CN115815802A - 一种光斑可监控、可调的手持激光焊接头及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种光斑可监控、可调的手持激光焊接头及控制方法，为实现激光焊接效果的实时监测及光斑的实时调节提供技术方案。为了构造一种不易受环境和其它的不良因素干扰，准确的进行焊接头反射光检测，以及时的在焊接头遇到不利情况和意外情况时调整焊接装置。

Description

一种光斑可监控、可调的手持激光焊接头及控制方法

技术领域

本发明涉及光斑可监控、可调的手持激光焊接头及控制方法，尤其的，为实现激光焊接效果的实时监测及光斑的实时调节提供技术方案。

背景技术

手持激光焊接用手持式焊接枪替代传统的固定光路，是一种以高能量密度激光束作为热源的高效便捷的精密焊接技术；手持激光焊接头主要通过使用光学镜片来实现对激光束的整形及输出，是激光焊接设备中的重要装置。目前常见激光焊接头主要采用振镜式和旋转式两种方案实现光束轨迹摆动。

目前手持激光焊接头有两种技术方案：高速转动的楔形棱镜方案和摆动振镜方案，两种技术手段均可以实现光路调节，提升焊接效果，但也存在缺陷。首先，不能有效识别焊接效果。其次，光束摆动轨迹确定，难以根据工件的尺寸公差实现光束的有效调节。最后，光路的实时变换也降低了其长期工作的稳定性与安全性。

目前的现有技术，如CN112828442A通过摇摆电机驱动反射镜，并不能有效的识别焊接效果加以调节和改进。现有技术中关于焊接效果的实时诊断和调节的现有技术如CN214558228U、CN110340552A、CN109297976A都仅仅只涉及了利用传感器检测反射光，通过光强或是能量模型识别焊接效果，只是对一个综合复杂过程(激光能量和焊接表面复杂相互作用)的模糊作用结果加以检测，不仅不能排除环境因素的干扰，还不能从过程中加以检测并分析，因此，在异常出现时往往难以准确分析出其核心原因，不能够精确的检测焊接过程激光能量是否稳定和均匀以实现调节，也不能够及时的检测焊接面的物理变化过程的异常以防止焊接面的不受期望的变化而造成的损害，不能够更直接和迅速的给出焊接面异常的检测结果。

由于激光的对人眼的危害性较高，且激光有时容易经过物体的表面反射进入人眼，造成不期望的危害，当在焊接过程中出现焊穿或是激光达到一些不规则的表面时或是焊接过程中的意外导致激光的路径出现不在预期之内的变化时，容易造成意外的伤害。另外，如果能够精确的分析焊接过程，从焊接过程中识别焊接光束质量参数和焊接表面形态等，这样既可以精确控制焊接过程，又可以第一时间处理各种意料之外的情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种光斑可监控、可调的手持激光焊接头及控制方法，克服了现有技术的不足，设计合理。

往常的仅仅通过反射光强等数据探测焊接的情况，干扰因素较多，且容易受环境的干扰而误判，因此希望能有一种检测准确，快速和不易受环境的干扰的检测系统以辅助焊接机。为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种可调的手持激光焊接头，包括准直系统、反射系统、聚焦系统、检测系统、控制系统、激光输出部分和激光驱动系统；激光输出部分包括用于产生焊接激光的激光器部分和输出焊接激光的输出光纤；准直系统包括准直镜，用于将光纤输出的发散光束整形为准直激光；反射系统包括反射镜片及摆动电机，反射镜片可以在摆动电机的控制下内摆动，实现准直光束的轨迹摆动；聚焦系统包括聚焦镜片，用于将准直激光束聚焦；检测系统包括一个或多个光电传感器，用于检测反射光；控制系统包括数据处理器及控制器，数据处理器处理光电传感器输出的电信号，控制器根据数据处理器输出的处理结果信号控制反射系统的摆动电机和/或激光输出驱动系统；激光驱动系统用于驱动焊接激光从激光输出部分输出，其可以通过接受控制系统输出的信号，以驱动激光输出部分输出焊接激光。

优选地，检测系统获取激光焊接开始之后的反射光强数据，控制系统分析反射光强数据的波形，控制系统根据光电传感器检测到的反射光信号光强随着时间变化的波形控制反射系统的摆动电机和/或激光输出驱动系统。

