CN118151299A - 激光熔接机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光熔接机，激光熔接机包括机架、激光热源模块、功率探头和散热接收件；机架形成有熔接区域；激光热源模块包括分别设置于机架上的激光器、振镜和多组反射镜组件，振镜用于通过摆动使激光器在一个摆动周期内发出的激光反射出多条光路，多条光路包括至少两条熔接光路、一条监测光路和一条冗余光路，多组反射镜组件分别设置于多条光路中，以改变每条光路的方向；其中，至少两条熔接光路分别从不同方向射入熔接区域；功率探头安装于机架，用于接收监测光路；散热接收件安装于机架，用于接收冗余光路。该激光熔接机具有熔接区域热场均匀，熔接效果好的优点。

Description

激光熔接机

技术领域

本发明涉及激光熔接技术领域，尤其涉及一种激光熔接机。

背景技术

光纤熔接机主要用于光通信中光纤器件的加工，其一般工作原理是：在利用高压电弧将两光纤断面熔化的同时，用高精度运动机构平缓推进两光纤，让两根光纤融合成一根，以实现光纤模场的耦合。

目前的激光熔接机大多采用多束激光对光纤进行熔接，使用分光镜把入射激光分成多束(具体可以是四束)作用于熔接区域，受限于分光镜性能，多束光的功率通常不相等，多束光中功率最小的那束光只有功率最大的那束光的90％甚至更少，导致熔接区域热场不均匀，熔接效果差。

鉴于此，有必要提供一种新的激光熔接机，以解决或至少缓解上述技术缺陷。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种激光熔接机，旨在解决现有技术中激光熔接机的熔接区域热场不均匀，熔接效果差的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种激光熔接机，包括：

机架，形成有熔接区域；

激光热源模块，包括分别设置于所述机架上的激光器、振镜和多组反射镜组件，所述振镜用于通过摆动使所述激光器在一个摆动周期内发出的激光反射出多条光路，多条所述光路包括至少两条熔接光路、一条监测光路和一条冗余光路，多组反射镜组件分别设置于多条所述光路中，以改变每条所述光路的方向；其中，至少两条所述熔接光路分别从不同方向射入所述熔接区域；

功率探头，安装于所述机架，用于接收所述监测光路；

散热接收件，安装于所述机架，用于接收所述冗余光路。

在一实施例中，所述激光熔接机还包括光纤夹持组件，所述光纤夹持组件安装于所述机架，所述光纤夹持组件靠近所述熔接区域设置。

在一实施例中，所述光纤夹持组件包括两组相对设置的光纤夹持模块，两组所述光纤夹持模块分别设置于所述熔接区域两侧。

在一实施例中，所述光纤夹持模块为五维电动调节结构，所述五维电动调节包括上下、左右、前后、俯仰和摇摆的调节动作。

在一实施例中，所述激光熔接机还包括侧面成像模块，所述侧面成像模块安装于所述机架，所述侧面成像模块的镜头朝向所述熔接区域设置。

在一实施例中，所述侧面成像模块的数量为两组，两组所述侧面成像模块分别设置于所述熔接区域的顶部和侧部。

在一实施例中，所述侧面成像模块包括背光灯、远心镜头和相机，所述远心镜头安装于所述相机且朝向所述熔接区域，所述背光灯与所述相机相对安装于所述机架。

在一实施例中，所述熔接区域形成有熔接点，所述熔接光路的数量为四条，四条所述熔接光路在熔接区域内处于同一平面，且分别从所述平面的四角射入所述熔接点。

在一实施例中，所述光路的数量为七条，还包括刻蚀光路，所述刻蚀光路通过一组所述反射镜组件射入所述熔接点。

在一实施例中，所述激光熔接机还包括控制模块，所述控制模块分别与所述激光器、所述振镜和所述功率探头通信连接。

本发明技术方案中，通过阶梯方波信号控制振镜，使从激光器射出的激光可以往不同的方向反射出多路激光，通过控制用于熔接的多路激光的振镜信号占空比相等，可以使多束光之间功率均匀；通过功率反馈控制用于功率监控的监测光路的振镜信号占空比，并等比例调整用于熔接的熔接光路的振镜信号占空比，可以实现激光功率稳定且灵活可调。

