CN115945779A - 一种复合激光焊接机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合激光焊接机，包括机柜和设于机柜内部的工作台板和光路装置，工作台板用于放置待焊零件，光路装置包括设于工作台板顶部的第二安装板，第二安装板上设有第一准直器、第一激光振镜、聚焦镜、第二准直器、第二激光振镜和全反及透镜，第一准直器通过光纤与蓝光激光器连接，且射出的激光束依次经过全反及透镜、第一激光振镜和聚焦镜射出至零件上，形成第一焊接光斑；第二准直器通过光纤于红外光激光器连接，且射出的激光束依次经过第二激光振镜、全反及透镜、第一激光振镜和聚焦镜射出至零件上，形成第二焊接光斑。利用蓝色激光形成的第一焊接光斑加热零件，增大对红外激光吸收率，满足难焊金属和有色金属的精密微焊接的要求。

Description

一种复合激光焊接机

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种复合激光焊接机。

背景技术

工业激光目前主导了许多材料加工领域，如焊接、切割和熔覆等，在消费电子、汽车制造和国防领域应用广泛。与传统的材料加工相比，工业激光提供了一种更快、更灵活、更精确和更清洁的加工方式，激光加工不需要冷却液或溶剂，因而不会留下颗粒残留物，避免了额外的清洁工序。

激光的这些特性使其非常适合做焊接任务。在焊接领域，激光的精度和灵活性明显优于其它焊接方法。激光焊接具有高功率、高密度等特点，能够在一个指定的、非常小的区域熔化目标材料，形成一个尺寸精确外表美观的焊缝，且热影响区小，不会影响材料的性能。但是，金、银、铜等有色金属对目前流行的红外激光(波长1μm)以及二氧化碳激光(波长10.6μm)吸收性能差，焊接的过程会产生大量额外的激光能量，从而产生熔池。一旦熔池形成，吸收率就会突然变的特别高，容易导致材料飞溅和熔穿，影响焊接质量。限制了激光在“电池、电子和电动汽车”等领域的应用。

近年来，一种蓝色激光器逐渐被广泛关注。许多对常见波长反射率高的材料，对波长为450nm的蓝色激光的吸收率非常高。相同的应用，原来采用几千瓦的红外激光器功率，切换到蓝色激光只需要500W，并能解决了红外激光焊接时“大量飞溅污染”的问题。但是目前的蓝光激光器的光束功率和光束质量还不能得到有效保障，只用一种蓝光还无法满足高精度及微小焊接的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种复合激光焊接机，通过将蓝色激光和红外激光进行复合，实现对有色金属精密微焊接。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种复合激光焊接机，包括机柜和设于所述机柜内部的工作台板、蓝光激光器、红外光激光器和光路装置，所述工作台板用于放置待焊接零件；所述光路装置包括设于所述工作台板顶部的第二安装板，所述第二安装板上设置有第一准直器、第一激光振镜、聚焦镜、第二准直器、第二激光振镜和全反及透镜，所述第一准直器通过光纤与所述蓝光激光器连接，且所述第一准直器射出的激光束依次经过所述全反及透镜、所述第一激光振镜和聚焦镜射出至所述零件上，形成第一焊接光斑；所述第二准直器通过光纤于所述红外光激光器连接，且所述第二准直器射出的激光束依次经过所述第二激光振镜、所述全反及透镜、所述第一激光振镜和所述聚焦镜射出至所述零件上，形成第二焊接光斑。

进一步的，所述第二安装板的一端顶面上设置有箱体罩，所述箱体罩一侧的所述第二安装板顶面上设置有第一支架和第二支架，所述第一支架用于设置所述第一准直器，所述第二支架用于设置所述第二准直器，所述箱体罩的内部设置有第一镜架和第二镜架，所述第一镜架上设置有所述全反及透镜，所述第二镜架上设置有所述第二激光振镜，所述箱体罩远离所述第一支架的侧壁外侧面上设置有所述第一激光振镜，所述第一激光振镜的底部设置有所述聚焦镜，所述箱体罩正对所述第一准直器和所述第二准直器的侧壁上分别开有第一通孔和第三通孔，所述箱体罩与所述第一激光振镜贴合的侧壁上设置有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔对齐。

