一种手持激光焊接枪及具有其的系统的制作方法

1.本技术涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种手持激光焊接枪及具有其的系统。


背景技术：

2.目前，世界各制造业大国为应对未来制造业竞争，相继提出升级换代的制造业国家战略，鼓励制造业的技术创新并给与重点资助，其中激光焊接作为高端装备技术重要的一部分备受关注。与传统的焊接技术相比，激光焊接具有能量密度集中、焊后焊缝窄且强度高等优点，因此被广泛应用于船舶、航空航天、汽车等装备制造业领域。
3.根据公开报道，现有的手持激光焊接机，针对不同的加工需求时，操作者需要首先在主机柜上选择或设置焊接相关参数，然后将焊接枪移动并放置于恰当位置，按下焊枪手柄上的启动开关，才能开始使用焊枪进行激光焊接的作业。然而在使用过程中若要调整激光功率、气压大小等关键焊接参数，操作者需要首先关闭焊枪，再返回到主机柜位置进行参数修改。此过程极大的影响了工作效率，尤其是持焊枪远距离焊接作业。
4.因此，亟需一种能够在焊枪端进行实时参数设定的手持激光焊接枪及系统，实现焊接参数的即时调控，提高工作效率的同时提升实际应用的适用性。


技术实现要素：

5.本技术提供一种手持激光焊接枪及具有其的系统，能够解决焊枪距离主机柜较远时对焊枪的参数修改操作不便，极大限制工作效率的问题。
6.本技术第一方面提供一种手持激光焊接枪，包括：
7.焊枪壳体；
8.分控器，设置在所述焊枪壳体内；
9.显示屏，设置在所述焊枪壳体的表面，并与所述分控器连接；
10.参数调节板，设置在所述焊枪壳体的表面，并与所述分控器连接；
11.信号接口，与所述分控器连接；其中，
12.所述分控器被配置为：
13.接收所述参数调节板发出的调节信号，并将所述调节信号调节的信息发送至所述显示屏显示，以及将所述调节信号发送至所述信号接口；
14.响应于所述信号接口接收到的显示信号，将所述显示信号转换为显示信息，发送至所述显示屏显示。
15.可实施的一种方式中，还包括多个温湿度传感器，多个所述温湿度传感器分别与所述分控器连接，且多个所述温湿度传感器设置在所述焊枪壳体内的不同特定设计区域；其中，
16.所述分控器被配置为：采集多个所述温湿度传感器监测区域的温湿度信息，并将采集到的所述温湿度信息发送至所述显示屏，以便所述显示屏显示所述焊枪壳体内不同区域的温湿度；将所述温湿度信息发送至所述信号接口。
17.可实施的一种方式中，所述参数调节板包括多个对应关键参数的控制按键，多个所述控制按键分别与所述分控器连接；其中，
18.多个所述控制按键包括：确认键、方向调节键和大小调节键，所述确认键、所述方向调节键和所述大小调节键分别与所述分控器连接；
19.所述分控器被配置为：接收所述控制按键发出的调节信号，并将调节信号调节的信息呈现在所述显示屏上。
20.可实施的一种方式中，还包括手柄开关，所述手柄开关与所述分控器连接；其中，
21.所述分控器被配置为：响应于所述手柄开关发出的信号，并将信号发送至信号接口。
22.可实施的一种方式中，所述分控器还包括mcu控制器、pd光电探测器和存储模块，所述mcu控制器分别与所述信号接口、所述pd光电探测器和所述存储模块连接；其中，
23.所述存储模块，用于存储所述mcu控制器向其发送的指令；
24.所述pd光电探测器，用于通过光纤耦合方式接收预设比例的输出光，并将输出光转换为光电流信号传输至所述mcu控制器；
25.所述mcu控制器被配置为：接收所述光电流信号，并将所述光电流信号与预设的范围区间比较，将未落入所述范围区间的所述光电流信号分别发送至所述信号接口和所述显示屏。
26.基于所述手持激光焊接枪，本技术第二方面实现一种激光焊接系统，包括如前述的手持激光焊接枪和主机柜。
27.所述主机柜包括主控制器和激光器；
28.所述主控制器分别与所述激光器以及设置在所述手持激光焊接枪上的振镜和信号接口连接；
29.所述激光器发出的激光经所述振镜射向预设区域；其中，
30.所述主控制器被配置为：控制所述激光器的动作；通过信号接口与所述手持激光焊接枪数据通信；调节所述振镜扫描宽度。
31.可实施的一种方式中，所述主控制器和所述振镜之间通过两根信号线连接；所述两根信号线构成差分信号传输通道。
32.可实施的一种方式中，还包括焊丝机，所述焊丝机与所述主控制器连接；所述焊丝机具有的焊丝管与所述手持激光焊接枪的外壁连接；其中，
33.所述主控制器被配置为：控制所述焊丝机的焊丝沿所述焊丝管长度方向的移动速度。
