激光焊接装置的制作方法

本实用新型涉及一种焊接装置，特别涉及一种激光焊接装置。

背景技术：

激光焊接是一种非接触式焊接方式，具有免于填料，热变形小，外形美观，精细度高，速度快等优点，适用于多种场合，特别是微小区域的精密焊接，因此被广泛应用于航空航天、军事、汽车制造、电子电气、半导体、家具制造、通讯器件等领域。

普通的激光焊接设备，只具备红光指示，用肉眼对位，精定较差，稍高级一些的，也只是采用模拟CCD摄像机，同时采用肉眼观察十字线对位，比红光对位精度高一些。有对定位精度要求更高时，也有一些采用了增加CCD视觉系统进行定位。但是，CCD视觉定位，只能解决平面内的位置精度问题，无法解决垂直方向的精度问题。由于治具的不同，产品装夹的问题，造成每个产品的离焦量不一致，对于一些对离焦量极其敏感的产品，如手机天线触点等，实际焊接的效果极难保证。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种激光焊接装置，解决了现有技术高度定位不准确的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种激光焊接装置，包括，机座，所述机座的顶面设有焊接区；移位机构，所述移位机构设于所述机座的顶面，所述移位机构设有安装板，所述安装板能够在所述焊接区上方进行上下左右前后的六向移动；激光焊接头，所述激光焊接头设于所述安装板上；图像定位装置，所述图像定位装置设于所述安装板上；以及高度定位装置，所述高度定位装置设于所述安装板上，所述高度定位装置能够测量自身与所述焊接区的间距。

其中，所述高度定位装置为激光位移传感器。

其中，所述激光位移传感器为三角测量型的激光位移传感器，所述三角测量型的激光位移传感器设有激光收发面，所述激光收发面与所述焊接区相对。

其中，所述三角测量型的激光位移传感器能够发出波长为645～665nm的激光。

其中，所述移位机构包括，第一直导轨，所述第一直导轨上安装有第一滑板，所述第一滑板能够在所述第一直导轨上移动；第二直导轨，所述第二直导轨设于所述第一滑板上，所述第二直导轨与所述第一直导轨相互垂直，所述第二直导轨上安装有第二滑板，所述第二滑板能够在所述第二直导轨上移动；以及第三直导轨，所述第三直导轨设于所述第二滑板上，所述第三直导轨与所述第二直导轨相互垂直，所述第三直导轨与所述第一直导轨相互垂直，所述第三直导轨上安装有第三滑板，所述第三滑板能够在所述第三直导轨上移动，所述安装板与所述第三滑板联接固定。

其中，所述激光焊接头设有激光输出端和激光输入端，所述激光输出端朝向所述焊接区，所述激光输入端联接有光纤，所述光纤联接有激光发生器，所述激光发生器设于所述机座上。

其中，所述激光焊接头包括准直镜、聚焦镜和反射镜；所述准直镜的一表面与所述激光输入端相对，所述准直镜相对的另一表面与所述反射镜相对；所述聚焦镜的一表面与所述反射镜相对，所述聚焦镜相对的另一表面与所述激光输出端相对；所述反射镜与所述准直镜之间的夹角为45°，所述反射镜与所述聚焦镜之间的夹角为45°。

其中，所述激光焊接头还包括保护镜，所述保护镜设于所述聚焦镜与所述激光输出端之间。

其中，所述图像定位装置包括相机、镜头和发光件，所述相机、所述镜头和所述发光件同轴布置，所述镜头设于所述相机与所述发光件之间。

其中，所述焊接区内设有定位标记。

本实用新型的有益效果如下：

由于所述安装板能够在所述焊接区上方进行上下左右前后的六向移动，且所述图像定位装置设于所述安装板上，所述高度定位装置设于所述安装板上，所述高度定位装置能够测量自身与焊接区的间距，所以图像定位装置将测量结果反馈给激光焊接装置后，移位机构便可带动安装板进行前后左右的水平移动，以将激光焊接头移动至正确的水平位置，同理，高度定位装置将测量结果反馈给激光焊接装置后，移位机构便可带动安装板进行上下移动，以将激光焊接头移动至正确的高度位置，从而切实解决现有技术无法进行高度定位的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型优选实施方式提供的内部结构示意图；

