專利名稱：激光焊接樹脂元件的處理方法及裝置和激光焊接樹脂產品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光焊接樹脂元件的處理方法及其裝置和一種激光焊接樹脂產品。特別地，本發(fā)明涉及一種通過激光焊接將對激光束表現出透射性的透明樹脂元件和對激光束表現出吸收性的吸收性樹脂元件整體的結合的處理方法及其裝置，以及一種由此所得到的激光焊接樹脂產品。
背景技術：
近來，從減輕重量和減少成本的觀點出發(fā)，已廣泛對各領域的零部件，比如汽車零部件進行樹脂處理，由此使它們成為樹脂模制產品。而且，從具有高生產率的樹脂模制產品的生產來看，情況常常是采取如下措施。即預先分別地將一樹脂模制產品模制成多個零部件。然后，將由此所得到的獨立的零部件互相結合。
激光焊接處理已被常規(guī)地使用以結合一種樹脂到另一種樹脂。例如，日本待審專利公開(KOKAI)號11-348,132公開了一種激光焊接處理方法。在該常規(guī)的激光焊接處理方法中，將一種對激光束表現出透射性的透明樹脂元件重疊于一種對激光束表現出吸收性的吸收性樹脂元件上。然后，以該激光束照射該透明樹脂元件。這樣，將該透明樹脂元件和吸收性樹脂元件加熱到表面熔化，由此將它們整體地結合。
在該常規(guī)的激光焊接處理方法中，該激光束在其穿過該透明樹脂元件并到達該吸收性樹脂元件的接觸面時會在該接觸面處被吸收。在該接觸面處被吸收的激光束被累積為能量。結果，加熱該吸收性樹脂元件的接觸面直至熔化，同時，該透明樹脂元件的接觸面會通過來自該吸收性樹脂元件的接觸面的熱量傳遞而被加熱到熔化。當該透明樹脂元件的接觸面和該吸收性樹脂元件的接觸面在這樣的情況下相互作用時，就能夠整體地將它們結合。
然而，在某些情況下，通過上述常規(guī)的激光焊接處理方法，未必能夠獲得均勻的焊接狀態(tài)。參照圖18，考慮通過常規(guī)的激光焊接處理方法來焊接一樹脂產品即箱狀容器的情況。例如，箱子4具有一由吸收性樹脂模制而成的開口，并且被焊接于由透明樹脂構成的蓋子3。箱子4和蓋子3通過利用激光束1沿著焊線2進行焊接來形成一焊接產品5。當利用激光束1掃描焊線2的線性部分以進行焊接時，在激光功率、掃描速度和蓋子3的厚度恒定的條件下，每單位時間的激光能量在箱子4的表面4’上是恒定的。從而，在蓋子3和箱子4之間的接觸面處進行焊接時，能夠在焊線2的縱向和橫向上均勻地焊接。然而，激光束1具有一有限的照射橫截面積。結果，未必能夠在焊線2的彎曲部分2’(即與焊接產品5的拐角相鄰的部分)處均勻地焊接，激光束1的掃描方向在這些彎曲部分處會從一個方向變化到另一個方向。
而且，圖17說明了當激光束具有橢圓形橫截面和等于焊線2寬度的斑點直徑時，在焊線2以及與焊線2的拐角相鄰的激光束斑點3之間的關系。在激光束的掃描速度恒定的條件下，激光束沿著形成焊線2的激光束斑點3的左手邊切線“A”的傳播距離等于其在焊線2的線性部分處其右手邊切線“B”的傳播距離；但是，在焊線2的彎曲部分處，激光束沿著大曲率半徑彎曲部分R2(或沿著最外圍線“A”)的傳播距離大于激光束沿著小曲率半徑彎曲部分R1(或沿著最內圍線“B”)的傳播距離。這意味著，當激光束在單位時間照射的能量在激光斑點3的中心軌跡1(在附圖中由長、短點劃線示出)上保持均衡時，該能量在最外圍線“A”處會不足；而在最內圍線“B”處又過大。因此在焊線2的彎曲部分中，能量密度在小曲率半徑彎曲部分R1處變得比在大曲率半徑彎曲部分R2處要大。結果，焊線2的彎曲部分就焊接強度而言會次于其線性部分。而且，該焊接可能在大曲率半徑彎曲部分R2處會不足，并且由于過大的能量而可能使在小曲率半徑彎曲部分R1處形成的樹脂降級。

發(fā)明內容
本發(fā)明正是在這樣的情況下研制出的。因此本發(fā)明的一個目的在于提供一種處理方法，用以將一對激光束表現出透射性的透明樹脂元件焊接到一對激光束表現出吸收性的吸收性樹脂元件，該處理方法能夠均衡在焊線的彎曲部分處，在其橫向上的焊接強度。本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于該方法的焊接裝置。本發(fā)明的再一目的在于提供一種其中的焊接強度在拐角處保持均衡的激光焊接樹脂產品。
為解決上述問題，按照本發(fā)明第一個方案的激光焊接樹脂元件的處理方法，包括步驟在一吸收性樹脂材料上重疊一透明樹脂元件，該透明樹脂元件具有一第一預定形狀，并包括一含有一帶狀第一焊接表面的部分，至少該部分是由一種允許一激光束在其中傳輸的透明樹脂形成；該吸收性樹脂元件具有一第二預定形狀，并包括一含有待焊接于該第一焊接表面的一帶狀第二焊接表面的部分，至少該部分由一種吸收該激光束的吸收性樹脂形成；以及以該激光束照射該透明樹脂元件，由此將該透明樹脂元件的該第一焊接表面和該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面之間的一接觸面焊接成一帶狀，該接觸面具有一焊接為一帶狀的焊線，并包括相互相鄰的線性部分、一插入該線性部分之間的大曲率半徑彎曲部分和一插入該線性部分之間的小曲率半徑彎曲部分，其中，在該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面中，能量均衡裝置均衡作用于該大曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量和作用于該小曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量。
在按照本發(fā)明第二個方案的處理方法中，在該透明樹脂元件中，該能量均衡裝置使得該大曲率半徑彎曲部分的厚度要小于該小曲率半徑彎曲部分的厚度。
在按照本發(fā)明第三個方案的處理方法中，該能量均衡裝置使得該激光束沿著一掃描線左右移動，該掃描線在該大曲率半徑彎曲部分的一側上，相對于該焊線的一帶狀寬度的中心線偏移。
在按照本發(fā)明第四個方案的處理方法中，該能量均衡裝置用作一能量密度控制裝置，用以控制作用于該大曲率半徑彎曲部分的該激光束的能量密度，以使該能量密度相對地大于作用于該線性部分或該小曲率半徑彎曲部分的該激光束能量密度。
在按照本發(fā)明第五個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置包括一設置于該激光束的路徑中的透射或反射式液晶裝置。
在按照本發(fā)明第六個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置包括一設置于該激光束的路徑中的反射板，該反射板由多個電控制的微小鏡片組成。
