本發(fā)明涉及鋰離子電池的激光焊接生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種帶離焦量定位功能的激光焊接保護氣噴嘴。

背景技術(shù)：

激光焊接在電池行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，近幾年，機器人激光焊接系統(tǒng)已深入到電池生產(chǎn)行業(yè)。

激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，其光斑小，熱變形小，出焊接金屬材料外，還可以對透明外殼內(nèi)的部件進行焊接，適于實現(xiàn)自動化。

激光焊接設(shè)備一般由激光器、光學(xué)系統(tǒng)、激光加工機、準直系統(tǒng)、工藝介質(zhì)傳輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。光學(xué)系統(tǒng)包括光束的傳輸和聚焦，聚焦是通過焊接頭中的透鏡實現(xiàn)的；激光加工機用以產(chǎn)生工件與光束間的相對運動，目前機器人的使用越來越廣泛，能夠?qū)崿F(xiàn)高效自動化焊接；工藝介質(zhì)傳輸系統(tǒng)主要用來輸送惰性氣體，一般為氬氣，氣體最終匯集到焊接頭，然后從特質(zhì)的保護氣噴嘴輸出，起到保護焊縫、吹散焊接過程中的蒸氣等離子體的作用。焊接頭的作用主要就是上述提到的會聚激光、實現(xiàn)對工件的加工以及輸送保護氣體。

離焦量是激光焊接的一個重要參數(shù)，不僅影響工件表面光斑直徑的大小，而且影響光束的入射方向，因而對焊縫形狀、熔深和橫截面積有較大影響，尤其對于電池的焊接，由于電池材料主要有鋁合金、銅，且均為薄壁設(shè)計，離焦量參數(shù)更為重要。離焦量以聚焦鏡片焦距位置為0點，小于焦距的離焦量為正離焦，大于焦距的離焦量為負離焦。對于機器人焊接，實際上屬于動槍式焊接，焊接頭通過機器人來移動，所以離焦量的定位測量只能以工件表面為基準，當被焊工件表面較為復(fù)雜或需要焊接頭呈一定角度時，離焦量的定位及調(diào)整很不方便。

在焊接機器人的使用中，需要設(shè)置工具中心點即tcp點(toolcenterpoint)，對于激光焊接最好選取離焦量的位置為tcp點，即激光與工件的實際接觸點，這樣做的好處是能夠方便準確地對激光的入射角度進行調(diào)整，即圍繞著tcp點旋轉(zhuǎn)激光頭(焊槍)。然而離焦量位置的點為一個虛擬的點，只是光束在工件上的落點，不能夠提前被觀察和判斷，故tcp點無法確定，若想在更換不同工件后仍然使用同樣的離焦量時，最精確且易觀察的方法就是在離焦量位置上建立一個實際存在的點，并作為tcp點，用這個點去靠近并接觸工件然后示教保存下這個位置，但一般的設(shè)備不具備這樣的功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種帶離焦量定位功能的激光焊接保護氣噴嘴，該帶離焦量定位功能的激光焊接保護氣噴嘴具有可更換的噴頭組件，可更換為同軸測量頂尖，來進行離焦量的定位，同時噴嘴側(cè)身具有特制的測量標尺，可精確測量離焦量的距離值，解決了機器人激光焊接時，由于焊接頭在隨機器人移動，離焦量不好測量定位的問題，同時方便建立準確的tcp點，對焊接工藝的實施提供了可靠支持。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

一種帶離焦量定位功能的激光焊接保護氣噴嘴，至少包括：

安裝底座(1)；所述安裝底座(1)包括與焊接頭連接用的矩形連接板、和與所述連接板連接為一體的第一圓筒，所述連接板上開設(shè)有激光通過的圓孔；所述圓孔與第一圓筒的內(nèi)徑相同且兩者共軸；所述第一圓筒的側(cè)邊開設(shè)有氣嘴接口(5)；

主噴嘴(2)；所述主噴嘴(2)包括與第一圓筒連接的第二圓筒、與噴頭組件(3)連接的第三圓筒；所述第二圓筒的內(nèi)徑大于第三圓筒的內(nèi)徑；所述第二圓筒通過圓錐筒與第三圓筒連接；所述第二圓筒、第三圓筒共軸；其中：所述噴頭組件(3)為噴頭(3-1)或同軸頂尖(3-2)中的一種。

