CN113275745A - 一种复合激光设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合激光设备，属激光配套设备技术领域，为解决在加工高反材质时，对激光器的功率要求高、成本较高的技术问题而设计。本发明包括：包括：激光器组件、龙门架，所述龙门架置于固定平台上，所述龙门架和所述固定平台可为大理石材质。所述固定平台上设有运动机构系统平台，所述运动机构系统平台可用于放置待加工产品。激光器可沿着龙门架快速移动，使得激光器相对于待加工产品发生位移，可达到提高生产效率和节约成本的效果。

Description

一种复合激光设备

技术领域

发明涉及激光设备技术领域，尤其涉及一种复合激光设备。

背景技术

目前，修复高反材质时，对激光器的功率要求特别高，需要万瓦级别的激光器，在国内万瓦级别的激光器用来做激光增材制造的几乎处于空白阶段，现阶段依然依赖进口激光器为主，进口激光器万瓦激光器成本昂贵，维修周期较长，同时配置的增材制造激光头也需要能承受住万瓦级别激光器的功率，因此对激光器的功率要求极高。

发明内容

为了解决加工高反材质时，对激光器的功率要求高、成本较高的技术问题，提供一种复合激光设备。

为实现上述目的，发明提供一种复合激光设备：

包括：激光器组件。

可选的，还包括龙门架，所述龙门架置于固定平台上，所述龙门架和所述固定平台可为大理石材质。

可选的，所述固定平台上设有运动机构系统平台，所述运动机构系统平台可用于放置待加工产品。

可选的，所述运动机构系统平台上可拆卸连接有特殊夹具，所述特殊夹具可用于固定待加工产品。

可选的，所述固定平台的底部设有平台移动脚轮块。

可选的，所述固定平台的底部还设有平台固定支座块。

可选的，所述固定平台的底部还设有平台地脚加强筋。

可选的，龙门架和激光器组件之间设有光纤拖链。

可选的，所述激光器组件包括至少一类激光器，每类所述激光器台数相加后的总数量大于或等于2。

可选的，所述激光器组件主要由半导体激光器和/或蓝光激光器组成；

其中，所述半导体激光器输出的激光波长可为890～990nm，所述蓝光激光器输出的激光波长可为430～470nm；

或，蓝色激光波长为450nm，半导体激光波长为915nm。

可选的，所述半导体激光器功率可设为为3000W，蓝光激光器可设为1000W。

可选的，所述半导体激光器和/或所述蓝光激光器的一端可拆卸连接有多波长光束拟合系统。

可选的，所述多波长光束拟合系统底部设有水冷系统。

可选的，所述激光器组件的一侧设有单路同轴送粉器。

可选的，所述激光器组件的激光输出端设有保护气装置。

可选的，所述多波长光束拟合系统的一侧连接有CCD视觉检测系统。

可选的，还包括保护镜系统。

可选的，所述半导体激光器和所述蓝光激光器的数量分别可为一个或多个，分别用于输出一束或多束相同波段或不同波段的激光光束，所述激光光束可为同轴光束也可为非同轴光束。

一种特殊夹具，包括如上述所述的任意一项特殊夹具，其中，所述特殊夹具可运用于上述任意一项复合激光设备中。

可选的，包括夹具本体和运动导轨平台，所述夹具本体可在外力驱动下沿所述运动导轨平台移动。

可选的，所述运动导轨平台与伺服电机平台连接。

可选的，所述运动导轨平台的导轨的前端和/或后端设有防尘罩保护系统。

可选的，所述夹具本体一端为安装底座，所述安装底座开有底座固定螺孔，所述安装底座与支撑平台之间可通过所述底座固定螺孔及螺钉固定，所述支撑平台可为大理石材质。

可选的，所述夹具本体的侧面还设有定位组件，所述定位组件可包括后侧定位部、前侧定位部、左侧定位部和右侧定位部。

可选的，所述后侧定位部通过后侧气缸进行驱动，以实现定位的目的；

所述前侧定位部通过前侧气缸进行驱动，以实现定位的目的；

所述左侧定位部通过左侧气缸进行驱动，以实现定位的目的；

所述右侧定位部通过右侧气缸进行驱动，以实现定位的目的。

