CN114309944B - 激光焊接装置及内窥镜构件焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光焊接装置及内窥镜构件焊接方法，属于医学器械技术领域。激光焊接装置用于对多种内窥镜构件进行激光焊接，包括旋转夹台、激光焊接组件、操作台和控制组件；旋转夹台和激光焊接组件均安装于操作台，操作台带动旋转夹台和激光焊接组件相对活动，其中，旋转夹台用于夹持并带动内窥镜构件旋转，激光焊接组件用于对内窥镜构件进行激光焊接；控制组件分别连接于旋转夹台、激光焊接组件和操作台，控制组件用于操控旋转夹台、激光焊接组件和操作台。本发明的实施例具有适用性更高，可以对焊缝形状为椭圆形等的异形焊缝进行适应性焊接的有益效果。

Description

激光焊接装置及内窥镜构件焊接方法

技术领域

本发明属于医学器械技术领域，具体涉及一种激光焊接装置及内窥镜构件焊接方法。

背景技术

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。

现有技术中，目前有两种较成熟的激光焊接方法。一种为多轴机械臂机器人焊接技术，该技术已批量应用于汽车制造、大型设备制造等行业；另一种为工作台式的三轴焊接设备，该种三轴焊接设备可以扩展一个带卡盘的旋转轴，该技术也已经批量应用于工业制造等领域。

但是，上述两种技术均存在较大缺陷。多轴机械臂机器人焊接技术多为大型系统，体积庞大，价格昂贵，并不适用于体积小巧的内窥镜构件，适用性较低。三轴焊接设备并不适用于内窥镜椭圆形构件的夹持和焊接，同时该技术也不能同时适用于内窥镜中其他的焊接构件及焊接部位，设备使用率较低。上述两种技术存在无法焊接椭圆形等焊缝，更不能保证对应形状焊缝的焊接精度的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种激光焊接装置及内窥镜构件焊接方法，能够解决现有技术中激光焊接装置的无法焊接椭圆形等焊缝，更不能保证对应形状焊缝的焊接精度的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种激光焊接装置，用于对多种内窥镜构件进行激光焊接，包括旋转夹台、激光焊接组件、操作台和控制组件。旋转夹台和激光焊接组件均安装于操作台，操作台带动旋转夹台和激光焊接组件相对活动，其中，旋转夹台用于夹持并带动内窥镜构件旋转，激光焊接组件用于对内窥镜构件进行激光焊接。控制组件分别连接于旋转夹台、激光焊接组件和操作台，控制组件用于操控旋转夹台、激光焊接组件和操作台。

第二方面，本发明实施例提供了一种内窥镜构件焊接方法，内窥镜构件通过上述的激光焊接装置进行焊接，焊接方法包括：

夹持待焊接的内窥镜构件；

控制旋转夹台移动至待焊接位置，待焊接位置为内窥镜构件的焊缝与激光焊接组件相对的位置；

移动激光焊接组件，并使激光焊接组件与内窥镜构件的焊缝间距等于预设焊接距离；

旋转内窥镜构件的同时移动激光焊接组件，且使激光焊接组在本发明实施例中，激光焊接装置用于对多种内窥镜构件进行激光焊接。

具体地，旋转夹台的设置可以在固定内窥镜构件的同时可以带动内窥镜构件旋转，可以使环绕一周的焊缝得到充分的焊接，激光焊接组件的设置可以通过激光焊接的方式对内窥镜构件的焊缝进行焊接，操作台的设置可以带动旋转夹台活动，可以使旋转夹台移动到对应的待焊接位置，同时操作台还可以带动激光焊接组件升降，以保证激光焊接组件和待焊接位置之间的间距，因此，本发明的激光焊接装置可以对焊缝形状为椭圆形等的异形焊缝进行适应性焊接，通过操作台的配合可以使激光焊接组件和待焊接位置之间的间距保持下来，保证焊缝不同位置的焊接具有相同或相近的焊接强度和焊接精度。控制组件的设置用于对旋转夹台、激光焊接组件以及操作台进行协调控制，保证焊接的快速准确。其中，旋转夹台和激光焊接组件均安装于操作台，操作台可以通过不同位置的传动机构分别带动旋转夹台和激光焊接组件相对活动，具体活动范围可以是预设空间内的相对活动。本发明的实施例具有适用性更高，可以对焊缝形状为椭圆形等的异形焊缝进行适应性焊接的有益效果。

附图说明

图1是本发明实施例中激光焊接装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中激光焊接装置中旋转夹台的结构示意图；

图3是本发明实施例中激光焊接装置中旋转夹台固定内窥镜构件时的结构示意图；

图4是本发明实施例中激光焊接装置中操作台的结构示意图；

图5是本发明实施例内窥镜构件焊接方法中步骤S510-S540的流程示意图；

图6是本发明实施例内窥镜构件焊接方法中步骤S511-S514的流程示意图；

图7是本发明实施例内窥镜构件焊接方法中步骤S521-S523的流程示意图；

图8是本发明实施例内窥镜构件焊接方法中步骤S531-S533的流程示意图；

图9是本发明实施例内窥镜构件焊接方法中步骤S541-S545的流程示意图；

图10是本发明实施例内窥镜构件焊接方法中显示线性步进距离d的步进示意图；

图11是本发明实施例内窥镜构件焊接方法中焊缝为椭圆时焊缝形状及外切圆的示意图；

图12是本发明实施例内窥镜构件焊接方法中焊缝为椭圆时焊缝形状的示意图；

图13是本发明实施例内窥镜构件焊接方法中焊缝与椭圆形构件的位置关系示意图。

附图标记说明：

10、旋转夹台；11、安装板；111、滑轨；112、限位块；12、旋转端；121、安装支架；122、驱动件；123、旋转主动夹头；13、辅助端；131、安装槽；132、限位拉销；1321、限位柱；1322、拉环；14、控制结构；141、传动件；142、控制阀；15、镜头焊接夹头；16、椎骨焊接夹头；17、钢管焊接夹头；20、激光焊接组件；21、激光发生器；22、激光焊接头；30、操作台；31、操作主体；32、活动桌面；33、升降支架；40、控制组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本发明实施例提供的激光焊接装置及内窥镜构件焊接方法进行详细地说明。

