CN113770514A - 激光整合装置、激光焊接装置及激光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种激光整合装置。激光整合装置包括聚焦组件、第一镜片机构及第二镜片机构。聚焦组件包括第一聚焦区和第二聚焦区，第一激光经过第一聚焦区的聚焦，第一激光的焦点至预设区域，第二激光经过第二聚焦区的聚焦，第二激光的焦点至预设区域；第一镜片机构反射第一激光至第一聚焦区；第二镜片机构反射第二激光至第二聚焦区，实现第二激光的焦点在预设区域内移动。上述激光整合装置，第二激光能够对第一激光所形成的熔池达到快速搅动的效果，加快气体的排出速度，减少金属物料上气孔的形成；第二激光还能够对第一激光所形成的熔池进行保温，减少金属物料上微裂纹的形成。本申请同时公开了一种激光焊接装置及激光焊接方法。
Description
技术领域
本申请涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光整合装置、激光焊接装置及激光焊接方法。
背景技术
激光加工技术涵盖了激光焊接、切割、淬火、打孔、微加工等多种激光加工工艺，利用了激光与物质相互作用的基本特性。由于激光束具有与加工材料的非接触性、加工速度快与质量优异等优势，奠定了激光加工技术是一种无可替代的高新技术。激光焊接具有能量密度高、速度快、焊接变形小、熔宽与热影响区窄等优点。
然而，在实际的激光焊接加工过程中还存在如下问题：在对金属工件进行激光焊接时，极易导致等离子体云的产生与聚集，从而使得包含等离子体、金属离子、空气等杂质的气体无法及时排出，导致焊接区域的内部产生气孔、微裂纹等激光焊接缺陷，从而导致较低的焊接强度。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提出一种激光整合装置、激光焊接装置及激光焊接方法，以减少焊接缺陷，提升焊接强度。
本申请的第一方面提供一种激光整合装置，用于整合波长位于相同波段的第一激光和第二激光至一预设区域，包括：聚焦组件，包括第一聚焦区和第二聚焦区，所述第一聚焦区位于所述第二聚焦区内，所述第一激光经过所述第一聚焦区的聚焦，以使所述第一激光的焦点至所述预设区域，所述第二激光经过所述第二聚焦区的聚焦，以使所述第二激光的焦点至所述预设区域；第一镜片机构，用于反射所述第一激光至所述第一聚焦区；及第二镜片机构，用于反射所述第二激光至所述第二聚焦区，还用于使所述第二激光在所述第二聚焦区内移动，以实现所述第二激光的焦点在所述预设区域内移动。
在一些实施例中，所述激光整合装置还包括：视觉组件，与所述聚焦组件同轴设置，用于定位所述预设区域；其中，所述聚焦组件、所述第一镜片机构和所述第二镜片机构根据所述视觉组件反馈的所述预设区域的位置信息，调整所述第一激光及所述第二激光以使所述第一激光和所述第二激光分别在所述预设区域内聚焦。
在一些实施例中，所述第二镜片机构包括：准直组件，用于准直所述第二激光；及反射组件，包括转动的反射镜片，所述反射镜片用于反射经所述准直组件所准直的所述第二激光至所述第二聚焦区，以使所述第二激光在所述第二聚焦区移动。
在一些实施例中，所述第一聚焦区的范围为以所述聚焦组件中镜片的中心为圆心，直径小于等于1/10所述聚焦组件中镜片的直径的圆形区域；所述第二聚焦区的范围为以所述聚焦组件中镜片的中心为圆心，直径小于等于1/2所述聚焦组件中镜片的直径的圆形区域。
在一些实施例中，所述第一聚焦区包括以所述聚焦组件中镜片的中心为圆心，直径小于等于5mm的圆形区域；所述第二聚焦区包括以所述聚焦组件中镜片的中心为圆心，直径小于等于25mm的圆形区域。
在一些实施例中，所述聚焦组件包括：沿所述第一激光和所述第二激光的射出路径依次设置的第一透镜、第二透镜和保护镜片，所述第一透镜至所述保护镜片的间距范围为50mm-150mm。
在一些实施例中，所述聚焦组件还包括：位于所述第二透镜和所述保护镜片之间依次设置的第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜和所述第三透镜为月牙形透镜，所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为凸透镜。
在一些实施例中，所述相同波段的波长段差范围为0-60nm。
本申请的第二方面提供一种激光焊接装置，用于整合波长位于相同波段的第一激光和第二激光至一预设区域以进行焊接，包括：第一激光机构，用于发射所述第一激光；第二激光机构，用于发射所述第二激光；及激光整合装置；所述激光整合装置为如上所述的激光整合装置，以实现所述第二激光移动地配合所述第一激光对所述预设区域进行焊接。