34.可实施的一种方式中，还包括控制阀和气体比例阀，所述控制阀和所述气体比例阀均与所述主控制器连接，且所述控制阀设置在与所述主机柜连接的气路上，所述气体比例阀设置在所述气路上；其中，
35.所述主控制器被配置为：向所述控制阀输出一个开关信号，调整所述控制阀的打开和关断，以便实现所述气路的通断；向所述气体比例阀输出一个模拟量信号，以使所述气体比例阀依据模拟量信号，调整所述气路的连通比例。
36.可实施的一种方式中，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述激光器和所述主控制器连接，并为所述激光器和所述主控制器供电。
37.可实施的一种方式中，还包括触摸屏，所述触摸屏与所述主控制器连接；其中，
38.所述主控制器被配置为，接收所述触摸屏发出的指令信号，并将所述指令信号中的至少部分信息显示在所述手持激光焊接枪的显示屏上。
39.本技术具有如下有益效果：
40.手持激光焊接枪将参数调节板以及显示屏设置在焊枪壳体的表面，并将参数调节板与置于焊枪壳体内的分控器连接，分控器与信号接口连接。利用参数调节板设置焊枪的参数，再利用分控器将参数调节板调节信号显示在显示屏上，并且将调节信号发送至信号接口以便与信号接口连接的设备能够接收，例如与信号接口连接的设备为主机柜。此外，信号接口还能够接收向焊枪发送的显示信号，以使分控器将显示信号转换为显示信息，发送至显示屏显示。
41.激光焊接系统能够使得手持激光焊接枪距离主机柜几十米的情况下，调整焊枪的参数，无需往复行走于焊接枪和主机柜之间，尤其适用于调整新的焊接工艺参数，需要反复调节测试的应用场景。能够提高焊接的工作效率，方便设置调节焊接工艺参数，在焊枪位置添加智能显示和设置功能，使得操作者在远离主机柜的位置也可以查看或设置相关参数，操作者可独立完成参数的修改，方便快捷的进行焊接作业。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本技术一种手持激光焊接枪的原理图；
44.图2为本技术一种手持激光焊接枪的焊枪壳体的结构示意图；
45.图3为本技术一种手持激光焊接枪的参数调节板的结构示意图；
46.图4a为本技术一种手持激光焊接枪的显示屏的枪头区域参数示意图；
47.图4b为本技术一种手持激光焊接枪的显示屏的激光功率和扫描宽度参数示意图；
48.图4c为本技术一种手持激光焊接枪的显示屏的送丝速度和气压调节参数示意图；
49.图5为本技术一种手持激光焊接枪的显示屏的激光器激光功率和振镜扫描宽度特征设置参数示意图；
50.图6为本技术一种激光焊接系统的结构示意图；
51.图7为本技术一种激光焊接系统的原理图；
52.图8为本技术一种手持激光焊接枪的显示屏的送丝机送丝速度和气压的特征参数示意图；
53.图9为本技术一种手持激光焊接枪的分控器的示意图；
54.图10为本技术一种手持激光焊接枪的跨阻放大器电路的示意图；
55.图11为本技术激光焊接系统的原理图工作原理图。
56.附图标记：
57.1-焊枪壳体；2-主机柜；3-送丝机；4-分控器；5-焊丝管；6-显示屏；7-参数调节板；71-确认键；72-方向调节键；73-大小调节键；8-信号接口；9-振镜；10-手柄开关；11-温湿度
传感器；12-触摸屏；13-电源模块；14-激光器；15-控制阀和气体比例阀；16-主控制器；17-控制板电源接口；18-mcu控制器；19-flash芯片；20-通讯芯片；21-跨阻放大器；22-显示屏接口；23-控制调节板接口；24-pd光电探测器接口；25-温度传感器接口；26-温湿度传感器接口。
具体实施方式
58.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
59.为便于对申请的技术方案进行，以下首先在对本技术所涉及到的一些概念进行说明。
60.振镜，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galvo scanning system。是一种特殊的摆动电机，当输入一个位置信号，摆动电机(振镜)就会按一定的电压与角度的转换比例摆动一定的角度。振镜片在摆动电机的带动下高速的来回旋转，达到改变激光光束路径的目的。
61.扫描宽度：激光的扫描宽度由振镜的摆动角度决定，设置的扫描宽度通过一定的比例转化为振镜的摆动角度。本技术中的振镜安装在焊枪内，当激光打在振镜片上，通过振镜的高速来回摆动，使焊枪最终输出的激光具有一定的宽度，也就是焊接的时出光的宽度。