图2是本实用新型优选实施方式提供的激光焊接头结构示意图；

图3是本实用新型优选实施方式提供的局部放大结构示意图；

图4是本实用新型优选实施方式提供的内部背面结构示意图；

图5是本实用新型优选实施方式提供的外部结构示意图。

附图标记如下：

1、机座；11、焊接区；

211、第一直导轨；212、第二直导轨；213、第三直导轨；

221、第一滑板；222、第二滑板；223、第三滑板；23、支撑柱；24、安装板；

3、激光焊接头；31、激光输出端；32、激光输入端；33、光纤；34、激光发生器；35、准直镜；36、聚焦镜；37、反射镜；38、保护镜；

4、图像定位装置；41、相机；42、镜头；43、发光件；

5、高度定位装置；6、控制板卡；7、工业电脑。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

从图1至5可知，本实用新型实施例所述激光焊接装置包括：

机座1，如图1所示，机座1的顶面前侧设有焊接区11，焊接区11内设有定位标记，定位标记为十字形的刻度线。

移位机构，如图1所示，移位机构设于机座1顶面的后侧，移位机构包括有第一直导轨211、第二直导轨212和第三直导轨213；第一直导轨211与机座1的顶面联接固定，第一直导轨211的轨迹从机座1的左侧径直延伸至机座1的右侧，第一直导轨211的上部安装有第一滑板221，第一滑板221能够在第一直导轨211上进行往复移动，即进行左右移动；第二直导轨212设于第一滑板221上，第二直导轨212与第一直导轨211相互垂直，第二直导轨212的轨迹从机座1的前侧延伸至机座1的后侧，第二直导轨212的上部安装有第二滑板222，第二滑板222能够在第二直导轨212上进行往复移动，即第二直导轨212整体能够进行左右移动，第二滑板222能够进行前后移动；第三直导轨213设于第二滑板222上，第三直导轨213与第二直导轨212相互垂直，第三直导轨213与第一直导轨211相互垂直，第三直导轨213的轨迹从机座1顶面往上延伸，第三直导轨213上安装有第三滑板223，第三滑板223朝向焊接区11的上方，第三滑板223能够在第三直导轨213上进行往复移动，即第三直导轨213整体能够进行前后左右移动，第三滑板223能够进行上下移动，其中，第三滑板223联接有支撑柱23，支撑柱23往焊接区11的方向延伸，支撑柱23的端部联接有安装板24，安装板24置于焊接区11的上方。

激光焊接头3，如图1至3所示，激光焊接头3设于安装板24朝向焊接区11上方的表面上，激光焊接头3的外部设有激光输出端31和激光输入端32，激光输出端31朝向焊接区11，激光输入端32联接有光纤33，光纤33联接有激光发生器34，激光发生器34设于机座1的中部；另外，激光焊接头3内部设有准直镜35、聚焦镜36、反射镜37和保护镜38，准直镜35的一表面与激光输入端32相对，准直镜35相对的另一表面与反射镜37相对，准直镜35与反射镜37之间的夹角为45°；聚焦镜36的一表面与激光输出端31相对，聚焦镜36相对的另一表面与反射镜37相对，聚焦镜36与反射镜37之间的夹角为45°；保护镜38设于聚焦镜36与激光输出端31之间。

图像定位装置4，如图1和3所示，图像定位装置4设于安装板24朝向焊接区11上方的表面上，图像定位装置4用于对焊接区11进行摄像拍摄，图像定位装置4包括相机、镜头42和发光件43，相机41、镜头42和发光件43在竖直方向上同轴布置，且镜头42设于相机41与发光件43之间。

高度定位装置5，如图1和3所示，高度定位装置5设于安装板24朝向焊接区11上方的表面上，高度定位装置5为三角测量型的激光位移传感器，三角测量型的激光位移传感器设有激光收发面，激光收发面与焊接区相对，其中，三角测量型的激光位移传感器能够发出波长为645～665nm的激光。

控制板卡6，如图4所示，控制板卡6设于机座1的背面，控制板卡3用于控制移位机构进行六向移动。

工业电脑7，如图1所示，工业电脑7设于机座1的中部，机座7与激光发生器34、图像定位装置4、高度定位装置5和控制板卡6电性连接，工业电脑用于控制激光焊接装置进行焊接。

