一种大功率激光远程飞行加工头制造技术

本实用新型专利技术属于激光焊接装备领域，具体地说是一种大功率激光远程飞行加工头，支架的一侧安装有准直单元，另一侧安装有单振镜扫描单元，在准直单元与单振镜扫描单元之间的支架上设有沿水平方向往复移动的可移动聚焦单元；一次折返单元与准直单元相连，在一次折返单元上设有激光连接件；单振镜扫描单元中的扫描振镜具有绕X轴和Y轴翻转的两个自由度；激光束由激光连接件入射，依次通过一次折返单元、准直单元、可移动聚焦单元、单振镜扫描单元照射在工件上，激光束通过扫描振镜绕X轴和Y轴的翻转在工件的二维平面扫描，通过可移动聚焦单元的往复移动实现激光束焦点在Z轴运动。本实用新型专利技术提高了加工效率，解决了工作范围受限的问题。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光焊接装备领域，具体地说是一种大功率激光远程飞行加工 头。
技术介绍
激光加工是一种新型的加工技术，激光焊接一般无需焊料和焊剂，只需工件加工 区域“热熔”在一起即可。激光焊接速度快，热影响区小，焊接质量高，既可焊接同种材料， 也可焊接异种材料，还可透过玻璃进行焊接。在高功率激光加工成套设备开发及制造方面， 经过十几年的发展，我国激光加工技术及装备从无到有，已逐步形成一定产业规模。远程激光加工技术是激光加工领域中的常用制造技术之一，大功率远程激光焊接 常用于汽车零部件的焊接，具有极高的加工效率。激光远程加工成套系统通常采用机器人 或机床附加远程激光加工头，由机器人或机床完成激光路径。但由于受到机器人及机床自 身参数的限制，不能够达到理想的工作效率，特别在三维空间上的焊接，除工作效率较低 外，工作范围也会受到影响。
技术实现思路
为了解决现有技术中激光焊接工作效率低、焊接工作范围受限的问题，本实用新 型的目的在于提供一种大功率激光远程飞行加工头。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的本技术包括一次折返单元、准直单元、可移动聚焦单元、单振镜扫描单元及支 架，其中支架的一侧安装有准直单元，另一侧安装有单振镜扫描单元，在准直单元与单振镜 扫描单元之间的支架上设有可移动聚焦单元，该可移动聚焦单元沿水平方向往复移动；所 述一次折返单元与准直单元相连，在一次折返单元上设有激光连接件；所述单振镜扫描单 元中的扫描振镜具有绕X轴和Y轴翻转的两个自由度；激光束由激光连接件入射，依次通过 一次折返单元中的一次折返镜、准直单元中的准直镜、可移动聚焦单元中的聚焦镜、单振镜 扫描单元中的扫描振镜照射在工件上，激光束通过扫描振镜绕X轴和Y轴的翻转在工件的 二维平面扫描，通过可移动聚焦单元的往复移动实现激光束焦点在Z轴运动。其中所述支架为“凹”形，包括底板及位于底板两侧的两个连接板，所述准直单元 和单振镜扫描单元分别安装在两个连接板上；所述可移动聚焦单元安装在底板上；所述一 次折返单元包括折返镜座、一次折返镜及后盖，其中折返镜座安装在支架上，在折返镜座上 设有一次折返镜，后盖安装在折返镜座的底部，在折返镜座的上方连接有激光连接件；一次 折返镜的背面设有折返水冷件；所述准直单元包括准直镜及准直镜座，其中准直镜座与支 架相连，准直镜安装在准直镜座上；准直镜座上连接有水冷圈；所述可移动聚焦单元包括 直线执行机构、聚焦镜座及聚焦镜，其中直线执行机构安装在支架上，聚焦镜座可往复移动 地与直线执行机构连接，聚焦镜安装在聚焦镜座上；聚焦镜与准直单元中的准直镜同轴心； 所述单振镜扫描单元包括X轴伺服电机、第一皮带轮、X轴、L形连接板、扫描振镜、扫描镜座、Y轴伺服电机、第二皮带轮、Y轴、第三皮带轮及第四皮带轮，其中X轴安装在支架上，第 一皮带轮可转动地套在X轴上，X轴伺服电机安装在支架上、其输出轴上设有第二皮带轮， 第一皮带轮通过皮带与第二皮带轮相连；所述L形连接板的一面与第一皮带轮固接，另一 面上设有Y轴伺服电机及可转动的Y轴，Y轴伺服电机的输出轴上连接有第四皮带轮，第三 皮带轮与Y轴的一端键连接，第三皮带轮通过皮带与第四皮带轮相连，所述扫描镜座固接 在Y轴的另一端，扫描振镜安装在扫描镜座上；扫描振镜的下方设有安装在L形连接板上的 保护镜。