62.比例阀：阀口可以根据需要打开任意一个开度，由此控制通过流量的大小。本技术中所采用的比例阀信号为电信号，电信号范围为4～20ma。
63.pid控制算法，是指在过程控制中，按偏差的比例(p)、积分(i)和微分(d)进行控制的算法。
64.如图1、图2和图6所示，本技术第一方面提供一种手持激光焊接枪，包括焊枪壳体1、分控器4、显示屏6、参数调节板7、信号接口8。
65.其中，焊枪壳体1的尾端的手柄处设置有信号接口8，前端为用于焊接的枪头。
66.显示屏6设置在焊枪壳体1的表面，具体地，显示屏6设置在焊枪壳体1表面便于操作人员视野观察的位置。优选地，显示屏6设置在焊枪壳体1的顶面，且远离焊枪壳体1的枪头位置，以便操作人员观看显示屏6上显示的焊枪参数。
67.显示屏6可以为lcd屏幕。
68.参数调节板7设置在焊枪壳体1的表面，通过参数调节板7可以对焊枪的工作参数进行调节，参数调节板7的参数调节触发方式可以为按键或触摸等，本实施例对参数调节板7的触发方式并不加以限定。
69.信号接口8为能够进行信号传输的接口。例如，信号接口8连接主机柜的情况下，通过信号接口8能够实现焊枪与主机柜的信号互通。
70.信号接口8与主机柜可以通过rs485通讯协议与主机柜内的主控制器16进行通讯，利用rs485通讯协议的抗干扰能力强、适合远距离传输的优点，实现焊枪与主机柜远距离的信号传输。
71.分控器4设置在焊枪壳体1内，分控器4分别与显示屏6、参数调节板7和信号接口8
通过线路连接。
72.分控器4被配置为：接收参数调节板7发出的调节信号，并将调节信号调节的信息发送至显示屏6显示，以及将调节信号发送至信号接口8。
73.其中，参数调节板7被操作者操作时，产生的调节信号发送至分控器4，分控器4将调节信号调节的信息发送至显示屏6，以便显示屏6显示参数调节板7调节的参数，分控器4可以实时的将参数调节板7调节的参数显示在显示屏6上。分控器4还将接收到调节信号发送至信号接口8，以便与信号接口8连接的主控制器16接收到参数调节板7调节的参数，主控制器16根据接收到的参数作出相应的动作。
74.分控器4被配置为：响应于信号接口8接收到的显示信号，将显示信号转换为显示信息，发送至显示屏6显示。信号接口8接收到如主控制器16发出的显示信号后，通过分控器4将显示信号转换为显示屏6可以识别的显示信息，以便显示屏6同步显示主控制器16发出的指令。
75.分控器4将在焊枪上参数调节板7的按键操作转化为系统指令传输给主控制器16，再通过主控制器16解析系统指令，并完成最终的控制输出。例如，主控制器16控制激光器14、比例阀和振镜9等输出。同时，分控器4接收主控制器16设置参数的实时信息，并呈现在显示器上，方便操作者实时观察焊枪参数。
76.本实施例中，利用分控器4将参数调节板7发出的调节信号显示在显示屏6上，还能将调节信号发送至信号接口8，以便与信号接口8相连接的主控制器16作出相应的动作，从而实现在焊枪壳体1处即可实现对焊枪参数的调整。无需操作人员移动至主机柜2处，通过主机柜2修改焊枪的参数，大大提高了焊接的工作效率。
77.在一个实施例中，手持激光焊接枪还包括多个温湿度传感器11。
78.其中，多个温湿度传感器11分别设置在焊枪壳体1内的不同区域，从而实现对设置区域进行温湿度的监控，多个温湿度传感器11分别与分控器4连接。温湿度传感器11对其所在区域的温湿度进行采集，并将采集到的温湿度信息传输至分控器4。
79.分控器4被配置为：采集多个温湿度传感器11监测区域的温湿度信息，并将采集到的温湿度信息发送至显示屏6，以便显示屏6显示焊枪壳体1内不同区域的温湿度；将温湿度信息发送至信号接口8。
80.需要说明地是，显示屏6可以显示每个温湿度传感器11采集到的温湿度，也可以显示温湿度传感器11的平均温湿度。
81.本实施例中，操作人员可以根据显示屏6上显示的焊枪壳体1内的温度对焊枪工作状态进行判断，避免因为焊枪在工作过程中，内部温度过高，发生危险，提高了工作的安全性。
82.如图3所示，在一个实施例中，参数调节板7包括多个控制按键，多个控制按键分别与分控器4连接。
83.其中，多个控制按键可以包括：确认键71、方向调节键72和大小调节键73。确认键71、方向调节键72和大小调节键73分别与分控器4连接。
