工件较好地焊接。
在其中一个实施例中，所述聚集组件包括聚焦镜片，所述聚焦镜片设置于所述第二分光镜片的背离所述第一分光镜片的一侧，所述聚焦镜片用于将所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束聚焦至所述待加工工件上，使第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束均能聚焦到待加工工件上，从而更好地作用于待加工工件上，实现待加工工件的焊接。
在其中一个实施例中，所述聚集组件还包括保护镜片，所述保护镜片设置于所述聚焦镜片的背离所述第二分光镜片的一侧，所述保护镜片用于保护所述聚焦镜片，使聚焦镜片不易损坏，延长了聚焦镜片的使用寿命。
在其中一个实施例中，所述第一分光镜片的分光方向与所述第二分光镜片的分光方向相互垂直，使第二分激光束、第一次激光束和第二次激光束两两存在间距且均能较好地作用至待加工工件上。
在其中一个实施例中，所述第一分光镜片面积为所述第二分光镜片面积的2倍，使第二分激光束的能量等于第一次激光束或第二次激光束的2倍，从而使主光束的能量与辅助光束的能量分别起到预热及后热作用。
一种激光加工设备，包括上述任一实施例所述的激光加工头。
上述的激光加工设备及其激光加工头，由于激光准直镜片、第一分光镜片、第二分光镜片以及聚焦组件沿激光束的出射方向依次设置，这样激光束首先经过激光准直镜的准直作用形成平行激光束，然后平行激光束被第一分光镜片分光为第一分激光束和第二分激光束，第一分激光束被第二分光镜片分光为第一次激光束和第二次激光束，这样形成第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束共三束激光束，且第二分激光束的能量大于任一束次激光束的能量，使用时可以将激光加工头发出的第二分激光束作为主光束作用于待加工工件的加工位置处以起到加工效果，第一次激光束和第二次激光束均作为辅助光束作用于待加工工件的加工位置处以起到预热及后热效果；上述的激光加工头的两个分光镜片将激光束分光为三束激光束，即分为三路能量且同时作用至待加工件上，整个激光加工头的结构简单且可拓展性强，能实现宽度要求较高的焊缝的焊接，对于焊接咬边的缺陷的消除具有显著作用，还可以选择主光束和辅助光束的前后来分别用于对焊缝的预热和后热，焊接应力的释放较好，不易产生裂纹气孔；第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束两两之间的距离可以随离焦量的变化进行调节。
附图说明
图1为一实施例的激光加工头的示意图；
图2为图1所示激光加工头的另一示意图；
图3为图1所示激光加工头的工作光路图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对激光加工设备及其激光加工头进行更全面的描述。附图中给出了激光加工设备及其激光加工头的首选实施例。但是，激光加工设备及其激光加工头可以采用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对激光加工设备及其激光加工头的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在激光加工设备及其激光加工头的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
例如，一种激光加工头包括沿激光束的出射方向依次设置的激光准直镜片、第一分光镜片以及第二分光镜片；例如，所述激光准直镜片用于将所述激光束准直成平行激光束；例如，所述第一分光镜片用于将所述平行激光束分光为第一分激光束和第二分激光束；例如，所述第二分光镜片用于将所述第一分激光束分光为第一次激光束和第二次激光束；例如，所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束均用于作用于待加工工件上。例如，一种激光加工头包括沿激光束的出射方向依次设置的激光准直镜片、第一分光镜片以及第二分光镜片，所述激光准直镜片用于将所述激光束准直成平行激光束，所述第一分光镜片用于将所述平行激光束分光为第一分激光束和第二分激光束，所述第二分光镜片用于将所述第一分激光束分光为第一次激光束和第二次激光束，所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束均用于作用于待加工工件上。
