CN110026681B - 一种管道激光焊接机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道激光焊接机，包括安装在机座上的电动旋转台和夹持定位装置，夹持定位装置包括定位架和置于电动旋转台中心上方的管道夹持机构，管道夹持机构下方的电动旋转台上设有管接头定位装置，电动旋转台上还设有激光焊接装置，激光焊接装置包括连接激光发生器的激光准直组件、光路导向组件和激光聚焦组件，激光准直组件固定在电动旋转台中心下方的机座上，光路导向组件固定安装在电动旋转台上，且其一端与激光准直组件对应，另一端与激光聚焦组件连接，激光聚焦组件朝向管道夹持机构与管接头定位装置之间，从而有效的解决了光纤容易缠绕在设备上及产生疲劳破损的问题，也可有效的防止待焊接煤气管因摆动而造成弯曲变形。

Description

一种管道激光焊接机

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，特别涉及一种管道激光焊接机。

背景技术

现有的煤气管激光焊接机在焊接煤气管与管接头时，要么是通过转动煤气管及管接头来实现接缝一圈的焊接，要么通过激光焊接装置绕其一圈来完成焊接；通过转动煤气管来焊接时，由于煤气管长度较长，转动过程中容易产生摆动，容易造成弯曲变形，特别是波纹管还容易断裂；而通过激光焊接装置绕圈焊接的方式，光纤容易缠绕在设备上，同时也容易因疲劳破损而导致光纤损坏。因此，有必要对现有技术进行改进和优化。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种管道激光焊接机，以防止管道弯曲变形和光纤缠绕。

为了克服现有技术的不足，本发明提供以下技术方案：

一种管道激光焊接机，包括安装在机座上的电动旋转台和夹持定位装置，所述夹持定位装置包括定位架和置于电动旋转台中心上方的管道夹持机构，所述管道夹持机构下方的电动旋转台上设有管接头定位装置，所述电动旋转台上还设有激光焊接装置，所述激光焊接装置包括连接激光发生器的激光准直组件、光路导向组件和激光聚焦组件，所述激光准直组件固定在电动旋转台中心下方的机座上，所述光路导向组件固定安装在电动旋转台上，且其一端与激光准直组件对应，另一端与激光聚焦组件连接，所述激光聚焦组件朝向管道夹持机构与管接头定位装置之间。

优选地，还包括视觉观测系统，所述视觉观测系统包括安装在激光聚焦组件上背离出光端的一端的CCD相机，所述激光聚焦组件内设有激光全反可见光全透镜片，所述光路导向组件末段朝向激光全反可见光全透镜片，且所述激光全反可见光全透镜片与CCD相机到激光聚焦组件出光端之间连线的角度和与光路导向组件末段之间的角度相等。所述光路导向组件末段与激光聚焦组件垂直，所述激光全反可见光全透镜片与CCD相机到激光聚焦组件出光端之间连线的角度和与光路导向组件末段之间的角度均为45°。

优选地，所述激光聚焦组件包括激光输出头和安装在激光输出头端部的聚焦镜片、保护镜片，所述保护镜片置于聚焦镜片外侧。

优选地，所述聚焦镜片安装在激光输出头端部里侧，其对应的激光输出头上设有绕其一周的冷却通道，且设有与冷却通道连通的至少两个冷却水接口，所述冷却水接口用于连接冷却水。

优选地，所述激光输出头端部还装有锥形的保护罩，所述保护罩上设有保护气接口，且端部开有激光出口，所述保护气接口用于连接惰性气体气源。

优选地，所述光路导向组件包括第一光路保护筒、第二光路保护筒和第三光路保护筒，所述第一光路保护筒置于电动旋转台中心，且其下端与激光准直组件上端对应，所述第二光路保护筒与第一光路保护筒和第三光路保护筒均垂直设置，所述激光聚焦组件与第三光路保护筒垂直，所述第一光路保护筒与第二光路保护筒之间、第二光路保护筒与第三光路保护筒之间、激光聚焦组件里侧分别设有第一反光镜片、第二反光镜片、第三反光镜片，所述第一反光镜片与第一光路保护筒和第二光路保护筒之间的角度均为45°，所述第二反光镜片与第二光路保护筒和第三光路保护筒之间的角度均为45°，所述第三反光镜片与第三光路保护筒和激光聚焦组件出光方向之间的角度也均为45°。