可选的，所述伺服电机平台驱动已实现定位的待加工产品至激光器组件下。

可选的，所述支撑平台的底部设有安装地脚。

可选的，所述激光器组件与所述特殊夹具可以为完全独立各、单独使用的装置，也可以是共同隶属于同一设备中且配合使用的两个子装置。

可选的，伺服电机平台用于驱动已对待加工产品实现定位功能的所述夹具本体至所述激光器组件的多波长复激光下，通过所述多波长复激光对所述待增材零部件进行增材或修复。

发明的有益效果为：激光器可沿着龙门架快速移动，使得激光器相对于待加工产品发生位移，激光器主要由半导体激光器和/或蓝光激光器构成，半导体激光器和蓝光激光器之间可以为活动连接，即半导体激光器也可以相对于蓝光激光器发生位移，即半导体激光器和蓝光激光器输出的激光光斑的相对位置可以发生改变，即待加工产品可以为待切割和/或待焊接和/或待增材的产品，即本复合激光设备具备在激光切割的同时对产品进行焊接或者是增材的功能，可达到提高生产效率和节约成本的效果。

附图说明

图1为发明整体结构示意图；

图2为发明中激光器的示意图；

图3为发明同轴粉末和光束结合示意图；

图4为发明焊接或增材形式示意图；

图5为发明红外光和蓝光对不同材料以及高反材质的吸收率示意图；

图6为发明铜随着自身温度上升，对1.06um波长激光的反射率下降的示意图；

图7为发明中特殊夹具一局部结构示意图；

图8为发明中特殊夹具俯视方向的结构示意图；

图9为发明中特殊夹具与激光器组件的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释发明，而不能理解为对发明的限制。在发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“上”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，因此不能理解为对发明的限制。

在发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”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发明中的具体含义。

下面结合附图对发明进行进一步说明：

参照图1，在发明的一实施例中，复合激光设备包括龙门架1，龙门架1 上设有激光器组件5，其中，龙门架可为大理石材质；激光器组件5主要由半导体激光器10和/或蓝光激光器11组成，其中，半导体激光器10输出的激光波长可为890～990nm，蓝光激光器11输出的激光波长可为430～470nm。

在本实施例中，激光器组件5可沿着龙门架1快速移动，使得激光器组件5相对于待加工产品27发生位移，激光器组件5主要由半导体激光器10 和/或蓝光激光器11组成，半导体激光器10和蓝光激光器11之间可以为活动连接，即半导体激光器10也可以相对于蓝光激光器11发生位移，即半导体激光器10和蓝光激光器11输出的激光光斑的相对位置可以发生改变，即待加工产品27可以为待切割和/或待焊接和/或待增材的产品27，即本复合激光设备具备在激光切割的同时对产品27进行焊接或者是增材的功能，可达到提高生产效率和节约成本的效果。

参照图1，在发明的第二个实施例中，复合激光设备的激光器组件5包括至少包括一类激光器，例如，第一类为氦镉激光器，第二类为钛蓝宝石激光器，或者是第一类为红光激光器，第二类为蓝光激光器，每类激光器台数相加后的总数量大于或等于2，即激光器组件5中至少包括两台用于输出激光的激光器。

其中，当激光器组件5主要由半导体激光器10和/或蓝光激光器11组成时，蓝色激光波长为450nm，半导体激光波长为915nm，半导体激光器10功率可设为为3000W，蓝光激光器11可设为1000W，再参照图5和图6，铜随着自身温度上升，对1.06um波长激光的反射率下降，即吸收率提高；

