CN113231739A - 一种镜头组件及激光焊接头 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光焊接技术领域，一方面公开了一种镜头组件，该镜头组件包括光路相互连通的第一光路偏移组件及第二光路偏移组件、驱动机构、弹性密封圈及锁止机构，第一光路偏移组件及第二光路偏移组件均能够绕镜头组件的中心轴转动，驱动机构能够驱动第一光路偏移组件绕中心轴转动，弹性密封圈能够使第一光路偏移组件和第二光路偏移组件一同转动，锁止机构能够抵压于第一光路偏移组件或第二光路偏移组件，以使第一光路偏移组件和第二光路偏移组件能够相对转动。本发明另一方面还提供了一种激光焊接头，该激光焊接头包括如上的镜头组件。本发明使已偏离的激光束继续偏离或归正，从而增加了调节光斑大小的手段，并且能够提高调节的精度。

Description

一种镜头组件及激光焊接头

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种镜头组件及激光焊接头。

背景技术

由于激光的光能转换成的热能能够保持在极小的区域内，激光束聚焦成形后能够在很小的作用点具有极强能量，因而广泛地应用于激光切割、激光焊接及3D打印等设备中。

因而当激光束照射在金属粉末上时，激光束输入的热量能够使金属粉末迅速熔融，从而能够进行激光焊接作业，或者3D打印作业；或者将激光束照射在金属材料上时，使金属材料很快被加热至汽化程度，蒸发形成孔洞，从而能够进行激光切割作业。

由于激光发射器发射的激光束都是高斯光能量分布，激光束中心处的能量高，四周的能量低，因而在激光焊接作业中，使得金属粉末能够熔融形成焊缝的宽度较短，增加了焊接作业量；而在精密零件的激光切割作业中，激光切口处的粗糙度较高，使得切割作业后，还需要对切口处进行打磨，以满足粗糙度的要求，增加了打磨过程。

如果在不同的作业场合中，使激光束的光斑偏移光轴，并能够绕光轴转动，虽然新形成的光斑的能量更加集中，从而能够提高激光焊接的焊缝的宽度，或者降低激光切割切面的粗糙度，进而能够减少激光焊接的作业量或者减少激光切割后的打磨过程，但是激光束转动后新形成的光斑的焦点仅能够通过改变转动前的激光束光斑的大小来调节激光束转动后新形成的光斑的大小，不仅调节手段单一，而且会降低控制精度。

因此，亟于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镜头组件及激光焊接头，以解决在激光束转动后调节新形成光斑的大小手段单一，并且控制精度差的问题。

为达此目的，本发明一方面提供了一种镜头组件，该镜头组件能够调节通过所述镜头组件的激光束的焦点的大小，所述镜头组件包括：

光路相互连通的第一光路偏移组件及第二光路偏移组件，所述第一光路偏移组件及所述第二光路偏移组件均能够绕所述镜头组件的中心轴转动；

驱动机构，能够驱动所述第一光路偏移组件绕所述中心轴转动；

弹性密封圈，被挤压于所述第一光路偏移组件及所述第二光路偏移组件之间，并能够在所述第一光路偏移组件转动时带动所述第二光路偏移组件一同转动；及

锁止机构，能够抵止所述第一光路偏移组件和所述第二光路偏移组件中的一个，以使所述第一光路偏移组件和所述第二光路偏移组件能够相对转动。

作为优选，锁止机构能够抵止所述第一光路偏移组件，所述镜头组件还包括调节机构，所述调节机构在所述锁止机构抵止所述第一光路偏移组件时，能够调节所述第二光路偏移组件相对于所述第一光路偏移组件的位置。

作为优选，所述镜头组件还包括机架，所述机架能够密封所述第一光路偏移组件、所述第二光路偏移组件、所述驱动机构及所述弹性密封圈，所述调节机构靠近所述机架的部分设置有密封舱盖，所述密封舱盖能够开启并露出所述调节机构。

