一种真空激光透射镜片保护系统及方法与流程

1.本发明涉及激光焊接技术领域，更具体地，涉及一种真空激光透射镜片保护系统及方法。


背景技术：

2.针对易氧化、易开裂的特定材料，有特定的焊接要求，如焊接深度、焊缝光洁度、抑制焊缝气孔、低压/高压密封焊接等，因此对激光焊接环境也有要求，常见的有手套箱ar焊接环境、真空激光焊接、高压激光焊接等，然后将待焊接零件放置于密闭环境的焊接舱体进行焊接，舱体内进行ar填充、抽真空或者充气加压处理。由于焊接过程中的发生飞溅及烟尘在密闭舱体内聚集，会阻碍激光的穿透，导致焊接能力下降和焊接过程不稳定，进而导致光学镜片污染甚至损毁，严重影响焊接过程和质量。
3.现有技术存在如下几个缺点：(1)在真空箱的内侧壁上设置真空激光焊接保护镜片，提高真空激光焊接质量的一致性和可靠性，但是飞溅物仍会穿过中心孔落入镜片上，导致镜片污染、损毁，还无法净化舱内弥散的烟尘；(2)采用加吹气嘴、抽气分子泵的方法将真空环境焊接过程中的烟尘带走，但是分子泵仅使用于较高真空度环境，当舱内存在较大的进气时的连续使用会导致分子泵过热保护甚至损坏，而当进气量较小时并不足以将焊接过程中的烟尘和飞溅全部抽走；(3)在透射通孔的两侧分别设置进气通孔和抽气通孔，但在真空环境中，由于没有气体阻力，污染物的飞溅速度远高于大气环境，无法完全消除金属蒸汽和焊接烟尘对镜片的影响。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种真空激光透射镜片保护系统及方法，本系统包括激光透射模块、滑动密封模块和防飞溅模块，激光透射模块固定安装于滑动密封模块上，滑动密封模块用于驱动激光透射模块在垂直激光入射方向的平面内滑动，防飞溅模块固定于滑动密封模块底部，用于引导气流，避免焊接飞溅及烟尘污染透射单元模块，激光透射模块包括从上至下依次连接的密封镜筒、保护镜筒和可替换镜筒，可替换镜筒垂直固定于滑动密封模块，密封镜筒上设置有冷却水道，用于对其内镜片进行降温，保护镜筒内设有保护镜片和过滤棉，避免焊接烟尘和金属蒸汽上浮，而可替换镜筒连通设有进气口，通过通入气体形成正压抑制金属蒸汽及焊接烟尘，本激光透射系统解决了光学镜片容易损伤和维护不便的问题。
5.为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种真空激光透射镜片保护系统，包括：
6.激光透射模块、滑动密封模块和防飞溅模块，所述激光透射模块固定于所述滑动密封模块上作为激光从系统外部射入真空舱的通道，所述滑动密封模块用于驱动所述激光透射模块在垂直激光入射方向的平面内滑动，所述防飞溅模块固定于所述滑动密封模块底部，用于引导气流，抑制焊接飞溅和烟尘污染；
7.所述激光透射模块包括沿光路设置的密封镜筒、保护镜筒和可替换镜筒，三者中心都设有供激光通过的通孔，所述可替换镜筒竖直固定于所述滑动密封模块上，所述可替换镜筒包括进气口，通过外接气源通入气体，在所述可替换镜筒内形成正压抑制金属蒸汽及焊接烟尘，所述密封镜筒内设有冷却水道，用于通入循环冷却水对其内镜片进行降温。
8.进一步地，所述保护镜筒包括过滤棉、保护镜片和镜片抽屉，所述保护镜片和所述过滤棉设于保护镜片抽屉内，该抽屉与所述保护镜筒滑动连接，抽出所述保护镜片抽屉能更换所述保护镜片和所述过滤棉，所述过滤棉设于所述保护镜片周侧，所述保护镜片和所述过滤棉用于防止烟尘上升。
9.进一步地，所述密封镜筒包括第一密封座、密封镜片、第二密封座、第二密封圈、冷却水接口和冷却水道，所述第一密封座固定于所述第二密封座上，两者之间设有所述密封镜片，所述第二密封圈分别夹持设于所述密封镜片与所述第一密封座和所述第二密封座之间，所述第二密封圈对所述密封镜片密封；
