CN201783759U - 光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统 - Google Patents
光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN201783759U CN201783759U CN2010205022273U CN201020502227U CN201783759U CN 201783759 U CN201783759 U CN 201783759U CN 2010205022273 U CN2010205022273 U CN 2010205022273U CN 201020502227 U CN201020502227 U CN 201020502227U CN 201783759 U CN201783759 U CN 201783759U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- axis
- optical fiber
- reflecting optics
- fiber laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统,本实用新型针对现有激光扫描焊接系统扫描技术存在的缺陷,采用光纤激光器或碟片激光器、PSD位移传感器、高精度空心轴直线电机驱动的动态聚焦快速扫描头,实现动态调焦模块的闭环和实时控制,在工件上进行快速点轨迹的点扫描加工。加工范围大、质量高,焊接或打点速度快、效率高,有效提高了系统的精度和焊接质量,并可实现3D焊接,在先进制造领域具有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统,属于激光加工技术领域。
背景技术
以激光扫描焊接为例,激光扫描焊接(Scanner Welding)又称激光远距离焊接(Remote Welding),是一种采用扫描镜组获得光点偏移实现焊接的加工工艺。常规激光焊接系统主要采用固定光束,工件位移或者机器人手持激光焊接头进行焊接加工。与常规激光焊接工艺相比,激光扫描焊接最大的优势在于大幅度提高了生产效率。激光束通过扫描镜的快速偏转移动,光点快速移动,用于定位的时间明显缩减,极大地减少了加工时间。在很大程度上提高了激光的使用率,工件上的焊点数量越多焊点间隔越大,这种扫描焊接方式加工工艺的优势越明显。激光焊接的光束质量对焊接质量控制有着重要作用,目前用于激光焊接的光源主要有Nd:YAG固体激光器和CO2气体激光器。随着激光器件技术进步,以光纤激光器和碟片激光器为代表的新一代全固态激光器相对于传统激光光源具有更高的光束质量,性能稳定,采用光纤输出,体积轻巧,结构简单。
激光扫描时,当扫描扫描镜将激光束向远离工作范围中心的方向引导时,从镜头到工作的距离增加了,畸变导致远离工作中心的位置激光光束离焦。现有的激光扫描焊接设备常采用f-θ透镜(平场镜)来克服像质一致和等角速度入射光实现线性扫描,或采用动态聚焦技术来克服扫描镜扫描中的离焦和等速问题。因f-θ透镜受到镜头大小和扫描镜扫描光束入瞳口径的限制,扫描范围被大大的限制,而且f-θ透镜的入瞳口径越大,成本越高。目前被广泛采用的动态聚焦装置是通过旋转电机和传动机构组成驱动装置来驱动透镜实现直线往复运动,但由于结构松散,稳定性差,响应速度慢,已经远不能满足现代控制系统的要求。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有激光扫描焊接技术存在的焊接速度慢、工作范围受限、焊接光点能量不稳定、设备整合繁琐、结构松散庞大等的缺陷,提供一种光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统。
本实用新型的技术方案是,一种光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统,包括激光器、准直扩束镜、扫描头、PC控制系统、载物台,其特征在于,所述的激光器为光纤激光器或碟片激光器,所述的光纤激光器或碟片激光器的光纤输出头与准直扩束镜连接,准直扩束镜与扫描头相连接;所述的扫描头由Z轴动态聚焦模块、X轴反射镜片、X轴数字伺服电机、Y轴反射镜片、Y轴数字伺服电机组成,所述的X轴反射镜片安装在X轴数字伺服电机的转轴上,所述Y轴反射镜片安装在Y轴数字伺服电机的转轴上, 所述光纤激光器或碟片激光器输出的光束依次经准直扩束镜、Z轴动态聚焦模块,射到X轴反射镜片上,由X轴反射镜片反射到Y轴反射镜片,经Y轴反射镜片反射将光点聚焦于载物台上的被加工件表面;所述的动态聚焦模块由Z轴空心伺服直线电机、凹透镜和凸透镜组组成,所述Z轴空心伺服直线电机包括镜架、线圈、磁钢、PSD位移传感器、滑轮导轨组成,所述的凹透镜安装于镜架上,镜架绕有线圈,镜架安装有滑轮导轨,改变线圈电流大小使镜架在滑轮导轨上前后移动,调节凹透镜和凸透镜组之间距离,实现动态聚焦;所述PC控制系统包括打标控制卡和转角位置处理器,打标控制卡控制X轴数字伺服电机、Y轴数字伺服电机,转角位置处理器将信号发送给Z轴空心伺服直线电机,按照存在PC控制系统中的加工图形点轨迹图扫描的点轨迹运动,同步控制光纤激光器或碟片激光器出光,完成点焊。
本实用新型的有益效果是:本实用新型针对现有激光扫描焊接系统扫描技术存在的缺陷,采用光纤激光器或碟片激光器、PSD位移传感器、高精度空心轴直线电机驱动的动态聚焦快速扫描头,实现动态调焦模块的闭环控制和实时控制,在工件上进行快速点轨迹的点扫描加工。加工范围大、质量高,焊接或打点速度快、效率高,有效提高了系统的精度和焊接质量,并可实现3D焊接,在先进制造领域具有广泛的应用价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统示意图;
图2是凹透镜安装于Z轴空心伺服直线电机上的结构示意图;
图3是光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统控制系统框图。
具体实施方式
