自带冷热交换流道式激光焊接振镜系统的制作方法

本发明属于激光振镜，具体涉及一种自带冷热交换流道式激光焊接振镜系统。

背景技术：

1、振镜简单来讲是用在激光行业的一种扫描振镜，其专业名词叫做高速扫描振镜(也称为galvo scanning system)。所谓振镜，又可以称之为电流表计，它的设计思路完全沿袭电流表的设计方法，镜片取代了表针，而探头的信号由计算机控制的-5v～5v或-10v～10v的直流信号取代，以完成预定的动作。同转镜式扫描系统相同，这种典型的控制系统采用了一对折返镜，不同的是，驱动这套镜片的步进电机被伺服电机所取代，在这套控制系统中，位置传感器的使用和负反馈回路的设计思路进一步保证了系统的精度，整个系统的扫描速度和重复定位精度达到一个新的水平。

2、然而，在实际使用过程，会存在以下技术缺陷：

3、1)、折返镜在高速的往复运动中，一旦所安装的镜座出现重心不稳，或者在运动中产生运动方向以外的惯量，致使镜片自身相对偏转，因此，直接影响同心的重合度，造成聚焦的精度低；

4、2)、常规激光入射角度和输出角度之间是垂直的，因此，在一些特殊工况中，很难满足加工的需要；

5、3)、折返镜设定行程后，无法进行扩展调节，造成使用存在很大的局限性；

6、4)、针对同转镜，也就是绕着竖直方向和水平方向同步转动的反射镜，若不能使其重心在电机的轴线上，其所形成转动惯量不一致，因此，在同步转动中会存在偏移，直接影响产品焊接的品质；

7、5、无法对内部零件进行散热(热交换)，致使光学热稳定性及驱动器的驱动精度存在不足。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的自带冷热交换流道式激光焊接振镜系统。

2、为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：一种自带冷热交换流道式激光焊接振镜系统，其包括具有激光输入通道和激光输出通道的器座、动态聚焦模组、同转式反射镜模组，所述同转式反射镜模组包括第一翻转反射镜单元和第二翻转反射镜单元，在所述器座内设有相互连通的冷热交换流道，所述激光输入通道和激光输出通道相互平行且均沿着z轴方向延伸，所述激光焊接振镜系统还包括将沿着z轴方向的光路反射形成沿着y轴方向的光路射向所述第一翻转反射镜单元的反射镜调整模组，所述激光输入通道的自器座的入口至反射镜调整模组的反射镜的中心垂距为h，反射镜调整模组的反射镜至第一翻转反射镜单元的中心垂直为l，其中h≥2.5l；且在z轴上，所述激光输入通道的中心、所述动态聚焦模组的聚焦镜片的中心、所述反射镜调整模组的反射镜的中心三者重合；第一翻转反射镜单元和第二翻转反射镜单元的同步且同速的翻转，且在y轴上保持第一翻转反射镜单元和反射镜调整模组的反射镜的中心对齐且距离保持不变；及在x轴上保持第一翻转反射镜单元和第二翻转反射镜单元的反射镜中心对齐且距离保持不变。

3、优选地，第一翻转反射镜单元包括驱动轴沿z轴方向延伸的第一动力件、与所述驱动轴通过第一夹座相固定连接的第一翻转镜，其中所述第一翻转镜关于所述驱动轴的轴心线对称设置，且自上而下形成上梯形部、矩形部、下梯形部，此结构的涉及，主要便于镜片以及镜片座夹采用切边倒角设计使得质心在电机轴线上，使得与电机同步同速运动，而且保证转动惯量一致，从而改善激光焊接中沿x轴轴向运动的稳定性。在一些具体实施方式中，上梯形部自上而下长度逐渐变大，矩形部自所述上梯形部的下端竖直相向延伸，下梯形部自矩形部的下端自上而下长度逐渐变小，此结构限定，进一步的方便上下方向的夹持定位，且更有利于绕着z轴方向的往复翻转，而且，第一翻转镜往复翻转时，第一翻转镜的反射镜面与反射镜调整模组的反射镜的镜面中心的距离保持不变，致使自第一翻转反射镜单元向第二翻转反射镜单元形成的光路非常稳定和集中，有利于提升焊接品质。同时，在一些具体实施方式中，所述上梯形部的高大于所述下梯形部的高；所述上梯形部的长度变化率大于所述下梯形部的长度变化率。上梯形部的高大于下梯形部的高，上梯形部的长度变化率大于下梯形部的长度变化率。此结构限定，进一步的方便上下方向的夹持定位，且更有利于绕着z轴方向的往复翻转，而且，第一翻转镜往复翻转时，第一翻转镜的反射镜面与反射镜调整模组的反射镜的镜面中心的距离保持不变，致使自第一翻转反射镜单元向第二翻转反射镜单元形成的光路非常稳定和集中，有利于提升焊接品质。

