CN216177551U - 一种摆动式复合激光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种摆动式复合激光装置，属于激光器技术领域，为解决焊接高反光材料时存在能源消耗大，焊接效率低的问题而设计。包括：包括用于输出第一激光光束的第一激光输出机构、用于输出第二激光光束的第二激光输出机构，沿所述第一激光光束的传输方向依次设有分光镜、聚光镜，沿所述第一激光光束的传输方向设有第一反射镜，所述第一反射镜连接有用于带动所述第一反射镜往复旋转的第一旋转式螺线管，所述第一激光光束的能量密度与所述第二激光光束的能量密度不相同。本实用新型可提高焊接的质量。

Description

一种摆动式复合激光装置

技术领域

本实用新型创造属于激光器技术领域，尤其是涉及一种摆动式复合激光装置。

背景技术

目前，对于有色金属的激光焊接，普通的激光器不足以满足焊接需求，在焊接镀锌板材、铜、铝等高反光材料时，内部极易产生裂纹、气孔等激光焊接缺陷，且飞溅较大，表面成型质量差，焊接高反光材料时存在能源消耗大，焊接效率低的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本实用新型创造旨在克服现有技术中存在的缺陷，提出一种摆动式复合激光装置。

提供一种摆动式复合激光装置，包括用于输出第一激光光束的第一激光输出机构、用于输出第二激光光束的第二激光输出机构，沿所述第一激光光束的传输方向依次设有分光镜、聚光镜，沿所述第二激光光束的传输方向设有第一反射镜，所述第一反射镜连接有用于带动所述第一反射镜往复旋转的第一旋转式螺线管，所述第一激光光束的能量密度与所述第二激光光束的能量密度不相同，分光镜和聚光镜之间设有梯形棱镜，所述梯形棱镜用于改变复合激光光束的方向，使得复合激光光束入射至聚焦透镜作用范围内，复合激光光束由第一激光光束和第二激光光束构成，由于第一旋转式螺线管在持续通电时，会导致发热现象的发生，而第一旋转式螺线管内的永磁体磁性会更跟随温度的变化而变化，为了维持复合激光光束稳定的输出效果，因此可第一旋转式螺线管的外部可设有具备导热性能的管路，管路内流淌有制冷剂或其他液体，从而实现对第一旋转式螺线管的降温。

可选的，所述分光镜的前端设有第一准直镜。

可选的，所述分光镜和所述第一准直镜之间还包括第一圆柱透镜。

可选的，所述第一反射镜之前还设有第二准直镜。

可选的，所述第一反射镜和所述第二准直镜之间还设有第二圆柱透镜。

可选的，所述第一圆柱透镜和所述第二圆柱透镜沿轴线方向开设有从内向外直径逐渐变大的凹槽。

可选的，所述凹槽的最底端开有贯穿所述第一圆柱透镜和所述第二圆柱透镜通孔。

可选的，所述第一旋转式螺线管包括旋转轴、永久磁铁、双极性脉冲发生装置、第一电磁铁和第二电磁铁，所述永久磁铁呈圆环形，所述旋转轴贯穿所述永久磁铁的内圆环，所述旋转轴与所述第一反射镜之间相连接并用于带动所述第一反射镜往复旋转，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁呈半圆弧形，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁可卡合住永久磁铁的侧壁，且各自可与所述永久磁铁的二分之一外径相吻合；所述第一电磁铁和所述永久磁铁相靠近的两侧磁性相同，所述第二电磁铁和所述永久磁铁相靠近的两侧磁性相同，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁远离所述永久磁铁的外侧均连接有线圈，所述线圈连接有双极性脉冲发生装置，所述双极性脉冲发生装置用于对所述线圈连续或间断地提供正、负双极性脉冲电压，所述正、负双极性脉冲电压形成的波形种类能够切换，所述波形种类包括矩形波和正弦波，所述正、负双极性脉冲电压的脉冲宽度和频率可调节。

