专利名称：一种用于在线激光拼焊设备的光学系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于在线激光拼焊设备的光学系统，属于激光加工领域，应用于冶金行业急需的板带在线激光拼焊设备。提供一种实用的光学系统，赶超世界最先进的在线激光拼焊设备。
背景技术：
在冶金工业中，热(冷)轧卷板的拼焊联接机组是连续冷轧生产、酸洗和涂层生产线中的关键技术装备。目前我国绝大多数连续冷轧、酸洗和涂层生产线所采用的是闪光焊机或窄搭接焊机，生产实践表明闪光焊机或窄搭接焊机焊缝不能正常通过轧机，其焊缝在收卷时必须切除而导致成品卷径大小不一、重量不一，降低了成品批次的等级。随着我国综合实力的不断增强，冶金行业的龙头企业正逐步采用板带在线激光拼焊设备，大幅提高板带的成品率及成品等级。在连续冷轧生产、酸洗和涂层等生产线线上，板带在线激光拼焊设备的作用就是将前后钢卷的头部和尾部高效地拼接在一起，以完成板带的连续生产。因此，板带在线激光拼焊设备有两项技术关键一是焊接的合格率；二是激光焊接工艺节拍。焊接的合格率表达的含义就是激光焊缝的强度，随着高功率激光应用技术的日益成熟，机械制造水平的不断提高，无论是进口的还是国产的在线激光拼焊设备都能满足生产要求，将断带率降到了千分之一以内。激光拼焊设备下一个重要指标就是不断缩短激光焊接工艺时间，满足生产线高速连续生产的要求。板带在线激光拼焊设备需要完成的主要任务是一、板带头部及尾部的精密切割； 二、板带头部及尾部的精密拼合；三、拼缝的激光焊接。无论采用哪种技术方案，板带头部及尾部的精密拼合及拼缝的激光焊接所需要的时间相差无异。而板带头部及尾部的精密切割方法不同，完成的时间节拍会有较大的差异。鉴于此，研究高效的精密切割方法及工艺路线成为缩短激光焊接工艺时间的关键。目前，进口的板带在线激光拼焊设备有两种技术方法一、采用精密双刃剪刀同时对板带的头部及尾部进行精密剪切，采用一台激光器作为光源，用一个激光焊接头完成拼缝的焊接，设备工作行程大约为两倍的板带宽度。这种方法无疑较高效快捷，但存在板带厚度变化较大时需要调节刃口间隙，刃口磨损时需要更换上下四片刀片，无论是调整间隙还是更换刀片，都会导致生产线停产数天。二、将一台激光器作为光源，采用一个激光切割头， 沿“U”形路线分别对板带的头部及尾部进行精密激光切割，然后用一个激光焊接头完成拼缝的焊接，设备工作行程大约为三倍的板带宽度。这种方法的优点是不存在剪刀刃口的调整及更换问题，光学镜片更换时间可以控制在2小时以内，缺点是比较第一种方案因设备工作行程较长，所需节拍也较长。为满足在线激光拼焊设备生产节拍的要求，本申请人采用的技术方法是将一台激光器作为光源，对光源进行分时及分能处理，采用屋脊分光镜将激光器能量分给两个激光切割头，两个激光切割头同步完成板带的头部及尾部精密激光切割，然后用一个激光焊接头完成拼缝的焊接，设备工作行程大约为两倍的板带宽度。这种技术方法不仅节拍较短， 而且稳定可靠，维护方便。本实用新型提供的光学系统实用、高效。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种用于在线激光拼焊设备的光学系统。冶金工业中，热(冷)轧卷板的轧制、酸洗、涂镀及退火等生产线需要连续生产，以保证产品质量、产量及成品率。同时为了提高生产线的生产效率，不断提高生产线的走带速度，要求在线激光拼焊设备在尽可能短的时间内将前后板带进行拼接。为实现上述目的，认真分析影响工艺节拍的关键因素，本实用新型公开了一种用于在线激光拼焊设备的光学系统，其特征在于 1)在线激光拼焊设备采用激光切割工艺完成板带头部及尾部的精密切割，采用激光焊接工艺完成拼缝的焊接。2)光学系统包括一台高功率激光器作为光源，采用两个激光切割头对板带头部及尾部进行同步切割，采用一个激光焊接头对拼缝进行激光焊接。幻激光束通过光路切换装置轮番切换到两个激光切割头及一个激光焊接头，设备工作时进入板带区间过程完成激光切割，回程完成拼缝焊接，工作行程大约为两倍的板带宽度。4)采用屋脊分光镜进行分光，来自激光器的激光束通过一个90°的屋脊分光镜将光束分成两条方向呈180° 角的相反方向的工作光束，两束工作光束通过导光系统分别导入两个激光切割头，每个激光切割头的激光能量为激光器实际导出能量的1/2. 5)、激光器与光学系统安装于同一工作平台上，激光切割头与激光焊接头工作时其光程是固定不变的，固定光程可以保证激光切割工艺与激光焊接工艺稳定可靠。本光学系统成本低，工艺路线先进，完全可以满足钢带连续生产线对在线激光拼焊设备生产节拍的要求。下面结合该光学系统在“在线激光拼焊设备”上的应用对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型光学系统的基本组成示意图。其基本组成为激光器(1)、激光束O)、分光盒(3)、光路切换装置G)、激光切割头(5)、焊接反射镜(6)、激光焊接头(7)、 工件⑶。图2为本实用新型的光学原理及布置图。图说明了光学头的布置原理及方法，其基本组成为入口夹钳(9)、板带头部(10)、入口激光切割头(5)、激光焊接头(7)、出口激光切割头(5)、板带尾部(11)、出口夹钳(12)。图3为本实用新型应用屋脊镜分光的结构示意图(主视图)，图4为其俯视图。其基本组成为切割反射镜(13)、屋脊分光镜座(14)、导光筒(15)、激光切割头(5)、分光盒 (3)、屋脊分光镜(16)、、激光束(17)。