在按照本發(fā)明第七個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置包括一設置于該激光束的路徑中的轉盤，該轉盤具有可使該激光束穿過的多個縫隙。
在按照本發(fā)明第八個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置包括一設置于該激光束的路徑中的柱面透鏡，該柱面透鏡具有一偏心焦點。
在按照本發(fā)明第九個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置對一用以傳輸該激光束的光纖施加至少一種應力，該應力選自包括彎曲應力、拉伸應力和壓縮應力的組中。
在按照本發(fā)明第十個方案的處理方法中，該激光束從至少一種元件中射出，該元件選自包括YAG激光器、激光二極管和光纖激光器的組中。
在按照本發(fā)明第十一個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置包括多個小型振蕩器和多個連接于所述小型振蕩器的捆扎成束的光纖，并通過單獨控制該小型振蕩器，來控制從該捆扎成束的光纖中射出的激光束。
在按照本發(fā)明第十二個方案的處理方法中，該能量均衡裝置使得該激光束表現出一橫截面能量密度分布，該橫截面能量密度分布相對于該激光束在該焊線的線性部分處的掃描方向軸對稱，并同步于在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處以該激光束所進行的掃描，來繞著該激光束的軸線擺動該激光束，由此使得該小曲率半徑彎曲部分處的能量密度小于該大曲率半徑彎曲部分處的能量密度。而且，在按照本發(fā)明第十三個方案的處理方法中，該能量均衡裝置通過在該焊線的線性部分處旋轉一柱面透鏡或一偏振板(polarization plate)，使得該激光束繞著該激光束的軸線旋轉，并通過在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處擺動該柱面透鏡或該偏振板，使得該激光束繞著該激光束的軸線擺動。
在按照本發(fā)明第十四個方案的處理方法中，該能量均衡裝置通過以一高轉速繞著該激光束的軸線旋轉該激光束，均衡在該焊線的線性部分處的該激光束的能量密度，并在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處暫時關閉該激光束的高轉速旋轉，以同步于以該激光束所進行的掃描，繞著該激光束的軸線擺動該激光束，由此使得該小曲率半徑彎曲部分處的能量密度小于該大曲率半徑彎曲部分處的能量密度。而且，在按照本發(fā)明第十五個方案的處理方法中，該能量均衡裝置通過在該焊線的線性部分處旋轉一柱面透鏡或一偏振板，使得該激光束繞著該激光束的軸線旋轉，并通過在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處擺動該柱面透鏡或該偏振板，使得該激光束繞著該激光束的軸線擺動。
在按照本發(fā)明第十六個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置射出一激光束，該激光束的直徑完全小于該焊線的帶狀寬度。
在按照本發(fā)明第十七個方案的處理方法中，當在該焊線的橫向上振動該小直徑激光束的同時，以該小直徑激光束掃描該焊線。
在按照本發(fā)明第十八個方案的處理方法中，通過在該焊線內螺旋形地移動該小直徑激光束，多次以該小直徑激光束掃描該焊線。
在按照本發(fā)明第十九個方案的處理方法中，通過在該焊線內平行地移動該小直徑激光束，多次以該小直徑激光束掃描該焊線。
在按照本發(fā)明第二十個方案的處理方法中，該能量均衡裝置使得該激光束僅掃描該焊線的線性部分，由此使該焊線沒有大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分。
一種按照本發(fā)明第二十一個方案的激光焊接裝置，包括用于以一激光束照射一吸收性樹脂元件上重疊的一透明樹脂元件的裝置，該透明樹脂元件具有一第一預定形狀，并包括一含有一帶狀第一焊接表面的部分，至少該部分由一種允許該激光束在其中傳輸的透明樹脂形成；該吸收性樹脂元件具有一第二預定形狀，并包括一含有待焊接于該第一焊接表面的一帶狀第二焊接表面的部分，至少該部分由一種吸收該激光束的吸收性樹脂形成；該透明樹脂元件的該第一焊接表面和該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面之間的一接觸面焊接成一帶狀，該接觸面具有一焊接為一帶狀的焊線，并包括相互鄰近的線性部分、一插入該線性部分之間的大曲率半徑彎曲部分和一插入該線性部分之間的小曲率半徑彎曲部分；以及能量均衡裝置，用以在該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面中，均衡作用于該大曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量和作用于該小曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量。
一種按照本發(fā)明第二十二個方案的激光焊接樹脂產品，包括一透明樹脂元件，具有一第一預定形狀，并包括一含有一帶狀第一焊接表面的部分，至少該部分由一種允許一激光束在其中傳輸的透明樹脂形成；一吸收性樹脂元件，重疊于該透明樹脂元件上，具有一第二預定形狀，并包括一含有待焊接于該第一焊接表面的一帶狀第二焊接表面的部分，至少該部分由一種吸收該激光束的吸收性樹脂形成；通過以該激光束照射該透明樹脂元件，在該透明樹脂元件的該第一焊接表面和該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面之間的一接觸面處，該透明樹脂元件和該吸收性樹脂元件被焊接為一帶狀，該接觸面具有一焊接為一帶狀的焊線，并包括相互鄰近的線性部分、一插入該線性部分之間的大曲率半徑彎曲部分和一插入該線性部分之間的小曲率半徑彎曲部分；以及在該大曲率半徑彎曲部分一側上表現出的焊接強度基本上等于該小曲率半徑彎曲部分一側上的焊接強度。
在按照本發(fā)明第一個方案的處理方法中，該透明樹脂元件和該吸收性樹脂元件在該焊線處被焊接為一帶狀，該焊線包括相互鄰近的線性部分、插入該線性部分之間的大曲率半徑彎曲部分和插入該線性部分之間的小曲率半徑彎曲部分；并且在該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面中，該能量均衡裝置均衡作用于該大曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量和作用于該小曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量。因此，能夠均衡該焊線的大曲率半徑彎曲部分處的焊接強度和其小曲率半徑彎曲部分處的焊接強度。
