CN113560727A - 一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置及其方法，包括机箱、激光器、冷水机、手持头、触摸屏和电路控制板，冷水机安装在机箱内底部，机箱内安装有电气安装板和中隔板，激光器安装在中隔板上，电路控制板安装在电气安装板上，触摸屏安装在机箱外上部，手持头连接于激光器，冷水机通过水管连接于手持头，激光器、冷水机、触摸屏均电连接于电路控制板。本发明有益效果：本发明通过触摸屏调整激光参数，通过调节管和锁紧套调整离焦量，改变扫描光斑大小,能够获得不同的功率密度，在同一台设备中实现清洗、焊接、切割功能；通过在控制系统保存多组独立的参数，并通过安装在手持头上的换挡开关切换不同的模式，实现不同功能的快速切换，可以加快生产节奏，减小生产周期。

Description

一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置及其方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域,尤其是一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置及其方法。

背景技术

传统的钣金类产品在加工制造时，通常需要用到清洗、焊接、切割工艺，把不同的板材拼合需要用到焊接，为了保证焊接的质量需要用到清洗，而把多余的部分去除需要用到切割。实现这些不同的功能通常需要采用多台设备，多种方法，如焊接一般采用CO2气体保护焊，手持式氩弧焊等，清洗一般采用机械打磨，化学清洗等，切割则采用线切割，激光切割等方式。由于需要多种不同的设备完成同一产品的生产，流程繁琐，生产成本高，生产周期长，不利于工件的快速制造。

激光清洗是利用基体和污染物对某一特定波长的激光吸收系数的差异，或者两者的熔点、沸点温度的差距，使污染物在吸收激光能量后，气化挥发、振动、瞬间受热膨胀，最终剥离基体表面，而不损伤基材的一种新型清洗方法。激光焊接是利用高能量的激光束对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池，达到焊接的目的。激光切割是利用高能量的激光束使材料快速加热至汽化温度，蒸发形成孔洞；随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄(如0.1mm左右)的切缝。

激光清洗、焊接、切割均是通过高能量的激光束对材料进行加工的，只是它们所需要的激光能量密度有区别。激光清洗、激光焊接，激光切割所需要的能量密度依次增加，激光清洗所需要的能量密度最低，激光切割最高。通过调整激光光斑的分布和以及激光功率、频率、脉宽等参数即可获得不同的能量密度，实现不同的功能。

目前现有技术公开了一些激光清洗、焊接、切割设备的，如中国专利公开了：

1、一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头(申请号：CN202110059834.X)该手持焊接头包括准直单元、摇摆和反射单元、驱动控制单元、可变摆动幅度单元、聚焦单元、手持焊接头外壳、电气通路单元，准直单元用于实现光纤头输入的激光到手持激光焊接头的耦合，摇摆和反射单元通过摇摆电机驱动反射镜可在一定频率和角度下摆动，实现出射光束轨迹为圆或椭圆的摆动，驱动控制单元包括嵌入式CPU，用于控制摆动频率和激光出射，可变摆动幅度单元用于调节摆动幅度，实现了手持式激光焊接。

2、一种用于防护钣金件加工的激光切割机(申请号：CN202022334703.1)，包括激光切割机本体和电机，激光切割机本体上设有工作台，电机固定安装于工作台竖直部分的侧壁上，工作台水平部分的下端固定连接有废料斗，废料斗的出料端上设有密封门，废料斗的两端侧壁上均设有导流机构，工作台的竖直部分侧壁上设有两个降温机构，两个导流机构均分别转动贯穿两个降温机构设置，两个降温机构均分别与两个导流机构相连通，两个导流机构之间设有同一个传动机构，电机的输出轴末端与同侧导流机构固定连接，该设备能有效地对切割产生的废料进行收集，还能有效地对切割产生的废气进行过滤降温。

现有的加工方法由于需要多种不同的设备完成同一产品的生产，流程繁琐，生产成本高，生产周期长，不利于工件的快速制造。如申请号为CN202110059834.X，《一种可变摆动频率和幅度的手持激光焊接头》实现了手持式激光焊接，但由于其只具有焊接功能，当工件需要焊前处理时，还需要专门的设备进行清洗作业，增加了操作流程，不利于快速制造。申请号为CN202022334703.1，《一种用于防护钣金件加工的激光切割机》，设备本身配备有工作台，通过电机带动切割头工作，虽然提高了加工精度，但由于设备较大，比较笨重，在对于小型钣金件的加工时不够灵。

