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激光锡焊光学镜头

阅读：402发布：2021-09-20

专利汇可以提供激光锡焊光学镜头专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及激光焊接技术领域，具体涉及激光锡焊光学镜头，包括焊接头组件、光纤准直耦合组件、红外测温组件、视觉监测组件和安装箱，安装箱内设置有第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，第一反射镜与光纤准直耦合组件对应设置，第二反射镜同时与红外测温组件和视觉监测组件对应设置，第三反射镜同时与第一反射镜、第二反射镜和焊接头组件对应设置，红外测温组件发射的红外线和光纤准直耦合组件发射的近平行光保持同轴，本技术方案实现了激光、红外测温与视觉观察三点同轴的技术效果，从而提高了对带焊接件收到激光光束照射时激光能量密度的测量，并且能够对焊接过程进行实时视觉监控，提高了焊接的精度，最终提高了产品的良品率。，下面是激光锡焊光学镜头专利的具体信息内容。

权利要求

1.激光锡焊光学镜头，其特征在于：包括焊接头组件(1)、光纤准直耦合组件(2)、红外测温组件(3)、视觉监测组件(4)和安装箱(5)，所述焊接头组件(1)、光纤准直耦合组件(2)、红外测温组件(3)、视觉监测组件(4)均安装在所述安装箱(5)上；
所述安装箱(5)内设置有第一反射镜(51)、第二反射镜(52)和第三反射镜(53)，所述第一反射镜(51)与所述光纤准直耦合组件(2)对应设置，所述第二反射镜(52)同时与所述红外测温组件(3)和所述视觉监测组件(4)对应设置，且所述视觉监测组件(4)相对于所述红外测温组件(3)位于所述第二反射镜(52)的另一侧，所述第三反射镜(53)同时与所述第一反射镜(51)、第二反射镜(52)和所述焊接头组件(1)对应设置，所述红外测温组件(3)发射的红外线依次穿过所述第二反射镜(52)和所述第三反射镜(53)到达所述焊接头组件(1)，所述光纤准直耦合组件(2)发射的近平行光依次经过所述第一反射镜(51)和所述第三反射镜(53)到达所述焊接头组件(1)，所述红外测温组件(3)发射的红外线和所述光纤准直耦合组件(2)发射的近平行光保持同轴。
2.根据权利要求1所述的激光锡焊光学镜头，其特征在于：所述光纤准直耦合组件(2)包括空心的第一外层壳体(21)，所述第一外层壳体(21)与所述安装箱(5)固定连接，所述第一外层壳体(21)上开设有竖直的第一滑槽(211)，所述第一外层壳体(21)的内部设置有空心的第一内层壳体(22)，所述第一内层壳体(22)上设置有矩形齿条(221)，所述矩形齿条(221)滑动卡合在所述第一滑槽(211)内，所述第一滑槽(211)的长度大于所述矩形齿条(221)的长度，所述第一外层壳体(21)上还设置有微型电机(23)，所述微型电机(23)传动连接有圆柱齿轮(231)，所述圆柱齿轮(231)与所述矩形齿条(221)相匹配设置。
3.根据权利要求2所述的激光锡焊光学镜头，其特征在于：所述第一内层壳体(22)的顶端设置有光纤连接器(222)，所述光纤连接器(222)外接光纤，所述第一内层壳体(22)的内部水平设置有第一光学聚焦镜(223)，所述第一光学聚焦镜(223)与所述第一反射镜(51)对应设置。
4.根据权利要求1所述的激光锡焊光学镜头，其特征在于：所述光纤准直耦合组件(2)包括空心的第二外层壳体(24)，所述第二外层壳体(24)与所述安装箱(5)固定连接，所述第二外层壳体(24)上开设有斜向的第二滑槽(241)，所述第二外层壳体(24)的内部设置有空心的第二内层壳体(25)，所述第二内层壳体(25)上开设有竖直的第三滑槽(251)，所述第二内层壳体(25)内滑动设置有滑动块(252)，所述滑动块(252)上设置有拨块(253)，所述拨块(253)同时卡合在所述第二滑槽(241)和所述第三滑槽(251)内并伸出所述第二滑槽(241)外，所述滑动块(252)内水平卡合有第二光学聚焦镜(254)，所述第二光学聚焦镜(254)与所述第一反射镜(51)对应设置。
5.根据权利要求4所述的激光锡焊光学镜头，其特征在于：所述第二内层壳体(25)的顶端设置有光纤连接器(222)，所述光纤连接器(222)外接有光纤。
6.根据权利要求1所述的激光锡焊光学镜头，其特征在于：所述红外测温组件(3)包括温度探头调整架(31)，所述温度探头调整架(31)包括上层调整板(311)和下层固定板(312)，所述下层固定板(312)固定在所述安装箱(5)上，所述上层调整板(311)上相互远离的两端分别穿设有第一螺纹副(3111)和第二螺纹副(3112)，所述下层固定板(312)的顶面上开设有调整槽(313)，所述调整槽(313)位于所述第二螺纹副(3112)的正下方，所述第一螺纹副(3111)和所述第二螺纹副(3112)的底端均呈球状，所述第一螺纹副(3111)的底端与所述下层固定板(312)的顶面相接，所述第二螺纹副(3112)的底端卡合于所述调整槽(313)内，所述上层调整板(311)和所述下层固定板(312)之间还卡合有钢球(314)，所述上层调整板(311)和所述下层固定板(312)上竖直开设有同轴的红外测温通道(3121)，所述上层调整板(311)上设置有测温探头(315)，所述测温探头(315)发射的红外线通过红外测温通道(3121)到达所述焊接头组件(1)。
7.根据权利要求6所述的激光锡焊光学镜头，其特征在于：所述上层调整板(311)和所述下层固定板(312)均为大小相同的正方形板，所述第一螺纹副(3111)和所述第二螺纹副(3112)分别位于两对角处，所述钢球(314)位于另一角。
8.根据权利要求6所述的激光锡焊光学镜头，其特征在于：所述上层调整板(311)和所述下层固定板(312)上穿设有螺钉(316)，所述螺钉(316)固定在所述下层固定板(312)上，所述螺钉(316)与所述上层调整板(311)之间存在有空隙。

