CN109317821A - 一种激光焊接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光焊接系统，包括一激光器，用于发出激光光束；一振镜系统，所述的激光器发出的激光光束传输到振镜中，实现焊接；一衍射镜片模块，设置在激光器与振镜之间的光路上，所述的激光光束通过衍射光学镜片，形成多光束，通过所述振镜系统在焊接物上形成多个光斑聚焦点；所述衍射镜片模块能够根据所述焊接物的运动方向进行旋转，保持光斑聚焦点和焊接物的运动方向一致。从而提高焊接效率，降低生产成本。

Description

一种激光焊接系统
技术领域
本发明属于全自动激光焊接技术领域，涉及一种激光焊接系统，尤其适用于对温度敏感，工件表面曲面，且焊接需要自动定位的激光焊接系统。
背景技术
21世纪是现代科技高速发展的时代，而激光技术作为目前时代发展中人们所最为瞩目焦点之一，在各领域起着极其重要的作用。激光焊接技术将激光应用到焊接中，始于二十世纪六十年代并被快速应用到各个工业部门中，成为工业技术进步的产物，该技术在焊缝宽度、质量，焊接速度、变形、效率、焊接控制度、定位精确度等方面存在着其他熔化焊接技术无法比拟的优势，被广泛应用到航空航天、汽车、船舶、生物医疗等领域中。
随着电子、光通讯和半导体行业激光焊接应用的不断推广，对激光焊接有了新的要求，相对传统激光焊接：1、因为被焊接部件变小，焊接位置精度要求更高；2、因为材料表面的不平，焊接光斑s尺寸要求一致；3、因为焊接材料不再是传统的金属和塑料，是一些合金和半导体材料，对温度敏感，需要焊接过程中控制熔池温度；4、特殊的材料焊接需要新的激光焊接工艺，多光斑s焊接是必要的焊接工艺；5、相对传统行业，这些行业对产量要求高，需要提升焊接速度。针对这些新的需求，传统激光焊接系统已经不能完全解决这些问题，比如普通的振镜焊接不能解决随动动态聚焦问题，比如振镜焊接不能解决多光斑s同步问题，现有技术多光斑只能实现直线焊接。这些问题已经影响到了激光焊接在电子、光通讯和半导体行业的快速推广。
基于以上问题，一种能够按照焊接物方向变化而自动调整焊接光斑方向的焊接装置成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
为了解决对于传统激光焊接系统在新行业新需求中遇到的问题，本发明提出一种激光焊接系统。
本发明的激光焊接系统，包括一激光器，用于发出激光光束；一振镜系统，所述的激光器发出的激光光束传输到振镜中，实现焊接；一衍射镜片模块，设置在激光器与振镜之间的光路上，所述的激光光束通过衍射光学镜片，形成多光束，通过所述振镜系统在焊接物上形成多个光斑聚焦点；所述衍射镜片模块能够根据所述焊接物的运动方向进行旋转，保持光斑聚焦点和焊接物的运动方向一致。
作为本发明的一实施方式，所述的衍射镜片模块为分光镜。
作为本发明的一实施方式，所述的激光光束通过所述衍射镜片模块在所述焊接物上形成一个光斑焦点或多个光斑聚焦点。
作为本发明的一实施方式，还具有CCD模块，用于焊缝自动识别和定位，所述CCD模块通过第一合束镜、第二合束镜和第三合束镜与激光束同轴。
作为本发明的一实施方式，还具有光源，所述光源通过第一合束镜、第二合束镜和第三合束镜与激光束同轴，为所述CCD模块提供照明。
作为本发明的一实施方式，还具有激光位移器，所述激光位移器通过第四合束镜、第二合束镜和第三合束镜与激光束同轴，用于检测焊接物表面高度变化。
作为本发明的一实施方式，还包括控制器，所述控制器根据所述的激光位移器检测到的所述焊接物的表面高度变化控制所述动态聚焦模块，调整焊接焦点位置。
作为本发明的一实施方式，还具有高温计，所述高温计通过第五合束镜、第四合束镜、第二合束镜和第一合束镜与激光束同轴，用于实时监测焊接物的温度变化。