4、根据本发明的一个具体实施和优选方面，第一翻转镜的内侧面为呈平面的反射镜面，且朝向所述反射镜调整模组的反射镜；和/或，所述第一夹座包括与所述驱动轴同轴连接的第一座体、自所述第一座体下部向下并呈夹持区的第一夹板和第二夹板，其中所述第一翻转镜自所述上梯形部的上端插入所述夹持区，所述第一夹板和第二夹板分别夹持在所述上梯形部的内外两侧，且位于外侧所述第二夹板的下端部处于所述第一夹板下端部的下方。在此，十分方便镜片的组装。

5、根据本发明的又一个具体实施和优选方面，第一翻转镜的外侧面包括位于中部的背面、自背面左右两侧向内弯折并向左右边缘延伸的左折面和右折面，其中所述左折面和右折面关于所述背面的z轴中心线对称设置，且所形成的弯折边缘自上而下依次经过所述上梯形部、矩形部、下梯形部；和/或，所述左折面和右折面与所述反射镜面形成的角度为锐角；和/或，所述左折面和右折面所对应的左右端部的边缘厚度为所述第一翻转镜厚度的1/6～1/3。在此结构设计下，更有利于转动控制，大幅度提升稳定性，进而确保转动惯量的一致。优选地，左折面和右折面与反射镜面形成的角度为锐角，优选地，该角度为10°～30°，其中18°～25°最佳，同时，左折面和右折面所对应的左右端部的边缘厚度为第一翻转镜厚度的1/6～1/3，一般情况下，该边缘的厚度约为第一翻转镜厚度的1/5，此结构造型下，所形成的有效反射面最佳，且所形成的转动惯量与电机输出所形成的转动惯量一致。

6、根据本发明的又一个具体实施和优选方面，第二翻转反射镜单元包括翻转轴沿y轴方向延伸的第二动力件、与所述翻转轴通过第二夹座相固定连接的第二翻转镜，其中所述第二翻转镜的反射镜面朝向所述第一翻转镜的反射镜面，且两者的反射镜面处于相交设置，所述第一翻转镜和第二翻转镜同步且同速翻转时，两者反射镜面的中心之间的距离在x轴上保持不变。在此，进一步限定了第一翻转镜和第二翻转镜的相对位置，而且根据所形成焊接区域的大小可以进行x轴向的调整。

7、在一些具体实施方式中，在本发明的一些具体实施中，第二翻转镜的反射镜面为平面，且包括镜片厚度相等并沿着y轴方向延伸的等厚部、自等厚部的上部向上且厚度逐渐变薄的上折部、自等厚部的下部向下且厚度逐渐变薄的下折部，其中上折部和下折部对称关于y轴方向对称设置，第二夹座夹持在等厚部的一端。方便第二翻转镜的加工和安装。

8、在本发明的一些具体实施中，等厚部的背面的上下边缘分别向内倾斜，且所形成的倾斜面与所述上折部和下折部所形成的斜面齐平设置；和/或，上折部和下折部的上下端部的边缘厚度为所述等厚部厚度的1/6～1/3。上折部和下折部的两端分别向内倾斜，其中靠近第二夹座的端部所形成的倾斜角度大于远离所述第二夹座的端部所形成的倾斜角度。此结构造型下，所形成的有效反射面最佳，且所形成的转动惯量与电机输出所形成的转动惯量一致，从而改善激光焊接中沿y轴轴向运动的稳定性。