说明书全文

激光锡焊光学镜头

技术领域

[0001] 本实用新型涉及激光焊接技术领域，具体涉及激光锡焊光学镜头。

背景技术

[0002] 得益于激光高能量密度的特性，应用激光作为加热源的激光焊接设备可在金属表面通过激光进行瞬间的高温加热，从而进行焊接作业。在实际的生产过程中，通常是通过检测待焊接件表面的温度以获知作用于待焊接件表面的激光束的能量大小，进而对焊接过程进行控制。

[0003] 然而，在现有技术中，通常是在激光焊接设备的激光发射头外假装测温元件以实时检测待焊接件的温度变化，然而，外部装设的测温元件所发射出的红外光束往往难以与激光头所发射出的光束保持同轴，进而无法准确测量待焊接件上受到激光束照射处的实际温度，导致测量精度不高，从而影响焊接的精度。

[0004] 专利号为CN201821078591.4的中国专利《激光焊接头及激光焊接设备》公开了一种用于激光焊接的光学镜头设备，然而其结构过于复杂，测温红外线需要经过多面反射镜后才能够与激光实现同轴，易出现误差，同时其精度不高，难以对测温红外线进行调整，导致焊接过程的精度不高。实用新型内容

[0005] 针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供了激光锡焊光学镜头，所要解决的技术问题是如何在简化结构的基础上实现激光、红外测温和视觉观察三点同轴的技术效果，同时能够保证对焊接过程的高精度监测。

[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案是：激光锡焊光学镜头包括焊接头组件、光纤准直耦合组件、红外测温组件、视觉监测组件和安装箱，焊接头组件、光纤准直耦合组件、红外测温组件、视觉监测组件均安装在安装箱上；