具体实施方式
应用于在线激光拼焊设备的光学系统具体实施步骤如下原理及实施结构在图1示意图中，本光学系统的基本组成为一台高功率的激光器(1)，其工作时发出的激光束(2)进入分光盒(3)，激光束一分为二分别导入激光切割头(5)，进行板带头部及尾部的激光切割；板带头部及尾部的激光切割完成后，光路切换装置 (4)将分光盒(3)向下或向两侧移出主光路，激光束即经焊接反射镜(6)导入激光焊接头 (7)，进行拼缝的激光焊接。在图2示意图中，入口夹钳(9)及出口夹钳(12)分别夹持板带头部(10)及板带尾部(11)，入口激光切割头(5)切割板带头部(10)，出口激光切割头(5) 切割板带尾部(11)，两个激光切割头是同步完成板带激光精密切割的。激光切割完成后，入口夹钳(9)及出口夹钳(1 分别夹持板带头部(10)及板带尾部(11)向中心拼缝，光路转换给激光焊接头(7)，即可进行拼缝的激光焊接。在图4示意图中，屋脊分光镜(16)通过屋脊分光镜座(14)安装于分光盒C3)的中间，屋脊分光镜(16)由无氧铜制成，采用直接水冷。切割反射镜(13)对称安装于屋脊分光镜(16)的两侧，入射激光束经90°的屋脊反射镜(16)，光束被分成方向呈180°角的左右方向的两束工作光束，经切割反射镜(13)分别导入两个激光切割头(5)。具体实施步骤光学系统在激光拼焊设备的自动控制下，在图3所示板带头部 (10)及板带尾部(11)分别在入口夹钳(9)及出口夹钳(1 夹持定位后，图1所示激光器 (1)发出激光束O)，进入图3所示分光盒(3)，入射激光束经90°的屋脊反射镜(16)分别导入左右切割反射镜(13)及两个激光切割头(5)，光学系统在数控系统的驱动下同步完成板带头部及尾部的激光切割。在图2所示入口夹钳(9)及出口夹钳(1 分别夹持板带头部(10)及板带尾部(11)向中心拼缝，光学系统自动将激光束导入激光焊接头(7)，，回程过程即完成拼缝的激光焊接，设备工作行程大约为两倍的板带宽度。本光学系统整个过程自动化程度高，激光切割及激光焊接在一个往返过程中全部完成，过程紧凑，光程固定，既保证了激光切割及激光焊接质量，同时将在线激光拼焊设备整过工艺时间压缩到最短。
权利要求1.一种用于在线激光拼焊设备的光学系统，其特征在于光学系统包括一台高功率激光器作为光源，通过光路切换装置，采用两个激光切割头对板带头部及尾部进行同步切割， 采用一个激光焊接头对拼缝进行激光焊接。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于激光束通过光路切换装置轮番切换到两个激光切割头及一个激光焊接头，设备工作时进入板带区间过程完成激光切割，回程完成拼缝焊接，工作行程大约为两倍的板带宽度。
3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于采用屋脊分光镜进行分光，来自激光器的激光束通过一个90°的屋脊分光镜将光束分成两条方向呈180°角的相反方向的工作光束，两束工作光束通过导光系统分别导入两个激光切割头，每个激光切割头的激光能量为激光器实际导出能量的1/2。
4.根据权利要求1所述的光学系统，激光器与光学系统安装于同一工作平台上，激光切割头与激光焊接头工作时其光程是固定不变的，保证激光切割工艺与激光焊接工艺稳定可靠。
专利摘要本实用新型提供的一种用于在线激光拼焊设备的光学系统，其特征在于1)光学系统包括一台高功率激光器作为光源，采用两个激光切割头对板带头部及尾部进行同步切割，采用一个激光焊接头对拼缝进行激光焊接。2)激光束通过光路切换装置轮番切换到两个激光切割头及一个激光焊接头。3)采用屋脊分光镜进行分光，来自激光器的激光束通过一个90°的屋脊分光镜将光束分成两条方向呈180°角的相反方向的工作光束，分别导入两个激光切割头，每个激光切割头的激光能量为激光器实际导出能量的1/2.4)、激光器与光学系统安装于同一工作平台上，激光切割头与激光焊接头工作时其光程固定且相等。
文档编号B23K26/067GK202207859SQ20112021501
公开日2012年5月2日 申请日期2011年6月23日 优先权日2011年6月23日
发明者单树滋, 黄昭明 申请人:单树滋, 武汉大族金石凯激光系统有限公司, 黄昭明