具体地，以振镜反射出七路激光为例，激光器用于为光纤熔接或者光纤刻蚀提供相应的热源；振镜可以通过电信号控制来回高速摆动，通过阶梯方波信号，可以使振镜在一个摆动周期内只在固定的七个方向停留，使入射的激光反射出七路激光。其中，光路一至光路四的熔接光路用于作用于熔接区域，对处于其中的光纤进行熔接，而与四条熔接光路对应的四组反射镜组件则可以使每条熔接光路的光程相等且分别从不同方向射入熔接区域，使之后的聚焦效果保持一致，并且由于光路一至光路四的熔接光路的振镜信号占空比相等，从而可以在熔接区域形成均匀的热场；与光路五(即监测光路)对应的反射镜组件，可以使光路五的激光转向到功率探头上。与光路六(即冗余光路)对应的反射镜组件，用于使光路六的激光转向到散热接收件；与光路七对应的反射镜组件，用于使光路七的激光转向并最终射入熔接区域，通过扩束和聚焦，焦点作用在熔接区域的熔接点上，可以使光路七的激光实现刻蚀功能。综上所述，光路一、光路二、光路三、光路四的激光用于实现光纤熔接功能，光路五的激光用于监控、反馈和稳定激光功率，光路六的激光为调节冗余，用于平衡其它各路的激光功率，光路七的激光用于光纤刻蚀功能。

本发明以振镜为核心，设计了全新的激光光路，且使得激光输出功率稳定且灵活可调，具有熔接区域热场均匀，熔接效果好的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施条例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例激光熔接机的立体结构示意图；

图2为本发明一实施例激光熔接机中激光热源模块、功率探头和散热接收件的立体结构示意图；

图3为本发明一实施例激光熔接机中光纤夹持组件的立体结构示意图；

图4为本发明一实施例激光熔接机中侧面成像模块的立体结构示意图；

图5为本发明一实施例激光熔接机多种情况下振镜各占空比分配示例图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两组，例如两组，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两组元件内部的连通或两组元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

使用分光镜的激光熔接机，如果需要做激光功率监控，需要增加额外的分光镜分出一束光到功率计上；如果需要进一步做激光功率稳定，则只能通过调节激光器电流的方法稳定激光器输出功率，这会引起激光器腔内不稳定，导致激光功率产生微幅的高频波动，且功率只能稳定在固定值上，调节不方便。

鉴于此，请参照图1和图2，本发明提供一种激光熔接机，包括机架1、激光热源模块2、功率探头31和散热接收件32；机架1形成有熔接区域11；激光热源模块2包括分别设置于机架1上的激光器21、振镜22和多组反射镜组件23，振镜22用于通过摆动使激光器21在一个摆动周期内发出的激光反射出多条光路，多条光路包括至少两条熔接光路221、一条监测光路222和一条冗余光路223，多组反射镜组件23分别设置于多条光路中，以改变每条光路的方向；其中，至少两条熔接光路221分别从不同方向射入熔接区域11；功率探头31安装于机架1，用于接收监测光路222；散热接收件32安装于机架1，用于接收冗余光路223。

上述实施例中，通过阶梯方波信号控制振镜22，使从激光器21射出的激光可以往不同的方向反射出多路激光，通过控制用于熔接的多路激光的振镜22信号占空比相等，可以使多束光之间功率均匀；通过功率反馈控制用于功率监控的监测光路222的振镜22信号占空比，并等比例调整用于熔接的熔接光路221的振镜22信号占空比，可以实现激光功率稳定且灵活可调。

具体地，参照图2，以振镜22反射出七路激光为例，激光器21用于为光纤熔接或者光纤刻蚀提供相应的热源；振镜22可以通过电信号控制来回高速摆动，通过阶梯方波信号，可以使振镜22在一个摆动周期内只在固定的七个方向停留，使入射的激光反射出七路激光。其中，光路一至光路四的熔接光路221用于作用于熔接区域11，对处于其中的光纤进行熔接，而与四条熔接光路221对应的四组反射镜组件23则可以使每条熔接光路221的光程相等且分别从不同方向射入熔接区域11，使之后的聚焦效果保持一致，并且由于光路一至光路四的熔接光路221的振镜22信号占空比相等，从而可以在熔接区域11形成均匀的热场；与光路五(即监测光路222)对应的反射镜组件23，可以使光路五的激光转向到功率探头31上。与光路六(即冗余光路223)对应的反射镜组件23，用于使光路六的激光转向到散热接收件32；与光路七对应的反射镜组件23，用于使光路七的激光转向并最终射入熔接区域11，通过扩束和聚焦，焦点作用在熔接区域11的熔接点111上，可以使光路七的激光实现刻蚀功能。综上所述，光路一、光路二、光路三、光路四的激光用于实现光纤熔接功能，光路五的激光用于监控、反馈和稳定激光功率，光路六的激光为调节冗余，用于平衡其它各路的激光功率，光路七的激光用于光纤刻蚀功能。