10.所述冷却水接口设有两个，固定于所述第二密封座，所述冷却水道设于所述第二密封座内，该水道环绕所述第二密封座上的通孔设置，两个所述冷却水接口分别与所述冷却水道的两端连通，所述冷却水接口连通外接水源。
11.进一步地，所述可替换镜筒包括进气口，该进气口外接气源，气体通入所述可替换镜筒正压。
12.进一步地，所述滑动密封模块包括驱动电机、护罩、密封盖板、滑动导轨、滑动平台和连接支架，所述驱动电机、所述滑动导轨固定于所述密封盖板上，所述滑动平台与所述滑动导轨滑动连接，所述驱动电机与所述连接支架传动连接，所述连接支架与所述滑动平台固定连接，所述驱动电机驱动所述滑动平台在所述滑动导轨上滑动，所述可替换镜筒和所述护罩固定于所述滑动平台，所述滑动平台中心设置供激光通过的通孔，该通孔与所述激光透射模块内的通孔同心。
13.进一步地，所述滑动密封模块包括第一密封圈，所述第一密封圈分别与所述可替换镜筒和所述滑动平台接触。
14.进一步地，所述密封盖板包括用于增大通光范围的腰圆孔，所述腰圆孔为条形孔，所述滑动平台移动时，其上的通孔在所述腰圆孔长度范围内移动。
15.进一步地，所述防飞溅模块包括挡板支架、挡板以及风刀，所述挡板支架固定于所述密封盖板，所述挡板固定于所述挡板支架上，所述风刀位于所述密封盖板和所述挡板之间，固定于所述挡板上。
16.进一步地，所述挡板包括风刀调节孔和激光射出孔，所述激光射出孔与所述滑动平台上的通孔同心，所述风刀通过所述风刀调节孔固定于所述挡板上，所述风刀调节孔为条形孔，用于调节所述风刀与所述激光射出孔的距离。
17.按照本发明的另一个方面，提供一种真空激光透射镜片保护方法，包括以下步骤：
18.s100，固定待焊接零件，使用夹具固定待焊接的零件，关闭真空箱舱门，形成密封环境；
19.s200，调整镜筒，根据零件尺寸形状、焊接焦距、焊接工艺，选择所需长度的可替换镜筒安装，使密封镜片与焊接头出光口保持所需距离区间；
20.s300，调整激光透射模块对中，调节滑动密封模块和激光焊接头位置，使激光透射
模块中心通孔与焊缝同轴；
21.s400，抽真空并开启风刀，使用真空泵对真空箱进行抽真空处理，开启风刀进气，形成对激光透射模块的保护气帘；
22.s500，接入外接水源和保护气源，开启外接正压气源和冷却水源，通过进气口向可替换镜筒内通入气体，在可替换镜筒内形成正压，通过冷却水接口向冷却水道输入冷却水，对密封镜片降温；
23.s600，完成焊接，开启激光直至焊接完成后关闭激光、风刀以及真空泵，破真空使得真空箱内压力恢复至常压，然后开启舱门取出焊接完成的零件。
24.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
25.1.本发明提供一种真空激光透射镜片保护系统，包括激光透射模块、滑动密封模块和防飞溅模块，激光透射模块固定安装于滑动密封模块上，滑动密封模块用于驱动激光透射模块在垂直激光入射方向的平面内滑动，防飞溅模块固定于滑动密封模块底部，用于引导气流，避免焊接飞溅及烟尘污染透射单元模块，激光透射模块包括从上至下依次连接的密封镜筒、保护镜筒和可替换镜筒，可替换镜筒垂直固定于滑动密封模块，密封镜筒上设置有冷却水道，用于对其内镜片进行降温，增加镜片在长时间高功率激光作用下的使用寿命和使用稳定性，保护镜筒内设有保护镜片和过滤棉，避免焊接烟尘和金属蒸汽上浮，保护镜片和过滤棉都固定于保护镜片抽屉内，该抽屉与保护镜筒滑动连接，通过抽出保护镜片抽屉可快速更换保护镜片和过滤棉，而可替换镜筒连通设有进气口，通过通入气体形成正压抑制金属蒸汽及焊接烟尘，本激光透射系统解决了光学镜片容易损伤和维护不便的问题。
26.2.本发明提供一种真空激光透射镜片保护系统，采用的激光透过单元包括密封镜筒和保护镜筒，密封镜筒内设有密封镜片，保护镜筒位于密封镜筒下方，其内设有可拆卸的保护镜片，便于拆装维护，更换保护镜片，采用可替换镜筒用于适用于不同零件高度和不同激光聚焦长度以及不同的焊接离焦量。
27.3.本发明提供一种真空激光透射镜片保护系统，采用的滑动密封模块包括滑动导轨、滑动平台、密封盖板、驱动电机和护罩，滑动导轨固定于密封盖板的上表面，滑动平台与之滑动连接，驱动电机固定于密封盖板上，用于驱动滑动平台在滑动导轨上位移，而激光透射模块固定安装于滑动平台上，通过驱动电机使得激光对焊缝位置进行适应性调节，护罩固定于滑动平台上，随滑动平台一起移动，可防止外界灰尘、异物进入导轨影响滑动。
28.4.本发明提供一种真空激光透射镜片保护系统，将激光透射模块固定于密封盖板顶部，滑动密封模块设置于密封盖板上，通过将激光透过模块与焊接舱体连接，在采用相同焦距激光束焊接时，若将密封镜片安装在真空箱体墙壁上，为了降低镜片污染率，密封镜片需要与焊接位置保持足够距离，这样增大了真空箱尺寸，而本方案可以有效降低焊接舱体尺寸，缩短焊接气体环境准备时间和成本。
附图说明
29.图1是本发明实施例一种真空激光透射镜片保护系统的结构示意图；
30.图2是本发明实施例一种真空激光透射镜片保护系统的正视图；
31.图3是本发明实施例一种真空激光透射镜片保护系统的左视图；
32.图4是本发明实施例一种真空激光透射镜片保护系统的剖视图a-a；
33.图5是本发明实施例一种真空激光透射镜片保护系统的局部放大图b；
34.图6是本发明实施例一种真空激光透射镜片保护系统的滑动密封模块和防飞溅模块结构示意图一；
35.图7是本发明实施例一种真空激光透射镜片保护系统的滑动密封模块和防飞溅模块结构示意图二；
36.图8是本发明实施例一种真空激光透射镜片保护方法流程图。
37.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-激光透射模块、3-滑动密封模块、5-防飞溅模块、11-密封镜筒、12-保护镜筒、13-可替换镜筒、31-驱动电机、32-护罩、33-密封盖板、34-第一密封圈、35-滑动导轨、36-滑动平台、37-连接支架、38-密封块、51-挡板支架、52-挡板、53-风刀、111-第一密封座、112-密封镜片、113-第二密封座、114-第二密封圈、115-冷却水接口、116-冷却水道、121-过滤棉、122-保护镜片、131-进气口、331-腰圆孔、521-风刀调节孔、522-激光射出孔。
具体实施方式
38.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
39.如图1-8图所示，本发明提供一种真空激光透射镜片保护系统，包括激光透射模块1、滑动密封模块3和防飞溅模块5，其中，激光透射模块1是激光从系统外部射入的通道，固定安装于滑动密封模块3上，滑动密封模块3用于驱动激光透射模块1在垂直激光入射方向的平面内滑动，以适应焊缝位置，防飞溅模块5固定于滑动密封模块3底部，用于引导气流，避免焊接飞溅及烟尘污染透射单元模块上述三个模块连接处均设有密封圈，进一步地，激光透射模块1包括密封镜筒11、保护镜筒12和可替换镜筒13，三者从上至下依次对接，通过可替换镜筒13垂直固定于滑动密封模块3上，密封镜筒11上设置有冷却水道116，通过通入循环冷却水，防止密封镜筒11长期高功率照射导致其内镜片温度过高，而保护镜筒12内设置过滤棉121和保护镜片122，保护镜片122采用可拆卸式连接，便于拆装维护，还能避免焊接烟尘和金属蒸汽上浮，保护密封镜筒11内部结构，而可替换镜筒13包括进气口131，通过通入气体形成正压环境，防止灰尘上浮，该正压环境为介于常压和真空箱内负压的压力，目的是行程导向性气流，避免飞溅和烟尘上扬，本激光透射系统解决了光学镜片容易损伤和维护不便的问题。
40.进一步地，如图1、图2和图5所示，激光透射模块1是外部激光的入射通道，其下方易受焊接烟尘上浮影响，其上方长时间透射大功率激光，其内镜片结构容易受高温损坏，本系统的激光透射模块1采用三段式，即密封镜筒11、保护镜筒12和可替换镜筒13依次连接，其中，密封镜筒11包括第一密封座111、密封镜片112、第二密封座113、第二密封圈114、冷却水接口115和冷却水道116，第一密封座111固定连接于第二密封座113上，两者盖合处留有空间安装密封镜片112，两者中心设有通孔供激光通过，优选地，第一密封座111和第二密封
座113与密封镜片112侧面接触以限制其水平面内移动，在密封镜片112的上下两面的都设有第二密封圈114，第二密封圈114受挤压分别设于密封镜片112与第一密封座111和第二密封座113之间，第二密封圈114与密封镜片112边缘形状大小相同，用于对激光透射模块1顶部进行密封，防止杂质进入，进一步地，冷却水接口115设有两个，固定于第二密封座113上，在第二密封座113内设有冷却水道116，该水道呈u型环绕第二密封座113上的通孔设置，两个冷却水接口11分别与u型水道的两端连通，工作过程中，受长期透射高能激光影响，密封镜片112易受高温影响，密封镜片112通过和第二密封座113接触将热量传递至冷却水道116，一个冷却水接口11外接水源向冷却水道116通入冷却水吸收热量，另一个冷却水接口11将冷却水导出，实现对密封镜片112的保护。进一步地，所述保护镜筒12包括过滤棉121和保护镜片122，保护镜片122可拆卸安装于保护镜筒12内，具体地，保护镜片122和过滤棉121都固定于保护镜片抽屉内，该抽屉与保护镜筒12滑动连接，通过抽出保护镜片抽屉可快速更换保护镜片122和过滤棉121，方便对保护镜片122进行单独拆换，保护镜片122与保护镜筒12的中心通孔同心，在保护镜片122周侧固定安装有过滤棉121，该保护镜片122和过滤棉121用于避免残留的焊接烟尘、金属蒸汽上浮至密封镜片112下沿，同时维持保护镜片122上、下压力平衡，优选地，保护镜片122和密封镜片112之间距离应尽量小，使得激光束照射在两镜片上的光斑能量密度相近，同时两镜片应当尽量贴近激光聚焦镜片位置，减少照射光斑的能量密度，延长两者的使用寿命。进一步地，可替换镜筒13上设有进气口131，该进气口外接气源，可以为氩气，用于在可替换镜筒13内形成气压，由于可替换镜筒13顶部有保护镜片122和密封镜片112，因此形成正气压后会从可替换镜筒13通道内向下移动，该处的正气压描述是相对于滑动密封模块3下方的真空舱，在实际焊接过程中，真空舱将采用真空泵抽真空，可替换镜筒13与真空舱内空间是相连通的，因此，形成微正压的环境，可避免金属蒸汽、烟尘上扬附着于保护镜片122下，对该镜片造成损毁，优选地，进气口131外接气源采用流量控制器控制进气量，便于进行流量调节，可替换镜筒13可增加滑动密封模块3和保护镜筒到激光束焦点的距离，实际焊接位置为激光束焦点附近，在焊接位置附近会有大量的焊接飞溅和高浓度烟尘、等离子体等污染物，增加距离可以有效抑制焊接飞溅和烟尘对上述模块的污染，通过安装不同长度的可替换镜筒能够达到适应不同焦距激光束应用的目的，因此，可替换镜筒13需要根据焊接激光束聚焦焦距、零件尺寸、高度、焊接工艺等实际需要进行长度调整。