因此，对于上述问题有必要提出一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置及其方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置及其方法，以解决上述问题。

一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置，包括机箱、激光器、冷水机、手持头、触摸屏和电路控制板，所述冷水机安装在机箱内底部，所述机箱内安装有电气安装板和中隔板，所述激光器安装在中隔板上，所述电路控制板安装在电气安装板上，所述触摸屏安装在机箱外上部，所述手持头连接于所述激光器，所述冷水机通过水管连接于所述手持头，所述激光器、冷水机、触摸屏均电连接于所述电路控制板。

优选地，所述机箱的底部设置有滑轮。

优选的，所述机箱侧边设置有散热百叶窗。

优选地，所述机箱外安装有用于放置手持头的手持头固定座。

优选地，所述手持头包括外部罩壳和光路结构，所述外部罩壳包裹在光路结构外。

优选地，所述外部罩壳包括准直器外壳、光路器腔壳、锁紧套、调节管、切割铜嘴和焊接铜嘴，所述光路器腔壳固定在准直器外壳上，所述调节管通过锁紧套安装在光路器腔壳外，所述焊接铜嘴和切割铜嘴通过螺纹安装在调节管上。

优选地，所述光路器腔壳的内侧设置有出光开关，所述光路器腔壳的外侧设置有换档开关。

优选地，所述光路结构包括准直单元、第一反射镜、第一振镜、第二振镜、第二反射镜、聚焦镜和保护镜；其中激光依次通过准直单元、第一反射镜、第一振镜、第二振镜、第二反射镜、聚焦镜和保护镜发射出去。

一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置的方法，其方法步骤为：

S1、在加工前先通过调节管和锁紧套调好激光焦点，并根据工件的种类，在触摸屏中输入所需的激光清洗、焊接的参数；

S2、工件准备好后，将手持头上的换挡开关拨至清洗档位，触摸屏的控制系统自动调用预设清洗参数，按下手持头上的出光开关进行焊前清洗作业；

S3、清洗完毕后，将换挡开关拨至焊接档位，触摸屏的控制系统自动调用预设焊接参数，按下出光开关进行焊接作业；

S4、焊接完毕后，将换挡开关拨回清洗档位，触摸屏的的控制系统重新调用激光清洗参数，按下出光开关可进行焊后清洗作业；

S5、当需要进行切割作业时，在触摸屏中输入切割的参数，换上切割铜嘴，按下出光开关可进行工件的切割。

与现有技术相比，本发明有益效果：本发明通过调整激光参数，改变扫描光斑大小,能够获得不同的功率密度，在同一台设备中实现清洗、焊接、切割功能；通过在控制系统保存多组独立的参数，并通过安装在手持头上的换挡开关切换不同的模式，实现不同功能的快速切换，可以加快生产节奏，减小生产周期；针对台式设备的笨重，采用手持操作，方便灵活，使用简单，适用性和机动性强，能够应对生产线上的复杂环境。

附图说明

图1是本发明的手持式激光清洗焊接切割一体化装置结构图；

图2是本发明的内部结构图；

图3是本发明的内部主视结构图；

图4和图5是本发明的手持头结构图；

图6是本发明的光路结构图示意图；

图7是本发明的手持式激光清洗焊接切割一体化装置结方法流程图。

图中附图标记：101、机箱；102、手持头；103、电气安装板；104、激光器；105、冷水机；106、中隔板；107、手持头固定座；108、触摸屏；109、脚轮；110、电路控制板；111、散热百叶窗；200、外部罩壳；201、出光开关；202、换挡开关；204、准直器外壳；205、光路器腔壳；206、锁紧套；207、调节管；208、切割铜嘴；209、焊接铜嘴；300、光路结构；301、准直单元；302、第一反射镜；303、第一振镜；304、第二振镜；305、第二反射镜；306、聚焦镜；307、保护镜；400、激光。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1并结合图2至图7所示，一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置，包括机箱101、激光器104、冷水机105、手持头102、触摸屏108和电路控制板110，所述冷水机105安装在机箱101内底部，所述机箱101内安装有电气安装板103和中隔板106，所述激光器104安装在中隔板106上，所述电路控制板110安装在电气安装板103上，所述触摸屏108安装在机箱101外上部，所述手持头102连接于所述激光器104，所述冷水机105通过水管连接于所述手持头102，所述激光器104、冷水机105、触摸屏108均电连接于所述电路控制板110。