作为优选，所述镜头组件还包括随动件，所述随动件固接于所述第一光路偏移组件，并且所述锁止机构能够抵压或脱离所述随动件；

所述随动件上设置有环形槽，所述弹性密封圈被所述调节机构抵压限定于所述环形槽内。

作为优选，所述环形槽的槽底以及所述调节机构抵压所述弹性密封圈的端面上分别设置有防滑齿。

作为优选，所述弹性密封圈为泛塞封。

作为优选，所述锁止机构包括顶体及弹性件，所述顶体能够抵压于所述第一光路偏移组件，所述弹性件能够使所述顶体保持与所述第一光路偏移组件脱离。

本发明另一方面还提供了一种激光焊接头，该激光焊接头包括依次连通的准直调焦组件、如上所述的镜头组件，以及检测组件，准直调焦组件被配置为调节进入所述镜头组件的激光束的焦点，检测组件用于检测由所述镜头组件输出的激光束的光斑的大小。

作为优选，所述激光焊接头还包括喷头组件，所述喷头组件包括喷嘴及内芯，所述喷嘴设置有容置所述内芯的容腔，所述内芯的外侧壁与所述喷嘴的内侧壁之间设有用于输送粉末的间隙，其特征在于，所述内芯的外侧壁与所述喷嘴的内侧壁分别为锥面，所述内芯螺接于所述喷嘴，并且能够调整所述内芯的外侧壁与所述喷嘴的内侧壁之间的间距。

作为优选，所述喷嘴的内侧壁上设置有用于喷出粉末的喷口，所述内芯的外侧壁上设置有用于分散所述粉末的滚花。

本发明的有益效果：通过锁止机构使第一光路偏移组件和第二光路偏移组件能够相对转动，以在激光束通过第一光路偏移组件偏移中心轴后，第二光路偏移组件能够继续使激光束偏离中心轴或归正已偏移的激光束，进而增加了调节光斑大小的手段，并且能够提高调节的精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的激光焊接头的结构示意图；

图2是图1中的镜头组件的结构示意图；

图3是图2的主视图；

图4是图2的俯视图；

图5是图3中A-A截面视图；

图6是图4中B-B截面视图；

图7是图1中的喷头组件的俯视图；

图8是图7中C-C截面视图；

图9是图7中D-D截面视图。

图中：

1、光纤接头组件；

2、准直调焦组件；

3、镜头组件；

31、机架；311、密封舱盖；312、第一定位件；

321、线圈；322、磁铁；

33、第一光路偏移组件；331、第一镜筒；332、第一楔形镜片；333、第一压紧件；334、第二定位件；

34、第二光路偏移组件；341、第二镜筒；342、第二楔形镜片；343、第二压紧件；344、第三定位件；

35、弹性密封圈；36、调节机构；

37、锁止机构；371、顶体；372、弹性件；373、锁止端盖；

38、随动件；381、环形槽；

391、第一轴承；392、第二轴承；

4、检测组件；

5、聚焦调中组件；

6、喷头组件；61、第一接头；62、第二接头；63、喷嘴；631、冷却通路；64、内芯；641、滚花；65、间隙。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供一种激光焊接头，该激光焊接头包括依次连通的光纤接头组件1、准直调焦组件2、镜头组件3、聚焦调中组件5及喷头组件6，光纤接头组件1用于连接激光发生器，以将激光发生器产生的激光束传输给激光焊接头。准直调焦组件2能够大范围地调节激光束的焦点的位置，以能够调节位于喷头组件6的输出端处的激光束的光斑的大小。

由于激光发射器发射的激光束都是高斯光能量分布，激光束中心处的能量高，四周的能量低，为了增强激光束的能量，使激光束的能量均匀分布，镜头组件3包括能够使通过镜头组件3的激光束偏移的第一光路偏移组件33，以及能够驱动第一光路偏移组件33绕镜头组件3的中心轴转动的驱动机构，以使通过镜头组件3的激光束在第一光路偏移组件33绕镜头组件3的中心轴转动后形成的新的激光束的能量分布均匀。

聚焦调中组件5能够沿垂直于光路的方向调节由镜头组件3输出的激光束，以调节输出的激光束与喷头组件6的同轴度。喷头组件6能够在喷头组件6的输出端喷出粉末，将粉末喷在由位于喷头组件6输出端的激光束的光斑所形成的熔池中，从而使熔融后的粉末及熔池快速凝固形成包覆层，从而完成激光焊接作业。

然而该激光焊接头仅能够通过准直调焦组件2调节激光束的焦点，从而调节位于喷头组件6输出端的激光束的光斑的大小，调节手段单一，并且经过第一光路偏移组件33转动后，准直调焦组件2的变化量被放大，从而降低了调节精度。

