專利名稱：多維激光焊接塑料裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光焊接裝置，特別涉及一種多維激光焊接塑料裝置，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是家電、汽車、計(jì)算機(jī)、通訊、醫(yī)療、航天等眾多領(lǐng)域大量使用塑料材料，而且原先許多傳統(tǒng)使用金屬的零部件(汽車進(jìn)氣管、油箱、過濾器、醫(yī)學(xué)上使用的流體輸送系統(tǒng)等)也開始逐漸被塑料所代替，這些領(lǐng)域所使用的塑料材料不僅要求數(shù)量大，而且使用種類多，科技含量高，是塑料制品加工業(yè)中能獲得高經(jīng)濟(jì)效益的最佳領(lǐng)域。因此，在塑料制品的加工過程中人們渴望一種更加快速、有效、干凈的塑料焊接方式。由于材料和設(shè)備方面的進(jìn)步，使激光焊接技術(shù)作為一種連接塑料制品的專門方法得到了生產(chǎn)廠家的認(rèn)可，主要用于連接敏感性塑料制品(含有線路板)、具有復(fù)雜幾何形狀的塑料件以及有嚴(yán)格潔凈要求的塑料制品(醫(yī)藥設(shè)備)等等。
目前國內(nèi)市場上普遍使用的塑料焊接技術(shù)主要有振動摩擦焊接、熱板式塑料焊接及超聲波焊接等焊接技術(shù)，尚未見采用激光焊接技術(shù)的塑料焊接產(chǎn)品問世。
激光焊接塑料的基本原理是，兩種塑料在低壓力下被夾緊在一起，激光穿過一個(gè)制品，然后被另外一個(gè)制品吸收，吸收激光能量的制品將光能轉(zhuǎn)化為熱能，在塑料的接觸面熔化，形成一個(gè)焊接區(qū)。絕大多數(shù)本色的塑料和許多有色的半透明塑料都能被激光焊接，例如聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯烯(PP)等材料。
與傳統(tǒng)的塑料焊接技術(shù)相比，激光焊接塑料技術(shù)主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)(1)能生成精密、牢固和密封(不透氣和不漏水)的焊接；(2)易于控制，具有良好的適應(yīng)性；(3)極大地減小了制品的振動應(yīng)力和熱應(yīng)力；(4)能夠?qū)⒃S多種類不同的材料焊接在一起。
通過資料檢索，檢索到已申請的專利文獻(xiàn)，申請?zhí)枮?0101924.4，其所述的裝置是類似的激光塑料焊接裝置，主要采用激光束二維掃描裝置進(jìn)行輪廓焊、將激光束通過光束整形直接在物體表面進(jìn)行焊接或移動焊接工件等方法實(shí)現(xiàn)焊接。其缺點(diǎn)是激光束二維掃描，對于復(fù)雜形狀的塑料零件根本無法焊接，其原因僅靠二維掃描無法保證焊接的激光光束聚焦點(diǎn)在被焊接工件的表面。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了使激光焊接能應(yīng)用于汽車、航空、電子、醫(yī)藥等行業(yè)中，對各種形狀的塑料元器件實(shí)現(xiàn)多維立體透過式焊接。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種多維激光焊接塑料裝置，其特征在于，裝置包括激光焊接源、X方向?qū)к?、Y方向?qū)к墶⒐ぷ髋_、光纖角度控制臺；Y方向兩根導(dǎo)軌分別置于工作臺兩側(cè)，X方向?qū)к墐啥朔謩e與Y方向兩導(dǎo)軌連接，X方向?qū)к壨ㄟ^連接板與Z軸方向移動絲桿連接，Z軸方向移動絲桿連接光纖角度控制臺；X方向?qū)к墶方向?qū)к?、Z軸方向移動絲桿分別和A電機(jī)、B電機(jī)及C電機(jī)連接，以控制X軸、Y軸及Z軸方移動；激光焊接源所采用的光纖輸出頭和由D可逆電機(jī)帶動的擺動架相連接，D可逆電機(jī)置于齒輪盤上，齒輪盤置于光纖角度控制臺的底板上，底板上置有E電機(jī)，其輸出軸連接的齒輪與齒輪盤相嚙合，所述的齒輪盤上開有與光纖輸出頭所處位置相對應(yīng)的狹縫。
所述的激光焊接源為輸出波長為810-940nm的半導(dǎo)體激光器。
本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型通過A、B、C電機(jī)控制光纖輸出頭完成X、Y、Z軸方向焊接移動，通過D電機(jī)帶動連接光纖輸出頭的擺動架實(shí)現(xiàn)ZX平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)輸出完成焊接，由E電機(jī)帶動齒輪轉(zhuǎn)盤沿XY水平面旋轉(zhuǎn)使光纖輸出頭偏轉(zhuǎn)到需要的位置完成焊接。因此，本實(shí)用新型能滿足光纖軸始終垂直加工件表面，光纖輸出激光透鏡保證光束聚焦點(diǎn)在加工件表面上，光纖頭可做6維移動，光纖頭光軸和Z軸在同一個(gè)平面上等的技術(shù)要求。