如图1与图2所示，一实施例的激光加工头10包括沿激光束20的出射方向(如图1或图2的箭头所指方向)依次设置的激光准直镜片100、第一分光镜片200以及第二分光镜片300。同时参见图3，所述激光准直镜片用于将所述激光束准直成平行激光束20a。所述第一分光镜片200用于将所述平行激光束分光为第一分激光束22和第二分激光束24。所述第二分光镜片300用于将所述第一分激光束22分光为第一次激光束222和第二次激光束224。所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束均用于作用于待加工工件上。
由于激光准直镜片、第一分光镜片、第二分光镜片以及聚焦组件沿激光束的出射方向依次设置，这样激光束首先经过激光准直镜的准直作用形成平行激光束，然后平行激光束被第一分光镜片分光为第一分激光束和第二分激光束，第一分激光束被第二分光镜片分光为第一次激光束和第二次激光束，这样形成第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束共三束激光束，且第二分激光束的能量大于任一束次激光束的能量，使用时可以将激光加工头发出的第二分激光束作为主光束作用于待加工工件的加工位置处以起到加工效果，第一次激光束和第二次激光束均作为辅助光束作用于待加工工件的加工位置处以起到预热及后热效果。上述的激光加工头的两个分光镜片将激光束分光为三束激光束，即分为三路能量且同时作用至待加工件上，整个激光加工头的结构简单且可拓展性强，能实现宽度要求较高的焊缝的焊接，对于焊接咬边的缺陷的消除具有显著作用，还可以选择主光束和辅助光束的前后来分别用于对焊缝的预热和后热，焊接应力的释放较好，不易产生裂纹气孔。
上述的激光加工头将单束激光束分光为三束不同能量的激光束，以对待加工工件上的加工位置同时进行预热及后热，其无需采用异形光斑的激光器对加工工件进行焊接，即普通光斑的激光器发出的激光束通过上述的激光加工头即可分光为同时作用至待加工工件上的三束能量较小的激光束，实现了对待加工工件进行加工的同时具备对待加工工件进行辅助光束的预热或后热，有效地解决焊缝冷却速度较快、对焊接应力的释放较差且易产生裂纹气孔及咬边等缺陷的问题，同时降低了整个激光加工设备的成本。
第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束两两之间的距离可以随离焦量的变化进行调节，即第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束两两之间的距离可以通过调节激光准直镜片、第一分光镜片以及第二分光镜片之间的距离来进行调节，使激光加工头可以满足任意焊缝的焊接要求。例如，激光准直镜片与第一分光镜片之间的距离可调。又如，第一分光镜片与第二分光镜片之间的距离可调，实现第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束两两之间的距离灵活调节，从而使第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束均能较好地作用至待加工工件上。
如图2所示，为了避免平行激光束的能量损耗，在其中一个实施例中，所述激光加工头还包括反射镜片400，所述反射镜片400设置于所述激光准直镜片100与所述第一分光镜片200之间，所述反射镜片用于将所述平行激光束反射至所述第一分光镜片上，使平行激光束全部反射至第一分光镜片上，避免平行激光束的能量损耗。
在其中一个实施例中，所述反射镜片的反射角度为30°～60°，使反射镜片将平行激光束较好地反射至第一分光镜片上。在本实施例中，所述反射镜片的反射角度为45°，使反射镜片将平行激光束较佳地反射至第一分光镜片上。例如，所述反射镜片为CCD(CCD，Charge Coupled Device，电荷耦合器)45°反射镜片，使反射镜片具有较好的反射精度。
再次参见图1，在其中一个实施例中，所述激光加工头还包括聚焦组件500。所述聚焦组件设置于所述第二分光镜片300的背离所述第一分光镜片200的一侧。所述聚焦组件500用于将所述第二分激光束24、所述第一次激光束222和所述第二次激光束224聚焦至所述待加工工件上，使第二分激光束、第一次激光束和第二次激光束均能聚焦到待加工工件上，从而更好地作用于待加工工件上，实现待加工工件较好地焊接。
例如，所述激光加工头还包括反射镜片和聚焦组件。所述反射镜片设置于所述激光准直镜片与所述第一分光镜片之间，所述反射镜片用于将所述平行激光束反射至所述第一分光镜片上；所述聚焦组件设置于所述第二分光镜片的背离所述第一分光镜片的一侧；所述聚焦组件用于将所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束聚焦至所述待加工工件上；由于反射镜片用于将所述平行激光束反射至所述第一分光镜片上，使平行激光束全部反射至第一分光镜片上，避免平行激光束的能量损耗；由于聚焦组件用于将第二分激光束、第一次激光束和第二次激光束聚焦至待加工工件上，使第二分激光束、第一次激光束和第二次激光束均能聚焦到待加工工件上，从而更好地作用于待加工工件上，实现待加工工件较好地焊接。在本实施例中，激光加工头包括沿激光束的出射方向依次设置的激光准直镜片、反射镜片、第一分光镜片、第二分光镜片以及聚焦组件。
