使用光学反射器在工件上执行环形周向焊接的激光器装置制造方法及图纸

提供了一种激光器装置(10)，该激光器装置(10)用于在工件(14)上执行环形周向焊接，并且包括具有激光源(20)的激光头(16)，该激光头(16)被配置用于发射激光束，以围绕所述工件(14)的外部周向目标区域(12)执行焊接。还包括的是光学反射器组件(24)，该光学反射器组件(24)具有与所述工件(14)间隔开的至少两个光学反射器(26、28)，以用于反射从所述激光头(16)发射的激光束。所述反射器(26、28)彼此间隔开，布置在所述工件(14)的相对的横向侧上，并且相对于横向于所述工件(14)的纵向轴线的轴线倾斜，使得由单个周期的所述激光束实现所述周向焊接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉引用本申请要求于2014年4月17日按照35U.S.C.§119(e)提交的、序列号为61/980,985的美国临时申请的优先权，其通过引用并入本文。
本公开总体上涉及用于焊接工件的装置，并且更具体地涉及一种用于在工件上形成环形周向焊接的激光器装置。
技术介绍
通过使用激光束将两件工件熔合在一起是本领域中所公知的。常规的激光焊接系统通过发射致密的光子束来产生精确的结合，该光子束熔化工件的靶向区域，用于结合。激光束的光射线立即加热靶向区域，使得两件工件熔合在一起成为一个单元。这种激光焊接系统提供用于熔合较厚材料的连续光束，或用于结合较薄材料的光束的脉冲串(pulsingburst)。常规激光束的光射线是小的且聚焦的。因此，这样的焊接系统以生产线所需的高体积产生精确的焊接。为此原因，焊接工业已经由于激光器的速度、精度和功率而利用激光器。然而，常规激光束通常具有线性轨迹，并且不容易弯曲以重定向光射线。因此，取决于每个靶向区域的几何形状，到达一些靶向区域可能是复杂的任务，特别是对于在周向表面上包括圆化或弯曲区域的圆柱形工件或管状工件。常规地，作为示例，为了实现围绕管状工件的360°(或度)的周向焊接，发射激光束的激光头通过旋转装置围绕管状工件的纵向轴线横向旋转。另一个选项是：管状工件被以成角度的方式安装到可旋转的轴，使得当轴旋转时，工件的外部周向表面面对激光头，用于进行焊接。采用激光头和/或工件的这种旋转移动使生产线复杂化，并且进一步要求比旋转装置和可旋转轴所必要的更多的空间。作为示例，管状工件能够纵向地布置在围绕工件的凹形圆反射镜的中心处。然后，激光束围绕工件上方的反射镜转动或旋转，将激光束引导围绕工件的整个周向外表面。这种常规技术不适合在制造环境中，这是因为通过圆形反射镜的中心的工件的操纵是非常困难的，并且在高生产设定中是繁重的。作为另一个替代，使用一组复杂的光学反射器在工件的相对侧上重定向激光束。多个凹面和平坦的反射镜的组合，例如圆锥形、球形和平面反射镜，用于在焊接期间将激光束朝向工件的相对的并且横向的侧偏转。然而，这种复杂和回旋的光学系统非常昂贵，并且难以在维护期间修复。因此，存在对于改进激光焊接系统的需求，其促进更简单、更节省空间的技术，并且用于以成本效益的方式在焊接期间容纳不规则成形的工件。
技术实现思路
本公开涉及激光器装置，该激光器装置被配置使用一组光学反射器在工件上形成环形周向焊接。本专利技术的激光器装置被设计用于容纳具有圆化或弯曲外表面的不规则成形的工件。如下面进一步详细描述的那样，本专利技术的激光器装置焊接不规则成形的工件，而不旋转或移动工件或激光头。使用单个激光束通过以预定角度与工件相邻地放置至少两个光学反射器来实现围绕工件的完整的360°周向焊接。本专利技术的激光器装置的一个方面是：激光束沿着横向于正被焊接的工件的纵向轴线的路径横向行进。焊接不需要激光头的旋转移动。具体地，当激光束沿着其线性路径移动时，光射线被成角度的光学反射器围绕工件渐进地反射。因此，工件保持在固定位置，而不必相对于激光束改变其位置。在一个实施例中，激光束的这种简化的线性扫描在医疗装置中的各种热塑性管状组件上产生完整的周向焊接，而不需要工件的旋转。另一个重要的方面是，本专利技术的激光器装置比旋转激光头和/或工件的常规激光器系统需要更少的空间。在一个实施例中，激光头布置在工件正上方，用于使激光束横向于工件的纵向轴线地往复运动。与常规激光器焊接系统相比，本专利技术的配置需要在激光头和工件之间的较少的空间和复杂性，从而减少在焊接期间由围绕激光头和工件的旋转元件引起的干扰。本专利技术的装置的又一个方面是：提供至少两个光学反射器用于重定向激光束，其中每个反射器包括平面反射表面，该平面反射表面用于将激光束相对于激光头偏转到工件的相对侧上。标准平坦的光学反射器可以以比复杂的凹面反射器更低的成本广泛地得到，并且能够用于在工件的周向表面上实现环形焊接。在一个实施例中，提供激光器装置，用于对工件执行环形周向焊接，并且包括具有激光源的激光头，该激光头配置用于发射激光束，以围绕工件的外部周向目标区域执行焊接。还包括的是光学反射器组件，该光学反射器组件具有至少两个光学反射器，所述至少两个光学反射器与工件间隔开，用于反射从激光头发射的激光束。反射器彼此间隔开，布置在工件的相对的横向侧上，并且相对于横向于工件的纵向轴线的轴线倾斜，使得周向焊接通过单个周期的激光束来实现。附图说明图1是本专利技术的以光学反射器组件为特征的激光器装置的俯视透视图；和图2是使用两个光学反射器组件用于同时焊接两个工件的本专利技术的激光器装置的示意性前视图。