CN110524111A - 一种基于动态组合光束的激光焊接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于动态组合光束的激光焊接装置，其包括准直镜、45°反射镜、能量分光装置、反射镜、第一聚焦镜与第二聚焦镜，激光发射光束经过所述准直镜、所述45°反射镜后再经所述能量分光装置分成竖直光束与水平光束，所述竖直光束经过所述第一聚焦镜聚焦到焊接部位，所述水平光束射向所述反射镜形成设定角度的斜光束再经所述第二聚焦镜聚焦到上述焊接部位。本发明能够有效的减少飞溅及裂纹的产生，保障焊接质量，实现焊接接缝表面光亮平整。
Description
【技术领域】
本发明属于激光焊接技术领域，特别是涉及一种基于动态组合光束的激光焊接装置。
【背景技术】
轨道交通和汽车行业内镀锌板、铝合金、镁合金和钛合金的应用非常广，传统的电弧焊焊接变形量大、焊缝接头性能差、焊接效率低，单激光焊装配间隙要求高，厚板焊接效率低、难焊透等工艺技术问题任然存在。特别是轻型材料铝及镁合金的焊接裂纹倾向大的问题一直得不到解决。
对于镀锌板、不锈钢和铝合金材质进行激光焊接时，焊接过程烟尘和飞溅都是相当大的。飞溅主要会损坏光学镜片，烟尘主要是它能挡光，不仅降低了激光能量，而且使得焊接过程能量不稳定。对于镀锌板、不锈钢和铝合金角接位置焊接时，很难实现焊接焊缝表面焊接光亮、平整。
现有技术中也公开了很多减少飞溅和裂纹的焊接方法，如专利申请号为CN201810356975.6公开了一种铝合金薄板的自动焊焊接方法，通过在焊接前对工件进行了焊接坡口预处理、对工件进行均匀夹持并焊接后进行整形，保障焊接精度减小焊接变形，提高焊接表面的质量。专利申请号为CN201710605589.1公开了一种激光焊接系统，其通过分光镜将激光光束分成多个光斑聚焦点，实现与焊接部位的预热处理，并通过温度传感器实时监控熔池温度，调节激光器能量，达到提高焊接质量的目的。但上述焊接系统或方法针对镀锌板、铝合金、镁合金和钛合金此类工件的焊接飞溅问题以及焊接表面不够光亮且不平整的问题却得不到很好的解决。
因此，需要提供一种新的基于动态组合光束的激光焊接装置来解决上述问题。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种基于动态组合光束的激光焊接装置，能够有效的减少飞溅及裂纹的产生，保障焊接质量，实现焊接接缝表面光亮平整。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种基于动态组合光束的激光焊接装置，其包括准直镜、45°反射镜、能量分光装置、反射镜、第一聚焦镜与第二聚焦镜，激光发射光束经过所述准直镜、所述45°反射镜后再经所述能量分光装置分成竖直光束与水平光束，所述竖直光束经过所述第一聚焦镜聚焦到焊接部位，所述水平光束射向所述反射镜形成设定角度的斜光束再经所述第二聚焦镜聚焦到上述焊接部位。
进一步的，还包括一旋转机构，所述能量分光装置、所述反射镜、所述第一聚焦镜与所述第二聚焦镜均固定在一旋转安装座上，所述旋转机构驱动所述旋转安装座进行旋转运动。
进一步的，所述旋转机构包括安装板、固定在所述安装板上的伺服电机，所述旋转安装座通过轴承设置在所述安装板上，且所述旋转安装座的圆周表面固定套设有同步轮，所述同步轮通过同步带连接于所述伺服电机的旋转端，受所述伺服电机驱动实现旋转。
进一步的，所述45°反射镜安装在一安装座上，所述准直镜安装在所述安装座的一侧表面，所述安装座相对于所述旋转机构固定设置且位于所述旋转安装座的上方，所述安装座的上方表面还固定设置有监测焊接部位的相机。
进一步的，所述能量分光装置包括分光镜片以及调节所述分光镜片透过率与反射率的调节单元。
进一步的，所述调节单元包括架设在所述旋转安装座上的若干导向定位柱、可滑动的设置在所述导向定位柱上且用于固定所述分光镜片的安装板、一端抵持着所述安装板的下部一侧表面且另一端抵持所述旋转安装座内壁表面的弹簧、以及一端抵持所述安装板上部另一侧表面且通过螺纹旋紧在所述旋转安装座上的调节螺杆。
进一步的，还包括设置在所述旋转安装座上的且用于调节所述反射镜的角度调节机构。
进一步的，所述角度调节机构包括可旋转的架设在所述旋转安装座上的转轴，所述转轴的端部伸出所述旋转安装座表面且端部固定有旋转头，所述反射镜的安装座与所述转轴固定连接，通过旋转所述旋转头实现所述反射镜角度的调整。
进一步的，所述第一聚焦镜与所述第二聚焦镜分别设置在一焦距调节装置上，所述聚焦调节装置固定在所述旋转安装座上。