优选地，光电传感器的反射光强度波形中，当第一下降沿宽度或第二下降沿宽度小于第二预设宽度值，则通过控制系统降低激光功率密度。

优选地，光电传感器的反射光强度波形中，当第一下降沿宽度或第二下降沿宽度大于第三预设宽度时，则通过控制系统提高激光功率密度。

优选地，通过根据需要增大摆动电机在各方向上的摆动角度，以降低激光功率密度，或是，通过根据需要减小摆动电机在各方向上的摆动角度，以提高激光功率密度。

优选地，当光电传感器的反射光强度信号波形的第一下降沿宽度或第二下降沿宽度低于第二预设宽度值时，则降低焊接激光的功率密度，降低激光输出部分的激光输出功率和/或在第一范围内增大摆动电机在各个方向上的摆动角度。

优选地，当光电传感器的反射光强度信号波形的第一下降沿宽度或第二下降沿宽度小于第一预设宽度时，使得控制器立即关闭激光；或是，激光驱动系统7驱动驱动激光器工作的输出功率处于大于第一预定功率值和小于第二预定功率值时，第一预定功率值小于第二预定功率值，当激光器工作的输出功率处于第一预定功率值和第二预定功率值之间时，各个光电传感器检测到的反射信号低于第一预设反射强度阈值时，控制器控制激光焊设备关闭。

优选地，包括4个光电传感器，四个光电传感器分别位于光传输路径的径向上的+x，+y，-x，-y四个方向上，控制系统包括数据处理器及控制器，数据处理器处理并整合四个电信号，控制器根据各个光电传感器的波形强度的差异性，按照各个光电传感器的电信号幅值与反射镜在各个方向摆动角度的转换关系相应控制摆动电机，矫正反射镜在对应方向上的摆动幅度，以实现光斑的匀化。

优选地，包括4个光电传感器，四个光电传感器分别位于光传输路径的径向上的+x，+y，-x，-y四个方向上，控制系统包括数据处理器及控制器，数据处理器处理并整合四个电信号，按照各个光电传感器的反射光强度波形下降沿的宽度与反射镜在各个方向摆动角度的转换关系相应控制摆动电机，矫正反射镜在对应方向上的摆动幅度，以实现光斑的匀化。

优选地，在处于连续焊接模式时，在需要稳定焊接点能量密度的情况下，当处理器获取的传感器第i周期内第一下降沿或第二下降沿的宽度处于第一设定范围时，处理器不发出改变激光器功率或改动摆动角度的指令；当处理器获取的第一下降沿或第二下降沿的宽度大于第一设定范围上限时，处理器发出增加激光输出部分6的激光输出功率和或减小摆动电机在对应方向上的摆动角度，直到获取第i+m周期内第一下降沿或第二下降沿宽度处于第一设定范围；当处理器获取的第一下降沿或第二下降沿的宽度小于第一设定范围下限时，降低激光输出部分的激光输出功率和或增大摆动电机在对应方向上的摆动角度，直到第i+n周期内的第一下降沿或第二下降沿宽度处于第一设定范围。一种光斑可监控的可调的手持激光焊接头的控制方法，包括手持激光焊接头，根据反射光信号光强随着时间变化的波形进行调控，控制器可以根据反射光信号光强根据时间变化的波形控制激光的输出光强和/或摆动电机的摆动角度。

本发明提供了一种光斑可监控、可调的手持激光焊接头及控制方法。

本发明的有益效果是：本发明在手持振镜式激光焊接头上增设光电传感器。首先，通过接收四个角度上的回返光信号，实时监测工件的焊接效果；其次，当光电探测器探测到回返信号的波形的波动或异常，控制系统可以根据信号的波形控制电机，相应调节光学镜片的摆动幅度及摆动频率以匀化焊斑，强化焊接效果；最后，当回返光信号的强度出现超出设定阈值范围，可判断处于异常焊接状态或非正常出光状态，激光焊设备自动报警并关光，保护操作人员及设备的安全。

通过采用在焊接头上增设多个光电传感器接收工件上回返光信号的方式，探测各信号的幅值及下降沿的变化速度，信号幅值、下降速度与振镜摆动角度的转换关系进一步实现对摆动振镜摆幅及摆频的调节，或实现激光设备的及时关闭，达到优化焊接效果及保护人员、设备安全的目的。

