專利名稱：大功率光纖傳導(dǎo)激光加工頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種大功率光纖傳導(dǎo)激光加工 頭。
背景技術(shù)：
目前在機(jī)器人或其他五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床機(jī)構(gòu)上安裝的激光加工裝置基本可以實(shí)現(xiàn)三 維復(fù)雜軌跡的連續(xù)加工，但是在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于三維復(fù)雜軌跡的運(yùn)行精度很難控制，工件 上所需加工處的軌跡和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所運(yùn)行的軌跡之間的重復(fù)精度，在以往的激光加工中 很難保證，造成在激光加工過(guò)程中，激光輻射到工件上的位置、角度、焦距很難精確控制，這 些因素對(duì)加工質(zhì)量影響很大。在大批量激光加工中加工質(zhì)量穩(wěn)定性很重要，盡可能簡(jiǎn)單、有 效的監(jiān)測(cè)或控制影響加工質(zhì)量的各種因素是提高加工質(zhì)量的有效方法?，F(xiàn)在能用于光纖傳 導(dǎo)激光器上的激光加工頭都是采用晶體鏡片透射聚焦，只能用間接冷卻，晶體鏡片很難承 受大功率激光，即使能實(shí)現(xiàn)對(duì)于使用環(huán)境和使用成本都有很大的提高。晶體鏡更換鏡片很 難，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)一個(gè)加工頭實(shí)現(xiàn)多種激光加工工藝。激光加工過(guò)程中加工質(zhì)量的監(jiān)測(cè)都是 基于晶體鏡片透射傳輸?shù)?，針?duì)于采用反射鏡片的激光加工頭在加工中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)未實(shí) 現(xiàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種大功率光纖傳導(dǎo)激光加工頭，它 是使用光纖傳導(dǎo)的激光器輸出的激光進(jìn)行激光加工。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型包括腔體、第一、第二溫度傳感器、光纖連接口、測(cè)量裝置、保護(hù)氣簾、 準(zhǔn)直鏡片、聚集鏡片及鏡座，所述兩鏡片分別通過(guò)鏡座安裝在腔體兩端，在腔體上分別設(shè) 有光纖連接口和出光窗口，第一溫度傳感器安裝在腔體上靠近聚集鏡片端，其探測(cè)端伸 入腔體內(nèi)，第二傳感器安裝于腔體另一端的鏡座上，其探測(cè)端軸線與兩鏡片光路軸線成 5° -10°夾角，在出光窗口處設(shè)有保護(hù)鏡，測(cè)量裝置安裝在出光窗口處，工作時(shí)，在保護(hù)鏡 和測(cè)量裝置間安裝有保護(hù)氣簾。所述的測(cè)量裝置的測(cè)量端與激光同軸并在激光的焦點(diǎn)處。所述的測(cè)量裝置為接觸 式直線位移傳感器。所述的準(zhǔn)直鏡片、聚集鏡片均為帶有多通道螺旋式水冷結(jié)構(gòu)的銅鏡片，通過(guò)鏡座 連接有進(jìn)水管和出水管。所述的聚集鏡片為拋物聚焦鏡、積分鏡或雙焦點(diǎn)鏡。所述的第一 傳感器的測(cè)量溫度范圍為0-100°C ；第二傳感器的測(cè)量溫度范圍為0-1300°C。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型中采用的兩鏡片均為帶有螺旋式水冷結(jié)構(gòu)的銅鏡片，可以把激光通過(guò) 功率提高到20kw。更換不同的聚焦鏡片可以使激光作用在工件上的光斑呈現(xiàn)不同的形狀， 從而實(shí)現(xiàn)不同的激光加工工藝。[0010]本實(shí)用新型兩個(gè)傳感器分別對(duì)腔體內(nèi)外環(huán)境溫度、保護(hù)鏡片及工件表面上的熱輻 射溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以得知工件上激光加工過(guò)程中加工處工件表面的溫度的變化，從 而監(jiān)測(cè)加工質(zhì)量是否穩(wěn)定。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)光纖傳導(dǎo)激光對(duì)連續(xù)復(fù)雜的加工軌跡進(jìn)行精確測(cè)量補(bǔ)償，以 及在加工過(guò)程中對(duì)鏡片進(jìn)行保護(hù)，對(duì)工件表面的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄，能夠確保激光熱 處理的質(zhì)量一致，方便大批量加工。