如上所述，按照本發(fā)明的第一個方案的處理方法，在通過該激光束焊接該重疊的透明樹脂元件和吸收性樹脂元件時，可在其橫向上均衡該焊線拐角處的焊接強度，該焊線由線性部分、大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分組成。因此，能夠將按照本發(fā)明第一個方案的處理方法適當地應用于焊接樹脂產品，比如需要高度密封的用于車載計算機的箱體、混合反用換流器箱體以及具有拐角的燈箱。
在按照本發(fā)明第二個方案的處理方法中，在該透明樹脂元件中，該能量均衡裝置使得該大曲率半徑彎曲部分的厚度小于該小曲率半徑彎曲部分的厚度。從而，也能夠以充分能量的激光束照射該大曲率半徑彎曲部分。結果，可以均衡該焊線的大曲率半徑彎曲部分處的焊接強度以及其小曲率半徑彎曲部分的焊接強度。
在按照本發(fā)明第三個方案的處理方法中，該能量均衡裝置使得該激光束沿著一掃描線左右移動，該掃描線在該大曲率半徑彎曲部分一側上，相對于該焊線的帶狀寬度的中心線偏移。從而，也能夠以充分能量的激光束照射該大曲率半徑彎曲部分。結果，可以均衡該焊線的大曲率半徑彎曲部分處的焊接強度以及其小曲率半徑彎曲部分處的焊接強度。
在按照本發(fā)明第四個方案的處理方法中，該能量均衡裝置用作一能量密度控制裝置，用以控制作用于該大曲率半徑彎曲部分的該激光束的能量密度，以使該能量密度相對地大于作用于該線性部分或小曲率半徑彎曲部分的該激光束的能量密度。從而，其能夠造成激光束橫截面中的能量密度偏差。也就是說，能夠將該激光束的較高能量密度側置于該焊線的大曲率半徑彎曲部分一側上，以及將激光束的較低能量密度側置于其小曲率半徑彎曲部分一側上。因此，能夠均衡在拐角處該焊線橫向上的焊接強度。
在按照本發(fā)明第五個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置包括一設置于該激光束的路徑中的透射或反射式液晶裝置。因此，能夠造成該激光束橫截面中的能量密度偏差。
在按照本發(fā)明第六個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置包括一設置于該激光束的路徑中的反射板，該反射板由多個電控制的微小鏡片組成。因此，能夠造成該激光束橫截面中的能量密度偏差。
在按照本發(fā)明第七個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置包括一設置于該激光束的路徑中的轉盤，該轉盤具有可使該激光束穿過的多個縫隙。因此，能夠造成該激光束橫截面中的能量密度偏差。
在按照本發(fā)明第八個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置包括一設置于該激光束的路徑中的柱面透鏡，該柱面透鏡具有一偏心焦點。因此，能夠造成該激光束橫截面中的能量密度偏差。
在按照本發(fā)明第九個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置對一用以傳輸該激光束的一光纖施加至少一種應力，該應力選自包括彎曲應力、拉伸應力和壓縮應力的組中。因此，能夠造成該激光束橫截面中的能量密度偏差。
在按照本發(fā)明第十個方案的處理方法中，該激光束從至少一個元件中射出，該元件選自包括YAG激光器、激光二極管和光纖激光器的組中。因此，能夠將期望的應力作用于該光纖。
在按照本發(fā)明第十一個方案的處理方法中，該能量密度控制裝置包括多個小型振蕩器和連接于該小型振蕩器的多個捆扎成束的光纖，并且通過單獨控制該小型振蕩器，來控制從所述捆扎成束的光纖射出的激光束。因此，能夠造成在所得到的成束的激光束的橫截面中的能量密度偏差。
在按照本發(fā)明第十二個方案的處理方法中，該能量均衡裝置使得該激光束表現出一橫截面能量密度分布(或偏差)，該橫截面能量密度分布相對于該激光束在該焊線的線性部分處的掃描方向軸對稱，并同步于在該焊線的該大曲率半徑彎曲部分和該小曲率半徑彎曲部分處以該激光束所進行的掃描，繞著該激光束的軸線擺動該激光束，由此使得該小曲率半徑彎曲部分處的能量密度小于該大曲率半徑彎曲部分處的能量密度。從而，能夠均衡拐角處該焊線橫向上的焊接強度。而且，在按照本發(fā)明第十三個方案的處理方法中，該能量均衡裝置通過在該焊線的線性部分處旋轉一柱面透鏡或一偏振板，使得該激光束繞著該激光束的軸線旋轉，并且通過在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處擺動該柱面透鏡或該偏振板，使得該激光束繞著該激光束的軸線擺動。結果，能夠同步于該柱面透鏡或偏振板在該焊線的線性部分處的旋轉，繞著激光束的軸線旋轉該激光束，并同步于該柱面透鏡或偏振板在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處的擺動，繞著該激光束的軸線擺動該激光束。
在按照本發(fā)明第十四個方案的處理方法中，該能量均衡裝置通過以一高轉速繞著該激光束的軸線旋轉該激光束，均衡在該焊線的線性部分處的該激光束的能量密度，并且在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處暫時關閉該激光束的高轉速旋轉，以同步于以該激光束所進行的掃描，繞著該激光束的軸線擺動該激光束，由此使得該小曲率半徑彎曲部分處的能量密度小于該大曲率半徑彎曲部分處的能量密度。從而，能夠均衡拐角處該焊線橫向上的焊接強度。而且，在按照本發(fā)明第十五個方案的處理方法中，該能量均衡裝置通過在該焊線的線性部分處旋轉一柱面透鏡或一偏振板，使得該激光束繞著該激光束的軸線旋轉，并通過在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處擺動該柱面透鏡或該偏振板，使得該激光束繞著該激光束的軸線擺動。結果，能夠同步于該柱面透鏡或偏振板在該焊線的線性部分處的旋轉，繞著該激光束的軸線旋轉該激光束，并能夠同步于該柱面透鏡或偏振板在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處的擺動，繞著該激光束的軸線擺動該激光束。
在按照本發(fā)明第十六個方案的處理方法中，該能量均衡裝置射出一激光束，該激光束的直徑完全小于該焊線的帶狀寬度。因此，能夠均衡拐角處該焊線橫向上的焊接強度。
