大功率半导体激光恒温焊接装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种大功率半导体激光恒温焊接装置。该装置包括激光电源、可编程逻辑控制器、激光模块光纤、激光聚焦头、红外高温探测器、电荷耦合器件、显示器和低板组成。其特征是，可编程逻辑控制器分别与激光电源、高温探测器、触摸屏相连；光纤分别与激光模块和激光聚焦头相连；电荷耦合器件与显示器相连；其中一部分器件固定在底板上；高温探测器、电荷耦合器件和激光聚焦头组合集成在一起。该装置结构紧凑、控温精确、安装方便、控制性能好，易于工业批量生产等效果，它可广泛用于激光材料加工和激光印刷电路板焊接等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种恒温控制装置，特别是一种大功率半导体激光恒温焊接装置，属于激光材料加工技术应用于焊接

技术介绍
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊 接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热 传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔 化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。激光 应用于工件焊接有如下特点光纤传输激光，无接触式焊接，激光寿命长，功耗低，热影响区 域小，风冷。 大功率激光焊接装置一般传统方法是将激光电源(1)驱动半导体激光模块(2)， 光纤(3)通过连接器(SM905)与激光模块进行光学耦合。光纤的另一端连接聚焦头(4)，聚 焦头(4)的聚焦透镜将激光汇聚到被焊接的工件(5)上。通过调节激光电源来改变激光功 率、激光脉冲波形、激光脉冲宽度实现被焊接点实际温度调节。 上述方法结构单一、开环控制简单，但实际焊接时不能实际控制焊点温度容易出 现焊接不良、焊点烧毁等现象。并且调节激光功率、脉冲波形、脉冲宽度都依赖于操作者经 验和实验由此造成参数调节复杂，效率低下。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，弥补不足，提供一种可控制焊点 实际温度、能够满足激光焊接实际要求、结构紧凑、操作简单、调试方便的大功率半导体激 光恒温焊接装置。 为了实现上述目的，本专利技术所涉及的大功率半导体激光恒温焊接装置的技术方案 是这样实现的它由激光驱动电源(6)、可编程逻辑控制器(7)、半导体激光模块(S)、光纤 (9)、激光聚焦头(10)、触摸屏组成(11)、红外高温探测器(12)、电荷耦合器件(英文名称 Charge Coupl ed Device。简称:CCD) (13)、显示器(14)组成(如图2所示)。其中红外高 温探测器(12)、电荷耦合器件(13)和激光聚焦头(10)都组合集成在一起，分同轴和非同轴 两种模式，(如图3和图4所示)。可编程逻辑控制器(7)内具有比例积分微分调节(PID 控制)，比例积分调节(PI控制)，比例微分调节(PD控制)功能的温度控制程序，可编程 逻辑控制器(7)自动将设定的温度和测量温度进行比较，计算，输出相应控制信号，实时控 制激光驱动电源(6)，从而控制半导体激光模块(8)输出激光功率。其特征是可编程逻辑 控制器(7)的一端连接到电源(6)的控制端，一端接收红外高温探测器(12)检测的信号， 一端和触摸屏(11)进行通讯。光纤(9)的一端连接到半导体激光模块(8)，另一端与激光 聚焦头(10)相连。激光驱动电源(6)的输出端连接到半导体激光模块(8)，电荷耦合器件 (13)与显示器(14)相连。如图2所示，上述中的一部分固定在底板(15)上。电荷耦合器件(13)采集焊点的图像，并利用显示器(14)显示出来。通过红外高温探测器(12)探测焊 点温度，可编程逻辑控制器(7)接收红外高温探测器(12)发出的温度信号后经过内部温度 控制(PID， PI， PD控制)程序控制激光驱动电源(6)，使半导体激光模块(8)发射激光，通 过控制激光输出功率，在一定时间内(根据不同材料而定)提高或降低焊点温度，使焊点温 度趋于设定的温度，控制在误差范围内(±3°C )，从而保证焊点的温度恒定；因焊接的材料 不同，可以通过内部温度控制(PID，PI，PD控制)程序来实现每一个时间区间稳定到不同的 温度。 本专利技术所称的激光驱动电源(6)是一种特殊的直流、恒流、限压电源，够满足半导 体激光器需要、结构紧凑、无污染、性能良好的半导体激光驱动电源装置。它具有体积小、功 率大、程控调压、可并联、保护功能完备的特点。根据实际输出功率选择不同功率的激光驱 动电源即可适应不同焊接功率的需要。 