CN113305423A - 三维振镜焊接头装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种三维振镜焊接头装置,其包括:壳体,所述壳体上设有入光口和出光口;设置在所述壳体内的X轴振镜、Y轴振镜、Z轴调焦装置、反射镜和聚焦场镜,所述聚焦场镜设置在所述出光口处,所述Z轴调焦装置、反射镜、X轴振镜和Y轴振镜按光束的路径设置;所述Z轴调焦装置包括音圈电机,所述音圈电机上设有至少一个扩束镜片,所述音圈电机可调节所述扩束镜片的上下位置。该三维振镜焊接头装置,其结构简单紧凑,使设备体积较小,且动态加速度更高,响应速度极快。

Description

三维振镜焊接头装置
技术领域
本发明涉及一种三维振镜焊接头装置,属于激光加工设备领域。
背景技术
激光加工已经成为现代加工行业的重要加工方式,市场应用上对激光加工领域的要求越来越高,传统二维振镜式激光设备已经广泛应用在产品的平面打标、焊接等加工艺中。随着行业的发展,出现了较为复杂的三维曲面的加工需求,传统的二维激光设备很难满足一些三维曲面的加工需求,于是三维动态聚焦振镜系统应运而生。
正是三维动态聚焦振镜系统的出现,克服了传统二维振镜式激光设备对加工对象的表面形状局限于同一平面上,以及加工幅面小和光斑不均匀等缺陷。三维动态聚焦振镜系统被广泛用于精密的工业制造,3C电子,医疗器械及汽车制造业等行业的三维工件的激光加工过程中等等。
目前行业内所使用的三维振镜通常使用直线导轨加丝杆式的传动方式,或者使用曲柄连杆机构来实现扩束镜的Z轴方向移动,其工作原理比较复杂,且结构相对庞大,响应速度相对较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维振镜焊接头装置,其结构简单紧凑,使设备体积较小,且动态加速度更高,响应速度极快。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:一种三维振镜焊接头装置,包括:
壳体,所述壳体上设有入光口和出光口;
设置在所述壳体内的X轴振镜、Y轴振镜、Z轴调焦装置、反射镜和聚焦场镜,所述聚焦场镜设置在所述出光口处,所述Z轴调焦装置、反射镜、X轴振镜和Y轴振镜按光束的路径设置;
所述Z轴调焦装置包括音圈电机,所述音圈电机上设有至少一个扩束镜片,所述音圈电机可调节所述扩束镜片的上下位置。
进一步地,所述音圈电机包括具有中空结构的电机动子和设置在所述电机动子外部的电机定子,所述电机动子的外部还缠绕有音圈线圈,所述电机定子上设有强磁体。
进一步地,所述扩束镜片设置在所述中空结构内,所述音圈电机可调节所述扩束镜片在Z轴方向上的位置。
进一步地,所述中空结构内还设有安装座,所述扩束镜片安装在所述安装座上。
进一步地,所述三维振镜焊接头装置还包括设置在所述聚焦场镜处的气刀组件,所述气刀组件包括安装支架和设置在所述安装支架上的第一气刀,所述第一气刀被配置成向水平方向吹气。
进一步地,所述气刀组件包括一个或多个所述第一气刀。
进一步地,所述气刀组件还包括第二气刀,所述第二气刀为环形气刀,所述第二气刀被配置成从四周向其中心偏下处吹气。
进一步地,所述第二气刀设置在所述聚焦场镜的下方。
进一步地,所述第二气刀设置在所述聚焦场镜和第一气刀之间。
进一步地,所述三维振镜焊接头装置还包括激光传感器和控制系统,所述控制系统与所述X轴振镜、Y轴振镜和Z轴调焦装置电性连接;所述激光传感器用于检测所述三维振镜焊接头装置与工件的距离,并将数据传输给所述控制系统。
进一步地,所述壳体的外部设有光纤接口,所述光纤接口设置在所述入光口处,以将光束从所述光口处导入至所述壳体内。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本申请的三维振镜焊接头装置通过设置音圈电机对扩束镜的Z轴方向进行调节,其结构简单紧凑,使设备体积较小,且动态加速度更高,响应速度极快,能达到2ms以内。
并且,本申请的三维振镜焊接头装置采用振镜头内部集成激光测距传感器的方式实现实时定位焦点位置。示教时,人工操作振镜头到达焊缝位置处,通过激光传感器即可检测出振镜头此时与工件表面的距离,将此数据反馈给控制系统后,通过控制内部的Z轴调焦装置,进而让激光束的焦点保持在工件的表面。