圖1為本實(shí)用新型未安裝測(cè)量裝置和保護(hù)氣簾的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中保護(hù)氣簾的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1中測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖1裝配測(cè)量裝置后結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖1裝配保護(hù)氣簾后結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.光纖連接口，2.第一傳感器，3.第二傳感器，4.準(zhǔn)直鏡片，5.聚集鏡片， 6.腔體，7.出光窗口，8.測(cè)量裝置，9.保護(hù)氣簾，10.鏡座。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)用新型包括腔體6、第一、第二溫度傳感器2、3、光纖連接 口 1、測(cè)量裝置8、保護(hù)氣簾9、、準(zhǔn)直鏡片4、聚集鏡片5及鏡座10，所述兩鏡片分別通過(guò)鏡 座10安裝在腔體6兩端，在腔體6上分別設(shè)有光纖連接口 1和出光窗口 7，第一溫度傳感器 2安裝在腔體6上靠近聚集鏡片5端，其探測(cè)端伸入腔體6內(nèi)，第二傳感器3安裝于腔體6 另一端的鏡座10上，其探測(cè)端軸線與兩鏡片光路軸線成5° -10°夾角，在出光窗口 7處設(shè) 有保護(hù)鏡，測(cè)量裝置8安裝在出光窗口 7處，其測(cè)量端與激光同軸并在激光的焦點(diǎn)處；工作 時(shí)，在保護(hù)鏡和測(cè)量裝置8間安裝有保護(hù)氣簾9，如圖2所示，為外購(gòu)件；測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)如圖 3所示，采用的是接觸式直線位移傳感器。本例所述的鏡座10是用來(lái)將兩鏡片固定在腔體6上，鏡座10上開(kāi)有與兩鏡片進(jìn) 出水管相配合的孔，經(jīng)過(guò)鏡座10的轉(zhuǎn)接將冷卻水引入、引出鏡片。所述的兩鏡片均為帶有 多通道螺旋式水冷結(jié)構(gòu)的銅鏡片，通過(guò)鏡座10連接有進(jìn)、出水管。可以把激光通過(guò)功率提 高到20kw，更換不同的聚焦鏡片5可以使激光作用在工件上的光斑呈現(xiàn)不同的形狀，從而 實(shí)現(xiàn)不同的激光加工工藝。本例所述的聚集鏡片5為拋物聚焦鏡、積分鏡或雙焦點(diǎn)鏡。本例中采用兩個(gè)高溫傳感器進(jìn)行腔體6內(nèi)外環(huán)境和加工輻射的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。所述的 第一傳感器2測(cè)量溫度范圍為0-100°C，對(duì)腔體6內(nèi)外環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果溫度過(guò) 高立刻報(bào)警，并對(duì)出光窗口 7的保護(hù)鏡片溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。第二傳感器3的測(cè)量溫度范圍為 0-1300°C，用來(lái)監(jiān)測(cè)激光加工時(shí)從工件表面上的熱輻射。對(duì)加工熱輻射的監(jiān)測(cè)可以得知工 件上激光加工過(guò)程中加工處工件表面的溫度的變化，如果所監(jiān)測(cè)到的溫度是穩(wěn)定的，那可 以證明加工質(zhì)量也就是穩(wěn)定的；如果所監(jiān)測(cè)到的溫度不穩(wěn)定，那就證明熱處理質(zhì)量發(fā)生了 異常波動(dòng)。所述的光纖連接口可以根據(jù)不同的需要配置，如LLK-Auto、Trumpf LLK - B等 光纖連接口。腔體6是用來(lái)固定各個(gè)裝置的；激光從出光窗口 7出來(lái)作用到工件上，此處裝 配的保護(hù)鏡片，使污染物不能進(jìn)入腔體6。測(cè)量裝置8的測(cè)量精度可達(dá)到0. 05mm。保護(hù)氣簾9固定在出光窗口 7處，在激光熱處理過(guò)程中對(duì)出光窗口 7的保護(hù)鏡進(jìn)行保護(hù)。通過(guò)準(zhǔn) 直鏡片4和聚焦鏡片5、保護(hù)氣簾9、第一、第二溫度傳感器2、3及軌跡測(cè)量補(bǔ)償裝置，實(shí)現(xiàn) 光纖傳導(dǎo)激光對(duì)連續(xù)復(fù)雜的加工軌跡進(jìn)行精確測(cè)量補(bǔ)償，以及在加工過(guò)程中對(duì)鏡片進(jìn)行保 護(hù)，對(duì)工件表面的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄，能夠確保激光熱處理的質(zhì)量一致，方便大批量加工。本實(shí)用新型的工作過(guò)程本實(shí)用新型固定在機(jī)器人或其他五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床上使用。通過(guò)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的軟件程 序得到所需要的激光加工軌跡，特別是需要連續(xù)加工的三維軌跡。得到加工軌跡后，在本實(shí) 用新型的腔體出光窗口處7先裝上測(cè)量裝置8，把已知軌跡模擬運(yùn)行一遍，并在模擬運(yùn)行過(guò) 程中對(duì)本實(shí)用新型到工件表面的距離精確的測(cè)量并補(bǔ)償，對(duì)激光入射到工件的角度進(jìn)行優(yōu) 化，判斷軌跡有無(wú)干涉。