在熔点附近下降20％左右，有研究表明液态铜的吸收率可以提高到40％左右，而超过沸点汽化后更甚到达65％左右。

现，以6000瓦光纤激光器对紫铜加工的情况为例：

1.当材料初始加热时，吸收的光-热效应为6000X5％＝300W；

2.当材料超过熔点1083℃后，变成液态，吸收的光-热效应为： 6000X(5+20)％＝1500W，提高了5倍，这一部分能量极速加热铜液，使他瞬间升温接近沸点2652℃，并剧烈沸腾；

3.当液态熔池超过2652℃后，吸收的光-热效应为6000X40％，大量等离子体云产生，并产生大量飞溅；

4.等离子体持续吸收激光束能量产生超高温度，阻止激光能量作用于焊缝的同时扩大热影响区，并饱和熔深和焊接速度；

根据实验数据可知，6000瓦光纤激光器：

1.当材料初始加热时，吸收的光-热效应为6000X5％＝300W；

2.液态，吸收的光-热效应为6000X(5+20)％＝1500W产生过热；

3.沸腾时，吸收的光-热效应6000X40％；

根据实验数据可知，500瓦蓝光激光器：

1.初始吸收率500X65％＝330W，与6000瓦光纤激光器效果一致；

2.液态吸收率500X(65+20)％＝425W；

3.增加的功率不足以产生沸腾；

通过对比可知，使用6000W单光纤激光器对铜进行加工，加工的效果等同于使用500W蓝光激光器的加工效果。

从图中实验分析结果可得出：蓝光对高反材质Cu的吸收率大概是在65％，红光对高反材质Cu的吸收率在5％左右。蓝光对铜的吸收率是红外光的12倍，蓝光的波长在455nm左右，半导体红外光在930-980nm，和红外光纤在 1030-1070nm之间，在一些焊接或者是增材制造的时候如果单光纤进行焊接就需要万瓦激光器，但是复合激光就只要4千瓦的激光器组件5(即3000W红外激光器+1000W蓝光激光器)就可以解决，性价比高，维修容易，操作简单。

在本实施例中，一束或多束激光束先通过半导体激光器1和蓝光激光器2 后，通过多波长拟合系统3后穿过保护镜系统8到达增材制造的表面，单路同轴送粉器5接通到送粉器上进行送粉，保护气装置6接通氮气，通过CCD 检测系统7对轨迹的确认，当粉末通过单路同轴送粉器5后，粉末落在待增材表面上，再通过多波长激光束照射在粉末表面，使得粉末在待增材表面快速形成冶金结合层达到增材效果。

参照图1，在发明的第三个实施例中，复合激光设备包括激光器组件5，其中，龙门架可为大理石材质；激光器组件5主要由半导体激光器10和/或蓝光激光器11组成，其中，半导体激光器10输出的激光波长可为890～990nm，蓝光激光器11输出的激光波长可为430～470nm；

龙门架1置于固定平台2上，其中，固定平台2可为大理石材质；

固定平台2上设有运动机构系统平台3，运动机构系统平台3可用于放置待加工产品27；

运动机构系统平台3上可拆卸连接有特殊夹具4，特殊夹具4可用于固定待加工产品27；

固定平台2的底部设有平台移动脚轮块6，平台移动脚轮块6用于便于固定平台2发生位移；

固定平台2的底部还设有平台固定支座块7；

固定平台2的底部还设有平台地脚加强筋8；

龙门架1和激光器组件5之间设有光纤拖链9，光纤拖链9用于保护光纤，确保光纤不折弯；

半导体激光器10和/或蓝光激光器11的一端可拆卸连接有多波长光束拟合系统12；

多波长光束拟合系统12底部设有水冷系统13，用于对激光器组件5进行降温，从而起到保护激光器组件5的作用。

在本实施例中，光纤拖链9的作用为保护光纤，光纤最小半径可以大于或等于100mm，确保光纤不折弯，确保激光器组件5传输功率的稳定性，防止烧毁光纤的情况发生，激光器组件5安装在大理石龙门架1上，激光器组件5 可通过配合的滑轨和滑道在石龙门架1上运动，为了实现自动化，也可通过驱动电机使得激光器组件5在大理石龙门架1上快速移动，光束拟合系统12 用于将两束激光进行拟合到同一平面，水冷系统13用于通过流通的水将激光器组件5产生的热量带走，起到保护激光器组件5的作用。

