CN115229366A - 一种焊接头用光路调节装置及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接头用光路调节装置及其调节方法，包括壳体，壳体底部设有激光源通道，壳体内设有调整装置，调整装置包括位于壳体内的支撑架、位于支撑架上转动设有的振镜、位于壳体内壁上与振镜连接的转动电机，壳体一侧设有激光出口，激光出口上设有与振镜联动的出口管，出口管上下两端设有连接弹簧、连接弹簧底部设有连接块，连接块上铰接设有连接杆，连接杆顶端与振镜顶端铰接，连接杆上设有透光槽。调节后可以有效对激光在传输过程中进行角度的调整以及偏转，保证出口管不会影响到激光的传输，并通过联动的方式针对安装以及角度偏转统一进行操控，整体较为方便简单，便于在手持激光焊接机上进行使用，通过微调更符合使用者的操作。

Description

一种焊接头用光路调节装置及其调节方法

技术领域

本发明涉激光设备领域，具体涉及一种焊接头用光路调节装置及其调节方法。

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。20世纪70年代主要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。

中国的激光焊接处于世界先进水平，具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中。2013年10月，中国焊接专家获得了焊接领域最高学术奖--布鲁克奖，中国激光焊接水平得到了世界的肯定。

目前，公开号为CN104801853A的中国专利公开了一种用于激光焊接机的基于微型二维滑台的激光光路调节系统，它包括激光光路组件、聚焦装置、X/Y向平移装置、支撑平台和万向球支撑滑动装置，激光光路组件固定安装在支撑平台上，支撑平台固定安装在X/Y向平移装置上，激光光路组件的一端固定连接聚焦装置，激光光路组件的另一端安装万向球支撑滑动装置。

这种用于激光焊接机的基于微型二维滑台的激光光路调节系统虽然能够将激光光路组件直接安装在X/Y向平移装置上，通过X/Y向平移装置来完成激光光路组件的调节，相对于传统的移动待焊器件的方法， 能够对光路系统进行微调，对焊点进行精准的定位，并且操作方便，工作量小，但是这种调整装置往往不适用与手持激光焊接机上，无法进行随时的调整。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接头用光路调节装置及其调节方法，其具有可以有效的安装在手持激光焊接机上，随时对激光的角度进行调解，方便使用的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种焊接头用光路调节装置，包括壳体，所述壳体底部设有激光源通道，所述壳体内还设有调整装置，所述调整装置包括位于壳体内的支撑架、位于支撑架上转动设有的振镜、位于壳体内壁上与振镜连接的转动电机，所述壳体一侧还设有激光出口，所述激光出口上还设有与振镜联动的出口管，所述出口管上下两端设有连接弹簧、所述连接弹簧底部设有连接块，所述连接块上铰接设有的连接杆，所述连接杆顶端与振镜顶端铰接，所述连接杆上还设有透光槽。

通过采用上述技术方案，设有的激光源通道用于将激光传输进入壳体，并通过振镜的反射将激光从出口管射出，而为了方便调解光线的角度可以通过设有的转动电机带动着振镜进行转动，从而使得激光发生便宜，同时为了避免偏移后的激光打在出口管上，通过设有的连接弹簧在振镜转动的过程中会通过连接杆对出口管上下某一端进行拉扯，从而使得出口管也发生一定的转动偏移，从而保证激光可以有效的通过出口管射出。

进一步设置：所述激光出口与壳体之间还设有保护罩，所述保护罩与出口管之间设有密封褶皱布。

通过采用上述技术方案，设有的保护罩可以有效的保护出口管与壳体之间的缝隙，同时设有的密封褶皱布可以有效的在出口管发生偏转的同时给与一定的空间。

进一步设置：所述连接块与保护罩之间还设有滑移装置，所述滑移装置包括位于连接块上设有卡块及位于保护罩内壁上设有的滑槽。

通过采用上述技术方案，设有的滑移装置可以有效的固定住出口管，使得出口管与壳体的连接相对较为稳定，即使出现拉动的情况，也不会脱离原有的位置。

进一步设置：所述保护罩内壁边缘上还设有与转动电机电连接的压力开关，所述出口管边缘设有与压力开关匹配的压块。

通过采用上述技术方案，设有的压块可以有效的在出口管偏移到一定位置的时候触碰到压力开关，从而停止转动电机的转动，也是进一步提醒使用人员出口管的偏转到了最大角度，较少出现转动电机空转的情况，减少内部设备损伤。