优选地，所述激光准直组件包括准直光筒，所述准直光筒下端设有与激光发生器连接的光纤接口、上端装有准直镜片。

优选地，所述管道夹持机构包括安装在定位架上的垂直驱动机构和通过垂直驱动机构驱动上下动作的夹持定位板，所述夹持定位板上设有固定的基准夹块和通过水平驱动机构驱动朝向或背离基准夹块的活动夹块。

优选地，所述管接头定位装置包括固定在电动旋转台上的支架和固定在支架上的管接头定位座，所述管接头定位座内设有定位轴承，所述定位轴承位于电动旋转台的中心上方。

优选地，所述电动旋转台下侧中部装在减速齿轮箱上，所述减速齿轮箱装在机座上并连接有驱动电机，所述激光准直组件固定在减速齿轮箱下侧中部，所述减速齿轮箱中部设有中空部，所述光路导向组件一端从电动旋转台中心伸入中空部，并与激光准直组件上端对应。

有益效果：通过管道夹持机构和管接头定位装置分别定位待焊接煤气管和煤气管管接头，使其在焊接过程中保持不动，同时将激光准直组件是固定在机座上，而光路导向组件和激光聚焦组件跟随电动旋转台转动，绕待焊接煤气管和煤气管管接头一圈完成对其的焊接，这样激光准直组件也是保持不动的，实现待焊接煤气管和用于连接激光发生器的光纤的位置固定，从而有效的避免了待焊接煤气管与光纤这两种较长配件的转动，不仅能解决了光纤容易缠绕在设备上及产生疲劳破损的问题，也可有效的防止待焊接煤气管因摆动而造成弯曲变形或断裂。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1为本发明实施例的立体视角结构示意图；

图2为本发明实施例中激光焊接装置的半剖结构示意图；

图3为本发明实施例中激光聚焦组件的剖视结构示意图；

图4为本发明实施例中光路导向组件的剖视结构示意图；

图5为本发明实施例中管接头定位装置的立体视角结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至5，一种管道激光焊接机，包括安装在机座上的电动旋转台100和夹持定位装置200，所述夹持定位装置200包括定位架210和置于电动旋转台100中心上方的管道夹持机构220，所述管道夹持机构220下方的电动旋转台100上设有管接头定位装置300，所述电动旋转台100上还设有激光焊接装置400，管道夹持机构220用于夹持待焊接煤气管X，并使其置于电动旋转台100中心上方，管接头定位装置300用于定位待焊接的煤气管管接头Y，其同样也置于电动旋转台100中心上方，定位完毕之后，待焊接煤气管X下端与煤气管管接头Y对应并充分接触，然后通过激光焊接装置400在跟随电动旋转台100转动时，绕待焊接煤气管X下端与煤气管管接头Y的接缝一圈将二者焊接在一起，以便实现激光焊接。

具体地，所述定位架210包括固定在机座上的立柱211和连接在立柱211顶端的悬臂212，悬臂212端部设有一竖板213，所述管道夹持机构220包括安装在竖板213上的垂直驱动机构221和通过垂直驱动机构221驱动上下动作的夹持定位板222，垂直驱动机构221采用气缸，夹持定位板222固定在气缸的气缸杆下端，所述夹持定位板222上设有固定的基准夹块223和通过水平驱动机构224驱动朝向或背离基准夹块223动作的活动夹块225，水平驱动机构224也采用气缸，活动夹块225固定在该气缸的气缸杆端部，在夹持待焊接煤气管X时，将其靠在基准夹块223上，然后通过水平驱动机构224驱动活动夹块225动作靠向基准夹块223，将待焊接煤气管X夹持在基准夹块223与活动夹块225之间，夹持定位后的待焊接煤气管X刚好位于电动旋转台100中心上方，另外，基准夹块223与活动夹块225的相对面均设置有与待焊接煤气管X表面适配的圆弧柱面凹槽，以便于夹持待焊接煤气管X，且在安装基准夹块223时，以其上的圆弧柱面凹槽中心正对电动旋转台100旋转中心为准，这是为了确保在电动旋转台100转动时待焊接煤气管X与煤气管管接头Y均保持不动，以便于激光焊接装置400绕其焊接；而通过上述结构的设置，使待焊接煤气管X的夹持非常快捷，同时便于在夹持住之后进行上下调节，从而便于使待焊接煤气管X与煤气管管接头Y充分接触，以便于焊接。