进一步的，所述聚焦调节装置包括聚焦镜筒，所述第一聚焦镜与所述第二聚焦镜安装在对应的所述聚焦镜筒上，且所述聚焦镜筒上设置有调节聚焦锁头，所述调节聚焦锁头与聚焦镜安装座固定连接且可在所述聚焦镜筒上平行于激光光束轴线滑动。
与现有技术相比，本发明一种基于动态组合光束的激光焊接装置的有益效果在于：通过设置一分光镜，将光束分成垂直光束与水平光束，垂直光束经过聚焦镜射在待焊接部位，水平光束经过一反射镜形成设定角度的斜角度光束，然后经另一聚焦镜射在待焊接部位，且反射镜与分光镜一起设置在一旋转机构上，形成斜角度光束围绕垂直光束做旋转运动的情形，形成动态组合光束作用于待焊部件，这样在垂直光束焊深的时候，旋转光束能够辅助有效地抑制飞溅、气孔及裂纹的形成；另一方面，能够得到稳定的熔深及熔池，从而保障了焊接工件表面光亮平整。
【附图说明】
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中能量分光装置的俯视结构示意图；
图3为本发明实施例中能量分光装置的立体透视结构示意图
图4为本发明实施例中角度调节机构和焦距调节装置的结构示意图；
图中数字表示：
100基于动态组合光束的激光焊接装置；
1准直镜；245°反射镜；3能量分光装置，31分光镜片，32弹簧，33调节板，34调节螺杆，35导向定位柱；4反射镜；5第一聚焦镜；6第二聚焦镜；7旋转机构，71安装板，72伺服电机；8旋转安装座；9角度调节机构，91转轴，92旋转头；10安装座；11相机；12焦距调节装置，121聚焦镜筒，122调节聚焦锁头。
【具体实施方式】
实施例：
请参照图1-图4，本实施例为基于动态组合光束的激光焊接装置100，其包括准直镜1、45°反射镜2、能量分光装置3、反射镜4、第一聚焦镜5与第二聚焦镜6，激光发射光束经过准直镜1、45°反射镜2后再经能量分光装置3分成竖直光束与水平光束，所述竖直光束经过第一聚焦镜5聚焦到焊接部位，所述水平光束射向反射镜4形成设定角度的斜光束再经第二聚焦镜6聚焦到上述焊接部位。
本实施例还包括一旋转机构7，能量分光装置3、反射镜4、第一聚焦镜5与第二聚焦镜6均固定在一旋转安装座8上，所述旋转机构7驱动旋转安装座8进行旋转运动。
45°反射镜2安装在一安装座10上，准直镜1以组件的形式安装在安装座10的一侧表面，安装座10相对于旋转机构7固定设置且位于旋转安装座8的上方。安装座10的上方表面还固定设置有相机11，能够对焊缝进行实时观察，后期也可以加装智能检测设备进行焊缝的实时检测。
旋转机构7包括安装板71、固定在安装板71上的伺服电机72，旋转安装座8通过轴承设置在安装板71上，且旋转安装座8的圆周表面固定套设有同步轮(图中未标识)，所述同步轮通过同步带连接于伺服电机72的旋转端，受伺服电机72驱动实现旋转。
能量分光装置3包括分光镜片31以及调节分光镜片31透过率与反射率的调节单元。所述调节单元包括架设在旋转安装座8上的若干导向定位柱35、可滑动的设置在导向定位柱35上且用于固定分光镜片31的安装板33、一端抵持着安装板33的下部一侧表面且另一端抵持旋转安装座8内壁表面的弹簧32、以及一端抵持安装板33上部另一侧表面且通过螺纹旋紧在旋转安装座8上的调节螺杆34。导向定位柱35设置有两对且上下设置，通过导向定位柱35可以有效的防止镜片扭曲。安装板33包括固定分光镜片31的倾斜安装面、位于上部的第一竖直安装板和位于下部的第二竖直安装板。上下的所述导向定位柱35分别穿过第一竖直安装板、第二竖直安装板。弹簧32抵持着第二竖直安装板表面，调节螺杆34抵持着第一竖直安装板表面。弹簧32受挤压可以回弹；分光镜片31其左右40％透60％反射，通过调节螺杆34调节分光镜片31左右移动可以调节能量的透过率及反射率。通过内置的四根导向定位柱35，在滑动的时候可以有效防止镜片的扭曲歪斜。分光镜片的膜层经过特殊的处理，分为两个膜面，上方的膜对激光的透过率是40％，下方膜对激光的透过率是60％，主激光光束在上下膜的位置占比，决定了两个方向激光功率分布的多少。
本实施例还包括设置在旋转安装座8上的且用于调节反射镜4的角度调节机构9。角度调节机构9可采用现有技术中公开的机构，只要能实现调节镜片角度即可。本实施例中，角度调节机构9包括可旋转的架设在旋转安装座8上的转轴91，转轴91的端部伸出旋转安装座8表面且端部固定有旋转头92，反射镜4的安装座与转轴91固定连接，通过旋转旋转头92实现反射镜4角度的调整，且保障调整后的反射镜4的中心点位于激光光束中心轴上。