84.具体地，主机柜2上电后，焊枪内分控器4自启动，显示屏6点亮，如图4中显示屏6显示当前焊枪枪头的温度和湿度、焊枪枪柄的温度。下翻页表示标志已被选定，操作者可以按确认键71中的按键ok，使显示屏6进入下一页面。如图5所示，该页面显示激光功率和振镜9
扫描宽度的设置值，操作者可操作方向调节键72中的上方向调节键或下方向调节键，进行设置参数的选择或页面的翻页。当显示屏6内的箭头光标指向选定的参数后，再通过操作加按键+或减按键
–
进行参数数值增加或减小设置，并且可以在显示屏6实时观察到设置参数的变化。为了方便观察，每个设置参数都有数字显示和百分比条形显示。
85.当选定到翻页箭头指示标志时，操作者按下按键ok，可进入下一或上一页面。
86.分控器4被配置为：接收控制按键发出的调节信号，并将调节信号调节的信息呈现在显示屏6上。对参数调节板7所包括的控制按键进行操作后，控制按键会将操作转换为调节信号发送给分控器4，分控器4接收到调节信号后，分别向显示屏6和主控制器16发送可执行信号。
87.本实施例中，操作者利用控制按键对焊枪的操作进行调整，控制按键将操作的调节信号发送至分控器4，以便分控器4将接收到的调节信号发送给主控制器16执行对应的动作。利用参数调节板7实现了对焊枪的参数调节，提高了操作的便利性。
88.如图1所示，在一个实施例中，手持激光焊接枪还包括手柄开关10，手柄开关10与分控器4连接。
89.其中，手柄开关10与分控器4连接，手柄开关10的动作形成信号发送至分控器4。
90.分控器4被配置为：响应于手柄开关10发出的信号，并将信号发送至是信号接口8。
91.具体地，分控器4在接收到手柄开关10发出的信号后，将信号通过信号接口8发送至主控制器16，主控制器16根据手柄开关10的信号实现了焊枪的开启和关闭动作。
92.如图6和图7所示，本技术第二方面还提供一种激光焊接系统，包括前述的手持激光焊接枪和主机柜2。
93.其中，主机柜2包括主控制器16和激光器14，主控制器16分别与设置在主机柜2内的激光器14，以及设置在手持激光焊接枪上的振镜9通过线路连接。
94.主控制器16被配置为：控制激光器14的动作。具体地，主控制器16通过信号接口8与手持激光焊接枪数据通信；利用主控制器16调节振镜9扫描宽度，以及控制激光器14的开启和关闭等动作。
95.需要说明地是，振镜9与主控制器16之间通过两根信号线连接，两根信号线构成差分信号传输通道，主控制器16通过差分信号传输通道调节振镜9扫描宽度。激光器14发出的激光经过光纤射向振镜9，经过振镜9调制后，射向预设区域。
96.本技术中的振镜9采用高损伤阈值，且高透过率激光参数的镀膜，能够有效改善焊缝内部和外部质量。优选地，振镜9的镀膜中心波长为1080nm，激光透率＞99.8％。另外，振镜9还可以根据实际焊接加工场景，更换为摆动的分束扫描振镜，利用分束扫描振镜将激光分成多束光来提升焊接效率。
97.其次，激光器14采用光纤激光器，优选地，激光器14可包括激励系统、激光活性介质和光学谐振腔三部分，三部分依次连接，激光器14采用连续模式输出。与固体激光器等激光系统相比，具有结构紧湊、能耗较低、免调节维护、光纤柔性传导输出、便于客户集成使用等众多优点。光纤激光器具有超过40％的高电光转换效率，尤其适用于热传导焊接、激光金属熔覆及塑料焊接等应用场景。为了较好匹配本技术的手持激光焊接枪，优选地，激光器参数包括：平均激光输出功率1500w，优异的光束质量对应的束参积为≤2@50μm，中心波长为1080
±
3nm，光谱宽度《5nm，实际工作温度为22-28℃。此外，激光器14的功耗不超过7000w，
以及不大于500*800*180mm的尺寸非常适用于装备集成和实际使用。
98.如图2和图7所示，在一个实施例中，激光焊接系统还包括焊丝机，焊丝机与主控制器16连接；焊丝机具有的焊丝管5与手持激光焊接枪的外壁连接。
99.焊丝机的焊丝经焊丝管5传输至手持激光焊接枪的枪头，以便与枪头配合完成焊接。
100.具体地，在手持激光焊接枪的外壁上设置支架，支架与焊丝管5的外壁连接，以便通过支架保证焊丝管5与手持激光焊接枪的相对位置。
101.需要说明地是，主控制器16被配置为：控制焊丝机的焊丝沿焊丝管5长度方向的移动速度。具体地，主控制器16通过rs232通讯协议与焊丝机进行通讯，控制送丝机3的送丝量。
102.如图8所示，还需要说明地是，送丝速度能够被呈现在显示器上，以便通过手持激光焊接枪对送丝速度进行调整。
