CN208067559U - 激光同轴振镜焊接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种激光同轴振镜焊接装置，包括工作台、激光器、设于激光器一侧的振镜机构、设于振镜机构一侧的CCD图像采集机构、用于驱使工作台移动的第一驱动组件及控制器；振镜机构包括反射镜、场镜及用于驱使反射镜转动第二驱动组件；激光器与反射镜同轴，CCD图像采集机构、反射镜与场镜同轴。本实用新型通过激光器与反射镜同轴以及CCD图像采集机构与反射镜和场镜同轴，使得加工光束的光轴与CCD图像采集机构采集的图像信息的光轴同轴，在焊接过程中，振镜机构与CCD图像采集机构同步工作，不需要轮换移动，从而有效地解决了激光焊接装置因振镜机构和CCD图像采集机构轮换对位导致加工效率低和加工精度不足的技术问题。

Description

激光同轴振镜焊接装置

技术领域

本实用新型属于激光焊接设备的技术领域，更具体地说，是涉及一种激光同轴振镜焊接装置。

背景技术

激光焊接技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行焊接以及作为光源，识别物体等的一门技术。激光机一般靠激光电源带动激光管发光，通过几个反光镜的折射，使光线传输到激光头，再由激光头上安装的聚焦镜将光线汇聚成为一点，而这一点可以达到很高的温度，从而将材料瞬间熔融，达到焊接目的。由于其独特的优点，已被广泛应用于电脑(Computer)、通讯(Communication)和消费性电子(ConsumerElectronic)3C资讯家电产业的微、小型零件的精密焊接中。

目前，激光焊接装置包括用于反射激光的振镜机构和用于辨识加工位置的CCD(charge coupled device，电荷耦合元件)图像采集机构，其中，振镜机构需要将激光聚焦到工件的待加工位置，同时，CCD图像采集机构也需要采集工件上待加工位置的图像信息，以便确认加工位置和加工参数。市场上的激光焊接机构一般是将振镜机构和CCD图像采集机构采用轮换对位的方式来加工和监控采集图像信息，如：电机先驱动CCD图像采集机构到预定的位置进行图像采集，采集完成后，CCD图像采集机构移开；再通过电机将振镜机构驱动到预定的位置进行焊接。这种轮换对位的方式由于存在位置的交换过程，因此浪费时间；并且由于位移过程中会存在误差，所以也增大了加工误差，给提高加工精度增加了难度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种激光同轴振镜焊接装置，以解决现有技术中，激光焊接装置因振镜机构和CCD图像采集机构轮换对位导致加工效率低和加工精度不足的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供了一种激光同轴振镜焊接装置，包括工作台，用于制造激光束的激光器，设置于所述激光器一侧的用于使所述激光束改变运动轨迹并聚集于所述工作台的振镜机构，设置于所述振镜机构的相异于所述激光器所在侧的一侧的用于定位加工工件位置的CCD图像采集机构，用于驱使所述工作台移动的第一驱动组件，以及分别与所述激光器、所述振镜机构、所述CCD图像采集机构和所述第一驱动组件电连接的控制器；所述振镜机构包括反射镜，设置于所述反射镜和所述工作台之间的场镜，以及用于驱使所述反射镜转动第二驱动组件；所述激光器与所述反射镜同轴，所述CCD图像采集机构、所述反射镜与所述场镜同轴。

进一步地，所述激光同轴振镜焊接装置还包括设置于所述激光器和所述反射镜之间的扩束镜。

进一步地，所述激光同轴振镜焊接装置还包括设置于所述CCD图像采集机构和所述反射镜之间的用于过滤所述加工工件背景光的滤镜。

进一步地，所述CCD图像采集机构包括与所述反射镜和所述场镜同轴的CCD相机，与所述CCD相机电连接的图像采集储存卡和监视器，以及连接所述CCD相机和所述控制器的通讯组件。

