一种光纤激光缝焊系统的制作方法

本实用新型涉及焊接技术领域，具体涉及一种光纤光纤激光缝焊系统。

背景技术：

目前市面上大量使用的光电器件，特别是高速光电器件(比如光纤通信使用的半导体激光二极管、InP探测二极管等)都采用气密性良好的蝶形封装方式。这些光电器件的最后封盖都是采用以电阻焊为原理的传统平行缝焊机。

传统平行缝焊机的两个滚轮平行对称，分别接低电压大电流缝焊电源的正负两极，如图1所示。当两个滚轮分别压在缝焊的盖板和壳体边缘的缝隙处，大电流从正极滚轮,通过盖板和壳体接触的缝隙处,流向另一端的盖板和壳体接触的缝隙处，再到负极的滚轮。由于盖板和壳体接触地缝隙处的电阻比导线电阻大,大电流通过时会在缝隙处产生热量，使盖板和壳体之间缝隙熔接在一起；随着滚轮的前后移动(或者工件前后移动)，缝隙熔接成直线，达到缝焊的目的。

由于是两个滚轮分别压住两个盖板和壳体的接触缝隙处，缝焊出两条平行直线，故被称为平行缝焊机，又称平行封焊机。平行缝焊的原理简单,比较容易实现是它的优点；但由于平行缝焊是接触焊接，因此对缝隙要求比较高，容易出现打火；而且焊接质量还取决于滚轮压力、脉冲电源的电压电流参数、滚轮行进速度等诸多因素；焊接比较大的管壳还可以控制,如果焊接比较小的管壳，操作很难甚至无法缝焊；对于长方形和正方形的规整形状可以平行缝焊,而不规则形状的管壳就无法实现平行缝焊。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供改变现有的电阻接触式缝焊方式，采用光纤激光器焊接这种非接触焊接，实现多种焊缝的平行缝焊。

为了达到上述目的，本实用新型提出的技术方案如下：

一种光纤激光缝焊系统，包括激光器和缝焊工件所在的工件台，所述激光器通过传能光缆与激光器焊接头连接，所述激光器焊接头所发射的激光束与所述工件台其中之一静止，另一运动；所述激光器焊接头所发出的激光束与所述工件台之间的运动部件相对静止部件沿着缝焊工件的焊缝运动。

进一步的：所述激光器焊接头和焊接平台位于气体保护柜内；所述气体保护柜内通入的气体是氮气通过传输管与气源连接。

进一步的：在工件台上焊缝位置设置有气体喷头，所述气体喷头通过气管与氩气源连接；在所述气管上安装有电磁阀。

进一步的：所述激光器和焊接平台位于气体保护柜内。

进一步的：所述气体保护柜内通入的气体是氮气或是氩气；通过传输管与气源连接，在传输管上设置有电磁阀。

进一步的：还包括CCD相机，所述CCD相机安装在激光器焊接头上，所述CCD相机的焦点与激光器焊接头的焦点重合，其重合点对准焊缝。

进一步的：还包括垂直于工件台的Z轴丝杠组件，所述激光器焊接头安装在Z轴丝杠组件上。

进一步的：还包括控制系统，所述控制系统为计算机，所述激光器、工件台、电磁阀、CCD相机、Z轴丝杠组件均与计算机电连接。

进一步的：所述激光器焊接头静止，所述工件台通过移动平台相对所述焊接头沿着工件焊缝运动。

进一步的：所述移动平台为平行于工件台的XY滑台，所述XY滑台与计算机电连接。

进一步的：所述激光器焊接头为振镜式，所述工件台静止；所述振镜式激光器焊接头所发射的激光束相对工件焊缝扫描运动。

进一步的：所述振镜式激光器焊接头与计算机连接。

有益效果：

本实用新型提出了一种采用无接触方式焊接方式、可以替代平行缝焊机的光纤激光缝焊系统。由于是无接触焊接，完全避免了平行缝焊机接触打火的可能，也没有平行缝焊接触时需要调节压力参数的繁杂；而且，对焊缝的缝焊不受焊缝形状的限制,任何形状的焊缝都可以采用本系统来实现，极容易实现缝焊过程自动化的要求；