进一步设置：所述出口管内还设有激光场镜。

通过采用上述技术方案，设有的激光场镜可以有效的聚集接收到的激光光线，从而进行有效的焊接等工作。

进一步设置：所述转动电机外还设有稳固装置，所述稳固装置包括包裹转动电机的绝缘层，所述绝缘层外设有抱箍，所述抱箍上还设有贯穿壳体至外部的稳固螺栓，所述稳固螺栓两端还设有拧紧螺母。

通过采用上述技术方案，设有的稳固装置可以有效的稳定住转动电机，同时设有的绝缘层一方面可以减少出现漏电的情况，另一方面可以有效的减少转动电机产生的震动从而影响到振镜的偏转，同时设有的稳固螺栓贯穿到壳体外可以有效的在外部进行控制。

进一步设置：所述稳固螺栓与壳体之间还设有缓冲密封垫圈。

通过采用上述技术方案，设有的缓冲密封垫圈可以有效的保证整体的密封性，同时可以在微弱的振动传递到壳体的时候再通过缓冲密封垫圈进行进一步的减震。

进一步设置：所述壳体底部还设有连接装置，所述连接装置包括位于壳体底部设有的连接伸缩杆，所述连接伸缩杆两侧设有压力弹簧，所述压力弹簧顶端设有弹性固定块。

通过采用上述技术方案，设有的连接装置可以有效的插入到其他设备中，并插入到底部时通过弹性固定块的弹出将整个装置锁定。

进一步设置：所述转动电机出口还铰接设有下压杆，所述下压杆上铰接有连杆，所述连杆与连接伸缩杆铰接。

通过采用上述技术方案，设有的下压杆可以在转动电机出口下压整个连接伸缩杆，伸缩杆插入到其他设备上后弹出整个弹性固定块，而整个装置在调整的时候由于连接伸缩杆的伸缩作用也可以辅助整个设备的调整。

本发明的目的是提供一种焊接头用光路调节装置的调节方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：取标定格栅板，确定坐标原点；

步骤2：开启所述焊接头用光路调节装置，以出口管的出射激光对准坐标原点，定位，确认标定格栅板与出口管的距离L；

步骤3：以高速摄像头对出射激光进行记录，控制转动电机分别正向和反向以预设速度转动预设时间，带动出射激光位置自初始点发生偏移后进行方位定位；

步骤4：比较坐标原点两侧的激光切割线，若水平方向上无法重合，则调节转动电机，重复步骤3，否则，进行下一步；

步骤5：读取高速摄像头采集的视频，以预设采样频率获取指定时刻的激光切割图像，对图像预处理，若存在光干扰点，则对转动电机和/或激光的光路进行调节，重复步骤3，否则结束调节。

进一步设置：所述步骤5中，判断光干扰点包括以下步骤：

步骤5.1：将转动电机正向和反向转动时的激光切割图像分组；

步骤5.2：对于所有激光切割图像进行二值化归一处理，获取切割轨迹边缘；

步骤5.3：对于任一组激光切割图像，

若长度差异大于预设值，则存在光干扰点，进行调节，重复步骤3；

若存在空隙，则存在光干扰点，进行调节，重复步骤3；

若轨迹中任一像素值大于所有的四周像素点的像素值，则存在光干扰点，进行调节，重复步骤3；

否则，结束调节。

综上所述，本发明具有以下有益效果：可以有效的对激光在传输过程中进行角度的调整以及偏转，同时保证出口管不会影响到激光的传输，并通过联动的方式针对安装以及角度偏转统一进行操控，整体较为方便简单，便于在手持激光焊接机上进行使用，同时可以根据调节方法来对激光的部分进行有效的微调，从而更为符合使用者的操作。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是焊接头用光路调节装置整体结构示意图；