在這個(gè)過(guò)程中測(cè)量裝置8的測(cè)量端接觸到工件上的位置即為激光 焦點(diǎn)作用在工件上的位置，激光加工時(shí)激光焦距的變化的加工質(zhì)量的影響非常大，要得到 穩(wěn)定的質(zhì)量，就需要保持在加工過(guò)程中激光焦距的一致性，通過(guò)測(cè)量后所得的程序軌跡和 加工件上的實(shí)際需要加工處的軌跡的重復(fù)精度得也到了提高。在做激光加工前將測(cè)量裝置 8拆卸下來(lái)，裝配上保護(hù)氣簾9。在加工過(guò)程中，保護(hù)氣簾9和出光窗口 7的保護(hù)鏡實(shí)現(xiàn)了對(duì) 本實(shí)用新型的雙重保護(hù)。兩個(gè)高溫傳感器對(duì)激光加工過(guò)程中的質(zhì)量一致性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控， 可以通過(guò)電腦記錄下來(lái)。如有溫度波動(dòng)較大之處，在程序執(zhí)行完后，可以局部進(jìn)行復(fù)檢，有 些激光加工的質(zhì)量問(wèn)題是能夠補(bǔ)救的。從而使激光加工的質(zhì)量得到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在大批量加 工過(guò)程中能保證了質(zhì)量的一致性。本實(shí)用新型在使用過(guò)程中可以更換不同的焦距鏡片，有拋物聚焦鏡、積分鏡、雙焦 點(diǎn)鏡等銅鏡片，可以實(shí)現(xiàn)激光焊接、切割、熔覆、淬火。本實(shí)用新型主要針對(duì)那些局部或整體需要激光加工的工件，工件上又呈現(xiàn)三維加 工軌跡，比如激光模具淬火及修復(fù)、激光焊接白車身等等開(kāi)發(fā)的激光加工頭。本實(shí)用新型用 較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法提高激光加工的質(zhì)量，同時(shí)也提高了效率。
權(quán)利要求1.一種大功率光纖傳導(dǎo)激光加工頭，其特征在于包括腔體、第一、第二溫度傳感器、 光纖連接口、測(cè)量裝置、保護(hù)氣簾、準(zhǔn)直鏡片、聚集鏡片及鏡座，所述兩鏡片分別通過(guò)鏡座安 裝在腔體兩端，在腔體上分別設(shè)有光纖連接口和出光窗口，第一溫度傳感器安裝在腔體上 靠近聚集鏡片端，其探測(cè)端伸入腔體內(nèi)，第二傳感器安裝于腔體另一端的鏡座上，其探測(cè)端 軸線與兩鏡片光路軸線成5° -10°夾角，在出光窗口處設(shè)有保護(hù)鏡，測(cè)量裝置安裝在出光 窗口處，工作時(shí)，在保護(hù)鏡和測(cè)量裝置間安裝有保護(hù)氣簾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率光纖傳導(dǎo)激光加工頭，其特征在于所述的測(cè)量裝置 的測(cè)量端與激光同軸并在激光的焦點(diǎn)處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大功率光纖傳導(dǎo)激光加工頭，其特征在于所述的測(cè)量 裝置為接觸式直線位移傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率光纖傳導(dǎo)激光加工頭，其特征在于所述的準(zhǔn)直鏡片、 聚集鏡片均為帶有多通道螺旋式水冷結(jié)構(gòu)的銅鏡片，通過(guò)鏡座連接有進(jìn)水管和出水管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的大功率光纖傳導(dǎo)激光加工頭，其特征在于所述的聚集 鏡片為拋物聚焦鏡、積分鏡或雙焦點(diǎn)鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率光纖傳導(dǎo)激光加工頭，其特征在于所述的第一傳感 器的測(cè)量溫度范圍為0-100°C ；第二傳感器的測(cè)量溫度范圍為0-1300°C。
專利摘要一種大功率光纖傳導(dǎo)激光加工頭，屬于激光焊接技術(shù)領(lǐng)域。包括腔體、第一、第二溫度傳感器、光纖連接口、測(cè)量裝置、保護(hù)氣簾、準(zhǔn)直鏡片、聚集鏡片及鏡座，所述兩鏡片分別通過(guò)鏡座安裝在腔體兩端，在腔體上分別設(shè)有光纖連接口和出光窗口，第一溫度傳感器安裝在腔體上靠近聚集鏡片端，其探測(cè)端伸入腔體內(nèi)，第二傳感器安裝于腔體另一端的鏡座上，其探測(cè)端軸線與兩鏡片光路軸線成5°-10°夾角，在出光窗口處設(shè)有保護(hù)鏡，測(cè)量裝置安裝在出光窗口處，工作時(shí)，在保護(hù)鏡和測(cè)量裝置間安裝有保護(hù)氣簾。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)光纖傳導(dǎo)激光對(duì)連續(xù)復(fù)雜的加工軌跡進(jìn)行精確測(cè)量補(bǔ)償，對(duì)工件表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄，能夠確保激光熱處理的質(zhì)量一致，方便大批量加工。
文檔編號(hào)H01S3/00GK201848647SQ20102060416
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者張翼飛, 徐國(guó)建, 石磊, 邢飛, 陳昭 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司