一种半导体激光焊接系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种半导体激光焊接系统，属于激光器焊接技术领域。该系统包括红外高温计、信号处理模块、模数转化模块、温度控制模块、主控模块、激光器控制模块、半导体激光器、激光器光纤耦合模块和光纤，所述红外高温计、信号处理模块、模数转化模块、温度控制模块、主控模块、激光器控制模块和半导体激光器依次电连接，所述半导体激光器、激光器光纤耦合模块和光纤依光路依次设置，所述光纤将激光输出到焊接区，所述红外温度计位于焊接区上方。该系统可以快速对焊接区的温度进行控制，以保证焊接质量，同时其光学系统依次对单管半导体激光器输出的光进行合束、扩束和聚焦后从光纤输出，极大地提高了输出光的亮度。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光器焊接
，特别涉及一种半导体激光焊接系统，尤其涉及一种用于激光塑料焊接的半导体激光焊接系统。
技术介绍
自上世纪60年代问世以来，激光以其相干性好、能量密度高、准直性好等优异特性，在现代工业的各个方面得到了广泛的应用。在材料加工领域，激光用来进行金属材料的切割、焊接、表面相变硬化、合金化、熔覆、打孔、打标、辅助切削、直接制造、快速成形、清洗及微细加工等等。利用激光来焊接金属材料有许多优越性：方便快捷、焊缝小、焊接影响区域小，对原材料性质和形态的改变均很小；易于实现数控控制，可以焊接形状特殊的工件；激光能量集中、作用时间短，可以焊接薄板、金属丝等传统焊接工艺难以加工的材料以及精密、微小、排列密集、受热敏感的材料，等等。激光焊接在金属材料加工中的应用越来越普遍，正逐步从特种加工转变为常规加工工艺。 随着石油的大规模开采使用和石油化工工业的高速发展，塑料作为一种工程材料，成本低廉、获取方便（石油炼化工业的产品）、加工成型技术简单快捷、成品重量轻、物理特性优良、能提供各种工程性能，其应用非常广泛。塑料作为钢铁、铝、镁等金属和其他一些非金属材料在工程上的替代品，在工业制造和日常生活中的使用都越来越普遍。 当前，激光所能够焊接的材料，除了传统的金属材料之外，其范围正在逐步扩大，在例如陶瓷等非金属材料上的使用也越来越多；而塑料作为有机材料的代表之一，也被用来作为激光焊接的对象，能够用激光实现焊接的塑料必须是热固性的。20世纪70年代，激光开始被应用到塑料焊接上；但直到20世纪90年代,才取得了大规模的工业应用。见于文献报道的最早激光塑料焊接应用是在1972年，使用100瓦的CO2激光光源，以每秒10毫米的速度焊接聚乙烯薄板（最大厚度为1.5毫米）。 塑料激光焊接的基本原理与金属材料激光焊接的基本原理相近。激光作为一种焊接用热源，具有准直性优良、光束能量密度高、作用区域小等优点。在焊接过程中，通过反射镜、透镜或光纤组成的光路系统，将激光器产生的光束聚焦于焊接区域，形成热作用区；在热作用区中的塑料被融化；在随后的凝固过程中，已融化的材料形成接头，待焊接的部件即被连接起来。由于被焊接材料具有本质上的不同，塑料激光焊接的特点和具体工艺与传统金属焊接也有比较大的差别。激光塑料焊接对焊接温度有一定的要求，焊接温度过高会对材料造成损伤，不仅影响美观，同时影响材料性能。面对这种问题我们提出一种具有红外高温计的半导体激光塑料焊接系统。
技术实现思路
本技术提供了一种半导体激光焊接系统，该系统能对焊接区的温度进行快速控制，其包括红外高温计、信号处理模块、模数转化模块、温度控制模块、主控模块、激光器控制模块、半导体激光器、激光器光纤耦合模块和光纤，所述红外高温计、信号处理模块、模数转化模块、温度控制模块、主控模块、激光器控制模块和半导体激光器依次电连接，所述半导体激光器、激光器光纤耦合模块和光纤依光路依次设置，所述光纤将激光输出到焊接区，所述红外温度计位于焊接区上方。其中，本技术实施例中的半导体激光器由垂直设置的两组单管半导体激光器阵列组成，每组单管半导体激光器阵列由多个单管半导体激光器串联组成且其输出光路上设有快慢轴准直单元；所述激光器光纤耦合模块包括依光路依次设置的偏振合束镜、扩束系统和聚焦系统，其中一组单管半导体激光器阵列与所述偏振合束镜之间设有1/4波片，所述偏振合束镜采用薄膜干涉型偏振分束镜，所述扩束系统采用伽利略扩束系统。其中，本技术实施例中的每组单管半导体激光器阵列由N个固定在阶梯热沉上且发出P偏振光的单管半导体激光器串联构成，所述单管半导体激光器的输出光路上依次设有快轴准直微透镜、阶梯反射镜和慢轴准直透镜。其中，本技术实施例中的温度控制模块包括显示器或者指示灯。