为了解决上述问题，如图1至图6所示，本实施例提供一种镜头组件3，该镜头组件3包括第一光路偏移组件33、第二光路偏移组件34、驱动机构、弹性密封圈35及锁止机构37。第一光路偏移组件33的光路连通于第二光路偏移组件34的光路，并且第一光路偏移组件33及第二光路偏移组件34均能够绕镜头组件3的中心轴转动。驱动机构能够驱动第一光路偏移组件33绕镜头组件3的中心轴转动，弹性密封圈35被挤压于第一光路偏移组件33及第二光路偏移组件34之间，并能够在第一光路偏移组件33转动时带动第二光路偏移组件34一同转动，以使偏移后的激光束在经过转动地第一光路偏移组件33和第二光路偏移组件34后，能量分布均匀。

锁止机构37能够抵止第一光路偏移组件33和第二光路偏移组件34中的一个，以使第一光路偏移组件33和第二光路偏移组件34能够相对转动，以在第一光路偏移组件33和第二光路偏移组件34在相对转动时，能够使激光束经过第一光路偏移组件33偏移中心轴后，改变偏离的激光束进入第二光路偏移组件34的入射角，以使第二光路偏移组件34输出的激光束继续偏离或归正，进而增加了调节由镜头组件3输出的激光束的光斑大小的手段，并且第一光路偏移组件33和第二光路偏移组件34在相对转动一周，即相对转动360度之后，才恢复初始位置，使得调节的范围更宽，进而能够提高调节的精度。

具体地，在本实施例中，镜头组件3包括机架31，机架31设置有用于容置第一光路偏移组件33及第二光路偏移组件34的通道，通道的一端设置有第一定位件312，第一定位件312能够沿通道的轴向定位第一光路偏移组件33。驱动机构包括线圈321及磁铁322，线圈321设置于磁铁322的中心处并固定于第一定位件312上，驱动机构通过给线圈321通电，使磁铁322能够绕通道的中心轴转动。

第一光路偏移组件33包括第一镜筒331、第一楔形镜片332、第一压紧件333及第二定位件334。第一镜筒331连接于磁铁322，以能够跟随磁铁322一同转动。第一镜筒331通过第一轴承391可转动地定位于机架31的通道的一端，第一楔形镜片332能够偏移通过第一楔形镜片332的激光束，第二定位件334螺接于第一镜筒331中，第一楔形镜片332被第二定位件334抵压固定于位于第一镜筒331一端的轴肩上。第一压紧件333位于第二定位件334及第一楔形镜片332之间，并能够沿中心轴的轴向发生弹性变形，以稳固地固定第一楔形镜片332，从而使第一楔形镜片332跟随第一镜筒331一同转动。

第二光路偏移组件34包括第二镜筒341、第二楔形镜片342、第二压紧件343及第三定位件344，第二镜筒341通过第二轴承392可转动地定位于机架31的通道的另一端，弹性密封圈35被抵压于第一镜筒331与第二镜筒341之间，并且在第一镜筒331在转动时，弹性密封圈35能够通过摩擦力带动第二镜筒341一同转动。第三定位件344螺接于第二镜筒341中，第二楔形镜片342被第三定位件344抵压固定于位于第二镜筒341一端的轴肩上。第二压紧件343位于第三定位件344及第二楔形镜片342之间，并能够沿中心轴的轴向发生弹性变形，以稳固地固定第二楔形镜片342，从而使第二楔形镜片342跟随第二镜筒341一同转动。

锁止机构37能够抵压或脱离于第一镜筒331，在锁止机构37抵压于第一镜筒331时，操作人员通过手动转动第二镜筒341，从而使第一镜筒331和第二镜筒341相对转动，进而能够调节从第一楔形镜片332射出的激光束在进入第二楔形镜片342的入射角度，进而能够调节激光束的光斑的大小。

可以理解的是，在其它实施例中，锁止机构37还可以抵压或脱离于第二镜筒341，操作人员可以通过控制驱动机构，使第一镜筒331与第二镜筒341相对转动，在此不作具体限制。

为了便于操作人员转动第二镜筒341，优选地，镜头组件3还包括调节机构36，调节机构36套设于第二镜筒341上，调节机构36的外侧面设置有防滑纹，操作人员通过拨动调节机构36转动，从而未被锁止机构37抵压的第二镜筒341绕通道的中心轴转动。在本实施例中，调节机构36为调节环，在其它实施例中，调节机构36还可以为蜗轮蜗杆机构，或者能够带动第二镜筒341转动的其它机构，在此不作具体限制。

