CN207908782U - 一种激光焊接镜头结构以及激光焊接设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种激光焊接镜头结构以及激光焊接设备，涉及激光焊接技术领域。激光焊接镜头结构包括第一透镜部和柱形透镜部。第一透镜部被构造为用于接收沿预设方向投射的激光光束，第一透镜部用于会聚或者发散激光光束。第一透镜部和柱形透镜部依次沿预设方向上间隔设置。柱形透镜部与第一透镜部的焦点不重叠。激光光束能够沿预设方向依次投射第一透镜部和柱形透镜部后在预设方向上得到第一激光聚焦部和第二激光聚焦部。第一激光聚焦部和第二激光聚焦部沿预设方向上的投影之间具有预定角度。激光焊接镜头结构应用于激光焊接中，通过激光焊接镜头结构对激光光束的作用，提高焊接质量。

Description

一种激光焊接镜头结构以及激光焊接设备

技术领域

本实用新型涉及激光焊接技术领域，具体而言，涉及一种激光焊接镜头结构以及激光焊接设备。

背景技术

激光焊接技术属于熔融焊接，以激光束为能源，使其冲击在焊件接头上以达到焊接目的的技术。

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。

然后现有的激光焊接的焊接效果不好。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的在于提供一种激光焊接镜头结构，其应用于激光焊接中，通过激光焊接镜头结构对激光光束的作用，提高焊接质量。

本实用新型的第二个目的在于提供一种激光焊接设备，该激光焊接设置具有上述激光焊接镜头结构，通过设置该激光焊接镜头结构，能有效的提高焊接质量。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种激光焊接镜头结构，包括：

第一透镜部，第一透镜部被构造为用于接收沿预设方向投射的激光光束，第一透镜部用于会聚或者发散激光光束；

柱形透镜部，第一透镜部和柱形透镜部依次沿预设方向上间隔设置；

柱形透镜部与第一透镜部的焦点不重叠；

激光光束能够沿预设方向依次投射第一透镜部和柱形透镜部后在预设方向上得到第一激光聚焦部和第二激光聚焦部；

第一激光聚焦部和第二激光聚焦部沿预设方向上的投影之间具有预定角度。

发明人发现：现有技术将所有的能量焦于极小一点，在现实的缝焊焊接生产中，因为在同等焊接熔池效果条件下，产品对接缝上的熔池面积决定了焊接的强度，所以激光焦点运动的轨迹与产品的对接缝重叠的重复精度要求很高，故此，在现实生产操作中，激光焦点的运动轨迹与产品对接缝重合精度要求高，提高了焊接难度，并且很难保证焊接质量。

发明人设计了上述激光焊接镜头结构，其应用于激光焊接中，通过激光焊接镜头对激光束的作用，提高焊接质量。激光焊接镜头结构包括第一透镜部和柱形透镜部。其中，第一透镜部和柱形透镜部依次沿预设方向上间隔设置，第一透镜部和柱形透镜部共同作用于沿预设方向上发射的激光光束。需要说明的是，柱形透镜部与第一透镜部的焦点不重叠。具体地，激光光束首先被第一透镜部作用，第一透镜部使得激光光束会聚或者发散，使得激光光束通过第一透镜部具有一焦点；然后经过会聚或者发散的激光光束被柱形透镜部作用，在柱形透镜部的光学特性下，生成了另一个焦点，并且由于柱形透镜部本身的聚焦作用，使得被第一透镜部处理的激光光束直接穿射过柱形透镜部的轴平面，在第一透镜部的焦点处进行会聚形成第二激光聚焦部，受到柱形透镜部作用的激光光束，在柱形透镜部的焦点处会聚形成第一激光聚焦部，并且由于柱形透镜部的特性，使得第一激光聚焦部和第二激光聚焦部沿预设方向上的投影之间具有预定角度，即，第一激光聚焦部和第二激光聚焦部之间的光是呈扭曲状的，在焊接时，只需令需焊接产品处于第一激光聚焦部和第二激光聚焦部之间的位置,其原因在于，在焊接时，因为多种原因，如需焊接产品自身加工误差，技术人员调试的误差，导致需焊接产品与镜头的距离产生波动时，只要波动的范围在第一激光聚焦部和第二激光聚焦部之间即可，因为在第一激光聚焦部和第二激光聚焦部之间激光的功率密度都是增加的，也就是熔池增加，所以所得到的熔池深度就能保证大于需要值。同时因为第一激光聚焦部和第二激光聚焦部在柱形透镜的作用下，聚焦点成线状，在实际焊接过程中令第一激光聚焦部和第二激光聚焦部与需焊接产品接缝互成45度夹角，则相对于现有技术的聚焦点拥有更大的焊接产品接缝与镜头运动轨迹重合的余量。最终降低激光焦点运动的轨迹与产品的对接缝重叠的重复精度要求。降低了焊接难度，保证了焊接质量。

