CN114101905A - 一种光源可调的激光焊接设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光源可调的激光焊接设备，包括光源装置、机座、三轴运动平台、激光头和锡丝供给装置，控制装置与三轴运动平、锡丝供给装置电连接；其中，三轴运动平台安装在机座上，激光头和锡丝供给装置安装在三轴运动平台上；光源装置的输出端通过光纤线缆与激光头的输入端连接；激光头包括外壳，外壳的上端设置有光纤连接端口，下端具有出光口，出光口处设置有防尘玻璃；外壳的内部具有空腔，空腔内从上至下依次间隔设置有第一凸透镜、光斑形状调节装置、扩束镜、第二凸透镜和第三凸透镜；第二凸透镜和第三凸透镜的尺寸相同。本发明能够调节光斑的形状和尺寸。

Description

一种光源可调的激光焊接设备
技术领域
本发明涉及激光焊接机，特别地，涉及一种光源可调的激光焊接设备。
背景技术
众所周知，市场上存在各种焊接技术，其中激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，其工作原理为激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。
然而，目前市面上的激光焊接机，仅能够调节光斑的尺寸，而不能改变光斑的形状，使得激光焊接机在应用上具有一定的局限性。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是提供一种光源可调的激光焊接设备,能够调节光斑的形状和尺寸。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种光源可调的激光焊接设备，包括光源装置、机座、三轴运动平台、激光头和锡丝供给装置，所述控制装置与三轴运动平、锡丝供给装置电连接；其中，所述三轴运动平台安装在机座上，所述激光头和锡丝供给装置安装在三轴运动平台上；所述光源装置的输出端通过光纤线缆与激光头的输入端连接；所述激光头包括外壳，所述外壳的上端设置有光纤连接端口，下端具有出光口，出光口处设置有防尘玻璃；所述外壳的内部具有空腔，所述空腔内从上至下依次间隔设置有第一凸透镜、光斑形状调节装置、扩束镜、第二凸透镜和第三凸透镜；所述第二凸透镜和第三凸透镜的尺寸相同；
所述光斑调节装置包括驱动机构和调节板；所述调节板包括外框架，以及设置于外框架内侧的8块正方形的透光板，每一个透光板上均具有不同形状的透光孔；所述透光板呈3*3矩阵排列，相邻两个透光板之间滑移连接，所述透光板与外框架滑移连接；所述驱动机构用于驱动所述透光板中的一个或多个移动，以使得其中一个透光板位移至矩阵的中间位置；所述驱动机构与控制装置通讯。
优选地,所述透光板的下侧边和右侧边设置有第一滑条，上侧边和左侧边设置有与第一滑条适配的第一滑槽；所述外框架的上侧内壁和左侧内壁设置有与第一滑槽适配的第二滑条，下侧内壁和右侧内壁设置有与第一滑条适配的第二滑槽。
优选地,所述透光板包括板体和嵌设于板体中间的透光玻璃，所述板体内设置有安装腔，所述安装腔内安装有所述驱动机构；所述驱动机构包括电源模块、控制板和两组驱动组件，所述两组驱动组件分别靠近于板体的左侧边和上侧边；所述驱动组件包括齿轮、驱动电机，所述齿轮与驱动电机的输出端同轴连接；所述板体的第一滑条的外侧设置有与齿轮适配的第一齿条；所述第二滑条的外侧设置有与齿轮适配的第二齿条；
所述驱动电机与控制板电连接，所述控制板配置有第一无线通讯模块，所述控制装置配置有第二无线通讯模块，所述控制装置通过无线传输的方式向控制板发送控制指令。
优选地,所述板体的四个侧面设置有第一导电触头，所述导电触头与电源模块电连接；所述外框架的内侧壁上设置有与第一导电触头适配的第二导电触头，所述第二导电触头与通电导线电连接，通电导线与外部电源电连接。
优选地,所述板体的四个侧面安装有感应器，所述感应器与控制板电连接，所述控制板根据与板体移动方向对应的感应器的反馈信号确定板体是否移动到位。