本方案可以实现摆动振镜摆幅及摆频的实时控制，提高焊接效果及稳定性。设置多个反射光强度检测器，可以包括4个光电传感器，位于平面的+x，+y，-x，-y四个方向，控制系统包括数据处理器及控制器，数据处理器处理并整合四个电信号，控制器根据各个光电传感器的波形强度的差异性，按照各个光电传感器的电信号幅值或下降沿宽度与振镜(反射镜)在各个方向摆动角度的转换关系相应控制摆动电机，矫正反射镜在对应方向上的摆动幅度，以实现光斑的匀化。优选地，光电传感器的电信号幅值(或下降沿宽度)与反射镜在各个方向摆动角度的转换关系可以通过预设的数据或是预设的程序或是自适应的算法计算的出。

本方案可以实时监控回返激光的异常信号，反馈至控制系统，及时关闭激光设备，保护操作人员及加工设备的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的焊接头的结构示意图；

图2是本发明的光电传感器的示意图；

图3是本发明的控制过程示意图；

图4是脉冲模式下的光电传感器的波形图；

图5是连续模式下的光电传感器的波形图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例提供了一种光斑可监控、可调的手持激光焊接头及控制方法。

一种光斑可监控、可调的手持激光焊接头，该手持激光焊接头主要包括准直系统1、反射系统2、聚焦系统3、检测系统4、控制系统5、激光输出部分6和激光驱动系统7。

准直系统1包括准直镜片，将光纤输出的发散光束整形为准直激光。

反射系统2包括反射镜片及摆动电机，反射镜片可以在摆动电机的控制下以一定的摆动频率及摆动幅度在二维平面内小幅度摆动，实现准直光束的轨迹摆动。优选地，包括摆动电机驱动部分，用于驱动摆动电机，可以通过接收控制系统输出的信号控制摆动电机驱动部分，摆动电机驱动部分驱动摆动电机，以实现反射镜摆幅及摆频的调节。

聚焦系统3包括聚焦镜片，用于将准直激光束聚焦在加工工件上；并汇聚回返光至光电探测器。

检测系统4包括一个或多个光电传感器，优选地包括多个光电传感器，优选地包括四个光电传感器，优选地，为了较精准探测焊接效果，四个光电传感器朝向激光焊接嘴方向等间距、对称放置，优选地，采用带有聚焦镜及光学滤波片的光电探测器。其可将光信号转换为电信号传输到控制系统。另外的，还可根据实际所需检测精度的要求及实际回返光强度的强弱，对光电传感器的规格、数目或摆放位置、角度等参数进一步的优化。优选地，还包括对光电传感器测得的光强信号进行处理分析的反射光信号处理部分。可以将检测系统获取的信号输出到激光驱动系统中的控制器部分。

控制系统5包括数据处理器及控制器，数据处理器处理并整合多个光电传感器输出的电信号，控制器根据数据处理器输出的处理结果信号控制反射系统的摆动电机和/或激光输出驱动系统7。优选地，数据处理器除了可以输出多个单独的光电传感器的光强度波形数据或强度分析数据之外，还优选的可以输出综合分析的整体光强度波形数据或强度分析数据等。

激光输出部分6包括用于产生焊接激光的激光器部分和输出焊接激光的输出光纤。

激光驱动系统7用于驱动焊接激光从激光输出部分6输出，其可以通过接受控制系统输出的信号，以驱动激光输出部分6输出不同的焊接激光，即激光驱动系统7可以驱动激光输出部分是否输出焊接激光，或是激光驱动系统7可以驱动激光输出部分输出不同强度和/或不同模式的焊接激光。

发明人在具体焊接过程中发现，在焊接激光作用在工件的过程中，焊接工件存在一定的物理变化规律，即当焊接激光作用到工件上开始，在工件温度上升至熔点过程中，工件表面反射率及反射激光光强下降，融化状态过程中工件表面反射率与反射激光光强趋于稳定，而达到金属沸点后，反射光强再次下降。因此，发明人意识到如果采用稳定的光电传感器探测反射光时，那么此时的光电传感器探测到的反射光强信号P(t)应该随着时间t呈现降低、不变、降低的三段变化趋势，而反射光强信号P(t)的变化速度主要由激光的功率密度决定，反射光强信号P(t)的三段变化趋势，即降低-不变-降低中的下降沿的变化速度主要由激光的功率密度决定。每一部分焊接过程的焊接开始时都应该符合这个规律。