进一步的，所述机箱101的底部设置有滑轮109。

采用进一步的技术方案有益效果：滑轮109便于移动。

进一步的，所述机箱101侧边设置有散热百叶窗111。

采用进一步的技术方案有益效果：散热百叶窗111起到空气流通，散热的作用。

进一步的，所述机箱101外安装有用于放置手持头102的手持头固定座107。

进一步的，所述手持头102包括外部罩壳200和光路结构300，所述外部罩壳200包裹在光路结构300外。

进一步的，所述外部罩壳200包括准直器外壳204、光路器腔壳205、锁紧套206、调节管207、切割铜嘴208和焊接铜嘴209，所述光路器腔壳205固定在准直器外壳204上，所述调节管207通过锁紧套206安装在光路器腔壳205外，所述切割铜嘴208和焊接铜嘴209通过螺纹安装在调节管207上。焊接铜嘴和切割铜嘴为可更换的单独安装的两个铜嘴。

进一步的，所述光路器腔壳205的内侧设置有出光开关201，所述光路器腔壳205的外侧设置有换档开关202。

进一步的，所述光路结构300包括准直单元301、第一反射镜302、第一振镜303、第二振镜304、第二反射镜305、聚焦镜306和保护镜307；其中激光400依次通过准直单元301、第一反射镜302、第一振镜303、第二振镜304、第二反射镜305、聚焦镜306和保护镜307发射出去。

与现有技术相比，本发明有益效果：本发明通过触摸屏调整激光参数，通过调节管和锁紧套改变离焦量，改变扫描光斑大小，能够获得不同的功率密度，在同一台设备中实现清洗、焊接、切割功能；通过在触摸屏保存多组独立的参数，并通过安装在手持头上的换挡开关切换不同的模式，实现不同功能的快速切换，可以加快生产节奏，减小生产周期；针对台式设备的笨重，采用手持操作，方便灵活，使用简单，适用性和机动性强，能够应对生产线上的复杂环境。

机箱101侧面具有检修、换水和以及通保护气的接口。

触摸屏108可分别设置并保存激光清洗、焊接对应的参数，通过触摸屏108可设置直线、圆形、矩形、三角、螺旋线等多种光斑扫描模式。

工作原理：

机箱101用于使设备成一个整体，机箱101可通过脚轮109便携移动，设备到达生产现场后，使设备上电启动，通过触摸屏108录入清洗、焊接参数，从手持头固定座107上取下手持头102，将铜嘴对准加工区域，将换挡开关202拨至清洗档位，按动出光开关201移动手持头102进行焊前清洗作业，清洗完毕后，将换挡开关202拨至焊接档位，对准加工区域，按动出光开关201移动手持头102进行焊接作业，焊接完毕后，将换挡开关202拨回清洗档位，对准焊缝位置移动手持头102进行焊后清洗作业。

其中激光清洗、焊接、切割均是通过高能量的激光束对材料进行加工的，只是它们所需要的激光能量密度有区别；激光清洗、激光焊接，激光切割所需要的能量密度依次增加(通过调节管207调节聚焦镜306与加工工件之间的间距可以调节聚焦光斑的大小)。

激光清洗所需要的能量密度最低，激光切割最高；通过调整激光光斑的分布和以及激光功率、频率、脉宽等参数即可获得不同的能量密度，实现不同的功能。

其中激光器104内置激光发生器，激光发生器通过光纤与准直单元301连通，产生的激光可通过光纤传输到手持头，为手持头提供光源。

冷水机105通过水管与手持头102相连，用于给手持头102制冷，因为激光在工作过程中会产生很大的热量，如不对手持头102进行冷却，将会影响手持头102的正常工作。

手持头102的光路器腔壳2000与光路结构300之间形成有冷却腔，通过水管连接口内与冷却腔连接，水管连接口外通过水管与冷水机105连接，冷水机105的冷水通过水管进入手持头102内的冷却腔，对手持头102进行冷却，避免高温对手持头造成影响。

