CN108500460A - 有限功率宽幅激光焊接头及激光焊接机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有限功率宽幅激光焊接头及激光焊接机，其中，激光焊接头包括：安装壳体，所述安装壳体内开设有容置腔；承载于所述安装壳体用于对激光光束进行聚焦处理的聚焦透镜组，聚焦透镜组的聚焦中心可相对于激光光束的中心轴线往复移动；以及，承载于安装壳体、用于驱动聚焦透镜组往复移动的驱动机构。在进行焊接时，驱动机构驱动聚焦透镜组往复移动，此时聚焦透镜组的聚焦中心也相对于激光光束的中心轴线往复移动，而激光光束照射到聚焦透镜组上时会相聚焦中心折射形成焊斑，随着聚焦透镜组的移动，焊斑也与聚焦透镜组的聚焦中心以相同的轨迹运动，从而在功率不变的条件下，扩大了焊接的宽度，且结构简单、控制方便、成本较低。

Description

有限功率宽幅激光焊接头及激光焊接机

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，更具体地说，它涉及一种有限功率宽幅激光焊接头及激光焊接机。

背景技术

激光焊接技术因其具备能量密度高、工件受热升温快、焊接热影响小、工件热变形小、焊接深宽比大、焊接强度大等优势，越来越广泛的应用于现代工业制造。

但通常激光经过聚焦镜片聚焦后形成的焊斑较小，通常在0.2-0.5mm之间，为了对工件进行有效的焊接，就需要控制焊缝的宽度小于焊斑的尺寸，产品的制造精密要求高，制造难度大，同时焊缝成形的尺寸也较小，使得工件焊接成型后的强度较低。

为克服上述缺陷，需要增加焊斑的尺寸，但在有限功率的激光条件下，若增加焊斑尺寸会降低激光的能量密度，导致焊接能力下降、焊接热变形增大，而失去激光焊接的优势。目前解决上述缺陷常用的方法是：

一、增加激光的功率，并同步增加焊斑的尺寸，从而实现激光能量密度不变而焊斑的尺寸变大，但是这种方式会增加制造成本，且能耗较高；

二、采用如图1所示的镜头控制***，该***包括：PC机和与PC机相连的运动控制器，运动控制器连接有振镜一和振镜二，振镜一和振镜二分别与一反光镜相连；在进行焊接工作时，激光发生器发出激光光束照射在其中一反光镜上，经另一反光镜发射至聚焦镜聚焦形成焊斑，再通过运动控制器控制振镜一和振镜二带动激光光束在焊缝的垂直方向上扫描运动，使得焊斑的轨迹扫过焊缝四周，从而在焊斑尺寸和激光能量密度不变的情况下，增加了焊缝成型的宽度；但这种镜头控制***控制复杂，且成本较高。

因此有必要提供一种新的方案来解决上述缺陷。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明实施例的第一个目的在于提供一种有限功率宽幅激光焊接头，具有在有限功率下可扩大焊接宽度的优点。

本发明实施例的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种有限功率宽幅激光焊接头，包括：

安装壳体，所述安装壳体内开设有容置腔，且所述安装壳体的底部设有供激光光束通过的第一通口；

承载于所述安装壳体且位于所述容置腔内、用于对激光光束进行聚焦处理的聚焦透镜组，所述聚焦透镜组的聚焦中心可相对于激光光束的中心轴线往复移动，且所述聚焦透镜组上设有供激光光束通过的第二通口；以及，

承载于所述安装壳体、用于驱动所述聚焦透镜组往复移动的驱动机构。

通过采用上述技术方案，在进行焊接时，驱动机构驱动聚焦透镜组往复移动，此时聚焦透镜组的聚焦中心也相对于激光光束的中心轴线往复移动，而激光光束照射到聚焦透镜组上时会向聚焦中心折射形成焊斑，随着聚焦透镜组的移动，焊斑也与聚焦透镜组的聚焦中心以相同的轨迹运动，从而在功率不变的条件下，扩大了焊接的宽度，且结构简单、控制方便、成本较低。