可选的，所述第一激光光束为蓝光激光光束，所述第二激光光束为半导体激光光束，第一激光输出机构为蓝光激光器，第二激光输出机构为半导体激光器。

可选的，还包括CCD相机，所述CCD相机与显示器相连接，所述CCD相机采集到的图像信息能够通过所述显示器来显示，由所述CCD相机发射的激光源可先通过第三反射镜反射、再通过第四反射镜反射、最终透过分光镜、经聚光镜聚焦后输出。

可选的，所述第三反射镜的一端连接有第二旋转式螺线管，所述第二旋转式螺线管用于带动所述第三反射镜往复旋转。

可选的，第一激光输出机构和第二激光输出机构是一体成型的结构，或是互相独立且可以组装在一起的结构。

可选的，第一激光光束和第二激光光束为单脉冲激光，或为多脉冲激光。

可选的，还设有旋转机构，所述旋转机构用于同时带动多个聚光镜旋转，以使复合激光透过不同的所述聚光镜，所述聚光镜之间具有不同的曲率。

还提供一种焊接方法，所述焊接方法能够通过如上述所述的任意一项或多项所述的摆动式复合激光装置来实现。

可选的，步骤包括：

步骤S10，通过蓝光激光器发出蓝光激光光束，通过半导体激光器发出半导体激光光束，通过CCD相机发出激光源；

所述蓝光激光光束先经过第一准直镜准直得到第一蓝光束；所述第一蓝光束中的一部分透过后第一圆柱透镜的通孔，所述第一蓝光束中的另外一部分透过后第一圆柱透镜的周围的凹槽，形成第二蓝光束；所述第二蓝光束透过分光镜，在聚光镜处聚焦，并最终抵达待焊接部件；

所述半导体激光光束先经过第二准直镜准直得到第一红光束；所述第一红光束中的一部分透过后第二圆柱透镜的通孔，所述第一红光束中的另外一部分透过后第二圆柱透镜的周围的凹槽，形成第二红光束；所述第二红光束透过所述分光镜，在聚光镜处聚焦，并最终抵达待焊接部件；

所述激光源先通过第三反射镜反射、再通过第四反射镜反射、最终透过所述分光镜、经聚光镜聚焦后输出，并最终抵达待焊接部件，所述通过CCD相机获取待焊接部件焊接状况的图像信息；

步骤S20，在执行步骤S10的同时，通过第一旋转式螺线管带动第一反射镜往复旋转；通过第二旋转式螺线管带动所述第三反射镜往复旋转；

步骤S30，通过双极性脉冲发生装置控制所述第一反射镜和所述第三反射镜旋转的频率，可通过阻挡机构限制所述第一反射镜和所述第三反射镜的最大旋转角度。

本实用新型的有益效果为：可通过能量密度大的第一激光光束对高反光的材料进行深熔焊接，在深熔焊接的同时通过能量低的第二激光光束对上述材料进行预热或/和缓冷，可防止焊接飞溅的产生，由于进行了预热、缓冷，因此要比直接焊接，其焊接效果要更好；在采用复合激光进行焊接的同时，还可以改变光路的传播方向，从而使得最终的复合激光对材料预热、缓冷更加均匀，材料也更不易产生裂纹。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例示意图；

图2是本实用新型第二实施例示意图；

图3是本实用新型第三实施例示意图；

图4是本实用新型第一旋转式螺线管的示意图；

图5是本实用新型实现步骤的示意图；

图6是本实用新型第四实施例示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”、“上”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。除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

下面结合附图对本实用新型进行进一步说明：

参照图1，在本实用新型的第一实施例中，摆动式复合激光装置包括用于输出第一激光光束的第一激光输出机构1、用于输出第二激光光束的第二激光输出机构2，沿所述第一激光光束的传输方向依次设有分光镜5、聚光镜6，沿所述第二激光光束的传输方向设有第一反射镜9，所述第一反射镜9连接有用于带动所述第一反射镜9往复旋转的第一旋转式螺线管10，所述第一激光光束的能量密度与所述第二激光光束的能量密度不相同。可先通过能量密度低的第二激光光束材料进行预热，然后通过能量密度大的第一激光光束对高反光的材料进行深熔焊接，在焊接后可通过能量密度低的第二激光光束材料进行缓冷，减小材料由于受到高能量密度的激光的冲击而产生的应力，因此可减少焊接飞溅的产生，在焊接的同时，由于在正弦波、或其他波形的电压驱动下，第一旋转式螺线管10可以带动反射镜转动，因此可以改变光路的传播方向，获得可以灵活摆动的复合激光，通过摆动的复合激光可实现对材料更加均匀的预热、缓冷，因此材料也更不易产生裂纹，焊接的平面也会更加怕平滑。

