CN201889584U - 一种大功率激光远程飞行加工头 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光焊接装备领域，具体地说是一种大功率激光远程飞行加工头，支架的一侧安装有准直单元，另一侧安装有单振镜扫描单元，在准直单元与单振镜扫描单元之间的支架上设有沿水平方向往复移动的可移动聚焦单元；一次折返单元与准直单元相连，在一次折返单元上设有激光连接件；单振镜扫描单元中的扫描振镜具有绕X轴和Y轴翻转的两个自由度；激光束由激光连接件入射，依次通过一次折返单元、准直单元、可移动聚焦单元、单振镜扫描单元照射在工件上，激光束通过扫描振镜绕X轴和Y轴的翻转在工件的二维平面扫描，通过可移动聚焦单元的往复移动实现激光束焦点在Z轴运动。本实用新型提高了加工效率，解决了工作范围受限的问题。

Description

一种大功率激光远程飞行加工头

技术领域

本实用新型属于激光焊接装备领域，具体地说是一种大功率激光远程飞行加工头。

背景技术

激光加工是一种新型的加工技术，激光焊接一般无需焊料和焊剂，只需工件加工区域“热熔”在一起即可。激光焊接速度快，热影响区小，焊接质量高，既可焊接同种材料，也可焊接异种材料，还可透过玻璃进行焊接。在高功率激光加工成套设备开发及制造方面，经过十几年的发展，我国激光加工技术及装备从无到有，已逐步形成一定产业规模。

远程激光加工技术是激光加工领域中的常用制造技术之一，大功率远程激光焊接常用于汽车零部件的焊接，具有极高的加工效率。激光远程加工成套***通常采用机器人或机床附加远程激光加工头，由机器人或机床完成激光路径。但由于受到机器人及机床自身参数的限制，不能够达到理想的工作效率，特别在三维空间上的焊接，除工作效率较低外，工作范围也会受到影响。

实用新型内容

为了解决现有技术中激光焊接工作效率低、焊接工作范围受限的问题，本实用新型的目的在于提供一种大功率激光远程飞行加工头。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括一次折返单元、准直单元、可移动聚焦单元、单振镜扫描单元及支架，其中支架的一侧安装有准直单元，另一侧安装有单振镜扫描单元，在准直单元与单振镜扫描单元之间的支架上设有可移动聚焦单元，该可移动聚焦单元沿水平方向往复移动；所述一次折返单元与准直单元相连，在一次折返单元上设有激光连接件；所述单振镜扫描单元中的扫描振镜具有绕X轴和Y轴翻转的两个自由度；激光束由激光连接件入射，依次通过一次折返单元中的一次折返镜、准直单元中的准直镜、可移动聚焦单元中的聚焦镜、单振镜扫描单元中的扫描振镜照射在工件上，激光束通过扫描振镜绕X轴和Y轴的翻转在工件的二维平面扫描，通过可移动聚焦单元的往复移动实现激光束焦点在Z轴运动。

其中：所述支架为“凹”形，包括底板及位于底板两侧的两个连接板，所述准直单元和单振镜扫描单元分别安装在两个连接板上；所述可移动聚焦单元安装在底板上；所述一次折返单元包括折返镜座、一次折返镜及后盖，其中折返镜座安装在支架上，在折返镜座上设有一次折返镜，后盖安装在折返镜座的底部，在折返镜座的上方连接有激光连接件；一次折返镜的背面设有折返水冷件；所述准直单元包括准直镜及准直镜座，其中准直镜座与支架相连，准直镜安装在准直镜座上；准直镜座上连接有水冷圈；所述可移动聚焦单元包括直线执行机构、聚焦镜座及聚焦镜，其中直线执行机构安装在支架上，聚焦镜座可往复移动地与直线执行机构连接，聚焦镜安装在聚焦镜座上；聚焦镜与准直单元中的准直镜同轴心；所述单振镜扫描单元包括X轴伺服电机、第一皮带轮、X轴、L形连接板、扫描振镜、扫描镜座、Y轴伺服电机、第二皮带轮、Y轴、第三皮带轮及第四皮带轮，其中X轴安装在支架上，第一皮带轮可转动地套在X轴上，X轴伺服电机安装在支架上、其输出轴上设有第二皮带轮，第一皮带轮通过皮带与第二皮带轮相连；所述L形连接板的一面与第一皮带轮固接，另一面上设有Y轴伺服电机及可转动的Y轴，Y轴伺服电机的输出轴上连接有第四皮带轮，第三皮带轮与Y轴的一端键连接，第三皮带轮通过皮带与第四皮带轮相连，所述扫描镜座固接在Y轴的另一端，扫描振镜安装在扫描镜座上；扫描振镜的下方设有安装在L形连接板上的保护镜。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型通过一次折返单元、准直单元、可移动聚焦单元、单振镜扫描单元完成激光焦点在三维空间上的扫描，提高了加工效率，解决了工作范围受限的问题。