[0007] 安装箱内设置有第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，第一反射镜与光纤准直耦合组件对应设置，第二反射镜同时与红外测温组件和视觉监测组件对应设置，且视觉监测组件相对于红外测温组件位于第二反射镜的另一侧，第三反射镜同时与第一反射镜、第二反射镜和焊接头组件对应设置，红外测温组件发射的红外线依次穿过第二反射镜和第三反射镜到达焊接头组件，光纤准直耦合组件发射的近平行光依次经过第一反射镜和第三反射镜到达焊接头组件，红外测温组件发射的红外线和光纤准直耦合组件发射的近平行光保持同轴。

[0008] 进一步地，光学准直耦合组件包括空心的第一外层壳体，第一外层壳体与安装箱固定连接，第一外层壳体上开设有竖直的第一滑槽，第一外层壳体的内部设置有空心的第一内层壳体，第一内层壳体上设置有矩形齿条，矩形齿条卡合在第一滑槽内，第一滑槽的长度大于矩形齿条的长度，第一外层壳体上还设置有微型电机，微型电机转动连接有圆柱齿轮，圆柱齿轮与矩形齿条相匹配设置。

[0009] 进一步地，第一内层壳体的顶端设置有光纤连接器，光纤连接器外接光纤，第一内层壳体的内部水平设置有第一光学聚焦镜，第一光学聚焦镜与第一反射镜对应设置。

[0010] 进一步地，光学准直耦合组件包括空心的第二外层壳体，第二外层壳体与安装箱固定连接，第二外层壳体上开设有斜向的第二滑槽，第二外层壳体的内部设置有空心的第二内层壳体，第二内层壳体上开设有竖直的第三滑槽，第二内层壳体内滑动设置有滑动块，滑动块上设置有拨块，拨块同时卡合在第二滑槽和第三滑槽内并伸出第二滑槽外，滑动块水平卡合有第二光学聚焦镜，第二光学聚焦镜与第一反射镜对应设置。

[0011] 进一步地，第二内层壳体的顶端设置有光纤连接器，光纤连接器外接有光纤。

[0012] 进一步地，红外测温组件包括温度探头调整架，温度探头调整架包括上层调整板和下层固定板，下层固定板固定在安装箱上，上层调整板上远离的两端分别穿设有第一螺纹副和第二螺纹副，下层固定板的顶面上开设有调整槽，调整槽位于第二螺纹副的正下方，第一螺纹副和第二螺纹副的底端均呈球状，第一螺纹副的底端与下层固定板的顶面相接，第二螺纹副的底端卡合于调整槽内，上层调整板和下层固定板之间还卡合有钢球，上层调整板和下层固定板上竖直开设有同轴的红外测温通道，上层调整板上设置有测温探头，测温探头发射的红外线通过红外测温通道到达焊接头组件。

[0013] 进一步地，上层调整板和下层固定板均为大小相同的正方形板，第一螺纹副和第二螺纹副分别位于两对角处，钢球位于另一角。

[0014] 进一步地，上层调整板和下层固定板上穿设有螺钉，螺钉固定在下层固定板上，螺钉与上层调整板之间存在有空隙。

[0015] 本实用新型采用三块反射镜相互组合的结构实现了激光、红外测温与视觉观察三点同轴的技术效果，从而提高了对待焊接件收到激光光束照射时激光能量密度的测量精度，同时也能够测得焊接处的温度变化，并且能够对焊接过程进行实时视觉监控，提高了焊接的精度，最终提高了产品的良品率。附图说明