参见图1至图4，本发明的实施例提供了一种激光焊接装置，用于对内窥镜构件进行激光焊接，包括旋转夹台10、激光焊接组件20、操作台30和控制组件40（具体参见图1）。

旋转夹台10和激光焊接组件20均安装于操作台30，操作台30带动旋转夹台10和激光焊接组件20相对活动。其中，旋转夹台10用于夹持并带动内窥镜构件旋转，激光焊接组件20用于对内窥镜构件进行激光焊接。

控制组件40分别连接于旋转夹台10、激光焊接组件20和操作台30，控制组件40用于操控旋转夹台10、激光焊接组件20和操作台30。

在本发明实施例中，激光焊接装置用于对多种内窥镜构件进行激光焊接。具体地，旋转夹台10的设置在固定内窥镜构件的同时，还可以带动内窥镜构件旋转，以使环绕内窥镜构件一周的焊缝得到充分的焊接。激光焊接组件20的设置可以通过激光焊接的方式对内窥镜构件的焊缝进行焊接，操作台30的设置可以带动旋转夹台10活动，可以使旋转夹台10移动到对应的待焊接位置，同时操作台30还可以带动激光焊接组件20升降，以保证激光焊接组件20和待焊接位置之间的间距。

因此，本发明的激光焊接装置可以对焊缝形状为椭圆形、弧形等异形焊缝进行适应性焊接，通过操作台30的配合可以使激光焊接组件20和待焊接位置之间的间距保持不变，保证焊缝不同位置的焊接具有相同或相近的焊接强度和焊接精度。控制组件40的设置用于对旋转夹台10、激光焊接组件20以及操作台30进行协调控制，保证焊接的快速准确。

其中，旋转夹台10和激光焊接组件20均安装于操作台30，操作台30可以通过不同位置的传动机构分别带动旋转夹台10和激光焊接组件20相对活动，具体活动范围可以是预设空间内的相对活动。本发明的实施例具有实用性较高，可以对焊缝形状为椭圆形、弧形等异形焊缝进行适应性焊接的有益效果。

需要说明的是，由于旋转夹台10、激光焊接组件20、操作台30和控制组件40的配合设置，可以对焊缝形状为椭圆形的异形焊缝进行适应性焊接，通过操作台30的配合可以使激光焊接组件20和待焊接位置之间的间距保持不变，保证焊缝不同位置的焊接具有相同或相近的焊接强度和焊接精度。本发明的激光焊接装置具有更高的设备使用率，且可以适用多种形状的焊缝，适用性较高。

需要说明的是，本发明中的激光焊接可以用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即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。

参见图1和图3，可选地，在本发明的实施例中，操作台30包括操作主体31、活动桌面32、第一传动机构、第二传动机构、升降支架33和升降机构；

操作主体31与活动桌面32通过第一传动机构和第二传动机构活动连接，旋转夹台10安装于活动桌面32，升降支架33与操作主体31通过升降机构活动连接，激光焊接组件20安装于升降支架33；

第一传动机构带动活动桌面32沿X轴方向平移运动，第二传动机构带动活动桌面32沿Y轴方向平移运动，升降机构带动升降支架33沿Z轴方向平移运动。

在本发明实施例中，操作主体31的设置用以承载活动桌面32、第一传动机构、第二传动机构、升降支架33和升降机构。其中，操作主体31与活动桌面32通过第一传动机构和第二传动机构活动连接后，可以使活动桌面32具有两个方向的自由度，比如，第一传动机构带动活动桌面32沿X轴方向平移运动，第二传动机构带动活动桌面32沿Y轴方向平移运动，这样可以使活动桌面32能够在平面内活动，旋转夹台10安装于活动桌面32后，可以使旋转夹台10随着活动桌面32在平面内活动；升降支架33与操作主体31通过升降机构活动连接后，升降机构可以带动升降支架33沿Z轴方向平移运动，进而可以使安装于升降支架33的激光焊接组件20能够靠近或远离旋转夹台10所活动的平面，进而实现安装于旋转夹台10上的内窥镜构件可以相对于激光焊接组件20在有限空间内活动，这样就可以使内窥镜构件上的焊缝与激光焊接组件20之间的距离能够调节，进而可以使激光焊接组件20可以对各种形状的焊缝进行焊接。具体在内窥镜构件的旋转过程中待焊接焊缝与激光焊接组件20直线距离将会变化，通过升降机构带动升降支架33的升降，就可以对当前焊缝与激光焊接组件20之间的直线距离进行调节。上述的直线距离是指沿激光发射方向焊缝与激光焊接组件20之间的距离。

需要说明的是，可以根据需要在操作主体31的下方设置多个万向轮，这样可以根据需要对操作台30进行转移，使整个激光焊接装置更加方便转移。当然也可以根据需要将激光焊接装置固定在对应的位置，比如厂房内的地面上等。

需要说明的是，本发明的第一传动机构、第二传动机构和升降机构可以均设置为滚珠丝杠机构。其中，第一传动机构为X方向设置的滚珠丝杠机构；第二传动机构为Y方向设置的滚珠丝杠机构；升降机构为Z方向设置的滚珠丝杠机构。

在本发明实施例中，将第一传动机构、第二传动机构和升降机构可以如上述均为滚珠丝杠机构，可以使上述三种传动机构的传动更加稳定可靠，当然，也可以根据需要将滚珠丝杠机构替换为齿轮传动机构、皮带传动机构、齿轮齿条传动机构等。

