一种提高YAG激光焊接质量的控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种提高YAG激光焊接质量的控制系统，所述MCU通过D/A转换与音圈电机驱动器单向电性连接，所述音圈电机驱动器与音圈电机单向电性连接，所述音圈电机与扩束镜单向电性连接，所述扩束镜通过位置反馈与音圈电机驱动器单向电性连接，所述光斑校正插值表为固化在MCU内部的EEPROM中，所述氙灯设置在激光晶体的正上方，所述反射镜呈45°设置在扩束镜的右方，所述复合聚焦镜设置在反射镜的正下方，所述工件设置在复合聚焦镜的正下方。该控制系统通过控制音圈电机来动态调节扩束镜，从而能够控制每一个焊点的光斑，使得焊接光斑的大小自始至终保持一致；同时还可以配合二维自动工作台，通过动态调节扩束镜实现一定范围内的三维焊接。此控制系统可以整合到YAG激光焊接电源控制系统中，也可以作为一个独立的控制系统与YAG激光焊接电源控制系统协同工作。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光工业应用
，具体涉及一种提高YAG激光焊接质量的控制系统。
技术介绍
目前市面上应用的YAG激光焊接机都存在着一种普遍的缺点:当激光焊接在较高焊接频率以及较高激光功率下工作时，由于氙灯存在内阻，大电流流过氙灯时会产生大量的热量，由于制冷系统的响应相对滞后，不能保持激光腔体的温度为恒温状态，激光晶体要经过从冷态到热态的一个过程，激光晶体会产生热胀冷缩的问题，从而导致激光焊接光斑产生明显的变化，对工件的焊接质量产生严重的影响。当前激光焊接机扩束镜的调节有手动调节和用步进电机带动扩束镜半自动调节方式，这两种方式虽然可以调节焊接焊点光斑的大小，但是解决不了有激光晶体的热效应所引起的如图1焊点光斑由小变大的现象；由步进电机带动扩束镜，理论上可以进行在线调整解决光斑的均匀度，但是当焊接频率较高时，由于步进电机加减速度较慢，响应不了高频率下而进行的在线高速调节扩束镜。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种提高YAG激光焊接质量的控制系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案:一种提高YAG激光焊接质量的控制系统，包括MCU、音圈电机驱动器、音圈电机、扩束镜、光斑校正插值表、前反射镜片、后反射镜片、氙灯、反射镜、复合聚焦镜、激光晶体和工件，所述MCU通过D/A与音圈电机驱动器单向电性连接，所述音圈电机驱动器与音圈电机单向电性连接，所述音圈电机与扩束镜单向电性连接，所述扩束镜通过位置反馈与音圈电机驱动器单向电性连接，所述光斑校正插值表为固化在MCU内部EEPROM中，所述后反射镜片与前反射镜片呈竖直平行设置，所述激光晶体设置在后反射镜片与前反射镜片之间，所述氙灯设置在激光晶体的正上方，所述扩束镜设置在前反射镜片的右方，所述反射镜呈45°设置在扩束镜的右方，所述复合聚焦镜设置在反射镜的正下方，所述工件设置在复合聚焦镜的正下方。优选的，所述扩束镜包括扩束镜输入镜和扩束镜输出镜，所述扩束镜输入镜设置在左方，所述扩束镜输出镜设置在右方。本技术的技术效果和优点:该提高YAG激光焊接质量的控制系统通过控制音圈电机来动态调节扩束镜，从而能够控制每一个焊点的光斑，使得焊接光斑的大小自始至终保持一致；同时还可以配合二维自动工作台，通过动态调节扩束镜实现一定范围内的三维焊接。本控制系统可以整合到YAG激光焊接电源控制系统中或者作为独立的控制系统与YAG激光焊接电源控制系统协同工作。【附图说明】图1为本技术结构不意图；图2为本技术安装效果结构示意图；图3为传统YAG激光焊接质量的控制系统结构示意图；图4为本技术结构框图。图中:I焦点、2扩束镜、3反射镜、4复合聚焦镜、5输出光束、6工件、7移动焦点、8氙灯、9激光晶体、10扩束镜输入镜、11扩束镜输出镜、12后反射镜片、13前反射镜片、14 M⑶、15音圈电机驱动器、16音圈电机、17光斑校正插值表。【具体实施方式】下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术说方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。