进一步地，所述激光同轴振镜焊接装置还包括与所述控制器电连接的用于冷却所述激光器的冷却机构。

进一步地，所述激光同轴振镜焊接装置还包括分别与所述激光器、所述控制器、所述第一驱动组件、所述第二驱动组件和所述冷却机构电连接的电源机构。

进一步地，所述激光同轴振镜焊接装置还包括设置于所述激光器一侧的用于校准光路的红光指示器。

进一步地，所述激光器为光纤激光器且包括泵浦源、激光工作物质及谐振腔，所述泵浦源和所述激光工作物质容置于所述谐振腔内。

进一步地，所述激光工作物质为掺稀土元素的玻璃光纤，所述谐振腔包括光纤光栅。

本实用新型提供的激光同轴振镜焊接装置的有益效果在于：通过激光器与反射镜同轴以及CCD图像采集机构与反射镜和场镜同轴，使得整体结构紧凑，为实现装置的小型化奠定基础，并且使得加工光束的光轴与CCD图像采集机构采集的图像信息的光轴同轴，在焊接过程中，振镜机构与CCD图像采集机构同步工作，不需要轮换移动，从而有效地解决了激光焊接装置因振镜机构和CCD图像采集机构轮换对位导致加工效率低和加工精度不足的技术问题，提高了激光同轴振镜焊接装置的加工效率，提升了激光同轴振镜焊接装置的加工精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的激光同轴振镜焊接装置的线框图；

图2为本实用新型实施例提供的激光同轴振镜焊接装置的另一线框图。

其中，图中各附图标记：

1—激光同轴振镜焊接装置、2—加工工件、10—工作台、20—激光器、21—谐振腔、30—振镜机构、31—反射镜、32—场镜、40—CCD图像采集机构、50—第一驱动组件、60—控制器、61—主机、62—A/D转换器、70—扩束镜、80—滤镜、90—冷却机构、100—电源机构、110—红光指示器、200—激光束。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，现对本实用新型提供的激光同轴振镜焊接装置进行说明。该激光同轴振镜焊接装置1包括工作台10、激光器20、振镜机构30、CCD图像采集机构40、第一驱动组件50以及控制器60，其中，工作台10用于防止加工工件2，激光器20用于制造激光束200，振镜机构30设置在激光器20一侧，用于改变激光束200运动轨迹并使激光束200聚集在工作台10上，CCD图像采集机构40设置在振镜机构30的相异于激光器20所在侧的一侧，用于定位加工工件2的位置，第一驱动组件50用于驱使工作台10移动，控制器60分别与激光器20、振镜机构30、CCD图像采集机构40和第一驱动组件50电连接，用于控制整个激光焊接过程；具体地，振镜机构30包括反射镜31、场镜32以及第二驱动组件(未图示)，其中，场镜32设置在反射镜31和工作台10之间，第二驱动组件用于驱使反射镜31转动，并且激光器20与反射镜31同轴，即激光器20发出的激光束200的光轴与反射镜31的光轴同轴，CCD图像采集机构40与反射镜31和场镜32同轴，即进入CCD图像采集机构40的光束的光轴与反射镜31的光轴及场镜32的光轴同轴。

优选地，在本实用新型的实施例中，振镜机构30为高速扫描振镜机构，第二驱动组件包括高精度电机以及驱动该高精度电机的电机驱动板，此处高精度电机优选为伺服电机。当然，根据具体情况和需求，在本实用新型的其它实施例中，高精度电机还可为步进电机或音圈电机等，此处不作唯一限定。

使用时，先将加工工件2放置在工作台10上，接着控制器60控制激光器20生成并输出调试用的光束，该光束经过反射镜31反射并穿过场镜32后，照射在加工工件2上，接着加工工件2将部分光线发射，该部分光线依次穿过场镜32和反射镜31后进入CCD图像采集机构40，CCD图像采集机构40感光后生成图像信息，控制器60根据该图像信息控制第一驱动组件50驱使工作台10移动，以调整加工工件2的位置，使得激光束200可精确聚焦在加工工件2的焊接处；接着控制器60控制激光器20生成并输出焊接用的激光束200，激光束200经过反射镜31反射并穿过场镜32后，聚焦在加工工件2的焊接处，并且被加工工件2反射的部分光线依次穿过场镜32和反射镜31后进入CCD图像采集机构40，CCD图像采集机构40感光后生成图像信息，随着焊接进度向前推进，控制器60根据CCD图像采集机构40采集的图像信息不断地控制第一驱动组件50驱使工作台10移动及控制第二驱动组件驱使反射镜31转动，使得激光束200始终精确地聚焦在加工工件2的焊接处。可以理解的是：反射镜31为反射透镜，可反射一部分频谱的光线，并且可被另一部分频谱的光线穿过；控制器60包括主机61和A/D转换器(模数转换器)62，主机61包括计算机和Windows操作系统等，主机61通过A/D转换器62将激光器20、振镜机构30、CCD图像采集机构40的模拟信号或电压信号转换为数字信号。