参照图1-图3，在发明的第四个实施例中，复合激光设备包括龙门架1，龙门架1上设有激光器组件5，其中，龙门架可为大理石材质；

龙门架1置于固定平台2上，其中，固定平台2可为大理石材质；

固定平台2上设有运动机构系统平台3，运动机构系统平台3可用于放置待加工产品27；

运动机构系统平台3上可拆卸连接有特殊夹具4，特殊夹具4可用于固定待加工产品27；

固定平台2的底部设有平台移动脚轮块6，平台移动脚轮块6用于便于固定平台2发生位移；

固定平台2的底部还设有平台固定支座块7；

固定平台2的底部还设有平台地脚加强筋8；

龙门架1和激光器组件5之间设有光纤拖链9，光纤拖链9用于保护光纤，确保光纤不折弯；

激光器组件5主要由半导体激光器10和/或蓝光激光器11组成，其中，半导体激光器10输出的激光波长可为890～990nm，蓝光激光器11输出的激光波长可为430～470nm；

半导体激光器10和/或蓝光激光器11的一端可拆卸连接有多波长光束拟合系统12；

多波长光束拟合系统12底部设有水冷系统13；

激光器组件5的一侧设有单路同轴送粉器14，单路同轴送粉器14用于将粉末输送至待加工产品27表面；

参照图3，A是复合光束，B是同轴粉末，C增材制造结合层，粉末经过单路同轴送粉器14落至待加工的产品27的表面；

参照图4，复合光束在形式上包括同点多波长、多点多波长和多点单波长，本实施例中可采用第一种机制方式进行的增材制造；多波长复合原理：将两种不同波长的激光复合在一起，使两束激光的轴线在空间上重合，主波段激光进行深熔焊接，次波段激光具备预热缓冷的作用，并适度进行热传导增材制造或者是焊接。

多波长复合增材制造设备可以解决铜及铜合金的高反，吸收率低的问题：即采用蓝光对铜以及铜合金的预热，增大对铜的吸收率，半导体光源作为主要增材制造的熔深主要光源，达到增材制造低功率高吸收率的效果，蓝光还可以起到缓冷的状态，确保减少增材制造的结合层的裂纹倾向。这样使得对铜以及铜合金的综合吸收率可达85％以上。增材制造速度更快、质量更优、外观更美观、性价比更高、更节能、更新颖、无裂纹、综合高吸收率的高效激光器、无过热剧烈沸腾、不释出金属蒸汽、无羽团状等离子体产生、无气孔与飞溅产生。

激光器组件5的激光输出端设有保护气装置15，保护气装置15接通有氮气；

多波长光束拟合系统12的一侧连接有CCD视觉检测系统16，CCD视觉检测系统16用于监控一束或多束激光束的运行轨迹；

还包括保护镜系统17；半导体激光器10和蓝光激光器11的数量分别可以为一个或多个，分别用于输出一束或多束不同波段的激光。

参照图1-图9，在发明的第五个实施例中，复合激光设备，包括：激光器组件5；

还包括龙门架1，龙门架1置于固定平台2上，龙门架1和固定平台2可为大理石材质；

固定平台2上设有运动机构系统平台3，运动机构系统平台3可用于放置待加工产品27；

运动机构系统平台3上可拆卸连接有特殊夹具4，特殊夹具4可用于固定待加工产品27；

固定平台2的底部设有平台移动脚轮块6；

固定平台2的底部还设有平台固定支座块7；

固定平台2的底部还设有平台地脚加强筋8；

龙门架1和激光器组件5之间设有光纤拖链9；

激光器组件5包括至少一类激光器，每类激光器台数相加后的总数量大于或等于2；

当激光器组件5主要由半导体激光器10和/或蓝光激光器11组成时，半导体激光器10输出的激光波长可为890～990nm，蓝光激光器11输出的激光波长可为430～470nm；