2.本实用新型在每处光学元件部位都引入水冷结构，从而提高了***的所承受的最大输出功率，有效减小了由于光学透镜发热而产生的热透镜效应，提高了焊接质量。

3.本实用新型通过对可移动聚焦单元及单振镜扫描单元的X、Y轴设计，大大提高了加工头的可加工范围，方便使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中振镜单元的结构示意图；

图3为本实用新型的立体结构示意图；

其中：1为激光连接件，2为折返镜座，3为一次折返镜，4为折返水冷件，5为后盖，6为连接板，7为准直镜，8为水冷圈，9为准 直镜座，10为直线执行机构，11为聚焦镜座，12为聚焦镜，13为锁紧环，14为X轴伺服电机，15为底板，16为第一皮带轮，17为X轴，18为轴承，19为顶环，20为L形连接板，21为扫描振镜，22为扫描镜座，23为压片，24为保护镜，25为Y轴伺服电机，26为第二皮带轮，27为Y轴，28为第三皮带轮，29为第四皮带轮，30为激光束，31为工件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1～3所示，本实用新型包括一次折返单元、准直单元、可移动聚焦单元、单振镜扫描单元及支架，支架为“凹”形，包括底板15及位于底板15两侧的两个连接板6；准直单元安装在支架一侧的连接板6上，单振镜扫描单元安装在支架另一侧的连接板6上，可移动聚焦单元安装在准直单元与单振镜扫描单元之间的支架底板15上。

一次折返单元包括折返镜座2、一次折返镜3、折返水冷件4及后盖5，其中折返镜座2固接在支架一侧的连接板6上，在折返镜座2上设有一次折返镜3，折返水冷件4附着在一次折返镜3的背面，可减少激光入射在一次折返镜3上所产生的热量，后盖5安装在折返镜座2的底部，将折返镜座2及其上的一次折返镜3密封；在折返镜座2的上方安装有激光连接件1。激光束30由激光连接件1入射，经过一次折返镜3反射，反射后的激光束与入射光束成90°角，此时激光束为发散光束。

准直单元包括准直镜7、水冷圈8及准直镜座9，其中准直镜座9固接在支架一侧的连接板6上，准直镜7安装在准直镜座9中，水冷圈8与准直镜座9相连，构成准直镜水冷***；由一次折返单元射出的发散光束照射在准直镜7上，这时发散光速经过准直镜7转变为平行光束，准直镜水冷***起到为准直镜7冷却的功能；由准直单元射出的平行光束到达可移动聚焦单元。

可移动聚焦单元包括直线执行机构10、聚焦镜座11及聚焦镜12，其中直线执行机构10固接在支架的底板15上，该直直线线执行机构10可为由直线电机或伺服电机及丝杠、丝母的结构，丝杠与直线电机或伺服电机的输出轴相连，丝母与丝杠螺纹连接，聚焦镜座11与丝母固接，通过丝母与丝杠的转动副变成丝母带动聚焦镜座11沿丝杠的移动副；聚焦镜12通过锁紧环13安装在聚焦镜座11上，聚焦镜12与准直单元中的准直镜7同轴心；可移动聚焦单元配备有相应的水冷结构，为聚焦镜12起到了冷却的作用。由准直单元射出的平 行光束经聚焦镜12的作用转变为汇聚光束，通过聚焦镜12的往复直线运动，从而改变到达工件31的焦点位置，实现三维加工时焦点的Z轴运动；经过聚焦单元的汇聚光束入射至单振镜扫描单元。

单振镜扫描单元包括X轴伺服电机14、第一皮带轮16、X轴17、轴承18、顶环19、L形连接板20、扫描振镜21、扫描镜座22、压片23、保护镜24、Y轴伺服电机25、第二皮带轮26、Y轴27、第三皮带轮28及第四皮带轮29，其中X轴17固接在支架另一侧的连接板6上，第一皮带轮16通过轴承18可转动地套在X轴17上，X轴伺服电机14安装在该侧的连接板6上、其输出轴上设有第二皮带轮26，第一皮带轮16通过皮带与第二皮带轮26相连；所述L形连接板20的一面与第一皮带轮16固接，在L形连接板20的一面上还固接有顶环19，对轴承18轴向定位，L形连接板20的另一面上设有Y轴伺服电机25及可转动的Y轴27，Y轴伺服电机25的输出轴上连接有第四皮带轮29，第三皮带轮28与Y轴27的一端键连接，第三皮带轮28通过皮带与第四皮带轮29相连，所述扫描镜座22固接在Y轴27的另一端，扫描振镜21通过压片23安装在扫描镜座22上；在扫描振镜21的下方设有安装在L形连接板20上的保护镜24，L形连接板20上的扫描振镜21、扫描镜座22也由外盖密封。单振镜扫描单元配备有相应的水冷结构，为扫描振镜21起到了冷却的作用。