103.本实施例中，在手持激光焊接枪外设置焊丝管5，焊丝机将焊丝送出后，经焊丝管5传输至手持激光焊接枪的枪头处，利用手持激光焊接枪的参数调节板7控制焊丝机的出丝速度，无需操作者移动至主机柜2处，通过主机柜2调整焊丝机的出丝速度，提高了操作的便利性。
104.如图7所示，在一个实施例中，激光焊接系统还包括控制阀和气体比例阀15，控制阀和气体比例阀15均与主控制器16连接，且控制阀设置在与主机柜2连接的气路上，气体比例阀设置在气路上。
105.其中，控制阀用于控制气路的通断。优选地，控制阀可以为电磁阀。
106.气路的出气端设置在焊枪上，且出气端朝向焊枪的焊接位置，以便配合焊枪的焊接工作。
107.主控制器16被配置为：向控制阀输出一个开关信号，调整控制阀的打开和关断，以便实现气路的通断。
108.其次，气体比例阀设置在气路上，调整气路的连通比例。
109.主控制器16被配置为：向气体比例阀输出一个模拟量信号，以使气体比例阀依据模拟量信号，调整气路的连通比例。
110.气体比例阀为气体比例电磁阀，示例性地，主控制器16通过输出一个4～20ma模拟量来控制气体比例阀的开度，输出一个模拟量信号来控制气体比例阀的开关，以实现打开关闭和调节气路气压的功能。
111.主控制器16利用气体比例阀方便调整气路出气量，使得出气量更容易掌控，提高焊枪的焊接效果。
112.如图7所示，在一个实施例中，激光焊接系统还包括电源模块13，电源模块13分别与激光器14和主控制器16连接，并为激光器14和主控制器16供电。
113.其中，电源模块13能够连接市电为激光器14和主控制器16供电。
114.如图7所示，在一个实施例中，激光焊接系统还包括触摸屏12，触摸屏12与主控制器16连接。
115.其中，主控制器被配置为，接收触摸屏12发出的指令信号，并将指令信号中的至少部分信息显示在手持激光焊接枪的显示屏6上。
116.示例性地，主控制器16通过rs232协议与触摸屏12进行通讯，触摸屏12用来显示、设置和保存相关焊接参数。
117.本实施例中，利用触摸屏12将操作者输入的操作指令转换为指令信号，控制器根据指令信号，进行相应的动作。
118.综上所述，本技术提供的一种手持激光焊接枪及具有其的系统，气路管线中在添加一个气体比例阀，操作者不仅仅可以通过气体比例阀控制气体的打开关断，还可以根据工况调节气压的大小。手持激光焊接枪上安装显示屏和控制按键，操作者在远距离焊接作业时，可以远程监测和控制焊接的主要参数，尤其适用于主机柜通过几十米的线路与手持激光焊接枪连接的情况下，无需往返走动设定手持激光焊接枪的参数。手持激光焊接枪内不同位置安装温湿度传感器11，能够显示实时温湿度，出现异常情况手持激光焊接枪可以报警或停机，提高安全性。
119.此外，如图4a所示，基于上述本技术提出的一种手持式激光焊接枪，对实际焊接应用场景中碳钢厚板件和铝合金板材料的焊接工艺进行了实测验证。其中，图4a中，激光器最大功率1500w，手持端环境温度t为23.5℃，湿度为65％。
120.碳钢厚板件焊接参数分别为：激光功率100％(即1500w)，扫描宽度5mm，送丝速度60mm/s，气压调节80％。碳钢板厚约15mm，焊接长度约400mm。操作者可在手持端调节参数后进行焊接加工，双面焊接，焊接时长约120
±
5s，焊缝平整。
121.图4b和图4c中，操作者继续焊接铝合金板材料，由于材质、材料厚度、焊接长度等因素的改变，操作者需要及时更改焊接加工参数。操作者可在手持端将焊接参数进行快速更改，完成两种材料的参数更改时长约30
±
5s。参数更改完毕后继续对铝合金板的进行焊接。铝合金板焊接参数为：激光功率100％(即1500w)，扫描宽度4mm，送丝速度42mm/s，气压调节80％。铝合金板厚约5mm，焊接长度约150mm，焊接时长约40
±
5s，焊缝平整。
122.实测验证的结果表明，本技术提出的一种手持激光焊接枪能够解决远程手持端控制和显示的技术困难，具有稳定激光输出功率、智能远程控制的有益效果，提高装备工作效率和应用适用性。
123.如图9所示，本技术提出的一种手持激光焊接枪还具有功率自反馈调节功能，具体地，分控器包括控制板电源接口17、mcu(motor control unit，微控制器)控制器18、存储模块、通讯芯片20、跨阻放大器21、信号接口8、显示屏接口22、控制调节板接口23、pd(photodetector)光电探测器接口24、温度传感器接口25和温湿度传感器接口26。
124.其中，控制板电源接口17连接电源模块13为分控器4供电。
