[其他]用于激光焊接系统的光束调整系统

说明书

本发明一般与用于激光加工工件的装置有关，据此，尤其与激光束调整设备有关。

在特定工件上进行各种激光加工（如激光焊接）通常需要光束聚焦透镜以不同的焦点针对所要进行的各个机械加工反复聚焦。激光焊接为横向支撑燃棒而使用在核燃料系统中的燃料棒格栅就是需要这样反复聚焦的典型例子。众所周知，在此技术范围，这些格栅由许多金属片组成，这些金属片相互交错形成一个有许多格子供各燃料棒贯穿通过的鸡旦箱状的结构，而每个格栅都要完成很多焊接装配，也就是说：每个格栅内的金属片要彼此交叉;每个格栅内金属片的端部要与外部或外围的金属片相连：格栅外围的金属片要在格栅的拐角相接：而且用于控制棒的导向套管的套筒又要与格栅内金属片连接。在一个格栅上完成如此众多的焊接，需要把激光束反复聚焦于不同的焦平面上，这通过一个激光聚焦透镜的相应运动来完成。

这种激光加工装置迄今都存在这样一个问题，改变聚焦透镜的高度时。激光束聚焦光斑横向偏离其正确位置，这种偏离会使焊接的质量低劣。

本发明主要旨在克服上述问题，因此属于用来进行大量激光加工操作的装置，它包括发射激光束的设备;还包括引导发射出的光束至少沿一条在其中安装有可沿一个轴移动、为适应各种加工操作而把光束聚焦在不同焦点上的聚焦设备的预定轨迹传输的设备，其特征是：用于把至少部分上述的或各个光束轨迹同安装在其中的聚焦设备的运动轴调准的光束调整设备，这种光束调整设备包括调整靶设备，与上述的或各个光束轨迹有关、在光束轨迹中可拆装地支撑调整靶设备从而使靶设备拦截激光束并投射一个形状依据光束轨迹的该部相对于聚焦设备的运动轴调准或失调而变化的阴影的安装设备，以及在所述或各个光束轨迹中用于调节后者的所述部位的可调节设备，调节方式采用允许被所述的调整靶设备所投的影从一个表征失调的形状回复到一个表征调准的形状，从而调准光束轨迹的所述部位和安装在其中的聚焦设备的所述运动轴。

采用包括上述光束调整设备的这台装置可以把激光束以高精度聚焦在很多激光加工位置上并且没有有害的焦点偏移。

在将要详述的本发明的优选实施例中，调整整靶设备包括两个靶部件。通过安装设备便于将它们以一定的间隔分别定位在各个光束轨迹中，并使它们投射一个在特殊的光束轨迹部位与聚焦设备的运动轴分别表征为调准和失调的规则形状与非规则形状之间变化的合成阴影。在上述或每一条光束轨迹中的靶安装设备适合于把两个靶部件定位在靶部件之间没有诸如像透镜或反射镜那样的光学元件的一段光束轨迹中。体现本发明的这种装置的可调节设备包括一个在有关的光束轨迹中用于阻断和使激光束改变方向的换向反射镜，此换向反射镜对于基本上相互垂直的两个轴可以转动调节。可调节设备还包括一个围绕基本上相互垂直的两个轴可作转动调节的第二个换向反射镜，安装第二个换向反射镜是阻断被第一个提到的反射镜改变了方向的激光束，并使阻断了的光束沿相对于聚焦设备的运动轴调准了的光束轨迹段反射。

现在请参考附图，仅通过举例的方式说明本发明优选的实施例，其中：

图1是一个核燃料系统的透视图;

图2A，2B和2C分别是使用在图1系统中的一段燃料棒格栅的透视图、平面图和剖面图;

图3表明未采用本发明时，激光束聚焦透镜向不同聚焦位置的移动怎样引起焦点偏离其正确位置;

图4是体现本发明的激光焊接装置的结构支撑系统的部件分解、透视图;

图5是本激光焊接装置的光学系统透视简图;

图6表示图3的激光聚焦透镜以及它如何折射来自激光器的光线的实例;

图7A和7B分别是图4和图5的激光焊接系统的正视图和俯视图;

图8A和8B分别是把水平取向的激光束改变成沿相对于一个垂直轴线或Z-Z′轴精确调准的垂直取向的换向反射镜的侧视图和正视图;

图9A和9B分别是根据本发明所使用的光束调整靶的平面图和沿图9A的9B-9B线所取的剖面图;

图10是使用在图7B，8A和8B指出的激光焊接系统中的换向反射镜系统的正视图;

图11是图5和7A所示激光聚焦系统的剖面图;和

图12A和12B分别是当激光束和Z-Z′轴调整好时和当激光束和Z-Z′轴失调时，通过一对如图9A和9B所示的光束调整靶的激光束产生的投影图;