[0016] 附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

[0017] 图1为本实用新型激光锡焊光学镜头在实施例1或2中的立体结构示意图；

[0018] 图2为本实用新型激光锡焊光学镜头在实施例1或2中的主视图；

[0019] 图3为本实用新型激光锡焊光学镜头在实施例1中光纤准直耦合组件的结构示意图；

[0020] 图4为本实用新型激光锡焊光学镜头在实施例1中光纤准直耦合组件的内部结构示意图；

[0021] 图5为本实用新型激光锡焊光学镜头在实施例1中光纤准直耦合组件的剖视图；

[0022] 图6为本实用新型激光锡焊光学镜头在实施例1或2中红外测温组件的结构示意图；

[0023] 图7为本实用新型激光锡焊光学镜头在实施例1或2中红外测温组件的上层调整板和下层固定板的结构示意图

[0024] 图8为本实用新型激光锡焊光学镜头在实施例2中光纤准直耦合组件的结构示意图；

[0025] 图9为本实用新型激光锡焊光学镜头在实施例2中光纤准直耦合组件的爆炸结构示意图

[0026] 图10为本实用新型激光锡焊光学镜头在实施例2中光纤准直耦合组件的剖视图。

[0027] 图中：1-焊接头组件、2-光纤准直耦合组件、21-第一外层壳体、211-第一花草、22-第一内层壳体、221-矩形齿条、222-光纤连接器、223-第一光学聚焦镜、23-微型电机、231-圆柱齿轮、24-第二外层壳体、241-第二滑槽、25-第二内层壳体、251-第三滑槽、252-滑动块、253-拨块、254-第二光学聚焦镜、3-红外测温组件、31-探头调整架、311-上层调整板、31111-第一螺纹副、3112-第二螺纹副、312-下层固定板、3121-红外测温通道、313-调整槽、
314-钢球、315-测温探头、316-螺钉、4-视觉监测组件、5-安装箱、51-第一反射镜、52-第二反射镜、53-第三反射镜。

具体实施方式

[0028] 以下结合附图对本实用新型的优选实例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

[0029] 如图1至7所示，这种激光锡焊光学镜头，能够在一个简易的结构下实现激光、红外测温与视觉观察三点同轴的技术效果，从而提高了对带焊接件收到激光光束照射时激光能量密度的测量精度，同时也能够测得焊接处的温度变化，并且能够对焊接过程进行实时视觉监控，提高了焊接的精度，最终提高了产品的良品率。具体为，该激光锡焊光学镜头包括焊接头组件1、光纤准直耦合组件2、红外测温组件3、视觉监测组件4和安装箱5，其中焊接头组件1、光纤准直耦合组件2、红外测温组件3、视觉监测组件4均安装在安装箱5上。焊接头组件1的主要作用是在接收平行光后将激光发射到待焊接件上进行焊接，光纤准直耦合组件2的主要作用是连接光纤并传输激光，红外测温组件3的主要作用是利用测温红外线测量待焊接件受到激光照射处的激光能量密度，以及测量焊接处的温度，从而实现对焊接效果的实时监控，视觉监测组件的主要作用是实现实时观测激光焊接的完整过程。

[0030] 安装箱5内设置有第一反射镜51、第二反射镜52和第三反射镜53，三组反射镜构成的反射镜组相互配合完成了激光的传输与反射整个过程。第一反射镜51与光线准直耦合组件2对应设置，这样可以使得通过光线准直耦合组件2汇聚的近平行光能够照射到第一反射镜51上。第二反射镜52同时与红外测温组件3和视觉监测组件4对应设置，这样可以使得红外测温组件3发射的红外线能够照射到第二反射镜52上，同时，经过光反射成像后的物体也能够通过第二反射镜52照射到视觉监测组件4上。且视觉监测组件4相对于红外测温组件3位于第二反射镜52的另一侧，从而可以只通过一个反射镜即可实现在成像的同时满足红外测温的目的，节省了空间。