本专利技术所称的可编程逻辑控制器(7)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用 而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(英文名称Programmable Logic Controller,简称PLC)可编程逻辑控制器(7)是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行 逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/ 输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器(7)及其有关外部设备，都易于 与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能。通过写入相应的程序使其具有温度控制 (PID，PI，PD控制)的功能，该程序自动将设定的温度和测量温度进行比较、计算，输出相应 控制信号控制激光驱动电源(6)。可编程逻辑控制器(7)接收红外高温探测器(12)发出的 温度信号后经过内部温度控制(PID，PI，PD控制)程序控制激光驱动电源(6)，使半导体激 光模块(8)发射激光。 本专利技术所称的红外高温探测器(12)是一种温度测量装置。它把从被测物接收的 红外线，由透镜经过滤波器聚焦在检波器上。检波器通过被测物辐射密度的积分，产生一个 与温度成比例的电流或电压信号，在此后相连接的电器部件中，把此温度信号线性化，发射 率区域的修正，及转换成一个标准的输出信号。 本专利技术所称的半导体激光模块(8)是一种固态激光光源。它具有体积小、寿命长、 成本低、效率高的特点广泛应用于工业、医疗、科研等领域。 本专利技术所称的光纤(9)是光导纤维的简称，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤 维中的全反射原理而达成的光传导工具。光纤的一端连接半导体激光模块(8)，另一端连接 激光聚焦头(10)。 本专利技术所称的激光聚焦头(10)是一种光学透镜系统，和红外高温探测器(12)，电 荷耦合器件(英文名称Charge Coupled Device。简称CCD) (13)组成在一起，其模式有 两种。 一是同轴模式，即电荷耦合器件(13)采集焊点图像的光路、红外高温探测器(12) 探测温度信号和激光同一轴线上。二是非同轴模式，即电荷耦合器件(13)采集焊点图像 的光路、红外光探测温度信号和激光不在同一轴线上。其作用有三点l.将光纤输出的发散激光聚焦到焊接点。2.将焊点发出的红外光信号传递给红外高温探测器(12)进行测量。3.电荷耦合器件(13)采集焊点的图像，并通过显示器(14)显示出来。 本专利技术所称的触摸屏(11)是一种人与机器交互的接口设备。其作用是将必要的信息显示在触摸屏上同时将人发出的工作指令传给系统。触摸屏通过电缆与可编程逻辑控 制器连接。 本专利技术所称的大功率半导体激光恒温焊接装置，具有构思新颖、结构紧凑、控温精 确、体积小巧、安装方便、控制性能好、易于工业化批量生产等优点；它可广泛用于激光材料 加工和激光印刷电路板焊接等场合。附图说明 图1 :传统激光焊接装置示意图； 图2 :大功率半导体激光恒温焊接装置图； 图3 :激光聚焦头、红外高温探测器、电荷耦合器件组合集成在一起的同轴模式示 意图； 图4 :激光聚焦头、红外高温探测器、电荷耦合器件组合集成在一起的非同轴模式 示意图。具体实施例方式本专利技术所称的大功率半导体激光恒温焊接装置的具体实施事例结合图2至图4叙 述如下 该装置的可编程逻辑控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率半导体激光恒温焊接装置，它由激光驱动电源（６）、可编程逻辑控制器（７）、半导体激光模块（８）、光纤（９）、激光聚焦头（１０）、触摸屏组成（１１）、红外高温探测器（１２）、电荷耦合器件（１３）、显示器（１４）和底板（１５）组成，其特征是：可编程逻辑控制器（７）的一端控制激光驱动电源（６），一端接收红外高温探测器（１２）检测的信号，一端和触摸屏（１１）进行通讯；光纤（９）的一端连接到半导体激光模块（８），另一端接在激光聚焦头（１０）；激光驱动电源（６）的输出端连接到半导体激光模块（８），电荷耦合器件（１３）与显示器（１４）相连，其中一部分元器件固定在底板（１５）上，其中红外高温探测器（１２），电荷耦合器件（１３）、激光聚焦头（１０）都组合集成在一起；可编程逻辑控制器（７）内有一个具有比例调节，积分调节，微分调节功能的温度控制程序，可编程逻辑控制器（７）自动将设定的温度和测量温度进行比较、计算，输出相应控制信号，实时控制激光驱动电源（６）、控制半导体激光模块（８）激光输出功率；电荷耦合器件（１３）采集焊点的图像，并利用显示器（１４）显示出来，通过红外高温探测器（１２）探测焊点温度，可编程逻辑控制器（７）接收红外高温探测器（１２）发出的温度信号后，经过内部温度控制程序控制激光驱动电源（６），使半导体激光模块（８）发射激光，通过控制激光输出功率，在一定时间内提高或降低焊点温度，使焊点温度趋于设定的温度，从而保证焊点的温度恒定。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王锋，林卿，吴华，吕超，阳华忠，
申请(专利权)人：武汉凌云光电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]