由图1和图2所示,一种光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统,包括激光器1、准直扩束镜2、扫描头21、PC控制系统16、载物台20,其特征在于,所述的激光器1为光纤激光器或碟片激光器,所述的光纤激光器或碟片激光器的光纤输出头与准直扩束镜2连接,准直扩束镜2与扫描头21相连接;所述的扫描头21由Z轴动态聚焦模块3、X轴反射镜片7、X轴数字伺服电机8、Y轴反射镜片9、Y轴数字伺服电机10组成,所述的X轴反射镜片7安装在X轴数字伺服电机8的转轴上,所述Y轴反射镜片9安装在Y轴数字伺服电机10的转轴上, 所述光纤激光器或碟片激光器输出的光束依次经准直扩束镜2、Z轴动态聚焦模块3,射到X轴反射镜片7上,由X轴反射镜片7反射到Y轴反射镜片9,经Y轴反射镜片9反射将光点聚焦于载物台20上的被加工件19表面;所述的动态聚焦模块3由Z轴空心伺服直线电机6、凹透镜4和凸透镜组5组成,所述Z轴空心伺服直线电机6包括镜架11、线圈12、磁钢13、PSD (Position Sensitive Detector)位移传感器14、滑轮导轨15组成,所述的凹透镜4安装于镜架11上,镜架11绕有线圈12,镜架11安装有滑轮导轨15,改变线圈12电流大小使镜架11在滑轮导轨15上前后移动,并通过PSD传感器14获取镜架实时位移信号,实现闭环连接控制,实现零传动,动态性能好,凸透镜组5固定不动,光束经凹透镜4后发散,入射到凸透镜组5,调节凹透镜4和凸透镜组5之间距离,实现动态聚焦;所述PC控制系统16包括打标控制卡17和转角位置处理器18,打标控制卡17控制X轴数字伺服电机8、Y轴数字伺服电机10,转角位置处理器18将信号发送给Z轴空心伺服直线电机6,按照存在PC控制系统16中的加工图形点轨迹图扫描的点轨迹运动,同步控制光纤激光器或碟片激光器出光,完成点焊。
由图1-图3所示,利用上述光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统的激光动态聚焦扫描方法为如下步骤:
1.将加工图形点轨迹图输入到PC控制系统16;
2.由连接PC控制系统16的打标控制卡17发出信号,通过X轴数字伺服电机8、Y轴数字伺服电机10控制X轴反射镜片7和Y轴反射镜片9的转角位置;
3.转角位置处理器18获得X轴反射镜片7和Y轴反射镜片9的转角位置信号,将两点间的偏转角进行等距离的插补,得到各个插补点对的偏转角度值和动态聚焦的Z轴位移量;
4.转角位置处理器18将动态聚焦的Z轴位移量信息发送给Z轴空心伺服直线电机6,控制Z轴空心伺服直线电机6进行直线运动,进而带动凹透镜4位移,使凹透镜4和凸透镜组5间的距离变化;
5.PSD位移传感器获取凹透镜位移的位移量,转角位置处理器通过PSD位移传感器获得反馈实时位移信号,实现闭环连接控制,实现光束的动态聚焦。
Claims (1)
1.一种光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统,包括激光器、准直扩束镜、扫描头、PC控制系统、载物台,其特征在于,所述的激光器为光纤激光器或碟片激光器,所述的光纤激光器或碟片激光器的光纤输出头与准直扩束镜连接,准直扩束镜与扫描头相连接;所述的扫描头由Z轴动态聚焦模块、X轴反射镜片、X轴数字伺服电机、Y轴反射镜片、Y轴数字伺服电机组成,所述的X轴反射镜片安装在X轴数字伺服电机的转轴上,所述Y轴反射镜片安装在Y轴数字伺服电机的转轴上,
所述光纤激光器或碟片激光器输出的光束依次经准直扩束镜、Z轴动态聚焦模块,射到X轴反射镜片上,由X轴反射镜片反射到Y轴反射镜片,经Y轴反射镜片反射将光点聚焦于载物台上的被加工件表面;所述的动态聚焦模块由Z轴空心伺服直线电机、凹透镜和凸透镜组组成,所述Z轴空心伺服直线电机包括镜架、线圈、磁钢、PSD位移传感器、滑轮导轨组成,所述的凹透镜安装于镜架上,镜架绕有线圈,镜架安装有滑轮导轨,改变线圈电流大小使镜架在滑轮导轨上前后移动,调节凹透镜和凸透镜组之间距离,实现动态聚焦;所述PC控制系统包括打标控制卡和转角位置处理器,打标控制卡控制X轴数字伺服电机、Y轴数字伺服电机,转角位置处理器将信号发送给Z轴空心伺服直线电机,按照存在PC控制系统中的加工图形点轨迹图扫描的点轨迹运动,同步控制光纤激光器或碟片激光器出光,完成点焊。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2010205022273U CN201783759U (zh) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | 光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2010205022273U CN201783759U (zh) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | 光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN201783759U true CN201783759U (zh) | 2011-04-06 |
Family
ID=43815737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2010205022273U Expired - Fee Related CN201783759U (zh) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | 光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN201783759U (zh) |
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101913024A (zh) * | 2010-08-24 | 2010-12-15 | 上海市激光技术研究所 | 光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统及方法 |
CN103056517A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 江苏大学 | 一种三维激光清洗装置 |