作為優(yōu)選，本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，還采用了如下附加技術(shù)特征：

進一步：所述安裝底座(1)由黃銅制成。

進一步：所述主噴嘴(2)由純銅或黃銅制成。

進一步：所述噴頭(3-1)由純銅或黃銅制成。

進一步：所述同軸頂尖(3-2)由不銹鋼制成。

進一步：在所述圓錐筒的大口徑端與第二圓筒通過螺紋連接，在該螺紋連接處設(shè)有倒角線，并連接有測量標尺(4)，所述倒角線作為刻度線配合標尺使用。

進一步：所述同軸頂尖(3-2)包括第四圓筒和實心圓錐體兩部分，所述圓筒的軸線與激光束同軸。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

1.氣保護效果好。作為噴嘴的主要功能，各組件連接配合緊密，不漏氣，保護氣從底座進入經(jīng)錐形主噴嘴匯攏再從小口噴頭噴出，能夠較好的吹散等離子體和保護焊縫。

2.同軸精度高。裝置軸線上的組件均采用螺紋連接，同軸度好，光束與裝置的軸線重合度好，從而保證了同軸頂尖頂點與相應(yīng)的離焦量激光作用點的重合度。

3.可測量定位離焦量。使用同軸頂尖并旋動主噴嘴，可調(diào)整、定位離焦量、通過標尺判讀離焦量具體數(shù)值。

4.定義機器人焊接頭tcp點方便，不用將整套噴嘴拆下更換專用tcp測定工具；

5.易安裝拆卸，操作方便。噴頭和同軸頂尖的更換可手動旋擰進行，無需拆掉安裝底座。主噴嘴也可通過旋動來進行拆卸及更換。一般情況下，激光反光若燒損噴嘴只會燒損噴頭部分，僅僅更換噴頭即可，可節(jié)省成本及時間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的離焦量定位功能結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的離焦量定位功能結(jié)構(gòu)圖；

其中：1、安裝底座；2、主噴嘴；3、噴頭組件；3-1、噴頭；3-2、同軸頂尖；4、測量標尺；5、氣嘴接口。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

請參閱圖1至圖2，一種帶離焦量定位功能的離焦量定位功能氣噴嘴，包括：

安裝底座1；所述安裝底座1包括與焊接頭連接用的矩形連接板、和與所述連接板連接為一體的第一圓筒，所述連接板上開設(shè)有激光通過的圓孔；所述圓孔與第一圓筒的內(nèi)徑相同且兩者共軸；所述第一圓筒的側(cè)邊開設(shè)有氣嘴接口5；

主噴嘴2；所述主噴嘴2包括與第一圓筒連接的第二圓筒、與噴頭組件3連接的第三圓筒；所述第二圓筒的內(nèi)徑大于第三圓筒的內(nèi)徑；所述第二圓筒通過圓錐筒與第三圓筒連接；所述第二圓筒、第三圓筒共軸；其中：所述噴頭組件3為噴頭3-1或同軸頂尖3-2中的一種。

在本優(yōu)選實施例中：為了兼顧強度和散熱，所述安裝底座1由黃銅制成。安裝底座1結(jié)構(gòu)上設(shè)計為：主體結(jié)構(gòu)為圓筒狀，上下貫通，圓筒軸線與光束同軸；圓筒上部設(shè)計有方形安裝板，其四角開有小通孔，孔的具體尺寸位置與焊接頭輸出端平面位置的螺紋孔匹配，使用四個螺絲穿過安裝板通孔與焊接頭螺紋孔連接，底座即可固定在焊接頭上；圓筒下部開有內(nèi)螺紋，為主噴嘴2安裝而設(shè)計，同時下部邊緣設(shè)計有標尺4安裝孔；圓筒中部側(cè)面開有氣嘴接口5(小螺紋孔)，可外接氣嘴。