而所述管接头定位装置300包括固定在电动旋转台100上的支架310和固定在支架310上的管接头定位座320，所述管接头定位座320内设有定位轴承330，所述定位轴承330位于电动旋转台100的中心上方，煤气管管接头Y可直接插入定位在定位轴承330内圈内，也可以在定位轴承330内圈设置一个定位头331，然后将煤气管管接头Y套在定位头331顶端，通过这样的设置，使煤气管管接头Y更加稳定，并使其与管接头定位座320之间的摩擦力大为降低，可以有效的防止其在电动旋转台100转动时，被跟随转动的支架310带着转动，从而避免影响到焊口的受力情况，保障焊接质量。

为了解决焊接时光纤容易缠绕的问题，所述激光焊接装置400是这样设置的，其包括连接激光发生器的激光准直组件410、光路导向组件420和激光聚焦组件430，所述激光准直组件410固定在电动旋转台100中心下方的机座上，所述光路导向组件420固定安装在电动旋转台100上，且其下端与激光准直组件410对应，上端与激光聚焦组件430连接，所述激光聚焦组件430朝向管道夹持机构220与管接头定位装置300之间，具体可通过在电动旋转100上固定一个L形的安装支板130，然后将激光聚焦组件430固定在安装支板130上，再将光路导向组件420连接在激光聚焦组件430上。由于激光准直组件410是固定在机座上的，这样在电动旋转台100转动时，激光准直组件410始终是保持不动的，而只有固定在电动旋转台100上的光路导向组件420和激光聚焦组件430跟随电动旋转台100转动，由于光路导向组件420下端在转动过程中始终与激光准直组件410对应，激光经激光准直组件410后，即经过光路导向组件420最终从激光聚焦组件430端部射出，射出的高能激光作用在待焊接煤气管X与煤气管管接头Y之间的接缝处，快速将二者接缝处熔化，使二者熔接在一起，在此过程中，激光准直组件410用于连接激光发生器的光纤Z保持不动，待焊接煤气管X也不动，而是通过光路导向组件420与激光聚焦组件430绕行一圈来完成焊接，从而有效的避免了待焊接煤气管X与光纤Z这两种较长配件转动，不仅能解决了光纤Z容易缠绕在设备上及产生疲劳破损的问题，也可有效的防止待焊接煤气管X因摆动而造成弯曲变形或断裂。

优选地，还包括有视觉观测系统440，所述视觉观测系统440包括安装在激光聚焦组件430上背离出光端的一端的CCD相机441，所述激光聚焦组件430内设有激光全反可见光全透镜片431，所述光路导向组件420末段朝向激光全反可见光全透镜片431，且所述激光全反可见光全透镜片431与CCD相机441到激光聚焦组件430出光端之间连线的角度和与光路导向组件420末段之间的角度相等。具体在实施时，将激光聚焦组件430水平设置，然后将光路导向组件420的末段设置为与激光聚焦组件430垂直，并使所述激光全反可见光全透镜片431与CCD相机441到激光聚焦组件430出光端之间连线的角度和与光路导向组件420末段之间的角度均为45°，这样激光在经过光路导向组件420后，呈45°射到激光全反可见光全透镜片431上，并沿水平方向反射而出，由于激光全反可见光全透镜片431可透射可见光，CCD相机441可实时的观测到焊接位置的情况，从而便于观测。

优选地，所述激光聚焦组件430包括激光输出头432和安装在激光输出头432端部的聚焦镜片433、保护镜片434，所述保护镜片434置于聚焦镜片433外侧，通过聚焦镜片433对进入激光聚焦组件430的激光进行聚焦，使最终射出的激光束更加集中的作用在待焊接煤气管X与煤气管管接头Y之间的接缝处，而保护镜片434可以防止焊接时产生的熔渣溅到聚焦镜片433上，有效的保护聚焦镜片433，保障聚焦效果。具体地，所述聚焦镜片433安装在激光输出头432端部里侧，其对应的激光输出头432上设有绕其一周的冷却通道435，且设有与冷却通道435连通的两个冷却水接口436，所述冷却水接口436用于连接冷却水，且其中一个用于连接进水管，另一个用于连接出水管，从而实现冷却水的流动，持续的冷却聚焦镜片433边缘一圈。此外，所述激光输出头432端部还装有锥形的保护罩437，所述保护罩437上设有保护气接口438，且端部开有激光出口439，所述保护气接口438用于连接惰性气体气源，经聚焦后的激光束从激光出口439处射出，由于保护罩437内持续的通入了惰性气体，使其内侧维持一个正压环境，可有效的防止焊接时产生的烟雾进入，从而便于观测，惰性气体选择氮气或氩气，其无色无味，有利于保持良好的观测环境；同时，由于持续通入的惰性气体通过激光出口439，又喷射在焊口处，可以有效的防止焊口氧化，且焊接后表面光亮，无需再进行额外的处理，极大的提升了焊接质量，有效的解决了氩弧焊等焊接方式造成表面黑黢黢、需要额外进行抛光的问题。