在一些实施例中，所述预设区域包括主区域和辅区域，所述主区域位于所述辅区域内，所述第一激光经所述第一聚焦区聚焦后将焦点聚焦于所述主区域，所述第二激光经所述第二聚焦区聚焦后将焦点聚焦于所述辅区域。
本申请的第三方面提供一种激光焊接方法，用于整合波长位于相同波段的第一激光和第二激光至一预设区域以进行焊接，包括：发射所述第一激光；发射所述第二激光；将所述第一激光反射至第一聚焦区；将所述第二激光反射至第二聚焦区，及使所述第二激光在所述第二聚焦区内移动，其中，所述第一聚焦区位于所述第二聚焦区内；将反射至所述第一聚焦区的所述第一激光聚焦至所述预设区域；及将反射至所述第二聚焦区的所述第二激光聚焦至所述预设区域，以实现所述第二激光的焦点在所述预设区域内移动，进而实现所述第二激光移动地配合所述第一激光对所述预设区域进行焊接。
在一些实施例中，所述将所述第二激光反射至所述第二聚焦区，及使所述第二激光在所述第二聚焦区内移动的步骤，包括：准直所述第二激光；转动地反射经准直的所述第二激光至所述第二聚焦区，使所述第二激光在所述第二聚焦区内以预设轨迹移动，以实现对所述第一激光在所述预设区域形成的焊接区进行搅动和保温。
在一些实施例中，所述预设轨迹包括圆形、椭圆形、8字形、正弦曲线中至少之一，所述预设轨迹经过所述第一聚焦区。
在一些实施例中，所述第二激光在所述预设区域的焦点的直径小于所述第一激光在所述预设区域的焦点的直径。
在一些实施例中，所述第一激光聚焦在所述预设区域的焦点的直径范围为0.15mm-0.3mm；所述第二激光聚焦至所述预设区域的焦点的直径范围为0.04mm-0.08mm。
上述激光整合装置、激光焊接装置及激光焊接方法，通过第一聚焦区将第一激光聚焦至预设区域，通过第二聚焦区将第二激光聚焦至预设区域，且第二激光的焦点在预设区域内可移动，实现了第二激光的焦点相对于第一激光的焦点进行摇摆的功能。第一激光对预设区域内的金属物料进行加热焊接时，第二激光的焦点在第一激光的焦点内及其周边进行摇摆移动并辅助加热，该方式能够对第一激光所形成的熔池达到快速搅动的效果，加快熔池中的包含等离子体、金属离子、空气等杂质的气体的排出速度，减少金属物料上气孔的形成；第二激光还能够对第一激光所形成的熔池进行保温，减少金属物料上微裂纹的形成。
附图说明
图1是本申请一些实施例提供的激光整合装置的结构示意图。
图2是图1所示的聚焦组件的俯视示意图。
图3是图1所示的聚焦组件的主视示意图。
图4是本申请一些实施例提供的预设区域的俯视示意图。
图5是本申请一些实施例提供的激光焊接装置的结构示意图。
图6是本申请一些实施例提供的激光焊接方法的流程示意图。
图7是图6所示的S30的具体流程示意图。
主要元件符号说明
激光焊接装置 100
激光整合装置 10
聚焦组件 12
第一聚焦区 121
第二聚焦区 122
第一透镜 123
第二透镜 124
保护镜片 125
第三透镜 126
第四透镜 127
第五透镜 128
第一镜片机构 14
第一准直组件 142
第一反射组件 144
第一反射镜片 1442
合束镜 1444
第二镜片机构 16
第二准直组件 162
第二反射组件 164
第二反射镜片 1642
第三反射镜片 1644
视觉组件 18
第一激光机构 20
第一激光 22
第一焦点 222
第二激光机构 30
第二激光 32
第二焦点 322
预设区域 200
主区域 202
辅区域 204
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，需要说明的是，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯，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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，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”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征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厚度高于第二特征。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厚度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
本申请实施例提供一种激光整合装置，用于整合波长位于相同波段的第一激光和第二激光至一预设区域，包括：聚焦组件，包括第一聚焦区和第二聚焦区，所述第一聚焦区位于所述第二聚焦区内，所述第一激光经过所述第一聚焦区的聚焦，以使所述第一激光的焦点至所述预设区域，所述第二激光经过所述第二聚焦区的聚焦，以使所述第二激光的焦点至所述预设区域；第一镜片机构，用于反射所述第一激光至所述第一聚焦区；及第二镜片机构，用于反射所述第二激光至所述第二聚焦区，还用于使所述第二激光在所述第二聚焦区内移动，以实现所述第二激光的焦点在所述预设区域内移动。
