[其他]用于激光焊接系統的光束調整系統

無效

• 申請號: 85105136
• 申請日: 1985-07-05
• 公開（公告）號: CN85105136A
• 公開（公告）日: 1986-12-31
• 發明（設計）人: 威廉·亨利·卡斯納;理查德·阿爾伯特·米勒;溫森特·安德魯·托斯
• 申請（專利權）人: 西屋電氣公司
• 主分類號: B23K26/02
• 分類號: B23K26/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 董遠,呂錫永

本發明一般與用于激光加工工件的裝置有關，據此，尤其與激光束調整設備有關。

在特定工件上進行各種激光加工（如激光焊接）通常需要光束聚焦透鏡以不同的焦點針對所要進行的各個機械加工反復聚焦。激光焊接為橫向支撐燃棒而使用在核燃料系統中的燃料棒格柵就是需要這樣反復聚焦的典型例子。眾所周知，在此技術范圍，這些格柵由許多金屬片組成，這些金屬片相互交錯形成一個有許多格子供各燃料棒貫穿通過的雞旦箱狀的結構，而每個格柵都要完成很多焊接裝配，也就是說：每個格柵內的金屬片要彼此交叉;每個格柵內金屬片的端部要與外部或外圍的金屬片相連：格柵外圍的金屬片要在格柵的拐角相接：而且用于控制棒的導向套管的套筒又要與格柵內金屬片連接。在一個格柵上完成如此眾多的焊接，需要把激光束反復聚焦于不同的焦平面上，這通過一個激光聚焦透鏡的相應運動來完成。

這種激光加工裝置迄今都存在這樣一個問題，改變聚焦透鏡的高度時。激光束聚焦光斑橫向偏離其正確位置，這種偏離會使焊接的質量低劣。

本發明主要旨在克服上述問題，因此屬于用來進行大量激光加工操作的裝置，它包括發射激光束的設備;還包括引導發射出的光束至少沿一條在其中安裝有可沿一個軸移動、為適應各種加工操作而把光束聚焦在不同焦點上的聚焦設備的預定軌跡傳輸的設備，其特征是：用于把至少部分上述的或各個光束軌跡同安裝在其中的聚焦設備的運動軸調準的光束調整設備，這種光束調整設備包括調整靶設備，與上述的或各個光束軌跡有關、在光束軌跡中可拆裝地支撐調整靶設備從而使靶設備攔截激光束并投射一個形狀依據光束軌跡的該部相對于聚焦設備的運動軸調準或失調而變化的陰影的安裝設備，以及在所述或各個光束軌跡中用于調節后者的所述部位的可調節設備，調節方式采用允許被所述的調整靶設備所投的影從一個表征失調的形狀回復到一個表征調準的形狀，從而調準光束軌跡的所述部位和安裝在其中的聚焦設備的所述運動軸。

采用包括上述光束調整設備的這臺裝置可以把激光束以高精度聚焦在很多激光加工位置上并且沒有有害的焦點偏移。

在將要詳述的本發明的優選實施例中，調整整靶設備包括兩個靶部件。通過安裝設備便于將它們以一定的間隔分別定位在各個光束軌跡中，并使它們投射一個在特殊的光束軌跡部位與聚焦設備的運動軸分別表征為調準和失調的規則形狀與非規則形狀之間變化的合成陰影。在上述或每一條光束軌跡中的靶安裝設備適合于把兩個靶部件定位在靶部件之間沒有諸如像透鏡或反射鏡那樣的光學元件的一段光束軌跡中。體現本發明的這種裝置的可調節設備包括一個在有關的光束軌跡中用于阻斷和使激光束改變方向的換向反射鏡，此換向反射鏡對于基本上相互垂直的兩個軸可以轉動調節。可調節設備還包括一個圍繞基本上相互垂直的兩個軸可作轉動調節的第二個換向反射鏡，安裝第二個換向反射鏡是阻斷被第一個提到的反射鏡改變了方向的激光束，并使阻斷了的光束沿相對于聚焦設備的運動軸調準了的光束軌跡段反射。

現在請參考附圖，僅通過舉例的方式說明本發明優選的實施例，其中：

圖1是一個核燃料系統的透視圖;

圖2A，2B和2C分別是使用在圖1系統中的一段燃料棒格柵的透視圖、平面圖和剖面圖;

圖3表明未采用本發明時，激光束聚焦透鏡向不同聚焦位置的移動怎樣引起焦點偏離其正確位置;

圖4是體現本發明的激光焊接裝置的結構支撐系統的部件分解、透視圖;

圖5是本激光焊接裝置的光學系統透視簡圖;

圖6表示圖3的激光聚焦透鏡以及它如何折射來自激光器的光線的實例;

圖7A和7B分別是圖4和圖5的激光焊接系統的正視圖和俯視圖;

圖8A和8B分別是把水平取向的激光束改變成沿相對于一個垂直軸線或Z-Z′軸精確調準的垂直取向的換向反射鏡的側視圖和正視圖;

圖9A和9B分別是根據本發明所使用的光束調整靶的平面圖和沿圖9A的9B-9B線所取的剖面圖;

圖10是使用在圖7B，8A和8B指出的激光焊接系統中的換向反射鏡系統的正視圖;

圖11是圖5和7A所示激光聚焦系統的剖面圖;和

圖12A和12B分別是當激光束和Z-Z′軸調整好時和當激光束和Z-Z′軸失調時，通過一對如圖9A和9B所示的光束調整靶的激光束產生的投影圖;