CN215615791U - 一种同轴测温视觉方形光斑激光焊接头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，包括激光接头、聚焦镜头和平顶光束发生器，平顶光束发生器设置在所述激光接头与所述聚焦镜头之间的光路上，以整形光束并将所述激光接头出射的激光匀化后输入所述聚焦镜头中进行聚焦。通过设置平顶光束发生器来对激光束进行整形是光束由圆形变成方形，满足焊点对方形光斑的要求，同时通过设置平顶光束发生器来对来产生评定光，使光斑的能量分布均匀，光斑边界清晰，通过两个平顶光束发生器组成符合设置平顶光束发生器，从而能够有效去除激光束的光晕、光环等聚焦不良现象，提供激光质量，进而可以提供焊接直接质量。

Description

一种同轴测温视觉方形光斑激光焊接头

技术领域

本实用新型涉及激光焊接加工技术领域，尤其涉及一种同轴测温视觉方形光斑激光焊接头。

背景技术

在激光焊接中，许多产品焊点的形状为异型形状，而一般普通激光的光斑为圆形，从而激光光斑的形状难以满足焊点形状的要求，且一般激光为高斯光，能量分布不均匀，从而导致焊接合格率低下。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，用于提供适合焊点形状的光斑和均匀的能量。

本实用新型实施例提供一种同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，包括：

激光接头，用于连接光纤；

聚焦镜头，用于聚焦并输出焊接激光；

平顶光束发生器，设置在所述激光接头与所述聚焦镜头之间的光路上，以整形光束并将所述激光接头出射的激光匀化后输入所述聚焦镜头中进行聚焦。

进一步的，所述激光接头与所述聚焦镜头并行设置，所述激光接头与所述聚焦镜头之间的光路上还设置有第一镜片和第二镜片，所述激光接头出射的激光先后经过所述第一镜片和第二镜片的两次反射后进入所述聚焦镜头。

进一步的，所述平顶光束发生器具有至少两个，一个设置在所述激光接头与所述第一镜片之间的光路上，以将所述第一镜片的入射光整形和匀化，一个设置在第一镜片与第二镜片之间的光路上，以将去掉所述第二镜片的入射光的光晕和光环。

进一步的，所述第一镜片和第二镜片相互平行。

进一步的，第二镜片为分光镜，可反射激光，透射可见光和红外光，所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头还包括探测组件，所述探测组件与所述聚焦镜头直型设置，且所述第二镜片位于所述探测组件与所述聚焦镜头之间的光路上，以将自所述聚焦镜头进入的可见光和红外光透射至所述探测组件上。

进一步的，所述探测组件包括CMOS数字相机，以感应所述可见光成像，所述探测组件还包括红外测温仪，以感应所述红外光测温。

进一步的，所述激光接头包括至少两组准直透镜，一组为第一单凸形透镜，位于激光接头中光路的上游，一组为第一弯月形透镜，位于激光接头中光路的下游，其中所述第一单凸形透镜的凸起面为所述第一单凸形透镜的入射面，所述第一弯月形透镜曲率半径小的弯曲面为所述第一弯月形透镜的入射面。

进一步的，所述聚焦镜头包括至少三组聚焦透镜，一组为双凸形透镜，位于聚焦镜头中光路的上游，一组为第二单凸形透镜，位于聚焦镜头中光路的下游，一组为第二弯月形透镜，位于聚焦镜头中光路的中游，其中所述第二单凸形透镜的凸起面为所述第二单凸形透镜的入射面，所述第二弯月形透镜曲率半径小的弯曲面为所述第二弯月形透镜的入射面。

进一步的，所述激光接头的外侧壁上设有多个散热鳍片。

进一步的，所述平顶光束发生器垂直其所在光路，所述平顶光束发生器为二元衍射光学镜。

本实用新型实施例提供的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头具有以下有益效果：通过设置平顶光束发生器来对激光束进行整形是光束由圆形变成方形，满足焊点对方形光斑的要求，同时通过设置平顶光束发生器来对来产生评定光，使光斑的能量分布均匀，光斑边界清晰，通过两个平顶光束发生器组成符合设置平顶光束发生器，从而能够有效去除激光束的光晕、光环等聚焦不良现象，提供激光质量，进而可以提供焊接直接质量。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种同轴测温视觉方形光斑激光焊接头的整体示意图；

图2为图1的剖视图。

图中：

1、激光接头；11、外壳；12、光纤接口；13、第一单凸形透镜；14、第一弯月形透镜；15、散热鳍片；

2、聚焦镜头；21、镜筒；22、双凸形透镜；23、第二弯月形透镜；24、第二单凸形透镜；25、环形照明光源；26、保护镜；

3、平顶光束发生器；

4、光纤；

5、第一镜片；

6、第二镜片；

7、探测组件；71、CMOS数字相机；72、红外测温仪；73、第三镜片。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参照图1，本实用新型实施例提供一种同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，包括激光接头、聚焦镜头和平顶光束发生器。