参见图4中可以看出，反射光强信号P(t)从开光到t1的时间内，P(t)呈上升趋势(即第一上升段)，在t1时刻P(t)此时达到极大值，此时随着在工件温度上升至熔点过程中，工件表面反射率及反射激光光强下降，P(t)开始随着时间下降，在t1时刻至t2时刻之间，P(t)呈现下降趋势，即P(t)在t1时刻至t2时刻的反射光强信号曲线为第一下降沿；在到达t2时刻后，融化状态过程中工件表面反射率与反射激光光强趋于稳定，P(t)维持基本不变直到t3时刻，在t2时刻到t3时刻之间，反射光强信号P(t)的曲线为第一平稳段；在t3时刻后，焊接区域达到金属沸点，达到金属沸点后，反射光强再次下降，在t3时刻和t4时刻时间之间，反射激光光强P(t)呈现下降趋势，即P(t)在t3时刻至t4时刻的反射光强信号曲线为第二下降沿。

参见图4，在脉冲模式下，在第二下降沿结束，即t4时刻以后，激光焊接过程基本也结束了，此时可以设置焊接光输出结束，即脉冲结束，反射光强度逐渐消失。

参见图5，在连续焊接模式下，存在多个焊接周期，在每一个焊接点(焊接周期)下，反射光从周期开始到t1时刻，反射光强度信号P(t)呈上升趋势(即第一上升段)，在t1时刻P(t)达到周期内的极大值，此时随着在工件温度上升至熔点过程中，工件表面反射率及反射激光光强下降，P(t)开始随着时间下降，在t1时刻至t2时刻之间，P(t)呈现下降趋势，即P(t)在t1时刻至t2时刻的反射光强信号曲线为第一下降沿；在到达t2时刻后，融化状态过程中工件表面反射率与反射激光光强趋于稳定，P(t)维持基本不变直到t3时刻，在t2时刻到t3时刻之间，反射光强信号P(t)的曲线为第一平稳段；在t3时刻后，焊接区域达到金属沸点，达到金属沸点后，反射光强再次下降，在t3时刻和t4时刻时间之间，反射激光光强P(t)呈现下降趋势；即P(t)在t3时刻至t4时刻的反射光强信号曲线为第二下降沿。在t4时刻焊接进入下一个焊接位置，即进入下一个焊接周期，每一个周期都是如此重复，包括第一上升段-第一下降沿-第一平稳段-第二下降沿。

同时，发明人意识到振镜(反射镜)的摆幅越小，光斑越小，激光功率则密度越大，金属折射率随表面温度上升而下降的变化速度越快，光电探测器探测到的回返光功率下降速度越快。由此，振镜的摆动幅度也优选地作为反射光信号检测的参考因素以及调整手段，用于综合而精确的评判激光焊接的情况以及对应的根据需要的准确调整焊接光效果。

因此，除了可以根据反射光信号的强度进行调整之外，还可以根据反射光信号光强随着时间变化的波形进行调控，激光驱动系统7中的控制器可以根据反射光信号光强根据时间变化的波形控制激光的输出光强和/或摆动电机的摆动角度。

例如，在通常的检测反馈调整光源系统中，如果检测到各个光电传感器的反射光强度信号的强度过低(例如，反射光强度信号小于第一预定值时)，可以通过激光驱动系统7的控制器提高激光的输出能量来进行调整。

而在本申请的优选实施例中，除了可以通过检测到反射光的强度信号过低之后作出相应的反馈，还可以通过分析发射光强度信号的波形，进行相应的调整，例如，各个光电传感器的反射光强度波形中，当下降沿过宽时(下降沿宽度大于第一预设宽度值)或下降速度过慢时(下降速度低于第一预设速度)，则基本意味着激光功率密度较低，则可以通过控制系统提高激光功率密度。(反射光的强度信号因为影响的因素较多，其作为一个绝对信号值往往不能反应最准确的情况，而下降沿的宽度和下降的相对比例等参数作为一个相对变化值，因为具有其前一个相近时间段或是后一个相近时间段的数据作为基准，反射光强度信号波形的整体的背景影响因素基本一致，其可以滤除一些复杂的环境因素和操作不当因素等造成的噪声)