CN103737173A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-23 | 北京世纪拓天科技有限公司 | 一种3d激光打标头 |
CN104416289A (zh) * | 2013-09-09 | 2015-03-18 | 恩耐激光技术有限公司 | 对高分辨率数字编码激光扫描器的优化以进行精细特征标记 |
CN107414287A (zh) * | 2017-08-31 | 2017-12-01 | 广东工业大学 | 一种激光焊接离焦量测定装置和测定方法 |
US9842665B2 (en) | 2013-02-21 | 2017-12-12 | Nlight, Inc. | Optimization of high resolution digitally encoded laser scanners for fine feature marking |
CN107498198A (zh) * | 2017-08-28 | 2017-12-22 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种三维激光焊接装置及其z轴振镜 |
US10074960B2 (en) | 2015-11-23 | 2018-09-11 | Nlight, Inc. | Predictive modification of laser diode drive current waveform in order to optimize optical output waveform in high power laser systems |
CN108555464A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-09-21 | 华中科技大学 | 一种大型复杂曲面动态聚焦激光加工方法及系统 |
US10100393B2 (en) | 2013-02-21 | 2018-10-16 | Nlight, Inc. | Laser patterning of multi-layer structures |
US10295820B2 (en) | 2016-01-19 | 2019-05-21 | Nlight, Inc. | Method of processing calibration data in 3D laser scanner systems |
US10434600B2 (en) | 2015-11-23 | 2019-10-08 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
US10464172B2 (en) | 2013-02-21 | 2019-11-05 | Nlight, Inc. | Patterning conductive films using variable focal plane to control feature size |
US10520671B2 (en) | 2015-07-08 | 2019-12-31 | Nlight, Inc. | Fiber with depressed central index for increased beam parameter product |
US10535973B2 (en) | 2015-01-26 | 2020-01-14 | Nlight, Inc. | High-power, single-mode fiber sources |
US10618131B2 (en) | 2014-06-05 | 2020-04-14 | Nlight, Inc. | Laser patterning skew correction |
US10663767B2 (en) | 2016-09-29 | 2020-05-26 | Nlight, Inc. | Adjustable beam characteristics |
US10732439B2 (en) | 2016-09-29 | 2020-08-04 | Nlight, Inc. | Fiber-coupled device for varying beam characteristics |
US10730785B2 (en) | 2016-09-29 | 2020-08-04 | Nlight, Inc. | Optical fiber bending mechanisms |
WO2021056697A1 (zh) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | 清华大学 | 一种基于光程可变的多反射镜激光动态聚焦系统 |
US10971884B2 (en) | 2015-03-26 | 2021-04-06 | Nlight, Inc. | Fiber source with cascaded gain stages and/or multimode delivery fiber with low splice loss |
CN112872579A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-06-01 | 西安中科微精光子制造科技有限公司 | 激光加工的控制方法、装置、设备及计算机存储介质 |
US11173548B2 (en) | 2017-04-04 | 2021-11-16 | Nlight, Inc. | Optical fiducial generation for galvanometric scanner calibration |
US11179807B2 (en) | 2015-11-23 | 2021-11-23 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
-
2010