同时,本申请的气刀组件采用水平吹气的第一气刀加环形的第二气刀的组合方式,将焊接时产生的烟尘和飞溅等通过高速高压的气流强制吹走。其中,环形气刀的气体从四周往中间偏下处高速吹出,从而将场镜及保护镜片完全保护起来,真正地让烟尘和飞溅远离场镜及保护镜片。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本申请一实施例所示的三维振镜焊接头装置的结构示意图;
图2为本申请一实施例所示的三维振镜焊接头装置的内部结构示意图;
图3为本申请一实施例所示的三维振镜焊接头装置的Z轴调焦装置的结构示意图;
图4为本申请一实施例所示的三维振镜焊接头装置的仰视图;
图5为本申请一实施例所示的三维振镜焊接头装置的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
需要说明的是:本发明的“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等用语只是参考附图对本发明进行说明,不作为限定用语。
请参见图1至图5,本申请一实施例所示的三维振镜焊接头装置,其包括:壳体1,该壳体1上设有入光口11和出光口12,在壳体1的外部处设有光纤接口10,该光纤接口10的一端设置在入光口11处,以将外部光束导入至壳体1内。在壳体1内设有相关的振镜组件,具体的,包括X轴振镜2、Y轴振镜3、Z轴调焦装置4、反射镜5和聚焦场镜6,其中,聚焦场镜6设置在所述出光口12处,Z轴调焦装置4、反射镜5、X轴振镜2和Y轴振镜3按光束的路径设置。当外部光束通过光纤接口10接入至振镜头(壳体1)内部后,先通过Z轴调焦装置4,再依次经过反射镜5、X轴振镜2镜片以及Y轴振镜3镜片,最后由聚焦场镜6进行聚焦,光束即到达焦点工作平面。
现实情况中,三维振镜焊接头装置和工作平面往往不是一直固定不动的,因此,该三维振镜焊接头装置还设有控制系统(未图示),该控制系统与X轴振镜2、Y轴振镜3和Z轴调焦装置4电性连接。当光束经由反射镜5反射过后,通过控制系统内部电流信号的大小和方向,可以让X轴振镜2和/或Y轴振镜3马达偏转预设的角度,带动其上安装的振镜镜片偏转,从而将光束偏转到预设的位置处,实现扫描焊接。
本申请中,Z轴调焦装置4包括音圈电机41,音圈电机41上设有至少一个扩束镜片410,且音圈电机41可调节扩束镜片410的位置。具体的,音圈电机41包括具有中空结构的电机动子411和设置在电机动子411外部的电机定子412,电机动子411的外部还缠绕有音圈线圈413,电机定子412上设有强磁体。扩束镜片410设置在中空结构内,音圈电机41可调节扩束镜片410在Z轴方向上的位置。本实施例中,音圈电机41中设有两个扩束镜片410,并且,扩束镜片410通过安装座414设置在扩束镜片410上。该安装方式可以是可拆卸式,例如:卡扣、螺纹连接等。诚然,在其他实施例中,扩束镜片410的安装方式和数量可以根据实际情况进行选择。例如,可根据光学设计,放置单片镜片或复合镜片组,并由铜垫圈、密封垫圈、固定环等安装固定在电机动子411的中空结构内。
本实施例中,音圈电机41的电机定子412固定在壳体1内部,音圈线圈413通电后,根据电流的大小和方向,会带动内部的电机动子411作出相应的运动,从而实现对扩束镜片410的控制。
本实施例中,为了对聚焦场镜6进行保护,在聚焦场镜6的外侧设有保护镜片7。
同时,发明人发现,在振镜工作时,由于出光频率较高,一般激光功率也相对较高,焊接时产生的等离子烟尘及飞溅会比较大,而且由于聚焦场镜6的孔径面积较大,其外侧专用的保护镜片7受到焊接烟尘和飞溅污染的机率很大,保护镜片7被污染后,污损处会急剧地吸收激光的能量然后发热,严重时即会烧损保护镜片7镀膜或基体,从而导致保护镜片7报废。即影响生产效率,也很大地增加了使用成本。本申请中,三维振镜焊接头装置还包括设置在聚焦场镜6处的气刀组件8,其中,气刀组件8包括安装支架83和设置在安装支架83上的第一气刀81,第一气刀81被配置成向水平方向吹气。本实施例中,设有两个第一气刀81,两个第一气刀81沿三维振镜焊接头装置的竖直方向上下分层分布,该第一气刀81在水平方向具有超强的横吹效果,并可以通过安装支架83来调整上下的位置。