进一步的，所述第一准直器和所述第二准直器的固定位置在X向和Z向均可调节，所述第二激光振镜的固定位置在Y向和Z向均可调节，所述全反及透镜的固定姿态可调节，且固定位置在X向可调节。

在上述复合激光焊接机中，通过第二激光振镜对红外光激光器产生的激光光束调整后，与蓝光激光器的激光光束复合，再通过第一激光振镜调整复合激光光束输出，进而实现通过蓝光激光光斑使零件升温，以增大零件焊接区域对红外激光吸收率，再利用红外光光斑进行焊接，满足难焊金属和有色金属等的精密微焊接的要求，并且红外激光可控性强，焊点尺寸小。

附图说明

在附图中：

图1是本发明复合激光焊接机整体结构图。

图2是本发明复合激光焊接机的去掉下柜门和下柜体侧板结构图。

图3是本发明复合激光焊接机的光学装置的结构图。

图4是本发明复合激光焊接机的光学装置打开箱体罩顶盖板的结构图。

图5是本发明复合激光焊接机的第一支架结构图。

图6是本发明复合激光焊接机的第二支架结构图。

图7是本发明复合激光焊接机的第二镜架结构图。

图8是本发明复合激光焊接机的第一镜架结构图。

图9是本发明复合激光焊接机的第一安装板上的结构图。

图中，1、机柜；11、上柜体；111、上柜门；112、安全光幕；113、控制按钮；114、显示屏；115、旋转支架；12、分隔板；121、第一安装板；122、XY向调整模组；123、手动升降台；13、下柜体；131、下柜门；132、多层支架；2、工作台板；3、蓝光激光器；4、红外光激光器；5、光路装置；500、长圆孔；501、第一准直器；5011、第一波纹管防尘套；502、第一激光振镜；503、聚焦镜；5031、环形光源；504、第二准直器；505、第二激光振镜；5051、第二波纹管防尘套；506、全反及透镜；507、分光镜；51、第二安装板；52、箱体罩；521、第一通孔；522、第二通孔；523、第三通孔；524、防护电缆接头；53、第一支架；54、第二支架；541、第一固定板；542、第一连接板；543、X向螺旋微调机构；544、Z向螺旋微调机构；55、第一镜架；551、调节旋钮；552、底座；56、第二镜架；57、第三镜架；58、图像采集器；6、电控箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

实施例1

图1-9示出了本发明一种复合激光焊接机。如图1-4所示，该复合激光焊接机包括机柜1和设于机柜1内部的工作台板2、蓝光激光器3、红外光激光器4和光路装置5，工作台板2用于放置待焊接零件；光路装置5包括设于工作台板2顶部的第二安装板51，第二安装板51上设置有第一准直器501、第一激光振镜502、聚焦镜503、第二准直器504、第二激光振镜505和全反及透镜506，第一准直器501通过光纤与蓝光激光器3连接，且第一准直器501射出的激光束依次经过全反及透镜506、第一激光振镜502和聚焦镜503射出至零件上，形成第一焊接光斑；第二准直器504通过光纤于红外光激光器4连接，且第二准直器504射出的激光束依次经过第二激光振镜505、全反及透镜506、第一激光振镜502和聚焦镜503射出至零件上，形成第二焊接光斑。

可选的，蓝光激光器3，波长在440～460nM，功率10～250W可调、工作模式连续、输出光纤芯径200～400uM、数值孔径0.10～0.23。红外光激光器4，波长在1060～1070nM、平均功率100～800W、峰值功率大于10KW，脉冲宽度10～500nS可调、频率10～2000KHz、输出光纤芯径200～400uM。

焊接时，同时打开蓝光激光器3和红外光激光器4，由于蓝光激光的光束质量远没有红外光纤激光器的好，因此零件上的焊接处蓝光光斑明显大于红外激光光斑。而且蓝光激光的功率低，主要作用是使零件升温以增大对红外激光吸收率，因此接焊点的大小取决于中心红外激光光斑的大小，由于红外激光的光束质量很好，因此可以把焊点尺寸做得很小，满足有色金属和有色金属的精密微焊接的要求。

