一种可编程激光焊接聚焦系统技术方案

本发明专利技术公开一种可编程激光焊接聚焦系统，涉及激光焊接技术领域，激光发射头用于发出平行激光光束；聚焦模块包括固定壳、导柱、滚珠丝杠、支撑座和聚焦透镜，固定壳与激光发射头的发射端固连，导柱与固定壳固连，螺杆的与固定壳转动配合，支撑座与滚珠丝杠中的螺母固连并滑动套设在导柱上，聚焦透镜安装在支撑座上；焦点运动控制系统包括驱动装置、传动机构、控制模块和三个传感器，驱动装置能够通过传动机构驱动螺杆转动；传感器与控制模块信号连接。操作人员根据待焊接工件的厚度，并通过本发明专利技术的可编程激光焊接聚焦系统中的PLC可编程控制器编写程序设置焦点位置运动轨迹，使得本发明专利技术在工作过程中能够自动调节激光束的焦点位置。在工作过程中能够自动调节激光束的焦点位置。在工作过程中能够自动调节激光束的焦点位置。

【技术实现步骤摘要】
一种可编程激光焊接聚焦系统


[0001]本专利技术涉及激光焊接
，特别是涉及一种可编程激光焊接聚焦系统。

技术介绍

[0002]焊接是众多行业中广泛使用的连接结构的方法，激光焊接是一种先进的焊接方法，也是一种最重要的制造方法。激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高精密的焊接方法，具有简单、高效、易操作等优势。如今，随着高功率激光器的产生，激光焊接已广泛应用于造船、冶金、汽车、航空航天以及轻工业等场合，并适用于各种材质与各种板厚材料的焊接。
[0003]激光焊接是一种采用激光作为热源的熔焊工艺，其基本原理是由激光器发出的激光束，通过在准直聚焦透镜，从而在待焊接工件上形成极高的功率密度，使工件表面加热并熔化，填充焊接工件接头的间隙，形成焊缝并实现良好连接。实际上，激光束聚焦处会使金属气化，金属蒸汽的反冲压力作用会在金属熔池中产生小孔。此时金属蒸汽压力会阻挡周围熔化的金属，使得小孔在整个焊接过程中始终处于开口状态，熔体吸收激光能量，聚焦的激光束和深熔孔沿焊接方向持续焊接，焊接工件在深熔孔前持续熔化，并重新凝固成焊缝。
[0004]对于不同材料进行焊接时，激光束的焦点位置控制着焊缝的最终质量，尤其是厚板对接接头的情况更加敏感。激光束焦点的距离较短时，焊接时可获得高能量密度，且光斑较小，工件之间的间隙要求较小；焦点距离较长时，仍可维持一定的能量密度，焊接接头定位精度较低。焦点位置的不同，将会使作用在工件表面的激光功率密度变化很大，从而极大的影响焊缝质量。
[0005]在激光焊接时，激光束的焦点位置至关重要。焦点与焊接工件表面的相对位置的变化直接影响着焊缝宽度和深度，焦点位置的过大或过小，都会导致焊缝出现严重塌陷或未焊穿，焊接熔池不稳定，焊接质量差。在常规条件下，进行平板焊接时，焦点位置一般是固定的，通常采用调节离焦量的方式或者采用手动调焦系统，可以调节焦点位置，焦点位置不需随着焊接面的厚度变化而变化。
[0006]专利CN105414748A公开了可以通过契形镜的旋转和聚焦透镜的振动分别实现激光焦点(相对于工件表面)的水平旋转和垂直振动；然而，对于变截面的工件焊接时，此时焦点位置的固定将会影响焊接效果，甚至将会导致焊接失败；对于变截面的厚板焊接，焦点位置需要根据不同厚度的板材，自动调节焦点位置，才能获得较大熔深，使焊缝成型良好，焊接稳定。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种可编程激光焊接聚焦系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现激光束焦点位置的自动调节。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]本专利技术提供一种可编程激光焊接聚焦系统，包括：
[0010]激光发射头，所述激光发射头用于发出平行激光光束；
[0011]聚焦模块，所述聚焦模块包括固定壳、导柱、滚珠丝杠、支撑座和聚焦透镜，所述固定壳与所述激光发射头的发射端固连，所述导柱的轴向、所述滚珠丝杠中的螺杆的轴向和所述聚焦透镜的轴向均与所述平行激光光束平行，所述导柱与所述固定壳固连，所述螺杆的两端分别通过轴承与所述固定壳转动配合，所述支撑座与所述滚珠丝杠中的螺母固连并滑动套设在所述导柱上，所述聚焦透镜安装在所述支撑座上，所述聚焦透镜用于将所述平行激光光束聚焦；
[0012]焦点运动控制系统，所述焦点运动控制系统包括驱动装置、传动机构、控制模块和三个用于检测所述聚焦透镜的位置的传感器，所述驱动装置能够通过所述传动机构驱动所述螺杆转动；所述传感器与所述控制模块信号连接，所述控制模块用于控制所述驱动装置的运行，所述控制模块采用PLC可编程控制器。
[0013]优选的，还包括冷却模块；所述冷却模块包括与所述可编程聚焦模块外壳固连的管道冷却板和固设在所述管道冷却板上的第一散热片，所述支撑座上固设有用于与第一散热片换热的第二散热片，所述第二散热片与所述第一散热片滑动配合；所述管道冷却板内设置有冷却管道，所述冷却管道的两端均位于所述管道冷却板的表面，所述冷却管道的一端为进液口、另一端为出液口。
