[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于楔角鏡手持式激光焊接頭光學(xué)系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911387399.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110919175A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳進(jìn);李勛武;劉德軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州迅鐳激光科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B23K26/064
• 分類(lèi)號(hào): B23K26/064
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發(fā)明揭示了一種基于楔角鏡手持式激光焊接頭光學(xué)系統(tǒng)，其包括沿光軸同心設(shè)置的準(zhǔn)直鏡、反射鏡、楔角鏡、聚焦鏡以及保護(hù)鏡，光束從一光纖芯徑端面射出經(jīng)過(guò)所述準(zhǔn)直鏡處理為準(zhǔn)直平行光，然后經(jīng)所述反射鏡反射轉(zhuǎn)向，再經(jīng)所述楔角鏡將光進(jìn)行偏移設(shè)定角度后經(jīng)所述聚焦鏡射向工作平面，其中所述準(zhǔn)直鏡的焦距f₁、所述楔角鏡的楔角α和折射率n以及所述光纖芯徑D滿(mǎn)足以下關(guān)系式：本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)光斑大小恒定、能量分布均勻的光束進(jìn)行O型掃描，大大提高了焊接質(zhì)量和焊縫的美觀性。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于楔角鏡手持式激光焊接頭光學(xué)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】

激光焊接作為一種先進(jìn)的焊接技術(shù)，已普遍應(yīng)用于保溫杯、汽車(chē)及電子等行業(yè)。配合自動(dòng)化控制的激光焊接頭設(shè)備作為重要輸出應(yīng)用端。

激光焊接領(lǐng)域中需要保證焊接區(qū)域的焊縫無(wú)氣泡、無(wú)虛焊、無(wú)斷層及熔寬大等特點(diǎn)，且要求外觀均勻及易于后續(xù)處理。但是傳統(tǒng)的焊接頭光束能量分布近似高斯分布，這種不均勻光束能量分布會(huì)導(dǎo)致焊接區(qū)域中間深、邊緣沒(méi)有被焊透的現(xiàn)象。因此提出一種光學(xué)方案使焊接頭光斑大小不變、來(lái)回掃描，最后使得焊接區(qū)域熔融物能量分布均勻。均勻能量使得焊縫熔寬大、氣泡減少及粘接拉力加強(qiáng)。

現(xiàn)有技術(shù)中，光學(xué)方案設(shè)計(jì)后，實(shí)現(xiàn)常用電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)反射鏡在某一個(gè)方向掃描“一”型，掃描時(shí)會(huì)出現(xiàn)僅一個(gè)方向光束能量攪拌焊接區(qū)域；而其余方向無(wú)能量攪動(dòng)覆蓋，使得焊縫形貌的美觀性差及部分方向焊接強(qiáng)度下降。外置電機(jī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)臃腫，實(shí)際焊接中異型區(qū)域手持焊接頭難于實(shí)施加工。

因此，有必要提供一種新的基于楔角鏡手持式激光焊接頭光學(xué)系統(tǒng)來(lái)解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于楔角鏡手持式激光焊接頭光學(xué)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)光斑大小恒定、能量分布均勻的光束進(jìn)行O型掃描，大大提高了焊接質(zhì)量和焊縫的美觀性。

本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的：一種基于楔角鏡手持式激光焊接頭光學(xué)系統(tǒng)，其包括沿光軸同心設(shè)置的準(zhǔn)直鏡、反射鏡、楔角鏡、聚焦鏡以及保護(hù)鏡，光束從一光纖芯徑端面射出經(jīng)過(guò)所述準(zhǔn)直鏡處理為準(zhǔn)直平行光，然后經(jīng)所述反射鏡反射轉(zhuǎn)向，再經(jīng)所述楔角鏡將光進(jìn)行偏移設(shè)定角度后經(jīng)所述聚焦鏡射向工作平面，其中所述準(zhǔn)直鏡的焦距f₁、所述楔角鏡的楔角α和折射率n以及所述光纖芯徑D滿(mǎn)足以下關(guān)系式：

進(jìn)一步的，所述楔角鏡通過(guò)一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件驅(qū)動(dòng)繞光軸進(jìn)行自旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于楔角鏡手持式激光焊接頭光學(xué)系統(tǒng)的有益效果在于：通過(guò)楔角鏡的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)光束的O型掃描，同時(shí)能夠保持在焊接區(qū)域內(nèi)的任意點(diǎn)的光束聚焦的光斑大小恒定不變、且光束的入射角度也恒定不變，從而大大提高了焊接頭的焊接質(zhì)量和焊縫形貌的美觀度；通過(guò)以?huà)呙柚睆脚c光斑直徑之比恒等于4為約束條件來(lái)配置楔角鏡、準(zhǔn)直鏡以及聚焦鏡，非常有益于激光能量的均勻傳導(dǎo)，使得光斑區(qū)域的能量分布均勻。

【附圖說(shuō)明】

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的光斑設(shè)計(jì)效果示意圖；

圖3為本發(fā)明中楔角鏡的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中掃描區(qū)域的分解示意圖；

圖5為本發(fā)明中楔角鏡射出光斑與焦距的計(jì)算分解示意圖；

圖6為本發(fā)明中不同掃描方式的焊縫結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7-8分別為本發(fā)明內(nèi)角焊在第一組參數(shù)條件下采用線(xiàn)型與O型掃描方式的焊縫結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9-10分別為本發(fā)明內(nèi)角焊在第二組參數(shù)條件下采用線(xiàn)型與O型掃描方式的焊縫結(jié)構(gòu)示意圖；