為了保證有一定的散熱作用，所述主噴嘴2由純銅或黃銅制成。

為了保證有一定的散熱作用，所述噴頭3-1由純銅或黃銅制成。

只考慮保證強度，不需考慮散熱：所述同軸頂尖3-2由不銹鋼制成。

在所述圓錐筒的大口徑端與第二圓筒通過螺紋連接，在該螺紋連接處設(shè)有倒角線，并連接有測量標尺4，所述倒角線作為刻度線配合標尺使用。

所述同軸頂尖3-2包括第四圓筒和實心圓錐體兩部分，所述圓筒的軸線與激光束同軸。

下面對上述幾個主要部件進行詳細的補充說明：

安裝底座1，該組件為整套裝置的基準，其軸向要求與焊接頭的輸出接口同軸。使用時上端與焊接頭相連接，下端與主噴嘴相連，側(cè)邊裝有標尺及保護氣入口。

材質(zhì)為黃銅，可兼顧強度和散熱。

結(jié)構(gòu)上設(shè)計為：主體結(jié)構(gòu)為圓筒狀，上下貫通，圓筒軸線與光束同軸；圓筒上部設(shè)計有方形安裝板，其四角開有小通孔，孔的具體尺寸位置與焊接頭輸出端平面位置的螺紋孔匹配，使用四個螺絲穿過安裝板通孔與焊接頭螺紋孔連接，底座即可固定在焊接頭上；圓筒下部開有內(nèi)螺紋，為主噴嘴2安裝而設(shè)計，同時下部邊緣設(shè)計有標尺4安裝孔；圓筒中部側(cè)面開有氣嘴接口5(小螺紋孔)，可外接氣嘴。

主噴嘴2，該組件為錐形，其作用為將保護氣匯攏輸出到噴頭。結(jié)構(gòu)上大口徑端與安裝底座相連，小口徑端與可更換噴頭組件相連。側(cè)身有環(huán)狀刻度線用以結(jié)合標尺判讀尺寸刻度；

材質(zhì)為純銅或黃銅，保證有一定的散熱作用。

結(jié)構(gòu)上設(shè)計為：整體為圓筒加圓錐筒結(jié)構(gòu)。上部為螺紋口結(jié)構(gòu)，開有外螺紋，螺紋規(guī)格與安裝底座1的內(nèi)螺紋相匹配；中部為圓錐筒形，作用為使氣體匯攏，在圓錐筒的大口徑端與圓筒形螺紋口交接處，設(shè)計有倒角線，作為刻度線配合標尺使用；下部為小圓筒形，其內(nèi)壁開有內(nèi)螺紋，為安裝可更換噴頭組件設(shè)計。

噴頭組件3，具體為：噴頭3-1和同軸頂尖3-2；該部分由兩個可選組件構(gòu)成，一是噴頭，二是同軸頂尖。結(jié)構(gòu)上與主噴嘴小口徑端相連。焊接時使用噴頭輸出保護氣，進行離焦量調(diào)整定位及tcp點測量時使用同軸頂尖。

噴頭3-1材質(zhì)為純銅或黃銅，保證有一定散熱作用；同軸頂尖材質(zhì)為不銹鋼，以保證強度，不需考慮散熱。結(jié)構(gòu)上二者均為中心軸對稱結(jié)構(gòu)，軸線與光束同軸。

結(jié)構(gòu)上設(shè)計為：

噴頭整體為圓筒狀結(jié)構(gòu)，為上下貫通設(shè)計。上半部分為螺紋口結(jié)構(gòu)，開有外螺紋，螺紋規(guī)格與主噴嘴2下部的內(nèi)螺紋相匹配；下半部分為尾部外形帶錐度的圓筒形結(jié)構(gòu)，錐度的設(shè)計是為減少激光反光反射到噴頭上的幾率，且在圓筒形部位側(cè)面設(shè)計有兩對稱平面結(jié)構(gòu)，以方便手持或工具加持來旋動噴頭。

同軸頂尖3-2整體為圓筒加圓錐體結(jié)構(gòu)，為實心設(shè)計，軸線與光束同軸，總體長度相對噴頭長15mm。上半部為螺紋口結(jié)構(gòu)，開有外螺紋，螺紋規(guī)格與主噴嘴2下部的內(nèi)螺紋相匹配；下半部分為圓柱加圓錐體結(jié)構(gòu)，圓錐體的尖端在光束軸線上，且在圓柱形部分側(cè)面設(shè)計有兩對稱平面結(jié)構(gòu)，以方便手持或工具加持來旋動同軸頂尖。