参照图2，所述分光镜5的前端设有第一准直镜3。第一准直镜3用于将四处发散的第一激光光束整形成平行的，从而提高对第一激光光束能量的利用率。

参照图2，所述分光镜5和所述第一准直镜3之间还包括第一圆柱透镜4。可通过圆柱透镜4改变第一激光光束的光斑能量密度，改善第一激光光束的发散现象。

参照图2，所述第一反射镜9之前还设有第二准直镜7。

参照图2，所述第一反射镜9和所述第二准直镜7之间还设有第二圆柱透镜8。

参照图2，所述第一圆柱透镜4和所述第二圆柱透镜8沿轴线方向开设有从内向外直径逐渐变大的凹槽。可通过带有凹槽的圆柱透镜4改变第一激光光束、第一激光光束的光斑能量密度，改善第一激光光束、第一激光光束的发散现象。

参照图2，所述凹槽的最底端开有贯穿所述第一圆柱透镜4和所述第二圆柱透镜8通孔。可通过通孔可对第一激光光束、第一激光光束的能量密度进行进一步划分。

参照图1-4所述第一旋转式螺线管10包括旋转轴14、永久磁铁25、双极性脉冲发生装置、第一电磁铁23和第二电磁铁24，所述永久磁铁25呈圆环形，所述旋转轴14贯穿所述永久磁铁25的内圆环，所述旋转轴14与所述第一反射镜9之间相连接并用于带动所述第一反射镜9往复旋转，所述第一电磁铁23和所述第二电磁铁24呈半圆弧形，所述第一电磁铁23和所述第二电磁铁24可卡合住永久磁铁25的侧壁，且各自可与所述永久磁铁25的二分之一外径相吻合；所述第一电磁铁23和所述永久磁铁25相靠近的两侧磁性相同，所述第二电磁铁24和所述永久磁铁25相靠近的两侧磁性相同，所述第一电磁铁23和所述第二电磁铁24远离所述永久磁铁25的外侧均连接有线圈26，所述线圈26连接有双极性脉冲发生装置21，所述双极性脉冲发生装置用于对所述线圈26连续或间断地提供正、负双极性脉冲电压22，所述正、负双极性脉冲电压22形成的波形种类能够切换，所述波形种类包括矩形波和正弦波，所述正、负双极性脉冲电压22的脉冲宽度和频率可调节。温度越高，永磁铁的分子运动越激烈，那么分子之间无序的碰撞也就越剧烈，这样就打破了分子的有序的平衡，磁性也就会减弱很多，到达一定温度临界值后，磁性会完全消失，间歇性的正负双极性控制指的是，非连续性地供给电压，该方式在输出正弦波（也可以为其他波形）电压时，可以在不给线圈26施加高负荷的状态下，提供正弦波电压，第一旋转式螺线管10在电压的驱动下，会按照一定的频率和模式带动旋转轴14旋转，旋转轴14进而可带动反射镜第一反射镜9或其他的可用于传播激光光束路径的透镜摆动，从而使得激光光束也发生摆动，由于复合激光可以摆动，因此对待焊接物的预热或缓冷也会更加均匀，在通过能量密度相对较大的第二激光光束进行深熔焊接时，可以减少焊接飞溅的发生，获得更优质的焊接效果。

