CN219188198U

CN219188198U - 一种温度自适应激光火工矫正设备

Info

Publication number: CN219188198U
Application number: CN202220480817.3U
Authority: CN
Inventors: 唐晟; 周鹏磊; 廖素英; 丛伯融; 耿伟豪
Original assignee: Beijing Tongfang Huaguang System Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Tongfang Huaguang System Technology Co ltd
Priority date: 2023-03-09
Filing date: 2023-03-09
Publication date: 2023-06-16
Anticipated expiration: 2033-03-09

Abstract

本实用新型公开了一种温度自适应激光火工矫正设备，可利用激光光束的加热功能实现工件的火工校准作业，该设备包括激光光源、激光传输通道、激光发射头、控制模块、投影模块。本实用新型的好处是作用面的热量更加均匀，不伤基材。同时，无需耗材，只需提供电力，运行成本低。此外，无需可燃气体供应，整个作业环节安全可靠。更重要的是工件表面的温度可以实现自动控制，保证工艺的一致性。

Description

一种温度自适应激光火工矫正设备

技术领域

本实用新型涉及金属件变形矫正技术领域，特别是一种船体结构件的火工矫正领域。

背景技术

船体、桥梁、车辆、列车等结构件在制造过程中会涉及到焊接环节，往往在焊接后出现表面不平整的现象，其原因是温差导致的热应力不均匀引起形变。大部分材料在焊接后均不可避免地出现变形，比如低碳钢、铝合金等，尤其是铝合金材料，其矫正难度更大。传统的火工矫正装置采用的是火焰加热的方式，该方式比较人容易引起材料的性能恶化和局部区域产生 “颈缩 ” 或 “橘皮 ”现象。产生这一问题的根本原因是火焰的温度分布不均匀，易导致局部过热。同时，传统手段的温度控制精度低，甚至只靠操作人员的经验，进一步降低了工艺的稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种温度自适应激光火工矫正系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种温度自适应激光火工矫正设备，其特征在于，组成部分包括激光光源、激光传输通道、激光发射头、控制模块、投影模块。

进一步地，激光光源可以是光纤激光器、固体激光器、气体激光器、半导体激光器等任何一种可产生激光的设备。

进一步地，激光传输通道可以是光纤、也可以是通过镜片构建的空间传输通道。

进一步地，激光发射头包括了激光准直单元、非接触式测温仪、反射镜、二向色镜。

进一步地，激光准直单元的目的是确保激光光束准直输出，光斑大小不会随着工作距离的变化而改变，保证到靶光斑的一致性，非接触式测温仪的作用是测量激光光斑作用位置的温度，并将温度信号实时反馈至控制模块从而实现进一步地控温处理。

进一步地，反射镜和二向色镜在空间上平行设置，同时反射镜和二向色镜均与激光光束或非接触式测温仪的轴向形成45°的夹角，并保证激光光束和非接触式测温仪的中心延长线通过反射镜及二向色镜的中心点，如此可以实现激光光束和非接触式测温仪的中心轴线在最终输出后两者在空间上是同轴的。

进一步地，控制模块的作用是采集非接触式测温仪的反馈信号，并通过温控的算法给予激光器控制信号，控制其输出功率的大小，从而实现激光火工矫正工件表面的温度控制，同时可以通过人机界面设置调节加工工件表面的目标温度。

进一步地，投影模块的作用是可在处理工件的表面进行投射网格线，当平面不平整时投射的网格线会出现弯曲，随着火工矫正作用的发挥，投射的网格线的弯曲曲率会逐渐变小，如此可以直观地显示矫正效果；同时，投影模块还可以将工件温度、激光器输出功率和频率等相关信息投影至加工工件表面，能够便于观察机器的工作状态。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、作用面热量更加均匀，不伤基材；

2、无需耗材，只需提供电力，运行成本低；

3、无需可燃气体供应，整个作业环节安全可靠；

4、工件表面温度可实现自动控制，保证工艺的一致性。

附图说明

图1 为本实用新型温度自适应激光火工矫正设备的原理图；

图中： 1-1激光光源；1-2 激光发射头；1-3 激光传输通道；1-4 温度模拟信号；1-5 激光器功率控制信号；1-6 控制模块；1-7 投影显示信号；1-8 投影模块；1-9 作用点；1-10 投影网格线；1-11 加工工件；1-12 工作信息；图2 为本实用新型温度自适应激光火工矫正设备的激光发射头内部结构；图中：2-1 激光光源输出头；2-2 激光准直单元；2-3 投影模块；2-4 水平结构支架；2-5 反射镜及镜架；2-6 二向色镜及镜架；2-7 竖直结构支架；2-8 非接触式测温模块；2-9 外壳。