优选地,所述第三凸透镜安装在移动架上，所述外壳的外侧壁上对应移动架的位置穿透设置有通槽；所述外壳的外侧壁上设置有丝杆滑台，所述移动架通过连接杆与丝杆滑台的台面连接；所述丝杆滑台与控制装置电连接。
优选地,所述外壳的下端安装有导流罩，所述导流罩的一侧安装有进气口，进气口连接有进气管道。
优选地,还包括对光斑调节装置的控制方法，该控制方法包括：
S1、控制装置通过无线通讯获取各个透光板的位置信息，并根据用户对光斑形状的需求，选定具有对应形状透光孔的透光板为移动目标；
S2、控制装置基于移动目标在矩阵中的位置，为部分或全部透光板生成移动顺序表；
S3、控制装置基于所述移动顺序表，依次向对应的透光板发送移动指令；
S4、透光板基于接收到的移动指令，控制驱动电机工作，以驱动透光板向对应的方向移动一格，并在移动完成后，向控制装置返回确认信息。
优选地,该控制方法还包括：
控制装置在向对应的透光板发送移动指令之前，还向该对应的透光板的移动方向两侧的透光板发送锁定指令；
接收到锁定指令的透光板控制远离该对应的透光板的电磁铁通电。
本发明技术效果主要体现在以下方面：
1、采用九宫格结构实现对光斑形状的切换；
2、通过移动凸透镜的位置调节光斑的尺寸；
3、调节过程简单快捷，只需要在交互界面中选取所需的光斑形状即可自动完成切换。
附图说明
图1为实施例中激光焊接设备的整体示意图；
图2为实施例中光斑调节装置的示意图；
图3为实施例中光斑调节装置的示意图；
图4为实施例中光斑调节装置的示意图；
图5为实施例中透光板的示意图；
图6为实施例中透光板的内部结构图。
附图标记：1、机座；2、三轴运动平台；31、外壳；32、光纤连接端口；33、通电导线；34、导流罩；35、进气管；36、移动架；41、第一凸透镜；42、扩束镜；43、第二凸透镜；44、第三凸透镜；45、防尘玻璃；51、外框架；511、第二滑条；512、第二滑槽；513、第二齿条；52、透光板；521、板体；522、透光玻璃；523、第一滑条；524、第一齿条；525、第一滑槽；6、丝杆滑台；71、控制板；72、第一导电触头；73、电磁铁；74、齿轮；75、驱动电机；76、感应器；8、锡丝供给装置。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
参照图1，本实施例提供了一种光源可调的激光焊接设备，包括光源装置、机座1、三轴运动平台2、激光头和锡丝供给装置8。控制装置与三轴运动平、锡丝供给装置8电连接；其中，三轴运动平台2安装在机座1上，激光头和锡丝供给装置8安装在三轴运动平台2上；光源装置的输出端通过光纤线缆与激光头的输入端连接。
激光头包括外壳31，外壳31的上端设置有光纤连接端口32，下端具有出光口，出光口处设置有防尘玻璃45；外壳31的内部具有空腔，空腔内从上至下依次间隔设置有第一凸透镜41、光斑形状调节装置、扩束镜42、第二凸透镜43和第三凸透镜44；第二凸透镜43和第三凸透镜44的尺寸相同。
第一凸透镜41将光纤连接端口32射出的激光调整为一定范围的直射光束，直射光束经过光斑形状调节装置后，变成具有一定形状的中间光束，中间光束通过扩束镜42扩展，范围变宽，变宽后的光束依次经过第二凸透镜43和第三凸透镜44，从外壳31的下端射出。
第一凸透镜41应尽量靠近光纤连接端口32，进而较小尺寸的第一凸透镜41也能够满足需求，也能够使得光斑形状调节装置的尺寸可以做的更小。
第三凸透镜44安装在移动架36上，外壳31的外侧壁上对应移动架36的位置穿透设置有通槽；外壳31的外侧壁上设置有丝杆滑台6，移动架36通过连接杆与丝杆滑台6的台面连接；丝杆滑台6与控制装置电连接。在使用时，可控制装置通过驱动丝杆滑台6以调节第三凸透镜44的位置，进而调节光斑的尺寸。
外壳31的下端安装有导流罩34，导流罩34的一侧安装有进气口，进气口连接有进气管35道，进气管35道与保护气体供给装置连通，保护气体可以是氦气等惰性气体。