扫描振镜21具有绕X轴和Y轴翻转的两个自由度，X轴伺服电机14驱动第一皮带轮16绕X轴转动，进而带动L形连接板20及其上的扫描振镜21绕X轴旋转；Y轴伺服电机25驱动第三皮带轮28带动Y轴27转动，进而使扫描振镜21绕Y轴旋转；通过扫描振镜21的X、Y轴运动，达到三维加工时焦点的X-Y平面运动。

本实用新型的工作原理为：

激光束30由激光连接件1入射，经过一次折返镜3的反射后，与入射光束成90°角，激光束变为发散光束；由一次折返镜3射出的发散光束照射在准直镜7上，发散光束经过准直镜7转变为平行光束；由准直镜7射出的平行光束到达聚焦镜12，经聚焦镜12的作用转变为汇聚光束；通过聚焦镜12的直线往复运动，改变到达工件31的焦点位置，实现三维加工时焦点的Z轴运动；汇聚光束入射至扫描振镜21，通过X轴伺服电机14及Y轴伺服电机25驱动皮带轮，使扫描振镜21绕X、Y轴运动，达到三维加工时焦点的X、Y平面运动；在工作过程中，通过控制X、Y轴的转动角度及直线运动机构实现焦点在空间是三维运动。

本实用新型的大功率激光为固态激光器输出，采用光纤传导，功 率为4～8KW；聚焦镜12的移动范围在200mm以内；扫描振镜21的扫描角度范围为±15°～±25°；准直镜7的焦距为150mm～300mm，聚焦镜12的焦距为600mm～1200mm。

Claims (10)

1.一种大功率激光远程飞行加工头，其特征在于：包括一次折返单元、准直单元、可移动聚焦单元、单振镜扫描单元及支架，其中支架的一侧安装有准直单元，另一侧安装有单振镜扫描单元，在准直单元与单振镜扫描单元之间的支架上设有可移动聚焦单元，该可移动聚焦单元沿水平方向往复移动；所述一次折返单元与准直单元相连，在一次折返单元上设有激光连接件；所述单振镜扫描单元中的扫描振镜具有绕X轴和Y轴翻转的两个自由度；激光束由激光连接件入射，依次通过一次折返单元中的一次折返镜、准直单元中的准直镜、可移动聚焦单元中的聚焦镜、单振镜扫描单元中的扫描振镜照射在工件上，激光束通过扫描振镜绕X轴和Y轴的翻转在工件的二维平面扫描，通过可移动聚焦单元的往复移动实现激光束焦点在Z轴运动。

2.按权利要求1所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于：所述支架为“凹”形，包括底板(15)及位于底板(15)两侧的两个连接板(6)，所述准直单元和单振镜扫描单元分别安装在两个连接板(6)上；所述可移动聚焦单元安装在底板(15)上。

3.按权利要求1或2所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于：所述一次折返单元包括折返镜座(2)、一次折返镜(3)及后盖(5)，其中折返镜座(2)安装在支架上，在折返镜座(2)上设有一次折返镜(3)，后盖(5)安装在折返镜座(2)的底部，在折返镜座(2)的上方连接有激光连接件(1)。

4.按权利要求3所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于：所述一次折返镜(3)的背面设有折返水冷件(4)。

5.按权利要求1或2所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于：所述准直单元包括准直镜(7)及准直镜座(9)，其中准直镜座(9)与支架相连，准直镜(7)安装在准直镜座(9)上。

6.按权利要求5所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于：所述准直镜座(9)上连接有水冷圈(8)。

7.按权利要求1或2所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于：所述可移动聚焦单元包括直线执行机构(10)、聚焦镜座(11)及聚焦镜(12)，其中直线执行机构(10)安装在支架上，聚焦镜座(11)可往复移动地与直线执行机构(10)连接，聚焦镜(12)安装在聚焦镜座(11)上。

8.按权利要求7所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于：所述聚焦镜(12)与准直单元中的准直镜同轴心。

9.按权利要求1或2所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于：所述单振镜扫描单元包括X轴伺服电机(14)、第一皮带轮(16)、X轴(17)、L形连接板(20)、扫描振镜(21)、扫描镜座(22)、Y轴伺服电机(25)、第二皮带轮(26)、Y轴(27)、第三皮带轮(28)及第四皮带轮(29)，其中X轴(17)安装在支架上，第一皮带轮(16)可转动地套在X轴(17)上，X轴伺服电机(14)安装在支架上、其输出轴上设有第二皮带轮(26)，第一皮带轮(16)通过皮带与第二皮带轮(26)相连；所述L形连接板(20)的一面与第一皮带轮(16)固接，另一面上设有Y轴伺服电机(25)及可转动的Y轴(27)，Y轴伺服电机(25)的输出轴上连接有第四皮带轮(29)，第三皮带轮(28)与Y轴(27)的一端键连接，第三皮带轮(28)通过皮带与第四皮带轮(29)相连，所述扫描镜座(22)固接在Y轴(27)的另一端，扫描振镜(21)安装在扫描镜座(22)上。

10.按权利要求9所述的大功率激光远程飞行加工头，其特征在于：所述扫描振镜(21)的下方设有安装在L形连接板(20)上的保护镜(24)。