图2是焊接头用光路调节装置另一角度整体结构示意图；

图3是焊接头用光路调节装置用于显示内部结构示意图；

图4是焊接头用光路调节装置的调节方法流程图。

图中，1、壳体；2、激光源通道；3、调整装置；31、支撑架；32、振镜；33、转动电机；34、激光出口；35、出口管；36、连接弹簧；37、连接块；38、连接杆；39、透光槽；4、保护罩；5、密封褶皱布；6、滑移装置；61、卡块；62、滑槽；7、压力开关；8、压块；9、激光场镜；10、稳固装置；101、绝缘层；102、抱箍；103、稳固螺栓；104、拧紧螺母；105、缓冲密封垫圈；11、连接装置；111、连接伸缩杆；112、压力弹簧；113、弹性固定块；12、下压杆；13、连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明所采用的技术方案是：一种焊接头用光路调节装置，如图1、图2及图3所示，包括壳体1，壳体1底部设有激光源通道2，同时在壳体1内还设有调整装置3，而调整装置3包括位于壳体1内的支撑架31，在支撑架31上转动设有振镜32，而壳体1内壁上与振镜32连接的转动电机33，在壳体1一侧还设有激光出口34，而激光出口34上还设有与振镜32联动的出口管35，出口管35内还设有激光场镜9,在出口管35上下两端设有连接弹簧36，而连接弹簧36底部设有连接块37，在连接块37上铰接设有的连接杆38，连接杆38顶端与振镜32顶端铰接，而连接杆38上还设有透光槽39。

激光出口34与壳体1之间还设有保护罩4，保护罩4与出口管35之间设有密封褶皱布5，同时连接块37与保护罩4之间还设有滑移装置6，滑移装置6包括位于连接块37上设有卡块61及位于保护罩4内壁上设有的滑槽62，保护罩4内壁边缘上还设有与转动电机33电连接的压力开关7，而出口管35边缘设有与压力开关7匹配的压块8。在转动电机33外还设有稳固装置10，稳固装置10包括包裹转动电机33的绝缘层101，绝缘层101外设有抱箍102，同时抱箍102上还设有贯穿壳体1至外部的稳固螺栓103，稳固螺栓103两端还设有拧紧螺母104，在稳固螺栓103与壳体1之间还设有缓冲密封垫圈105，壳体1底部还设有连接装置11，连接装置11包括位于壳体1底部设有的连接伸缩杆111，连接伸缩杆111两侧设有压力弹簧112，压力弹簧112顶端设有弹性固定块113，转动电机33出口还铰接设有下压杆12，下压杆12上铰接有连杆13，连杆13与连接伸缩杆111铰接。

其主要工作原理：在使用过程中，激光通过激光源通道2进入到壳体1内部，而在进入之前，可以通过转动电机33的转动带动连接下压杆12下压连杆13，而连杆13与连接伸缩杆111铰接，从而连接伸缩杆111将会下压于其他设备的卡口连接，到达一定的位置的时候，弹性固定块113将会弹出，从而保证整个连接装置11的稳固，同时在使用的时候可以通过壳体1两侧的稳固螺栓103以及拧紧螺母104的作用，从而将整个装置固定住，同时设有的缓冲密封垫圈105等可以有效的减少转动电机33产生的震动，从而减少对激光传输的影响，同时在固定好连接伸缩杆111后，转动电机33继续的偏转将会调节整个激光的光路，而调节的过程中由于连接杆38的作用，将会带动出口管35上的连接弹簧36的拉伸，从而带动出口管35的偏转，而设有的密封褶皱布5将会有效的给与出口管35偏转一定的空间，同时设有的滑移装置6也将会稳固住整个出口管35的连接，激光进入到壳体1内部将会反射在振镜32上，在通过振镜32传输到出口管35的场镜上，从而完成整个传输，而一旦需要进行角度的调整的时候可以使用转动电机33带动振镜32的转动，并由出口管35匹配的偏转，从而完成整个激光方向的调整。