或，蓝色激光波长为450nm，半导体激光波长为915nm；

半导体激光器(10)功率可设为为3000W，蓝光激光器(11)可设为1000W；

半导体激光器10和/或蓝光激光器11的一端可拆卸连接有多波长光束拟合系统12，用于将多束激光拟合为同轴的一束激光，或非同轴的多束激光，或非同轴的一束家激光；

多波长光束拟合系统12底部设有水冷系统13。

激光器组件5的一侧设有单路同轴送粉器14。

激光器组件5的激光输出端设有保护气装置15。

多波长光束拟合系统12的一侧连接有CCD视觉检测系统16。

还包括保护镜系统17；

半导体激光器10和蓝光激光器11的数量分别可为一个或多个，分别用于输出一束或多束相同波段或不同波段的激光光束，激光光束可为同轴光束也可为非同轴光束；

其中，特殊夹具，包括夹具本体和运动导轨平台18，夹具本体可在外力驱动下沿运动导轨平台18移动。

运动导轨平台18与伺服电机平台19连接；

运动导轨平台18的导轨的前端和/或后端设有防尘罩保护系统29；

夹具本体一端为安装底座20，安装底座20开有底座固定螺孔21，安装底座20与支撑平台22之间可通过底座固定螺孔21及螺钉固定，支撑平台22 可为大理石材质；

夹具本体的侧面还设有定位组件，定位组件可包括后侧定位部23、前侧定位部24、左侧定位部25和右侧定位部26，定位组件中不同的定位部位于安装平板30的不同位置。

后侧定位部23通过后侧气缸进行驱动，以实现定位的目的；

前侧定位部24通过前侧气缸进行驱动，以实现定位的目的；

左侧定位部25通过左侧气缸进行驱动，以实现定位的目的；

右侧定位部26通过右侧气缸进行驱动，以实现定位的目的。

伺服电机平台19驱动已实现定位的待加工产品27至激光器组件5下，支撑平台22的底部设有安装地脚28；

激光器组件5与特殊夹具4可以为完全独立各、单独使用的装置，也可以是共同隶属于同一设备中且配合使用的两个子装置。

其中，伺服电机平台19用于驱动已对待加工产品27实现定位功能的夹具本体至激光器组件5的多波长复激光下，通过多波长复激光对待增材产品 27进行增材或修复。

在本实施例中，由于激光器组件5与特殊夹具4可以为完全独立各、单独使用的装置，也可以是共同隶属于同一设备中且配合使用的两个子装置，因此可以适用更多的应用场景，组装灵活，可提高生产效率。

以上结合具体实施例对发明的技术原理进行了描述。这些描述只是为了解释发明的原理，而不能以任何方式解释为对发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入发明的保护范围之内。

Claims (28)