- 2010-08-24 CN CN2010205022273U patent/CN201783759U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101913024A (zh) * | 2010-08-24 | 2010-12-15 | 上海市激光技术研究所 | 光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统及方法 |
CN103056517A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 江苏大学 | 一种三维激光清洗装置 |
US11008644B2 (en) | 2013-02-21 | 2021-05-18 | Nlight, Inc. | Laser patterning of multi-layer structures |
US10692620B2 (en) | 2013-02-21 | 2020-06-23 | Nlight, Inc. | Optimization of high resolution digitally encoded laser scanners for fine feature marking |
US10464172B2 (en) | 2013-02-21 | 2019-11-05 | Nlight, Inc. | Patterning conductive films using variable focal plane to control feature size |
US11888084B2 (en) | 2013-02-21 | 2024-01-30 | Nlight, Inc. | Optimization of high resolution digitally encoded laser scanners for fine feature marking |
US9842665B2 (en) | 2013-02-21 | 2017-12-12 | Nlight, Inc. | Optimization of high resolution digitally encoded laser scanners for fine feature marking |
US10100393B2 (en) | 2013-02-21 | 2018-10-16 | Nlight, Inc. | Laser patterning of multi-layer structures |
US11411132B2 (en) | 2013-02-21 | 2022-08-09 | Nlight, Inc. | Optimization of high resolution digitally encoded laser scanners for fine feature marking |
CN104416289B (zh) * | 2013-09-09 | 2017-09-12 | 恩耐公司 | 对高分辨率数字编码激光扫描器的优化以进行精细特征标记 |
CN104416289A (zh) * | 2013-09-09 | 2015-03-18 | 恩耐激光技术有限公司 | 对高分辨率数字编码激光扫描器的优化以进行精细特征标记 |
CN103737173A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-23 | 北京世纪拓天科技有限公司 | 一种3d激光打标头 |
US11465232B2 (en) | 2014-06-05 | 2022-10-11 | Nlight, Inc. | Laser patterning skew correction |
US10618131B2 (en) | 2014-06-05 | 2020-04-14 | Nlight, Inc. | Laser patterning skew correction |
US10916908B2 (en) | 2015-01-26 | 2021-02-09 | Nlight, Inc. | High-power, single-mode fiber sources |
US10535973B2 (en) | 2015-01-26 | 2020-01-14 | Nlight, Inc. | High-power, single-mode fiber sources |
US10971884B2 (en) | 2015-03-26 | 2021-04-06 | Nlight, Inc. | Fiber source with cascaded gain stages and/or multimode delivery fiber with low splice loss |
US10520671B2 (en) | 2015-07-08 | 2019-12-31 | Nlight, Inc. | Fiber with depressed central index for increased beam parameter product |
US11179807B2 (en) | 2015-11-23 | 2021-11-23 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
US11794282B2 (en) | 2015-11-23 | 2023-10-24 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
US10074960B2 (en) | 2015-11-23 | 2018-09-11 | Nlight, Inc. | Predictive modification of laser diode drive current waveform in order to optimize optical output waveform in high power laser systems |
US11331756B2 (en) | 2015-11-23 | 2022-05-17 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