手持式激光清洗焊接切割一体化装置的方法，其方法步骤为；在加工前先通过调节管207和锁紧套206调好激光焦点，并根据工件的种类，在触摸屏108中输入所需的激光清洗、焊接的参数；工件准备好后，将手持头102上的换挡开关202拨至清洗档位，触摸屏108的控制系统自动调用预设清洗参数，按下手持头上的出光开关201进行焊前清洗作业；清洗完毕后，将换挡开关202拨至焊接档位，触摸屏108的控制系统自动调用预设焊接参数，按下出光开关201进行焊接作业；焊接完毕后，将换挡开关202拨回清洗档位，触摸屏108的控制系统重新调用激光清洗参数，按下出光开关201可进行焊后清洗作业；当需要进行切割作业时，在触摸屏108中输入切割的参数，换上切割铜嘴208，按下出光开关201可进行工件的切割。其中出光开关201和换挡开关202与触摸屏108的控制系统连接，出光开关201用于控制激光的通断，换挡开关202用于调用激光的参数。

清洗参数为使用较低的激光功率和占空比，使用大的振镜(第一振镜303和第二振镜304)摆动宽度，输出宽度较大的线状或者面状激光，获得较低的激光功率密度，焊接参数使用较高的激光功率，大的占空比或者连续出光，较小的振镜摆动宽度，输出宽度较小的线状或面状激光获得相对高的能量密度，所述切割参数为使用满功率连续出光，并停止振镜摆动，输出点状激光，获得更高的功率密度，同时通入高压空气，吹除熔渣。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置，其特征在于：包括机箱(101)、激光器(104)、冷水机(105)、手持头(102)、触摸屏(108)和电路控制板(110)，所述冷水机(105)安装在机箱(101)内底部，所述机箱(101)内安装有电气安装板(103)和中隔板(106)，所述激光器(104)安装在中隔板(106)上，所述电路控制板(110)安装在电气安装板(103)上，所述触摸屏(108)安装在机箱(101)外上部，所述手持头(102)连接于所述激光器(104)，所述冷水机(105)通过水管连接于所述手持头(102)，所述激光器(104)、冷水机(105)、触摸屏(108)均电连接于所述电路控制板(110)。

2.如权利要求1所述的一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置，其特征在于：所述机箱(101)的底部设置有滑轮(109)。

3.如权利要求1所述的一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置，其特征在于：所述机箱(101)侧边设置有散热百叶窗(111)。

4.如权利要求1所述的一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置，其特征在于：所述机箱(101)外安装有用于放置手持头(102)的手持头固定座(107)。

5.如权利要求1所述的一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置，其特征在于：所述手持头(102)包括外部罩壳(200)和光路结构(300)，所述外部罩壳(200)包裹在光路结构(300)外。

6.如权利要求5所述的一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置，其特征在于：所述外部罩壳(200)包括准直器外壳(204)、光路器腔壳(205)、锁紧套(206)、调节管(207)、切割铜嘴(208)和焊接铜嘴(209)，所述光路器腔壳(205)固定在准直器外壳(204)上，所述调节管(207)通过锁紧套(206)安装在光路器腔壳(205)外，所述切割铜嘴(208)和焊接铜嘴(209)通过螺纹安装在调节管(207)上。

7.如权利要求6所述的一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置，其特征在于：所述光路器腔壳(205)的内侧设置有出光开关(201)，所述光路器腔壳(205)的外侧设置有换档开关(202)。

8.如权利要求5所述的一种手持式激光清洗焊接切割一体化装置，其特征在于：所述光路结构(300)包括准直单元(301)、第一反射镜(302)、第一振镜(303)、第二振镜(304)、第二反射镜(305)、聚焦镜(306)和保护镜(307)；其中激光(400)依次通过准直单元(301)、第一反射镜(302)、第一振镜(303)、第二振镜(304)、第二反射镜(305)、聚焦镜(306)和保护镜(307)发射出去。

9.一种如权利要求1-8任一所述的手持式激光清洗焊接切割一体化装置的方法，其特征在于：其方法步骤为：

S1、在加工前先通过调节管和锁紧套调好激光焦点，并根据工件的种类，在触摸屏中输入所需的激光清洗、焊接的参数；

S2、工件准备好后，将手持头上的换挡开关拨至清洗档位，触摸屏的控制系统自动调用预设清洗参数，按下手持头上的出光开关进行焊前清洗作业；

S3、清洗完毕后，将换挡开关拨至焊接档位，触摸屏的控制系统自动调用预设焊接参数，按下出光开关进行焊接作业；

S4、焊接完毕后，将换挡开关拨回清洗档位，触摸屏的的控制系统重新调用激光清洗参数，按下出光开关可进行焊后清洗作业；

S5、当需要进行切割作业时，在触摸屏中输入切割的参数，换上切割铜嘴，按下出光开关可进行工件的切割。

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