另外，对于无法用平行缝焊机缝焊的特小型光电器件管壳来说，本光纤激光缝焊系统具有无接触的优势,可以直接通过调节激光能量来实现特小型光电器件管壳的焊接。

光纤激光器模块，具有电光转换效率高、体积小、免维护等优点，保证了光纤激光器缝焊系统的长期可靠使用。

本光纤激光缝焊系统可以取代市面上的传统平行缝焊机，焊接质量高、应用广泛、节约成本、易于实现自动化，是十分有意义的高新科技创新产品。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

在附图中：

图1是现有技术中平行缝焊工作原理示意图；

图2是实施例一示意图；

图3是图2中XY滑台示意图；

图4是实施例二示意图；

图5图4中振镜工作原理示意图；

图6是半导体激光器结构图；

图7是半导体激光二级管泵浦的光纤激光器结构图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

1.12为光纤激光器，1.13为计算机，1.15为氮气柜，氮气源1.16，管道1.17，第一传能光缆1.3，激光器焊接头1.1，CCD相机1.2；

Z轴滑台1.4，Z轴马达1.5，工件1.6，工件台1.19，X轴滑台1.7，Y轴滑台1.9，X轴滑台马达1.8，Y轴滑台马达1.10；氩气源1.14，传输管1.11，电磁气体阀1.18；

准直镜组2.2，X扫描振镜2.4，Y扫描振镜2.5，聚焦镜组2.7，X扫描振镜马达2.3，Y扫描振镜马达2.6；

半导体激光器3.1，合束器3.2，第二传能光缆3.3；

半导体激光二级管4.1，合束器4.2，高反光栅4.3，低反光栅4.5，增益光纤4.4，包层光功率剥除器4.6，第三传能光缆4.7。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的不当限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种光纤激光缝焊系统，包括激光器和缝焊工件所在的工件台，所述激光器通过传能光缆与激光器焊接头连接，所述激光器焊接头所发射的激光束与所述工件台其中之一静止，另一运动；所述激光器焊接头所发出的激光束与所述工件台之间的运动部件相对静止部件沿着缝焊工件的焊缝运动。

通过激光器和工件台的相互配合运动，根据焊缝的走向确定焊接路径，改变现有技术中的采用电阻缝焊的方式，提供了新的光纤光纤激光缝焊系统，采用非接触式的焊接实现缝隙的焊接。

以上激光器焊接头或是工件台的移动方式在此不做限定；通常来说激光器焊接头或是工件台其中之一移动都可以通过X、Y、Z三向滑台完成；或是其他升降滑移结构，在此不做限定。

在本实用新型中并不限于是激光器发射的激光沿着待焊接的焊缝移动或是工件沿着待焊接的焊缝移动，以上两种机构沿着焊缝移动的轨迹是可以通过计算机模拟出来的，在本领域的技术人员来说是可以预见、并通过现有技术就可以实现的。

为保证工作的稳定性：所述激光器焊接头和焊接平台位于气体保护柜内。通入的气体在此不做限定，通常来说选用稳定不易发生反应的气体，例如氮气。

另外，为了焊接质量更稳定，在工件台上焊缝位置设置有气体喷头，所述气体喷头通过气管与氩气源连接；在所述气管上安装有电磁阀。氩气使封帽的焊接质量更好，并且也对焊缝起到冷却作用。电磁阀的开关可以手动或是通过计算机控制，在此不做限定。

另外为了更精确的焊接，在此还包括CCD相机，所述CCD相机安装在激光器焊接头上，CCD相机焦点与焊接头焦点重合，所述CCD相机焦点和激光器焊接头的焦点同时对准焊缝。CCD相机可以实现对焊接路径的准确聚焦和监控，确定激光器发射的的激光焦点。