US10434600B2 (en) | 2015-11-23 | 2019-10-08 | Nlight, Inc. | Fine-scale temporal control for laser material processing |
US10739579B2 (en) | 2016-01-19 | 2020-08-11 | Nlight, Inc. | Method of processing calibration data in 3D laser scanner systems |
US10295820B2 (en) | 2016-01-19 | 2019-05-21 | Nlight, Inc. | Method of processing calibration data in 3D laser scanner systems |
US10663767B2 (en) | 2016-09-29 | 2020-05-26 | Nlight, Inc. | Adjustable beam characteristics |
US10730785B2 (en) | 2016-09-29 | 2020-08-04 | Nlight, Inc. | Optical fiber bending mechanisms |
US10732439B2 (en) | 2016-09-29 | 2020-08-04 | Nlight, Inc. | Fiber-coupled device for varying beam characteristics |
US11173548B2 (en) | 2017-04-04 | 2021-11-16 | Nlight, Inc. | Optical fiducial generation for galvanometric scanner calibration |
CN107498198A (zh) * | 2017-08-28 | 2017-12-22 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种三维激光焊接装置及其z轴振镜 |
CN107414287A (zh) * | 2017-08-31 | 2017-12-01 | 广东工业大学 | 一种激光焊接离焦量测定装置和测定方法 |
CN108555464A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-09-21 | 华中科技大学 | 一种大型复杂曲面动态聚焦激光加工方法及系统 |
CN108555464B (zh) * | 2018-06-29 | 2024-02-02 | 华中科技大学 | 一种大型复杂曲面动态聚焦激光加工方法及系统 |
WO2021056697A1 (zh) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | 清华大学 | 一种基于光程可变的多反射镜激光动态聚焦系统 |
CN112872579A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-06-01 | 西安中科微精光子制造科技有限公司 | 激光加工的控制方法、装置、设备及计算机存储介质 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN201783759U (zh) | 光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统 | |
CN101913024A (zh) | 光纤激光或碟片激光动态聚焦扫描点轨迹加工系统及方法 | |
CN105081586B (zh) | 一种激光加工方法和装置 | |
CN101419336B (zh) | 一种振镜式激光三维扫描系统 | |
CN102248307B (zh) | 用于不同极限孔径的紫外激光双光头精细加工装置及方法 | |
CN101518855B (zh) | 一种多功能激光加工设备 | |
CN103801826B (zh) | 激光加工调焦装置、调焦方法及激光加工设备 | |
CN102166685B (zh) | 一种三坐标振镜扫描式激光加工头 | |
CN107030379A (zh) | 一种激光加工头、激光加工装置及其加工方法 | |
CN102950385A (zh) | 一种激光束旋转加工微小圆锥形孔的系统及方法 | |
CN211276517U (zh) | 一种高反射材料蓝绿激光微熔化成型装置 | |
CN201889584U (zh) | 一种大功率激光远程飞行加工头 | |
CN105301768A (zh) | 振镜式激光扫描系统 | |
CN106773025A (zh) | 调焦镜头及振镜式激光扫描系统 | |
CN109623161A (zh) | 一种多轴数控激光加工设备及其加工方法 | |
CN113333942A (zh) | 一种具备激光焦点自动对焦功能的加工头及其加工方法 | |
CN201371317Y (zh) | 一种多功能激光加工设备 | |
CN201371316Y (zh) | 一种多功能激光加工系统 | |
CN201677132U (zh) | 激光加工机自动对焦装置 | |
CN203712074U (zh) | 高精度双重传感器激光扫描振镜系统及其扫描振镜电机 | |
CN101497149A (zh) | 一种激光飞行聚焦扫描系统 | |
CN204248222U (zh) | 一种三轴动态聚焦激光打标装置 | |
CN101324694A (zh) | 自动调节聚焦参量的飞行光路机构 | |
CN209867669U (zh) | 一种光路可调的增材制造装置 | |
CN109175694A (zh) | 一种动力电池盒动态在线高速激光焊接系统及其工作方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110406 Termination date: 20150824 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |