一种手持式光内同轴送丝激光焊接枪的制作方法

1.本实用新型属于激光焊接领域，更具体地，涉及一种手持式光内同轴送丝激光焊接枪。


背景技术：

2.目前工业上广泛应用的激光填丝焊接大多采用旁轴送丝的方式，然而由于送丝方向的限制，使得激光填丝焊接的焊缝轨迹被局限于一些简单形状，例如直线等。并且旁轴送丝激光焊接的工艺过程非常复杂，除常见的激光功率、焊接速度以及送丝速度外，还受送丝角度、光丝间隙与送丝位置的影响，这导致旁轴送丝激光焊接的工艺稳定性较差，加工效率较低。
3.为了改善旁轴送丝激光焊接的上述问题，专利文献1(公开号：cn110614449a)公开了一种基于多分光椭球面镜光内同轴送丝光学机构及其工作方法，其采用多分光椭球面镜将散射的激光光束劈分并聚焦成多束光束，再通过平面反射镜汇聚到一点，尽管结构非常简单，但是多分光椭球面镜的加工难度非常大，很难保证劈分后每一束光的能量相同；另外该专利采用的送丝结构存在弯曲过渡段，这使得丝材在送达熔池前可能会出现弯曲，很难保证同轴送丝的效果。同样的专利文献2(公开号：cn 111069770a)公开了一种光路分光单元及其同轴送丝熔覆头，其送丝过程仍然采用弯曲过渡，并且该专利中的分光过程也非常复杂。专利文献3(公开号：cn105499793a)公开了一种同轴送丝熔敷激光头的光路分光单元，其采用两个四分光透镜将光束劈分成四束平行光束，然而该专利中采用的四分光透镜结构复杂加工难度非常大，并且也很难保证前后两个四分光透镜的分光效果。
4.因此，针对上述问题，提出了一种手持式光内同轴送丝激光焊接枪，其采用三棱锥平面分光反射镜与棱柱平面反射镜将准直激光束等分为三束平行的光束，并且送丝单元集成到焊接枪上，保证了丝材与光束的同轴效果。该装置结构简单，可以完成复杂轨迹的手持激光填丝焊接。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的旨在针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种手持式光内同轴送丝激光焊接枪，其采用的技术方案如下：
6.一种手持式光内同轴送丝激光焊接枪，包括激光输出头、激光准直单元、棱柱平面反射镜、三棱锥平面分光反射镜、启动按钮、焊接枪握把、分光镜腔、准直圆光束、准直镜片、送丝嘴、保护气喷嘴、聚焦光束、保护气接口、激光聚焦单元、聚焦镜、光束传输腔、分光束、主反射镜、送丝单元、送丝导轮、丝材、送丝导管；
7.所述棱柱平面反射镜、三棱锥平面分光反射镜和分光镜腔共同构成了该手持激光焊接枪的分光单元；
8.所述棱柱平面反射镜共有三个，其反射面与水平面成45
°
；
9.所述三棱锥平面分光反射镜共有三个反射平面，且每个反射面与水平面均成45
°
；
10.所述三个棱柱平面反射镜均匀布置在三棱锥平面分光反射镜的三个反射面方向，并且每个棱柱平面反射镜的反射面均与相对的三棱锥平面分光反射镜的反射面平行。
11.优选地，所述准直圆光束的横截面为圆形，其经过三棱锥平面分光反射镜劈分与棱柱平面反射镜反射后转变为三束平行的分光束，所述分光束的横截面是圆心角为120
°
的扇形。
12.优选地，所述送丝导管穿过主反射镜与聚焦镜的中心轴，并且送丝导管与经过主反射镜反射的分光束平行。
13.优选地，所述送丝单元安装在手持激光焊接枪上，所述送丝嘴安装在送丝导管前端，所述丝材通过送丝单元的四个送丝导轮矫直后送入送丝导管中，并最终从送丝嘴送出。
14.优选地，所述三束平行分光束经过主反射镜反射后射向聚焦镜，经过聚焦变成三束聚焦光束，并且三束聚焦光束的焦点汇聚于丝材顶点。
15.优选地，所述保护气接口与焊接过程中的保护气相连，所述保护气喷嘴与送丝嘴同轴布置，共同实现了该手持激光焊接枪同轴出光、出丝与出气的设计。