本发明提供的焊接系统采用衍射镜片模块能够将光斑角度随焊接物加工方向变化而变化，使二者始终保持一致，从而提高了焊接效率，降低生产成本。同时通过激光位移器实时动态调整焊接焦点，提高了高速焊接过程中的动态焊接能力。并且通过高温计对熔池温度实时监控，调节激光器能量，从而避免熔池温度波动，提高焊接质量。
附图说明
图1为本发明的激光焊接系统单光斑示意图；
图2为本发明的激光焊接系统双光斑示意图；
图3为双光斑水平方向焊接示意图；
图4为双光斑垂直方向焊接示意图；
图5为三光斑水平方向焊接示意图；
图6为三光斑垂直方向焊接示意图；
图中各标记的含义如下：
1：激光器；
2：动态聚焦模块；
3：衍射镜片模块；
4：振镜系统；
5：焊接物；
6：CCD模块；
7：光源；
8：激光位移器；
9：高温计；
10：激光光束；
11：第五合束镜；
12：第四合束镜；
13：第二合束镜；
14：第三合束镜；
15：第一合束镜；
16：控制器
具体实施方式
以下结合附图对本发明的激光焊接系统进行详细说明。
图1表示本发明所述的激光焊接系统示意图，其组成如下：激光器1发出的激光光束10传输到动态聚焦模块2中；通过衍射光学镜片3进入到振镜系统4传输到焊接物5上，进行焊接。
本实施例中的衍射镜片模块3为分光镜，根据实际焊接工艺需要可以选择不同的衍射镜片实现生成一束光进行焊接，如图1所示，也可以生成前后两束光，如图2所示；或者生成前后两束光时，焊接物5上形成两光斑s如图3所示光斑s位置，靠前的为小能量光斑s，靠后的为大能量光斑s，其中靠前的小能量光斑s用于对焊接位置进行预热，靠后的大能量光斑s用于焊接；或者也可以根据工艺要求生成三光斑s，焊接物5上的光斑s如图5所示光斑位置，靠前的为左右两个小能量光斑s，后面一个为大能量光斑s，靠前的两个小能量光斑s用于预热和去除氧化层，靠后的大能量光斑s用于焊接。
同样为了解决振镜在焊接曲线、转弯过程中，多光斑s不能随着焊接物运动方向M改变而改变的问题，衍射镜片模块3具有旋转功能，此模块会根据焊接物5运动方向M变化来旋转衍射镜片，使得光斑s位置和焊接物5运功方向M一致。如图4和图6，当焊接物5的焊接位置转换方向时，由原来的水平运动变成垂直运动后，衍射镜片3随之转动，使光斑s和运动方向M始终保持一致。
本发明的激光焊接系统中，激光器发出的激光光束通过衍射镜片模块和振镜后，在工件上可以实现多光斑，同时衍射镜片装在一个可高速旋转的模块上，根据焊接方向的改变同步改变光斑角度，使多光斑位置和焊接物加工方向始终保持一致。
作为本发明的一优选实施方式，激光焊接系统具备焊接定位功能，在精密焊接时能够实现高精度的焊接位置定位，其中CCD模块6通过第一合束镜15、第二合束镜13和第三合束镜14与激光束同轴，光源7通过第一合束镜15、第二合束镜13和第三合束镜14与激光束同轴，为CCD模块6提供照明，使CCD模块6取像更加清晰，不受外部光干扰，达到焊缝自动识别自动定位的功能。
作为本发明的另一优选实施方式，激光焊接系统针对不平整平面或曲面进行焊接时，由于材料表面不平整，激光位移器8通过第四合束镜12、第二合束镜13和第三合束镜14与激光束同轴，可以在焊接前或焊接中测量焊接物5表面高度变化，由控制器16根据焊接物5表面高度变化，通知动态聚焦模块2，自动调整焊接焦点位置进行焊接。通过激光位移器和动态聚焦模块配合实现焊接焦点自动调整，不用输入三维模型坐标，不用Z轴升降，就可以实现动态聚焦。
本发明的激光焊接系统中，激光位移器通过合束镜实现和激光束的同光轴工作，这样可以快速的测量焊接点高度，同时通知动态聚焦模块，调整焦点高度，匹配实际高度的变化。在低速焊接过程中，激光位移器可以和激光焊接同步测高，动态调整焊接焦点。在高速焊接过程中，由于硬件响应延时问题，不能焊接和测量同步，系统先进行焊接轨迹预览，激光位移器同时测量产品表面高度变化，并存储相关数据通过控制器传输到动态聚焦模块，然后在激光焊接过程中根据之前的激光位移器测量结果，实现动态焊接。
