激光焊接设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种激光焊接设备，包括：固定框架；激光发生系统，设置在固定框架中，该激光发生系统包括用于发射能量呈高斯分布的激光的激光器、用于将激光整形并会聚成能够用于焊接的光束的光路系统以及用于将激光传递至光路系统的光纤；升降托架，激光发生系统的光路系统通过升降托架以能够上下移动的方式设置在固定框架中；工作台组件，该工作台组件包括工作台面和夹具，工作台面设置在固定框架上，夹具设置在工作台面上，用于夹紧焊接件；控制系统，该控制系统与激光发生系统、工作台组件相联接，用于控制激光焊接设备的焊接过程。该激光焊接设备能够将激光用于塑料或金属的焊接，具有结构紧凑、焊接效果好、安全性高的优点。

Laser welding equipment

【技术实现步骤摘要】
激光焊接设备
本技术涉及激光焊接领域，更具体地，涉及一种激光焊接设备。
技术介绍
本部分提供了与本技术相关的背景信息，这些信息并不必然构成现有技术。激光可以作为热源应用在金属和塑料的焊接中。现有的激光焊接设备通常包括激光发生系统、固定框架、工作台等，其中，工作台上设置有夹具，夹具夹紧焊接件，通过激光发生系统与焊接件之间的相对运动，使激光发生系统发出的激光沿焊接件的焊接部位运动，从而完成焊接。在这种情况下，为了在X-Y-Z轴上改变激光发生系统与焊接件之间的相对位置，需要在激光发生系统或工作台或夹具上设置多组电机、导轨等移位装置，不但增加了设备质量和设备成本，而且结构复杂、体型较大。并且，由于对焊接精度要求较高，所使用的电机也必须具有较高的精度，以保证焊接精度，因此，整机的成本也较高。此外，大多数激光器发射的激光光束为高斯光束，即其横截面的能量分布遵守高斯函数，因此，光斑中心的能量密度远高于光斑边缘的能量密度，导致光斑中心温度远高于光斑边缘的温度，进一步造成接收激光光束的焊接部位上形成的熔池的温度不均匀，最终导致光斑中心由于温度过高而使焊接部位的材料的性状发生变化，并发生下述情况：针对热塑性塑料的焊接，会产生材料的变性、分解、汽化现象，外观表现为发黄、发焦、气泡夹杂、鼓包、翘曲、焊缝断裂，从而导致焊接结构的强度不均匀、残存焊接应力或焊接强度的急剧下降。针对金属板材的焊接，会产生材料的晶粒粗大、分解(脱碳)、汽化现象，外观表现为夹杂、翘曲、焊缝间断裂，从而导致焊接结构的强度不均匀、残存焊接应力或焊接强度的急剧下降。已知一种激光发生系统，包括光纤激光器、准直器、可移动反射镜和聚焦透镜，其中，在准直器与可移动反射镜之间可以设置整形衍射光学元件，以将高斯型轮廓的光束整形成均匀的光束。虽然整形衍射光学元件可以将激光光束的能量进行再分布，但是激光经过整形衍射光学元件时会发生折射、反射和透射，从而产生光束能量的损失，并升高整形衍射光学元件的温度；同时，由于衍射现象是属于空间分布的，所以空间位置的不同，将形成均匀性不同的衍射光斑。此外，由于聚焦透镜位于反射镜后，因此聚焦光斑大小将在中心和边缘产生变化，因此仅适用于小幅面的焊接；同时，由于焦距无法变化，此布置仅适用于在相对近似平面的焊接部位上进行焊接操作，无法在立体构型的焊接部位上实施焊接操作。因此，需要提供一种结构紧凑、成本较低的激光焊接设备，在焊接过程中无需改变激光发生系统与焊接件之间的相对位置即可完成焊接。此外，还需使激光光束能够形成均匀的光斑以减少焊接件因受热不均引起的焊接不良现象，并且尽量减少激光光束整形时的能量损失。此外，越来越多的应用需要激光焊接设备能够在立体构型的焊接部位上进行焊接操作。
技术实现思路
在本部分中提供本技术的总体概要，而不是本技术完全范围或本技术所有特征的全面公开。本技术的目的是提供一种结构紧凑的激光焊接设备，该激光焊接设备能够在不改变激光发生系统与焊接件之间的相对位置的情况下进行焊接。本技术的另一目的是提供一种能够提供能量呈均匀分布的激光的激光焊接设备。根据本技术的一个方面，提供一种激光焊接设备，包括：固定框架；激光发生系统，设置在所述固定框架中，所述激光发生系统包括：激光器，所述激光器用于发射激光；光路系统，所述光路系统用于将所述激光整形并会聚成能够用于焊接的光束；以及光纤，所述光纤用于将所述激光传递至所述光路系统；升降托架，所述激光发生系统的光路系统通过所述升降托架以能够上下移动的方式设置在所述固定框架中；工作台组件，所述工作台组件包括工作台面和夹具，所述工作台面设置在所述固定框架上，所述夹具设置在所述工作台面上，用于夹紧焊接件；控制系统，所述控制系统与所述激光发生系统、工作台组件相联接，用于控制所述激光焊接设备的焊接过程。