参照图2-图4，光斑调节装置包括驱动机构和调节板，调节板包括外框架51，以及设置于外框架51内侧的8块正方形的透光板52，每一个透光板52上均具有不同形状的透光孔，进而激光通过透光孔后就具备特定的形状；透光板52呈3*3矩阵排列，进而始终留有一个空缺位置。
相邻两个透光板52之间滑移连接，透光板52与外框架51滑移连接，具体地，透光板52的下侧边和右侧边设置有第一滑条523，上侧边和左侧边设置有与第一滑条523适配的第一滑槽525；外框架51的上侧内壁和左侧内壁设置有与第一滑槽525适配的第二滑条511，下侧内壁和右侧内壁设置有与第一滑条523适配的第二滑槽512。
参照图4-图6，透光板52包括板体521和嵌设于板体521中间的透光玻璃522，板体521内设置有安装腔，安装腔内安装有驱动机构；驱动机构包括电源模块、控制板71和两组驱动组件，两组驱动组件分别靠近于板体521的左侧边和上侧边；驱动组件包括齿轮74、驱动电机75，齿轮74与驱动电机75的输出端同轴连接；板体521的第一滑条523的外侧设置有与齿轮74适配的第一齿条524；第二滑条511的外侧设置有与齿轮74适配的第二齿条513。因此，当驱动电机75转动时，所在的透光板52也会向前或向后移动。
板体521的四个侧面安装有感应器76，用于检测透光板52是否移动到位。
上述的感应器76、驱动电机75与控制板71电连接，控制板71配置有第一无线通讯模块，控制装置配置有第二无线通讯模块，控制装置通过无线传输的方式向控制板71发送控制指令。控制板71根据与板体521移动方向对应的感应器76的反馈信号确定板体521是否移动到位。
另外，为了实现对透光板52内各个部件通电，,板体521的四个侧面设置有第一导电触头72，第一导电触头72与电源模块电连接；外框架51的内侧壁上设置有与第一导电触头72适配的第二导电触头，第二导电触头与通电导线33电连接，通电导线33与外部电源电连接。
下面，本实施对光斑调节装置的控制方法进行介绍，该控制方法包括：
S1、控制装置通过无线通讯获取各个透光板52的位置信息，并根据用户对光斑形状的需求，选定具有对应形状透光孔的透光板52为移动目标；
S2、控制装置基于移动目标在矩阵中的位置，为部分或全部透光板52生成移动顺序表；移动顺序表中的每一个数据均包含移动对象和移动方向；
生成移动顺序表的原理可参照九宫格拼图算法，即：采用最少的移动次数，将移动目标移动至矩阵的中间位置。
S3、控制装置基于移动顺序表，依次向对应的透光板52发送移动指令；
具体地，控制装置在向对应的透光板52发送移动指令之前，还向该对应的透光板52的移动方向两侧的透光板52发送锁定指令；
接收到锁定指令的透光板52控制远离该对应的透光板52的电磁铁73通电。
S4、透光板52基于接收到的移动指令，控制驱动电机75工作，以驱动透光板52向对应的方向移动一格，并在移动完成后，向控制装置返回确认信息。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种光源可调的激光焊接设备，包括光源装置、机座(1)、三轴运动平台(2)、激光头和锡丝供给装置(8)，所述控制装置与三轴运动平、锡丝供给装置(8)电连接；其中，所述三轴运动平台(2)安装在机座(1)上，所述激光头和锡丝供给装置(8)安装在三轴运动平台(2)上；所述光源装置的输出端通过光纤线缆与激光头的输入端(32)连接；其特征是,所述激光头包括外壳(31)，所述外壳(31)的上端设置有光纤连接端口，下端具有出光口，出光口处设置有防尘玻璃(45)；所述外壳(31)的内部具有空腔，所述空腔内从上至下依次间隔设置有第一凸透镜(41)、光斑形状调节装置、扩束镜(42)、第二凸透镜(43)和第三凸透镜(44)；所述第二凸透镜(43)和第三凸透镜(44)的尺寸相同；