[0031] 第三反射镜53同时与第一反射镜51、第二反射镜52和焊接头组件1对应设置，红外测温组件3发射的红外线依次穿过第二反射镜52和第三反射镜53到达焊接头组件1，光纤准直耦合组件2发射的近平行光依次经过第一反射镜51和第三反射镜53到达焊接头组件1。这样可以使得第三反射镜53与第一反射镜51和第二反射镜52构成一个直角三角形，从而在只采用三个反射镜的条件下实现了传输激光、红外测温和视觉成像三个效果，节省了空间，提高了利用率，同时结构精简，效果好。红外测温组件3发射的红外线和光纤准直耦合组件2发射的近平行光保持同轴，这样可以使得在进行激光焊接的过程中，测温红外线能够准确的测量出待焊接件受到激光光束照射时的激光能量密度，同时也能够测得待焊接件焊接处的温度变化，从而实现对焊接效果的实时监控，提高良品率。

[0032] 在本实施例中，光学准直耦合组件2包括空心的第一外层壳体21，该第一外层壳体21与安装箱5固定连接，第一外层壳体21上开设有竖直的第一滑槽211，第一外层壳体21的内部设置有空心的第一内层壳体22，第一内层壳体22上设置有矩形齿条221，该矩形齿条
221滑动卡合在第一滑槽211内，第一滑槽211的长度大于矩形齿条221的长度，这样可以使得矩形齿条221能够在第一滑槽211内上下滑动。第一外层壳体21上还设置有微型电机23，该微型电机23传动连接有圆柱齿轮231，该圆柱齿轮231与矩形齿条221相匹配设置。由于第一外层壳体21固定在安装箱5上而微型电机23又固定在第一外层壳体21上，因此，当启动微型电机23后，该微型电机23会驱动圆柱齿轮231转动，从而带动矩形齿条221上下移动，而矩形齿条221则会带动第一内层壳体22上下移动。通过调节第一内层壳体22的高度，可控制从光纤耦合输出准直聚焦口发射到光学聚焦镜的距离，从而调节落到光学聚焦镜上的光斑大小，进而实现对激光的能量和密度进行调节，进一步提高了激光锡焊过程的精准度和效率。

[0033] 在本实施例中，第一内层壳体22的顶端设置有光纤连接器222，该光纤连接器222外接有光纤，第一内层壳体22的内部水平设置有第一光学聚焦镜223，该第一光学聚焦镜223与第一反射镜51对应设置。通过光纤连接器222中的光纤耦合输出准直聚焦口可以将光纤传输来的发散的光变成平行光并照射到第一光学聚焦镜223上，通过第一光学聚焦镜223与第一反射镜51的对应设置可以将照射到第一光学聚焦镜223上的平行光照射到第一反射镜51上，随后第一反射镜51会发射激光到第三反射镜53上，并最后通过焊接头组件1实现激光焊接。

[0034] 在本实施例中，红外测温组件3包括温度探头调整架31，该温度探头调整架的主要作用是用来调节测温探头发出的测温红外线的角度和方向，从而使其与激光同轴，提高测量的精度。该温度探头调整架31包括上层调整板311和下层固定板312，其中，下层固定板312固定在安装箱5上，上层调整板311上相互远离的两端分别穿设有第一螺纹副3111和第二螺纹副3112，下层固定板312的顶面上开设有调整槽313，该调整槽313位于第二螺纹副
3112的正下方。同时，第一螺纹副3111和第二螺纹副3112的底端均呈球状，第一螺纹副3111的底端与下层固定板312的顶面相接，第二螺纹副3112的底端卡合于调整槽313内，上层调整板311和下层固定板312之间还卡合有钢球314。由于第一螺纹副3111和第二螺纹副3112的底端均抵在下层固定板312上，因此，第一螺纹副3111和第二螺纹副3112以及钢球314均能起到一个支撑固定的作用，同时，由于其底端呈球状，并且第二螺纹副3112是卡合在比下层固定板312的顶面更低一点的调整槽313内的，且钢球314也是球状，因此可以通过调整第二螺纹副3112的位置来实现调整上层调整板311的角度。上层调整板311上设置有测温探头
315，上层调整板311和下层固定板312上还竖直开设有同轴的红外测温通道3121，测温探头
315发射的红外线通过红外测温通道3121到达焊接头组件1，这样可以使得通过调整上层调整板311的角度，即可对测温探头315发出的测温红外线的角度和方向进行调整，从而使其与激光同轴，以提高测温精度。