对同一焊接材料，这两个下降沿长度近似。若功率密度较低，两个下降沿宽度都会变长，且两个下降沿的宽度近似一致。在同一激光功率密度下，由于近似的线性关系，下降沿速度与下降沿宽度应为反比关系，以下降沿速度宽度一个参数量衡量功率密度的大小即可。在此，我们优选地，使用下降沿宽度来衡量功率密度。通常的，在普通的焊接过程中，第一下降沿/第二下降沿宽度为几十微秒至几百微秒的量级，焊接点激光功率越高则下降沿宽度越窄，焊接点激光功率越低则下降沿宽度越宽，通常的合理的范围优选地可以预设为例如30微秒-700微秒，或是50微秒-500微秒。

当需要提高功率密度时，虽然可以提高焊接激光的输出功率，然而有时当激光输出功率较高时，则有可能导致接近焊接点位置处附近的位置因为温度升的太高，导致熔池变大，最终导致焊接区域范围较大，影响到了非焊接区域的工件结构，同时焊接范围的扩大化将不利于小型件的加工，为了解决这个问题，发明人意识到可以通过根据需要适量减小摆动电机在各方向上的摆动角度，这样不仅提高了激光功率密度，提高了焊接速度还没有温度过高引起的熔池扩大化的问题。

同时，通过分析发射光强度信号的波形，当发现各个(某个)光电传感器的反射光强度信号波形的下降速度高于第二预设值时，即第一下降沿/第二下降沿宽度小于第二预设宽度，则判断需要降低焊接激光的功率密度，可以降低激光输出部分6的激光输出功率和或在第一范围内增大摆动电机在各个(某个)对应方向上的摆动角度。优选地，第二预设宽度可以设置为100微秒，或是，优选地第二预设宽度可以设置为50微秒。

另外，当发现各个光电传感器的反射光强度信号波形的下降速度高于第一设定阈值时，即第一下降沿/第二下降沿宽度小于第一预设宽度，可以判断目前的发射激光的能量密度过大，可以使得控制器立即关闭激光，防止激光焊穿工件。优选地，第一预设宽度可以设置为10微秒，或是优选地，第一预设宽度可以设置为5微秒，或是优选地，第一预设宽度可以设置为1微秒。

在焊接过程中，往往需要一个均匀的焊接激光能量密度，因此设置多个反射光强度检测器，优选地，至少包括3个及以上光电传感器，优选地包括4个光电传感器，控制系统包括数据处理器及控制器，数据处理器处理并整合四个电信号，控制器根据各个光电传感器的波形强度的差异性，按照各个光电传感器的电信号幅值与振镜(反射镜)在各个方向摆动角度的转换关系相应控制摆动电机，矫正反射镜在对应方向上的摆动幅度，以实现光斑的匀化。

优选地，还可以设具有4个光电传感器，那么四个光电传感器有四个方向，比如+x方向传感器，+y方向传感器，-x方向传感器，-y方向传感器，调整反射镜的摆动角度也只需要调整反射镜在这四个方向上的摆动幅度，四个方向的传感器对应四个方向的摆动角度，即当根据+x方向传感器的获取的反射光强信号来调整反射镜的摆动幅度时，则调整+x方向传感器对应的摆动方向的摆动角的大小即可；即当根据+y方向传感器的获取的反射光强信号来调整反射镜的摆动幅度时，则调整+y方向传感器对应的摆动方向的摆动角的大小即可；即当根据-x方向传感器的获取的反射光强信号来调整反射镜的摆动幅度时，则调整-x方向传感器对应的摆动方向的摆动角的大小即可；即当根据-y方向传感器的获取的反射光强信号来调整反射镜的摆动幅度时，则调整-y方向传感器对应的摆动方向的摆动角的大小即可。

当根据上述+x方向传感器，+y方向传感器，-x方向传感器，-y方向传感器的信号来调整反射镜的各个方向摆动角度时，则根据各个传感器对应的各个方向需要的反射镜摆动角度调整需求对反射镜进行调整，最终作用到反射镜的摆动角度的变化上的结果则是+x，+y，-x，-y各个方向的摆动角度的变化的矢量叠加。

优选地，还可以通过各个光电传感器的波形数据与反射镜在对应方向摆动角度的转换关系来相应的控制摆动电机。

例如按照各个光电传感器的反射光强度波形下降沿的宽度或下降速度与振镜(反射镜)在各个方向摆动角度的转换关系相应控制摆动电机，矫正反射镜在对应方向上的摆动幅度，以实现光斑的匀化。