[0014]优选的，还包括保护镜模块；所述保护镜模块包括保护镜片、保护镜抽屉和保护镜安装座，所述保护镜片安装在所述保护镜抽屉上，所述保护镜抽屉与所述保护镜安装座滑动配合，所述保护镜安装座与所述固定壳的底端固连；所述保护镜片与所述聚焦透镜同轴，且通过所述聚焦透镜发出的激光能够穿过所述保护镜片。
[0015]优选的，还包括气体保护模块，所述气体保护模块包括上保护单元和下保护单元；
[0016]所述上保护单元包括同轴设置的第一套筒和第二套筒，所述第一套筒和第二套筒分别与所述保护镜抽屉的底端固连，所述第二套筒套设在所述第一套筒的外部，所述第二套筒与第一套筒之间形成有环形腔体和与所述环形腔体相通的倒锥环形出气孔，所述第二套筒的侧壁上设置有与所述环形腔体相通的进气孔；
[0017]所述下保护单元包括气帘和高压保护支撑架，所述气帘通过所述高压保护支撑架与工装块固连，所述工装块与过渡板固连，所述第二套筒的底端与所述过渡板固连。
[0018]优选的，所述驱动装置采用闭环步进电机，所述驱动装置与所述固定壳固连；所述焦点运动控制系统还包括步进驱动器，所述闭环步进电机与所述步进驱动器信号连接，所述步进驱动器与所述控制模块信号连接；
[0019]所述传动机构包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，所述第一齿轮固定套设在所述驱动装置的输出轴上，所述第二齿轮固定套设在齿轮轴上，所述齿轮轴与所述固定壳转动连接，所述第三齿轮固定套设在所述螺杆上，所述第三齿轮和所述第一齿轮分别与所述第二齿轮啮合。
[0020]优选的，所述传动机构还包括与所述驱动装置固连的齿轮保护壳，所述第一齿轮位于所述齿轮保护壳内。
[0021]优选的，所述导柱为四个，所述聚焦模块还包括保持架；所述保持架与所述固定壳固连，所述导柱与所述保持架固连。
[0022]优选的，所述传感器为三个，三个所述传感器均为电感式接近开关传感器，三个所
述电感式接近开关传感器沿所述导柱的轴向依次且间隔地固定设置在所述固定壳上。
[0023]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0024]本专利技术的可编程激光焊接聚焦系统能够自动调节激光束的焦点位置。
[0025]进一步的，通过控制模块即PLC可编程控制器依据事先编译的程序控制闭环步进电机来驱动支撑座沿导杆滑动，支撑座带动聚焦透镜滑动，从而实现对平行激光束聚焦的焦点位置的调节。使用本专利技术的可编程激光焊接聚焦系统在优化工艺参数下进行焊接，其焦点位置的运动可以有效稳定激光焊接的整个过程，改善焊缝表面成形，减少了焊接时产生的气孔和飞溅，提高了熔池的稳定性，尤其是焊接面厚度不一致时，激光焦点根据不同的厚度自动调节焦点的位置，使其焊接稳定、焊缝成形良好，以此提高焊接质量。
[0026]通过预先测量待焊接工件的厚度，并根据待焊接工件的厚度和平行激光束聚焦的焦点相对工件的移动方向和移动速度，来确定平行激光束聚焦的焦点位置的随时间的变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可编程激光焊接聚焦系统，其特征在于，包括：激光发射头，所述激光发射头用于发出平行激光光束；聚焦模块，所述聚焦模块包括固定壳、导柱、滚珠丝杠、支撑座和聚焦透镜，所述固定壳与所述激光发射头的发射端固连，所述导柱的轴向、所述滚珠丝杠中的螺杆的轴向和所述聚焦透镜的轴向均与所述平行激光光束平行，所述导柱与所述固定壳固连，所述螺杆的两端分别通过轴承与所述固定壳转动配合，所述支撑座与所述滚珠丝杠中的螺母固连并滑动套设在所述导柱上，所述聚焦透镜安装在所述支撑座上，所述聚焦透镜用于将所述平行激光光束聚焦；焦点运动控制系统，所述焦点运动控制系统包括驱动装置、传动机构、控制模块和三个用于检测所述聚焦透镜的位置的传感器，所述驱动装置能够通过所述传动机构驱动所述螺杆转动；所述传感器与所述控制模块信号连接，所述控制模块用于控制所述驱动装置的运行，所述控制模块采用PLC可编程控制器。2.根据权利要求1所述的可编程激光焊接聚焦系统，其特征在于：还包括冷却模块；所述冷却模块包括与所述可编程聚焦模块外壳固连的管道冷却板和固设在所述管道冷却板上的第一散热片，所述支撑座上固设有用于与第一散热片换热的第二散热片，所述第二散热片与所述第一散热片滑动配合；所述管道冷却板内设置有冷却管道，所述冷却管道的两端均位于所述管道冷却板的表面，所述冷却管道的一端为进液口、另一端为出液口。3.根据权利要求1所述的可编程激光焊接聚焦系统，其特征在于：还包括保护镜模块；所述保护镜模块包括保护镜片、保护镜抽屉和保护镜安装座，所述保护镜片安装在所述保护镜抽屉上，所述保护镜抽屉与所述保护镜安装座滑动配合，所述保护镜安装座与所述固定壳的底端固连；所述保护镜片与所述聚焦透镜同轴，且通过所述聚焦透镜发出的激光能够穿过所述保护镜片。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴世凯，宋汝晖，赵丽楠，谭继镔，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：