本技术的优点与积极效果为1.本技术通过一次折返单元、准直单元、可移动聚焦单元、单振镜扫描单元完 成激光焦点在三维空间上的扫描，提高了加工效率，解决了工作范围受限的问题。2.本技术在每处光学元件部位都引入水冷结构，从而提高了系统的所承受的 最大输出功率，有效减小了由于光学透镜发热而产生的热透镜效应，提高了焊接质量。3.本技术通过对可移动聚焦单元及单振镜扫描单元的Χ、γ轴设计，大大提高 了加工头的可加工范围，方便使用。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为图1中振镜单元的结构示意图；图3为本技术的立体结构示意图；其中1为激光连接件，2为折返镜座，3为一次折返镜，4为折返水冷件，5为后盖， 6为连接板，7为准直镜，8为水冷圈，9为准直镜座，10为直线执行机构，11为聚焦镜座，12 为聚焦镜，13为锁紧环，14为X轴伺服电机，15为底板，16为第一皮带轮，17为X轴，18为 轴承，19为顶环，20为L形连接板，21为扫描振镜，22为扫描镜座，23为压片，M为保护镜， 25为Y轴伺服电机，26为第二皮带轮，27为Y轴，观为第三皮带轮，29为第四皮带轮，30为 激光束，31为工件。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步详述。如图1 3所示，本技术包括一次折返单元、准直单元、可移动聚焦单元、单振 镜扫描单元及支架，支架为“凹”形，包括底板15及位于底板15两侧的两个连接板6 ；准直 单元安装在支架一侧的连接板6上，单振镜扫描单元安装在支架另一侧的连接板6上，可移 动聚焦单元安装在准直单元与单振镜扫描单元之间的支架底板15上。一次折返单元包括折返镜座2、一次折返镜3、折返水冷件4及后盖5，其中折返镜 座2固接在支架一侧的连接板6上，在折返镜座2上设有一次折返镜3，折返水冷件4附着 在一次折返镜3的背面，可减少激光入射在一次折返镜3上所产生的热量，后盖5安装在折 返镜座2的底部，将折返镜座2及其上的一次折返镜3密封；在折返镜座2的上方安装有激 光连接件1。激光束30由激光连接件1入射，经过一次折返镜3反射，反射后的激光束与入 射光束成90°角，此时激光束为发散光束。准直单元包括准直镜7、水冷圈8及准直镜座9，其中准直镜座9固接在支架一侧的连接板6上，准直镜7安装在准直镜座9中，水冷圈8与准直镜座9相连，构成准直镜水 冷系统；由一次折返单元射出的发散光束照射在准直镜7上，这时发散光速经过准直镜7转 变为平行光束，准直镜水冷系统起到为准直镜7冷却的功能；由准直单元射出的平行光束 到达可移动聚焦单元。可移动聚焦单元包括直线执行机构10、聚焦镜座11及聚焦镜12，其中直线执行机 构10固接在支架的底板15上，该直直线线执行机构10可为由直线电机或伺服电机及丝 杠、丝母的结构，丝杠与直线电机或伺服电机的输出轴相连，丝母与丝杠螺纹连接，聚焦镜 座11与丝母固接，通过丝母与丝杠的转动副变成丝母带动聚焦镜座11沿丝杠的移动副；聚 焦镜12通过锁紧环13安装在聚焦镜座11上，聚焦镜12与准直单元中的准直镜7同轴心； 可移动聚焦单元配备有相应的水冷结构，为聚焦镜12起到了冷却的作用。由准直单元射出 的平行光束经聚焦镜12的作用转变为汇聚光束，通过聚焦镜12的往复直线运动，从而改 变到达工件31的焦点位置，实现三维加工时焦点的Z轴运动；经过聚焦单元的汇聚光束入 射至单振镜扫描单元。