若检测到某个光电传感器信号的强度过低或下降沿过宽，可适量减小摆动电机在对应方向上的摆动角度，提高激光功率密度及焊接速度。

优选地，当检测到各个(某个)光电传感器信号的下降沿(第一下降沿或第二下降沿)宽度大于第三预设宽度时，可以增加激光输出部分6的激光输出功率和或在第二范围内减小摆动电机在各个(某个)对应方向上的摆动角度。优选地，第三预设宽度可以设置为700微秒，优选地第三预设宽度可以设置为500微秒，或是，优选地第三预设宽度可以设置为300微秒。

在上述的基础上，发明人意识到，如果可以在实操中维持各个下降沿的宽度是一致的，那么就可以非常准确的使得更好的维持连续焊接模式下或准连续焊接模式下的焊接点激光功率密度，这比通常的现有技术中的控制激光器输出光功率的方式更加的直接和准确。在现有技术中，只是控制激光器输出功率，然而激光器输出功率并不直接对应焊接点的激光功率密度，激光器输出功率作用到焊接点的功率密度的过程中需要考虑激光的输出过程中功率损耗，功率不稳定，操作员手持不稳定，摆动角偏移等问题等因素，所以如果只是控制激光器输出功率稳定则不能够准确的控制焊接点的激光功率密度的稳定，而焊接点的激光功率密度是最能直接对应焊接效果和焊接一致性的，如果能直接控制焊接点激光功率密度非常稳定的话，则能够对于焊接过程的一致性进行巨大的提高。

因此，优选地，在某些焊接程序中，可以预设一个需要的焊接点功率密度，据此则可以手动或处理器根据需要的焊接点能量密度设定下降沿(第一下降沿或第二下降沿)宽度处于第一设定范围，第一设定范围为下降沿(第一下降沿或第二下降沿)宽度大于第一设定范围下限值，第一设定范围为下降沿(第一下降沿或第二下降沿)宽度小于第一设定范围上限值，优选地，第一设定范围上限值和/或第一设定范围下限值在30微秒至700微秒之间，优选地，第一设定范围上限值和/或第一设定范围下限值在50微秒至500微秒之间。优选地，第一设定范围上限值与第一设定范围下限值之间的差值小于100微秒；优选地，第一设定范围上限值与第一设定范围下限值之间的差值小于50微秒；优选地，第一设定范围上限值与第一设定范围下限值之间的差值小于20微秒。

优选地，在处于连续焊接模式时，在需要稳定焊接点能量密度的情况下，当处理器获取的传感器第i周期内第一下降沿或第二下降沿的宽度处于第一设定范围时，处理器不发出改变激光器功率或改动摆动角度的指令；当处理器获取的第一下降沿或第二下降沿的宽度大于第一设定范围上限时，处理器发出增加激光输出部分6的激光输出功率和或减小摆动电机在对应方向上的摆动角度，直到获取第i+m周期内第一下降沿或第二下降沿宽度处于第一设定范围；当处理器获取的第一下降沿或第二下降沿的宽度小于第一设定范围下限时，降低激光输出部分6的激光输出功率和或增大摆动电机在对应方向上的摆动角度，直到第i+n周期内的第一下降沿或第二下降沿宽度处于第一设定范围。

当激光指令正常，即控制系统5输出到激光驱动系统7的控制信号为正常焊接激光模式时，即激光驱动系统7驱动激光器工作的输出功率处于大于第一预定功率值和小于第二预定功率值时(第一预定功率值小于第二预定功率值，当激光器工作的输出功率处于第一预定功率值和第二预定功率值之间时，激光输出部分输出的激光可用于工件的正常焊接)，但各个光电传感器检测到的反射信号低于第一预设反射强度阈值时，可以判断激光焊穿材料，激光透过或者处于非正常焊接状态，控制器控制激光焊设备关闭并自动报警，保护操作人员及设备的安全。

金属材质不同，反射率不同。所以反射强度阈值是否可以由使用者根据所焊的金属材质及实际的焊接情况，自行设置合适的数值。

这个强度阈值为断光阈值，任意一个光电传感器的信号强度低于阈值都应断光；信号强度在该阈值范围内，即做摆动幅度调节。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可调的手持激光焊接头，包括准直系统1、反射系统2、聚焦系统3、检测系统4、控制系统5、激光输出部分6和激光驱动系统7；