41.进一步地，如图1-图4以及图7所示，所述，滑动密封模块3包括驱动电机31、护罩32、密封盖板33、第一密封圈34、滑动导轨35、滑动平台36、连接支架37和密封块38，其中，滑动密封模块3用于调整激光透射模块1的水平位置，来适应焊缝轨迹，密封盖板33将激光透射模块1、滑动密封模块3与焊接舱体进行密封连接，驱动电机31、滑动导轨35固定于密封盖板33上表面，滑动导轨35上滑动连接有滑动平台36，驱动电机31驱动连接支架37移动，连接支架37与滑动平台36固定，从而驱动滑动平台36在滑动导轨35上移动，优选地，驱动电机31采用滚珠丝杠结构驱动连接支架37滑动，所述滑动平台36用于固定安装激光透射模块1，具体地，可替换镜筒13固定于激光透射模块1上，在密封盖板33上设置有密封块38，第一密封圈34紧密固定于滑动平台36和密封块38之间，形成密封，保证系统真空环境，护罩32固定安装于滑动平台36上，用于防止外界灰尘进入滑动导轨35，进一步地，所述密封盖板33中心设有的通孔为条形的腰圆孔331，所述滑动平台36中心设有通孔，该孔与激光透射模块1内通
孔同心，滑动平台36移动时，其上的通孔在所述腰圆孔331长度范围内移动。拓宽了系统可适应的焊缝区域。
42.进一步地，如图1-图4所示，防飞溅模块5包括挡板支架51、挡板52以及风刀53，其中，挡板支架51设有多根，竖直固定于密封盖板33底面，挡板52固定于挡板支架51上，所述挡板52为倒置的l型板材结构，在其水平区域，即与密封盖板33平行处设有风刀调节孔521和激光射出孔522，其中激光射出孔522与密封盖板33、密封镜筒11、保护镜筒12和可替换镜筒13同心，供激光通过，挡板52采用康达效应设计，使得气流层沿着其表面流动，通过改变气流层运动方向，使得飞溅火星、金属蒸汽和焊接烟尘向下移动，风刀53设于挡板52和密封盖板33之间，固定于挡板52上，风刀53通过风刀调节孔521固定于挡板52上靠近激光射出孔522处，风刀调节孔521为条形孔，通过改变风刀53的固定位置可以调整其距离激光射出孔522的距离，通过真空舱的真空泵与风刀53同时工作，可产生动态压力平衡。
43.如图1-图8所示，按照本发明的另一个方面，本发明提供一种真空激光透射镜片保护方法，具体包括：
44.s100，固定待焊接零件；
45.具体地，使用夹具固定待焊接的零件，该零件位于防飞溅模块5的下方，关闭真空箱舱门，形成密封环境；
46.s200，调整镜筒；
47.具体地，根据零件尺寸形状、焊接焦距、焊接工艺，选择所需长度的可替换镜筒，使得密封镜片112与焊接头出光口保持合理距离区间
48.s300，调整激光透射模块对中；
49.具体地，调节滑动密封模块3和激光焊接头位置，使得激光透射模块1中心通孔与焊缝处于同轴位置，对中过程可使用激光指示红光、同轴ccd确认；
50.s400，抽真空并开启风刀；
51.具体地，使用真空泵对真空箱进行抽真空处理至所需压力范围，开启风刀53进气，形成对激光透射模块1的保护气帘；
52.s500，接入外接水源和保护气源；
53.具体地，开启激光投射模块1中的外接正压气源和冷却水源，通过进气口131向可替换镜筒13内通入气体，形成正压，通过冷却水接口115向冷却水道116输入冷却水，从而对密封镜片112进行降温；
54.s600，完成焊接；
55.具体地，开启激光直至焊接完成后关闭激光、风刀和真空泵，破真空使得真空箱内压力恢复至常压，然后开启舱门取出焊接完成的零件。
56.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。