一種提高yag激光焊接質(zhì)量的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高YAG激光焊接質(zhì)量的控制系統(tǒng)，所述MCU通過D/A轉(zhuǎn)換與音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器單向電性連接，所述音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與音圈電機(jī)單向電性連接，所述音圈電機(jī)與擴(kuò)束鏡單向電性連接，所述擴(kuò)束鏡通過位置反饋與音圈驅(qū)動(dòng)電器單向電性連接，所述光斑校正插值表為固化在MCU內(nèi)部的EEPROM中，所述氙燈設(shè)置在激光晶體的正上方，所述反射鏡呈45°設(shè)置在擴(kuò)束鏡的右方，所述復(fù)合聚焦鏡設(shè)置在反射鏡的正下方，所述工件設(shè)置在復(fù)合聚焦鏡的正下方。該控制系統(tǒng)通過控制音圈電機(jī)來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡，從而能夠控制每一個(gè)焊點(diǎn)的光斑，使得焊接光斑的大小自始至終保持一致；同時(shí)還可以配合二維自動(dòng)工作臺(tái)，通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的三維焊接。此控制系統(tǒng)可以整合到Y(jié)AG激光焊接電源控制系統(tǒng)中，也可以作為一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)與YAG激光焊接電源控制系統(tǒng)協(xié)同工作。
【專利說明】
一種提高YAG激光焊接質(zhì)量的控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于激光工業(yè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高YAG激光焊接質(zhì)量的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市面上應(yīng)用的YAG激光焊接機(jī)都存在著一種普遍的缺點(diǎn):當(dāng)激光焊接在較高焊接頻率以及較高激光功率下工作時(shí)，由于氙燈存在內(nèi)阻，大電流流過氙燈時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，由于制冷系統(tǒng)的響應(yīng)相對(duì)滯后，不能保持激光腔體的溫度為恒溫狀態(tài)，激光晶體要經(jīng)過從冷態(tài)到熱態(tài)的一個(gè)過程，激光晶體會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮的問題，從而導(dǎo)致激光焊接光斑產(chǎn)生明顯的變化，對(duì)工件的焊接質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
[0003]當(dāng)前激光焊接機(jī)擴(kuò)束鏡的調(diào)節(jié)有手動(dòng)調(diào)節(jié)和用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)擴(kuò)束鏡半自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，這兩種方式雖然可以調(diào)節(jié)焊接焊點(diǎn)光斑的大小，但是解決不了有激光晶體的熱效應(yīng)所引起的如圖1焊點(diǎn)光斑由小變大的現(xiàn)象；由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)擴(kuò)束鏡，理論上可以進(jìn)行在線調(diào)整解決光斑的均勻度，但是當(dāng)焊接頻率較高時(shí)，由于步進(jìn)電機(jī)加減速度較慢，響應(yīng)不了高頻率下而進(jìn)行的在線高速調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種提高YAG激光焊接質(zhì)量的控制系統(tǒng)，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種提高YAG激光焊接質(zhì)量的控制系統(tǒng)，包括MCU、音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、音圈電機(jī)、擴(kuò)束鏡、光斑校正插值表、前反射鏡片、后反射鏡片、氙燈、反射鏡、復(fù)合聚焦鏡和工件，所述MCU通過D/A與音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器單向電性連接，所述音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與音圈電機(jī)單向電性連接，所述音圈電機(jī)與擴(kuò)束鏡單向電性連接，所述擴(kuò)束鏡通過位置反饋與音圈驅(qū)動(dòng)電器單向電性連接，所述光斑校正插值表為固化在MCU內(nèi)部EEPROM中，所述后反射鏡片與前反射鏡片呈豎直平行設(shè)置，所述激光晶體設(shè)置在后反射鏡片與前反射鏡片之間，所述氙燈設(shè)置在激光晶體的正上方，所述擴(kuò)束鏡設(shè)置在前反射鏡片的右方，所述反射鏡呈45°設(shè)置在擴(kuò)束鏡的右方，所述復(fù)合聚焦鏡設(shè)置在反射鏡的正下方，所述工件設(shè)置在復(fù)合聚焦鏡的正下方。
[0006]優(yōu)選的，所述擴(kuò)束鏡包括擴(kuò)束鏡輸入鏡和擴(kuò)束鏡輸出鏡，所述擴(kuò)束鏡輸入鏡設(shè)置在左方，所述擴(kuò)束鏡輸出鏡設(shè)置在右方。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn):該提高YAG激光焊接質(zhì)量的控制系統(tǒng)通過控制音圈電機(jī)來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡，從而能夠控制每一個(gè)焊點(diǎn)的光斑，使得焊接光斑的大小自始至終保持一致；同時(shí)還可以配合二維自動(dòng)工作臺(tái)，通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的三維焊接。本控制系統(tǒng)可以整合到Y(jié)AG激光焊接電源控制系統(tǒng)中或者作為獨(dú)立的控制系統(tǒng)與YAG激光焊接電源控制系統(tǒng)協(xié)同工作。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明效果結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3為傳統(tǒng)YAG激光焊接質(zhì)量的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖4為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖；
[0012]圖5改進(jìn)前焊接光斑實(shí)物圖；
[0013]圖6改進(jìn)后焊接光斑實(shí)物圖。
[0014]圖中:1焦點(diǎn)、2擴(kuò)束鏡、3反射鏡、4復(fù)合聚焦鏡、5輸出光束、6工件、7移動(dòng)焦點(diǎn)、8氙燈、9激光晶體、10擴(kuò)束鏡輸入鏡、11擴(kuò)束鏡輸出鏡、12后反射鏡片、13前反射鏡片、14MCU、15音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、16音圈電機(jī)、17光斑校正插值表。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016]本發(fā)明提供了如圖1所示的一種提高YAG激光焊接質(zhì)量的控制系統(tǒng)，包括MCU 14、音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15、音圈電機(jī)16、擴(kuò)束鏡17、光斑校正插值表18、前反射鏡片13、后反射鏡片12、氙燈8、反射鏡3、復(fù)合聚焦鏡4和工件6，其特征在于:所述MCU 14通過D/A轉(zhuǎn)換與音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15單向電性連接，所述音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15與音圈電機(jī)16單向電性連接，所述音圈電機(jī)16與擴(kuò)束鏡2單向電性連接，所述擴(kuò)束鏡2通過位置反饋與音圈驅(qū)動(dòng)電器15單向電性連接，所述光斑校正插值表18為固化在MCU 14內(nèi)部EEPROM中，所述后反射鏡片12與前反射鏡片13呈豎直平行設(shè)置，所述激光晶體9設(shè)置在后反射鏡片12與前反射鏡片13之間，所述氙燈8設(shè)置在激光晶體9的正上方，所述擴(kuò)束鏡2設(shè)置在前反射鏡片13的右方，所述擴(kuò)束鏡2包括擴(kuò)束鏡輸入鏡10和擴(kuò)束鏡輸出鏡11，所述擴(kuò)束鏡輸入鏡10設(shè)置在左方，所述擴(kuò)束鏡輸出鏡11設(shè)置在右方，所述反射鏡3呈45°設(shè)置在擴(kuò)束鏡2的右方，所述復(fù)合聚焦鏡4設(shè)置在反射鏡3的正下方，所述工件6設(shè)置在復(fù)合聚焦鏡4的正下方。
[0017]—般的YAG激光焊接為了獲得較好的激光效率，普遍采用較短的激光諧振光路，如圖3所示:激光光束I經(jīng)過復(fù)合聚焦鏡4后的焦點(diǎn)，氙燈8，激光晶體9，后反射鏡片12，前反射鏡片13，激光經(jīng)過諧振腔后的輸出光束5，輸出光束5經(jīng)過擴(kuò)束鏡2 (擴(kuò)束鏡輸入鏡10，擴(kuò)束鏡輸出鏡11)擴(kuò)束準(zhǔn)直，經(jīng)過反射鏡3，復(fù)合聚焦鏡4后，聚焦在工件6上，聚焦焦點(diǎn)I。當(dāng)激光晶體處于冷態(tài)下，輸出光束5束腰直徑較大，調(diào)整擴(kuò)束鏡輸入鏡10，左右移動(dòng)焦點(diǎn)7剛好處于工件6上，此時(shí)激光的全部能量都聚焦在工件上；當(dāng)焊接過程中，激光晶體將由冷態(tài)向熱態(tài)轉(zhuǎn)變，由于激光晶體的熱效應(yīng)，使得輸出光束5的束腰直徑變小，經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直聚焦后，其聚焦焦點(diǎn)向上移動(dòng)，焊點(diǎn)光斑相應(yīng)的變大，激光熱效應(yīng)變化如圖1所示，焊接出來的焊點(diǎn)光斑如圖5所示。