需要说明的是，滚珠丝杠机构是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的产品。滚珠丝杠是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是艾克姆螺杆的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作。

参见图2和图3，可选地，在本发明的实施例中，旋转夹台10包括安装板11、旋转端12、辅助端13、控制结构14和焊接夹头；

安装板11固定连接于活动桌面32，旋转端12固定连接于安装板11，辅助端13滑动连接于安装板11，旋转端12和辅助端13间隔设置且间距可调节；

控制结构14与辅助端13连接，控制结构14用于带动辅助端13靠近或远离旋转端12；

辅助端13上设置有安装槽131，焊接夹头安装于安装槽131，焊接夹头设置有多种，每种焊接夹头对应一种内窥镜构件。

在本发明实施例中，安装板11的设置用于安装并承载旋转端12、辅助端13和控制结构14，焊接夹头与辅助端13可拆卸地连接，辅助端13上可以根据设置更换不通的焊接夹头。具体地，安装板11固定连接于活动桌面32，活动桌面32可以带动安装板11在平面内活动，旋转端12固定连接于安装板11后，可以使旋转端12随着安装板11活动，旋转端12可以带动安装后的内窥镜构件转动；辅助端13滑动连接于安装板11，这可以通过辅助端13相对于安装板11的滑动使辅助端13可以靠近或远离旋转端12，进而可以对内窥镜构件进行夹紧或放松，这样就可以使旋转端12和辅助端13相间隔地设置且间距可调节。控制结构14的设置用于调节旋转端12和辅助端13之间的间距，在控制结构14与辅助端13连接后，可以对辅助端13的滑动位置进行控制，进而可以使控制结构14带动辅助端13靠近或远离旋转端12；辅助端13上的安装槽131用于安装焊接夹头，焊接夹头设置有多种后，可以根据需要更换不同的焊接夹头来对应夹紧不同的内窥镜构件。

需要说明的是，辅助端13与安装板11的滑动连接可以通过滑轨111和滑槽的配合设置实现，具体地，可以在安装板11上设置滑轨111，在辅助端13上设置对应的滑槽，通过滑轨111和滑槽的配合可以实现辅助端13的线性平移。

需要说明的是，本发明的内窥镜构件是一个组合件，不同方式的组合都可以认为是一种内窥镜构件，以四种零件为例，A零件和B零件可以组合成第一构件，第一构件和C零件可以组合成第二构件，第二构件和D零件可以组合成第三构件，在实际焊接过程中，A零件和B零件之间的椭圆焊缝经过本发明的激光焊接装置焊接后，形成焊接后的第一构件，第一构件将会形成一个整体，之后第一构件又会和C零件进行焊接，形成三个零件组成的第二构件，再之后第二构件又会和D零件进行焊接，形成四个零件组成的第三构件，在实际焊接过程中构件的零件数会根据情况增多。上述仅为示例性描述，也可以先将A零件和B零件焊接并形成第四构件，C零件和D零件焊接并形成第五构件，最后将第四构件和第五构件焊接并形成第五构件，只要达到最终的焊接效果即可，具体焊接过程根据需要设置。

需要说明的是，本发明的内窥镜构件依次存在三个构件，分别为镜头焊接构件、椎骨焊接构件和钢管焊接构件，总共由8个零件组成，其中，镜头焊接构件包括三个镜头零件，三个镜头零件通过本发明的激光焊接装置焊接后形成本发明的镜头焊接构件；椎骨焊接构件包括四个椎骨零件，四个椎骨零件通过本发明的激光焊接装置焊接后形成本发明的椎骨焊接构件；钢管焊接构件包括上述的镜头焊接构件、椎骨焊接构件以及钢管结构，镜头焊接构件、椎骨焊接构件以及钢管结构通过本发明的激光焊接装置焊接后可以形成本发明的钢管焊接构件，钢管焊接构件就是本发明焊接工艺下的最终产品。

参见图2和图3，可选地，在本发明的实施例中，旋转端12包括安装支架121、驱动件122和旋转主动夹头123，安装支架121固定连接于安装板11，驱动件122固定连接于安装支架121，旋转主动夹头123转动连接于安装支架121；

其中，驱动件122与旋转主动夹头123连接并带动旋转主动夹头123旋转。

在本发明实施例中，安装支架121可以在于安装板11固定的同时，承载驱动件122和旋转主动夹头123。驱动件122用于驱动旋转主动夹头123旋转，旋转主动夹头123用于配合辅助端13在夹紧内窥镜构件的同时，可以带动内窥镜构件进行旋转。具体地，安装支架121固定连接于安装板11，可以通过一体成型或者固定件进行固定。驱动件122固定连接于安装支架121后，可以提高驱动件122的稳定性；旋转主动夹头123转动连接于安装支架121后，可以方便通过驱动件122带动旋转主动夹头123转动，可以根据需要将驱动件122与旋转主动夹头123直接连接，也可以通过一定的传动机构使驱动件122间接带动旋转主动夹头123转动。

参见图3，可选地，在本发明的实施例中，安装板11上还设置有限位块112，限位块112处于旋转端12与辅助端13之间，限位块112用于对辅助端13平移距离进行限位。

在本发明实施例中，限位块112的设置可以对辅助端13的活动范围进行限位，具体是对辅助端13的平移距离进行限位，避免辅助端13碰撞到旋转端12上。

需要说明的是，可以根据需要在限位块112上设置缓冲垫，缓冲垫处于限位块112和辅助端13之间，避免辅助端13和限位块112出现刚性冲击。

可选地，在本发明的实施例中，辅助端13上设置有限位拉销132，限位拉销132与焊接夹头可拆卸地连接，限位拉销132用于限位并锁紧焊接夹头。限位拉销132包括限位柱1321、弹性件和拉环1322，限位柱1321穿设于辅助端13并至少部分地延伸至安装槽131内，限位柱1321能够伸入或伸出安装槽131。弹性件的第一端与限位柱1321连接，弹性件的第二端与辅助端13连接，弹性件用于对限位柱1321复位。拉环1322安装于限位柱1321背离安装槽131的一端，焊接夹头的外侧设置有与限位柱1321适配的限位孔。