在其中一个实施例中，所述聚集组件500包括聚焦镜片510，所述聚焦镜片设置于所述第二分光镜片300的背离所述第一分光镜片200的一侧，所述聚焦镜片用于将所述第二分激光束24、所述第一次激光束222和所述第二次激光束224聚焦至所述待加工工件上，使第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束均能聚焦到待加工工件上，从而更好地作用于待加工工件上，实现待加工工件的焊接。
在其中一个实施例中，所述聚集组件500还包括保护镜片520，所述保护镜片设置于所述聚焦镜片510的背离所述第二分光镜片300的一侧，所述保护镜片用于保护所述聚焦镜片，使聚焦镜片不易损坏，延长了聚焦镜片的使用寿命。
例如，所述激光加工头还包括反射镜片和聚焦组件。所述反射镜片设置于所述激光准直镜片与所述第一分光镜片之间，所述反射镜片用于将所述平行激光束反射至所述第一分光镜片上。所述聚焦组件包括聚焦镜片和保护镜片，所述聚焦镜片设置于所述第二分光镜片的背离所述第一分光镜片的一侧，所述聚焦镜片用于将所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束聚焦至所述待加工工件上，使第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束均能聚焦到待加工工件上，从而更好地作用于待加工工件上，实现待加工工件的焊接；所述保护镜片设置于所述聚焦镜片的背离所述第二分光镜片的一侧，所述保护镜片用于保护所述聚焦镜片，使聚焦镜片不易损坏，延长了聚焦镜片的使用寿命；由于反射镜片用于将所述平行激光束反射至所述第一分光镜片上，使平行激光束全部反射至第一分光镜片上，避免平行激光束的能量损耗。由于聚焦组件用于将第二分激光束、第一次激光束和第二次激光束聚焦至待加工工件上，使第二分激光束、第一次激光束和第二次激光束均能聚焦到待加工工件上，从而更好地作用于待加工工件上，实现待加工工件较好地焊接。在本实施例中，激光加工头包括沿激光束的出射方向依次设置的激光准直镜片、反射镜片、第一分光镜片、第二分光镜片、聚焦镜片以及保护镜片。
在其中一个实施例中，所述第一分光镜片的分光方向与所述第二分光镜片的分光方向相互垂直，使第二分激光束、第一次激光束和第二次激光束两两存在间距且均能较好地作用至待加工工件上。例如，第一分光镜片的分光方向为左右分光，第二分光镜片的分光方向为前后分光，使所述第一分光镜片的分光方向与所述第二分光镜片的分光方向相互垂直。可以理解，在其他实施例中，第一分光镜片的分光方向不仅限于左右分光方向，还可以其他角度的分光方向。此外，第二分光镜片的分光方向也不仅限于与第一分光镜片的分光方向相互垂直，即第二分光镜片的分光方向与第一分光镜片的分光方向之间的夹角可以是锐角或钝角。
在其中一个实施例中，所述第一分光镜片面积为所述第二分光镜片面积的2倍，使第二分激光束的能量等于第一次激光束或第二次激光束的2倍，从而使主光束的能量与辅助光束的能量分别起到预热及后热作用。
本发明还提供一种激光加工设备。激光加工设备包括上述任一实施例所述的激光加工头。例如，激光加工设备包括激光加工头。激光加工头包括沿激光束的出射方向依次设置的激光准直镜片、第一分光镜片以及第二分光镜片。所述激光准直镜片用于将所述激光束准直成平行激光束。所述第一分光镜片用于将所述平行激光束分光为第一分激光束和第二分激光束。所述第二分光镜片用于将所述第一分激光束分光为第一次激光束和第二次激光束。所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束均用于作用于待加工工件上，由于激光准直镜片、第一分光镜片、第二分光镜片以及聚焦组件沿激光束的出射方向依次设置，这样激光束首先经过激光准直镜的准直作用形成平行激光束，然后平行激光束被第一分光镜片分光为第一分激光束和第二分激光束，第一分激光束被第二分光镜片分光为第一次激光束和第二次激光束，这样形成第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束共三束激光束，且第二分激光束的能量大于任一束次激光束的能量，使用时可以将激光加工头发出的第二分激光束作为主光束作用于待加工工件的加工位置处以起到加工效果，第一次激光束和第二次激光束均作为辅助光束作用于待加工工件的加工位置处以起到预热及后热效果。上述的激光加工头的两个分光镜片将激光束分光为三束激光束，即分为三路能量且同时作用至待加工件上，整个激光加工头的结构简单且可拓展性强，能实现宽度要求较高的焊缝的焊接，对于焊接咬边的缺陷的消除具有显著作用，还可以选择主光束和辅助光束的前后来分别用于对焊缝的预热和后热，焊接应力的释放较好，不易产生裂纹气孔。第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束两两之间的距离可以随离焦量的变化进行调节。