可选的，如图4所示，第一准直器501和第二准直器504射出的激光束平行，第一准直器501和全反及透镜506射出的激光束共线，第一准直器501和第二激光振镜505射出的激光束垂直。图4中管状结构为激光束示意。

蓝光激光器3的输出激光束，经第一准直器501将发散激光调整为接近平行光，然后第一准直器501的输出光束穿过全反及透镜506，进入第一激光振镜502内，最后由聚焦镜503聚焦在零件上。红外光激光器4的输出激光束，经第二准直器504将发散激光调整为接近平行光，进入第二激光振镜505内，接着第二激光振镜505输出光束经全反及透镜506的偏转，也进入到第一激光振镜502内，最后由聚焦镜503聚焦在零件上。使用时，根据需要可只打开一个激光器进行焊接，也可以同时打开，实现蓝光激光束和红外激光束复合，满足有色金属和有色金属的精密微焊接的要求。

可选的，如图3和图4所示，第二安装板51的一端顶面上设置有箱体罩52，箱体罩52盖在第二安装板51上，形成方形的箱体结构，保护内部的光学元件。第二安装板51的另一端顶面上设置有第一支架53和第二支架54，第一支架53用于设置第一准直器501，第二支架54用于设置第二准直器504，箱体罩52的内部设置有第一镜架55和第二镜架56，第一镜架55上设置有全反及透镜506，第二镜架56上设置有第二激光振镜505，箱体罩52远离第一支架53的侧壁上设置有第一激光振镜502，第一激光振镜502的底部设置有聚焦镜503，箱体罩52正对第一准直器501和第二准直器504的侧壁上分别开有第一通孔521和第三通孔523，箱体罩52与第一激光振镜502贴合的侧壁上设置有第二通孔522，第一通孔521和第二通孔522对齐。

可选的，第一通孔521与第一准直器501之间设置有第一波纹管防尘套5011，第二准直器504与第二激光振镜505之间设置有第二波纹管防尘套5051，用于防尘。箱体罩52的顶面上设有防护电缆接头524。

可选的，第一准直器501和第二准直器504的固定位置在X向和Z向均可调节，第二激光振镜505的固定位置在Y向和Z向均可调节，全反及透镜506的固定姿态可调节，且固定位置在X向可调节。为了保证激光束能够准确聚焦并稳定，在焊接前都需要进行调节校对工作，在第二安装板51上，第一激光振镜502和聚焦镜503的位置固定，作为调节基准，其他的光学元件位置都可以进行微调设定，已达到最佳的聚焦焊接效果。

如图5所示，第一支架53的主体呈L型的板状，且底板上设有沿X向的长圆孔500，用于与第二安装板51固定连接；竖板上设置有沿Z向的长圆孔500，用于与第一准直器501固定连接，底板与竖板之间设有肋板。

如图6所示，第二支架54包括固定在第二安装板51上的第一固定板541，第一固定板541上沿X向滑动设置有L型的第一连接板542，第一连接板542的底板与第一固定板541之间设置有X向螺旋微调机构543，第一连接板542的竖板上沿Z向滑动设置有第二准直器504，第二准直器504与第一连接板542的竖板之间设置有Z向螺旋微调机构544。第一固定板541上设置有沿X向的长圆孔500，与第二安装板51固定连接。

通过旋转X向螺旋微调机构543使第一连接板542在X向移动，从而带动第二准直器504在X向调节，由于红光激光调节精度较高，因此需要类似螺旋测微器的螺旋微调机构。同理可以实现竖直方向即Z向的调节。

如图7所示，第二镜架56也呈L型的板状，在底板和竖板上设置长圆孔500实现第二激光振镜505的固定位置可调。

如图8所示，第一镜架55上设置有形态调节旋钮551，通过旋转可调节全反及透镜506的姿态，第一镜架55的底部设底座552，底座上设置有长圆孔500，进行X向固定位置的调节。