作为例子，假设光路一到光路七的占空比分别为：20％，20％，20％，20％，10％，5％，5％，由于光路一到光路四的占空比相等，可以实现四束光之间功率均匀。当功率探头31监控到的激光功率有波动时可以通过调节占空比稳定振镜22输出的激光功率，例如激光器21的功率波动使输入到振镜22的功率增大了1％，可以使光路五的占空比调整至9.9％，相应的光路一到光路四的占空比调整至19.8％，19.8％，19.8％，19.8％，光路七的占空比调整至4.95％，从而实现光纤熔接和光纤刻蚀的功率稳定，最后调整光路六的占空比至5.95％即可。多种情况下各占空比分配示例可参照图5。

该实施例以振镜22为核心，设计了全新的激光光路，且使得激光输出功率稳定且灵活可调，具有熔接区域11热场均匀，熔接效果好的优点。

其中，信号占空比由控制函数发生器生成7级阶梯方波信号，7级阶梯方波信号传递到振镜22后，会使振镜22震动从而将原本由激光器21发射的1束激光在一个阶梯方波信号周期内分为7束不同方向的激光。通过软件可以设置7级阶梯方波信号中每一级阶梯在一个周期内的占用时间百分比，如5％，15％，15％，15％，15％，30％，5％，由于占用时间的不同，会导致各个方向上的激光能量不同，从而实现了激光功率的调节，也保证了用于熔接的四束光的均匀性。一般地，激光器21为CO2激光器21，CO2激光器21用于发射CO2激光束，CO2激光是一种分子激光，主要的物质是二氧化碳分子，具有比较大的功率和比较高的能量转换效率。CO2激光器21发射的CO2激光束近乎平行光束，在图中以有一定宽度的直线表示。

需要说明的是，振镜22的振动频率可以是几hz～几十hz，例如可以是10hz，20％的占空比则代表着振镜22在该处停留0.1s*20％＝0.02s。散热接收件32具体为散热板。

在一实施例中，激光熔接机还包括控制模块，控制模块分别与激光器21、振镜22和功率探头31通信连接。控制模块具体可以为带有专业软件的计算机，用于控制激光熔接机的所有功能，实现自动化控制和调节。

参照图1和图3，在一实施例中，激光熔接机还包括光纤夹持组件4，光纤夹持组件4安装于机架1，光纤夹持组件4靠近熔接区域11设置。光纤夹持组件4用于夹持固定光纤，并且可以带动光纤移动，光纤夹持组件4同样与控制模块通信连接，控制模块通过接收反馈，并发出指令，从而通过光纤夹持组件4控制光纤的位移和对齐等。

具体地，光纤夹持组件4包括两组相对设置的光纤夹持模块41，两组光纤夹持模块41分别设置于熔接区域11两侧。两组相对设置的光纤夹持模块41分别夹持不同的光纤，且能够独立进行调节，灵活性更强。

更具体地，每一光纤夹持模块41均为五维电动调节结构，五维电动调节包括上下、左右、前后、俯仰和摇摆的调节动作。五维调节为X/Y/Z/θX/θY方向的调节，分别用于控制光纤的上下、左右、前后、俯仰、摇摆，五维调节全部可以由电机驱动，由控制模块控制。五维电动调节的光纤夹持模块41为现有技术，本发明对此不再详细描述。

参照图1和图4，在一实施例中，激光熔接机还包括侧面成像模块5，侧面成像模块5安装于机架1，侧面成像模块5的镜头朝向熔接区域11设置。通过侧面成像模块5，可以实时获取熔接区域11内光纤的图像，并反馈至控制模块，控制模块则通过图像反馈的信息驱动光纤夹持模块41移动，从而相互配合实现对齐、熔接、刻蚀等。

具体地，侧面成像模块5的数量为两组，两组侧面成像模块5分别设置于熔接区域11的顶部和侧部。两组侧面成像模块5分别从顶部和一侧面对处于熔接区域11内的光纤采取图像信息，进行成像识别。两组侧面成像模块5的中心轴线相互垂直设置，图像的获取更全面。