9、根据本发明的又一个具体实施和优选方面，所述动态聚焦模组包括聚焦座、通过直线滑轨滑动安装在所述聚焦座上的镜座、轴心线与所述镜座滑动方向平行且安装于所述镜座上的聚焦镜片、驱动所述镜座往复运动的驱动器，其中所述聚焦镜片的中心和所述镜座的中心对齐，且两者中心的连线与x轴保持平行；驱动器包括安装在所述聚焦座上且沿着y轴方向延伸的驱动马达、用于将所述驱动马达的输出轴与所述镜座传动连接的传动杆件，其中所述传动杆件将所述输出轴的圆周运动转换成直线运动以驱使所述镜座沿着所述直线滑轨长度方向上下往复滑动。在此，十分稳定地完成镜片的高速往复运动，且聚焦镜片和镜座的中心对齐，两者中心的连线与x轴保持平行，致使镜片自身运动平稳，有效控制聚焦镜片轴向以外的运动惯量以保持光轴同心，提高聚焦精度。

10、具体的，升降调节部件包括沿着z轴方向延伸的调节丝杆、驱动调节丝杆自转的驱动件、与调节丝杆配合且与聚焦座相对固定的调节底座，其中调节丝杆和调节底座形成调节丝杠模组。在此，通过聚焦座的上下运动，以增加的聚焦镜片的聚焦行程，提升实用性。

11、此外，反射镜调整模组包括调整模座、安装在所述调整模座上且能够绕着x轴调整倾斜角度的平面反射镜，其中调整模座的y轴和z轴上分别形成光路通道，平面反射镜倾斜设置在y轴和z轴所构成的坐标系中。因此，通过平面反射镜的微调，以实施光路由垂直向水平方向转向，一般情况下，其倾斜角度约为45°。

12、优选地，调整模座在y轴上所形成的光路通道有两个，一个朝向第一翻转反射镜单元的反射镜，另一个通过直角接头形成视镜窗。在此，由外置的视镜窗，能够连接远程监控装置，可以远程实时监控工作状态。

13、进一步的，在平面反射镜和聚焦镜片之间还设有靠近平面反射镜的光学透镜，其中聚焦镜片为上下凹面的凹透镜、光学透镜为上下凸面的凸透镜，且聚焦镜片、双面凸透镜、平面反射镜自上而下中心重合设置。通过自上而下各镜片设计，能够有效将光束汇聚，使得自激光输出通道输出的光束相对集中进行焊接，以提高焊接效率和效果。

14、由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

15、现有动态聚焦装置的结构无法使得折返镜在高速的往复运动中保持光轴同心和有效控制镜片轴向运动所产生的偏转惯量、保持激光入射角度和射出角度平行中实施焊接、翻转反射镜与驱动件所形成转动惯量不一致、激光在x轴和y轴上所形成运动不稳定、及无法对内部零件进行散热(热交换)，致使光学热稳定性及驱动器的驱动精度存在不足等缺陷，而本发明通过对振镜系统的结构进行整体设计巧妙地解决了现有结构的各种不足。采取该系统，由反射镜调整模组的反射镜能够将沿着z轴方向的光路反射形成沿着y轴方向的光路射向第一翻转反射镜单元的反射镜，接着由第一翻转反射镜单元的反射镜将光束向第二翻转反射镜单元的反射镜反射，最后由第二翻转反射镜单元的反射镜向下反射，以实现激光的输入和输出的平行，同时，在第一翻转反射镜单元和第二翻转反射镜单元的同步且同速的翻转中，实现x轴和y轴所构成加工面的运动覆盖，并在聚焦镜片沿z轴方向的上下往复运动中完成加工面厚度方向的行程控制，从而连续完成产品的焊接加工，此外，通过冷却流体的流入后，对光学组件、驱动组件、及控制芯片等等，进行散热(热交换)，因此，与现有的结构相比，在y轴上保持第一翻转镜的中心和平面反射镜的中心对齐且距离保持不变、及在x轴上保持第一翻转镜的中心和第二翻转镜的中心对齐且距离保持不变的前提下，第一翻转反射镜单元和第二翻转反射镜单元的同步且同速的翻转中，不仅控制聚焦镜片轴向以外的运动惯量以保持光轴同心，而且还能够使得翻转反射镜与驱动件所形成转动惯量一致，同时，通过光路的转向也能够在激光入射角度和射出角度处于平行中，且在特定高度和长度的比例中，使其结构小型化，而且自带冷热交换流道能够对内部元件进行散热，改善光学热稳定性及驱动器的驱动精度。