作为本发明的又一实施方式，激光焊接系统具有高温计9，高温计9通过第五合束镜11、第四合束镜12、第二合束镜13和第一合束镜14与激光束10同轴，在焊接过程中实时监测焊接物5的温度变化，通过PID控制，使激光器1根据实际温度设定进行自动调节激光能量焊接。
本发明的激光焊接系统中，对焊接熔池温度要求恒定，因为很多半导体材料对热很敏感，要求在焊接过程中控制焊接温度，因为在焊接过程中产品本身随着焊接的进行会有温升变化。高温计通过合束镜和激光光斑同位置测量熔池温度，反馈给控制系统，PID控制激光器调节激光器能量，保持熔池温度的稳定。
以上实施方式仅是为说明本发明的技术方案而做的具体说明，并不用于限定本发明的具体保护范围，本发明上述实施例中的衍射光学镜片也可以是微阵列透镜，或者也可以是自适应镜片，或其他本领域所知的实现相同作用的结构。
需要强调的是，本系统中的激光器没有限定，可以是脉冲激光器，也可以是连续激光器，根据要焊接的材料进行激光器选型。
需要强调的是，这种激光焊接系统并未做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质进行的简单修改，等同变化和修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种激光焊接系统，包括
一激光器，用于发出激光光束；
一振镜系统，所述的激光器发出的激光光束传输到振镜中，实现焊接；
一衍射镜片模块，设置在激光器与振镜之间的光路上，所述的激光光束通过所述衍射镜片模块，形成多光束，并通过所述振镜系统在焊接物上形成多个光斑聚焦点；
其特征在于：所述衍射镜片模块能够根据所述焊接物的运动方向进行旋转，保持光斑聚焦点和焊接物的运动方向一致。
2.如权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于：所述的衍射镜片模块为分光镜。
3.如权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于：所述的激光光束通过所述衍射镜片模块在所述焊接物上形成一个光斑焦点或多个光斑聚焦点。
4.如权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于：还具有CCD模块，用于焊缝自动识别和定位，所述CCD模块通过第一合束镜、第二合束镜和第三合束镜与激光束同轴。
5.如权利要求4所述的激光焊接系统，其特征在于：还具有光源，所述光源通过第一合束镜、第二合束镜和第三合束镜与激光束同轴，为所述CCD模块提供照明。
6.如权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于：还具有激光位移器，所述激光位移器通过第四合束镜、第二合束镜和第三合束镜与激光束同轴，用于检测焊接物表面高度变化。
7.如权利要求6所述的激光焊接系统，其特征在于：还包括控制器，所述控制器根据所述的激光位移器检测到的所述焊接物的表面高度变化控制所述动态聚焦模块，调整焊接焦点位置。
8.如权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于：还具有高温计，所述高温计通过第五合束镜、第四合束镜、第二合束镜和第一合束镜与激光束同轴，用于实时监测焊接物的温度变化。
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