第一聚焦镜5与第二聚焦镜6均设置在一焦距调节装置12上，聚焦调节装置12固定在旋转安装座8上。聚焦调节装置12包括聚焦镜筒121，第一聚焦镜5与第二聚焦镜6安装在对应的聚焦镜筒121上，且聚焦镜筒121上设置有调节聚焦锁头122。调节聚焦锁头122与聚焦镜安装座固定连接且可在聚焦镜筒121上平行于激光光束轴线滑动。通过调节聚焦锁头122可以调节聚焦镜与反射镜4或分光镜片31之间的距离，从而实现调焦。
本实施例为基于动态组合光束的激光焊接装置100，其主激光发射光束在经过准直镜1、45°反射镜2、分光镜片31后分成垂直光束和水平光束，其中水平光束再经过可以调节角度的反射镜4形成斜角度光束，斜角度光束与垂直光束汇合对待焊部位的实施激光照射；同时斜光束在旋转机构7的作用下会围绕垂直光束旋转实施焊接。
本实施例为基于动态组合光束的激光焊接装置100的有益效果在于：
1)通过分光镜可以实现垂直光束与斜光束的能量分布，有利于工艺参数的调试；
2)通过设置角度调节装置，可以调节环形光的直径和离焦量增加了动态光束的形态；
3)其集成了视觉系统可以多轨迹进行视觉观察；
4)通过设置旋转装置，并将分出来的水平光束形成设定角度光束与垂直光束汇合的反射镜设置在旋转机构上，使得斜角度光束能够围绕垂直光束旋转对熔池进行搅拌，有效地抑制飞溅及气孔的形成；
5)通过设置这种组合的动态光束装置，保障了熔池的稳定性。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。
Claims (10)
1.一种基于动态组合光束的激光焊接装置，其特征在于：其包括准直镜、45°反射镜、能量分光装置、反射镜、第一聚焦镜与第二聚焦镜，激光发射光束经过所述准直镜、所述45°反射镜后再经所述能量分光装置分成竖直光束与水平光束，所述竖直光束经过所述第一聚焦镜聚焦到焊接部位，所述水平光束射向所述反射镜形成设定角度的斜光束再经所述第二聚焦镜聚焦到上述焊接部位。
2.如权利要求1所述的基于动态组合光束的激光焊接装置，其特征在于：还包括一旋转机构，所述能量分光装置、所述反射镜、所述第一聚焦镜与所述第二聚焦镜均固定在一旋转安装座上，所述旋转机构驱动所述旋转安装座进行旋转运动。
3.如权利要求2所述的基于动态组合光束的激光焊接装置，其特征在于：所述旋转机构包括安装板、固定在所述安装板上的伺服电机，所述旋转安装座通过轴承设置在所述安装板上，且所述旋转安装座的圆周表面固定套设有同步轮，所述同步轮通过同步带连接于所述伺服电机的旋转端，受所述伺服电机驱动实现旋转。
4.如权利要求2所述的基于动态组合光束的激光焊接装置，其特征在于：所述45°反射镜安装在一安装座上，所述准直镜安装在所述安装座的一侧表面，所述安装座相对于所述旋转机构固定设置且位于所述旋转安装座的上方，所述安装座的上方表面还固定设置有监测焊接部位的相机。
5.如权利要求2所述的基于动态组合光束的激光焊接装置，其特征在于：所述能量分光装置包括分光镜片以及调节所述分光镜片透过率与反射率的调节单元。
6.如权利要求5所述的基于动态组合光束的激光焊接装置，其特征在于：所述调节单元包括架设在所述旋转安装座上的若干导向定位柱、可滑动的设置在所述导向定位柱上且用于固定所述分光镜片的安装板、一端抵持着所述安装板的下部一侧表面且另一端抵持所述旋转安装座内壁表面的弹簧、以及一端抵持所述安装板上部另一侧表面且通过螺纹旋紧在所述旋转安装座上的调节螺杆。
7.如权利要求2所述的基于动态组合光束的激光焊接装置，其特征在于：还包括设置在所述旋转安装座上的且用于调节所述反射镜的角度调节机构。
8.如权利要求7所述的基于动态组合光束的激光焊接装置，其特征在于：所述角度调节机构包括可旋转的架设在所述旋转安装座上的转轴，所述转轴的端部伸出所述旋转安装座表面且端部固定有旋转头，所述反射镜的安装座与所述转轴固定连接，通过旋转所述旋转头实现所述反射镜角度的调整。
9.如权利要求2所述的基于动态组合光束的激光焊接装置，其特征在于：所述第一聚焦镜与所述第二聚焦镜分别设置在一焦距调节装置上，所述聚焦调节装置固定在所述旋转安装座上。
10.如权利要求9所述的基于动态组合光束的激光焊接装置，其特征在于：所述聚焦调节装置包括聚焦镜筒，所述第一聚焦镜与所述第二聚焦镜安装在对应的所述聚焦镜筒上，且所述聚焦镜筒上设置有调节聚焦锁头，所述调节聚焦锁头与聚焦镜安装座固定连接且可在所述聚焦镜筒上平行于激光光束轴线滑动。
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