所述光斑调节装置包括驱动机构和调节板；所述调节板包括外框架(51)，以及设置于外框架(51)内侧的8块正方形的透光板(52)，每一个透光板(52)上均具有不同形状的透光孔；所述透光板(52)呈3*3矩阵排列，相邻两个透光板(52)之间滑移连接，所述透光板(52)与外框架(51)滑移连接；所述驱动机构用于驱动所述透光板(52)中的一个或多个移动，以使得其中一个透光板(52)位移至矩阵的中间位置；所述驱动机构与控制装置通讯。
2.根据权利要求1所述的一种光源可调的激光焊接设备，其特征是,所述透光板(52)的下侧边和右侧边设置有第一滑条(523)，上侧边和左侧边设置有与第一滑条(523)适配的第一滑槽(525)；所述外框架(51)的上侧内壁和左侧内壁设置有与第一滑槽(525)适配的第二滑条(511)，下侧内壁和右侧内壁设置有与第一滑条(523)适配的第二滑槽(512)。
3.根据权利要求2所述的一种光源可调的激光焊接设备，其特征是, 所述透光板(52)包括板体(521)和嵌设于板体(521)中间的透光玻璃(522)，所述板体(521)内设置有安装腔，所述安装腔内安装有所述驱动机构；所述驱动机构包括电源模块、控制板(71)和两组驱动组件，所述两组驱动组件分别靠近于板体(521)的左侧边和上侧边；所述驱动组件包括齿轮(74)、驱动电机(75)，所述齿轮(74)与驱动电机(75)的输出端同轴连接；所述板体(521)的第一滑条(523)的外侧设置有与齿轮(74)适配的第一齿条(524)；所述第二滑条(511)的外侧设置有与齿轮(74)适配的第二齿条(513)；
所述驱动电机(75)与控制板(71)电连接，所述控制板(71)配置有第一无线通讯模块，所述控制装置配置有第二无线通讯模块，所述控制装置通过无线传输的方式向控制板(71)发送控制指令。
4.根据权利要求3所述的一种光源可调的激光焊接设备，其特征是,所述板体(521)的四个侧面设置有第一导电触头(72)，所述导电触头与电源模块电连接；所述外框架(51)的内侧壁上设置有与第一导电触头(72)适配的第二导电触头，所述第二导电触头与通电导线(33)电连接，通电导线(33)与外部电源电连接。
5.根据权利要求4所述的一种光源可调的激光焊接设备，其特征是,所述板体(521)的四个侧面安装有感应器(76)，所述感应器(76)与控制板(71)电连接，所述控制板(71)根据与板体(521)移动方向对应的感应器(76)的反馈信号确定板体(521)是否移动到位。
6.根据权利要求1所述的一种光源可调的激光焊接设备，其特征是,所述第三凸透镜(44)安装在移动架(36)上，所述外壳(31)的外侧壁上对应移动架(36)的位置穿透设置有通槽；所述外壳(31)的外侧壁上设置有丝杆滑台(6)，所述移动架(36)通过连接杆与丝杆滑台(6)的台面连接；所述丝杆滑台(6)与控制装置电连接。
7.根据权利要求1所述的一种光源可调的激光焊接设备，其特征是,所述外壳(31)的下端安装有导流罩(34)，所述导流罩(34)的一侧安装有进气口，进气口连接有进气管(35)道。
8.根据权利要求5所述的一种光源可调的激光焊接设备，其特征是,其特征是,还包括对光斑调节装置的控制方法，该控制方法包括：
S1、控制装置通过无线通讯获取各个透光板(52)的位置信息，并根据用户对光斑形状的需求，选定具有对应形状透光孔的透光板(52)为移动目标；
S2、控制装置基于移动目标在矩阵中的位置，为部分或全部透光板(52)生成移动顺序表；
S3、控制装置基于所述移动顺序表，依次向对应的透光板(52)发送移动指令；
S4、透光板(52)基于接收到的移动指令，控制驱动电机(75)工作，以驱动透光板(52)向对应的方向移动一格，并在移动完成后，向控制装置返回确认信息。
9.根据权利要求8所述的一种光源可调的激光焊接设备，其特征是,该控制方法还包括：
控制装置在向对应的透光板(52)发送移动指令之前，还向该对应的透光板(52)的移动方向两侧的透光板(52)发送锁定指令；
接收到锁定指令的透光板(52)控制远离该对应的透光板(52)的电磁铁(73)通电。
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