在本实用新型的一种实施例中：

第一透镜部包括至少一个透镜片，

柱形透镜部包括至少一个柱形透镜片。

在本实用新型的一种实施例中：

第一透镜部的中心至柱形透镜部的中心的距离小于第一透镜部的焦距和柱形透镜部的焦距。

在本实用新型的一种实施例中：

柱形透镜部具有四个平行于预设方向上的平面。

在本实用新型的一种实施例中：

四个平面构成正四边形。

在本实用新型的一种实施例中：

第一透镜部为凸透镜部；

柱形透镜部远离凸透镜的端面沿预设方向凸出。

在本实用新型的一种实施例中：

凸透镜部为平凸透镜部，平凸透镜部沿预设方向具有平整面和弧状面，弧状面靠近柱形透镜。

在本实用新型的一种实施例中：

第一透镜部为凹透镜部；

柱形透镜部远离凹透镜的端面沿凹透镜部的方向上凹陷。

在本实用新型的一种实施例中：

凹透镜部为平凹透镜部，平凹透镜部沿预设方向具有平整面和弧状面，弧状面靠近柱形透镜。

一种激光焊接设备，该激光焊接设备具有上述任意一项的激光焊接镜头结构。

本实用新型的技术方案至少具有如下有益效果：

本实用新型提供的一种激光焊接镜头结构，其应用于激光焊接中，通过激光焊接镜头结构对激光光束的作用，提高焊接质量。

本实用新型提供的一种激光焊接设备，该激光焊接设置具有上述激光焊接镜头结构，通过设置该激光焊接镜头结构，能有效的提高焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例1中激光焊接镜头结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1中第一透镜部的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1中柱形透镜部的结构示意图；

图4为本实用新型实施例1中第一激光聚焦部和第二激光聚焦部的成像原理图；

图5为本实用新型实施例1中另一种激光焊接镜头结构的结构示意图。

图标：10-激光焊接镜头结构；10a-等分点；10b-等分点；10c-等分点；10d-等分点；11-第一透镜部；12-柱形透镜部；20-激光焊接镜头结构；21-光学透镜；81-第一激光聚焦部；82-第二激光聚焦部；90-激光光束；110-平整面；111-弧状面；120-平面；210-凸透镜面；211-柱形镜面。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例提供一种激光焊接镜头结构10，其应用于激光焊接中，通过激光焊接镜头结构10对激光光束90的作用，提高焊接质量。

请参考图1，图1示出了实施例中激光焊接镜头结构10的具体结构。

激光焊接镜头结构10包括第一透镜部11和柱形透镜部12。

其中，激光焊接镜头结构10应用于激光焊接中，激光光束90通过激光焊接镜头结构10，在焊接加工件上形成熔池。

具体地，第一透镜部11被构造为用于接收沿预设方向发射的激光光束90，第一透镜部11用于会聚或者发散激光光束90。在图1中，为方便理解，示出了激光光束90以及指出了预设方向。

第一透镜部11和柱形透镜部12依次沿预设方向上间隔设置,即，激光光束90依次射入第一透镜部11和柱形透镜部12。

其中，柱形透镜部12与第一透镜部11的焦点不重叠。由于柱形透镜部12本身的光学性质，使得被第一透镜部11会聚或者发散的激光光束90一部分不受柱形透镜部12的聚焦影响直接投射在原焦点处聚焦，该聚焦处限定为第二激光聚焦部82；另一部分受到柱形透镜部12的聚焦影响在另一处聚焦，该聚焦处限定为第一激光聚焦部81。

总结的说，激光光束90能够沿预设方向依次投射第一透镜部11和柱形透镜部12后在预设方向上得到第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82。并且，第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82沿预设方向上的投影之间具有预定角度，即，第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82之间的聚焦的光是呈扭曲状的。

具体地，在本实施例中，第一透镜部11包括一个透镜片，该透镜片能够发散或者会聚光路，在其他具体实施方式中，第一透镜部11还可以由多个透镜片构成，例如两个、三个以及四个等构成能够发散或者会聚光路的透镜结构。

在本实施例中，第一透镜部11包括一个柱形透镜片，该柱形透镜片能够使得第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82沿预设方向上的投影之间具有夹角，即，人为可通过柱形透镜片结构调整的预设角度，在其他具体实施方式中，第一透镜部11还可以由多个柱形透镜片构成，例如两个、三个以及四个等构成。