在按照本發(fā)明第十七個方案的處理方法中，在該焊線的橫向上振動該小直徑激光束的同時，以該小直徑激光束掃描該焊線。因此，能夠均衡拐角處該焊線橫向上的焊接強度。
在按照本發(fā)明第十八個方案的處理方法中，通過在該焊線內螺旋形地移動該小直徑激光束，多次以該小直徑激光束掃描該焊線。因此，能夠均衡拐角處該焊線橫向上的焊接強度。
在按照本發(fā)明第十九個方案的處理方法中，通過在該焊線內平行地移動該小直徑激光束，多次以該小直徑激光束掃描該焊線。因此，能夠均衡拐角處該焊線橫向上的焊接強度。
在按照本發(fā)明第二十個方案的處理方法中，該能量均衡裝置使得該激光束僅掃描該焊線的線性部分，由此使該焊線沒有大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分。因此，能夠均衡該焊線中所有位置的焊接強度。
在按照本發(fā)明第二十一個方案的激光焊接裝置中，該照射裝置將該透明樹脂元件和該吸收性樹脂元件激光焊接為一帶狀，使得該焊線包括相互鄰近的線性部分、一插入該線性部分之間的大曲率半徑彎曲部分和一插入該線性部分之間的小曲率半徑彎曲部分；并且在該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面中，該能量均衡裝置均衡作用于該大曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量和作用于該小曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量。因此，能夠均衡該焊線的大曲率半徑彎曲部分處的焊接強度以及其小曲率半徑彎曲部分處的焊接強度。
在按照本發(fā)明第二十二個方案的激光焊接樹脂產品的生產中，通過按照該激光焊接處理方法或激光焊接裝置的能量均衡裝置，可在該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面中均衡作用于該大曲率半徑彎曲部分上的激光束能量和作用于該小曲率半徑彎曲部分上的激光束能量。因此，該激光焊接樹脂產品具有這樣的大曲率半徑彎曲部分，其焊接強度與小曲率半徑彎曲部分的焊接強度基本上相等。


通過參考與都為公開的一部分的附圖和具體說明相結合的下面的詳細描述，將很容易獲得對本發(fā)明及其許多優(yōu)點的更全面的理解。
圖1是用以說明激光束和透明樹脂元件之間位置關系的示意圖，該透明樹脂元件的厚度在焊線的彎曲部分處有所校正。
圖2是用以說明在焊線的彎曲部分處的焊線強度確保范圍的示意圖。
圖3是用以說明激光束在焊線的彎曲部分處的校正掃描的示意圖。
圖4是用以說明液晶裝置和激光束之間設置關系的示意圖。
圖5是用以說明液晶裝置和激光束之間設置關系的示意圖，其中“a”表示透射式液晶裝置和激光束之間的設置關系；“b”表示反射板和激光束的設置關系，該反射板包括反射式液晶裝置或微小鏡片。
圖6是用以說明轉盤和激光束之間設置關系的示意圖。
圖7是圖6中所示轉盤的部分放大圖。
圖8是用以說明當激光束經過具有偏心焦距的透鏡射出時激光束能量強度分布的等高線圖。
圖9是用以說明如何通過柱面透鏡控制激光束能量密度的實例示意圖。
圖10是用以說明如何通過施加彎曲應力到光纖上來形成激光束中的能量密度分布的示意圖。
圖11是用以說明從多個小型振蕩器射出的成束的激光束的概念示意圖。
圖12是用以解釋激光束的x軸能量密度分布不對稱而激光束的y軸能量密度分布對稱的示意圖。
圖13是用以說明利用直徑完全小于焊線條形寬度的激光束來進行焊接處理的示意圖，在該焊接處理中，該焊線通過以鋸齒形方式移動該激光束來進行掃描。
圖14是用以說明利用直徑完全小于焊線帶狀寬度的激光束進行焊接處理的示意圖，在該焊接處理中，該焊線通過以螺旋方式移動該激光束來進行掃描。
圖15是用以說明利用直徑完全小于焊線帶狀寬度的激光束進行焊接處理的示意圖，在該焊接處理中，該焊線通過在焊線的延伸方向上多次移動該激光束來進行掃描。
圖16是用以說明如何僅利用一激光束來掃描包括多個線性部分的焊線的示意圖。
圖17是用以解釋激光束沿著焊線的線性部分和彎曲部分的軌跡示意圖。
圖18是用以說明當將箱狀的吸收性樹脂元件與板狀的透明樹脂元件焊接時如何利用激光束掃描焊線的示意圖。
圖19是用以說明具有基本圓形橫截面的激光束能量強度分布的概念性示意圖。
圖20是用以說明激光束如何沿著帶狀焊線的彎曲部分傳播的示意圖。
具體實施例方式
概括描述完本發(fā)明之后，通過參照這里提供的僅用于說明而并非用以限制所附權利要求的范圍的具體優(yōu)選實施例，可獲得進一步的理解。
(激光焊接處理)按照本發(fā)明的處理方法是用于激光焊接樹脂元件的，其包括步驟在一吸收性樹脂材料上重疊一透明樹脂元件，該透明樹脂元件具有一第一預定形狀，并包括一含有一帶狀第一焊接表面的部分，至少該部分由一種允許一激光束在其中傳輸的透明樹脂形成；該吸收性樹脂元件具有一第二預定形狀，并包括一含有待焊接于該第一焊接表面的一帶狀第二焊接表面的部分，至少該部分由一種吸收該激光束的吸收性樹脂形成；以及以該激光束照射該透明樹脂元件，由此將該透明樹脂元件的該第一焊接表面和該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面之間的一接觸面焊接成一帶狀，該接觸面具有一焊接為一帶狀的焊線，并包括相互鄰近的線性部分、一插入該線性部分之間的大曲率半徑彎曲部分和一插入該線性部分之間的小曲率半徑彎曲部分，其中，在該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面中，能量均衡裝置均衡作用于該大曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量和作用于該小曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量。
在該激光焊接處理中，可以指定如下處理作為用以均衡激光束能量的方法(1)控制透明樹脂元件的厚度；(2)控制激光束的掃描軌跡；(3)通過控制激光束橫截面中的能量密度，改變掃描焊線線性部分的方式和掃描其彎曲部分的方式；(4)以小直徑激光束照射帶狀焊線以將其劃分出來；以及(5)僅形成線性部分的焊線。
隨后將參照附圖，具體描述這些方法。