本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本技术提供了一种半导体激光焊接系统，包括一套光学系统和一套电学控制系统，电学控制系统采用红外高温计对焊接区的温度进行检测，通过信号处理模块、模数转化模块、温度控制模块、主控模块和激光器控制模块通过红外高温计的检测数据对半导体激光器的输出功率进行控制，当检测到的温度异常时，可以快速对半导体激光器的输出功率进行调整，以保证焊接质量。另外，本技术提供的半导体激光焊接系统适合激光塑料焊接，其光学系统包括依光路依次设置的半导体激光器、偏振合束镜、扩束系统、聚焦系统和光纤，分别对单管半导体激光器输出的光进行合束、扩束和聚焦后从光纤输出，极大地提高了输出光的亮度。附图说明图1是本技术实施例提供的半导体激光焊接系统的结构框图；图2是本技术实施例提供的光学系统的结构框图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述。参见图1，本技术提供了一种半导体激光焊接系统，该系统包括红外高温计109、信号处理模块108、模数转化模块107、温度控制模块106、主控模块105、激光器控制模块104、半导体激光器103、激光器光纤耦合模块102和光纤101等。其中，红外高温计109、信号处理模块108、模数转化模块107、温度控制模块106、主控模块105、激光器控制模块104和半导体激光器103依次电连接组成电学控制系统；其中，半导体激光器103、激光器光纤耦合模块102和光纤101依光路依次设置组成光学系统。其中，光纤101将激光输出到焊接区，红外温度计109位于焊接区上方，其观察路径与聚焦激光束位于同轴。其中，红外高温计109采用非接触测量，基于对红外辐射的测量，在焊接区，样品在焊接过程中会发出红外射线（热辐射）。具体地，本技术实施例中的红外高温计109采样频率达到100us，温度测量范围为100-2200℃。其中，光纤101采用光纤头将激光输出到焊接区，并可以根据需要调整光纤头与焊接区域的距离。其中，信号处理模块108用于对红外高温计109检测的温度信号进行放大、滤波等处理。其中，模数转化模块107用于将信号处理模块108处理后的模拟信号转化为数字信号，并输出到温度控制模块106。其中，温度控制模块106用于控制半导体激光器温度和焊接区的温度，并显示或者指示相应的温度，并对接收到的温度进行分析，如果温度处于异常状态，则把温度信息发送到主控模块105。其中，主控模块105用于对整个半导体激光焊接系统进行控制，包括对半导体激光器103输出功率的控制、光纤头与待焊接件距离的调整、焊接轨迹的控制和焊接温度的控制等，并能根据温度控制模块106输出的温度信号来调整激光器控制模块104的控制功率，进而控制半导体激光器103的输出功率。其中，激光器控制模块104用于对半导体激光器103进行控制。其中，激光器光纤耦合模块102用于对半导体激光器103的输出光束进行准直、合束、扩束和聚焦等处理。其中，上述各结构都可以采用硬件来实现，如主控模块105可以为单片机或者微机等。其中，参见图2，本技术实施例中的半导体激光器103由垂直设置的两组单管半导体激光器阵列（LD1和LD2）组成，每组单管半导体激光器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光焊接系统，其特征在于，包括红外高温计、信号处理模块、模数转化模块、温度控制模块、主控模块、激光器控制模块、半导体激光器、激光器光纤耦合模块和光纤，所述红外高温计、信号处理模块、模数转化模块、温度控制模块、主控模块、激光器控制模块和半导体激光器依次电连接，所述半导体激光器、激光器光纤耦合模块和光纤依光路依次设置，所述光纤将激光输出到焊接区，所述红外温度计位于焊接区上方。

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光焊接系统，其特征在于，包括红外高温计、信号处理模块、模数转化模块、温度控制模块、主控模块、激光器控制模块、半导体激光器、激光器光纤耦合模块和光纤，所述红外高温计、信号处理模块、模数转化模块、温度控制模块、主控模块、激光器控制模块和半导体激光器依次电连接，所述半导体激光器、激光器光纤耦合模块和光纤依光路依次设置，所述光纤将激光输出到焊接区，所述红外温度计位于焊接区上方。
2.根据权利要求1所述的半导体激光焊接系统，其特征在于，所述半导体激光器由垂直设置的两组单管半导体激光器阵列组成，每组单管半导体激光器阵列由多个单管半导体激光器串联组成且其输出光路上...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，殷超云，
申请(专利权)人：武汉洛芙科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42