本实用新型提供的激光同轴振镜焊接装置1，与现有技术相比，有益效果在于：通过激光器20与反射镜31同轴以及CCD图像采集机构40与反射镜31和场镜32同轴，使得加工光束的光轴与CCD图像采集机构40采集的图像信息的光轴同轴，在焊接过程中，振镜机构30与CCD图像采集机构40同步工作，不需要轮换移动，从而有效地解决了激光焊接装置因振镜机构和CCD图像采集机构轮换对位导致加工效率低和加工精度不足的技术问题，提高了激光同轴振镜焊接装置的加工效率，提升了激光同轴振镜焊接装置的加工精度。

进一步地，请参阅图1和图2，作为本实用新型提供的激光同轴振镜焊接装置的一种具体实施方式，上述激光同轴振镜焊接装置1还包括扩束镜70，该扩束镜70设置在上述激光器20和上述反射镜31之间，即由激光器20生成并输出的激光束200需穿过扩束镜70后才能进入振镜机构30内。具体地，扩束镜70为光束发射前多倍扩束组合透镜，并且扩束镜70与激光器20和反射镜31同轴，用于扩展激光束200的直径和减少激光束200的发散角，有利于集聚激光束200的能量，减少了激光束200的能量损耗，进而降低了激光焊接的加工成本。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的激光同轴振镜焊接装置的一种具体实施方式，上述激光同轴振镜焊接装置1还包括滤镜80，该滤镜80设置在上述CCD图像采集机构40和上述反射镜31之间，用于过滤上述加工工件2的背景光。具体地，滤镜80为允许光线波长为650士10nm穿过的透镜，在激光焊接过程中，会出现加工工件2的背景反光过于强烈的情况，这样会对CCD图像采集机构40检测产生影响导致采集的图像信息出现误差，滤镜80可有效地滤除加工工件2的背景光，使得CCD图像采集机构40可正确地读取出光线的条纹中心，提高了图像采集的质量，提升了激光同轴振镜焊接装置的加工精度。

进一步地，作为本实用新型提供的激光同轴振镜焊接装置的一种具体实施方式，上述CCD图像采集机构40包括CCD相机、图像采集储存卡、监视器以及通讯组件(未图示)，其中，CCD相机与上述反射镜31和场镜32同轴，通过CCD(电荷耦合元件)将光线变为电荷，并且将电荷存储和转移，其具有抗震动和撞击的特性，有利于提高图像采集的稳定性和可靠性；图像采集储存卡和监视器与CCD相机电连接，图像采集储存卡用于存储CCD相机采集的图像信息，监视器使得图像信息的反馈更加直观和快捷；通讯组件连接CCD相机和上述控制器60，CCD相机通过通讯组件将图像信息传输给控制器60。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的激光同轴振镜焊接装置的一种具体实施方式，上述激光同轴振镜焊接装置1还包括冷却机构90，该冷却机构90与上述控制器60电连接，用于冷却上述激光器20。具体地，激光同轴振镜焊接装置1还包括水管(未标注)，冷却机构90通过水管与激光器20连通。由于在激光器20生成激光束200的过程中会产生很高的温度，为了避免高温损坏激光器20内部的电器元件，需要向激光器20提供持续的低温冷却水，对主要的发热元件，如：出光头和激光器20内的腔体进行降温。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的激光同轴振镜焊接装置的一种具体实施方式，上述激光同轴振镜焊接装置1还包括电源机构100，该电源机构100分别与上述激光器20、上述控制器60、上述第一驱动组件50、上述第二驱动组件和上述冷却机构90电连接，用于为激光器20、控制器60、第一驱动组件50、第二驱动组件和冷却机构90提供运行动力。具体地，电源机构100由主电源、触发电路、控制电路和保护电路等组成，具有过压、过流保护功能，其电量、脉冲宽度和频率均可调，可以根据具体情况和需求设置输出的波形，以适应于不同材料的焊接，进而提高了激光同轴振镜焊接装置运行的稳定性和可靠性。