优选地，所述光路导向组件420包括第一光路保护筒421、第二光路保护筒422和第三光路保护筒423，所述第一光路保护筒421置于电动旋转台100中心，且其下端与激光准直组件410上端对应，所述第二光路保护筒422与第一光路保护筒421和第三光路保护筒423均垂直设置，所述激光聚焦组件430与第三光路保护筒423垂直，所述第一光路保护筒421与第二光路保护筒422之间、第二光路保护筒422与第三光路保护筒423之间、激光聚焦组件430里侧分别设有第一反光镜片424、第二反光镜片425、第三反光镜片431’，其中第三反光镜片431’直接沿用前述实施例中的激光全反可见光全透镜片431，所述第一反光镜片424与第一光路保护筒421和第二光路保护筒422之间的角度均为45°，所述第二反光镜片425与第二光路保护筒422和第三光路保护筒423之间的角度均为45°，所述第三反光镜片431’与第三光路保护筒423和激光聚焦组件430出光方向之间的角度也均为45°，从激光准直组件410中射出的激光，经第一光路保护筒421内射到第一反光镜片424上，经反射后从第二光路保护筒422内射到第二反光镜片425上，再次反射后从第三光路保护筒423内射到第三反光镜片431’(即激光全反可见光全透镜片431)，最后经第三反光镜片431’反射和聚焦镜片433聚焦后射出，这样的设置，激光只反射三次，且激光的路径都是水平或垂直，有利于与激光准直组件410对接和最终作用在待焊接煤气管X与煤气管管接头Y之间的接缝处。

优选地，所述激光准直组件410包括准直光筒411，所述准直光筒411下端设有与激光发生器连接的光纤接口412、上端装有准直镜片413，光纤Z连接在光纤接口412上，激光经光纤Z从光纤接口412进入到准直光筒411，经准直镜片413后从下至上垂直的射入第一光路保护筒421内，从而使激光能够在第一光路保护筒421在转动时始终保持射入方向的稳定。

优选地，所述电动旋转台100下侧中部装在减速齿轮箱110上，所述减速齿轮箱110装在机座上并连接有驱动电机120，所述激光准直组件410固定在减速齿轮箱110下侧中部，所述减速齿轮箱110中部设有中空部111，所述光路导向组件420一端从电动旋转台100中心伸入中空部111，并与激光准直组件410上端对应，具体在实施时，可在电动旋转台100中部设置一个通孔，第一光路保护筒421从通孔处深入中空部111，为了保持其转动时的稳定性，可在其与减速齿轮箱110之间安装一个轴承，工作时，驱动电机120通过减速齿轮箱110带动电动旋转台100转动，第一光路保护筒421同步转动，始终承接从激光准直组件410中射出的激光，从而实现焊接；此外，还可以将激光准直组件410从中空部111、通孔处伸出到电动旋转台100上方，然后使第一光路保护筒421下端激光准直组件410上端滑动接触，同样可以实现激光的流转。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种管道激光焊接机，其特征在于：包括安装在机座上的电动旋转台（100）和夹持定位装置（200），所述夹持定位装置（200）包括定位架（210）和置于电动旋转台（100）中心上方的管道夹持机构（220），所述管道夹持机构（220）下方的电动旋转台（100）上设有管接头定位装置（300），所述电动旋转台（100）上还设有激光焊接装置（400），所述激光焊接装置（400）包括连接激光发生器的激光准直组件（410）、光路导向组件（420）和激光聚焦组件（430），所述激光准直组件（410）固定在电动旋转台（100）中心下方的机座上，所述光路导向组件（420）固定安装在电动旋转台（100）上，且其一端与激光准直组件（410）转动连接，另一端与激光聚焦组件（430）连接，所述激光聚焦组件（430）朝向管道夹持机构（220）与管接头定位装置（300）之间，所述管道夹持机构（220）包括安装在定位架（210）上的垂直驱动机构（221）和通过垂直驱动机构（221）驱动上下动作的夹持定位板（222），所述垂直驱动机构（221）为气缸，所述夹持定位板（222）上设有固定的基准夹块（223）和通过水平驱动机构（224）驱动朝向或背离基准夹块（223）的活动夹块（225）。

