CN219113159U - 一种匀化光斑焊接光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种匀化光斑焊接光学系统，包括沿激光加工光路依次设置的激光器、准直器、第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、第一合束镜、聚焦物镜和工作面，所述第一微透镜阵列与第二微透镜阵列之间的距离可调；所述光学系统还包括控制器，所述激光器与控制器连接。本实用新型通过调节第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的距离，从而调节第二微透镜阵列出射的各子光束的直径，进而调节工作面上匀化光斑的大小，以满足在距离焊接头相同距离的工作面上不同尺寸匀化光斑需求的焊接场景。

Description

一种匀化光斑焊接光学系统

技术领域

本实用新型涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种匀化光斑焊接光学系统。

背景技术

激光焊接头是通过汇聚激光能量对工件进行焊接的焊接设备，在一些特定焊接场景中，中心能量过高的高斯激光束对焊件极为不利，极易损伤待加工器件，需要对激光束的能量进行匀化处理，以保证焊接区域焊接效果的一致性。

由于不同厚度及材质的工件对焦点光斑大小的需求是不一样的，传统的匀化光斑焊接系统在焊接过程中，需要调节焊接头与工作面之间的距离来调节工作面上匀化光斑的大小，但是对于一些空间受限的特定焊接场景中，需要保持焊接头与工作面之间的相对位置不变或无法调节焊接头与工作面之间的距离，因此传统的匀化光斑焊接系统不适用于此类焊接场景。

发明内容

本实用新型提出一种匀化光斑焊接光学系统，解决了现有技术中在空间受限的特定焊接场景下，传统的匀化光斑焊接系统无法调节工作面上匀化光斑大小的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种匀化光斑焊接光学系统，包括沿激光加工光路依次设置的激光器、准直器、第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、第一合束镜、聚焦物镜和工作面，所述第一微透镜阵列与第二微透镜阵列之间的距离可调；所述光学系统还包括控制器，所述激光器与控制器连接。

本实用新型通过调节第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的距离，从而调节第二微透镜阵列出射的各子光束的直径，进而调节工作面上匀化光斑的大小，以满足在距离焊接头相同距离的工作面上不同尺寸匀化光斑需求的焊接场景。

作为本实用新型优选的方案，所述第一合束镜的一侧还设有CCD相机，所述CCD相机的成像光路与激光加工光路同轴；所述聚焦物镜与工作面之间设有环形照明光源，用于辅助照明，所述CCD相机、环形照明光源分别与控制器连接；通过设置同轴的CCD成像光路，可以对工作面上的待焊接工件进行实时监控以及辅助定位，提升激光焊接的精度。

作为本实用新型优选的方案，所述第一合束镜的一侧还设有第二合束镜，所述第二合束镜的一侧设有与控制器连接的红外测温仪，所述红外测温仪与CCD相机分别位于第二合束镜的两侧，所述红外测温仪的测温光路与CCD相机的成像光路同轴；通过设置同轴的红外测温光路，可以实时检测工作面上待焊接工件的温度数据，并将检测到的温度数据传给控制器，控制器根据工件的温度调节激光器的输出功率，实现恒温加工，提高了激光焊接效果。

作为本实用新型优选的方案，所述第一微透镜阵列安装在第一镜筒内，所述第二微透镜阵列安装在第二镜筒内，所述第一镜筒与第二镜筒同轴滑动连接；当需要调节工作面上匀化光斑的尺寸时，直接调节两个镜筒的相对距离即可。

有益效果

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型通过调节第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的距离，从而调节第二微透镜阵列出射的各子光束的直径，进而调节工作面上匀化光斑的大小，以满足在距离焊接头相同距离的工作面上不同尺寸匀化光斑需求的焊接场景；

(2)本实用新型通过设置同轴的CCD成像光路，可以对工作面上的待焊接工件进行实时监控以及辅助定位，提升了激光加工的精度；

(3)本实用新型通过设置同轴的红外测温光路，可以实时检测工作面上待焊接工件的温度数据，并将检测到的温度数据传给控制器，控制器根据工件的温度调节激光器的输出功率，实现恒温加工，提升了激光加工效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种匀化光斑焊接光学系统的光路结构示意图；

图2为本实用新型实施例中匀化光斑调节的光学原理示意图；

图中：1、激光器；2、准直器；3、第一微透镜阵列；4、第二微透镜阵列；5、第一合束镜；6、聚焦物镜；7、工作面；8、CCD相机；9、环形照明光源；10、第二合束镜；11、红外测温仪。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