需要说明的是，在本实施例中，第一透镜部11的中心至柱形透镜部12的中心的距离小于第一透镜部11的焦距和柱形透镜部12的焦距。

请参考图1，在图1中可以看出在本实施中的第一透镜部11和柱形透镜部12的具体结构。

其中，第一透镜部11为凸透镜部，第一透镜部11对激光光束90进行会聚。具体地，由于在本实施例汇总第一透镜部11为一个透镜片，则凸透镜部为一个凸透镜，柱形透镜部12为外凸柱形透镜，其中该柱形透镜部12远离该凸透镜的端面沿预设方向凸出。

进一步地，在本实施例中，请参考图2和图3，图2示出了本实施例中第一透镜部11的具体结构，图3示出了本实施例中柱形透镜部12的具体结构。

凸透镜部，即，第一透镜部11为平凸透镜部，平凸透镜部，即单独的平凸透镜沿预设方向具有平整面110和弧状面111，弧状面111靠近柱形透镜部12，该平整面110和弧状面111的中心处于同一条直线。需要说明的是，在其他具体实施方式中，凸透镜部中的透镜类型还可以为双凸透镜或者凹凸透镜，需要说明的是，在其他具体实施方式中，由于第一透镜部11可以为多个凸透镜构成，则，第一透镜部11还可以为平凸透镜、双凸透镜以及凹凸透镜共同构成。

请参考图3，在本实施例中，柱形透镜部12为一个柱形透镜，柱形透镜具有四个平行于预设方向上的平面120。该四个平面120构成一个正四边形。需要说明的是，在其他具体实施方式中，柱形透镜部12的结构可以不作出限制。

设置柱形透镜的意义在于：请结合图4来看，图4中示出了第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82的成像原理：

图中示出了激光光束90在截面上的四个等分点，等分点10a、等分点10b、等分点10c以及等分点10d。其中，等分点10a和等分点10c位于柱形透镜的轴向平面，等分点10b和等分点10d为柱形透镜的径向平面。由于柱形透镜是将光线往轴方向汇聚，形成一条在柱形透镜轴平面上的线，也就是说，在柱形透镜的轴平面上的光线传播是不受柱形透镜的聚焦作用影响的。当激光通过第一透镜部11，等分点10a和等分点10c不受柱形透镜的聚焦作用影响，在第一激光聚焦部81上形成第一激光聚焦部81的两个端点，然后汇聚在第一透镜部11的焦点也就是第二激光聚焦部82上，等分点10b和等分点10d得到汇聚得到形成第一激光聚焦部81，该第一激光聚焦部81呈线性焦点，等分点10a和等分点10c不受柱形透镜的聚焦作用影响，在第二激光聚焦部82上汇聚，而等分点10b和等分点10d在第一激光聚焦部81上汇聚后，根据光线的直线传播而散射开来，在第二激光聚焦部82上形成第二激光聚焦部82的两个端点，并且该第一激光聚焦部81同样呈线性。由于柱形透镜聚焦原理为将光线往轴平面汇聚，而轴平面上的光线则不受影响，则第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82在预设方向上的投影之间的预设角度为90°，第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82在空间上是相互垂直的，并且第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82之间的光路是呈90°扭曲的。

发明人发现：现有技术将所有的能量焦于极小一点，在现实的缝焊焊接生产中，因为在同等焊接熔池效果条件下，产品对接缝上的熔池面积决定了焊接的强度，所以激光焦点运动的轨迹与产品的对接缝重叠的重复精度要求很高，故此，在现实生产操作中，激光焦点的运动轨迹与产品对接缝重合精度要求高，提高了焊接难度，并且很难保证焊接质量。

