[發明專利]一種基于環形光斑同軸送絲的激光焊接裝置及方法

有效

• 申請號: 202110456561.2
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113231741B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 趙艷秋;占小紅;周旭東;何實
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B23K26/02;B23K26/12;B23K26/064
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1.一種基于環形光斑同軸送絲的激光焊接裝置，其特征在于，包括：

控制系統(1)通過信號連接線連接激光系統(2)與環形光束控制系統(3)，通過無線通信連接光內送絲系統(4)，包括：控制柜(11)、控制面板(12)、連接線(13)；

所述激光系統(2)用于輸出環形激光束(23)；

所述環形光束控制系統(3)用于控制環形激光束(23)的光斑直徑尺寸，環形激光束依次透過凹透鏡A(31)、單面凸透鏡(32)、環形平面透鏡(33)，經平面反射鏡(34)、拋物面反射鏡(38)反射，透過凹透鏡B(39)，對待焊位置進行焊接；

所述拋物面反射鏡(38)固定于旋轉架(35)上，拋物面反射鏡(38)與旋轉架(35)通過支撐耳片(36)固定于光絲同軸焊接頭(6)上，并可繞著支撐耳片(36)進行旋轉；

所述光內送絲系統(4)通過支撐架(310)固定于光絲同軸焊接頭(6)內部，焊絲(49)放置于焊絲架(41)，經推拉式滾輪(42)、焊絲矯直器(43)送至焊槍(44)中的耐高溫焊嘴(48)，進行焊接作業；

焊接保護氣系統(5)用于對光絲同軸焊接過程實施保護，通過倒置吊環(51)安裝于光絲同軸焊接頭(6)上，根據焊接位置對焊接過程實施保護；

所述光絲同軸焊接頭(6)可通過多頭螺紋(7)實現上下連接，松開多頭螺紋(7)，上下分離光絲同軸焊接頭(6)，可實現光內送絲系統(4)中焊絲(49)的更換；

所述光絲同軸焊接頭(6)可安裝于機床或機械臂上，并與控制系統(1)、激光系統(2)進行集成，通過控制面板(12)實現焊接路徑、焊接入射角度信號的設置；

所述環形光束控制系統(3)包括：凹透鏡A(31)、單面凸透鏡(32)、環形平面透鏡(33)、平面反射鏡(34)、旋轉架(35)、支撐耳片(36)、角度監測器(37)、拋物面反射鏡(38)、凹透鏡B(39)、環形支撐架(310)；

所述凹透鏡A(31)、單面凸透鏡(32)、環形平面透鏡(33)、凹透鏡B(39)對激光束的透射率為99.9％；

所述平面反射鏡(34)、拋物面反射鏡(38)對激光束的反射率為99.9％；

所述凹透鏡A(31)將環形激光束直徑放大，第一，通過單面凸透鏡(32)將擴散型環形光束轉變為平行環形光束；第二，平行環形光束依次通過兩個環形平面透鏡(33)到達平面反射鏡(34)；第三，平面反射鏡(34)再將激光束反射至拋物面反射鏡(38)；第四，由拋物面反射鏡(38)將環形激光進行聚集；第五，光束到達凹透鏡B(39)，最終輸出光斑形狀為環形的激光束；

所述環形平面透鏡(33)嵌于環形支撐架(310)內部，兩個環形平面透鏡(33)保證環形激光束準直透過；

所述拋物面反射鏡(38)的旋轉角度一方面由角度監測器(37)與連接線傳遞至控制系統(1)；另一方面受到控制系統(1)控制，控制面板(12)設置旋轉角度并將指令傳達至角度監測器(37)與旋轉架(35)，最終實現拋物面反射鏡(38)角度設置，即實現環形激光束直徑的設置。

2.根據權利要求1所述的一種基于環形光斑同軸送絲的激光焊接裝置，其特征在于：所述激光系統(2)包括：激光器(21)、光纖(22)、環形激光束(23)；

所述激光器(21)通過光纖(22)輸出光斑尺寸為圓形的激光束，再通過偏光鏡將圓形光束轉換為環形激光束(23)。

3.根據權利要求1所述的一種基于環形光斑同軸送絲的激光焊接裝置，其特征在于：光內送絲系統(4)用于實現光絲同軸焊接，保證焊縫的成型質量，包括：焊絲架(41)、推拉式滾輪(42)、焊絲矯直器(43)、焊槍(44)、升降滑軌(45)、充電電池(46)、焊槍穩定環(47)、耐高溫焊嘴(48)、焊絲(49)；

所述焊絲矯直器(43)位于焊槍(44)內部，由五個沿著焊絲方向施力的球型滾輪組成，用于調整焊絲的垂直度；

所述焊槍(44)通過升降滑軌(45)實現上下移動，焊槍(44)升降與送絲指令由控制面板(12)通過無線信號進行發布，并由充電電池(46)實現電力驅動；

所述焊槍穩定環(47)用于固定焊槍(44)的位置，耐高溫焊嘴(48)位于焊槍(44)下部，一方面可承受激光束的高溫，另一方面用于保證焊接過程焊絲垂直向下送絲。

4.一種基于環形光斑同軸送絲的激光焊接方法，其特征在于，采用如權利要求1-3中所述任意一種所述激光焊接裝置，包括如下步驟：

第一，安裝光內送絲系統(4)的充電電池(46)，確保充電電池電量充足；

第二，松開多頭螺紋(7)，打開光絲同軸焊接頭(6)，將焊絲(49)安裝于焊絲架(41)上；

第三，焊絲安裝完畢，確保焊絲推拉過程順暢，擰緊多頭螺紋；

第四，放置待焊工件，通過升降滑軌將焊槍移動至合適的工作高度，并通過控制推拉式滾輪(42)將焊絲(49)尖端推拉至待焊工件表面；

第五，打開控制系統(1)與激光器(21)，根據所需環形光斑直徑尺寸，在控制面板(12)上設置旋轉架(35)與拋物面反射鏡(36)的角度；

第六，根據焊接需求，通過控制面板(12)設置焊接路徑、激光功率、焊接速度、送絲速度焊接參數；

第七，控制面板(12)開啟激光器(21)出光指令，激光系統(2)與光內送絲系統(4)根據控制系統(1)設置的焊接參數實施光絲同軸焊接作業；

第八，焊接完成，依次關閉控制系統(1)與激光系統(2)，停止光內送絲系統(4)內充電電池(46)供電。