(1)控制透明樹脂元件的厚度在該激光焊接處理中，將其中可傳輸激光的一透明樹脂元件重疊于吸收激光束的一吸收性樹脂元件上；并且以該激光束照射該透明樹脂元件，以通過產生熱量熔化該吸收性樹脂元件的表面，由此將該透明樹脂元件和吸收性樹脂元件焊接在一起。因此，該吸收性樹脂元件吸收大部分的激光束能量，而該透明樹脂元件也吸收一部分的激光束能量。該吸收不僅取決于構成該透明樹脂元件和吸收性樹脂元件的樹脂的類型，而且還取決于該透明樹脂元件中的激光束的傳輸長度，即該透明樹脂元件的厚度。當該透明樹脂元件的厚度恒定(即穿過該透明樹脂元件并且到達該吸收性樹脂元件的激光束能量恒定)時會發(fā)生上述不利的現象，即激光束能量在焊線的大曲率半徑彎曲部分處要小于在其小曲率半徑彎曲部分處。從而，如圖1中所示，透明樹脂元件3的厚度在激光束能量密度下降的大曲率半徑側變細，在激光束能量升高的小曲率半徑側上變厚，由此使到達吸收性樹脂元件4的第二焊接表面或接觸面的激光束的能量密度均衡。需注意的是，圖1是在激光焊接樹脂產品5中焊線彎曲部分7的示意性橫截面圖，在該激光焊接樹脂產品中，通過利用激光束1照射透明樹脂元件3，將透明樹脂元件3和吸收性樹脂元件4焊接在一起。因此，如圖中所示，在透明樹脂元件3的大曲率半徑側上的厚度t1小于其在小曲率半徑側上的厚度t2。
隨后將計算在透明樹脂元件3的大曲率半徑側上的厚度t1和其在小曲率半徑側上的厚度t2。需注意的是，厚度t1和厚度t2能夠均衡在吸收性樹脂元件4的接觸面中的大曲率半徑側上的熔融狀態(tài)以及在小曲率半徑側上的熔融狀態(tài)。
圖20說明激光束如何沿著帶狀焊線的彎曲部分運行。需注意的是，“d”為激光束的斑點直徑(mm)；“V”為激光束沿著焊線的線性部分和其彎曲部分之間的中心線的運行速度(mm/sec)；“V1”為激光束沿著焊線的大曲率半徑彎曲部分的運行速度(mm/sec)；“V2”為激光束沿著焊線的小曲率半徑彎曲部分的運行速度(mm/sec)；“A”為激光束的能量密度(W/mm2)；“R”為激光束的中心軌跡的曲率半徑(mm)；“K”為第一透射系數，其取決于透明樹脂材料的常數；以及“α”為第二透射系數，其取決于透明樹脂材料的另一常數，“AT”為穿過厚度“t”的激光束的能量密度，其可表達為如下等式(a)。
AT＝K×{exp-1(αt)}×A……(a)因此，“AT1”為穿過厚度“t1”的激光束的能量密度，可表達為如下等式(b)。
AT1＝K×{exp-1(αt1)}×A……(b)相似地，“AT2”為穿過厚度“t2”的激光束的能量密度，可表達為如下等式(c)。
AT2＝K×{exp-1(αt2)}×A……(c)而且，“T”為激光束沿著焊線的彎曲部分運行所需的時間(sec)，其可表達為如下等式(d)。從而，“ΔE”為焊線的彎曲部分的微小片段(minutesegment)沿著激光束的中心軌跡所得的能量(J/mm2)，其可表達為如下等式(e)。
T＝{(2пR/4)/V}＝пR/2V……(d)ΔE＝AT×T＝K×{exp-1(αt)}×A×(1/V)……(e)相似地，“ΔE1”為焊線的大曲率半徑彎曲部分的微小片段所得的能量(J/mm2)，并且“ΔE2”為其小曲率半徑彎曲部分的微小片段所得的能量(J/mm2)，其可分別表達為如下等式(f)和(g)。
ΔE1＝K×{exp-1(αt1)}×A×[R/(R+(d/2))]×(1/V)……(f)ΔE2＝K×{exp-1(αt2)}×A×[R/(R-(d/2))]×(1/V)……(g)為了在大曲率半徑彎曲部分上和在小曲率半徑彎曲部分上建立均衡的熔融狀態(tài)，由焊線的大曲率半徑彎曲部分的微小片段所獲得的能量可以等于由其小曲率半徑彎曲部分的微小片段所獲得的能量。從而，可限定“t1”和“t2”，使得“ΔE1”＝“ΔE2”。
(2)控制激光束的掃描軌跡圖2說明一種掃描處理，在該處理中，一束激光束在焊線彎曲部分的大曲率半徑側上偏移。公知的是，激光束的能量強度甚至在激光束的橫截面中也是不均勻的，并且在多數情況下表現出如圖19中所示的高斯分布。圖19是用以說明具有基本圓形橫截面的激光束的能量密度分布的概念性示意圖。水平軸表示其中心與軸“C”重合的激光束的半徑距離，垂直軸表示能量強度。從圖中可理解，當激光束具有直徑“d”時，激光束在接近激光束中心的“d1”直徑范圍中表現出高能量強度，但在外圍即“d”-“d1”的直徑范圍中僅產生極低的能量強度。
當如圖2中所示，利用具有這樣的能量密度分布的激光束1掃描焊線2，以使激光束1的中心與焊線2的寬度中心重合時，能夠在焊線2的圖示的外、內虛線之間的焊線2內側，確保期望的焊接強度，但在相對于外部虛線的外部中，即在與圖19中所示的激光束1的“d”-“d1”的直徑范圍相對應的焊線2的外部中，無法確保期望的焊接強度。需注意的是，在焊線的線性部分處，激光束的照射能量強度相對于焊線的寬度是軸對稱的。然而，在焊線的彎曲部分處，可將充分的能量提供給小曲率半徑彎曲部分一側，但是在大曲率半徑彎曲部分一側上，可確保期望焊接強度的范圍內移，從而最優(yōu)的焊接范圍會變窄。因此，為了在焊線2的彎曲部分的最外圍處確保期望的焊接強度，建議在該掃描激光束1的中心軌跡12外移的同時，掃描焊線2的彎曲部分，以將該中心軌跡置于如圖3中所示的掃描線12’上。
(3)改變掃描焊線線性部分的方式和掃描焊線彎曲部分的方式(3)-1控制激光束的橫截面中的能量密度如上所述，激光束的強度在激光束的橫截面中并不均勻。然而，激光束的能量強度分布相對于激光束的軸線通常是對稱的。然而，當使得激光束的能量強度分布在激光束的橫截面中相對于激光束的軸線不對稱時，以及當在激光束的橫截面中控制激光束的能量密度時，使得其能量密度在焊線的大曲率半徑彎曲部分處相對地大于在其線性部分或小曲率半徑彎曲部分處的能量密度，就能夠均衡在大曲率半徑彎曲部分處的焊接強度以及在小曲率半徑彎曲部分處的焊接強度。
對于控制激光束的能量密度的方法而言，能夠在激光束的路徑中設置液晶裝置或反射鏡。圖4是用以說明液晶裝置和激光束之間設置關系的示意圖。在該圖中，方塊表示液晶裝置13，內切圓表示激光束1。液晶13包括細網格14。通過單獨地控制細網格14，能夠控制激光束1橫截面中的能量密度分布。在圖4中，當在液晶裝置13的下半部中控制一部分網格14(即陰影線網格14)以不讓激光束1在其中穿過時，在激光束1穿過如圖5a中所示的液晶裝置13之后，激光束1的能量密度分布中會出現偏差，從而能量密度在激光束1的下半部中會降低。也就是說，建議控制液晶裝置13的所有網格14，以使激光束1穿過焊線的線性部分；并控制一部分網格14，以不讓一部分激光束1穿過彎曲部分，由此利用較低能量密度的一部分激光束1，照射小曲率半徑彎曲部分。
而且，當通過如圖5b中所示的將激光束1反射加以利用時，可使用反射式液晶裝置13。而且，取代反射式液晶裝置13，理想的是可使用包括多個微小鏡片的反射板，這些微小鏡片是電控制的，比如德州儀器公司(TEXASINSTRUMENTS INC.)生產的“DMD”。由于微小鏡片能夠在反射板中單獨地被控制，所以能夠自由地控制反射激光束1的能量密度。