在本发明实施例中，限位拉销132的设置可以对焊接夹头进行限位并锁紧，在需要拆卸焊接夹头时，可以先拔出限位拉销132后进行拆除。具体地，限位柱1321的设置可以将焊接夹头限位在安装槽131内，弹性件的设置用于对限位件进行复位，拉换的设置用于方便对限位柱1321进行插拔，限位孔和限位柱1321的适配可以保证限位的有效性。在实际操作过程中，可以先通过拉环1322拉起限位柱1321，将焊接夹头放置到安装槽131内，并使限位孔对准限位柱1321，放下拉环1322，限位柱1321在弹性件的作用下插入到限位孔内。需要说明的是，限位柱1321可以根据需要斜向设置，这样可以利用重力进行复位且不一定需要设置弹性件，当然也可以保留弹性件提高稳定性。

需要说明的是，可以在安装槽131内设置有定位结构，焊接夹头与定位结构相适配，定位结构可以为设置于安装槽131内壁上的定位凸起或定位凹槽。定位结构可以对焊接夹头的位置进行定位，使焊接夹头和安装槽131的稳定性更高，焊接夹头的安装位置更加准确，提高焊接精度。

参见图2和图3，可选地，在本发明的实施例中，控制结构14包括传动件141和控制阀142，传动件141和控制阀142连接，传动件141的固定端安装于安装板11，传动件141的传动端与辅助端13连接；

控制阀142控制传动件141工作，以带动辅助端13靠近或远离旋转端12。

在本发明实施例中，传动件141的设置可以带动辅助端13移动，控制阀142的设置用于控制传动件141。传动件141的固定端安装于安装板11后，可以保持传动件141的稳定，传动件141的传动端与辅助端13连接，可以通过传动端带动辅助端13平移。也就是说，传动件141是以安装板11为基准带动辅助端13移动；控制阀142可以控制传动件141工作，具体是控制传动件141的传动方向和传动距离，进而使传动件141带动辅助端13靠近或远离旋转端12。

需要说明的是，传动件141可以为气缸，控制阀142为气动手动阀，气动手动阀上设置有控制把手，控制把手用于控制气缸的伸缩方向。也可以根据需要将传动件141设置为丝杆螺母和电机的组合，控制阀142设置为控制电机的电磁阀，通过控制电机的正反转来实现对辅助端13的传动，进而使辅助端13能够靠近或远离旋转端12。

可选地，在本发明的实施例中，焊接夹头包括安装部和旋转夹持部，安装部与安装槽131相适配，旋转夹持部转动连接于安装部；

其中，多种焊接夹头的安装部结构相同，且多种焊接夹头的旋转夹持部结构不同。其中，每种旋转夹持部对应一种内窥镜构件。

在本发明实施例中，安装部的设置用于安装旋转夹持部，安装部在与安装槽131相适配后，可以通过安装部将整个焊接夹头安装在安装槽131内。旋转夹持部转动连接于安装部后，可以使旋转夹持部可以相对于安装部旋转，旋转夹持部的设置用于配合上述的旋转主动夹头123，可以在夹持内窥镜构件的同时，带动内窥镜构件旋转，以使环绕一周的焊缝都得到焊接。多种焊接夹头的安装部结构相同后，可以使不同的焊接夹头可以安装在同一个安装槽131内，在旋转夹持部结构不同后，可以针对不同的内窥镜构件选用不同的旋转夹持部，使对应内窥镜构件的固定更加稳定可靠。

参见图2，可选地，在本发明的实施例中，焊接夹头包括镜头焊接夹头15、椎骨焊接夹头16和钢管焊接夹头17，内窥镜构件包括镜头焊接构件、椎骨焊接构件和钢管焊接构件。镜头焊接构件通过镜头焊接夹头15和旋转端12的旋转主动夹头123夹持。椎骨焊接构件配合椎骨限位安装件和顶紧弹簧形成椎骨焊接组合件，椎骨焊接组合件通过椎骨焊接夹头16和旋转主动夹头123夹持。钢管焊接构件配合镜头固定件和镍钛环保护块形成钢管焊接组合件，钢管焊接组合件通过钢管焊接夹头17和旋转主动夹头123夹持。

在本发明实施例中，上述结构介绍了三种焊接夹头具体包括镜头焊接夹头15、椎骨焊接夹头16和钢管焊接夹头17，对应的内窥镜构件分别为镜头焊接构件、椎骨焊接构件和钢管焊接构件。其中，镜头焊接夹头15与镜头焊接构件相适配；椎骨焊接夹头16和椎骨焊接构件相适配；钢管焊接夹头17和钢管焊接构件相适配。其中，镜头焊接夹头15和辅助端13配合形成镜头辅助夹头，椎骨焊接夹头16和辅助端13配合形成椎骨辅助夹头，钢管焊接夹头17和辅助端13配合形成钢管辅助夹头。

具体安装方法包括：

镜头辅助夹头使用操作方法：使用镜头焊接夹头15安装镜头焊接构件时，通过控制阀142控制传动件141并带动辅助端13远离旋转端12，拉起辅助端13上的限位拉销132，将镜头焊接夹头15放至安装槽131并形成镜头辅助夹头，松开限位拉销132将镜头焊接夹头15锁死。再将镜头焊接构件水平安装至旋转主动夹头123上的安装孔，通过控制阀142控制传动件141并带动辅助端13靠近旋转端12，使辅助端13滑动至限位块位置，使镜头辅助夹头的槽孔与焊接构件对齐并压紧，如此便将镜头焊接构件的焊接环境搭建完成。镜头焊缝为两处椭圆形结构件接缝。

