一种焊接激光头同轴视觉镜组及焊接激光同轴系统

【技术领域】

本发明涉及激光焊接领域，特别是涉及一种焊接激光头同轴视觉镜组及焊接激光同轴系统。

【背景技术】

激光焊接中，常常根据焊缝特点给激光焊接头预设行走轨迹，然后由焊接头根据预设的行走轨迹行走完便完成焊接作业，行走的过程，焊接面（被焊接工件表面）无法实时观察，导致无法实时检查并判断焊接质量。

【发明内容】

综上所述，本发明为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种焊接激光头同轴视觉镜组以及焊接激光同轴系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种焊接激光头同轴视觉镜组，包括：由第一正负透镜组组成的成像物镜、由第二正负透镜组组成的成像目镜以及可变光阑；所述成像物镜和成像目镜相对于可变光阑对称；成像光线依次从成像物镜、可变光阑进入成像目镜。

在一些实施方式中，所述第一正负透镜组包括成像物镜双凹透镜和成像物镜双凸透镜。

在一些实施方式中，第二正负透镜组包括成像目镜平凸透镜以及成像目镜弯月透镜。

本设计采用对称式消色差结构的镜组，即第一正负透镜组和第二正负透镜组相对于可变光阑对称，并且正负透镜组中的正透镜产生负球差，负透镜产生正球差，利用正负透镜的结合，可以很好的矫正球差。

光线依次从成像物镜、可变光阑进入成像目镜的过程，光线可以经过由第一正负透镜组组成的成像物镜初次校正球差减小像差，再经过可变光阑调节光束，消除轴外较远的光线，以避免进一步产生球差和像差，最后经过可变光阑调节之后的光线再经过由第二正负透镜组组成的成像目镜二次校正球差减小像差，最终得到的光线再用于成像，可以大大减少成像像差，已得到质量比较高的成像画面。

在一些实施方式中，所述成像物镜双凹透镜和成像物镜双凸透镜的光学材料分别是A和B；所述成像目镜平凸透镜以及成像目镜弯月透镜的光学材料分别是B和A。

在一些实施方式中，所述成像物镜双凹透镜和成像物镜双凸透镜的光学材料分别是F2和BK7；

所述成像目镜平凸透镜以及成像目镜弯月透镜的光学材料分别是BK7和F2。

使用的时候，光线依次经过成像物镜双凹透镜、成像物镜双凸透镜、可变光阑、成像目镜平凸透镜以及成像目镜弯月透镜，即其经过的透镜材料的顺序为：A—B—B—A；整体系统来看，镜组的镜片之间可以很好的具有正负抵消的作用，由此，可以进一步减少球差，减小像差；最终提高成像质量。另外，由于BK7镜片材料与F2镜片材料由于色散系数不同，可以构成消色差设计条件。

本发明基于以上的镜组还提供了一种焊接激光同轴系统，包括：激光光路以及上述任一项所述的焊接激光头同轴视觉镜组的成像光路；

激光光路，用于发射并且聚焦激光于焊接面；

成像光路，用于收集从激光光路反射的来自焊接工件的反射光，并且将所述反射光射入焊接激光头同轴视觉镜组后聚焦在成像感光元件。

激光光路用于焊接工件，工件在焊接的过程被激光照亮，从而有光线从焊接面反射出来，该发明就是利用从焊接面发射出来的反射光成像的，即，设置了成像光路，从焊接面反射出来的光线被收集，并且将所述反射光射入焊接激光头同轴视觉镜组后聚焦在成像感光元件成像，由此可以通过所形成的像实时观察检查以及评估焊接过程的焊缝质量。

在一些实施方式中，所述激光光路包括：光源、激光准直镜、成像合束镜以及激光聚焦镜；光源发射的激光经过激光准直镜校准成平行光后由激光聚焦镜聚焦并照射于焊接面；所述成像合束镜倾斜设置于激光准直镜和激光聚焦镜之间，一方面，激光准直镜出来的平行光透过成像合束镜进入激光聚焦镜聚焦，另一方面，焊接面反射的反射光经过激光聚焦镜后由成像合束镜反射进入成像光路。

在一些实施方式中，所述成像光路包括激光聚焦镜、成像合束镜、焊接激光头同轴视觉镜组以及成像感光元件；从焊接面反射的反射光经激光聚焦镜后由成像合束镜反射到焊接激光头同轴视觉镜组，最后进入成像感光元件。