更具体地，每一侧面成像模块5均包括背光灯51、远心镜头52和相机53，远心镜头52安装于相机53且朝向熔接区域11，背光灯51与相机53相对安装于机架1。相机53具体可以是CCD相机53，背光灯51用于提供照明光源，远心镜头52和CCD相机53用于对熔接中心处的光纤的侧面进行成像识别。CCD是电荷耦合器件(charge coupled device)的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的CCD相机53元件，以其构成的CCD相机53具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗振动和撞击之特性。

在一实施例中，熔接区域11形成有熔接点111，熔接光路221的数量为四条，四条熔接光路221在熔接区域11内处于同一平面，且分别从平面的四角射入熔接点111。在每条熔接光路221的最后一个反射镜为激光聚焦反射镜，分别位于一个正方形的四个角上而熔接点111位于正方形的正中心，保证四束光形成均匀的热场。同时，激光聚焦反射镜还可以使激光转向至熔接点111的同时聚焦光束，提升激光功率密度。

在一实施例中，光路的数量为七条，还包括刻蚀光路224，刻蚀光路224通过一组反射镜组件23射入熔接点111。其中，四路激光用于熔接，一路激光用于功率监控，一路激光用于光纤刻蚀，一路激光作为调节冗余。通过在用于光纤刻蚀的那路激光中使用扩束镜241和聚焦透镜242，可以在熔接区域11产生聚焦光斑，用于光纤刻蚀。扩束镜241用于将光路七入射的激光扩束，设置在光路七对应的反射镜组件23前端，使后面获得更小的聚焦光斑；聚焦透镜242设置在光路七对应的反射镜组件23后端，用于聚焦光束，焦点在熔接点111上，使光路七的激光实现刻蚀功能。本发明使激光功率在受到监控与稳定的基础上功率大小灵活可调，并且集成了光纤刻蚀功能。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光熔接机，其特征在于，包括：

机架，形成有熔接区域；

激光热源模块，包括分别设置于所述机架上的激光器、振镜和多组反射镜组件，所述振镜用于通过摆动使所述激光器在一个摆动周期内发出的激光反射出多条光路，多条所述光路包括至少两条熔接光路、一条监测光路和一条冗余光路，多组反射镜组件分别设置于多条所述光路中，以改变每条所述光路的方向；其中，至少两条所述熔接光路分别从不同方向射入所述熔接区域；

功率探头，安装于所述机架，用于接收所述监测光路；

散热接收件，安装于所述机架，用于接收所述冗余光路。

2.如权利要求1所述的激光熔接机，其特征在于，所述激光熔接机还包括光纤夹持组件，所述光纤夹持组件安装于所述机架，所述光纤夹持组件靠近所述熔接区域设置。

3.如权利要求2所述的激光熔接机，其特征在于，所述光纤夹持组件包括两组相对设置的光纤夹持模块，两组所述光纤夹持模块分别设置于所述熔接区域两侧。

4.如权利要求3所述的激光熔接机，其特征在于，所述光纤夹持模块为五维电动调节结构，所述五维电动调节包括上下、左右、前后、俯仰和摇摆的调节动作。

5.如权利要求1所述的激光熔接机，其特征在于，所述激光熔接机还包括侧面成像模块，所述侧面成像模块安装于所述机架，所述侧面成像模块的镜头朝向所述熔接区域设置。

6.如权利要求5所述的激光熔接机，其特征在于，所述侧面成像模块的数量为两组，两组所述侧面成像模块分别设置于所述熔接区域的顶部和侧部。

7.如权利要求6所述的激光熔接机，其特征在于，所述侧面成像模块包括背光灯、远心镜头和相机，所述远心镜头安装于所述相机且朝向所述熔接区域，所述背光灯与所述相机相对安装于所述机架。

8.如权利要求1至7中任一项所述的激光熔接机，其特征在于，所述熔接区域形成有熔接点，所述熔接光路的数量为四条，四条所述熔接光路在熔接区域内处于同一平面，且分别从所述平面的四角射入所述熔接点。

9.如权利要求8所述的激光熔接机，其特征在于，所述光路的数量为七条，还包括刻蚀光路，所述刻蚀光路通过一组所述反射镜组件射入所述熔接点。

10.如权利要求1至7中任一项所述的激光熔接机，其特征在于，所述激光熔接机还包括控制模块，所述控制模块分别与所述激光器、所述振镜和所述功率探头通信连接。