进一步的：还包括垂直于工件台的Z轴丝杠组件，所述激光器焊接头安装在Z轴丝杠组件上。Z轴丝杠组件可以保证CCD相机和焊接头的焊接焦点调整；该Z轴丝杠组件可以用其他升降机构替代、例如气缸滑道的形式，或是齿轮齿条结构，在此不做限定。

进一步的：还包括控制系统，所述控制系统为计算机，所述激光器、工件台、电磁阀、CCD相机、Z轴丝杠组件均与计算机电连接。以上焊接的聚焦、激光焊接能量的发射等、保护气体的喷射等都采用计算机控制，此控制可以采用PLC或是其他控制器替换。

进一步的：所述激光器焊接头静止，所述工件台通过移动平台相对所述激光器焊接头所发射的激光束沿着工件焊缝运动。

工件沿着焊缝相对激光器运动，由于激光器的焊接焦距通过Z轴的丝杠组件调节；因此工件的移动，在此移动平台为平行于工件台的XY滑台，所述XY滑台与计算机电连接。

XY滑台(两组相互垂直的丝杠组件)包括X滑台1.7和Y轴滑台1.9，X滑台1.7和Y轴滑台1.9采用相互垂直叠加安装，工件台1.19安装在X滑台1.7上，并随X和Y滑台(1.7和1.9)移动而移动。

计算机1.13分别驱动X轴滑台马达1.8和Y轴滑台1.10分别使其对应的X轴滑台1.7和Y轴滑台1.9移动。

由于丝杠组件更加成熟因此作为最佳选择，但是XY滑台可以采用其他的结构实现相互垂直的移动，在此不做限定。

进一步的：所述激光器焊接头为振镜式，所述工件台静止；所述振镜式激光器焊接头所发射的激光束相对工件焊缝扫描运动。所述振镜式激光器焊接头与计算机连接。

采用振镜式焊接头的话，可以使结构更加简化，工件无需移动，对整个系统的维护更加简便。

在此振镜式激光器焊接头内部设置准直镜组2.2、X扫描振镜2.4、Y扫描振镜2.5以及聚焦镜组2.7。

X扫描振镜2.4和Y扫描振镜2.5为反射镜；其中X扫描振镜2.4连接有X扫描振镜马达2.3；Y扫描振镜2.5连接有Y扫描振镜2.6。X扫描振镜马达2.3和Y扫描振镜马达2.6分别与计算机1.13连接。

计算机1.13通过控制马达2.3和2.6，驱动X扫描镜和Y扫描镜旋转，激光光束经过准直镜组2.2准直后，依次经过X扫描振镜2.4和Y扫描振镜2.5的反射，被反射后的激光光束进入聚焦镜组2.7，经聚焦后激光光束集中在加工件1.6上；将激光光束投射到需要缝焊的地方。

焊缝的形状并不限于长方形或正方形，基本上任何平面的几何图形的管壳都可以在振镜式光纤光纤激光缝焊系统的工件台上完成缝焊，这也是比传统平行缝焊机优越的地方。

进一步的：光纤激光器是以光纤为光能量传导的激光器，可以是半导体激光器和半导体泵浦的光纤激光器。

实施例一

一种光纤激光缝焊系统，包括激光器和缝焊工件所在的工件台，所述激光器通过传能光缆与激光器焊接头连接，所述激光器焊接头所发射的激光束静止(即激光器焊接头静止)，工件所在的工件台相对焊接头沿着缝焊工件的焊缝运动。

XY滑台(两组相互垂直的丝杠组件)包括X滑台1.7和Y轴滑台1.9，X滑台1.7和Y轴滑台1.9采用相互垂直叠加安装，工件台1.19安装在X滑台1.7上，并随X和Y滑台(1.7和1.9)移动而移动。

计算机1.13分别驱动X轴滑台马达1.8和Y轴滑台1.10分别使其对应的X轴滑台1.7和Y轴滑台1.9移动。

光纤激光器1.12通过第一传能光缆1.3将激光接入到点焊头1.1，经过点焊头内部的镜片准直聚焦后，激光可以聚焦在待缝焊的工件上；所述CCD相机与安装在点焊头1.1上，用于调节点焊头1.1的焊接焦距和焊缝成像。点焊头安装在Z轴丝杠组件上。