椎骨辅助夹头使用操作方法：使用椎骨焊接夹头16安装椎骨焊接构件时，通过控制阀142控制传动件141并带动辅助端13远离旋转端12，拉起辅助端13上的限位拉销132，将镜头焊接夹头15放至安装槽131并形成椎骨辅助夹头，松开限位拉销132将椎骨焊接夹头16锁死。再将椎骨焊接构件、椎骨限位安装件和顶紧弹簧水平安装至旋转主动夹头123安装孔，通过控制阀142控制传动件141并带动辅助端13靠近旋转端12，使辅助端13滑动至限位块112位置，使镜头辅助夹头的槽孔与椎骨限位安装件对齐并压紧，如此便将椎骨组件的焊接环境搭建完成。椎骨焊缝为八处椎骨节与关节销之间的接缝。

钢管辅助夹头使用操作方法：使用钢管焊接夹头17安装钢管焊接构件时，通过控制阀142控制传动件141并带动辅助端13远离旋转端12，拉起辅助端13上的限位拉销132，将镜头焊接夹头15放至安装槽131并形成钢管辅助夹头，松开限位拉销132将钢管焊接夹头17锁死。通过控制阀142控制传动件141并带动辅助端13靠近旋转端12，使辅助端13滑动至限位块112位置，使镜头组件伸入镜头固定件，再将镍钛环保护块套加至镍钛环，保护镍钛环避免其受热热缩。钢管焊缝为钢管与椎骨节接缝、镜头与椎骨节接缝。镜头组件为包括镜头焊接构件的组合件，镜头固定件安装于旋转端12，用于固定镜头焊接构件。

可选地，在本发明的实施例中，激光焊接组件20包括激光发生器21和激光焊接头22，激光发生器21与激光焊接头22连接，激光发生器21与控制组件40连接，激光焊接头22安装于升降支架33。

在本发明实施例中，激光发生器21的设置用于为激光焊接头22提供发射激光的能源，并对激光的发射频率和焦距进行控制。激光焊接头22用于发射激光并对焊缝进行焊接。控制组件40可以通过控制激光发生器21间接对激光焊接头22的工作参数进行控制和调整。升降支架33是可以带动激光焊接头22活动，激光发生器21并不会移动。

参见图5，本发明的实施例还提供了一种内窥镜构件焊接方法，内窥镜构件通过上述的激光焊接装置进行焊接，焊接方法包括：

步骤510：夹持待焊接的内窥镜构件；

通过上述步骤可以对内窥镜构件进行夹持，具体是通过旋转夹台10进行夹持，旋转夹台10可以在固定内窥镜构件的同时可以带动内窥镜构件旋转。可以通过辅助端13相对于安装板11的滑动使辅助端13可以靠近或远离旋转端12，进而可以对内窥镜构件进行夹紧或放松。

步骤520：控制旋转夹台10移动至待焊接位置，待焊接位置为内窥镜构件的焊缝与激光焊接组件20相对的位置；

上述步骤可以通过旋转夹台10的移动，带动旋转夹台10上的内窥镜构件移动，以使内窥镜构件可以移动到待焊接位置，这样就可以让内窥镜构件到达焊接初始位置。

步骤530：移动激光焊接组件20，并使激光焊接组件20与内窥镜构件的焊缝间距等于预设焊接距离；

上述步骤可以通过移动激光焊接组件20来调节焊接距离，焊接距离是指激光焊接组件20与内窥镜构件的焊缝间距，具体是激光焊接头22与焊缝之间的距离，预设焊接距离就是焊接性能更好的距离。激光焊接组件20具体可以通过升降支架33和升降机构的配合下改变激光焊接组件20中激光焊接头22的位置。

步骤540：旋转内窥镜构件的同时移动激光焊接组件20，且使激光焊接组件20与内窥镜构件的焊缝间距始终等于预设焊接距离。

上述步骤可以对焊缝进行激光焊接，在内窥镜构件的旋转过程中焊缝会相对于激光的焊斑移动，在内窥镜构件旋转一圈后可以完成对焊缝的焊接，在焊接的过程中，由于焊缝的形状可以不是圆形，因此会随着内窥镜构件的旋转，焊缝与激光焊接组件20之间的间距会发生变化，通过对激光焊接组件20进行升降，可以调节焊缝与激光焊接组件20之间的间距，在使激光焊接组件20与内窥镜构件的焊缝间距始终等于预设焊接距离之后，就可以使焊缝在任一位置的焊接效果趋于相同，保证激光焊接的稳定性。

需要说明的是，在升降支架33与操作主体31通过升降机构活动连接后，升降机构可以带动升降支架33沿Z轴方向平移运动，进而可以使安装于升降支架33的激光焊接组件20能够靠近或远离旋转夹台10所活动的平面，进而实现安装于旋转夹台10上的内窥镜构件可以相对于激光焊接组件20在有限空间内活动，这样就可以是内窥镜构件上的焊缝与激光焊接组件20之间的距离能够调节，进而可以使激光焊接组件20可以对各种形状的焊缝进行焊接。

参见图6，可选地，在本发明的实施例中，夹持待焊接的内窥镜构件的步骤包括：

步骤511：安装焊接夹头于辅助端13，其中，焊接夹头为上述的焊接夹头，辅助端13为上述的辅助端13；

上述步骤可以使焊接夹头和辅助端13配合形成辅助夹头，比如：镜头焊接夹头15和辅助端13配合形成镜头辅助夹头，椎骨焊接夹头16和辅助端13配合形成椎骨辅助夹头，钢管焊接夹头17和辅助端13配合形成钢管辅助夹头。不同的辅助夹头可以对不同的内窥镜构件进行安装。

