CN110405337A - 基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置及方法 - Google Patents

基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110405337A
CN110405337A CN201910727956.4A CN201910727956A CN110405337A CN 110405337 A CN110405337 A CN 110405337A CN 201910727956 A CN201910727956 A CN 201910727956A CN 110405337 A CN110405337 A CN 110405337A
Authority
CN
China
Prior art keywords
additional
defocusing amount
light beam
main boot
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910727956.4A
Other languages
English (en)
Inventor
李凯
王春生
何广忠
王洪潇
徐国成
谷晓鹏
董娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd
Original Assignee
CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd filed Critical CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd
Priority to CN201910727956.4A priority Critical patent/CN110405337A/zh
Publication of CN110405337A publication Critical patent/CN110405337A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置及方法，属于焊接过程控制领域。主激光器光源发射主引导光束、附加激光器光源发射附加引导光束。附加激光器光源与可调支架通过铰链连接在一起；附加引导光束与主引导光束同时在工件表面形成光斑，两个光斑重合则表明离焦量符合要求。方法包括确定附加引导光束与主引导光束的角度、确定附加引导光束的光斑直径、最小离焦量偏移的误差分析等步骤。优点在于：附加引导光与主引导光束相对位置关系直接表征了当前离焦量与期望离焦量的偏移关系，在编程人员确认示教点沿工件表面位置的同时能够连续、直观的确认离焦量是否发生偏移，提高了工作效率。实用性强。

Description

基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置及方法
技术领域
本发明涉及焊接过程控制领域，特别涉及一种应用于激光焊中的离焦量指示装置及方法，尤指一种基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置及方法。
背景技术
在激光焊机器人运动程序编制过程中，编程人员需要持续注意示教点的位置是否合格，一方面是沿工件表面的位置是否准确，另一方面是垂直于工件表面方向的位置是否准确。沿工件表面位置可以由激光主光束的引导光斑指示，通过编程人员与待焊位置进行直接比对确认，而示教点垂直于工件表面方向的位置是激光焊过程中重要的工艺参数之一(离焦量)，若激光焊接运动过程中离焦量超出了偏离允许范围，将会导致焊接质量问题。因此，编程人员需要在程序编制及运动检查过程中时刻注意运动轨迹上的离焦量是否满足要求，而目前多采用距离传感器测量激光头到工件表面的距离，再通过换算得到离焦量的绝对值，进而通过控制系统显示在人机交互界面中，该方法无法让编程人员在确认示教点沿工件表面位置的同时连续、直观的确认离焦量是否发生偏移，从而影响工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置及方法，解决了现在有技术存在的上述问题。本发明在激光焊程序编制及检查过程中，使操作者能够连续、直观的确认示教点处离焦量是否发生偏移，提高工作效率。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置，利用激光焊镜头中已有的主引导光，通过附加准直引导光，与主引导光呈10-60度角，通过两束引导光的相对位置关系实现离焦量的指示；包括主激光器光源1、主引导光束2、附加激光器光源3、附加引导光束4、可调支架6，所述附加激光器光源3与可调支架6通过铰链3-1连接在一起；附加激光器光源3发射的附加引导光束4在工件5表面形成光斑，同时主激光器光源1发射的主引导光束2在工件5表面也形成光斑，两个光斑重合则表明离焦量符合要求。
所述的附加引导光束4的波长远离主引导光束2的波长100nm以上，使附加引导光束4与主引导光束2在工件表面形成不同颜色的光斑。
所述的附加引导光束4的功率与主引导光束2保持一致或偏差在5％以内。
所述的附加激光器光源3在可调支架6上运动，附加激光器光源3的调整行程等于激光焊接时可变离焦量的设置范围，调节方向与激光焊接镜头光轴平行。
本发明的另一目的在于提供一种基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示方法，利用激光焊镜头中已有的主引导光，通过附加准直引导光，与主引导光呈10-60度角，通过两束引导光的相对位置关系实现离焦量的指示，包括如下步骤：
步骤一、根据三角测量原理，主引导光束光轴L0与附加引导光束光轴L1所成角度θ的取值范围为10-60°，根据主激光头尺寸，在不发生干涉遮挡的前提下调整确定角度θ；
步骤二、确定附加引导光束3的光斑直径：按照如下公式确定光斑直径
D1＝D0 cosθ