如图4所示，本发明还涉及焊接头用光路调节装置的调节方法，包括以下步骤：

步骤1：取标定格栅板，确定坐标原点，作为基准；

步骤2：开启所述焊接头用光路调节装置，以出口管35的出射激光对准坐标原点，定位，确认标定格栅板与出口管35的距离L，在不同距离下，激光切割的宽度需要调节，故在调节环节首先应当确保格栅板与出口管35的距离一致；

步骤3：以高速摄像头对出射激光进行记录，控制转动电机33分别正向和反向以预设速度转动预设时间，带动出射激光位置自初始点发生偏移后进行方位定位，方向定位是指进行切割线相背于坐标原点的端部确认；

步骤4：比较坐标原点两侧的激光切割线，若水平方向上无法重合，表示转动电机33在正转和反转时存在不一致，很可能存在卡顿等，这将导致转动电机33在进行较大长度的切割时无法确保切割在同一条线，故调节转动电机33，完成调节后重复步骤3，否则，进行下一步；

步骤5：读取高速摄像头采集的视频，以预设采样频率获取指定时刻的激光切割图像，对图像预处理，若存在光干扰点，表示激光切割存在包括但不限于断点、重复点等情况，影响切割效果，故需要对转动电机33和/或激光的光路进行调节，重复步骤3，否则结束调节。

在步骤5中，判断光干扰点包括以下步骤：

步骤5.1：将转动电机33正向和反向转动时的激光切割图像分组；

步骤5.2：对于所有激光切割图像进行二值化归一处理，获取切割轨迹边缘；

步骤5.3：对于任一组激光切割图像，包括转动电机33正向和反向转动时的激光切割图像；

当一组里的2个激光切割图像的长度差异大于预设值，则存在光干扰点，这里主要存在的情况是转动电机33正向和反向转动的过程中的功率不同，进而导致可能因为抖动和/或动力差异而使得激光切割图像存在长度差；一般较小的差异都属于合理的精度范围内，可以忽略不计，但当差异较大时，可以通过调节电机的输出功率和/或调节实际工作过程中的坐标原点（出射点）来使得转动电机33正向和反向转动的输出可控，当然，也可以将此长度差作为误差，应用于实际的作业中；

若存在空隙，则存在光干扰点，这里主要存在的情况是转动电机33在转动的过程中为非匀速和/或激光的整个入射至出射通道（激光的光路）存在干扰或遮挡，需要对转动电机33进行调试，和/或对激光的整个入射至出射通道（激光的光路）进行复查，确保光路完整、无遮挡；

若轨迹中任一像素值大于所有的四周像素点的像素值，则存在光干扰点，这里则是指某一个光点的直径明显大、或在进行二值化处理后明显更亮，则可能造成激光切割后边缘的不平整，出现毛刺的情况，这种情况可能是转动电机33在运行过程中存在顿点，亦可能是激光的光路（一般是激光本身）存在不平整之处，故需要对转动电机33进行调试，和/或对激光的整个入射至出射通道（激光的光路）进行复查，确保光路平整；

针对以上存在光干扰点的情况，在调节完成后，需要重复步骤3，直至确认调节完成。

当不存在光干扰点时，则结束调节。

以上是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种焊接头用光路调节装置，包括壳体（1），所述壳体（1）底部设有激光源通道（2），其特征在于：所述壳体（1）内还设有调整装置（3），所述调整装置（3）包括位于壳体（1）内的支撑架（31）、位于支撑架（31）上转动设有的振镜（32）、位于壳体（1）内壁上与振镜（32）连接的转动电机（33），所述壳体（1）一侧还设有激光出口（34），所述激光出口（34）上还设有与振镜（32）联动的出口管（35），所述出口管（35）上下两端设有连接弹簧（36）、所述连接弹簧（36）底部设有连接块（37），所述连接块（37）上铰接设有的连接杆（38），所述连接杆（38）顶端与振镜（32）顶端铰接，所述连接杆（38）上还设有透光槽（39）。