进一步的，所述聚焦透镜组包括：

承载于所述安装壳体的安装盒，所述第二通口开设于所述安装盒；以及，

承载于所述安装盒的聚焦镜片，所述聚焦中心位于所述聚焦镜片的焦点处。

通过采用上述技术方案，通过聚焦镜片对激光光束进行聚焦，并在焦点处形成焊斑。

进一步的，所述安装盒转动式装配于所述安装壳体，且所述聚焦中心与激光光束的中心轴线偏移设置、并可绕激光光束的中心轴线往复转动。

通过采用上述技术方案，聚焦中心绕激光光束的中心轴线方向转动，使焊斑形成环形或者弧形的焊接轨迹，从而增加了焊接的宽度。

进一步的，所述安装盒滑动式装配于所述安装壳体，且所述聚焦中心可朝向远离或者靠近激光光束的中心轴线的方向往复滑移。

通过采用上述技术方案，聚焦中心朝向远离或者靠近激光光束的中心轴线的方向往复滑移，使得焊斑形成直线的焊接轨迹，而再与焊接头的运动叠加后即最终可形成锯齿形的焊接轨迹，从而增加了焊接的宽度。

进一步的，所述驱动机构从如下结构中选择单独或者组合适用：齿轮机构或者连杆机构。

进一步的，所述齿轮机构包括：

承载于所述安装壳体的第一驱动电机；

固定连接于所述第一驱动电机的动力输出轴的主动齿轮；以及，

固定连接于所述安装盒且与所述主动齿轮相啮合的从动齿轮。

通过采用上述技术方案，通过第一驱动电机带动主动齿轮转动，并啮合驱动从动齿轮转动，从而驱动安装盒转动，使聚焦中心绕激光光束的中心轴线方向转动，且结构简单、成本低、易于实现。

进一步的，所述驱动机构从如下结构中单独或组合适用：气缸、丝杆滑块机构或者凸轮机构。

进一步的，所述丝杆滑块机构包括：

承载于所述安装壳体的第二驱动电机；

承载于所述安装盒一侧的滑块；以及，

固定连接于所述第二驱动电机且与所述滑块螺纹连接的丝杆。

通过采用上述技术方案，由第二电机驱动丝杆发生转动，并与滑块发生螺纹传动，从而驱动安装盒滑移，聚焦中心朝向远离或者靠近激光光束的中心轴线的方向往复滑移。

进一步的，所述安装盒内设有用于压紧所述聚焦镜片的压圈。

通过采用上述技术方案，通过压圈可以将聚焦镜片稳定的固定在安装盒内，且装拆更加方便。

本发明实施例的第二个目的在于提供一种激光焊接机，具有在有限功率下可扩大焊接宽度的优点。

本发明实施例的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种激光焊接机，包括：上述任一技术方案所述的激光焊接头。

通过采用上述技术方案，激光焊接头在焊接时扩大了焊接宽度，从而提高了焊接能力。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

其一，在功率不变的条件下，扩大了焊接的宽度，且结构简单、控制方便、成本较低；

其二， 聚焦镜片拆装更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的结构示意图；

图2为本发明实施例一的结构示意图，为清楚示意，去除了一半的壳体；

图3为本发明实施例一的剖视图；

图4为本发明实施例三的结构示意图。

图中：1、安装壳体；11、容置腔；12、第一通口；2、聚焦透镜组；21、安装盒；22、聚焦镜片；23、压圈；24、第二通口；3、驱动机构；31、第一驱动电机；32、主动齿轮；33、从动齿轮；34、第二驱动电机；35、滑块；36、丝杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

一种有限功率宽幅激光焊接头，如图2和图3所示，包括：安装壳体1，安装壳体1内开设有容置腔11，且安装壳体1的底部设有供激光光束通过的第一通口12；承载于安装壳体1且位于容置腔11内、用于对激光光束进行聚焦处理的聚焦透镜组2，聚焦透镜组2的聚焦中心可相对于激光光束的中心轴线往复移动，且聚焦透镜组2上设有供激光光束通过的第二通口24；以及，承载于安装壳体1、用于驱动聚焦透镜组2往复移动的驱动机构3。

具体的，激光发生器位于安装壳体1的正上方，且激光发生器发出的激光光束的中心轴线与安装壳体1的中心轴线一致，聚焦透镜组2包括：承载于安装壳体1的安装盒21，第二通口24开设于安装盒21；以及，承载于安装盒21的聚焦镜片22，聚焦中心位于聚焦镜片22的焦点处。