所述点焊头和焊接平台位于气体保护柜内，气体保护柜内内与氮气源连接，使气体保护柜内充满氮气。所述气体保护柜内通入的气体是氮气或是氩气；通过传输管与气源连接，在传输管上设置有电磁阀。

还包括控制系统，所述控制系统为计算机，所述激光器、工件台、电磁阀、CCD相机、Z轴丝杠组件、XY滑台均与计算机电连接。

本系统的工作过程如下：

首先，需要缝焊的工件1.6固定于工件台1.19上，在气体保护柜内充满氮气，光纤激光器1.12通过第一传能光缆1.3将激光接入到点焊头1.1，经过点焊头内部的镜片准直聚焦后，激光可以聚焦在待缝焊的工件上；

其次，通过CCD相机，用导引指示光观察，调节点焊头的Z轴滑台1.4来寻找最佳聚焦点；Z轴马达1.5控制Z轴滑台1.4的线形移动；

第三，通过调节X轴滑台马达1.8和Y轴滑台马达1.10，进而调整X轴滑台1.7和Y轴滑台1.9移动；确定焊接位置；

光纤激光缝焊操作过程中，计算机根据加工件的尺寸设置好点焊头高度、X和Y轴位置、X和Y轴运行速度，同时光纤激光器设置好脉冲宽度、能量、频率和占空比，程序指令发出后光纤激光器和X和Y轴滑动平移台同时工作，将工件1.6有效地缝焊起来。通过进料、出料机器手的设计，采用光纤光纤激光缝焊系统很容易实现管壳工件缝焊的自动化，这也是光纤光纤激光缝焊系统超越传统平行缝焊机的第二大优势。

通过计算机程序的一系列编程操作，光纤激光就可以按工艺要求将管壳工件需要缝焊的缝隙完整地焊接起来。不限于长方形或正方形，基本上任何平面的几何图形的管壳都可以在光纤光纤激光缝焊系统的平台上完成缝焊，这也是比传统平行缝焊机优越的地方。

半导体激光器由多只半导体激光二极管合束而成，合束后的激光通过传能光缆输出。具体结构如图6，多只半导体激光器3.1输出光纤分别与合束器3.2输入光纤熔接，合束器3.2输出光纤与第二传能光缆3.3熔接，通过合束器将半导体激光器发出的激光合到一根光纤中，得到叠加的激光能量。

其中，半导体激光器的激光通过光纤耦合输出，半导体激光器的输出光纤与合束器输入光纤相同。半导体激光二极管的数目不少于1只，且不大于合束器输入光纤数目。合束器输出光纤与光纤输出头光纤相同。

实施例二

一种光纤激光缝焊系统，包括激光器和缝焊工件所在的工件台，所述激光器通过传能光缆与激光器焊接头连接，所述激光器焊接头采用振镜式激光器焊接头，所述工件台静止；所述振镜式激光器焊接头所发射的激光光束相对工件焊缝扫描运动。

光纤激光器通过第一传能光缆1.3将激光接入到焊接头1.1，经过焊接头内部的镜片准直聚焦后，激光可以聚焦在待缝焊的工件上；所述CCD相机与安装在点焊头1.1上，用于调节点焊头1.1的焊接焦距和焊缝成像。点焊头安装在Z轴丝杠组件上。

振镜式焊接头内部设置准直镜组2.2、扫描振镜2.4和2.5以及聚焦镜组2.7，激光经过准直镜组2.2准直后，依次经过X扫描振镜2.4和Y扫描振镜2.5为反射镜；其中X扫描振镜2.4连接有X扫描振镜马达2.3；Y扫描振镜2.5连接有Y扫描振镜马达2.6。X扫描振镜马达2.3和Y扫描振镜马达2.6分别与计算机1.13连接。