借由上述结构，由于需要通过拨动调节机构36转动，机架31上必须设置有能够由外界伸入于通道中的通孔，然而在焊接过程中，会产生大量的烟尘，从而可能会损坏镜头组件3中的第一楔形镜片332或第二楔形镜片342，为了保证机架31的密封性，调节机构36靠近机架31的部分设置有密封舱盖311，密封舱盖311能够开启并露出调节机构36，从而在调节时，打开密封舱盖311，并在调节完成后，关闭密封舱盖311，以使机架31的通道保持与外界环境的密封。

由于在调节过程中，锁止机构37通过与第一镜筒331之间的摩擦力使第二镜筒341与第一镜筒331相对转动，在这一过程中可能会损伤第一镜筒331，从而降低第一镜筒331的使用寿命，为了解决上述问题，进一步地，镜头组件3还包括随动件38，随动件38套置并固接于第一镜筒331上，并且锁止机构37能够抵压或脱离随动件38，从而使锁止机构37与随动件38之间的摩擦力使与第二镜筒341与第一镜筒331相对转动，进而消除了锁止机构37对第一镜筒331的磨损，提高了第一镜筒331的使用寿命。

在本实施例中，第二镜筒341通过弹性密封圈35分别与第一镜筒331和第二镜筒341之间的摩擦力跟随第一镜筒331一同转动，从而会磨损第一镜筒331和第二镜筒341分别与弹性密封圈35抵接的端面，进而降低了第一镜筒331和第二镜筒341的使用寿命，为了解决上述问题，进一步地，随动件38上设置有环形槽381，弹性密封圈35被调节机构36抵压限定于环形槽381内，从而可以避免弹性密封圈35磨损第一镜筒331和第二镜筒341，进而提高了第一镜筒331和第二镜筒341的使用寿命。优选地，可以通过在随动件38和调节机构36分别与弹性密封圈35抵接的端面上进行渗碳处理或其它增强耐磨性的工艺，以提高随动件38和环形槽381的耐磨性能。

进一步地，为了增大弹性密封圈35分别与随动件38和调节机构36之间的摩擦力，保证第一镜筒331与第二镜筒341能够一同转动，环形槽381的槽底以及调节机构36抵压弹性密封圈35的端面上分别设置有防滑齿，从而增大弹性密封圈35分别与随动件38和调节机构36之间的摩擦力，保证第一镜筒331与第二镜筒341一同转动。

由于泛塞封是一种U型铁氟龙内装特殊弹簧的高性能密封件，由适当的弹簧力加上系统流体压力，将密封面顶出而轻轻压住被密封的金属面以生成非常优异的密封效果，并且泛塞封密封接触压力稳定、耐压力高、容许较大的径向偏摆。因此，在本实施例中，弹性密封圈35优选为泛塞封。

在本实施例中，锁止机构37包括顶体371、弹性件372及锁止端盖373，锁止端盖373设置于机架31上，顶体371的一端能够露出锁止端盖373，另一端能够伸入于机架31的通道中，并且在操作人员按压顶体371露出锁止端盖373的一端时，顶体371的另一端能够抵压于随动件38的外侧壁上，弹性件372设置于顶体371和机架31之间，弹性件372的一端连接于顶体371，另一端抵接于机架31的外侧壁上，并且弹性件372能够使顶体371保持于与随动件38脱离。

进一步地，本实施例提供的激光焊接头还包括检测组件4，检测组件4设置于镜头组件3和聚焦调中组件5之间，检测组件4能够检测由镜头组件3输出的激光束，以能够检测激光束光斑大小。

进一步地，如图7至图9所示，喷头组件6包括四个第一接头61、两个第二接头62、喷嘴63及内芯64，喷嘴63能够分别连通四个第一接头61及两个第二接头62，喷嘴63设置有容置内芯64的容腔，并且四个第一接头61能够连通至喷嘴63的容腔中，以使粉末能够喷入于喷嘴63的容腔中。内芯64的外侧壁与喷嘴63的内侧壁之间设有用于输送粉末的间隙65，粉末能够顺着间隙65喷送至喷嘴63的输出端，以喷出粉末。内芯64的外侧壁与喷嘴63的内侧壁分别为锥面，内芯64螺接于喷嘴63，并且操作人员能够转动内芯64，以使内芯64螺接于喷嘴63的不同位置，进而能够调节内芯64的外侧壁与喷嘴63的内侧壁之间的间距，以调节喷头组件6喷出粉末的效果。