步骤512：固定内窥镜构件于旋转端12和辅助端13之间，其中，旋转端12为上述的旋转端12；

上述步骤可以通过旋转端12和辅助端13的配合下，对内窥镜构件进行夹紧固定。

步骤513：把内窥镜构件的两端分别与辅助端13和旋转端12的固定位置对齐；

上述步骤中，在内窥镜构件的两端分别与辅助端13和旋转端12的固定位置对齐后，可以为内窥镜构件的旋转做好准备，辅助端13和旋转端12的配合也可以对内窥镜构件进行定位。

步骤514：控制辅助端13靠近旋转端12并压紧内窥镜构件。

上述步骤可以压紧并固定内窥镜构件，在需要进行焊接时，可以通过旋转端12的带动下使内窥镜构件进行旋转，进而可以配合激光焊接组件20对内窥镜构件上的待焊接焊缝进行焊接。

参见图7，可选地，在本发明的实施例中，控制旋转夹台10移动至待焊接位置，待焊接位置为内窥镜构件的焊缝与激光焊接组件20相对的位置的步骤包括：

步骤521：确定内窥镜构件的焊缝位置；

上述步骤可以对焊缝的位置进行定位，然后以焊缝为基准，将内窥镜构件移动至待焊接位置，待焊接位置可以和激光焊接组件20相对，以便于为激光焊接作业做准备。

步骤522：在第一传动机构和第二传动机构的配合下，带动操作台30上的旋转夹台10移动；

上述步骤可以在第一传动机构和第二传动机构的配合下将旋转夹台10移动到待焊接位置。其中，第一传动机构带动活动桌面32沿X轴方向平移运动，第二传动机构带动活动桌面32沿Y轴方向平移运动，这样可以使活动桌面32能够在平面内活动，旋转夹台10安装于活动桌面32后，可以使旋转夹台10随着活动桌面32在平面内活动；

步骤523：移动内窥镜构件，使内窥镜构件上的焊缝与激光焊接组件20位置相对。

上述步骤可以通过移动内窥镜构件，而将内窥镜构件的焊缝移动至与激光焊接组件20相对的位置。

参见图8，可选地，在本发明的实施例中，移动激光焊接组件20，并使激光焊接组件20与内窥镜构件的焊缝间距等于预设焊接距离的步骤包括：

步骤531：确定激光焊接组件20的激光投射方向及距离；

上述步骤可以确定激光焊接组件20的激光投射方向，激光焊接组件20（具体为激光焊接组件20中的激光焊接头22）与焊缝的距离。

步骤532：在内窥镜构件的焊缝移动至与激光焊接组件20相对的位置之后，激光焊接组件20的激光照射至内窥镜构件的焊缝；

上述步骤可以使激光能够照射至内窥镜构件的待焊接焊缝，为接下来的焊接工作做准备。通过焊缝位置的校准可以保证激光的焊接斑点可以直接照射在焊缝上，具体可以将焊接斑点的中心位置对准焊缝。

步骤533：将激光焊接组件20与内窥镜构件的焊缝间距调节至预设焊接距离。

上述步骤可以根据需要激光焊接头22与待焊接焊缝的之间距离调整至预设焊接距离。这样可以使激光焊接的焊接精度和焊接稳定性更高。

参见图9，可选地，在本发明的实施例中，旋转内窥镜构件的同时移动激光焊接组件20，且使激光焊接组件20与内窥镜构件的焊缝间距始终等于预设焊接距离的步骤包括：

步骤541：通过激光的焊接斑点直径以及相邻焊接斑点的叠加要求，计算内窥镜构件的线性步进距离；

上述步骤用于得出内窥镜构件的线性步进距离，激光焊接并不一定是连续性的焊接，而是根据激光焊接组件20的工作频率来进行一个一个点焊，上述的叠加要求就是指相邻两个焊接斑点的重叠占比，比如相邻焊点可以进行叠加至少70%，也就是说相邻两个焊接斑点至少有百分之70%的重合，非重合区域对应的前进距离就是上述的线性步进距离。

步骤542：根据内窥镜构件的截面形状配合线性步进距离，计算出内窥镜构件的步进角度；

上述步骤中，线性步进距离是一个容易计算的常量，根据内窥镜构件截面形状的周长，可以得出该周长需要进行多少个线性步进距离能走完，步进角度就是单位线性步进距离所对应的旋转角度，结合激光焊接组件20的工作频率可以计算出下述的旋转速度。

步骤543：根据步进角度以及激光焊接组件20的工作频率，得出内窥镜构件的旋转速度；

上述步骤可以通过步进角度和激光焊接组件20的工作频率计算出内窥镜构件需要的旋转速度，具体地，步进角度是单位线性步进距离所对应的旋转角度，工作频率是指单位时间内激光焊接组件20的焊接频率，步进角度乘以工作频率就可以得出内窥镜构件的旋转速度（下文有具体计算示例，这里不再赘述）。

步骤544：根据步进角度以及旋转速度，计算出焊接点与旋转中心的距离；

上述步骤可以根据步进角度以及内窥镜构件的旋转速度计算出焊接点与旋转中心的距离，上述的焊接点是指正需要焊接的焊缝位置。通过焊接点与旋转中心的距离变化，可以推测出激光焊接组件20与焊缝之间的间距相对于预设焊接距离偏离幅度。

步骤545：根据焊接点与旋转中心的距离变化，实时调整激光焊接组件20与内窥镜构件上焊缝的间距并保持在预设焊接距离。

上述步骤可以通过升降机构的辅助下，实时调整激光焊接组件20与内窥镜构件之间的焊缝间距，以使激光焊接组件20与焊缝之间的间距始终可以保持在预设焊接距离，进而提高焊接质量，使整个焊缝的焊接更加均匀可靠。