单振镜扫描单元包括X轴伺服电机14、第一皮带轮16、X轴17、轴承18、顶环19、 L形连接板20、扫描振镜21、扫描镜座22、压片23、保护镜24、Y轴伺服电机25、第二皮带 轮26、Y轴27、第三皮带轮观及第四皮带轮四，其中X轴17固接在支架另一侧的连接板6 上，第一皮带轮16通过轴承18可转动地套在X轴17上，X轴伺服电机14安装在该侧的连 接板6上、其输出轴上设有第二皮带轮沈，第一皮带轮16通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种大功率激光远程飞行加工头，其特征在于：包括一次折返单元、准直单元、可移动聚焦单元、单振镜扫描单元及支架，其中支架的一侧安装有准直单元，另一侧安装有单振镜扫描单元，在准直单元与单振镜扫描单元之间的支架上设有可移动聚焦单元，该可移动聚焦单元沿水平方向往复移动；所述一次折返单元与准直单元相连，在一次折返单元上设有激光连接件；所述单振镜扫描单元中的扫描振镜具有绕Ｘ轴和Ｙ轴翻转的两个自由度；激光束由激光连接件入射，依次通过一次折返单元中的一次折返镜、准直单元中的准直镜、可移动聚焦单元中的聚焦镜、单振镜扫描单元中的扫描振镜照射在工件上，激光束通过扫描振镜绕Ｘ轴和Ｙ轴的翻转在工件的二维平面扫描，通过可移动聚焦单元的往复移动实现激光束焦点在Ｚ轴运动。

【技术特征摘要】
1.一种大功率激光远程飞行加工头，其特征在于包括一次折返单元、准直单元、可移 动聚焦单元、单振镜扫描单元及支架，其中支架的一侧安装有准直单元，另一侧安装有单振 镜扫描单元，在准直单元与单振镜扫描单元之间的支架上设有可移动聚焦单元，该可移动 聚焦单元沿水平方向往复移动；所述一次折返单元与准直单元相连，在一次折返单元上设 有激光连接件；所述单振镜扫描单元中的扫描振镜具有绕X轴和Y轴翻转的两个自由度； 激光束由激光连接件入射，依次通过一次折返单元中的一次折返镜、准直单元中的准直镜、 可移动聚焦单元中的聚焦镜、单振镜扫描单元中的扫描振镜照射在工件上，激光束通过扫 描振镜绕X轴和Y轴的翻转在工件的二维平面扫描，通过可移动聚焦单元的往复移动实现 激光束焦点在Z轴运动。2.按权利要求1所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于所述支架为“凹， 包括底板(1 及位于底板(1 两侧的两个连接板(6)，所述准直单元和单振镜扫描单元分 别安装在两个连接板(6)上；所述可移动聚焦单元安装在底板(1 上。3.按权利要求1或2所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于所述一次折返 单元包括折返镜座(2)、一次折返镜C3)及后盖(5)，其中折返镜座( 安装在支架上，在折 返镜座( 上设有一次折返镜(3)，后盖( 安装在折返镜座O)的底部，在折返镜座(2) 的上方连接有激光连接件(1)。4.按权利要求3所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于所述一次折返镜(3) 的背面设有折返水冷件(4)。5.按权利要求1或2所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于所述准直单元 包括准直镜(7)及准直镜座(9)，其中准直镜座(9)与支架相连，准直镜(7)安装在准...

【专利技术属性】
技术研发人员：唱丽丽，王智超，邢飞，徐国建，邱晓杰，
申请(专利权)人：杭州中科新松光电有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86