进一步地，所述光路系统包括沿所述激光的光轴依次设置的：准直镜，所述准直镜用于将光纤传递过来的所述激光通过透镜光学变换形成平行光束，所述平行光束的能量呈高斯分布；整形镜，所述整形镜包括至少一个用于将所述能量呈高斯分布的平行光束发散的非球面凹透镜和至少一个用于将被发散的光束进行会聚的非球面凸透镜，所述能量呈高斯分布的平行光束经所述非球面凹透镜和所述非球面凸透镜被整形成能量呈均匀分布的平行光束；以及聚焦系统，所述聚焦系统包括至少一个聚焦镜，所述聚焦镜用于将所述能量呈均匀分布的平行光束聚焦至焊接件的焊接部位。进一步地，所述光路系统还包括设置在所述整形镜与所述聚焦镜之间的Z轴动态镜以及沿光路设置在所述聚焦镜后方的X轴反射镜和Y轴反射镜，所述Z轴动态镜能够沿所述平行光束的光轴移动，所述X轴反射镜和Y轴反射镜能够沿着各自的转动轴线转动，所述X轴反射镜和所述Y轴反射镜的转动轴线在立体空间中正交。进一步地，所述控制系统能够根据所述焊接件的焊接路径、焊接宽度或焊接深度控制所述Z轴动态镜沿所述光轴移动，并且控制所述X轴反射镜和所述Y轴反射镜绕各自的所述转动轴线转动，使得在不移动所述焊接件的情况下，所述平行光束能够聚焦在所述焊接件的焊接部位并沿所述焊接路径进行焊接，或者实现多次重复或循环扫描的焊接方式，以便适应不同的焊接宽度和焊接深度。进一步地，所述准直镜是由凹透镜和凸透镜组成的无实焦点的伽利略准直镜，以避免有实焦点的开普勒准直镜在焦点附近引起微尘和水汽的气化作用而造成镜面的污染、影响使用。进一步地，所述非球面凹透镜和所述非球面凸透镜中的至少一者可以沿所述光轴移动，使得在焊接件上的光斑从圆形光斑变为环形光斑。进一步地，所述整形镜与所述聚焦系统之间设置有柱面镜，使得在焊接件上的光斑从圆形光斑变为矩形或线形光斑。进一步地，所述柱面镜能够绕所述光轴旋转，使得可以改变矩形或线形光斑的朝向。进一步地，所述升降托架包括：第一支架，所述第一支架固定在所述固定框架上；升降托，所述升降托固定在所述第一支架上；第二支架，所述第二支架设置在所述升降托上并且能够沿竖向轴线的方向相对于所述升降托移动，所述光路系统固定在所述第二支架上；丝杆，所述丝杆竖直地安装在所述升降托上并且能够绕所述丝杆的竖向轴线转动；丝杆螺母，所述丝杆螺母与所述第二支架固定连接并且所述丝杆螺母与所述丝杆螺纹连接；以及转动件，所述转动件与所述丝杆在所述丝杆的转动方向上固定连接。进一步地，所述激光焊接设备还包括前门组件，所述前门组件包括：前门框，所述前门框与所述固定框架铰接，所述前门框的大致中央处设置有中央开口；上防护门和下防护门，所述上防护门设置在所述中央开口的上方，所述下防护门设置在所述中央开口的下方，所述上防护门和下防护门可以相对彼此运动以开启或关闭所述中央开口；门驱动机构，所述门驱动机构驱动所述上防护门和所述下防护门进行开合。进一步地，所述门驱动机构包括门电机和驱动带，所述门电机驱动所述驱动带运动，所述驱动带驱动所述上防护门和所述下防护门进行开合。进一步地，所述前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光焊接设备，其特征在于，所述激光焊接设备包括：/n固定框架；/n激光发生系统，设置在所述固定框架中，所述激光发生系统包括：激光器，所述激光器用于发射激光；光路系统，所述光路系统用于将所述激光整形并会聚成能够用于焊接的光束；以及光纤，所述光纤用于将所述激光传递至所述光路系统；/n升降托架，所述激光发生系统的光路系统通过所述升降托架以能够上下移动的方式设置在所述固定框架中；/n工作台组件，所述工作台组件包括工作台面和夹具，所述工作台面设置在所述固定框架上，所述夹具设置在所述工作台面上，用于夹紧焊接件；以及/n控制系统，所述控制系统与所述激光发生系统、工作台组件相联接，用于控制所述激光焊接设备的焊接过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接设备，其特征在于，所述激光焊接设备包括：
固定框架；
激光发生系统，设置在所述固定框架中，所述激光发生系统包括：激光器，所述激光器用于发射激光；光路系统，所述光路系统用于将所述激光整形并会聚成能够用于焊接的光束；以及光纤，所述光纤用于将所述激光传递至所述光路系统；
升降托架，所述激光发生系统的光路系统通过所述升降托架以能够上下移动的方式设置在所述固定框架中；
工作台组件，所述工作台组件包括工作台面和夹具，所述工作台面设置在所述固定框架上，所述夹具设置在所述工作台面上，用于夹紧焊接件；以及
控制系统，所述控制系统与所述激光发生系统、工作台组件相联接，用于控制所述激光焊接设备的焊接过程。