測量標尺4，該組件功能為測量及判讀離焦量，與主噴嘴配合使用；

材質(zhì)為不銹鋼。

結(jié)構(gòu)為長方形短尺狀，配有固定定位結(jié)構(gòu)以固定在安裝底座1下部邊緣處，保證標尺平面與主噴嘴2上半部的螺紋口圓筒側(cè)面相貼合，從而保證讀數(shù)準確。

標尺刻度范圍為±10mm,其0位的標定規(guī)則如下：

a)通過“h＝聚焦鏡片焦距-焊接頭聚焦鏡片與焊接頭輸出端面距離”公式計算，得出同軸頂尖的頂點位于激光焦點位置時裝置的總長度h；

b)選用同軸頂尖組件3-2安裝到主噴嘴2上并將螺紋旋到底，再將安裝底座1與已裝有同軸頂尖3-2的主噴嘴2螺紋連接；

c)將上述組裝好的裝置在桌面平放，即安裝底座1安裝板朝下、同軸頂尖3-2朝上，使用高度尺測量同軸頂尖3-2尖端點到安裝底座1安裝板平面的距離，通過旋動主噴嘴2的螺紋部分使距離值等于a中的h；

d)此時主噴嘴2的刻度線在標尺上對應(yīng)的位置即為標尺0點位置，±10mm以該位置為基準。

氣嘴接口5

選用標準的氣嘴接口。

本發(fā)明的工作過程如下：

本發(fā)明的工作模式有兩種，一為離焦量定位模式，二為氣保護模式。

兩種模式下裝置的主干部分均已安裝到焊接頭上，安裝的步驟為：

1.將已裝有測量標尺4及氣嘴的安裝底座1通過四個螺釘安裝到焊接頭輸出端平面上；

2.再將主噴嘴2與安裝底座1相連，即將主噴嘴2上部的螺紋口旋入安裝底座1下部的內(nèi)螺紋中。

分別對于兩種工作模式，選用不同的可更換噴頭組件3，具體方法如下：

一、離焦量定位模式

在正式焊接之前，一般要確認要使用的離焦量。

1.安裝

選用同軸頂尖3-2，將其與主噴嘴2相連接，即將同軸頂尖3-2上部的螺紋口旋入主噴嘴2下部的內(nèi)螺紋中，并將螺紋旋到底。

2.調(diào)整

旋動主噴嘴2上部的螺紋口，觀察其刻度線，將刻度線對到標尺上相應(yīng)的數(shù)值線。

3.示教

此時即可進行焊接路徑示教，即移動機器人，使同軸頂尖3-2的尖端點位置與待焊接位置點無限接近(不能過力接觸，否則會損壞裝置或工件及焊接頭)，并通過機器人示教器保存下該點位置，寫入程序的焊接路徑。

完成以上3個步驟即完成了離焦量定位工作，為后續(xù)焊接做好準備。

二、氣保護模式

在完成上述離焦量定位工作后，即可切換為氣保護模式進行焊接，具體步驟如下：

選用噴頭3-1，將其與主噴嘴2相連接，即將噴頭3-1上部的螺紋口旋入主噴嘴2下部的內(nèi)螺紋中，并將螺紋旋到底，以防止焊接過程中金屬蒸氣飛濺物附著到噴頭3-1的螺紋口上，導(dǎo)致無法正常連接或拆卸；

注意在安裝噴頭3-1的過程中，不要旋動主噴嘴2上部的螺紋口，即不能使主噴嘴2與安裝底座1產(chǎn)生相對距離變化，直觀體現(xiàn)為主噴嘴2的刻度線在測量標尺上的指示值不能變化，保持預(yù)定的離焦量值；

將保護氣管插入安裝底座1的氣嘴上，打開保護氣瓶開關(guān)；

安裝完成后即可按照機器人示教后的程序路徑進行焊接。

本發(fā)明的氣保護模式為同軸氣保護，若更換焊接頭的聚焦鏡片改變了焦距，可制作并更換相應(yīng)尺寸的主噴嘴2及噴頭3-1。

以上對本發(fā)明的實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。