本申请实施例同时提供一种激光焊接装置，用于整合波长位于相同波段的第一激光和第二激光之一预设区域以进行焊接，包括：第一激光机构，用于发射所述第一激光；第二激光机构，用于发射所述第二激光；及激光整合装置；其中，所述激光整合装置为如上所述的激光整合装置，以实现所述第二激光移动地配合所述第一激光对所述预设区域进行焊接。
本申请实施例还提供一种激光焊接方法，用于整合波长位于相同波段的第一激光和第二激光至一预设区域以进行焊接，包括：发射所述第一激光；发射所述第二激光；将所述第一激光反射至第一聚焦区；将所述第二激光反射至第二聚焦区，及使所述第二激光在所述第二聚焦区内移动，其中，所述第一聚焦区位于所述第二聚焦区内；将反射至所述第一聚焦区的所述第一激光聚焦至所述预设区域；及将反射至所述第二聚焦区的所述第二激光聚焦至所述预设区域，以实现所述第二激光的焦点在所述预设区域内移动，进而实现所述第二激光移动地配合所述第一激光对所述预设区域进行焊接。
上述激光整合装置、激光焊接装置及激光焊接方法，通过第一聚焦区将第一激光聚焦至预设区域，通过第二聚焦区将第二激光聚焦至预设区域，且第二激光的焦点在预设区域内可移动，实现了第二激光的焦点相对于第一激光的焦点进行摇摆的功能。第一激光对预设区域内的金属物料进行焊接时，第二激光的焦点在第一激光的焦点内及其周边进行摇摆移动并辅助加热，第二激光能够对第一激光所形成的熔池达到快速搅动的效果，加快熔池中包含等离子体、金属离子、空气等杂质的气体的排出速度，减少金属物料上气孔的形成；第二激光还能够对第一激光所形成的熔池进行保温，减少金属物料上微裂纹的形成。
以下结合附图，对本申请各实施例进行详细说明。
请参见图1，图1示出了本申请一些实施例提供的激光整合装置。激光整合装置10用于整合波长位于相同波段的第一激光22和第二激光32至一预设区域200。激光整合装置10包括聚焦组件12、第一镜片机构14及第二镜片机构16。
请一并参见图2，聚焦组件12用于对第一激光22和第二激光32进行聚焦，以使第一激光22的焦点和第二激光32的焦点至预设区域200。聚焦组件12包括第一聚焦区121和第二聚焦区122，第一聚焦区121位于第二聚焦区122内，第一激光22经过第一聚焦区121的聚焦，以使第一激光22的焦点至预设区域200，第二激光32经过第二聚焦区122的聚焦，以使第二激光32的焦点至预设区域200。第一镜片机构14用于反射第一激光22至第一聚焦区121，以使第一激光22在第一聚焦区121进行聚焦。第二镜片机构16用于反射第二激光32至第二聚焦区122，以使第二激光32在第二聚焦区122进行聚焦；第二镜片机构16还用于使第二激光32在第二聚焦区122内移动，以实现第二激光32的焦点在预设区域200内移动。需要说明的是，第一聚焦区121对第一激光22进行聚焦可以理解为：利用光学透镜组件中的特定区域(即第一聚焦区121)作用于第一激光22的激光束，以获得所需要的能量密度高的激光光斑(即焦点)并使该激光光斑到达预设区域200；第二聚焦区122对第二激光32进行聚焦亦是同理，即利用光学透镜组件中的特定区域(即第二聚焦区122)作用于第二激光32的激光束，以获得所需要的能量密度高的激光光斑并使该激光光斑到达预设区域200。
在一些实施例中，激光整合装置10还包括视觉组件18。
视觉组件18与聚焦组件12同轴设置，视觉组件18用于定位预设区域200的位置。其中，聚焦组件12、第一镜片机构14和第二镜片机构16根据视觉组件18反馈的预设区域200的位置信息，调整第一激光22及第二激光32以使第一激光22和第二激光32分别在预设区域200内聚焦。
在一些实施方式中，视觉组件18为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)相机，视觉组件18通过聚焦组件12获取金属物料的图像，并对所获取的图像上需要进行激光加工的位置进行定位，该需要进行激光加工的位置即为预设区域200，第一激光22的焦点和第二激光32的焦点应当落在该预设区域200上以进行激光加工。聚焦组件12、第一镜片机构14和第二镜片机构16根据视觉组件18确定的预设区域200的位置信息，以准确定位第一激光22及第二激光32以使第一激光22和第二激光32分别在预设区域200内聚焦的焦点。
可以理解地，在其他的实施方式中，视觉组件18还可以为CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)相机等其他能够获取金属物料图像并对图像上需要进行激光加工的位置进行定位的机构。