[0035] 在本实施例中，上层调整板311和下层固定板312均为大小相同的正方形板，第一螺纹副3111和第二螺纹副3112分别位于两对角处，钢球314则位于另一角，由于该结构为规则图形，因此第一螺纹副3111、第二螺纹副3112和钢球314分别位于三个角的方位设计可以有效平衡各个方向上的力，从而便于对上层调整板311进行调节。

[0036] 在本实施例中，上层调整板311和下层固定板312上穿设有螺钉316，该螺钉316固定在下层固定板312上，并且与上层调整板311之间存在有空隙。该螺钉主要起到的是一个限位的作用，其与下层固定板312使其无法自由活动，但其穿设于上层调整板311并且与上层调整板311存在有空隙，这样可以使得在对上层调整板311进行调整时，螺钉316能够对上层调整板311的调整幅度进行限位，进一步提高了实用性能。

[0037] 如图8至10所示，在本实施例中，光学准直耦合组件2包括空心的第二外层壳体24，该第二外层壳体24与安装箱5固定连接，第二外层壳体24上开设有斜向的第二滑槽241，第二外层壳体24的内部设置有空心的第二内层壳体25，该第二内层壳体25上开设有竖直的第三滑槽251，该第二内层壳体24内滑动设置有滑动块252，该滑动块252上设置有拨块253，该拨块253同时卡合在第二滑槽241和第三滑槽253内并伸出第二滑槽241外，这样可以使得通过斜向拨动拨块253，能够使滑动块252旋转上升或下降。滑动块252内还水平卡合有第二光学聚焦镜254，该第二光学聚焦镜254与第一反射镜51对应设置。这样可以使得在需要调节激光的能量和密度大小时，可通过手动拨动拨块253，从而控制滑动块252上升或下降，从而调节光纤耦合准直聚焦口发射到光学聚焦镜的距离，从而调节落到光学聚焦镜上的光斑的大小，进而实现对激光的能量和密度进行调节，进一步提高了激光锡焊过程的精准度和效率。同时，第二光学聚焦镜254与第一反射镜51对应设置，这样可以使得第二光学聚焦镜254能够将激光反射到第一反射镜51上，从而再通过第一反射镜51将激光反射到第三反射镜53上，最后通过焊接头1组件发射激光进行焊接。

[0038] 在本实施例中，第二内层壳体25的顶端设置有光纤连接器222，该光纤连接器222外接有光纤。这样可以使得通过光纤连接器222中的光纤耦合输出准直聚焦口可以将光纤传输来的发散的光变成近平行光并照射到第二光学聚焦镜254上。

[0039] 综上所述，本实用新型激光锡焊光学镜头的工作原理是：将光纤连接到光纤准直耦合组件2的光纤连接器222上，通过微型电机23驱动或者手动拨动拨块253的方式对光纤连接器222到第一光学聚焦镜223或第二光学聚焦镜254的距离进行调整，从而改变照射到第一光学聚焦镜223或第二光学聚焦镜254上光斑的大小，同时，该光斑会通过第一反射镜51及第三反射镜53从焊接头组件1处射出，因此进而可以改变激光的密度和能量大小，以对锡焊过程中的精度和时间等进行调整。同时，带焊接件能够通过第三反射镜53和第二反射镜52成像至视觉监测组件4，从而方便工作人员对焊接的过程进行视觉监测，进一步提高了过程的精度和成品率。最后，通过对上层调整板312的调节可实现对测温探头315发出的测温红外线的方向和角度进行调节，使测温红外线与激光同轴，以提高对待焊接件受到激光照射处的激光能量密度和温度的监控。

[0040] 最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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激光锡焊光学镜头

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