激光输出部分6包括用于产生焊接激光的激光器部分和输出焊接激光的输出光纤；

准直系统1包括准直镜片，用于将光纤输出的发散光束整形为准直激光；

反射系统2包括反射镜片及摆动电机，反射镜片可以在摆动电机的控制下内摆动，实现准直光束的轨迹摆动；

聚焦系统3包括聚焦镜片，用于将准直激光束聚焦；

检测系统4包括一个或多个光电传感器，用于检测反射光；

控制系统5包括数据处理器及控制器，数据处理器处理光电传感器输出的电信号，控制器根据数据处理器输出的信号控制反射系统的摆动电机和/或激光输出驱动系统7；

激光驱动系统7用于驱动焊接激光从激光输出部分6输出，其可以通过接受控制系统输出的信号，以驱动激光输出部分6输出焊接激光。

2.根据权利要求1的可调的手持激光焊接头，检测系统获取激光焊接开始之后的反射光强数据，控制系统分析反射光强数据的波形，控制系统根据光电传感器检测到的反射光信号光强随着时间变化的波形控制反射系统的摆动电机和/或激光输出驱动系统7。

3.根据权利要求2的手持激光焊接头，光电传感器的反射光强度波形中，当第一下降沿宽度或第二下降沿宽度小于第二预设宽度值，则通过控制系统降低激光功率密度。

4.根据权利要求2的手持激光焊接头，光电传感器的反射光强度波形中，当第一下降沿宽度或第二下降沿宽度大于第三预设宽度时，则通过控制系统提高激光功率密度。

5.根据权利要求3或4的手持激光焊接头，通过根据需要增大摆动电机在各方向上的摆动角度，以降低激光功率密度，或是，通过根据需要减小摆动电机在各方向上的摆动角度，以提高激光功率密度。

6.根据权利要求2的手持激光焊接头，当光电传感器的反射光强度信号波形的第一下降沿宽度或第二下降沿宽度低于第二预设宽度值时，则降低焊接激光的功率密度，降低激光输出部分6的激光输出功率和/或在第一范围内增大摆动电机在各个方向上的摆动角度。

7.根据权利要求2的手持激光焊接头，当光电传感器的反射光强度信号波形的第一下降沿宽度或第二下降沿宽度小于第一预设宽度时，使得控制器立即关闭激光；或是，激光驱动系统7驱动激光器工作的输出功率处于大于第一预定功率值和小于第二预定功率值时，第一预定功率值小于第二预定功率值，当激光器工作的输出功率处于第一预定功率值和第二预定功率值之间时，各个光电传感器检测到的反射信号低于第一预设反射强度阈值时，控制器控制激光焊设备关闭。

8.根据权利要求1的手持激光焊接头，包括4个光电传感器，四个光电传感器分别位于光传输路径的径向上的+x，+y，-x，-y四个方向上，控制系统包括数据处理器及控制器，数据处理器处理并整合四个电信号，控制器根据各个光电传感器的波形强度的差异性，按照各个光电传感器的电信号幅值与反射镜在各个方向摆动角度的转换关系相应控制摆动电机，矫正反射镜在对应方向上的摆动幅度，以实现光斑的匀化。

9.根据权利要求5的手持激光焊接头，包括4个光电传感器，四个光电传感器分别位于光传输路径的径向上的+x，+y，-x，-y四个方向上，控制系统包括数据处理器及控制器，数据处理器处理并整合四个电信号，控制器按照各个光电传感器的反射光强度波形下降沿的宽度与反射镜在各个方向摆动角度的转换关系相应控制摆动电机，矫正反射镜在对应方向上的摆动幅度，以实现光斑的匀化。

10.根据权利要求5的手持激光焊接头，在处于连续焊接模式时，在需要稳定焊接点能量密度的情况下，当处理器获取的传感器第i周期内第一下降沿或第二下降沿的宽度处于第一设定范围时，处理器不发出改变激光器功率或改动摆动角度的指令；当处理器获取的第一下降沿或第二下降沿的宽度大于第一设定范围上限时，处理器发出增加激光输出部分6的激光输出功率和或减小摆动电机在对应方向上的摆动角度，直到获取第i+m周期内第一下降沿或第二下降沿宽度处于第一设定范围；当处理器获取的第一下降沿或第二下降沿的宽度小于第一设定范围下限时，降低激光输出部分的激光输出功率和或增大摆动电机在对应方向上的摆动角度，直到第i+n周期内的第一下降沿或第二下降沿宽度处于第一设定范围。

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