2.根据权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于，所述光路系统包括沿所述激光的光轴依次设置的：
准直镜，所述准直镜用于将光纤传递过来的所述激光通过透镜光学变换形成平行光束，所述平行光束的能量呈高斯分布；
整形镜，所述整形镜包括至少一个用于将所述能量呈高斯分布的平行光束发散的非球面凹透镜和至少一个用于将被发散的光束进行会聚的非球面凸透镜，所述能量呈高斯分布的平行光束经所述非球面凹透镜和所述非球面凸透镜被整形成能量呈均匀分布的平行光束；以及
聚焦系统，所述聚焦系统包括至少一个聚焦镜，所述聚焦镜用于将所述能量呈均匀分布的平行光束聚焦至所述焊接件的焊接部位。


3.根据权利要求2所述的激光焊接设备，其特征在于，所述光路系统的所述聚焦系统还包括设置在所述整形镜与所述聚焦镜之间的Z轴动态镜以及沿光路设置在所述聚焦镜后方的X轴反射镜和Y轴反射镜，所述Z轴动态镜能够沿所述光轴移动，所述X轴反射镜和Y轴反射镜能够沿着各自的转动轴线转动，所述X轴反射镜和所述Y轴反射镜的转动轴线在立体空间中正交。


4.根据权利要求3所述的激光焊接设备，其特征在于，所述控制系统根据所述焊接件的焊接路径、焊接宽度或焊接深度控制所述Z轴动态镜沿所述光轴移动，并且控制所述X轴反射镜和所述Y轴反射镜绕各自的所述转动轴线转动。


5.根据权利要求2所述的激光焊接设备，其特征在于，所述准直镜是由凹透镜和凸透镜组成的无实焦点的伽利略准直镜。


6.根据权利要求2所述的激光焊接设备，其特征在于，所述非球面凹透镜和所述非球面凸透镜中的至少一者可以沿所述光轴移动。


7.根据权利要求2所述的激光焊接设备，其特征在于，所述整形镜与所述聚焦系统之间设置有柱面镜。


8.根据权利要求7所述的激光焊接设备，其特征在于，所述柱面镜能够绕所述光轴旋转。


9.根据权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于，所述升降托架包括：
第一支架，所述第一支架固定在所述固定框架上；
升降托，所述升降托固定在所述第一支架上；
第二支架，所述第二支架设置在所述升降托上并且能够沿竖向轴线的方向相对于所述升降托移动，所述光路系统固定在所述第二支架上；
丝杆，所述丝杆竖直地安装在所述升降托上并且能够绕所述丝杆的竖向轴线转动；
丝杆螺母，所述丝杆螺母与所述第二支架固定连接并且所述丝杆螺母与所述丝杆螺纹连接；以及
转动件，所述转动件与所述丝杆在所述丝杆的转动方向上固定连接。


10.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯学明，
申请(专利权)人：必能信超声上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31