进一步地，请参阅图2，作为本实用新型提供的扫地机的一种具体实施方式，上述激光同轴振镜焊接装置1还包括红光指示器110，该红光指示器110设置在上述激光器20的一侧，用于校准光路。具体地，红光指示器110为可发出632.8nm工作波长红光的氦氖激光器，红光指示器110、激光器20、上述扩束镜70、上述反射镜31依次排列，并且红光指示器110发出的红光光轴与激光束200的光轴、扩束镜70的光轴及反射镜31的光轴同轴，如此，通过该红光可校准激光器20、扩束镜70和反射镜31的安装位置，可精准地定位加工工件2的待焊位置，并且可单独利用红光找准焊缝位置，节省了直接利用激光束200找焊缝位置的繁琐步骤，提高了激光同轴振镜焊接装置的加工效率。

进一步地，请参阅图2，作为本实用新型提供的扫地机的一种具体实施方式，上述激光器20为光纤激光器，其包括泵浦源、激光工作物质(未标注)及谐振腔21。具体地，泵浦源和激光工作物质容置在谐振腔21内，泵浦源优选为泵浦氙灯，激光工作物质优选为掺稀土元素的玻璃光纤，谐振腔21由光纤光栅等构成，使得激光器20可生成工作波长为1064nm的激光束200。由于激光束200与照明光的波长接近，进而降低上述CCD相机识别出的加工位置与实际激光聚焦位置的差异，提高了CCD图像采集机构40的定位精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.激光同轴振镜焊接装置，其特征在于，包括工作台，用于制造激光束的激光器，设置于所述激光器一侧的用于使所述激光束改变运动轨迹并聚集于所述工作台的振镜机构，设置于所述振镜机构的相异于所述激光器所在侧的一侧的用于定位加工工件位置的CCD图像采集机构，用于驱使所述工作台移动的第一驱动组件，以及分别与所述激光器、所述振镜机构、所述CCD图像采集机构和所述第一驱动组件电连接的控制器；所述振镜机构包括反射镜，设置于所述反射镜和所述工作台之间的场镜，以及用于驱使所述反射镜转动第二驱动组件；所述激光器与所述反射镜同轴，所述CCD图像采集机构、所述反射镜与所述场镜同轴。

2.如权利要求1所述的激光同轴振镜焊接装置，其特征在于，所述激光同轴振镜焊接装置还包括设置于所述激光器和所述反射镜之间的扩束镜。

3.如权利要求2所述的激光同轴振镜焊接装置，其特征在于，所述激光同轴振镜焊接装置还包括设置于所述CCD图像采集机构和所述反射镜之间的用于过滤所述加工工件背景光的滤镜。

4.如权利要求1至3任一项所述的激光同轴振镜焊接装置，其特征在于，所述CCD图像采集机构包括与所述反射镜和所述场镜同轴的CCD相机，与所述CCD相机电连接的图像采集储存卡和监视器，以及连接所述CCD相机和所述控制器的通讯组件。

5.如权利要求4所述的激光同轴振镜焊接装置，其特征在于，所述激光同轴振镜焊接装置还包括与所述控制器电连接的用于冷却所述激光器的冷却机构。

6.如权利要求5所述的激光同轴振镜焊接装置，其特征在于，所述激光同轴振镜焊接装置还包括分别与所述激光器、所述控制器、所述第一驱动组件、所述第二驱动组件和所述冷却机构电连接的电源机构。

7.如权利要求6所述的激光同轴振镜焊接装置，其特征在于，所述激光同轴振镜焊接装置还包括设置于所述激光器一侧的用于校准光路的红光指示器。

8.如权利要求5至7任一项所述的激光同轴振镜焊接装置，其特征在于，所述激光器为光纤激光器且包括泵浦源、激光工作物质及谐振腔，所述泵浦源和所述激光工作物质容置于所述谐振腔内。

9.如权利要求8所述的激光同轴振镜焊接装置，其特征在于，所述激光工作物质为掺稀土元素的玻璃光纤，所述谐振腔包括光纤光栅。