式中，D1为附加引导光束3的光斑直径、D0为主引导光束2的光斑直径；
步骤三、可分辨的最小离焦量偏移的误差分析：通过以下公式进行误差分析
Δhmin＝Δlmin cotθ
式中，Δhmin为分辨的离焦量偏移最小值、Δlmin为肉眼可分辨的主引导光与附加引导光的光斑距离最小值；也可结合该公式，根据系统所需要达到的离焦量控制精度进一步优化θ值；
步骤四、标定标准离焦量：调整主激光器光源1的位置，使离焦量等于0mm；调整附加激光器光源3的位置，使主引导光束2与附加引导光束3在工件表面的光斑完全重合，并将附加激光器光源3所处的可调支架6的位置标定为零，沿主引导光束2发出方向为正；可调支架6与主激光器光源1相对位置固定；
步骤五、指示当前离焦量：根据工艺参数要求调整附加激光器光源3位置，使离焦量参数值与标定后的可调支架6位置值一致；通过观察主引导光束2与附加引导光束3的光斑是否重合来判断当前离焦量是否满足工艺参数要求。
本发明的有益效果在于：解决了激光焊编程过程中操作者不能连续、直观的确认示教点处离焦量是否发生偏移等问题。应用本发明，附加引导光与主引导光束相对位置关系直接表征了当前离焦量与期望离焦量的偏移关系，在编程人员确认示教点沿工件表面位置的同时能够连续、直观的确认离焦量是否发生偏移，大大提高了工作效率。实用性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置的结构示意图；
图2为本发明的基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示方法示意图。
图中：1、主激光器光源；2、主引导光束；3、附加激光器光源；3-1、铰链；4、附加引导光束；5、工件；6、可调支架；L0、主引导光束光轴；L1、附加引导光束光轴；θ、主引导光束光轴L0与附加引导光束光轴L1所成角度；S0、偏差为0的离焦量平面；S1、负偏差焦平面；S2、正偏差焦平面；P1、主引导光束光轴L0、附加引导光束光轴L1与偏差为0的离焦量平面S0的焦点；P2、主引导光束光轴L0与负偏差焦平面S1的焦点；P3、附加引导光束光轴L1与正偏差焦平面S1的焦点；P4、主引导光束光轴L0与负偏差焦平面S2的焦点；P5、附加引导光束光轴L1与正偏差焦平面S2的焦点。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1所示，本发明的基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置，利用激光焊镜头中已有的主引导光，通过附加准直引导光，与主引导光呈一定角度，通过两束引导光的相对位置关系实现离焦量的指示；包括主激光器光源1、主引导光束2、附加激光器光源3、附加引导光束4、可调支架6，所述附加激光器光源3与可调支架6通过铰链3-1连接在一起；附加激光器光源3发射的附加引导光束4在工件5表面形成光斑，同时主激光器光源1发射的主引导光束2在工件5表面也形成光斑，两个光斑重合则表明离焦量符合要求。
所述的附加引导光束4的波长远离主引导光束2的波长100nm以上，使附加引导光束4与主引导光束2在工件表面形成不同颜色的光斑，以确保肉眼有效的区分。
所述的附加引导光束4的功率与主引导光束2保持一致或偏差在5％以内。
所述的附加激光器光源3在可调支架6上运动，附加激光器光源3的调整行程等于激光焊接时可变离焦量的设置范围，调节方向与激光焊接镜头光轴平行。
参见图2所示，本发明的基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示方法，利用激光焊镜头中已有的主引导光，通过附加准直引导光，与主引导光呈一定角度，通过两束引导光的相对位置关系实现离焦量的指示，包括主引导光束光轴L0，附加引导光束光轴L1，主引导光束光轴L0与附加引导光束光轴L1所成角度θ，偏差为0的离焦量平面S0，负偏差焦平面S1，正偏差焦平面S2，主引导光束光轴L0、附加引导光束光轴L1与偏差为0的离焦量平面S0、负偏差焦平面S1、正偏差焦平面S2分别的焦点P1、P2、P3、P4、P5。其实施步骤如下：
步骤一、根据三角测量原理，主引导光束光轴L0与附加引导光束光轴L1所成角度θ较合理的取值范围为10-60°，可以根据实际主激光头尺寸，在不发生干涉遮挡的前提下调整确定角度θ；
步骤二、确定附加引导光束3的光斑直径：按照如下公式确定引导光斑直径
D1＝D0 cosθ (1)
式中，D1为附加引导光束3的光斑直径、D0为主引导光束2的光斑直径；
步骤三、可分辨的最小离焦量偏移的误差分析：通过以下公式进行误差分析
Δhmin＝Δlmin cotθ (2)
式中，Δhmin为分辨的离焦量偏移最小值、Δlmin为肉眼可分辨的主引导光与附加引导光的光斑距离最小值；也可结合该公式，根据系统所需要达到的离焦量控制精度进一步优化θ值；
步骤四、标定标准离焦量：调整主激光器光源1的位置，使离焦量等于0mm；调整附加激光器光源3的位置，使主引导光束2与附加引导光束3在工件表面的光斑完全重合，并将附加激光器光源3所处的可调支架6的位置标定为零，沿主引导光束2发出方向为正；可调支架6与主激光器光源1相对位置固定；
步骤五、指示当前离焦量：采用该系统进行离焦量指示时，根据工艺参数要求调整附加激光器光源3位置，使离焦量参数值与标定后的可调支架6位置值一致；在激光焊程序编制及检查过程中，通过观察主引导光束2与附加引导光束3的光斑是否重合来判断当前离焦量是否满足工艺参数要求。如两光斑未重合，则需要沿着主引导光束2光轴方向调整自动焊接设备高度，直至两光斑重合，表明当前离焦量满足工艺参数要求。
实施例：
参见图1所示，本发明的基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置，包括主激光器光源1、主引导光束2、附加激光器光源3、附加引导光束4、可调支架6。主激光器光源4发射主引导光束2、附加激光器光源3发射附加引导光束4，附加激光器光源3与可调支架6通过铰链3-1连接在一起；附加引导光束4与主引导光束2同时在工件5表面形成光斑，两个光斑重合则表明离焦量符合要求。