125.mcu控制器18分别与通讯芯片20、跨阻放大器21、信号接口8、显示屏接口22、控制调节板接口23、pd光电探测器接口24、温度传感器接口25和温湿度传感器接口26。
126.存储模块优选为flash芯片19，用于存储mcu控制器18向其发送的信息。
127.通讯芯片20，与信号接口8连接，具有rs485通讯协议，通过信号接口8实现mcu控制器18与主控制器16的数据互通。
128.跨阻放大器21与pd光电探测器的输出端连接，用于放大pd光电探测器输出的光电流信号。
129.显示屏接口22与显示屏6连接，用于将mcu控制器18发出的指令显示在显示屏6。
130.控制调节板接口23与参数调节板7连接，用于将参数调节板7接收的指令传输至
mcu控制器18。
131.pd光电探测器接口24连接pd光电探测器，通过光纤耦合方式接收激光器14发出的一定比例的输出光，优选地，接收到光功率大约0～150mw。对于不同功率的激光输出，pd光电探测器将接收到的光信号转换为光电流信号，光电流信号再通过分控器4上的跨阻放大器21(tia)电路进行接收和放大。从而实现对输出激光功率的标定和实时监测。
132.需要说明地是，在手持激光焊接枪实际工作时，分控器4中的跨阻放大器21能实时接收到pd光电探测器传送的光电流信号，当实际功率超过激光输出功率的预设的设定值的
±
10％(
±
10％为设定值的范围区间)，分控器4对主控制器16发出停止工作和/或报警信号，提示工作人员对激光器14的激光器模块进行检修；在激光焊接系统实际工作时，分控器根据pd光电探测器传送的光电流信号，通过pid算法，计算和调节激光器模块的驱动电流输出，使激光器模块的实际输出功率波动不超过设定值的
±
1.5％，实现功率自反馈调节功能。手持激光焊接枪的实际输出功率的稳定性，可大大提高激光加工工艺的质量。
133.具体地，pd光电探测器包括硅光电二极管，将硅光电二极管安装于手持激光焊接枪的激光输出位置附近，当硅光电二极管表面有光照射时，产生光生载流子，载流子扩散或漂移产生光电流，光电流的计算公式为:
134.i
out
＝i
dark
+i
pd
135.其中，i
out
为pd光电探测器输出光电流，i
dark
为暗电流，i
pd
为pd光电探测器接收到的光电流。
136.硅光电二极管的响应速度为给定波长下，产生的光电流和入射光功率之比，计算公式为：
[0137][0138]
将公式(1)转换，得到：
[0139]ipd
＝r(λ)*p
[0140]
其中，r(λ)为硅光电二极管的波长，由硅光电二极管的本身性能决定，不同波长对应不同的响应速度，单位为a/w；p为入射光功率。
[0141]
当主机柜开始工作，手持激光焊接枪射出激光时，分控器4上的pd光电探测器的接口24能接收到pd光电探测器产生的光电流，pd光电探测器的接口24再将光电流传输至跨阻放大器21来实现高增益。图10中，由于跨阻放大器21的a点电势和b点电势相等，因而硅光电二极管两端的电势差为零伏，这样就能消除暗电流，使得产生的光电流等于输出光电流，即i
out
＝i
pd
。
[0142]
进一步地，跨阻放大器21输出到mcu控制器18的电压计算公式为：
[0143]vout
＝rf*i
out
＝rf*i
pd
＝rf*r(λ)*p
[0144]
其中，v
out
为跨阻放大器21输出到mcu控制器18的电压，rf为反馈电阻。
[0145]
mcu控制器18根据接收到的电压，通过模数转换计算得到pd光电探测器探测到的入射光功率，再通过输出激光功率的标定计算可得到当前的激光器14输出的实际功率值。激光器14的实际输出功率与标定功率出现较大的偏差，mcu控制器18会根据pid控制算法算出功率输出值，并将功率输出值转换为实际激光器14驱动的电流值，达到理想的控制效果。
[0146]
另外，温度传感器接口25连接一个热敏电阻传感器ntc(负温度系数热敏电阻，由
mn-co-ni的氧化物充分混合后烧结而成)，用于检测手持激光焊接枪的准直区光纤输出头温度。温湿度传感器接口26连接温湿度传感器11，优选地，温湿度传感器11为数字温湿度传感器，用于实时检测手持激光焊接枪的聚焦区温度和湿度。热敏电阻传感器ntc将光纤输出头的温度传感器采集到的温度信号转换为电压信号传输至mcu控制器18，以及温湿度传感器11将采集到聚焦区的温度和湿度数字信号传输至mcu控制器18。接下来，mcu控制器18根据接收到的电压信号和数字信号判断手持激光焊接枪的准直区和聚焦区的工作环境是否正常，以及是否出现过温和结露等现象。这样，mcu控制器18在检测到电压信号和数字信号并未在对应预设的范围区间时，即可判断工作环境出现异常，立即向主机柜2发出停止工作或报警的指令，并在显示屏6上显示异常信息，其中，异常信息可包括电压信号和数字信号超出范围区间多少，例如，显示屏6上显示“准直区过温”，“准直区过温＞”表示准直区超出预设的范围区间。另外，还可以通过显示屏6闪烁的方式提醒信号异常，避免异常的工作环境对手持激光焊接枪光学器件的损坏，以及手持激光焊接枪出现安全隐患等。