在一些实施方式中，第一镜片机构14包括第一准直组件142和第一反射组件144。第一准直组件142用于准直第一激光22，以使第一激光22经过第一准直组件142后大致变为平行光束；第一反射组件144用于反射经第一准直组件142所准直的第一激光22至第一聚焦区121。如此，通过第一准直组件142和第一反射组件144，将第一激光22反射至第一聚焦区121。
在一些实施方式中，第一准直组件142可以为准直透镜。第一反射组件144可以包括第一反射镜片1442和合束镜1444。经第一准直组件142所准直的第一激光22依次经过第一反射镜片1442和合束镜1444的反射后入射至聚焦组件12的第一聚焦区121。其中，合束镜1444可以位于视觉组件18与聚焦组件12之间。如此，合束镜1444具有反射第一激光22和透射由金属物料反射的自然光的作用，第一激光22能够被反射至第一聚焦区121，视觉组件18能够获取金属物料的图像，便于对预设区域200进行定位。
可以理解地，在其他的实施方式中，根据第一激光22的传播方向的不同需求，第一反射镜片1442的数量可以为两个、三个或更多个，经第一准直组件142所准直的第一激光22依次经过多个第一反射镜片1442的反射后入射至合束镜1444。
可以理解地，在其他的实施方式中，经第一准直组件142所准直的第一激光22还可以直接入射至合束镜1444。如此，第一反射镜片1442可以省略。
在一些实施例中，第二镜片机构16包括第二准直组件162和第二反射组件164。第二准直组件162用于准直第二激光32，以使第二激光32经过第二准直组件162后大致变为平行光束；第二反射组件164包括可转动的反射镜片，在一些实施例中，如图1所示，该反射镜片为第二反射镜片1642，第二反射镜片1642用于反射经第二准直组件162所准直的第二激光32至第二聚焦区122，通过第二反射镜片1642可转动地反射经第二准直组件162所准直的第二激光32，以使第二激光32在第二聚焦区122能够移动。
在一些实施方式中，通过第二反射组件164，可以使第二激光32在第二聚焦区122内以预设轨迹移动。预设轨迹包括圆形、椭圆形、8字形、正弦曲线中至少之一，预设轨迹经过第一聚焦区121。
可以理解地，在其他的实施方式中，预设轨迹还可以为规则多边形、不规则多边形等其他轨迹。
在一些实施方式中，第二准直组件162可以为准直透镜。第二反射镜片1642的数量为两个，且分别沿不同的方向进行摆动，以使第二激光32能够在任意角度进行摆动，从而使被反射的第二激光32在第二聚焦区122内可以任意移动。其中，两个第二反射镜片1642搭配音圈马达可以大致形成振镜组件，其中一个第二反射镜片1642沿X向摆动，另外一个第二反射镜片1642沿Y向摆动，音圈马达带动两个第二反射镜片1642沿X向及Y向摆动，从而带动第二激光32的传播方向发生偏转。
在一些实施方式中，第二反射组件164还可以包括第三反射镜片1644。经第二准直组件162所准直的第二激光32依次经第三反射镜片1644和转动的第二反射镜片1642的反射后入射至第二聚焦区122。
可以理解地，在其他的实施方式中，根据第二激光32的传播方向的不同需求，第三反射镜片1644的数量可以为两个、三个或更多个，经第二准直组件162所准直的第二激光32依次经过多个第三反射镜片1644的反射后入射至转动的第二反射镜片1642。
请参见图3，在一些实施例中，聚焦组件12包括沿第一激光22和第二激光32的射出路径依次设置的第一透镜123、第二透镜124和保护镜片125，第一透镜123至保护镜片125的间距范围为50mm-150mm。如此，通过第一透镜123和第二透镜124，满足第一激光22和第二激光32的聚焦要求，同时，还能满足视觉组件18的成像要求，使激光与成像共焦。通过保护镜片125，保护该聚焦组件12免受脏污、灰尘、水雾等影响从而造成镜片损伤。其中，第一透镜123至保护镜片125的间距的理解可以为以下说明中的一种：第一透镜123靠近或背离第二透镜124的一面至保护镜片125靠近或背离第二透镜124的一面在光轴上的距离，或第一透镜123的中心至保护镜片12的中心之间的距离。
在一些实施方式中，第一聚焦区121包括第一聚焦一区和第一聚焦二区。第一聚焦一区位于第一透镜123，用于对第一激光22进行第一聚焦；第一聚焦二区位于第二透镜124，并与第一聚焦一区相对应，用于对第一激光22进行第二聚焦。第二聚焦区122包括第二聚焦一区和第二聚焦二区。第二聚焦一区位于第一透镜123，用于对第二激光32进行第一聚焦；第二聚焦二区位于第二透镜124，并与第二聚焦一区相对应，用于对第二激光32进行第二聚焦。