参照图2，所述第一激光光束为蓝光激光光束，所述第二激光光束为半导体激光光束，第一激光输出机构1为蓝光激光器，第二激光输出机构2为半导体激光器。由于铜等高反光材料对于蓝色激光的吸收高达65%左右，铜粉末迅速熔化形成非完全熔融的深宽比较小的液态熔池，该过程通过热传导的方式进行，熔池极为稳定，无飞溅产生，并且不受离焦量的轻微变化影响。但此时熔融状态深度较浅，不能满足铜粉末和铜辊之间达到完全的熔融状态，起不到冶金结合的有效连接。随后，通过半导体激光器输出半导体激光作用于非完全熔融液态熔池表面，以使在非完全熔融液态熔池表面吸收半导体激光能量形成完全熔融状态的液态，再增加一束高功率密度的半导体光纤激光作用于液态熔池表面，液态熔池对于半导体光纤激光的吸收率已经由固态的2%左右上升至20%左右，此时铜粉和铜辊对激光的综合吸收可达到85%以上，只需增加功率即可将铜粉和铜辊形成有效深度的冶金结合层，增加熔池深度和稳定度，可通过低功率的蓝光激光光束和半导体激光光束复合激光束替代高功率单一的半导体激光光束，既可以节约能源，又可以提高焊接效果。

参照图3，还包括CCD相机11，所述CCD相机11与显示器相连接，所述CCD相机11采集到的图像信息能够通过所述显示器来显示，由所述CCD相机11发射的激光源可先通过第三反射镜12反射、再通过第四反射镜13反射、最终透过分光镜5、经聚光镜6聚焦后输出。通过CCD相机11可实时观察到待焊接物品的状态，从而为高质量焊接提供参考依据。

参照图3，所述第三反射镜12的一端连接有第二旋转式螺线管，所述第二旋转式螺线管用于带动所述第三反射镜12往复旋转。

参照图1-3，第一激光输出机构1和第二激光输出机构2可以是一体成型的结构，也可以是互相独立且可以组装在一起的结构。

参照图1-3，第一激光光束和第二激光光束可以为单脉冲激光，也可以为多脉冲激光。

一种焊接方法，所述焊接方法能够通过上述中任意一项或多项所述的摆动式复合激光装置来实现。

参照图6，图6是本实用新型第四实施例示意图，还设有旋转机构15，所述旋转机构15用于同时带动多个聚光镜6旋转，以使复合激光透过不同的所述聚光镜6，所述聚光镜6之间具有不同的曲率。由于聚光镜6有不同的曲率，因此激光束可以分别汇聚在不同的焦平面，因此可以对不同位置的待焊接物进行焊接。

参照图1-6，具体步骤包括：

步骤S10，通过蓝光激光器发出蓝光激光光束，通过半导体激光器发出半导体激光光束，通过CCD相机发出激光源；

所述蓝光激光光束先经过第一准直镜3准直得到第一蓝光束；所述第一蓝光束中的一部分透过后第一圆柱透镜4的通孔，所述第一蓝光束中的另外一部分透过后第一圆柱透镜4的周围的凹槽，形成第二蓝光束；所述第二蓝光束透过分光镜5，在聚光镜6处聚焦，并最终抵达待焊接部件；

所述半导体激光光束先经过第二准直镜7准直得到第一红光束；所述第一红光束中的一部分透过后第二圆柱透镜8的通孔，所述第一红光束中的另外一部分透过后第二圆柱透镜8的周围的凹槽，形成第二红光束；所述第二红光束透过所述分光镜5，在聚光镜6处聚焦，并最终抵达待焊接部件；

所述激光源先通过第三反射镜12反射、再通过第四反射镜13反射、最终透过所述分光镜5、经聚光镜6聚焦后输出，并最终抵达待焊接部件，所述通过CCD相机获取待焊接部件焊接状况的图像信息；

步骤S20，在执行步骤S10的同时，通过第一旋转式螺线管10带动第一反射镜9往复旋转；通过第二旋转式螺线管带动所述第三反射镜12往复旋转；

步骤S30，在执行步骤S20的同时，通过双极性脉冲发生装置控制所述第一反射镜9和所述第三反射镜12旋转的频率，可通过阻挡机构限制所述第一反射镜9和所述第三反射镜12的最大旋转角度。

所述复合激光器可单独分开使用，也可以同时使用，在进行非高反光材料时也可单独使用半导体激光器。

尽管通过以上实施例对本实用新型进行了揭示，但是本实用新型的范围并不局限于此，在不偏离本实用新型构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。

Claims (8)