[0147]
需要说明地是，手持激光焊接枪的准直区为手持激光焊接枪内枪柄位置，手持激光焊接枪的聚焦区为手持激光焊接枪的枪头位置。
[0148]
通过mcu控制器18向主机柜2远程传输故障检测结果，主机柜2根据mcu控制器18发出的指令发出停止工作的指令，可以提高手持激光焊接枪使用的安全性，如果手持激光焊接枪的工作环境出现异常情况，不仅在手持激光焊接枪表面的显示屏6上进行报警显示，还将报警信息传回给主机柜2进行停机或报警处理，并提醒用户检修。
[0149]
此外，mcu控制器18在向主机柜2发出停止工作或报警的指令的同时，将主机柜2的系统时间与故障信息传送给flash芯片19进行保存，以使得主机柜2在接收到停止工作关机的情况下，仍然能够查询到故障信息，另外也可以根据保存在flash芯片19中的故障信息，判断手持激光焊接枪中的光学器件或手持激光焊接枪的使用时间和使用状况。
[0150]
本实施例中，针对手持激光焊接枪在使用中容易出现的故障，提供具有故障检测功能以及故障保存功能，不仅能够有效避免手持激光焊接枪光学器件的损坏，还能够避免手持激光焊接枪出现安全隐患等。
[0151]
如图11所示，本技术激光焊接系统的工作原理如下：
[0152]
主机柜2中的主控制器16上电，主控制器16进行自检，检查与手持激光焊接枪的通讯是否正常，以及工作环境是否符合加工要求。自检完成后，手持激光焊接枪的显示屏6显示主控制器16传输的激光加工参数相关信息以及手持激光焊接枪的温湿度。接下来，可以通过参数调节板7对激光加工参数相关信息进行修改，例如，激光功率、扫描宽度等。当修改完成后，可通过手持激光焊接枪的手柄开关开启或关闭激光器进行加工作业。
[0153]
在激光开启加工过程中，手持激光焊接枪的分控器4实时监测环境状况，工作环境出现非正常状况时，在显示屏6上报警提示，同时关闭主机柜2内的激光器14。激光器14正常工作情况下，通过手持激光焊接枪内的pd光电探测器监测光信号。mcu控制器将pd光电探测器监测值转换为实时激光功率值，并与设定的功率值进行比较计算偏差，再通过pid算法求得激光器14驱动电流输出值，分控器4将电流输出值信号传送给主机柜2的主控制器16，实时调节激光器14的输出功率，实现功率波动不大于
±
1.5％，稳定的激光输出确保激光加工工艺的质量。而当手持激光焊接枪的分控器4计算激光器14输出功率偏差大于
±
10％，说明激光器14出现故障，在显示屏6上报警提示，同时关闭主机柜2内的激光器14。对于手持激光
焊接枪检测的故障状况，分控器4将其故障信息进行保存，以便后续查询或检修。
[0154]
本技术在手持激光焊接枪增加了分控器4，能够监测智能激光加工工况，增加了加工过程的反馈信息，不仅用于调节激光器14的输出，提高输出光的稳定性，还能够用于判断加工环境状况，提高手持激光焊接枪使用的安全性。同时，可以在手持激光焊接枪实时观测激光参数信息，并可对其进行远程调控，提高了使用效率。
[0155]
以上实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种手持激光焊接枪，其特征在于，包括：焊枪壳体；分控器，设置在所述焊枪壳体内；显示屏，设置在所述焊枪壳体的表面，并与所述分控器连接；参数调节板，设置在所述焊枪壳体的表面，并与所述分控器连接；信号接口，与所述分控器连接；其中，所述分控器被配置为：接收所述参数调节板发出的调节信号，并将所述调节信号调节的信息发送至所述显示屏显示，以及将所述调节信号发送至所述信号接口；响应于所述信号接口接收到的显示信号，将所述显示信号转换为显示信息，发送至所述显示屏显示。2.根据权利要求1所述的手持激光焊接枪，其特征在于，还包括多个温湿度传感器，多个所述温湿度传感器分别与所述分控器连接，且多个所述温湿度传感器设置在所述焊枪壳体内的不同区域；其中，所述分控器被配置为：采集多个所述温湿度传感器监测区域的温湿度信息，并将采集到的所述温湿度信息发送至所述显示屏，以便所述显示屏显示所述焊枪壳体内不同区域的温湿度；将所述温湿度信息发送至所述信号接口。