参见图10至图13，需要说明的是，本发明的内窥镜构件的焊缝为椭圆形焊缝，相邻焊点的叠加要求为：相邻焊点进行叠加至少70%；

在激光焊接斑点的直径为d=0.5mm时，椭圆形焊缝的线性步进距离为d*（1-70%）=0.15mm；

根据椭圆形焊缝的几何图形，由弧长计算公式

可得：

，

，其中，L1为半径为r1时的对应弧长，r1为焊接点与旋转中心的距离；L1为半径 为a时的对应弧长，a为椭圆形焊缝对应的外切圆半径，a也是椭圆形焊缝的长轴长度的一 半；由于a≥r1，得出L2≥L1，即转动同一角度时，以a为半径的圆形弧长大于需焊接椭圆形 焊缝的对应弧长，以a为半径的圆为步进弧长计算依据，以保证叠加焊点的步进距离；在椭 圆形焊缝中的a=9mm时，则步进角度

≈1度；其中，L为弧长，θ为步进角度， r为半径；

在激光焊接组件的工作频率为f=20HZ时，根据步进角度θ为1度，得出焊接速度的v=f*1°=20°/s，焊接速度为转夹台的旋转轴转动速度v；

结合步进角度θ，以及椭圆的标准公式

、焊接点的坐标位置公式

和点到原点的距离公式

，进而计算出椭圆形焊缝上焊接点P距中心点O的距离|OP|；计算得到|OP|值如下：

当θ=

或

时，|OP|=b；

当θ=0或

时，|OP|=a；

当0<θ<

或

<θ<

或

<θ<

或

<θ<

时，|OP|=

根据焊接点与旋转中心的距离|OP|变化，实时调整激光焊接组件与内窥镜构件的焊缝间距并保持在预设焊接距离。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本发明实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (14)

1.一种激光焊接装置，用于对椭圆形焊缝的内窥镜构件进行激光焊接，其特征在于，包括旋转夹台（10）、激光焊接组件（20）、操作台（30）和控制组件（40）；

所述旋转夹台（10）和所述激光焊接组件（20）均安装于所述操作台（30），所述操作台（30）带动所述旋转夹台（10）和所述激光焊接组件（20）相对活动，其中，所述旋转夹台（10）用于夹持并带动所述内窥镜构件旋转，所述激光焊接组件（20）用于对所述内窥镜构件的椭圆形焊缝进行激光焊接；

所述控制组件（40）分别连接于所述旋转夹台（10）、所述激光焊接组件（20）和所述操作台（30），所述控制组件（40）用于操控所述旋转夹台（10）、所述激光焊接组件（20）和所述操作台（30）；

所述控制组件（40）用于根据激光的焊接斑点直径以及相邻焊接斑点的叠加要求计算所述内窥镜构件的线性步进距离，根据所述内窥镜构件的截面形状和线性步进距离获得所述内窥镜构件的步进角度，根据所述步进角度以及所述激光焊接组件（20）的工作频率获得所述内窥镜构件的旋转速度，根据所述步进角度以及所述旋转速度确定所述激光焊接组件（20）的焊接点与所述内窥镜构件的旋转中心的距离，根据所述焊接点与所述旋转中心之间的距离变化，实时调整所述激光焊接组件（20）与所述内窥镜构件上椭圆形焊缝的间距，以使所述间距满足预设焊接距离；

所述操作台（30）包括操作主体（31）、活动桌面（32）；所述操作主体（31）与所述活动桌面（32）活动连接，所述旋转夹台（10）安装于所述活动桌面（32）；

所述旋转夹台（10）包括安装板（11）、旋转端（12）、辅助端（13）和焊接夹头；

所述安装板（11）固定连接于所述活动桌面（32），所述旋转端（12）固定连接于所述安装板（11），所述辅助端（13）滑动连接于所述安装板（11），所述旋转端（12）和所述辅助端（13）间隔设置且间距可调节；

所述辅助端（13）上设置有安装槽（131），所述焊接夹头安装于所述安装槽，所述焊接夹头设置有多种，每种所述焊接夹头对应一种所述内窥镜构件；

所述焊接夹头包括安装部和旋转夹持部，所述安装部与所述安装槽（131）相适配，所述旋转夹持部转动连接于所述安装部；

多种所述焊接夹头的所述安装部结构相同，且多种所述焊接夹头的所述旋转夹持部结构不同。

2.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，所述操作台（30）还包括第一传动机构、第二传动机构、升降支架（33）和升降机构；

所述操作主体（31）与所述活动桌面（32）通过所述第一传动机构和所述第二传动机构活动连接，所述升降支架（33）与所述操作主体（31）通过所述升降机构活动连接，所述激光焊接组件（20）安装于所述升降支架（33）；

所述第一传动机构带动所述活动桌面（32）沿X轴方向平移运动，所述第二传动机构带动所述活动桌面（32）沿Y轴方向平移运动，所述升降机构带动所述升降支架（33）沿Z轴方向平移运动。

3.根据权利要求2所述的激光焊接装置，其特征在于，所述旋转夹台（10）还包括控制结构（14）；

所述控制结构（14）与所述辅助端（13）连接，所述控制结构（14）用于带动所述辅助端（13）靠近或远离所述旋转端（12）。

4.根据权利要求3所述的激光焊接装置，其特征在于，所述旋转端（12）包括安装支架（121）、驱动件（122）和旋转主动夹头（123），所述安装支架（121）固定连接于所述安装板（11），所述驱动件（122）固定连接于所述安装支架（121），所述旋转主动夹头（123）转动连接于所述安装支架（121）；

其中，所述驱动件（122）与所述旋转主动夹头（123）连接并带动所述旋转主动夹头（123）旋转。

5.根据权利要求3所述的激光焊接装置，其特征在于，所述安装板（11）上还设置有限位块（112），所述限位块（112）处于所述旋转端（12）与所述辅助端（13）之间，所述限位块（112）用于对所述辅助端（13）平移距离进行限位。