1.一种摆动式复合激光装置，其特征在于，用于输出第一激光光束的第一激光输出机构（1）、用于输出第二激光光束的第二激光输出机构（2），沿所述第一激光光束的传输方向依次设有分光镜（5）、聚光镜（6），沿所述第二激光光束的传输方向设有第一反射镜（9），所述第一反射镜（9）连接有用于带动所述第一反射镜（9）往复旋转的第一旋转式螺线管（10），所述第一激光光束的能量密度与所述第二激光光束的能量密度不相同，所述分光镜（5）的前端设有第一准直镜（3），所述分光镜（5）和所述第一准直镜（3）之间还包括第一圆柱透镜（4），所述第一反射镜（9）之前还设有第二准直镜（7），所述第一反射镜（9）和所述第二准直镜（7）之间还设有第二圆柱透镜（8），第一圆柱透镜（4）和第二圆柱透镜（8）沿轴线方向开设有从内向外直径逐渐变大的凹槽，所述第一激光光束为蓝光激光光束，所述第二激光光束为半导体激光光束，第一激光输出机构（1）为蓝光激光器，第二激光输出机构（2）为半导体激光器。

2.根据权利要求1所述的摆动式复合激光装置，其特征在于，所述凹槽的最底端开有贯穿所述第一圆柱透镜（4）和所述第二圆柱透镜（8）通孔。

3.根据权利要求1所述的摆动式复合激光装置，其特征在于，所述第一旋转式螺线管（10）包括旋转轴（14）、永久磁铁（25）、双极性脉冲发生装置、第一电磁铁（23）和第二电磁铁（24），所述永久磁铁（25）呈圆环形，所述旋转轴（14）贯穿所述永久磁铁（25）的内圆环，所述旋转轴（14）与所述第一反射镜（9）之间相连接并用于带动所述第一反射镜（9）往复旋转，所述第一电磁铁（23）和所述第二电磁铁（24）呈半圆弧形，所述第一电磁铁（23）和所述第二电磁铁（24）可卡合住永久磁铁（25）的侧壁，且各自可与所述永久磁铁（25）的二分之一外径相吻合；所述第一电磁铁（23）和所述永久磁铁（25）相靠近的两侧磁性相同，所述第二电磁铁（24）和所述永久磁铁（25）相靠近的两侧磁性相同，所述第一电磁铁（23）和所述第二电磁铁（24）远离所述永久磁铁（25）的外侧均连接有线圈（26），所述线圈（26）连接有双极性脉冲发生装置（21），所述双极性脉冲发生装置用于对所述线圈（26）连续或间断地提供正、负双极性脉冲电压（22），所述正、负双极性脉冲电压（22）形成的波形种类能够切换，所述波形种类包括矩形波和正弦波，所述正、负双极性脉冲电压（22）的脉冲宽度和频率可调节。

4.根据权利要求1或3所述的摆动式复合激光装置，其特征在于，还包括CCD相机（11），所述CCD相机（11）与显示器相连接，所述CCD相机（11）采集到的图像信息能够通过所述显示器来显示，由所述CCD相机（11）发射的激光源可先通过第三反射镜（12）反射、再通过第四反射镜（13）反射、最终透过分光镜（5）、经聚光镜（6）聚焦后输出。

5.根据权利要求4所述的摆动式复合激光装置，其特征在于，所述第三反射镜（12）的一端连接有第二旋转式螺线管，所述第二旋转式螺线管用于带动所述第三反射镜（12）往复旋转。

6.根据权利要求5所述的摆动式复合激光装置，其特征在于，第一激光输出机构（1）和第二激光输出机构（2）是一体成型的结构，或是互相独立且可以组装在一起的结构。

7.根据权利要求1或5所述的摆动式复合激光装置，其特征在于，第一激光光束和第二激光光束为单脉冲激光，或为多脉冲激光。

8.根据权利要求1所述的摆动式复合激光装置，其特征在于，还设有旋转机构，所述旋转机构用于同时带动多个聚光镜（6）旋转，以使复合激光透过不同的所述聚光镜（6），所述聚光镜（6）之间具有不同的曲率。

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