如图3和图4所示，箱体罩52的内部还设置有第三镜架57，第三镜架57上设置有分光镜507，分光镜507设于全反及透镜506的射出光路上，且分光镜507的射出光路上设置有图像采集器58，图像采集器58设于箱体罩52的侧壁上。图像采集器58通过分光镜507对焊点进行成像，便于观察。可选的，聚焦镜503的端部外侧设置有环形光源5031。分光镜507的姿态和固定位置也可调节，与第一镜架55的实现方式类似。

如图1和图2所示，机柜1呈双层箱体状，包括上柜体11、分隔板12和下柜体13。上柜体11的一侧面设置有上柜门111，上柜门111采用自动升降门，上柜门111的两侧设置有安全光幕112，上柜门111的一侧设置有控制按钮113和显示屏114，显示屏114与上柜体11之间设置有旋转支架115。

如图9所示，分隔板12上设置有第一安装板121，第一安装板121靠近上柜门111的一侧设置有XY向调整模组122，XY向调整模组122上设置有工作台板2，工作台板2用于放置待焊接零件，XY向调整模组122的一侧设置有手动升降台123，手动升降台123的升降板上设置有光路装置5。

XY向调整模组122包括沿X向布置的第一直线运动模组和沿Y向布置的第二直线运动模组，第一直线运动模组驱动第二直线运动模组，实现工作台板2在水平面内的位置调节，进而调节待焊接的零件位置，二者均可以采用往复丝杆结构。X向和Y向是指焊接机或者说工作台板2的加工工位平面的横纵方向，如图2和图4所示。

手动升降台123采用精度较高的螺旋调节升降结构，在调试时候，通过手工转动手轮，进行调节光路装置5的高度，即调节光路装置5输出端与零件的距离，将激光束精确聚焦到零件上。手动升降台123的一侧设置有导向柱124，对光路装置5的上移升降进行导向。

可选的，第一安装板121与分隔板12之间设置有若干防震橡胶垫块。第一安装板121上固定防震橡胶垫块，隔绝地面面振动，避免对光路装置5位置精度的产生影响。上柜体11内设置有抽烟装置，抽出焊接的烟尘。

如图2所示，下柜体13的内部设置有蓝光激光器3和红外光激光器4，光路装置5用于将蓝光激光器3和红外光激光器4产生的激光引导至零件上进行焊接。

可选的，下柜体13对应上柜门111的一侧面上设置有下柜门131，下柜体13的内部设有多层支架132，多层支架132的层腔分别放置蓝光激光器3和红外光激光器4。

可选的，该复合激光焊接机还包括电控箱6，电控箱6设于下柜体13内。电控箱6内设置有控制器等控制元件，与其他部件电性连接，控制整个焊接机的工作。

可选的，多层支架132远离下柜门131的一侧设置有散热风机，多层支架132的侧面镂空或者不设侧板，下柜体13的侧板上开有散热孔，对激光器、控制器等进行散热。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合激光焊接机，其特征在于，包括机柜(1)和设于所述机柜(1)内部的工作台板(2)、蓝光激光器(3)、红外光激光器(4)和光路装置(5)，所述工作台板(2)用于放置待焊接零件；所述光路装置(5)包括设于所述工作台板(2)顶部的第二安装板(51)，所述第二安装板(51)上设置有第一准直器(501)、第一激光振镜(502)、聚焦镜(503)、第二准直器(504)、第二激光振镜(505)和全反及透镜(506)，所述第一准直器(501)通过光纤与所述蓝光激光器(3)连接，且所述第一准直器(501)射出的激光束依次经过所述全反及透镜(506)、所述第一激光振镜(502)和聚焦镜(503)射出至所述零件上，形成第一焊接光斑；所述第二准直器(504)通过光纤于所述红外光激光器(4)连接，且所述第二准直器(504)射出的激光束依次经过所述第二激光振镜(505)、所述全反及透镜(506)、所述第一激光振镜(502)和所述聚焦镜(503)射出至所述零件上，形成第二焊接光斑。

2.根据权利要求1所述的一种复合激光焊接机，其特征在于，所述第一准直器(501)和所述第二准直器(504)射出的激光束平行，所述第一准直器(501)和所述全反及透镜(506)射出的激光束共线，所述第一准直器(501)和所述第二激光振镜(505)射出的激光束垂直。