本实施例的应用过程大致如下：

1、对移位机构进行校正，以将第一滑板221、第二滑板222和第三滑板223均移动至初始位置；

2、对图像定位装置4进行校正，校正主要有两个方面，中心校正和影像长度校正，以及中心校正、原点校正和角度偏移校正两部分；过程如下，先用激光在焦点处画一个十字线，然后移动安装板24，使在图像定位装置4中，可以看到刚才画出的十字线，并调整镜头42，使得到的图像最清晰，锁紧镜头；相机41的厂商会提供一个图像开发包，利用这个图像开发包，可以得到相机41抓取到的图像，这个图像会集成在焊接软件里面，焊接软件里面也有一个十字线，调整安装板24的位置，使得两个十字线的中心完全重合，这时，软件会记录下安装板24移动的距离，记为原点中心的差别距离；同样，软件也会旋转十字线，当两个十字线完全重合时，软件会记录到十字线旋转的角度；这两部分可以让软件记录下，实际激光画出的十字线，跟软件中定义的十字线的中心和角度两个维度的差值；影像长度校正就是计算相机中一个像素对应的实际距离，具体如下，先用激光画出一条指定线条的长度，然后移动安装板24，使得在软件中可以看到该线条，并在软件中输入该线条的长度，软件就会根据得到的像素值，和此长度对应起来；通常情况下，可以大概计算得到近似值，如本实用新型实施例中选用了200万像素的相机41，其感光芯片的大小为1/1.8’，查得资料得到，感光芯片的尺寸为7.2mm和5.4mm，对角线为9mm，镜头62的倍数为1倍，那么实际上，相机41实际显示到的范围也为7.2mm乘上5.4mm的矩形区域，所以实际上每个像素对应的距离就为7.2mm/1600，即0.0045mm，也就是4.5u，当然，由于机械组装，以及调节的限制，可能达不到此精度，但会大约为此值；实际使用时，产品上会有一个便于识别的特征，通常为十字，圆等比较有明显特征的图形；安装板24会先运动到特征区域，相机41进行拍照，然后根据拍照得到的图片，计算为特征在软件坐标系统中的位置，然后根据实际需要焊接的位置相对于特征的位置的偏差量，使安装板24运动需要焊接的位置，然后进行焊接，可以确保需要焊接的位置相对于特征非常准，通常的精度可达10u以内。

3、对高度定位装置5进行校正，譬如先找到焊接的焦点位置，确定后读取高度定位装置5的读数，软件会记录下该读数；考虑到干扰，以及消除抖动，软件会读取多次，然后取得平均值，使精度达到最佳；读到数值后，当实际焊接时，高度定位装置5会移动到需要焊接的位置，进行测量读数，读到后，跟事先确定焦点时的读数进行比较，计算出差值，根据差值的比例关系，就可以计算出实际焦点相差的距离，然后软件系统在进行焊接时，会补偿相应的距离，使得焊接的焦点非常一致；如本实用新型实施例中，选取的高度定位装置5的测量中心距离为50mm，探测范围为±10mm，就是说，该高度定位装置5的正常工作距离范围为40-60mm，即当高度定位装置5离物体的距离为40mm时，高度定位装置给出的电压为0V，当高度定位装置5离物体的距离为60mm时，高度定位装置5给出的电压为10V，即每伏电压对应的距离为2mm；如果校正时，在焦点处的读数为5V时，而实际焊接时，读数为5.5V，软件就会根据差值，即0.5V，计算得到焦点的位置相差1mm，从而在焊接时改变1mm的距离，使焦点位置保证跟校正时一样。

4、进行激光焊接，通过图像定位装置4进行水平面的定位，移位机构将安装板24移动至正确的水平位置，通过高度定位装置5进行竖直方向的定位，移位机构将安装板24移动至正确的竖直方向，继而开始进行激光焊接。

综上可知，本实用新型实施例至少具备以下有益效果：

1.实现了高度定位，具体为：一种激光焊接装置，包括，机座1，所述机座1的顶面设有焊接区11；移位机构，所述移位机构设于所述机座1的顶面，所述移位机构设有安装板24，所述安装板24能够在所述焊接区11上方进行上下左右前后的六向移动；激光焊接头3，所述激光焊接头3设于所述安装板24上；图像定位装置4，所述图像定位装置4设于所述安装板24上；以及高度定位装置5，所述高度定位装置5设于所述安装板24上，所述高度定位装置5能够测量自身与所述焊接区11的间距。在满足此结构后，高度定位装置5将测量结果反馈给激光焊接装置后，移位机构便可带动安装板24进行上下移动，以将激光焊接头3移动至正确的高度位置，从而切实解决现有技术无法进行高度定位的问题。

2.提高了高度测量的准确性，具体为：所述高度定位装置5为激光位移传感器。而激光位移传感器是利用激光技术进行测量的传感器，它由激光器、激光检测器和测量电路组成，光传感器是新型测量仪表，能够精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化。