所述附加引导光束4，其波长应远离主引导光束的波长100nm以上，使附加引导光束与主引导光束在工件表面的形成不同颜色的光斑，以确保肉眼有效的区分。
所述附加引导光束4，其功率应与主引导光束2保持一致或偏差在5％以内。
所述附加激光器光源3可以在可调支架上运动，其调整行程等于激光焊接时可变离焦量的设置范围，调节方向与激光焊接镜头光轴平行。
参见图2所示，本发明的基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示方法，包括如下步骤：
在激光焊接过程中，要求离焦量变化范围-2-6mm，设备已有主引导光功率10mW，波长650nm，光斑直径1mm，根据上述设备参数设计附加旁轴引导光指示系统：根据干涉关系确定角度θ值为45°，由式(1)计算所需光斑直径为0.7mm，根据主引导光参数设计附加引导光波长520nm、功率10mW；支架的可调行程范围覆盖-2-6mm。
随后对标准离焦量进行标定，将激光镜头调整至离焦量为0mm的位置，随后调整附加激光镜头位置，使主引导光与附加引导光在工件表面的光斑完全重合，并将该附加激光镜头可调支架位置标定为零，沿主激光光束发出方向为正。可调支架需与主激光镜头相对位置固定。
在应用该附加旁轴引导光指示系统时，根据激光焊工艺需要，例如采用-2mm离焦量进行编程，则将可调支架调整至-2mm，并在编程过程中调整自动焊接机构，使主引导光与附加引导光光斑始终重合，进而表明，该位置为离焦量为-2mm位置。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置，其特征在于：利用激光焊镜头中已有的主引导光，通过附加准直引导光，与主引导光呈10-60度角，通过两束引导光的相对位置关系实现离焦量的指示；包括主激光器光源(1)、主引导光束(2)、附加激光器光源(3)、附加引导光束(4)、可调支架(6)，所述附加激光器光源(3)与可调支架(6)通过铰链(3-1)连接在一起；附加激光器光源(3)发射的附加引导光束(4)在工件(5)表面形成光斑，同时主激光器光源(1)发射的主引导光束(2)在工件(5)表面也形成光斑，两个光斑重合则表明离焦量符合要求。
2.根据权利要求1所述的基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置，其特征在于：所述的附加引导光束(4)的波长远离主引导光束(2)的波长100nm以上，使附加引导光束(4)与主引导光束(2)在工件表面形成不同颜色的光斑。
3.根据权利要求1所述的基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置，其特征在于：所述的附加引导光束(4)的功率与主引导光束(2)保持一致或偏差在5％以内。
4.根据权利要求1所述的基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置，其特征在于：所述的附加激光器光源(3)在可调支架(6)上运动，附加激光器光源(3)的调整行程等于激光焊接时可变离焦量的设置范围，调节方向与激光焊接镜头光轴平行。
5.一种基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示方法，其特征在于：利用激光焊镜头中已有的主引导光，通过附加准直引导光，与主引导光呈10-60度角，通过两束引导光的相对位置关系实现离焦量的指示，包括如下步骤：
步骤一、根据三角测量原理，主引导光束光轴L0与附加引导光束光轴L1所成角度θ的取值范围为10-60°，根据主激光头尺寸，在不发生干涉遮挡的前提下调整确定角度θ；
步骤二、确定附加引导光束(3)的光斑直径：按照如下公式确定光斑直径
D1＝D0 cosθ
式中，D1为附加引导光束(3)的光斑直径、D0为主引导光束(2)的光斑直径；
步骤三、可分辨的最小离焦量偏移的误差分析：通过以下公式进行误差分析
Δhmin＝Δlmin cotθ
式中，Δhmin为分辨的离焦量偏移最小值、Δlmin为肉眼可分辨的主引导光与附加引导光的光斑距离最小值；也可结合该公式，根据系统所需要达到的离焦量控制精度进一步优化θ值；
步骤四、标定标准离焦量：调整主激光器光源(1)的位置，使离焦量等于0mm；调整附加激光器光源(3)的位置，使主引导光束(2)与附加引导光束(3)在工件表面的光斑完全重合，并将附加激光器光源(3)所处的可调支架(6)的位置标定为零，沿主引导光束(2)发出方向为正；可调支架(6)与主激光器光源(1)相对位置固定；
步骤五、指示当前离焦量：根据工艺参数要求调整附加激光器光源(3)位置，使离焦量参数值与标定后的可调支架(6)位置值一致；通过观察主引导光束(2)与附加引导光束(3)的光斑是否重合来判断当前离焦量是否满足工艺参数要求。
CN201910727956.4A 2019-08-08 2019-08-08 基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置及方法 Pending CN110405337A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910727956.4A CN110405337A (zh) 2019-08-08 2019-08-08 基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910727956.4A CN110405337A (zh) 2019-08-08 2019-08-08 基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110405337A true CN110405337A (zh) 2019-11-05

Family