3.根据权利要求1或2所述的一种复合激光焊接机，其特征在于，所述第二安装板(51)的一端顶面上设置有箱体罩(52)，所述箱体罩(52)一侧的所述第二安装板(51)顶面上设置有第一支架(53)和第二支架(54)，所述第一支架(53)用于设置所述第一准直器(501)，所述第二支架(54)用于设置所述第二准直器(504)，所述箱体罩(52)的内部设置有第一镜架(55)和第二镜架(56)，所述第一镜架(55)上设置有所述全反及透镜(506)，所述第二镜架(56)上设置有所述第二激光振镜(505)，所述箱体罩(52)远离所述第一支架(53)的侧壁外侧面上设置有所述第一激光振镜(502)，所述第一激光振镜(502)的底部设置有所述聚焦镜(503)，所述箱体罩(52)正对所述第一准直器(501)和所述第二准直器(504)的侧壁上分别开有第一通孔(521)和第三通孔(523)，所述箱体罩(52)与所述第一激光振镜(502)贴合的侧壁上设置有第二通孔(522)，所述第一通孔(521)和所述第二通孔(522)对齐。

4.根据权利要求3所述的一种复合激光焊接机，其特征在于，所述第一准直器(501)和所述第二准直器(504)的固定位置在X向和Z向均可调节，所述第二激光振镜(505)的固定位置在Y向和Z向均可调节，所述全反及透镜(506)的固定姿态可调节，且固定位置在X向可调节。

5.根据权利要求4所述的一种复合激光焊接机，其特征在于，所述第二支架(54)包括固定在所述第二安装板(51)上的第一固定板(541)，所述第一固定板(541)上沿X向滑动设置有L型的第一连接板(542)，所述第一连接板(542)的底板与所述第一固定板(541)之间设置有X向螺旋微调机构(543)，所述第一连接板(542)的竖板上沿Z向滑动设置有所述第二准直器(504)，所述第二准直器(504)与所述第一连接板(542)的竖板之间设置有Z向螺旋微调机构(544)。

6.根据权利要求4所述的一种复合激光焊接机，其特征在于，所述第一支架(53)的主体呈L型的板状，且底板上设有沿X向的长圆孔，用于与所述第二安装板(51)固定连接；竖板上设置有沿Z向的长圆孔，用于与所述第一准直器(501)固定连接。

7.根据权利要求3所述的一种复合激光焊接机，其特征在于，所述箱体罩(52)的内部还设置有第三镜架(57)，所述第三镜架(57)上设置有分光镜(507)，所述分光镜(507)设于所述全反及透镜(506)的射出光路上，且所述分光镜(507)的射出光路上设置有图像采集器(58)，所述图像采集器(58)设于所述箱体罩(52)的侧壁上。

8.根据权利要求1所述的一种复合激光焊接机，其特征在于，所述机柜(1)呈双层箱体状，包括上柜体(11)、分隔板(12)和下柜体(13)，所述上柜体(11)的一侧面设置有上柜门(111)，所述分隔板(12)上设置有第一安装板(121)，所述第一安装板(121)靠近所述上柜门(111)的一侧设置有XY向调整模组(122)，所述XY向调整模组(122)上设置有工作台板(2)，所述工作台板(2)用于放置待焊接零件，所述XY向调整模组(122)的一侧设置有手动升降台(123)，所述手动升降台(123)的升降板上设置有光路装置(5)，所述下柜体(13)的内部设置有所述蓝光激光器(3)和所述红外光激光器(4)，所述光路装置(5)用于将所述蓝光激光器(3)和所述红外光激光器(4)产生的激光引导至所述零件上进行焊接。

9.根据权利要求8所述的一种复合激光焊接机，其特征在于，所述下柜体(13)对应所述上柜门(111)的一侧面上设置有下柜门(131)，所述下柜体(13)的内部设有多层支架(132)，所述多层支架(132)的层腔分别放置所述蓝光激光器(3)和所述红外光激光器(4)。

10.根据权利要求8所述的一种复合激光焊接机，其特征在于，还包括电控箱(6)，所述电控箱(6)设于所述下柜体(13)内。

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