3.根据权利要求1所述的手持激光焊接枪，其特征在于，所述参数调节板包括多个控制按键，多个所述控制按键分别与所述分控器连接；其中，多个所述控制按键包括：确认键、方向调节键和大小调节键，所述确认键、所述方向调节键和所述大小调节键分别与所述分控器连接；所述分控器被配置为：接收所述控制按键发出的调节信号，并将调节信号调节的信息呈现在所述显示屏上。4.根据权利要求1所述的手持激光焊接枪，其特征在于，所述分控器还包括mcu控制器、pd光电探测器和存储模块，所述mcu控制器分别与所述信号接口、所述pd光电探测器和所述存储模块连接；其中，所述存储模块，用于存储所述mcu控制器向其发送的指令；所述pd光电探测器，用于通过光纤耦合方式接收预设比例的输出光，并将输出光转换为光电流信号，并将所述光电流信号传输至所述mcu控制器；所述mcu控制器被配置为：接收所述光电流信号，并将所述光电流信号与预设的范围区间比较，将未落入所述范围区间的所述光电流信号分别发送至所述信号接口和所述显示屏。5.一种激光焊接系统，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的手持激光焊接枪和主机柜；所述主机柜包括主控制器和激光器；所述主控制器分别与所述激光器以及设置在所述手持激光焊接枪上的振镜和信号接口连接；所述激光器发出的激光经所述振镜射向预设区域；其中，所述主控制器被配置为：控制所述激光器的动作；通过信号接口与所述手持激光焊接
枪数据通信；调节所述振镜扫描宽度。6.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于，所述主控制器和所述振镜之间通过两根信号线连接；所述两根信号线构成差分信号传输通道。7.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于，还包括焊丝机，所述焊丝机与所述主控制器连接；所述焊丝机具有的焊丝管与所述手持激光焊接枪的外壁连接；其中，所述主控制器被配置为：控制所述焊丝机的焊丝沿所述焊丝管长度方向的移动速度。8.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于，还包括控制阀和气体比例阀，所述控制阀和所述气体比例阀均与所述主控制器连接，且所述控制阀设置在与所述主机柜连接的气路上，所述气体比例阀设置在所述气路上；其中，所述主控制器被配置为：向所述控制阀输出一个开关信号，调整所述控制阀的打开和关断，以便实现所述气路的通断；向所述气体比例阀输出一个模拟量信号，以使所述气体比例阀依据模拟量信号，调整所述气路的连通比例。9.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述激光器和所述主控制器连接，并为所述激光器和所述主控制器供电。10.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于，还包括触摸屏，所述触摸屏与所述主控制器连接；其中，所述主控制器被配置为，接收所述触摸屏发出的指令信号，并将所述指令信号中的至少部分信息显示在所述手持激光焊接枪的显示屏上。

技术总结
本申请涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种手持激光焊接枪及具有其的系统。一种手持激光焊接枪包括焊枪壳体；分控器，设置在所述焊枪壳体内；显示屏，设置在所述焊枪壳体的表面，并与所述分控器连接；参数调节板，设置在所述焊枪壳体的表面，并与所述分控器连接；信号接口，与所述分控器连接；其中，所述分控器被配置为：接收所述参数调节板发出的调节信号，并将所述调节信号调节的信息发送至所述显示屏显示，以及将所述调节信号发送至所述信号接口；响应于所述信号接口接收到的显示信号，将所述显示信号转换为显示信息，发送至所述显示屏显示。能够在手持激光焊接枪上调节焊枪的参数，并利用激光焊接系统进行远程控制，提高工作效率和安全性。率和安全性。率和安全性。


技术研发人员：李欢欣 刘民哲 翟瑞占 王巍 贾中青 张四维 孙丽媛 赵坤 张明山 王丽莎 刘梦霖 田晓琳 朱天瑜 王勇 尹晓琴
受保护的技术使用者：山东芯光光电科技有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/12