圖6說明了一種方法，在該方法中，激光束的能量密度通過在激光束的路徑中設置一轉盤來控制，該轉盤具有可使激光束穿過的縫隙。如圖中所示，轉盤15設有縫隙16，并且繞其中心17可旋轉地設置。激光束穿過在轉盤15上環(huán)繞著(concentrically)鉆孔的縫隙16。圖7以放大的方式示出圖6的部分“A”，并且說明了用以設置縫隙16的排列實例。如圖中所示，大直徑縫隙18環(huán)繞地設置于轉盤15的中心側，小直徑縫隙19環(huán)繞地設置于其外圍側。當激光束1被固定并且轉盤15旋轉時，已穿過轉盤15的縫隙18和19的激光束1可表現出其能量密度分布在轉盤15的內圍側上較高而在其外圍側上較低。需注意的是，可在轉盤15的半徑方向上變化密度地鉆出穿過轉盤15的具有相同形狀的縫隙。而且，當激光束1在轉盤15的半徑方向上移動時，也能夠改變已穿過轉盤15的縫隙18和19的激光束1的能量密度分布。因此，能夠使用一張轉盤15處理焊線的多個具有不同的曲率半徑的彎曲部分。需注意的是，轉盤15的材料并未被限定，只要其不允許激光束傳輸即可。例如，能夠使用金屬比如鐵、鋁和銅，也可使用硬脆材料比如陶瓷和玻璃。
上述液晶裝置和轉盤可設置在激光束路徑的一部分中。例如，能夠將它們設置于振蕩器和光束擴展器之間，或者光束擴展器和電流鏡之間。
對于另一種控制激光束能量密度的方法而言，能夠使用這樣的柱面透鏡，其可使得激光束在進行能量密度分布控制之后會變得不對稱，如圖8中所示的等高線圖。具體地，能夠使用這樣的透鏡，該透鏡的中心線相對于x軸不對稱，相對于y軸線性對稱，如圖9中所示。如該圖中所示，在激光的光系統(tǒng)中，準直透鏡20將激光光線變?yōu)槠叫泄馍渚€，聚焦透鏡21則通過將激光光線會聚到焦點，將其變?yōu)楦吣芗す馐Ｋ玫木劢雇哥R21通常相對于激光光線的軸線對稱地形成，如圖9的虛線所示。從而，激光光線聚焦于焦點“F”，并且所得激光束的能量密度呈如圖19中所示相對于軸線對稱的高斯分布。然而，當使用如圖9的實線所示的并且具有偏心焦點“F’”的透鏡21’來代替聚焦透鏡21時，激光光線則聚焦于焦點“F’”。因此，就能夠分布所得激光束的能量密度，使得能量密度分布會如圖8中所示相對于x軸不對稱。
在使用光纖作為傳輸系統(tǒng)的YAG激光器或半導體激光器的情況中，可將彎曲應力、局部壓縮應力或拉伸應力施加于連接激光發(fā)射介質和準直透鏡的光纖上，由此改變在光纖中傳輸的激光束的能量密度分布。因此，能夠控制發(fā)射激光束的能量密度分布。圖10說明這樣的實例，在該實例中，將彎曲應力施加到光纖的一部分上。圖中，以適當的方法將彎曲應力施加于光纖23的一部分上，該光纖23連接激光振蕩器22和包括準直透鏡的光單元24。所得激光束的能量密度在光纖23的小曲率半徑側最大，并且在其大曲率半徑側最小。而且，能夠通過改變光纖的彎曲曲率半徑，改變發(fā)射激光束的能量密度分布。然而，無需贅言，需要注意的是，因為光纖的最小彎曲半徑是受到限制的，所以光纖不應當被彎曲成預定或者更小的曲率半徑。即使光纖是直的，也能夠通過在軸心方向上局部按壓光纖的外圍，或者通過在光纖的軸向上平行牽引光纖，產生相似的效果。
優(yōu)選地，使用大量振蕩器作為用以控制激光束能量密度的裝置，比如發(fā)光二極管，其極小并且以較少的功率產生激光。例如，在一通過將與這樣的小型振蕩器相連接的多個細光纖捆扎在一起來傳輸激光束的裝置中，能夠通過根據焊線彎曲部分的形狀來控制單個小型振蕩器的輸出，以形成成束的激光束中的能量密度分布。圖11示意性地說明如何通過使用這樣的小型振蕩器來控制激光束的能量密度。在該圖中，捆扎成束的光纖表示為27，并且包括連接于多個小型振蕩器25并且以期望數量捆扎在一起的細光纖26。例如，當控制小型振蕩器25，以關閉與細光纖28相連接的小型振蕩器25的操作時，能夠從捆扎成束的光纖27中發(fā)出在中心周圍具有低能量密度分布的激光束，細光纖28在捆扎成束的光纖27的橫截面中用陰影線表示。具體地，能夠通過適當控制小型振蕩器25，形成激光束能量密度中的任意偏差。需注意的是，在捆扎成束的光纖的制造中，需要小型振蕩器的總輸出產生充分的能量，用以將透明樹脂元件焊接于吸收性樹脂元件。例如，當通過每單位2-4W功率的組裝的小型振蕩器，進行要求有300-500W功率的激光束的激光焊接時，需要組裝數量為100-200個單元的小型振蕩器。
(3)-2利用表現能量分布的激光束進行掃描目前為止，已描述多種用以在激光束的橫截面中形成能量密度分布偏差的方法。當利用表現出這樣的能量密度分布的激光束來焊接焊線的彎曲部分時，建議以如下方式利用激光束來掃描焊線。
在焊線的線性部分處利用激光束來掃描焊線，以使激光束的能量密度分布相對于激光束的傳播方向呈軸對稱。在焊線的彎曲部分處，激光束同步于焊線的掃描進行擺動，以使激光束的能量密度在焊線的小曲率半徑彎曲部分處總是最小的。
例如，考慮這樣的情況，即通過在激光束的路徑中設置如圖4中所示的液晶裝置并控制液晶裝置的網格，分布激光束的能量密度，如圖12中所示。在圖12中，“B”表示激光束1在其x軸橫截面中的能量密度分布，“C”表示激光束1在其y軸橫截面的能量密度分布。如圖12的等高線圖所示，激光束1的能量密度由液晶裝置控制，以使峰值位于位置29處，該位置相對激光束1的中心偏心地設置。因此，激光束1的能量密度分布相對于y軸對稱，但相對于x軸不對稱。當利用表現這樣的能量密度分布的激光束1進行焊接時，焊線的線性部分在激光束1的y軸上被掃描，以使激光束1的能量密度分布在焊線的橫向上對稱。然而，同步于焊線彎曲部分的掃描，液晶裝置繞著激光束1的軸線擺動，以利用激光束1的較大能量密度側30，照射大曲率半徑彎曲部分。
除了使用液晶裝置作為能量密度控制裝置的方法之外，可以利用這樣的激光束所進行的掃描適當地應用于使用轉盤的方法，及應用于將應力施加于光纖的方法。
而且，當利用表現出偏差的能量密度分布的激光束時，優(yōu)選地，以高轉速旋轉激光束，以便均衡焊線線性部分處的能量密度分布；并且，同步于焊線彎曲部分的掃描，繞著激光束的軸線擺動激光束，以便以如上所述的方式總是利用激光束的較高能量密度側來照射大曲率半徑彎曲部分。
當如圖4中所示的液晶裝置用作能量密度控制裝置時，能夠通過繞著軸中心擺動控制激光束能量密度的液晶裝置，或者通過在靜止的液晶裝置中擺動降低激光束能量密度的網格，進行激光束掃描。而且，當激光束的能量密度通過利用如圖6中所示的轉盤來控制時，能夠通過繞著軸中心旋轉轉盤并且同時以高轉速繞著激光束的軸線旋轉轉盤，來均衡已穿過轉盤的激光束的能量密度。當激光束從使用激光束傳輸系統(tǒng)的光纖的YAG激光器或半導體激光器中射出時，能夠通過彎曲光纖來進行激光束掃描。也就是說，當以激光束掃描焊線的線性部分時，一光纖以±180度或更大度數繞著軸線往復擺動，并且同步于利用激光束對其彎曲部分所進行的掃描，彎曲該光纖。當激光束的能量密度通過如圖9中所示的具有偏心焦距的聚焦透鏡來控制時，建議在利用激光束掃描焊線的線性部分時，以高轉速旋轉該聚焦透鏡，并且同步于其彎曲部分的掃描，擺動該聚焦透鏡，使得利用激光束的較高能量密度側照射大曲率半徑。此外，當偏振板設置于其能量密度已被控制的激光束的路徑中時，能夠通過擺動該偏振板，擺動激光束的偏振方向或功率強度。