ID=68366696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910727956.4A Pending CN110405337A (zh) 2019-08-08 2019-08-08 基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110405337A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113182669A (zh) * 2021-03-23 2021-07-30 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种用于激光焊接位置指示的方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10126725A1 (de) * 2001-05-31 2002-12-05 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung
US6621060B1 (en) * 2002-03-29 2003-09-16 Photonics Research Ontario Autofocus feedback positioning system for laser processing
CN102962584A (zh) * 2012-11-12 2013-03-13 中国科学院半导体研究所 基于ccd视觉的激光头高度调节装置及调节方法
CN203843368U (zh) * 2014-03-31 2014-09-24 南京先进激光技术研究院 离焦量定位装置
CN105750727A (zh) * 2014-12-15 2016-07-13 湖北三江航天红阳机电有限公司 一种激光焊接焦距确定装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10126725A1 (de) * 2001-05-31 2002-12-05 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung
US6621060B1 (en) * 2002-03-29 2003-09-16 Photonics Research Ontario Autofocus feedback positioning system for laser processing
CN102962584A (zh) * 2012-11-12 2013-03-13 中国科学院半导体研究所 基于ccd视觉的激光头高度调节装置及调节方法
CN203843368U (zh) * 2014-03-31 2014-09-24 南京先进激光技术研究院 离焦量定位装置
CN105750727A (zh) * 2014-12-15 2016-07-13 湖北三江航天红阳机电有限公司 一种激光焊接焦距确定装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113182669A (zh) * 2021-03-23 2021-07-30 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种用于激光焊接位置指示的方法和装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11219967B2 (en) Machining head for a laser machining device
CN107076546B (zh) 用于实时测量焊缝深度的设备
US8030593B2 (en) Laser welding apparatus and method utilizing replaceable beam guide and calibration system
US20160202045A1 (en) Method of measuring the depth of penetration of a laser beam into a workpiece
CN108044231A (zh) 一种同轴光路的激光焊接头
CN201371313Y (zh) 激光加工双光束基准光装置
CN210412960U (zh) 恒温激光锡焊装置
US12076817B2 (en) Laser welding device
CN110434473A (zh) 激光打标设备及其焦点高度调节方法
JPH01274981A (ja) 工業用ロボットの位置補正装置
CN110405337A (zh) 基于附加旁轴引导光的激光焊离焦量指示装置及方法
CN212470240U (zh) 一种光束指向稳定性监测与反馈装置
CN117697197A (zh) 激光焊接熔深检测色差补偿方法、检测方法及存储介质
CN213827594U (zh) 一种激光光路检偏装置及自动校正装置
US20210060695A1 (en) Laser processing apparatus and optical adjustment method
CN210731347U (zh) 一种基于温度检测的激光加工设备
CN207787973U (zh) 一种同轴光路的激光焊接头
CN111750773A (zh) 测量不同光斑点在位置敏感探测器上响应的方法
CN109877451A (zh) 一种手持激光焊接枪
JPH1147970A (ja) 自動焦点調節機構付きレーザ溶接装置
CN118330901B (zh) 一种闭环激光指向控制与自动准直的装置及方法
CN115609162B (zh) 一种自动调高式激光打标机
CN209802302U (zh) 一种用于激光熔覆焦点位置动态测量装置
CN221019128U (zh) 一种光学模组及双光斑激光系统
WO2020076002A1 (ko) 레이저빔을 진동 또는 회전시켜 레이저 용접을 하는 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20191105