16.优选地，所述启动按钮位于焊接枪握把上，其同时控制激光输出与送丝单元送丝。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
18.1.本实用新型结构简单，完全依靠平面反射镜的反射原理，将光束等分为三束，分光效率高，几乎没有激光的能量损失；
19.2.本实用新型将送丝单元集成到焊接枪上，保证了丝材的进给效率，同时丝材在经过送丝导轮矫直后直接送入熔池，保证了同轴送丝的效果，提高了同轴送丝激光焊接的稳定性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型手持式光内同轴送丝激光焊接枪的剖视图；
22.图2为本实用新型手持式光内同轴送丝激光焊接枪的整体结构图；
23.图3为本实用新型分光单元光路劈分示意图；
24.图4为本实用新型三棱锥平面分光反射镜结构图。
25.其中，1-激光输出头，2-激光准直单元，3-棱柱平面反射镜，4-三棱锥平面分光反射镜，5-启动按钮，6-焊接枪握把，7-分光镜腔，8-准直圆光束，9-准直镜片，10-送丝嘴，11-保护气喷嘴，12-聚焦光束，13-保护气接口，14-激光聚焦单元，15-聚焦镜，16-光束传输腔，17-分光束，18-主反射镜，19-送丝单元，20-送丝导轮，21-丝材，22-送丝导管。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下
所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.如图1-3所示，本实用新型提供一种手持式光内同轴送丝激光焊接枪，包括激光输出头1、激光准直单元2、棱柱平面反射镜3、三棱锥平面分光反射镜4、启动按钮5、焊接枪握把6、分光镜腔7、准直圆光束8、准直镜片9、送丝嘴10、保护气喷嘴11、聚焦光束12、保护气接口13、激光聚焦单元14、聚焦镜15、光束传输腔16、分光束17、主反射镜18、送丝单元19、送丝导轮20、丝材21、送丝导管22，其中棱柱平面反射镜3、三棱锥平面分光反射镜4和分光镜腔7共同构成了该手持激光焊接枪的分光单元；棱柱平面反射镜3共有三个，其反射面与水平面成45
°
；三棱锥平面分光反射镜4共有三个反射平面，且每个反射面与水平面均成45
°
；三个棱柱平面反射镜3均匀布置在三棱锥平面分光反射镜4的三个反射面方向，并且每个棱柱平面反射镜3的反射面均与相对的三棱锥平面分光反射镜4的反射面平行。
28.如图3所示，激光从激光输出头1发射，经过准直镜片9后变成准直圆光束8，其中准直圆光束8的横截面为圆形，准直圆光束8再经过三棱锥平面分光反射镜4劈分成三束分光束17，其中分光束17的横截面是圆心角为120
°
的扇形，三束分光束17再经过棱柱平面反射镜3反射后彼此相互平行；为了使丝材插入三束平行分光束17的中心，利用主反射镜18再次反射分光束17，其中主反射镜18与聚焦镜15中心均设有小孔，用以穿入送丝导管22，经过主反射镜18反射后，三束平行分光束17与送丝导管22平行，且送丝导管22位于三束分光束17的中心。
29.为了保证丝材不发生弯曲，送丝单元19被安装在焊接枪上，丝材通过四个送丝导轮20矫直后直接送入送丝导管22而后通过送丝嘴10进入熔池；三束分光束17经过聚焦镜15后汇聚于丝材顶点。
30.焊接过程中，保护气接口13与焊接过程中的保护气相连，保护气喷嘴11与送丝嘴10同轴布置，共同实现了该手持激光焊接枪同轴出光、出丝与出气；启动按钮5位于焊接枪握把6上，其同时控制激光输出与送丝单元19送丝。
31.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。