[0018]由于采用音圈電機(jī)16，其輸出力矩大，響應(yīng)速度快，可以在高頻率焊接狀態(tài)下在線調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡2來調(diào)整焊接光斑的均勻度。由圖3知道，由于激光晶體的熱效應(yīng)，激光焊接焦點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)上移，從而產(chǎn)生焊接光斑由小變大，為了得到均勻的焊接光斑，焊接開始時(shí)可以用音圈電機(jī)16在線調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡2使焦點(diǎn)上移，使焊接光斑變大一些，以后每焊接一個(gè)點(diǎn)，都調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡2讓焊接焦點(diǎn)下移，讓焊接光斑變小一點(diǎn)，這樣就可以保證在整個(gè)焊接過程中焊接光斑的均勻度。在調(diào)整擴(kuò)束鏡的過程中，到底需要往左或往右移動(dòng)擴(kuò)束鏡的輸入鏡多長(zhǎng)距離，這就需要離線產(chǎn)生一個(gè)光斑校正插值表17，根據(jù)每一焊接的頻率、脈沖寬度以及焊接電流大小，離線反復(fù)測(cè)試，來產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)焊接光斑大小的三維校正表，這張表的輸入?yún)?shù)是焊接頻率、脈沖寬度和焊接電流三個(gè)參數(shù)，輸出就是對(duì)應(yīng)的焊接光斑大小需要移動(dòng)的距離。在工作時(shí)就通過焊接頻率、脈沖寬度和焊接電流輸入?yún)?shù)在線查詢查找表并進(jìn)行三維插值運(yùn)算，得到每一焊點(diǎn)所需要移動(dòng)擴(kuò)束鏡輸入鏡10的距離，進(jìn)而達(dá)到校正的目的。其工作原理如圖4所示:主控制板MCU 14經(jīng)過查找光斑校正插值表17進(jìn)行插值運(yùn)算，算出擴(kuò)束鏡2需要移動(dòng)的距離，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生位置信號(hào)給音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15，然后由音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)16帶動(dòng)擴(kuò)束鏡2進(jìn)行調(diào)節(jié)聚焦焦點(diǎn)上下移動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)焊接光斑的大小的目的。進(jìn)過校正后的焊接光斑如圖6所示。
[0019]根據(jù)以上解決方法，如果再配合二維XY自動(dòng)工作臺(tái)，通過音圈電機(jī)16移動(dòng)擴(kuò)束鏡輸入鏡10來調(diào)整聚焦焦點(diǎn)在Z軸上下移動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)在擴(kuò)束經(jīng)調(diào)整范圍內(nèi)的三維自動(dòng)焊接，這對(duì)一些在Z軸上有較小變化的工件表面進(jìn)行焊接可以得到一個(gè)較理想的焊接效果。
[0020]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高YAG激光焊接質(zhì)量的控制系統(tǒng)，包括MCU(14)、音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(15)、音圈電機(jī)(16)、擴(kuò)束鏡(17)、光斑校正插值表(18)、前反射鏡片(13)、后反射鏡片(12)、氣燈(8)、反射鏡(3)、復(fù)合聚焦鏡(4)和工件￠)，其特征在于:所述MCU (14)通過D/A轉(zhuǎn)換與音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(15)單向電性連接，所述音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(15)與音圈電機(jī)(16)單向電性連接，所述音圈電機(jī)(16)與擴(kuò)束鏡(2)單向電性連接，所述擴(kuò)束鏡(2)通過位置反饋與音圈驅(qū)動(dòng)電器(15)單向電性連接，所述光斑校正插值表(18)為固化在MCU(14)內(nèi)部EEPROM中，所述后反射鏡片(12)與前反射鏡片(13)呈豎直平行設(shè)置，所述激光晶體(9)設(shè)置在后反射鏡片(12)與前反射鏡片(13)之間，所述氙燈(8)設(shè)置在激光晶體(9)的正上方，所述擴(kuò)束鏡(2)設(shè)置在前反射鏡片(13)的右方，所述反射鏡(3)呈45°設(shè)置在擴(kuò)束鏡(2)的右方，所述復(fù)合聚焦鏡(4)設(shè)置在反射鏡(3)的距下方，所述工件(6)設(shè)置在復(fù)合聚焦鏡(4)的正下方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高YAG激光焊接質(zhì)量的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述擴(kuò)束鏡(2)包括擴(kuò)束鏡輸入鏡(10)和擴(kuò)束鏡輸出鏡(11)，所述擴(kuò)束鏡輸入鏡(10)設(shè)置在左方，所述擴(kuò)束鏡輸出鏡(11)設(shè)置在右方。
【文檔編號(hào)】B23K26/064GK105983781SQ201510394614
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年7月8日
【發(fā)明人】樊永康, 蘇鎮(zhèn)耿, 其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開姓名
【申請(qǐng)人】深圳市普達(dá)鐳射科技有限公司