2.根据权利要求1所述的一种焊接头用光路调节装置，其特征在于：所述激光出口（34）与壳体（1）之间还设有保护罩（4），所述保护罩（4）与出口管（35）之间设有密封褶皱布（5）。

3.根据权利要求2所述的一种焊接头用光路调节装置，其特征在于：所述连接块（37）与保护罩（4）之间还设有滑移装置（6），所述滑移装置（6）包括位于连接块（37）上设有卡块（61）及位于保护罩（4）内壁上设有的滑槽（62）。

4.根据权利要求3所述的一种焊接头用光路调节装置，其特征在于：所述保护罩（4）内壁边缘上还设有与转动电机（33）电连接的压力开关（7），所述出口管（35）边缘设有与压力开关（7）匹配的压块（8），所述出口管（35）内还设有激光场镜（9）。

5.根据权利要求4所述的一种焊接头用光路调节装置，其特征在于：所述转动电机（33）外还设有稳固装置（10），所述稳固装置（10）包括包裹转动电机（33）的绝缘层（101），所述绝缘层（101）外设有抱箍（102），所述抱箍（102）上还设有贯穿壳体（1）至外部的稳固螺栓（103），所述稳固螺栓（103）两端还设有拧紧螺母（104）。

6.根据权利要求5所述的一种焊接头用光路调节装置，其特征在于：所述稳固螺栓（103）与壳体（1）之间还设有缓冲密封垫圈（105）。

7.根据权利要求6所述的一种焊接头用光路调节装置，其特征在于：所述壳体（1）底部还设有连接装置（11），所述连接装置（11）包括位于壳体（1）底部设有的连接伸缩杆（111），所述连接伸缩杆（111）两侧设有压力弹簧（112），所述压力弹簧（112）顶端设有弹性固定块（113）。

8.根据权利要求7所述的一种焊接头用光路调节装置，其特征在于：所述转动电机（33）出口还铰接设有下压杆（12），所述下压杆（12）上铰接有连杆（13），所述连杆（13）与连接伸缩杆（111）铰接。

9.一种权利要求1~8之一所述的焊接头用光路调节装置的调节方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：取标定格栅板，确定坐标原点；

步骤2：开启所述焊接头用光路调节装置，以出口管（35）的出射激光对准坐标原点，定位，确认标定格栅板与出口管（35）的距离L；

步骤3：以高速摄像头对出射激光进行记录，控制转动电机（33）分别正向和反向以预设速度转动预设时间，带动出射激光位置自初始点发生偏移后进行方位定位；

步骤4：比较坐标原点两侧的激光切割线，若水平方向上无法重合，则调节转动电机（33），重复步骤3，否则，进行下一步；

步骤5：读取高速摄像头采集的视频，以预设采样频率获取指定时刻的激光切割图像，对图像预处理，若存在光干扰点，则对转动电机（33）和/或激光的光路进行调节，重复步骤3，否则结束调节。

10.根据权利要求9所述的焊接头用光路调节装置的调节方法，其特征在于：所述步骤5中，判断光干扰点包括以下步骤：

步骤5.1：将转动电机（33）正向和反向转动时的激光切割图像分组；

步骤5.2：对于所有激光切割图像进行二值化归一处理，获取切割轨迹边缘；

步骤5.3：对于任一组激光切割图像，

若长度差异大于预设值，则存在光干扰点，进行调节，重复步骤3；

若存在空隙，则存在光干扰点，进行调节，重复步骤3；

若轨迹中任一像素值大于所有的四周像素点的像素值，则存在光干扰点，进行调节，重复步骤3；

否则，结束调节。

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