计算机1.13通过控制马达2.3和2.6，驱动X和Y扫描镜旋转，激光光束依次经过X扫描振镜2.4和Y扫描振镜2.5的反射，被反射后的激光光束进入聚焦镜组2.7，经聚焦后激光光束集中在加工件1.6上；将激光光束投射到需要缝焊的地方。

焊缝的形状并不限于长方形或正方形，基本上任何平面的几何图形的管壳都可以在振镜式光纤光纤激光缝焊系统的工件台上完成缝焊，这也是比传统平行缝焊机优越的地方。

所述点焊头和焊接平台位于气体保护柜内，气体保护柜内内与氮气源连接，使气体保护柜内充满氮气。所述气体保护柜内通入的气体是氮气或是氩气；通过传输管与气源连接，在传输管上设置有电磁阀。

还包括控制系统，所述控制系统为计算机，所述激光器、工件台、电磁阀、CCD相机、Z轴丝杠组件均与计算机电连接。

本系统的工作过程如下：

首先，需要缝焊的工件1.6固定于工件台1.19上，在气体保护柜内充满氮气，光纤激光器1.12通过第一传能光缆1.3将激光接入到点焊头1.1，经过点焊头内部的镜片准直聚焦后，激光可以聚焦在待缝焊的工件上；

其次，通过CCD相机，用导引指示光观察焦点，调节点焊头的Z轴滑台1.4来寻找最佳聚焦点；Z轴马达1.5控制Z轴滑台1.4的线形移动；

第四，通过调节X扫描振镜马达2.3和Y扫描振镜马达2.6，激光光束依次经过X扫描振镜2.4和Y扫描振镜2.5，被反射后的激光光束进入聚焦镜组2.7，经聚焦后激光光束集中在加工件1.6上确定激光束的反射路径，确定焊接位置；

计算机1.13通过软件控制振镜里的马达2.3和2.6，进而控制X扫描振镜2.4和Y扫描振镜2.5，使在X和Y扫描振镜上反射的激光光束在工件上扫描。通过计算机程序的一系列编程操作，光纤激光就可以按工艺要求将管壳工件需要缝焊的缝隙完整地焊接起来。不限于长方形或正方形，基本上任何平面的几何图形的管壳都可以在振镜式光纤光纤激光缝焊系统的工件台上完成缝焊，这也是比传统平行缝焊机优越的地方。

另外，半导体激光二级管泵浦的光纤激光器结构如图7所示，包含半导体激光二级管4.1，合束器4.2，高反光栅4.3，低反光栅4.5，增益光纤4.4，包层光功率剥除器4.6和第三传能光缆4.7。激光电源作用在半导体激光二极管4.1上使其发出泵浦光，各个半导体激光二极管发出的光经由合束器4.2合进一根光纤，合束后的泵浦光进入由高反光栅4.3、低反光栅4.5和增益光纤4.4形成的谐振腔中。在光学谐振腔中，增益光纤纤芯掺杂的稀土材料吸收泵浦光形成粒子数反转，反转后的粒子在受激辐射和谐振腔作用下形成激光，激光经过包层光剥除器4.6和第三传能光缆4.7输出。包层光剥除器用于将谐振腔中未被完全吸收的泵浦光剥除出光纤，减少泵浦光对出光质量的干扰。

半导体激光二极管带尾纤，泵浦光从尾纤输出，半导体激光二极管的尾纤与泵浦合束器的输入光纤相同；泵浦合束器有多根输入光纤，光纤激光器中泵浦激光二极管数目小于泵浦合束器输入光纤数目；泵浦合束器输出光纤、高反光栅光纤、低反光栅光纤和包层光剥除器光纤相同；光纤输出头的光纤为多模光纤，输出多模激光器便于激光焊接。高反光栅对所产生激光的反射率大于99％，低反光栅对所产生激光的反射率为10％。

相比较传统的电阻焊平行缝焊机，光纤激光缝焊机体积小，全光纤结构免维护，操作简单，封装小型器件不会出现打火现象，可以实现自动化生产，降低生产成本的同时提高效率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。