本实施例采用双层的第一气刀81可以吹走绝大多数的烟尘或飞溅等,但烟尘突破第一气刀81的屏障后,还是会存在污染镜片的可能。因此,本实施例的气刀组件8还额外设置了第二气刀82,具体的,第二气刀82为环形气刀,第二气刀82被配置成从四周向其中心偏下处吹气,气体从四周往中间高速吹出,从而将聚焦场镜6及保护镜片7完全保护起来,真正地让烟尘和飞溅远离聚焦场镜6及保护镜片7。于三维振镜焊接头装置的高度方向上,该第二气刀82设置在聚焦场镜6的下方,可以设置在所述聚焦场镜6和第一气刀81之间。具体的,第二气刀82可以是连接保护镜片7,或者,靠近保护镜片7设置。
本实施例中,三维振镜焊接头装置还包括激光传感器9,激光传感器9用于检测三维振镜焊接头装置与工件的距离,并将数据传输给控制系统。在焊接过程中,通过壳体1内的激光传感器9可以实时检测出待焊位置与振镜焦点处的距离,并将此数据反馈给控制系统,控制系统则根据距离数据给音圈电机41相应的电流信号,让扩束镜片410按预设的位置移动,以调整焊接处焦点的位置。
综上所述:本申请的三维振镜焊接头装置通过设置音圈电机对扩束镜的Z轴方向进行调节,其结构简单紧凑,使设备体积较小,且动态加速度更高,响应速度极快,能达到2ms以内。
并且,本申请的三维振镜焊接头装置采用振镜头内部集成激光测距传感器的方式实现定位焦点位置。示教时,操作振镜头到达焊缝位置处,通过激光传感器即可检测出振镜头此时与工件表面的距离,将此数据反馈给控制系统后,通过控制内部的Z轴调焦装置,进而让激光束的焦点保持在工件的表面。
同时,本申请的气刀组件采用水平吹气的第一气刀加环形的第二气刀的组合方式,将焊接时产生的烟尘和飞溅等通过高速高压的气流强制吹走。其中,环形气刀的气体从四周往中间偏下处高速吹出,从而将场镜及保护镜片完全保护起来,真正地让烟尘和飞溅远离场镜及保护镜片。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,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。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种三维振镜焊接头装置,其特征在于,包括:
壳体,所述壳体上设有入光口和出光口;
设置在所述壳体内的X轴振镜、Y轴振镜、Z轴调焦装置、反射镜和聚焦场镜,所述聚焦场镜设置在所述出光口处,所述Z轴调焦装置、反射镜、X轴振镜和Y轴振镜按光束的路径设置;
所述Z轴调焦装置包括音圈电机,所述音圈电机上设有至少一个扩束镜片,所述音圈电机可调节所述扩束镜片的上下位置。
2.如权利要求1所述的三维振镜焊接头装置,其特征在于,所述音圈电机包括具有中空结构的电机动子和设置在所述电机动子外部的电机定子,所述电机动子的外部还缠绕有音圈线圈,所述电机定子上设有强磁体。
3.如权利要求2所述的三维振镜焊接头装置,其特征在于,所述扩束镜片设置在所述中空结构内,所述音圈电机可调节所述扩束镜片在Z轴方向上的位置。
4.如权利要求3所述的三维振镜焊接头装置,其特征在于,所述中空结构内还设有安装座,所述扩束镜片安装在所述安装座上。
5.如权利要求1所述的三维振镜焊接头装置,其特征在于,所述三维振镜焊接头装置还包括设置在所述聚焦场镜处的气刀组件,所述气刀组件包括安装支架和设置在所述安装支架上的第一气刀,所述第一气刀被配置成向水平方向吹气。
6.如权利要求5所述的三维振镜焊接头装置,其特征在于,所述气刀组件包括一个或多个所述第一气刀。
7.如权利要求5或6所述的三维振镜焊接头装置,其特征在于,所述气刀组件还包括第二气刀,所述第二气刀为环形气刀,所述第二气刀被配置成从四周向其中心偏下方吹气。
8.如权利要求7所述的三维振镜焊接头装置,其特征在于,所述第二气刀连设置在所述聚焦场镜和第一气刀之间。
9.如权利要求1所述的三维振镜焊接头装置,其特征在于,所述三维振镜焊接头装置还包括激光传感器和控制系统,所述控制系统与所述X轴振镜、Y轴振镜和Z轴调焦装置电性连接;所述激光传感器用于检测所述三维振镜焊接头装置与工件的距离,并将数据传输给所述控制系统。
10.如权利要求1所述的三维振镜焊接头装置,其特征在于,所述壳体的外部设有光纤接口,所述光纤接口设置在所述入光口处,以将光束从所述光口处导入至所述壳体内。
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