实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1及图2所示，一种智能温控光纤激光火工矫正设备，包括1台功率为2000W，波长为915nm的半导体激光器1-1，该激光器通过光纤1-3耦合的方式输出，实现激光的柔性传输。光纤1-3的输出端2-1与激光准直单元2-2连接，激光光束在激光准直单元2-2内经过扩束及准直后，将光束调整为直径20mm的准直光。在激光准直单元2-2输出镜片的前端30mm处设置一片直径为40mm的反光镜2-5，该反光镜2-5的镀膜为915nm处反射率99.5%以上，如此将准直光束进行直角反射。在反射镜2-5正上方设置一片直径为40mm的二向色镜2-6，该镜片的镀膜为915nm光高反射，反射率达99.5%以上，其它波段光高透射，并且在二向色镜1-5正后方设置非接触式测温仪2-8，该非接触式测温仪2-8能够有效接受到作用面发射出的1.4μm或其它波段的光，从而实现温度的测量。在机壳2-9底部设置一个投影模块2-3，该投影模块2-3的光源可采用532nm的半导体激光器，532nm的激光照射在一块液晶屏上后经过聚焦镜，可在加工工件1-10表面呈现不同的图案或数字以此反映工作信息1-12。此外，控制模块1-6的功能包括采集非接触式测温仪2-8的温度模拟信号1-4并根据该信号进行PID算法计算，进而输出激光器功率的控制信号1-5，调整控制激光器1-1的功率的大小，实现加工工件1-11上作用点1-9的温度控制。最后，控制模块1-6还可以输出投影信号1-8给投影模块2-3，使其投影出需要的图案和信息，其中包括网格线1-10、温度和功率等工作信息1-12等。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种温度自适应激光火工矫正设备，其特征在于，组成部分包括激光光源、激光传输通道、激光发射头、控制模块、投影模块。

2.根据权利要求1所述的一种温度自适应激光火工矫正设备，其特征在于，所述的激光光源包括光纤激光器、固体激光器、气体激光器、半导体激光器的任何一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种温度自适应激光火工矫正设备，其特征在于，所述的传输通道可以是光纤构成的柔性传输通道，或者是通过镜片构建的空间传输通道。

4.根据权利要求1所述一种温度自适应激光火工矫正设备，其特征在于，所述的激光发射头包括了激光准直单元、非接触式测温仪、反射镜和二向色镜。

5.根据权利要求4所述的一种温度自适应激光火工矫正设备，其特征在于，所述的激光准直单元将激光光束整形后准直输出，确保光斑大小不会随着工作距离的变化而改变。

6.根据权利要求4所述的一种温度自适应激光火工矫正设备，其特征在于，所述的反射镜和二向色镜在空间上平行设置，同时反射镜和二向色镜均与激光光束或非接触式测温仪的轴向形成45°的夹角，并保证激光光束和非接触式测温仪的中心延长线通过反射镜及二向色镜的中心点。

7.根据权利要求4所述的一种温度自适应激光火工矫正设备，其特征在于，所述的非接触式测温仪可以是红外测温仪或红外热成像仪等任何一种能够进行非接触式测温的仪器。

8.根据权利要求4所述的一种温度自适应激光火工矫正设备，其特征在于，所述的反射镜可以是反射镜片或者二向色镜中的任何一种，只要保证最终输出的激光光束与非接触式测温仪的测量路径同轴即可。

9.根据权利要求1所述的一种温度自适应激光火工矫正设备，其特征在于，所述的控制模块能够采集非接触式测温仪的反馈信号，并通过温控的算法给予激光器控制信号，控制其输出功率的大小，从而实现激光火工矫正工件表面的温度控制，同时可以通过人机界面设置调节加工工件表面的目标温度。

10.根据权利要求1所述的一种温度自适应激光火工矫正设备，其特征在于，所述的投影模块可在处理工件的表面进行投射网格线，同时，投影模块还可以将工件温度、激光器相关的工作信息投影至加工工件表面。