圖1為多維塑料焊接裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為Z軸升降放大示意圖；圖3為水平軸旋轉(zhuǎn)、Z軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為多維塑料焊接裝置控制原理框圖。
具體實(shí)施方式
由圖1-圖4所示，一種多維激光焊接塑料裝置，其特點(diǎn)是，它包括激光焊接源、X方向?qū)к?、Y方向?qū)к?、7、工作臺1、光纖角度控制臺10；Y方向兩根導(dǎo)軌2、7分別置于工作臺1兩側(cè)，X方向?qū)к?兩端分別與Y方向?qū)к?和Y方向?qū)к?連接，X方向?qū)к?通過連接板6與Z軸方向移動絲桿8連接，Z軸方向移動絲桿8連接光纖角度控制臺10；X方向?qū)к?、Y方向?qū)к?、7，Z軸方向移動絲桿8分別和A電機(jī)3、B電機(jī)4及C電機(jī)9連接，以控制X軸、Y軸及Z軸方向的焊接移動；激光焊接源所采用光纖輸出頭13和由D可逆電機(jī)11帶動的擺動架12相連接，D可逆電機(jī)11置于齒輪盤15上，齒輪盤15置于光纖角度控制臺10的底板19上，底板19上置有E電機(jī)18，其輸出軸連接的齒輪17與齒輪盤15相嚙合，所述的齒輪盤15上開有與光纖輸出頭13所處位置相對應(yīng)的狹縫14，狹縫為3mm寬。由于光纖輸出頭13和由D可逆電機(jī)11帶動的擺動架12相連接，以保證光纖輸出頭13可以通過狹縫14在ZX平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)輸出完成焊接。E電機(jī)18通過齒輪17帶動齒輪盤15沿著XY水平面旋轉(zhuǎn)，E電機(jī)也可水平放置，使齒輪盤15沿著YZ平面旋轉(zhuǎn)，完成光纖輸出頭13的空間角度取向。使光纖輸出頭13偏轉(zhuǎn)到需要的位置從而完成對工件16的焊接。即先通過D電機(jī)的旋轉(zhuǎn)完成光纖輸出頭13一定角度的偏轉(zhuǎn)，再通過E電機(jī)完成光纖輸出頭13在360°內(nèi)任一空間取向。所述的光纖輸出頭是指激光輸出光纖及準(zhǔn)直聚焦透鏡的組合。
在需要調(diào)焦時(shí)由電機(jī)A、B、C完成。由圖4所示，所有多維位移的實(shí)現(xiàn)是由計(jì)算機(jī)分別控制電機(jī)A、B、C、D、E來實(shí)現(xiàn)的，從而完成多維塑料工件的焊接。
權(quán)利要求1.一種多維激光焊接塑料裝置，其特征在于，它包括激光焊接源、X方向?qū)к?5)、Y方向?qū)к?2、7)、工作臺(1)、光纖角度控制臺(10)； Y方向兩根導(dǎo)軌(2、7)分別置于工作臺(1)兩側(cè)，X方向?qū)к?5)兩端分別與Y方向?qū)к?2)和Y方向?qū)к?7)連接，X方向?qū)к?5)通過連接板(6)與Z軸方向移動絲桿(8)連接，Z軸方向移動絲桿(8)連接光纖角度控制臺(10)； X方向?qū)к?5)、Y方向?qū)к?2、7)，Z軸方向移動絲桿(8)分別和A電機(jī)(3)、B電機(jī)(4)及C電機(jī)(9)連接，以控制X軸、Y軸及Z軸方向的焊接移動；激光焊接源所采用光纖輸出頭(13)和由D可逆電機(jī)(11)帶動的擺動架(12)相連接，D可逆電機(jī)(11)置于齒輪盤(15)上，齒輪盤(15)置于光纖角度控制臺(10)的底板(19)上，底板(19)上置有E電機(jī)(18)，其輸出軸連接的齒輪(17)與齒輪盤(15)相嚙合，所述的齒輪盤(15)上開有與光纖輸出頭(13)所處位置相對應(yīng)的狹縫(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多維激光焊接塑料裝置，其特征在于，所述的激光焊接源為輸出波長為810-940nm的半導(dǎo)體激光器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多維激光焊接塑料裝置，特點(diǎn)是，它包括激光焊接源、X、Y方向?qū)к?、工作臺、光纖角度控制臺；Y方向兩根導(dǎo)軌分別置于工作臺兩側(cè)，X方向?qū)к墐啥朔謩e與兩根Y方向?qū)к夁B接，X方向?qū)к壨ㄟ^連接板與Z軸絲桿連接，Z軸絲桿連接裝有光纖輸出頭的光纖角度控制臺；通過A、B、C電機(jī)控制光纖輸出頭完成X、Y、Z軸方向焊接移動，通過D電機(jī)帶動光纖輸出頭擺動實(shí)現(xiàn)ZX平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)輸出完成焊接，由E電機(jī)帶動齒輪轉(zhuǎn)盤沿XY水平面旋轉(zhuǎn)使光纖輸出頭偏轉(zhuǎn)到需要的位置完成焊接。因此，本實(shí)用新型能滿足光纖軸始終垂直加工件表面，光纖輸出激光透鏡保證光束聚焦點(diǎn)在加工件表面，光纖頭可做6維移動，光纖頭光軸和Z軸在同一個(gè)平面上等的技術(shù)要求。
文檔編號B23K26/08GK2732473SQ20042009011
公開日2005年10月12日 申請日期2004年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月16日
發(fā)明者王又良, 崔瑛, 曲世浦, 李明 申請人:上海市激光技術(shù)研究所