在一些实施方式中，还包括反射镜，所述反射镜将来自于成像合束镜的反射光反射给焊接激光头同轴视觉镜组。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明所产生的有益效果在于：本发明与传统技术的焊接方法比，本发明的焊接方法比起传统直接在焊接缝隙焊接的方式可以有效增加熔宽，最终可以减小热量影响的同时增加焊接强度；另外，只需要第一电机以及第二电机的工作即可以实现焊接，无需焊接头的移动，只通过激光光束的偏移既可以实现，工件和焊接头都是静止的，可以省去很多联动结构的设计，提高焊接精度和效率。

【附图说明】

图1为本发明一实施方式的焊接激光头同轴视觉镜组示意图；

图2为本发明另一实施方式的焊接激光同轴系统示意图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不会构成任何限制。

如图1所示，一种焊接激光头同轴视觉镜组，包括：由第一正负透镜组组成的成像物镜7、由第二正负透镜组组成的成像目镜9以及可变光阑8；所述成像物镜7和成像目镜8相对于可变光阑9对称；成像光线依次从成像物镜7、可变光阑8进入成像目镜9。

本设计采用对称式消色差结构的镜组，即第一正负透镜组和第二正负透镜组相对于可变光阑对称，并且正负透镜组中的正透镜产生负球差，负透镜产生正球差，利用正负透镜的结合，可以很好的矫正球差。

光线依次从成像物镜、可变光阑进入成像目镜的过程，光线可以经过由第一正负透镜组组成的成像物镜初次校正球差减小像差，再经过可变光阑调节光束，消除轴外较远的光线，以避免进一步产生球差和像差，最后经过可变光阑调节之后的光线再经过由第二正负透镜组组成的成像目镜二次校正球差减小像差，最终得到的光线再用于成像，可以大大减少成像像差，已得到质量比较高的成像画面。

对于第一正负透镜组7的设计，可以如下：所述第一正负透镜组7包括成像物镜双凹透镜71和成像物镜双凸透镜72。

对于第二正负透镜组9的设计，可以如下：第二正负透镜组9包括成像目镜平凸透镜91以及成像目镜弯月透镜92。

关于以上光学镜片所采用的材料：所述成像物镜双凹透镜和成像物镜双凸透镜的光学材料分别是A和B；所述成像目镜平凸透镜以及成像目镜弯月透镜的光学材料分别是B和A。

更具体地，所述成像物镜双凹透镜和成像物镜双凸透镜的光学材料分别是F2和BK7；所述成像目镜平凸透镜以及成像目镜弯月透镜的光学材料分别是BK7和F2。

使用的时候，光线依次经过成像物镜双凹透镜、成像物镜双凸透镜、可变光阑、成像目镜平凸透镜以及成像目镜弯月透镜，即其经过的透镜材料的顺序为：A—B—B—A；整体系统来看，镜组的镜片之间可以很好的具有正负抵消的作用，由此，可以进一步减少球差，减小像差；最终提高成像质量。另外，由于BK7镜片材料与F2镜片材料由于色散系数不同，可以构成消色差设计条件。

如图2所示，本发明的焊接激光同轴系统，包括：激光光路以及包含以上所述的焊接激光头同轴视觉镜组的成像光路；

激光光路，用于发射并且聚焦激光于焊接面；

成像光路，用于收集从激光光路反射的来自焊接工件的反射光，并且将所述反射光射入焊接激光头同轴视觉镜组后聚焦在成像感光元件。

更具体地，对于激光光路的一种实施方式可以为，其包括：光源1、激光准直镜2（具有将光线校准成准平行光的镜片，可以采用双凸透镜）、成像合束镜3以及激光聚焦镜4（具有聚焦的镜片，可以采用双凸透镜）；光源1（可以采用光纤）发射的激光（图中a所示）经过激光准直镜2校准成平行光后由激光聚焦镜4聚焦并照射于焊接面；所述成像合束镜3倾斜设置于激光准直镜2和激光聚焦镜4之间，一方面，激光准直镜2出来的平行光透过成像合束镜3进入激光聚焦镜4聚焦，另一方面，焊接面反射的反射光经过激光聚焦镜4后由成像合束镜3反射进入成像光路。

更具体地，所述成像光路包括激光聚焦镜4、成像合束镜3、焊接激光头同轴视觉镜组以及成像感光元件CCD；从焊接面反射的反射光（图中b所示）经激光聚焦镜4后由成像合束镜3反射到焊接激光头同轴视觉镜组，最后进入成像感光元件。

以上，成像合束镜3一种具有可以让激光透射又可以反光的镜片，这里将其倾斜设置于激光光路是为了便于其将焊接面的反射光反射出来，以便于收集成像。

以上，还包括反射镜6，所述反射镜6将来自于成像合束镜3的反射光反射给焊接激光头同轴视觉镜组。反射镜6用于改变光路，以方便焊接激光头同轴视觉镜组的空间设计。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。