安装盒21通过轴承与安装壳体1转动式装配，安装盒21的中心轴线同样与安装壳体1的中心轴线一致，聚焦镜片22的轴线与安装盒21的轴线相偏移，从而聚焦镜片22的焦点与激光光束的中心轴线相偏移；聚焦镜片22通过压圈23压紧固定在安装盒21内，由于聚焦镜片22通常为凸透镜，两侧的厚度要小于中间的厚度，因此在安装盒21上设置一支撑台阶，支撑台阶的侧壁与聚焦镜片22外表面相适配，压圈23上同样设置有与聚焦镜片22另一侧表面相适配的弧形面，并通过螺栓连接或者卡扣连接的方式与安装盒21相固定，从而将聚焦镜片22压紧固定在安装盒21上，通过压圈23可以将聚焦镜片22稳定的固定在安装盒21内，且装拆更加方便。

当然在实际应用时，可以制作多个聚焦透镜的焦点与安装盒21中心轴线之间的偏移尺寸不同的聚焦透镜组2，从而可以根据焊缝的大小选择不同的聚焦透镜组2，以适配不同宽度尺寸的焊缝。

安装盒21通过轴承与安装壳体1转动式装配，驱动机构3为齿轮机构，包括：承载于安装壳体1的第一驱动电机31、固定连接于第一驱动电机31的动力输出轴的主动齿轮32、以及固定连接于安装盒21且与主动齿轮32相啮合的从动齿轮33；第一驱动电机31通常与电机控制器相连接，通过电机控制器可控制第一驱动电机31的启闭及调节第一驱动电机31的转速，在安装壳体1的内壁上设有安装板，第一驱动电机31通过螺栓固定在安装板上，从动齿轮33通过过盈配合的方式套接在安装盒21上，或者通过螺钉固定在安装盒21上；通过第一驱动电机31带动主动齿轮32转动，并啮合驱动从动齿轮33转动，从而驱动安装盒21转动，使聚焦中心绕激光光束的中心轴线方向转动，且结构简单、成本低、易于实现。

在进行焊接时，激光由激光发生器发出后由第一通口12进入并照射在聚焦镜片22上，经聚焦镜片22聚焦折射后在焦点处形成焊斑，驱动机构3驱动驱动安装和转动时，聚焦镜片22也跟随其转动，焊斑也与聚焦镜片22的焦点以相同的轨迹运动，聚焦镜片22转动一圈后即形成一环形的焊接轨迹，从而在功率不变的条件下，扩大了焊接的宽度，且结构简单、控制方便、成本较低；焊接头的运动与焊接机的进给运动相叠加后即形成多个环形焊圈相搭接的焊接轨迹，通过调节第一驱动电机31的转速可以调节相邻环形焊圈的重叠尺寸，控制过程简单，且可以满足直线、曲线、弧线、环形等多种焊缝形状的需求。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：在本实施例中，驱动机构3采用连杆机构，即将实施例一中的齿轮组替换为曲轴连杆组，具体的，在第一驱动电机31的动力输出轴上固定有驱动盘，在其他实施例中，驱动盘还可以用曲轴杆来替代，安装盒21的侧壁上固定有驱动杆，在驱动盘和和驱动杆之间设置铰接杆，铰接杆的一端铰接在驱动盘偏离中心的位置，另一端与驱动杆相铰接，从而通过第一驱动电机31可驱动安装盒21在固定的角度内往复转动，且转动半轴后即形成一C形的焊接轨迹，再配合焊接机的进给运动即可形成波浪形的焊接轨迹。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于：在本实施例中，如图4所示，安装盒21滑动式装配于安装壳体1，在安装壳体1内开设有滑槽，且滑槽的宽度大于安装盒21的尺寸，从而可以形成供安装盒21滑移的空间，安装盒21的侧边与滑槽相配合，且在安装盒21的移动方向上，聚焦镜片22的轴线与安装盒21的轴线相对齐；

驱动机构3为丝杆滑块机构，丝杆滑块机构包括：承载于安装壳体1的第二驱动电机34、承载于安装盒21一侧的滑块35、以及固定连接于第二驱动电机34且与滑块35螺纹连接的丝杆36；第二驱动电机34通过螺栓固定于安装壳体1，滑块35设置在安装盒21的一侧表面，丝杆36通过焊接或者联轴器与第二驱动电机34的动力输出轴相固定，丝杆36可以是单向丝杆36，也可以是双向丝杆36。