(4)利用小直徑激光束照射焊線至此，已描述通過利用激光束照射焊線將透明樹脂材料焊接于吸收性樹脂元件的方法，在這些方法中，是利用其直徑等于焊線寬度的激光束照射焊線。然而，可實施如下方法以均衡在焊線的大曲率半徑彎曲部分處的激光束能量密度以及在其小曲率半徑彎曲部分處的激光束能量密度。具體地，通過利用其斑點直徑減少到完全小于焊線寬度的激光束來掃描焊線，可在焊線的整個寬度上將透明樹脂元件均勻地焊接于吸收性樹脂元件。
圖13說明這樣一種掃描方法，在該方法中，當在焊線2的橫向上以振動方式移動小直徑激光束1時，利用小直徑激光束1掃描焊線2。圖14說明了另一種掃描方法，在該方法中，當以螺旋形方式移動小直徑激光束1時，利用小直徑激光束1多次掃描焊線2。而且，優(yōu)選利用又一方法，在該方法中，當小直徑激光束1與焊線2平行地移動時，利用小直徑激光束1多次掃描焊線2。掃描方法并不限于上述優(yōu)選實施例。需注意的是，小直徑激光束的直徑“D”可落在0.3(不含)到2mm(不含)的范圍中，即0.3＜“D”＜2mm。當直徑“D”為0.3mm或更小時是非優(yōu)選的，因為透明樹脂元件和吸收性樹脂元件之間的焊接可能變形，或者因為焊接焊線的整個寬度會更為費時從而降低操作效率。另一方面，當直徑“D”為2mm或更大時也是不合適，因為會失去小直徑激光束所帶來的優(yōu)勢從而無法產生均勻的焊線。小直徑激光束的直徑“D”可進一步優(yōu)選為落入0.6(不含)到1mm(不含)的范圍中，即0.6＜“D”＜1mm。
(5)僅形成線性部分的焊線目前為止，已具體地描述焊接樹脂產品的焊接處理方法，這些產品的焊線包括線性部分和彎曲部分。然而，取決于待焊接的樹脂元件的夾具和形狀，焊線可能沒有彎曲部分，而僅由線性部分構成。圖16是示意性平面圖，用以說明如何利用激光束單獨掃描由線性部分構成的焊線，并示出了僅是線性地沿著樹脂元件5的矩形焊線“EFGH”進行掃描和焊接的激光束的移動軌跡。激光束1沿著焊線“EF”移動，以從點“S”開始掃描焊線，但是在拐角“F”處并不轉到焊線“FG”的方向上。替代地，激光束1在焊線“EF”的延長線方向上移動，具體地，它過多地移動直至掃描到樹脂元件5的外部。然后，激光束1沿著軌跡31逆時鐘回轉，并且經過拐角“F”從焊線“EF”的延長線移動到焊線“FG”。在如圖16中所示的焊接方法中，激光束1的發(fā)射在焊線“EF”的延長線上的點“a”處關閉，并且又在焊線“FG”的延長線上的點“b”處開啟。從而，能夠獨立形成線性部分的焊線“EFGH”，而不讓激光束1對用于樹脂元件5的支撐夾具和支撐臺產生不利影響。因此，當焊線僅包括如上所述的線性部分時，能夠緩解不均勻的焊接強度所導致的缺陷。
(激光焊接裝置)該激光焊接裝置包括用于以一激光束照射一吸收性樹脂元件上重疊的一透明樹脂元件的裝置，該透明樹脂元件具有一第一預定形狀，并包括一含有一帶狀第一焊接表面的部分，至少該部分由一種允許該激光束在其中傳輸的透明樹脂形成；該吸收性樹脂元件具有一第二預定形狀，并包括一含有待焊接于該第一焊接表面的一帶狀第二焊接表面的部分，至少該部分由一種吸收該激光束的吸收性樹脂形成；由此將該透明樹脂元件的該第一焊接表面和該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面之間的一接觸面焊接成一帶狀，該接觸面具有一焊接為一帶狀的焊線，并包括相互鄰近的線性部分、一插入該線性部分之間的大曲率半徑彎曲部分和一插入該線性部分之間的小曲率半徑彎曲部分；以及能量均衡裝置，用以在該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面中，均衡作用于該大曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量和作用于該小曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量。
在該激光焊接裝置中，該激光束并無具體地限定。能夠使用已廣泛用于切割或焊接金屬或者用于光化反應的激光束。例如，能夠使用從YAG激光器、半導體激光器、固態(tài)激光器或氣體激光器中射出的激光束，該氣體激光器的典型代表為二氧化碳激光器。
而且，建議將該激光焊接裝置與工業(yè)機器人相結合。利用這樣的組合，能夠進行這樣的控制，即在僅向線性部分和彎曲部分提供單獨需要的能量時掃描這些部分。
(激光焊接樹脂產品)該激光焊接樹脂產品包括一透明樹脂元件，具有一第一預定形狀，并包括一含有一帶狀第一焊接表面的部分，至少該部分由一種允許一激光束在其中傳輸的透明樹脂形成；一吸收性樹脂元件，重疊于該透明樹脂元件上，具有一第二預定形狀，并包括一含有待焊接于該第一焊接表面的一帶狀第二焊接表面的部分，至少該部分由一種吸收該激光束的吸收性樹脂形成；以及通過以該激光束照射該透明樹脂元件，在該透明樹脂元件的該第一焊接表面和該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面之間的一接觸面處，該透明樹脂元件和該吸收性樹脂元件被焊接成一帶狀，該接觸面具有一焊接為一帶狀的焊線，并且包括相互鄰近的線性部分、一插入該線性部分之間的大曲率半徑彎曲部分、以及一插入該線性部分之間的小曲率半徑彎曲部分；以及在該大曲率半徑彎曲部分一側上表現出的焊接強度與在該小曲率半徑彎曲部分一側上的焊接強度基本上相等。
在該激光焊接樹脂產品中，透明樹脂元件的樹脂材料并無具體地限定，只要它表現出熱塑性并允許激光束即熱源以預定或更大的透射率在其中傳輸即可。例如，可列舉出比如尼龍6(PA6)和尼龍66(PA66)的聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、苯乙烯/丙烯腈共聚樹脂(SAN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)以及聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。需注意的是，這些樹脂材料可根據需要染色使用。