在一些实施例中，聚焦组件12还包括位于第二透镜124和保护镜片125之间依次设置的第三透镜126、第四透镜127和第五透镜128。如此，通过第一透镜123、第二透镜124、第三透镜126、第四透镜127和第五透镜128，解决第一激光22光路和第二激光32光路存在的球差、慧差、像散等像差问题，确保第一激光22聚焦及第二激光32聚焦均满足衍射极限的要求，第一激光22经过该聚焦组件12后在预设区域200聚焦的焦点的弥散圆半径小于17μm，此视场的空间传递函数达到理想值；还能够解决视觉组件18成像的色差及像散等异常成像不良问题，对色差及像散等异常成像进行优化，保证图像成像的解析度，视觉成像解析度空间解析度MTF≥65lp/mm。
在一些实施方式中，第一透镜123和第三透镜126为月牙形透镜，第二透镜124、第四透镜127和第五透镜128为凸透镜。
在一些实施方式中，第一聚焦区121还包括第一聚焦三区、第一聚焦四区和第一聚焦五区。第一聚焦三区位于第三透镜126，并与第一聚焦二区相对应，用于对第一激光22进行第三聚焦；第一聚焦四区位于第四透镜127，并与第一聚焦三区相对应，用于对第一激光22进行第四聚焦；第一聚焦五区位于第五透镜128，与第一聚焦四区相对应，用于对第一激光22进行第五聚焦。第二聚焦区122还包括第二聚焦三区、第二聚焦四区和第二聚焦五区。第二聚焦三区位于第三透镜126，并与第二聚焦二区相对应，用于对第二激光32进行第三聚焦；第二聚焦四区位于第四透镜127，并与第二聚焦三区相对应，用于对第二激光32进行第四聚焦；第二聚焦五区位于第五透镜128，与第二聚焦四区相对应，用于对第二激光32进行第五聚焦。
在一些实施方式中，相同波段的波长段差范围为0-60nm。其中，第一激光22和第二激光32的波长范围都为1030nm-1090nm，第一激光22的波长与第二激光32的波长的差值范围为0-60nm。第一激光22的波长与第二激光32的波长可以相同，也可以不相同。在一些实施方式中，第一激光22的波长和第二激光32的波长均相同，本实施方式中为1064nm。
请继续参见图2，在一些实施方式中，第一聚焦区121的范围为以聚焦组件12中镜片的中心为圆心，直径小于等于1/10聚焦组件12中镜片的直径的圆形区域；第二聚焦区122的范围为以聚焦组件12中镜片的中心为圆心，直径小于等于1/2聚焦组件12中镜片的直径的圆形区域。如此，第二聚焦区122的范围大于第一聚焦区121，且小于聚焦组件12中镜片的直径，第一激光22和第二激光32的聚焦发生在聚焦组件12的镜片的直径范围内。
在一些实施方式中，第一聚焦区121包括聚焦组件12中镜片的中心为圆心，直径小于等于5mm的圆形区域；第二聚焦区122包括以聚焦组件12中镜片的中心为圆心，直径小于等于25mm的圆形区域。相应地，聚焦组件12中镜片的直径范围可以为50mm。
请参见图4，在一些实施例中，预设区域200包括主区域202和辅区域204，主区域202位于辅区域204内。第一激光22经第一聚焦区121聚焦后将焦点聚焦于主区域202，用于对金属物料进行激光加工；第二激光32经第二聚焦区122聚焦后将焦点聚焦于辅区域204，用于对第一激光22所形成的熔池进行搅动和保温。
在一些实施方式中，主区域202与第一激光22的焦点的直径大致相同，辅区域204为圆形区域，主区域202的圆心与辅区域204的圆心为同一圆心。辅区域204的直径范围为3mm-5mm，一些实施方式中，辅区域204的直径为4mm，即第二激光32的焦点可以以第一激光22的焦点为圆心、直径为4mm的圆形区域内移动。
在一些实施方式中，第一激光22聚焦至预设区域200的焦点定义为第一焦点222，第二激光32聚焦至预设区域200的焦点定义为第二焦点322。第一焦点222的直径范围为0.15mm-0.3mm，第二焦点322的直径范围为0.04mm-0.08mm。如此，第二焦点322的直径小于第一焦点222的直径，有利于第二激光32在第一激光22所形成的熔池内进行快速搅动；还有利于对第一激光22所形成的熔池的边缘进行热传导，从而对熔池进行保温。
一些实施方式中提供的激光整合装置10，通过视觉组件18对预设区域200进行定位，第一聚焦区121将第一激光22聚焦至预设区域200的主区域202，第二聚焦区122将第二激光32聚焦至预设区域200的辅区域204，且第二激光32的焦点在预设区域200的辅区域204内可移动，实现了第二激光32的焦点相对于第一激光22的焦点进行摇摆移动的功能。第一激光22对金属物料上的预设区域200进行焊接时，第一激光22在预设区域200上加热的区域形成熔池，第二激光32的焦点在第一激光22的焦点内及其周边进行摇摆移动并辅助加热，第二激光32能够对第一激光22所形成的熔池达到快速搅动的效果，加快其中的包含等离子体、金属离子、空气等杂质的气体的排出速度，减少金属物料上气孔的形成；第二激光32还能够对第一激光22所形成的熔池进行保温，减少金属物料上微裂纹的形成。