喷嘴63上设置有冷却通路631，两个第二接头62能够连通于冷却通路631，冷却介质能够由一个第二接头62进入冷却通路631中，并能够通过另一个第二接头62流出冷却通路631，从而能够有效地降低喷嘴63的温度，提高喷嘴63的使用寿命。

优选地，为了使喷出的粉末更加分散均匀，喷嘴63的内侧壁上设置有用于喷出粉末的喷口，内芯64的外侧壁上设置有用于分散粉末的滚花641。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种镜头组件，用于调节激光束的焦点的大小，其特征在于，所述镜头组件包括：

光路相互连通的第一光路偏移组件（33）及第二光路偏移组件（34），所述第一光路偏移组件（33）及所述第二光路偏移组件（34）均能够绕所述镜头组件的中心轴转动；

驱动机构，能够驱动所述第一光路偏移组件（33）绕所述中心轴转动；

弹性密封圈（35），被挤压于所述第一光路偏移组件（33）及所述第二光路偏移组件（34）之间，并能够在所述第一光路偏移组件（33）转动时带动所述第二光路偏移组件（34）一同转动；及

锁止机构（37），能够抵止所述第一光路偏移组件（33）和所述第二光路偏移组件（34）中的一个，以使所述第一光路偏移组件（33）和所述第二光路偏移组件（34）能够相对转动。

2.根据权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，所述锁止机构（37）能够抵止所述第一光路偏移组件（33），所述镜头组件还包括调节机构（36），所述调节机构（36）在所述锁止机构（37）抵止所述第一光路偏移组件（33）时，能够调节所述第二光路偏移组件（34）相对于所述第一光路偏移组件（33）的位置。

3.根据权利要求2所述的镜头组件，其特征在于，所述镜头组件还包括机架（31），所述机架（31）能够密封所述第一光路偏移组件（33）、所述第二光路偏移组件（34）、所述驱动机构及所述弹性密封圈（35），所述调节机构（36）靠近所述机架（31）的部分设置有密封舱盖（311），所述密封舱盖（311）能够开启并露出所述调节机构（36）。

4.根据权利要求2所述的镜头组件，其特征在于，所述镜头组件还包括随动件（38），所述随动件（38）固接于所述第一光路偏移组件（33），并且所述锁止机构（37）能够抵压或脱离所述随动件（38）；

所述随动件（38）上设置有环形槽（381），所述弹性密封圈（35）被所述调节机构（36）抵压限定于所述环形槽（381）内。

5.根据权利要求4所述的镜头组件，其特征在于，所述环形槽（381）的槽底以及所述调节机构（36）抵压所述弹性密封圈（35）的端面上分别设置有防滑齿。

6.根据权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，所述弹性密封圈（35）为泛塞封。

7.根据权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，所述锁止机构（37）包括顶体（371）及弹性件（372），所述顶体（371）能够抵压于所述第一光路偏移组件（33），所述弹性件（372）能够使所述顶体（371）保持与所述第一光路偏移组件（33）脱离。

8.一种激光焊接头，其特征在于，包括依次连通的：

准直调焦组件（2），被配置为调节进入所述镜头组件的激光束的焦点；

如权利要求1-7任一项所述的镜头组件；及

检测组件（4），用于检测由所述镜头组件输出的激光束的光斑的大小。

9.根据权利要求8所述的激光焊接头，其特征在于，所述激光焊接头还包括喷头组件（6），所述喷头组件（6）包括喷嘴（63）及内芯（64），所述喷嘴（63）设置有容置所述内芯（64）的容腔，所述内芯（64）的外侧壁与所述喷嘴（63）的内侧壁之间设有用于输送粉末的间隙（65），所述内芯（64）的外侧壁与所述喷嘴（63）的内侧壁分别为锥面，所述内芯（64）螺接于所述喷嘴（63），并且能够调整所述内芯（64）的外侧壁与所述喷嘴（63）的内侧壁之间的间距。

10.根据权利要求9所述的激光焊接头，其特征在于，所述喷嘴（63）的内侧壁上设置有用于喷出粉末的喷口，所述内芯（64）的外侧壁上设置有用于分散所述粉末的滚花（641）。

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