参照图1所示，本实施例提供了一种匀化光斑焊接光学系统，包括沿激光加工光路依次设置的激光器1、准直器2、第一微透镜阵列3、第二微透镜阵列4、第一合束镜5、聚焦物镜6和工作面7，所述第一微透镜阵列3与第二微透镜阵列4之间的距离可调；所述第一合束镜5的一侧还设有第二合束镜10，所述聚焦物镜6与第二合束镜10位于第一合束镜5的同侧，所述聚焦物镜6与激光器1位于合束镜的异侧；所述第二合束镜10的两侧分别设有CCD相机8和红外测温仪11，所述CCD相机8与第一合束镜5位于第二合束镜10的同侧；所述CCD相机8的成像光路、红外测温仪11的测温光路均与激光加工光路同轴设置，极大减小了光学系统的体积；所述光学系统还包括控制器，所述激光器1、CCD相机8、红外测温仪11分别与控制器连接。所述聚焦物镜6与工作面7之间设有环形照明光源9，用于辅助照明，所述环形照明光源9与控制器连接；通过设置同轴的CCD成像光路，可以对工作面7上的待焊接工件进行实时监控以及辅助定位，提升激光焊接的精度。通过设置同轴的红外测温光路，可以实时检测工作面7上待焊接工件的温度数据，并将检测到的温度数据传给控制器，控制器根据工件的温度调节激光器1的输出功率，实现恒温加工，提高了激光焊接效果。

具体实施过程中，所述第一微透镜阵列3安装在第一镜筒内，所述第二微透镜阵列4安装在第二镜筒内，所述第一镜筒与第二镜筒同轴滑动连接(若第二镜筒套在第一镜筒外部，则在第二镜筒内壁沿轴向开设滑槽，并在第一镜筒外部焊接滑块，使滑块滑动嵌设在滑槽内，避免两个镜筒相对滑动时发生相对转动)；当需要调节工作面7上匀化光斑的尺寸时，直接调节两个镜筒的相对距离即可；当第一微透镜阵列3与第二微透镜阵列4之间的距离大于焦距时，其距离越小，得到的匀化光斑直径越小；当第一微透镜阵列3与第二微透镜阵列4之间的距离小于焦距时，其距离越小，得到的匀化光斑直径越大。

本实施例光学系统的工作原理如下：

激光加工光路：激光器1发出的激光束首先经过准直器2准直后形成平行光束，平行光束依次经过第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列4后，输出n束主光线与主光轴平行的子光束(n与微透镜阵列的阵列数相关)，这n束子光束经第一合束镜5透射后，传输至消色差聚焦物镜6中，最终在工作面7上形成能量均匀分布的激光光斑，如图2所示；通过调节第一微透镜阵列3和第二微透镜阵列4之间的距离，从而调节第二微透镜阵列4出射的各子光束的直径，进而调节工作面7上匀化光斑的大小，以满足在距离焊接头相同距离的工作面7上不同尺寸匀化光斑需求的焊接场景。

CCD成像光路：环形照明光源9发出的光束经工作面7反射后依次经过聚焦物镜6、第一合束镜5反射、第二合束镜10反射后被CCD相机8捕获，从而实现对工作面7上工件焊接过程的实时监控以及辅助定位。

红外测温光路：工作面7上的工件经激光作用后温度升高，辐射出的红外光依次经过聚焦物镜6、第一合束镜5反射、第二合束镜10透射后被红外测温仪11捕获，从而实时监测工作面7上工件的温度。本实施例中，第一合束镜5透射激光、反射照明光和红外光；所述第二合束镜10反射照明光、透射红外光。

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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种匀化光斑焊接光学系统，其特征在于，包括沿激光加工光路依次设置的激光器(1)、准直器(2)、第一微透镜阵列(3)、第二微透镜阵列(4)、第一合束镜(5)、聚焦物镜(6)和工作面(7)，所述第一微透镜阵列(3)与第二微透镜阵列(4)之间的距离可调；所述光学系统还包括控制器，所述激光器(1)与控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种匀化光斑焊接光学系统，其特征在于，所述第一合束镜(5)的一侧还设有CCD相机(8)，所述CCD相机(8)的成像光路与激光加工光路同轴；所述聚焦物镜(6)与工作面(7)之间设有环形照明光源(9)，所述CCD相机(8)、环形照明光源(9)分别与控制器连接。

3.如权利要求2所述的一种匀化光斑焊接光学系统，其特征在于，所述第一合束镜(5)的一侧还设有第二合束镜(10)，所述第二合束镜(10)的一侧设有与控制器连接的红外测温仪(11)，所述红外测温仪(11)与CCD相机(8)分别位于第二合束镜(10)的两侧，所述红外测温仪(11)的测温光路与CCD相机(8)的成像光路同轴。

4.如权利要求1所述的一种匀化光斑焊接光学系统，其特征在于，所述第一微透镜阵列(3)安装在第一镜筒内，所述第二微透镜阵列(4)安装在第二镜筒内，所述第一镜筒与第二镜筒同轴滑动连接。

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