请参见图5，图5示出了本申请一些实施例提供的激光焊接装置。激光焊接装置100用于整合波长位于相同波段的第一激光22和第二激光32至一预设区域200以对金属物料进行焊接。激光焊接装置100包括第一激光机构20、第二激光机构30及激光整合装置，其中，激光整合装置为一些实施例提供的激光整合装置10，以实现第二激光32移动地配合第一激光22对金属物料上的预设区域200进行焊接。
第一激光机构20用于发射第一激光22，第一激光机构20为高功率大芯径的激光发射器，第一激光22的波长范围为1030nm-1090nm，一些实施方式中，第一激光22的波长为1064nm。第二激光机构30用于发射第二激光32，第二激光机构30为中功率适度芯径的激光发射器，第二激光32的波长范围为1030nm-1090nm，一些实施方式中，第二激光32的波长为1064nm。如此，第二激光32所产生的能量小于第一激光22所产生的能量，第二激光32在第一激光22所形成的熔池内进行快速搅动和保温时，不会影响第一激光22已经形成的熔池的熔宽与热影响区，有利于保证激光焊接的品质。可以理解地，第一激光22和第二激光32的波长也可以不相同，第一激光22和第二激光32的波长段差范围为0-60nm。
一些实施方式中提供的激光焊接装置100，通过视觉组件18对金属物料上的预设区域200的主区域202和辅区域204进行定位，第一聚焦区121将第一激光22聚焦至预设区域200的主区域202，第二聚焦区122将第二激光32聚焦至预设区域200的辅区域204，且第二激光32的焦点在预设区域200的辅区域204内可移动，实现了第二激光32的焦点相对于第一激光22的焦点进行摇摆移动的功能。第一激光22对金属物料的主区域202进行焊接时，第一激光22在金属物料上的预设区域200的主区域202加热形成熔池，第二激光32的焦点在第一激光22的焦点内及其周边进行摇摆移动并辅助加热，第二激光32能够在第一激光22所形成的熔池达到快速搅动的效果，加快包含等离子体、金属离子、空气等杂质的气体的排出速度，减少金属物料上气孔的形成；第二激光32还能够对第一激光22所形成的熔池进行保温，减少金属物料上微裂纹的形成。
请参见图6，图6示出了本申请一些实施例提供的激光焊接方法，激光焊接方法用于整合波长位于相同波段的第一激光22和第二激光32至一预设区域200以进行焊接。根据不同的需求，流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。激光焊接方法包括如下步骤。
S10，定位预设区域200，并根据预设区域200的位置信息，以准确定位第一激光22及第二激光32以使第一激光22和第二激光32分别在预设区域200内聚焦的焦点。
具体地，控制一视觉组件18对预设区域200进行定位。视觉组件18可以为CCD相机，视觉组件18与一聚焦组件12同轴设置。视觉组件18通过聚焦组件12获取金属物料的图像，并对所获取的图像上需要进行焊接的位置进行定位，该需要进行焊接的位置即为预设区域200，根据视觉组件18获取的预设区域200的位置信息，调整第一激光22和第二激光32，控制一第一镜片机构14和一第二镜片机构16，以使第一激光22的焦点和第二激光32的焦点落在该预设区域200上以进行焊接。可以理解为，在焊接加工之前，聚焦组件12、第一镜片机构14和第二镜片机构16根据视觉组件18确定的预设区域200的位置信息，已调校第一激光22及第二激光32的发射机构，以使得第一激光22和第二激光32分别在预设区域200内聚焦的焦点符合要求。
S20，发射第一激光22，发射第二激光32。
具体地，控制一高功率大芯径的第一激光机构20发射第一激光22，第一激光22的波长范围为1030nm-1090nm，一些实施方式中，第一激光22的波长为1064nm。
控制一中功率适度芯径的第二激光机构30发射第二激光32，第二激光32的波长范围为1030nm-1090nm，一些实施方式中，第二激光32的波长为1064nm。可以理解地，在其他的实施例中，第二激光32的波长和第一激光22的波长还可以不相同，第一激光22的波长与第二激光32的波长段差为0-60nm。
可以理解地，发射第一激光22及发射第二激光32可以同时执行，也可以先后执行。
S30，将第一激光22反射至第一聚焦区121，将第二激光32反射至第二聚焦区122，及使第二激光32在第二聚焦区122内移动，其中，第一聚焦区121位于第二聚焦区122内。
具体地，通过第一镜片机构14将第一激光22反射至第一聚焦区121。第一聚焦区121为一聚焦组件12上的用于对第一激光22进行聚焦的区域。第一镜片机构14可以包括第一准直组件142和第一反射组件144，第一准直组件142用于准直第一激光22，以使第一激光22经过第一准直组件142后大致变为平行光束；第一反射组件144用于反射经第一准直组件142所准直的第一激光22至第一聚焦区121。