2.根据权利要求1所述的一种管道激光焊接机，其特征在于：还包括视觉观测系统（440），所述视觉观测系统（440）包括安装在激光聚焦组件（430）上背离出光端的一端的CCD相机（441），所述激光聚焦组件（430）内设有激光全反可见光全透镜片（431），所述光路导向组件（420）末段朝向激光全反可见光全透镜片（431），且所述激光全反可见光全透镜片（431）与CCD相机（441）到激光聚焦组件（430）出光端之间连线的角度和与光路导向组件（420）末段之间的角度相等。

3.根据权利要求1所述的一种管道激光焊接机，其特征在于：所述激光聚焦组件（430）包括激光输出头（432）和安装在激光输出头（432）端部的聚焦镜片（433）、保护镜片（434），所述保护镜片（434）置于聚焦镜片（433）外侧。

4.根据权利要求3所述的一种管道激光焊接机，其特征在于：所述聚焦镜片（433）安装在激光输出头（432）端部里侧，其对应的激光输出头（432）上设有绕其一周的冷却通道（435），且设有与冷却通道（435）连通的至少两个冷却水接口（436），所述冷却水接口（436）用于连接冷却水。

5.根据权利要求3所述的一种管道激光焊接机，其特征在于：所述激光输出头（432）端部还装有锥形的保护罩（437），所述保护罩（437）上设有保护气接口（438），且端部开有激光出口（439），所述保护气接口（438）用于连接惰性气体气源。

6.根据权利要求1所述的一种管道激光焊接机，其特征在于：所述光路导向组件（420）包括第一光路保护筒（421）、第二光路保护筒（422）和第三光路保护筒（423），所述第一光路保护筒（421）置于电动旋转台（100）中心，且其下端与激光准直组件（410）上端对应，所述第二光路保护筒（422）与第一光路保护筒（421）和第三光路保护筒（423）均垂直设置，所述激光聚焦组件（430）与第三光路保护筒（423）垂直，所述第一光路保护筒（421）与第二光路保护筒（422）之间、第二光路保护筒（422）与第三光路保护筒（423）之间、激光聚焦组件（430）里侧分别设有第一反光镜片（424）、第二反光镜片（425）、第三反光镜片（431’），所述第一反光镜片（424）与第一光路保护筒（421）和第二光路保护筒（422）之间的角度均为45°，所述第二反光镜片（425）与第二光路保护筒（422）和第三光路保护筒（423）之间的角度均为45°，所述第三反光镜片（431’）与第三光路保护筒（423）和激光聚焦组件（430）出光方向之间的角度也均为45°。

7.根据权利要求1所述的一种管道激光焊接机，其特征在于：所述激光准直组件（410）包括准直光筒（411），所述准直光筒（411）下端设有与激光发生器连接的光纤接口（412）、上端装有准直镜片（413）。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种管道激光焊接机，其特征在于：所述管接头定位装置（300）包括固定在电动旋转台（100）上的支架（310）和固定在支架（310）上的管接头定位座（320），所述管接头定位座（320）内设有定位轴承（330），所述定位轴承（330）位于电动旋转台（100）的中心上方。

9.根据权利要求1-7任一所述的一种管道激光焊接机，其特征在于：所述电动旋转台（100）下侧中部装在减速齿轮箱（110）上，所述减速齿轮箱（110）装在机座上并连接有驱动电机（120），所述激光准直组件（410）固定在减速齿轮箱（110）下侧中部，所述减速齿轮箱（110）中部设有中空部（111），所述光路导向组件（420）一端从电动旋转台（100）中心伸入中空部（111），并与激光准直组件（410）上端对应。