3.进一步提高高度检测的准确性，具体为：所述激光位移传感器为三角测量型的激光位移传感器，所述三角测量型的激光位移传感器设有激光收发面，所述激光收发面与所述焊接区11相对。按照测量原理，激光位移传感器原理分为激光三角测量法和激光回波分析法，激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量，而激光回波分析法则用于远距离测量，又由于进行激光焊接的高度距离较短，所以使用三角测量型的激光位移传感器更符合实际需求。

4.确保激光能够被顺利反射，具体为：所述三角测量式传感器能够发出波长为645～665nm的激光。在满足此结构后，三角测量式传感器发出激光基本能被各种材质反射，而且反射过程不会发生漫反射，能够确保高度测量的准确性，特别激光波长为655nm时，其效果更佳。

5.实现了安装板24的六向移动，具体为：所述移位机构包括，第一直导轨211，所述第一直导轨211上安装有第一滑板221，所述第一滑板221能够在所述第一直导轨211上移动；第二直导轨212，所述第二直导轨212设于所述第一滑板221上，所述第二直导轨212与所述第一直导轨211相互垂直，所述第二直导轨212上安装有第二滑板222，所述第二滑板222能够在所述第二直导轨212上移动；以及第三直导轨213，所述第三直导轨213设于所述第二滑板222上，所述第三直导轨213与所述第二直导轨212相互垂直，所述第三直导轨213与所述第一直导轨211相互垂直，所述第三直导轨213上安装有第三滑板223，所述第三滑板223能够在所述第三直导轨213上移动，所述安装板24与所述第三滑板223联接固定。在满足此结构后，第一滑板221能够实现安装板24的左右移动，第二滑板222能够实现安装板24的前后移动，第三滑板223能够实现安装板24的上下移动，即实现了安装板24的六向移动，同理，激光焊接头3、图像定位装置4和高度定位装置5亦是如此。

6.减少了移位机构的负重，具体为：所述激光焊接头3设有激光输出端31和激光输入端32，所述激光输出端31朝向所述焊接区11，所述激光输入端32联接有光纤33，所述光纤33联接有激光发生器34，所述激光发生器34设于所述机座1上。在满足此结构后，激光发生器34无需与激光焊接头3设置为一体，即避免移位机构同时带动激光发生器34进行移动，不但减少了移位机构的负重，更提高了移位机构进行移位的效率。

7.实现了激光的射出，具体为：所述激光焊接头3包括准直镜35、聚焦镜36和反射镜37；所述准直镜35的一表面与所述激光输入端32相对，所述准直镜35相对的另一表面与所述反射镜37相对；所述聚焦镜36的一表面与所述反射镜37相对，所述聚焦镜36相对的另一表面与所述激光输出端31相对；所述反射镜37与所述准直镜35之间的夹角为45°，所述反射镜37与所述聚焦镜36之间的夹角为45°。在满足此结构后，由激光发生器34发出的激光，经过光纤34末端的QBH接头，以发散的方式射出，遇到准直镜35后，会变成平行光，再经过45度反射镜37的转折，使平行光线的传播方向改变了90度，再遇到聚焦镜36，在聚焦镜36的焦点处，聚成一个非常小的光点，功率密度极高，足以瞬间熔化金属。

8.对聚焦镜36进行保护，避免聚焦镜36受损，具体为：所述激光焊接头3还包括保护镜38，所述保护镜38设于所述聚焦镜36与所述激光输出端31之间。在满足此结构后，激光焊接过程中产生的火花将先溅射至保护镜38上，由于有保护镜38进行遮挡保护，聚焦镜36得以避免受损，为激光焊接头3的使用寿命提供了重要保障。

9.提高图像定位装置4的摄像清晰度，具体为：所述图像定位装置4包括相机41、镜头42和发光件43，所述相机41、所述镜头42和所述发光件43同轴布置，所述镜头42设于所述相机41与所述发光件43之间。在满足此结构后，则相机41、镜头42和发光件43布置为一同轴相机，相对于旁轴相机，同轴相机具有无视差、滤镜效果直观的优点，从而确保了在水平面定位的准确性。

10.提高了图像定位装置4的校正便利性，具体为：所述焊接区11内设有定位标记。在满足此结构后，图像定位装置4能够通过拍摄定位标记进行校正，由于定位标记(定位标记可是十字形或圆形等)的设置位置固定不变，从而节省不必要的运算，为校正操作带来更多的便利。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。