通过第二镜片机构16将第二激光32反射至第二聚焦区122，及使第二激光32在第二聚焦区122内移动。第二聚焦区122为聚焦组件12上的用于对第二激光32进行聚焦的区域，第一聚焦区121位于第二聚焦区122内。
可以理解地，将第一激光22反射至第一聚焦区121及将第二激光32反射至第二聚焦区122依据第一激光22及第二激光32的顺序执行。
请参见图7，具体地，步骤S30中将第二激光32反射至第二聚焦区122，及使第二激光32在第二聚焦区122内移动的步骤还可以包括步骤S32-步骤S34。
S32，准直第二激光32。
具体地，第二镜片机构16可以包括第二准直组件162，第二准直组件162用于准直第二激光32，以使第二激光32经过第二准直组件162后大致变为平行光束。
S34，转动地反射经准直的第二激光32至第二聚焦区122，使第二激光32在第二聚焦区122内以预设轨迹移动，以实现对第一激光22在预设区域200形成的焊接区进行搅动和保温。
具体地，第二镜片机构16还可以包括第二反射组件164。第二反射组件164包括可转动的第二反射镜片1642，第二反射镜片1642用于反射经第二准直组件162所准直的第二激光32，并通过第二反射镜片1642的可转动功能，使第二激光32在第二聚焦区122能够移动。其中，第二反射镜片1642的数量可以为一个或两个。
在一些实施方式中，预设轨迹包括圆形、椭圆形、8字形、正弦曲线中至少之一，预设轨迹经过第一聚焦区121。可以理解地，第二激光32在预设区域200的焦点的移动轨迹与预设轨迹大致相似，第二激光32在预设区域200的焦点的移动轨迹也会经过第一激光22在预设区域200的焦点。
S40，将反射至第一聚焦区121的第一激光22聚焦至预设区域200，将反射至第二聚焦区122的第二激光32聚焦至预设区域200，以实现第二激光32的焦点在预设区域200内移动，进而实现第二激光32移动地配合第一激光22对预设区域200进行焊接。
具体地，聚焦组件12将反射至第一聚焦区121的第一激光22聚焦至预设区域200。聚焦组件12还将反射至第二聚焦区122的第二激光32聚焦至预设区域200，并通过转动地第二反射镜片1642，以实现第二激光32的焦点在预设区域200内移动，进而实现第二激光32移动地配合第一激光22对预设区域200进行焊接。
其中，聚焦组件12可以包括沿第一激光22和第二激光32的射出路径依次设置的第一透镜123、第二透镜124、第三透镜126、第四透镜127、第五透镜128和保护镜片125，第一透镜123至保护镜片125的间距范围为50mm-150mm。第一透镜123和第三透镜126为月牙形透镜，第二透镜124、第四透镜127和第五透镜128为凸透镜。如此，通过第一透镜123、第二透镜124、第三透镜126、第四透镜127和第五透镜128，解决第一激光22光路和第二激光32光路存在的球差、慧差、像散等像差问题，确保第一激光22聚焦及第二激光32聚焦均满足衍射极限的要求。第一激光22经过该聚焦组件12后在预设区域200聚焦的焦点的弥散圆半径小于17μm，此视场的空间传递函数达到理想值。
通过上述聚焦组件12，还能够解决视觉组件18成像的色差及像散等异常成像不良问题，对色差及像散等异常成像进行优化，保证图像成像的解析度，视觉成像解析度空间解析度MTF≥65lp/mm。
可以理解地，在其他的实施例中，激光焊接方法可以由一些实施例提供的激光焊接装置100实现。
一些实施方式中提供的激光焊接方法，通过对预设区域200进行定位，第一激光22经第一聚焦区121聚焦至预设区域200，第二激光32经第二聚焦区122聚焦至预设区域200，且第二激光32的焦点在预设区域200内可移动，实现了第二激光32的焦点相对于第一激光22的焦点进行摇摆的功能。第一激光22对金属物料上的预设区域200进行焊接时，第一激光22在预设区域200形成熔池，第二激光32的焦点在第一激光22的焦点内及其周边进行摇摆移动并辅助加热，第二激光32能够对第一激光22所形成的焊接区的熔池达到快速搅动的效果，加快熔池中的包含等离子体、金属离子、空气等杂质的气体的排出速度，减少金属物料上气孔的形成；第二激光32还能够对第一激光22所形成的熔池进行保温，减少金属物料上微裂纹的形成。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。
最后应说明的是，以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。
Claims (15)