1.一种复合激光设备，包括：激光器组件(5)。

2.如权利要求1所述的复合激光设备，其中，还包括龙门架(1)，所述龙门架(1)置于固定平台(2)上，所述龙门架(1)和所述固定平台(2)可为大理石材质。

3.如权利要求2所述的复合激光设备，其中，所述固定平台(2)上设有运动机构系统平台(3)，所述运动机构系统平台(3)可用于放置待加工产品。

4.如权利要求3所述的复合激光设备，其中，所述运动机构系统平台(3)上可拆卸连接有特殊夹具(4)，所述特殊夹具(4)可用于固定待加工产品。

5.如权利要求4所述的复合激光设备，其中，所述固定平台(2)的底部设有平台移动脚轮块(6)。

6.如权利要求5所述的复合激光设备，其中，所述固定平台(2)的底部还设有平台固定支座块(7)。

7.如权利要求6所述的复合激光设备，其中，所述固定平台(2)的底部还设有平台地脚加强筋(8)。

8.如权利要求7所述的复合激光设备，其中，龙门架(1)和激光器组件(5)之间设有光纤拖链(9)。

9.如权利要求1-8任意一项所述的复合激光设备，其中，所述激光器组件(5)包括至少一类激光器，每类所述激光器台数相加后的总数量大于或等于2。

10.如权利要求9所述的复合激光设备，其中，所述激光器组件(5)主要由半导体激光器(10)和/或蓝光激光器(11)组成；

其中，所述半导体激光器(10)输出的激光波长可为890～990nm，所述蓝光激光器(11)输出的激光波长可为430～470nm；

或，蓝色激光波长为450nm，半导体激光波长为915nm。

11.如权利要求10所述的复合激光设备，其中，所述半导体激光器(10)功率可设为为3000W，蓝光激光器(11)可设为1000W。

12.如权利要求11所述的复合激光设备，其中，所述半导体激光器(10)和/或所述蓝光激光器(11)的一端可拆卸连接有多波长光束拟合系统(12)。

13.如权利要求12所述的复合激光设备，其中，所述多波长光束拟合系统(12)底部设有水冷系统(13)。

14.如权利要求13所述的复合激光设备，其中，所述激光器组件(5)的一侧设有单路同轴送粉器(14)。

15.如权利要求14所述的复合激光设备，其中，所述激光器组件(5)的激光输出端设有保护气装置(15)。

16.如权利要求15所述的复合激光设备，其中，所述多波长光束拟合系统(12)的一侧连接有CCD视觉检测系统(16)。

17.如权利要求16所述的复合激光设备，其中，还包括保护镜系统(17)。

18.如权利要求17所述的复合激光设备，其中，所述半导体激光器(10)和所述蓝光激光器(11)的数量分别可为一个或多个，分别用于输出一束或多束相同波段或不同波段的激光光束，所述激光光束可为同轴光束也可为非同轴光束。

19.一种特殊夹具，包括如权利要求4-18中任意一项特殊夹具(4)，其中，所述特殊夹具(4)可运用于权利1-17中任意一项复合激光设备中。

20.如权利要求19所述的特殊夹具，其中，包括夹具本体和运动导轨平台(18)，所述夹具本体可在外力驱动下沿所述运动导轨平台(18)移动。

21.如权利要求20所述的特殊夹具，其中，所述运动导轨平台(18)与伺服电机平台(19)连接。

22.如权利要求21所述的特殊夹具，其中，所述运动导轨平台(18)的导轨的前端和/或后端设有防尘罩保护系统。

23.如权利要求22所述的特殊夹具，其中，所述夹具本体一端为安装底座(20)，所述安装底座(20)开有底座固定螺孔(21)，所述安装底座(20)与支撑平台(22)之间可通过所述底座固定螺孔(21)及螺钉固定，所述支撑平台(22)可为大理石材质。

24.如权利要求23所述的特殊夹具，其中，所述夹具本体的侧面还设有定位组件，所述定位组件可包括后侧定位部(23)、前侧定位部(24)、左侧定位部(25)和右侧定位部(26)。

25.如权利要求24所述的特殊夹具，其中，所述后侧定位部(23)通过后侧气缸进行驱动，以实现定位的目的；

所述前侧定位部(24)通过前侧气缸进行驱动，以实现定位的目的；

所述左侧定位部(25)通过左侧气缸进行驱动，以实现定位的目的；

所述右侧定位部(26)通过右侧气缸进行驱动，以实现定位的目的。

26.如权利要求25所述的特殊夹具，其中，所述伺服电机平台(19)驱动已实现定位的待加工产品至激光器组件(5)下。

27.如权利要求26所述的特殊夹具，其中，所述支撑平台(22)的底部设有安装地脚(28)。

28.如权利要求19-27任意一项所述的特殊夹具，其中，所述激光器组件(5)与所述特殊夹具(4)可以为完全独立各、单独使用的装置，也可以是共同隶属于同一设备中且配合使用的两个子装置。

其中，伺服电机平台(19)用于驱动已对待加工产品实现定位功能的所述夹具本体至所述激光器组件(5)的多波长复激光下，通过所述多波长复激光对所述待增材零部件进行增材或修复。

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