具体实施方式现在参考图1和2，本专利技术的激光器装置通常表示为10，并且设计用于在不规则成形的工件14的周向表面12上实现360°环形焊接。可以设想，周向表面12不仅包括圆化或弯曲的轮廓，而且还有平面或不规则的外部。包括在装置10中的是激光头或激光扫描头16，其具有开口18，该开口18尺寸设定和构造用于从激光源20(示出为隐藏)发射激光束，以用于焊接。示例性激光源20包括2微米铥激光器，并且示例性激光扫描头16包括2轴激光扫描头。可以设想其它类型的激光器。应当理解，附图不一定按比例并且不是旨在为了说明本专利技术的激光器装置10的优选实施例的目的。激光源20运动学地连接到往复或旋转的运动机构22(示出为隐藏)，以用于相对于工件14以往复或枢转运动移动激光束。优选地是，激光头16连接到框架(未示出)，以用于将激光头保持在工件14的垂直上方，使得激光头16沿着框架相对于工件14可调节地移动。还可以设想，激光源20能够在水平方向上插入到布置在工件14正上方的激光头16中。在激光头16中是一组两个偏转镜(未示出)，所述两个偏转镜然后能够将激光束垂直向下地引导到工作区域上，并且使激光束绕反射镜上的轴线枢转，以横跨工件14来回扫描。作为替代，例如在生产环境中，激光源20可选地可相对于工件14沿着框架侧向前后移动。在优选实施例中，将本专利技术的激光器装置10放置在较大的激光机(未示出)中，并且将工件14布置在装置上。如下面更详细地描述的那样，优选地是，将本专利技术的激光器装置10的操作过程作为功能步骤或模块输入到计算机软件中。当激光机接通电源时，软件使激光束以预定焦距来回移动，该预定焦距使得激光束在工作区域处偏离焦点。激光头16使激光束沿着横向于被焊接的工件14的纵向轴线的路径横向行进。需要一个或多个周期的扫描激光束用于在工件14上进行适当的或者有效的焊接，这取决于在工作中使用的材料的类型。例如，使用2微米铥激光器在2.75秒/道次(pass)下可能需要多达37个周期的扫描激光束。周期是指激光束从初始起始点到横向于正被焊接的工件14的纵向轴线的路径的行进极限并返回到起始点的连续移动。本专利技术的激光器装置10的重要方面是：仅一个激光束用于完成围绕工件14的完整的360°周向焊接。更具体地，提供总体上表示为24的至少一个光学反射器组件，用于通过放置至少一个左光学反射器26和至少一个右光学反射器28来偏转从激光头16发射的单个激光束，所述至少一个左光学反射器26和至少一个右光学反射器28两者都相对于横向于工件的纵向轴线的轴线以预定角度α布置在工件14的相对的横向侧上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光器装置[10]，所述激光器装置[10]用于在工件(14)上执行环形周向焊接，包括：具有激光源[20]的激光头[16]，所述激光头[16]被配置用于发射激光束[29]，以围绕所述工件[14]的外部周向目标区域[12]执行焊接；和光学反射器组件[24]，所述光学反射器组件[24]具有至少两个光学反射器[26、28]，所述至少两个光学反射器[26、28]与所述工件[14]间隔开、用于反射从所述激光头[16]发射的所述激光束[29]，所述反射器[26、28]彼此间隔开，布置在所述工件[14]的相对的横向侧上，并且相对于横向于所述工件[14]的纵向轴线的轴线倾斜，使得通过单个周期的所述激光束[29]来实现所述周向焊接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.17 US 61/980,9851.一种激光器装置[10]，所述激光器装置[10]用于在工件(14)上执行环形周向焊接，包括：具有激光源[20]的激光头[16]，所述激光头[16]被配置用于发射激光束[29]，以围绕所述工件[14]的外部周向目标区域[12]执行焊接；和光学反射器组件[24]，所述光学反射器组件[24]具有至少两个光学反射器[26、28]，所述至少两个光学反射器[26、28]与所述工件[14]间隔开、用于反射从所述激光头[16]发射的所述激光束[29]，所述反射器[26、28]彼此间隔开，布置在所述工件[14]的相对的横向侧上，并且相对于横向于所述工件[14]的纵向轴线的轴线倾斜，使得通过单个周期的所述激光束[29]来实现所述周向焊接。2.根据权利要求1所述的激光器装置，其中，所述激光头[16]以与所述工件[14]相距第一预定距离[D1]定位，使得所述激光束[29]在焊接期间未聚焦在所述工件[14]的所述外部周向目标区域[12]上。3.根据权利要求1至2所述的激光器装置，其中，调整从所述激光头[16]发射的所述激光束[29]，用于加宽所述工件[14]的靶向区域[12]的受影响区域，以在预定焦距上熔化或加热，使得所述激光束[29]在靶向区域[12]处偏离焦点。4.根据权利要求1至3所述的激光器装置，其中，所述工件[14]和所述反射器[26、28]保持在固定位置，而所述工件[14]的所述外部周向目标区域[12]通...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·萨维斯基，马克·蒂莫西·富特，小路易斯·E·丹尼尔斯，丁原邦，安东尼·J·赖施，
申请(专利权)人：巴克斯特国际公司，巴克斯特医疗保健股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US