振镜扫描式激光焊接系统的研究

论文摘要

振镜扫描式激光焊接技术是国际上近几年才出现的新技术,并迅速成为各国研究的热点。它是指通过振镜的偏转来对所需焊接的图形进行扫描,再沿着扫描轨迹进行焊接,并可以使激光光束在焊点之间快速切换进行激光点焊,大大缩短了加工时间,提升了加工的效率。目前,国内振镜扫描式激光焊接机主要还是采用二维物镜前的静态聚焦扫描方式,焊接范围较小;而在国外,大范围高功率的振镜扫描式激光焊接机已广泛应用于各种工业领域中。本论文针对目前国内振镜激光焊接机存在的一些问题和不足,并与国外的先进技术做对比,提出了一种具有高性价比的动态聚焦的振镜激光焊接机系统,对振镜扫描式的激光焊接技术进行了深入细致的研究。本论文重点论述了适用于大加工范围的振镜扫描式激光焊接技术的三维动态聚焦振镜扫描式系统。首先建立了三维动态聚焦振镜扫描系统的数学模型,对该动态聚焦系统的光学设计及推导、激光束通过该系统的传输变换分析、激光束到达工作面上的聚焦光斑、激光焊接的离焦量以及焊接速度等都进行了详尽的分析。其次,对振镜扫描图形的失真提出了一种通用的校正算法,并取得了良好的校正效果。最后,对振镜激光焊接系统进行了软件设计,并对该系统的应用前景进行了展望分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 振镜扫描系统简介
• 1.2 振镜扫描式激光焊接简介
• 1.3 国内外研究背景
• 1.4 课题来源和意义
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 2 动态聚焦振镜扫描系统设计
• 2.1 振镜扫描系统的离焦误差模型
• 2.2 动态聚焦振镜系统组成
• 2.3 动态聚焦振镜系统的光路设计
• 2.4 激光束的传输变换分析
• 2.5 动态聚焦振镜系统的参数可行性分析
• 2.6 采用ZEMAX 软件进行仿真分析
• 2.7 本章小结
• 3 振镜扫描式激光焊接技术研究
• 3.1 激光源的选择
• 3.2 振镜激光焊接系统的聚焦光斑分析
• 3.3 振镜激光焊接系统的离焦量分析
• 3.4 振镜激光焊接系统的焊接速度分析
• 3.5 本章小结
• 4 振镜激光焊接系统软件的设计
• 4.1 基本图元的插补算法研究
• 4.2 振镜扫描图形的失真与校正
• 4.3 计算机软件系统整体框架
• 4.4 计算机上层软件设计
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结及展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献