第二电机驱动丝杆36发生转动时，丝杆36与滑块35发生螺纹传动驱动安装盒21滑移，聚焦中心即朝向远离或者靠近激光光束的中心轴线的方向往复滑移，从而使得焊斑形成直线的焊接轨迹，而再与焊接头的运动叠加后即最终可形成锯齿形的焊接轨迹，从而增加了焊接的宽度。

实施例四

本实施例与实施例三的区别在于：在本实施例中，驱动机构3为气缸，气缸的底座通过螺钉固定在安装壳体1上，其活塞杆通过螺钉固定在安装盒21上，从而通过气缸的伸缩即可驱动安装盒21往复滑移。

实施例五

本实施例与实施例三的区别在于：在本实施例中，驱动机构3为凸轮机构，即在第二驱动电机34的动力输出轴上固定凸轮，凸轮与安装盒21的一侧相抵接，在安装壳体1内位于与凸轮相对的一侧设置有弹簧，弹簧的一端卡紧在容置腔11的内壁上，另一端卡接在安装盒21上，从而通过第二驱动电机34驱动凸轮转动时，凸轮可抵触安装盒21移动，且在弹簧弹性力的作用下，安装盒21可复位，从而驱动安装盒21往复滑移。

实施例六

一种激光焊接机，包括实施例一至实施例五中任一技术方案的激光焊接头，激光焊接头在焊接时扩大了焊接宽度，从而提高了焊接能力。

在上述实施例中，对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可能采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所述涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元之间的间接耦合或通信连接，可以是电信或者其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而并非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种有限功率宽幅激光焊接头，其特征在于，包括：

安装壳体(1)，所述安装壳体(1)内开设有容置腔(11)，且所述安装壳体(1)的底部设有供激光光束通过的第一通口(12)；

承载于所述安装壳体(1)且位于所述容置腔(11)内、用于对激光光束进行聚焦处理的聚焦透镜组(2)，所述聚焦透镜组(2)的聚焦中心可相对于激光光束的中心轴线往复移动，且所述聚焦透镜组(2)上设有供激光光束通过的第二通口(24)；以及，

承载于所述安装壳体(1)、用于驱动所述聚焦透镜组(2)往复移动的驱动机构(3)。

2.根据权利要求1所述的有限功率宽幅激光焊接头，其特征在于，所述聚焦透镜组(2)包括：

承载于所述安装壳体(1)的安装盒(21)，所述第二通口(24)开设于所述安装盒(21)；以及，

承载于所述安装盒(21)的聚焦镜片(22)，所述聚焦中心位于所述聚焦镜片(22)的焦点处。

3.根据权利要求2所述的有限功率宽幅激光焊接头，其特征在于，所述安装盒(21)转动式装配于所述安装壳体(1)，且所述聚焦中心与激光光束的中心轴线偏移设置、并可绕激光光束的中心轴线往复转动。

4.根据权利要求2所述的有限功率宽幅激光焊接头，其特征在于，所述安装盒(21)滑动式装配于所述安装壳体(1)，且所述聚焦中心可朝向远离或者靠近激光光束的中心轴线的方向往复滑移。

5.根据权利要求3所述的有限功率宽幅激光焊接头，其特征在于，所述驱动机构(3)从如下结构中选择单独或者组合适用：齿轮机构或者连杆机构。

6.根据权利要求5所述的有限功率宽幅激光焊接头，其特征在于，所述齿轮机构包括：

承载于所述安装壳体(1)的第一驱动电机(31)；

固定连接于所述第一驱动电机(31)的动力输出轴的主动齿轮(32)；以及，

固定连接于所述安装盒(21)且与所述主动齿轮(32)相啮合的从动齿轮(33)。

7.根据权利要求4所述的有限功率宽幅激光焊接头，其特征在于，所述驱动机构(3)从如下结构中单独或组合适用：气缸、丝杆滑块机构或者凸轮机构。

8.根据权利要求7所述的有限功率宽幅激光焊接头，其特征在于，所述丝杆滑块机构包括：

承载于所述安装壳体(1)的第二驱动电机(34)；

承载于所述安装盒(21)一侧的滑块(35)；以及，

固定连接于所述第二驱动电机(34)且与所述滑块(35)螺纹连接的丝杆(36)。

9.根据权利要求2所述的有限功率宽幅激光焊接头，其特征在于，所述安装盒(21)内设有用于压紧所述聚焦镜片(22)的压圈(23)。

10.一种激光焊接机，其特征在于，包括：如权利要求1-9中任一项所述的激光焊接头。