发明人设计了上述激光焊接镜头结构10，其应用于激光焊接中，通过激光焊接镜头结构10对激光光束90的作用，提高焊接质量。激光焊接镜头结构10包括第一透镜部11和柱形透镜部12。其中，第一透镜部11和柱形透镜部12依次沿预设方向上间隔设置，第一透镜部11和柱形透镜部12共同作用于沿预设方向上发射的激光光束90。需要说明的是，柱形透镜部12与第一透镜部11的焦点不重叠。具体地，激光光束90首先被第一透镜部11作用，第一透镜部11使得激光光束90会聚或者发散，使得激光光束90通过第一透镜部11具有一焦点；然后经过会聚或者发散的激光光束90被柱形透镜部12作用，在柱形透镜部12的光学特性下，生成了另一个焦点，并且由于柱形透镜部12本身的聚焦作用，使得被第一透镜部11处理的激光光束90直接穿射过柱形透镜部12的轴平面，在第一透镜部11的焦点处进行会聚形成第二激光聚焦部82，受到柱形透镜部12作用的激光光束90，在柱形透镜部12的焦点处会聚形成第一激光聚焦部81，并且由于柱形透镜部12的特性，使得第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82沿预设方向上的投影之间具有预定角度，即，第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82之间的光是呈扭曲状的，在焊接时，只需令需焊接产品处于第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82之间的位置。其原因在于，在焊接时，因为多种原因，如需焊接产品自身加工误差，技术人员调试的误差，导致需焊接产品与镜头的距离产生波动时，只要波动的范围在第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82之间即可，因为在第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82之间激光的功率密度都是增加的，也就是熔池增加，所以所得到的熔池深度就能保证大于需要值。同时因为第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82在柱形透镜的作用下，聚焦点成线状，在实际焊接过程中令第一激光聚焦部81和第二激光聚焦部82与需焊接产品接缝互成45度夹角，则相对于现有技术的聚焦点拥有更大的焊接产品接缝与镜头运动轨迹重合的余量。最终降低激光焦点运动的轨迹与产品的对接缝重叠的重复精度要求。降低了焊接难度，保证了焊接质量。

需要说明的是，本实施例还提供另一种激光焊接镜头结构，该激光焊接镜头结构中，第一透镜部11为凹透镜部，柱形透镜部12远离凹透镜部的端面沿凹透镜部的方向上凹陷。凹透镜部为平凹透镜部，平凹透镜部沿预设方向具有平整面和弧状面，弧状面靠近柱形透镜部。

需要说明的是，本实施例中还提供一种激光焊接设备，该激光焊接设备具有上述提供的激光焊接镜头结构10，通过设置该激光焊接镜头结构10，能提高激光焊接设备的焊接质量。

需要说明的是，本实施例中，第一透镜部11和柱形透镜部12依次沿预设方向上间隔设置，还可以解释为：

第一透镜部11和柱形透镜部12可以分别为在一透镜相对两个端面之间进行光学结构的设计：如图5，图5示出了本实施例中提供的另一中激光焊接镜头结构20的具体结构。

其中，激光焊接镜头结构20本体为一块光学透镜21，在光学透镜21的沿预设方向上的相对两个端面分别为凸透镜面210和柱形镜面211。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光焊接镜头结构，其特征在于，包括：

第一透镜部，所述第一透镜部被构造为用于接收沿预设方向发射的激光光束，所述第一透镜部用于会聚或者发散所述激光光束；

柱形透镜部，所述第一透镜部和所述柱形透镜部依次沿所述预设方向上间隔设置；

所述柱形透镜部与所述第一透镜部的焦点不重叠；

所述激光光束能够沿所述预设方向依次投射所述第一透镜部和所述柱形透镜部后在所述预设方向上得到第一激光聚焦部和第二激光聚焦部；

所述第一激光聚焦部和所述第二激光聚焦部沿所述预设方向上的投影之间具有预定角度。

2.根据权利要求1所述的激光焊接镜头结构，其特征在于：

所述第一透镜部包括至少一个透镜片，

所述柱形透镜部包括至少一个柱形透镜片。

3.根据权利要求1所述的激光焊接镜头结构，其特征在于：

所述第一透镜部的中心至所述柱形透镜部的中心的距离小于所述第一透镜部的焦距和所述柱形透镜部的焦距。

4.根据权利要求1所述的激光焊接镜头结构，其特征在于：

所述柱形透镜部具有四个平行于所述预设方向上的平面。

5.根据权利要求4所述的激光焊接镜头结构，其特征在于：

四个所述平面构成正四边形。

6.根据权利要求1所述的激光焊接镜头结构，其特征在于：

所述第一透镜部为凸透镜部；

所述柱形透镜部远离所述凸透镜部的端面沿所述预设方向凸出。

7.根据权利要求6所述的激光焊接镜头结构，其特征在于：

所述凸透镜部为平凸透镜部，所述平凸透镜部沿预设方向具有平整面和弧状面，所述弧状面靠近所述柱形透镜部。

8.根据权利要求1所述的激光焊接镜头结构，其特征在于：

所述第一透镜部为凹透镜部；

所述柱形透镜部远离所述凹透镜部的端面沿所述凹透镜部的方向上凹陷。

9.根据权利要求8所述的激光焊接镜头结构，其特征在于：

所述凹透镜部为平凹透镜部，所述平凹透镜部沿预设方向具有平整面和弧状面，所述弧状面靠近所述柱形透镜部。

10.一种激光焊接设备，其特征在于：

所述激光焊接设备具有权利要求1-9任意一项所述的激光焊接镜头结构。