1.一种激光整合装置，用于整合波长位于相同波段的第一激光和第二激光至一预设区域，包括：
聚焦组件，包括第一聚焦区和第二聚焦区，所述第一聚焦区位于所述第二聚焦区内，所述第一激光经过所述第一聚焦区的聚焦，以使所述第一激光的焦点至所述预设区域，所述第二激光经过所述第二聚焦区的聚焦，以使所述第二激光的焦点至所述预设区域；
第一镜片机构，用于反射所述第一激光至所述第一聚焦区；及
第二镜片机构，用于反射所述第二激光至所述第二聚焦区，还用于使所述第二激光在所述第二聚焦区内移动，以实现所述第二激光的焦点在所述预设区域内移动。
2.如权利要求1所述的激光整合装置，还包括：
视觉组件，与所述聚焦组件同轴设置，用于定位所述预设区域；其中，
所述聚焦组件、所述第一镜片机构和所述第二镜片机构根据所述视觉组件反馈的所述预设区域的位置信息，调整所述第一激光及所述第二激光以使所述第一激光和所述第二激光分别在所述预设区域内聚焦。
3.如权利要求1所述的激光整合装置，其中，所述第二镜片机构包括：
准直组件，用于准直所述第二激光；及
反射组件，包括转动的反射镜片，所述反射镜片用于反射经所述准直组件所准直的所述第二激光至所述第二聚焦区，以使所述第二激光在所述第二聚焦区移动。
4.如权利要求1所述的激光整合装置，其中，
所述第一聚焦区的范围为以所述聚焦组件中镜片的中心为圆心，直径小于等于1/10所述聚焦组件中镜片的直径的圆形区域；
所述第二聚焦区的范围为以所述聚焦组件中镜片的中心为圆心，直径小于等于1/2所述聚焦组件中镜片的直径的圆形区域。
5.如权利要求1所述的激光整合装置，其中，
所述第一聚焦区包括以所述聚焦组件中镜片的中心为圆心，直径小于等于5mm的圆形区域；
所述第二聚焦区包括以所述聚焦组件中镜片的中心为圆心，直径小于等于25mm的圆形区域。
6.如权利要求1所述的激光整合装置，其中，所述聚焦组件包括：
沿所述第一激光和所述第二激光的射出路径依次设置的第一透镜、第二透镜和保护镜片，所述第一透镜至所述保护镜片的间距范围为50mm-150mm。
7.如权利要求6所述的激光整合装置，其中，所述聚焦组件还包括：
位于所述第二透镜和所述保护镜片之间依次设置的第三透镜、第四透镜和第五透镜；其中，
所述第一透镜和所述第三透镜为月牙形透镜，所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为凸透镜。
8.如权利要求1所述的激光整合装置，其中，
所述相同波段的波长段差范围为0-60nm。
9.一种激光焊接装置，用于整合波长位于相同波段的第一激光和第二激光至一预设区域以进行焊接，包括：
第一激光机构，用于发射所述第一激光；
第二激光机构，用于发射所述第二激光；及
激光整合装置；其中，
所述激光整合装置为权利要求1-8中任一项所述的激光整合装置，以实现所述第二激光移动地配合所述第一激光对所述预设区域进行焊接。
10.如权利要求9所述的激光焊接装置，其中，
所述预设区域包括主区域和辅区域，所述主区域位于所述辅区域内，
所述第一激光经所述第一聚焦区聚焦后将焦点聚焦于所述主区域，
所述第二激光经所述第二聚焦区聚焦后将焦点聚焦于所述辅区域。
11.一种激光焊接方法，用于整合波长位于相同波段的第一激光和第二激光至一预设区域以进行焊接，包括：
发射所述第一激光；
发射所述第二激光；
将所述第一激光反射至第一聚焦区；
将所述第二激光反射至第二聚焦区，及使所述第二激光在所述第二聚焦区内移动，其中，所述第一聚焦区位于所述第二聚焦区内；
将反射至所述第一聚焦区的所述第一激光聚焦至所述预设区域；及
将反射至所述第二聚焦区的所述第二激光聚焦至所述预设区域，以实现所述第二激光的焦点在所述预设区域内移动，进而实现所述第二激光移动地配合所述第一激光对所述预设区域进行焊接。
12.如权利要求11所述的激光焊接方法，所述将所述第二激光反射至所述第二聚焦区，及使所述第二激光在所述第二聚焦区内移动的步骤，包括：
准直所述第二激光；
转动地反射经准直的所述第二激光至所述第二聚焦区，使所述第二激光在所述第二聚焦区内以预设轨迹移动，以实现对所述第一激光在所述预设区域形成的焊接区进行搅动和保温。
13.如权利要求12所述的激光焊接方法，其中，
所述预设轨迹包括圆形、椭圆形、8字形、正弦曲线中至少之一，所述预设轨迹经过所述第一聚焦区。
14.如权利要求11所述的激光焊接方法，其中，
所述第二激光在所述预设区域的焦点的直径小于所述第一激光在所述预设区域的焦点的直径。
15.如权利要求11所述的激光焊接方法，其中，
所述第一激光聚焦在所述预设区域的焦点的直径范围为0.15mm-0.3mm；
所述第二激光聚焦至所述预设区域的焦点的直径范围为0.04mm-0.08mm。
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