本技术提供了如图1所示的一种提高YAG激光焊接质量的控制系统，包括M⑶14、音圈电机驱动器15、音圈电机16、扩束镜2、光斑校正插值表17、前反射镜片13、后反射镜片12、氣灯8、反射镜3、复合聚焦镜4和工件6，其特征在于:所述MCU 14通过D/A转换与音圈电机驱动器15单向电性连接，所述音圈电机驱动器15与音圈电机16单向电性连接，所述音圈电机16与扩束镜2单向电性连接，所述扩束镜2通过位置反馈与音圈驱动器15单向电性连接，所述光斑校正插值表17为固化在MCU14内部EEPROM中，所述后反射镜片12与前反射镜片13呈竖直平行设置，所述激光晶体9设置在后反射镜片12与前反射镜片13之间，所述氙灯8设置在激光晶体9的正上方，所述扩束镜2设置在前反射镜片13的右方，所述扩束镜2包括扩束镜输入镜10和扩束镜输出镜11，所述扩束镜输入镜10设置在左方，所述扩束镜输出镜11设置在右方，所述反射镜3呈45°设置在扩束镜2的右方，所述复合聚焦镜4设置在反射镜3的正下方，所述工件6设置在复合聚焦镜4的正下方。—般的YAG激光焊接为了获得较好的激光效率，普遍采用较短的激光谐振光路，如图3所示:激光光束I经过复合聚焦镜4后的焦点，氙灯8，激光晶体9，后反射镜片12，前反射镜片13，激光经过谐振腔后的输出光束5，输出光束5经过扩束镜2 (扩束镜输入镜1，扩束镜输出镜11)扩束准直，经过反射镜3，复合聚焦镜4后，聚焦在工件6上，聚焦焦点I。当激光晶体处于冷态下，输出光束5束腰直径较大，调整扩束镜输入镜10，左右移动焦点7刚好处于工件6上，此时激光的全部能量都聚焦在工件上；当焊接过程中，激光晶体将由冷态向热态转变，由于激光晶体的热效应，使得输出光束5的束腰直径变小，经过扩束准直聚焦后，其聚焦焦点向上移动，焊点光斑相应的变大，激光热效应变化如图1所示。由于采用音圈电机16，其输出力矩大，响应速度快，可以在高频率焊接状态下在线调节扩束镜2来调整焊接光斑的均匀度。由图3知道，由于激光晶体的热效应，激光焊接焦点会产生移动上移，从而产生焊接光斑由小变大，为了得到均匀的焊接光斑，焊接开始时可以用音圈电机16在线调节扩束镜2使焦点上移，使焊接光斑变大一些，以后每焊接一个点，都调节扩束镜2让焊接焦点下移，让焊接光斑变小一点，这样就可以保证在整个焊接过程中焊接光斑的均匀度。在调整扩束镜的过程中，到底需要往左或往右移动扩束镜的输入镜多长距离，这就需要离线产生一个光斑校正插值表17，根据每一焊接的频率、脉冲宽度以及焊接电流大小，离线反复测试，来产生一个对应焊接光斑大小的三维校正表，这张表的输入参数是焊接频率、脉冲宽度和焊接电流三个参数，输出就是对应的焊接光斑大小需要移动的距离。在工作时就通过焊接频率、脉冲宽度和焊接电流输入参数在线查询查找表并进行三维插值运算，得到每一焊点所需要移动扩束镜输入镜10的距离，进而达到校正的目的。其工作原理如图4所示:主控制板MCU14经过查找光斑校正插值表17进行插值运算，算出扩束镜2需要移动的距离，经过D/A转换产生位置信号给音圈电机驱动器15，然后由音圈电机驱动器15驱动音圈电机16带动扩束镜2进行调节聚焦焦点上下移动，从而达到调节焊接光斑的大小的目的。根据以上解决方法，如果再配合二维XY自动工作台，通过音圈电机16移动扩束镜输入镜10来调整聚焦焦点在Z轴上下移动，就可以实现在扩束经调整范围内的三维自动焊接，这对一些在Z轴上有较小变化的工件表面进行焊接可以得到一个较理想的焊接效果。最后应说明的是:以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高YAG激光焊接质量的控制系统，包括MCU(14)、音圈电机驱动器(15)、音圈电机(16)、扩束镜(2)、光斑校正插值表(17)、前反射镜片(13)、后反射镜片(12)、氙灯(8)、反射镜(3)、复合聚焦镜(4)、激光晶体(9)和工件(6)，其特征在于：所述MCU(14)通过D/A转换与音圈电机驱动器(15)单向电性连接，所述音圈电机驱动器(15)与音圈电机(16)单向电性连接，所述音圈电机(16)与扩束镜(2)单向电性连接，所述扩束镜(2)通过位置反馈与音圈电机驱动器(15)单向电性连接，所述光斑校正插值表(17)为固化在MCU(14)内部EEPROM中，所述后反射镜片(12)与前反射镜片(13)呈竖直平行设置，所述激光晶体(9)设置在后反射镜片(12)与前反射镜片(13)之间，所述氙灯(8)设置在激光晶体(9)的正上方，所述扩束镜(2)设置在前反射镜片(13)的右方，所述反射镜(3)呈45°设置在扩束镜(2)的右方，所述复合聚焦镜(4)设置在反射镜(3)的正下方，所述工件(6)设置在复合聚焦镜(4)的正下方。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：樊永康，苏镇耿，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：深圳市普达镭射科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44