上述的激光加工设备及其激光加工头，由于激光准直镜片、第一分光镜片、第二分光镜片以及聚焦组件沿激光束的出射方向依次设置，这样激光束首先经过激光准直镜的准直作用形成平行激光束，然后平行激光束被第一分光镜片分光为第一分激光束和第二分激光束，第一分激光束被第二分光镜片分光为第一次激光束和第二次激光束，这样形成第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束共三束激光束，且第二分激光束的能量大于任一束次激光束的能量，使用时可以将激光加工头发出的第二分激光束作为主光束作用于待加工工件的加工位置处以起到加工效果，第一次激光束和第二次激光束均作为辅助光束作用于待加工工件的加工位置处以起到预热及后热效果；上述的激光加工头的两个分光镜片将激光束分光为三束激光束，即分为三路能量且同时作用至待加工件上，整个激光加工头的结构简单且可拓展性强，能实现宽度要求较高的焊缝的焊接，对于焊接咬边的缺陷的消除具有显著作用，还可以选择主光束和辅助光束的前后来分别用于对焊缝的预热和后热，焊接应力的释放较好，不易产生裂纹气孔；第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束两两之间的距离可以随离焦量的变化进行调节。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光加工头，其特征在于，包括沿激光束的出射方向依次设置的激光准直镜片、第一分光镜片以及第二分光镜片，所述激光准直镜片用于将所述激光束准直成平行激光束，所述第一分光镜片用于将所述平行激光束分光为第一分激光束和第二分激光束，所述第二分光镜片用于将所述第一分激光束分光为第一次激光束和第二次激光束，所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束均用于作用于待加工工件上；其中，所述第二分激光束的能量大于任一束次激光束的能量，所述第二分激光束作为主光束作用于待加工工件的加工位置处，所述第一次激光束和所述第二次激光束均作为辅助光束作用于待加工工件的加工位置处；
所述第一次激光束、第二次激光束和第二分激光束两两之间的距离随离焦量的变化进行调节，所述激光准直镜片与第一分光镜片之间的距离可调，所述第一分光镜片与第二分光镜片之间的距离可调。
2.根据权利要求1所述的激光加工头，其特征在于，所述激光加工头还包括反射镜片，所述反射镜片设置于所述激光准直镜片与所述第一分光镜片之间，所述反射镜片用于将所述平行激光束反射至所述第一分光镜片上。
3.根据权利要求2所述的激光加工头，其特征在于，所述反射镜片的反射角度为30°～60°。
4.根据权利要求3所述的激光加工头，其特征在于，所述反射镜片的反射角度为45°。
5.根据权利要求1所述的激光加工头，其特征在于，所述激光加工头还包括聚焦组件，所述聚焦组件设置于所述第二分光镜片的背离所述第一分光镜片的一侧，所述聚焦组件用于将所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束聚焦至所述待加工工件上。
6.根据权利要求5所述的激光加工头，其特征在于，所述聚焦组件包括聚焦镜片，所述聚焦镜片设置于所述第二分光镜片的背离所述第一分光镜片的一侧，所述聚焦镜片用于将所述第二分激光束、所述第一次激光束和所述第二次激光束聚焦至所述待加工工件上。
7.根据权利要求6所述的激光加工头，其特征在于，所述聚焦组件还包括保护镜片，所述保护镜片设置于所述聚焦镜片的背离所述第二分光镜片的一侧，所述保护镜片用于保护所述聚焦镜片。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光加工头，其特征在于，所述第一分光镜片的分光方向与所述第二分光镜片的分光方向相互垂直。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的激光加工头，其特征在于，所述第一分光镜片面积为所述第二分光镜片面积的2倍。
10.一种激光加工设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的激光加工头。
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