6.根据权利要求3所述的激光焊接装置，其特征在于，所述辅助端（13）上设置有限位拉销，所述限位拉销与所述焊接夹头可拆卸地连接，所述限位拉销用于限位并锁紧所述焊接夹头；

所述限位拉销包括限位柱（1321）、弹性件和拉环（1322），所述限位柱（1321）穿设于所述辅助端（13）并至少部分地延伸至所述安装槽（131）内，所述限位柱（1321）能够伸入或伸出所述安装槽（131）；

所述弹性件的第一端与所述限位柱（1321）连接，所述弹性件的第二端与所述辅助端（13）连接，所述弹性件用于对所述限位柱（1321）复位；

所述拉环（1322）安装于所述限位柱（1321）背离所述安装槽（131）的一端，所述焊接夹头的外侧设置有与所述限位柱（1321）适配的限位孔。

7.根据权利要求3所述的激光焊接装置，其特征在于，所述控制结构（14）包括传动件（141）和控制阀（142），所述传动件（141）和控制阀（142）连接，所述传动件（141）的固定端安装于所述安装板（11），所述传动件（141）的传动端与所述辅助端（13）连接；

所述控制阀（142）控制所述传动件（141）工作，以带动所述辅助端（13）靠近或远离所述旋转端（12）。

8.根据权利要求3所述的激光焊接装置，其特征在于，所述焊接夹头包括镜头焊接夹头（15）、椎骨焊接夹头（16）和钢管焊接夹头（17），所述内窥镜构件包括镜头焊接构件、椎骨焊接构件和钢管焊接构件；

所述镜头焊接构件通过所述镜头焊接夹头（15）和所述旋转端（12）的旋转主动夹头（123）夹持；

所述椎骨焊接构件配合椎骨限位安装件和顶紧弹簧形成椎骨焊接组合件，所述椎骨焊接组合件通过所述椎骨焊接夹头（16）和所述旋转主动夹头（123）夹持；

所述钢管焊接构件配合镜头固定件和镍钛环保护块形成钢管焊接组合件，所述钢管焊接组合件通过所述钢管焊接夹头（17）和所述旋转主动夹头（123）夹持。

9.根据权利要求2所述的激光焊接装置，其特征在于，所述激光焊接组件（20）包括激光发生器（21）和激光焊接头（22），所述激光发生器（21）与所述激光焊接头（22）连接，所述激光发生器（21）与控制组件（40）连接，所述激光焊接头（22）安装于所述升降支架（33）。

10.根据权利要求2所述的激光焊接装置，其特征在于，所述第一传动机构、所述第二传动机构和所述升降机构均为滚珠丝杠机构。

11.一种内窥镜构件焊接方法，其特征在于，所述内窥镜构件的焊缝为椭圆形焊缝，所述椭圆形焊缝通过权利要求1-10中任一项所述的激光焊接装置进行焊接，焊接方法包括：

夹持待焊接的所述内窥镜构件；

控制旋转夹台（10）移动至待焊接位置，所述待焊接位置为所述内窥镜构件的椭圆形焊缝与激光焊接组件（20）相对的位置；

移动所述激光焊接组件（20），并使所述激光焊接组件（20）与所述内窥镜构件的椭圆形焊缝间距等于预设焊接距离；

旋转所述内窥镜构件的同时移动所述激光焊接组件（20），且使所述激光焊接组件（20）与所述内窥镜构件的椭圆形焊缝间距始终等于预设焊接距离；

所述使所述激光焊接组件（20）与所述内窥镜构件的椭圆形焊缝间距始终等于预设焊接距离，包括：

根据焊接点与所述内窥镜构件的旋转中心之间的距离变化，实时调整所述激光焊接组件（20）与所述内窥镜构件上椭圆形焊缝的间距并保持在预设焊接距离；

其中，焊接点与所述内窥镜构件的旋转中心之间的距离根据所述内窥镜构件的步进角度以及旋转速度确定；所述步进角度根据所述内窥镜构件的截面形状配合线性步进距离计算获得；所述旋转速度根据所述步进角度以及所述激光焊接组件（20）的工作频率计算获得；所述线性步进距离根据激光的焊接斑点直径以及相邻焊接斑点的叠加要求计算获得。

12.根据权利要求11所述的内窥镜构件焊接方法，其特征在于，所述夹持待焊接的所述内窥镜构件的步骤包括：

安装焊接夹头于辅助端（13）；

固定所述内窥镜构件于旋转端（12）和所述辅助端（13）之间；

把所述内窥镜构件的两端分别与所述辅助端（13）和所述旋转端（12）的固定位置对齐；

控制所述辅助端（13）靠近所述旋转端（12）并压紧所述内窥镜构件。

13.根据权利要求11所述的内窥镜构件焊接方法，其特征在于，所述控制旋转夹台（10）移动至待焊接位置，所述待焊接位置为所述内窥镜构件的椭圆形焊缝与激光焊接组件（20）相对的位置的步骤包括：

确定所述内窥镜构件的椭圆形焊缝位置；

在第一传动机构和第二传动机构的配合下，带动所述操作台（30）上的所述旋转夹台（10）移动；

移动所述内窥镜构件，使所述内窥镜构件上的椭圆形焊缝与所述激光焊接组件（20）位置相对。

14.根据权利要求11所述的内窥镜构件焊接方法，其特征在于，所述移动所述激光焊接组件（20），并使所述激光焊接组件（20）与所述内窥镜构件的椭圆形焊缝间距等于预设焊接距离的步骤包括：

确定所述激光焊接组件（20）的激光投射方向及距离；

在所述内窥镜构件的椭圆形焊缝移动至与所述激光焊接组件（20）相对的位置之后，所述激光焊接组件（20）的激光照射至所述内窥镜构件的椭圆形焊缝；

将所述激光焊接组件（20）与所述内窥镜构件的椭圆形焊缝间距调节至预设焊接距离。

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