平顶光束发生器3可以是二元衍射光学镜DOE，二元衍射光学镜DOE可以将光整形为指定的光斑形状(正方形、多边形、长条形、环形及圆形等)，且光斑的能量分布可如平顶，光强均匀、边缘清晰。

本实施例中，利用二元衍射光学镜将圆形的激光束整形为方形的激光束，以满足焊点对方形光斑的要求。

请参照图2，激光接头1包括外壳11和设于所述外壳11的光纤接口12，所述光纤接口12用于连接光纤4，所述外壳11内至少具有两组准直透镜，一组为第一单凸形透镜13，位于激光接头1中光路的上游，一组为第一弯月形透镜14，位于激光接头1中光路的下游，即第一弯月形透镜14位于第一单凸形透镜13的下方，入射激光经所述第一单凸形透镜13准直后，再射入所述第一弯月形透镜14中，被所述第一弯月形透镜14再次准直，第一单凸形透镜13和第一弯月形透镜14具有不同的准直方向，以从至少两个不同的方向对激光进行准直，提高激光的光学性能。

请参照图2，所述第一单凸形透镜13的凸起面为所述第一单凸形透镜13的入射面，所述第一弯月形透镜14曲率半径小的弯曲面为所述第一弯月形透镜14的入射面，第一单凸形透镜13和第一弯月形透镜14之间可以具有间距，间距的大小与第一单凸形透镜13和第一弯月形透镜14的焦距相关。

第一单凸形透镜13与光纤接口12之间的距离远大于第一单凸形透镜13与第一弯月形透镜14之间的距离，所述激光接头12外壳11的外侧壁上设有多个散热鳍片15，激光在准直之前，其光子可能会打在外壳11的内壁上，导致外壳11温度较高，若不进行及时散热，可能会具有一定的危险性，通过设置所述散热鳍片15可以帮助外壳11进行散热，同时能够将外壳11的各种光学仪元件和其他零部件保持在适宜的温度范围内，确保所述激光接头1能够正常工作。

请参照图2，聚焦镜头2用于对光束进行聚焦，使光束的光斑更小、能量更集中，包括镜筒21和位于镜筒21内的多个聚焦透镜，本实施例中，共3个聚焦透镜，分别是位于聚焦镜头2中光路上游的双凸形透镜22、位于聚焦镜头2中光路中游的第二弯月形透镜23和位于聚焦镜头2中光路下游的第二单凸形透镜24。双凸形透镜22具有两个凸起面，两个凸起面可以具有相同的曲率，也可以具有不同的曲率，视情况而定。第二弯月形透镜23曲率半径小的弯曲面为所述第二弯月形透镜23的入射面，第二弯月形透镜23的入射面的曲率可以与双凸形透镜22的出射面弧形平行，根据双凸形透镜22和第二弯月形透镜23的焦距，双凸形透镜22和第二弯月形透镜23之间可以具有一定的间距。所述第二单凸形透镜24具有一个凸起面，与该凸起面相对另一个面为平面，该凸起面为第二单凸形透镜24的入射面。所述第二弯月形透镜23与所述第二单凸形透镜24之间的间距大于所述第二弯月形透镜23与所述双凸形透镜22之间的间距。

请参照图2，聚焦镜头2的镜筒21上还设有环形照明光源25和保护镜26，环形照明光源25可以为闭合的环形，位于镜筒21内，保护镜26位于环形照明光源外，可以保护环形照明光源25。

请参照图1、2，所述激光接头1与所述聚焦镜头2并行设置，在纵向投影上，所述激光接头1与所述聚焦镜头2可以完全不重合，故所述激光接头1与所述聚焦镜头2之间的光路为折线型。所述激光接头1与所述聚焦镜头2之间的光路上还设置有第一镜片5和第二镜片6，以将所述激光接头1的出射光转向射入所述聚焦镜头2中。

请参照图2，第一镜片5位于所述激光接头1的下游，优选，第一镜片5与纵向之间的夹角为45°，第二镜片6位于所述聚焦镜头2的上游，优选，第二镜片6与纵向之间的夹角为45°，且第一镜片5与第二镜片6相互平行，从而所述激光接头1出射的纵向光经第一镜片5后变成横向光，经第二镜片6后有变成纵向光，然后被聚焦镜头2聚焦射出。

请参照图2，本实施例中，所述平顶光束发生器3具有至少两个，其中一个平顶光束发生器3设置在所述激光接头1与所述第一镜片5之间的光路上，与该光路垂直，激光穿过该平顶光束发生器3而被该平顶光束发生器3整形成方形光束，同时该方形光束各处光强、能量基本相等，另一个平顶光束发生器3设置在第一镜片5与第二镜片6之间的光路上，以对激光束进一步整形和匀化，使光斑的边缘更加清晰，无光晕和光环等，同时使激光束的能量分别更加均匀，形成符合要求的平顶光。

采用复合的平顶光束发生器3来对激光束进行整形和匀化，可以提高光整形效果和匀化效果，将第一镜片5设置在两个平顶光束发生器3之间，可以通过第二个平顶光束发生器3去除第一镜片5反射的杂光和能量衰减的光，从而确保最终入射聚焦镜头的激光杂光少、干扰少，更加就均匀。

第二镜片6为分光镜，可反射激光，透射可见光和红外光，所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头还包括探测组件7，所述探测组件7与所述聚焦镜头2直型设置，即所述探测组件7与所述聚焦镜头2所在直线与纵向平行，且所述第二镜片6位于所述探测组件7与所述聚焦镜头2之间的光路上，以将自所述聚焦镜头2进入的可见光和红外光透射至所述探测组件7上。

请参照图2，所述探测组件7包括CMOS数字相机71，以感应所述可见光成像，所述探测组件7还包括红外测温仪72，以感应所述红外光测温。

聚焦镜头2对准工件表面，用于对工件表面进行焊接、切割或者表面加工，所述红外测温仪72用于检测工件表面的温度，具体的，工件表面发出红外辐射能量依次透过所述聚焦镜头2和所述第二镜片6，然后被探测组件7中的第三镜片73反射至所述红外测温仪72，从而所述红外测温仪72便可测得工件的表面温度。

CMOS数字相机71位于所述第二镜片6正上方，当所述环形照明光源25发射的光照射工件时，工件表面会将一部分照射光向上发射，并依次透过所述保护镜26、所述聚焦镜头2、所述第二镜片6和所述第三镜片73后照射至所述CMOS数字相机71内成像，从而通过所述COMS数字相机71便可观察工件表面的焊接情况。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，其特征在于，包括：

激光接头，用于连接光纤；

聚焦镜头，用于聚焦并输出焊接激光；

平顶光束发生器，设置在所述激光接头与所述聚焦镜头之间的光路上，以整形光束并将所述激光接头出射的激光匀化后输入所述聚焦镜头中进行聚焦。

2.如权利要求1所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，其特征在于：所述激光接头与所述聚焦镜头并行设置，所述激光接头与所述聚焦镜头之间的光路上还设置有第一镜片和第二镜片，所述激光接头出射的激光先后经过所述第一镜片和第二镜片的两次反射后进入所述聚焦镜头。

3.如权利要求2所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，其特征在于：所述平顶光束发生器具有至少两个，一个设置在所述激光接头与所述第一镜片之间的光路上，以将所述第一镜片的入射光整形和匀化，一个设置在第一镜片与第二镜片之间的光路上，以将去掉所述第二镜片的入射光的光晕和光环。

4.如权利要求2所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，其特征在于：所述第一镜片和第二镜片相互平行。

5.如权利要求2所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，其特征在于：第二镜片为分光镜，可反射激光，透射可见光和红外光，所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头还包括探测组件，所述探测组件与所述聚焦镜头直型设置，且所述第二镜片位于所述探测组件与所述聚焦镜头之间的光路上，以将自所述聚焦镜头进入的可见光和红外光透射至所述探测组件上。

6.如权利要求5所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，其特征在于：所述探测组件包括CMOS数字相机，以感应所述可见光成像，所述探测组件还包括红外测温仪，以感应所述红外光测温。

7.如权利要求1所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，其特征在于：所述激光接头包括至少两组准直透镜，一组为第一单凸形透镜，位于激光接头中光路的上游，一组为第一弯月形透镜，位于激光接头中光路的下游，其中所述第一单凸形透镜的凸起面为所述第一单凸形透镜的入射面，所述第一弯月形透镜曲率半径小的弯曲面为所述第一弯月形透镜的入射面。

8.如权利要求1所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，其特征在于：所述聚焦镜头包括至少三组聚焦透镜，一组为双凸形透镜，位于聚焦镜头中光路的上游，一组为第二单凸形透镜，位于聚焦镜头中光路的下游，一组为第二弯月形透镜，位于聚焦镜头中光路的中游，其中所述第二单凸形透镜的凸起面为所述第二单凸形透镜的入射面，所述第二弯月形透镜曲率半径小的弯曲面为所述第二弯月形透镜的入射面。

9.如权利要求1所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，其特征在于：所述激光接头的外侧壁上设有多个散热鳍片。

10.如权利要求1所述的同轴测温视觉方形光斑激光焊接头，其特征在于：所述平顶光束发生器垂直其所在光路，所述平顶光束发生器为二元衍射光学镜。

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