而且，用于吸收性樹脂元件的樹脂材料并無具體地限定，只要它表現出熱塑性，并且不允許激光束即熱源在其中傳輸但能夠吸收它即可。例如，可列舉出比如尼龍6(PA6)和尼龍66(PA66)的聚酰胺(PA)混合物、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、苯乙烯/丙烯腈共聚樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)與碳黑(carbon black)或普通著色劑比如染料和顏料的混合物。此外，與例如激光能量吸附劑的樹脂材料混合的碳黑相對于樹脂材料的重量可理想地以大于0.1％的數量進行混合。當碳黑的混合數量相對于樹脂材料重量不大于0.1％時，所得的混合物無法完全吸收激光束能量。另一方面，當碳黑相對于樹脂材料重量以大于2％的數量混合時，是非優(yōu)選的，因為這樣的混合數量會導致氣泡或空洞。需注意的是，混合數量可進一步優(yōu)選落入相對于樹脂材料重量的0.2％到1％的范圍內。
該激光焊接樹脂產品可通過焊接透明樹脂元件和吸收性樹脂元件來生產，利用激光束從前述樹脂材料中將這些樹脂元件模制成預定的形狀，該焊接強度在焊線的彎曲部分處是均勻的。因此，其可使被焊接的產品具有高密封性。
目前為止，已參照優(yōu)選實施例具體地描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明并不限于這樣的優(yōu)選實施例。無需贅言，在不背離本發(fā)明的主旨的情況下，本發(fā)明能夠以各種樣態(tài)來進行。
現在已完全地描述了本發(fā)明，對于本領域的普通技術人員顯而易見的是，不背離這里所附的權利要求書提出的本發(fā)明的精神或范圍，可進行許多變化和改型。
權利要求
1.一種激光焊接樹脂元件的處理方法，該處理方法包括步驟在一吸收性樹脂材料上重疊一透明樹脂元件，該透明樹脂元件具有一第一預定形狀，并包括一含有一帶狀第一焊接表面的部分，至少該部分由一種允許一激光束在其中傳輸的透明樹脂形成；該吸收性樹脂元件具有一第二預定形狀，并包括一含有待焊接于該第一焊接表面的一帶狀第二焊接表面的部分，至少該部分由一種吸收該激光束的吸收性樹脂形成；以及以該激光束照射該透明樹脂元件，由此將該透明樹脂元件的該第一焊接表面和該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面之間的一接觸面焊接成一帶狀，該接觸面具有一焊接為一帶狀的焊線，并包括相互鄰近的線性部分、一插入該線性部分之間的大曲率半徑彎曲部分和一插入該線性部分之間的小曲率半徑彎曲部分，其中，在該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面中，能量均衡裝置均衡作用于該大曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量和作用于該小曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量。
2.如權利要求1所述的處理方法，其中在該透明樹脂元件中，該能量均衡裝置使得該大曲率半徑彎曲部分的厚度小于該小曲率半徑彎曲部分的厚度。
3.如權利要求1所述的處理方法，其中該能量均衡裝置使得該激光束沿著一掃描線左右移動，該掃描線在大曲率半徑彎曲部分一側上，相對于該焊線的帶狀寬度的中心線偏移。
4.如權利要求1所述的處理方法，其中該能量均衡裝置用作一能量密度控制裝置，用以控制作用于該大曲率半徑彎曲部分的該激光束的能量密度，以使該能量密度相對地大于作用于該線性部分或該小曲率半徑彎曲部分的該激光束的能量密度。
5.如權利要求4所述的處理方法，其中該能量密度控制裝置包括一設置于該激光束的路徑中的透射或反射式液晶裝置。
6.如權利要求4所述的處理方法，其中該能量密度控制裝置包括一反射板，該反射板設置于該激光束的路徑中，并由多個電控制的微小鏡片組成。
7.如權利要求4所述的處理方法，其中該能量密度控制裝置包括一轉盤，該轉盤設置于該激光束的路徑中，并具有可使該激光束穿過的多個縫隙。
8.如權利要求4所述的處理方法，其中該能量密度控制裝置包括一柱面透鏡，該柱面透鏡設置于該激光束的路徑中，并具有一偏心焦點。
9.如權利要求4所述的處理方法，其中該能量密度控制裝置對一用以傳輸該激光束的光纖施加至少一種應力，該應力選自包括彎曲應力、拉伸應力和壓縮應力的組中。
10.如權利要求9所述的處理方法，其中該激光束從至少一種元件中射出，該元件選自包括YAG激光器、激光二極管和光纖激光器的組中。
11.如權利要求4所述的處理方法，其中該能量密度控制裝置包括多個小型振蕩器和多個連接于該小型振蕩器的捆扎成束的光纖，并通過單獨控制該小型振蕩器來控制從該捆扎成束的光纖射出的激光束。
12.如權利要求1所述的處理方法，其中該能量均衡裝置使得該激光束表現出一橫截面能量密度分布，該橫截面能量密度分布軸對稱于該激光束在該焊線的線性部分處的掃描方向，并同步于在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處以該激光束所進行的掃描，繞著該激光束的軸線擺動該激光束，由此在該小曲率半徑彎曲部分處的能量密度低于在該大曲率半徑彎曲部分處的能量密度。
13.如權利要求12所述的處理方法，其中該能量均衡裝置通過在該焊線的線性部分處旋轉一柱面透鏡或一偏振板，使得該激光束繞著該激光束的軸線旋轉，并通過在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處擺動該柱面透鏡或該偏振板，使得該激光束繞著該激光束的軸線擺動。
14.如權利要求1所述的處理方法，其中該能量均衡裝置通過以一高轉速繞著該激光束的軸線旋轉該激光束，均衡在該焊線的線性部分處的激光束的能量密度，并在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處暫時關閉該激光束的高轉速旋轉，以同步于以該激光束所進行的掃描，繞著該激光束的軸線擺動該激光束，由此在該小曲率半徑彎曲部分處的能量密度低于該大曲率半徑彎曲部分處的能量密度。
15.如權利要求14所述的處理方法，其中該能量均衡裝置通過在該焊線的線性部分處旋轉一柱面透鏡或一偏振板，使得該激光束繞著該激光束的軸線旋轉，并通過在該焊線的大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分處擺動該柱面透鏡或該偏振板，使得該激光束繞著該激光束的軸線擺動。
16.如權利要求1所述的處理方法，其中該能量均衡裝置發(fā)射出一激光束，該激光束的直徑完全小于該焊線的帶狀寬度。
17.如權利要求16所述的處理方法，其中在該焊線的橫向上振動該小直徑激光束的同時，以該小直徑激光束掃描該焊線。
18.如權利要求16所述的處理方法，其中通過在該焊線內螺旋形地移動該小直徑激光束，多次以該小直徑激光束掃描該焊線。
19.如權利要求16所述的處理方法，其中通過在該焊線內平行地移動該小直徑激光束，多次以該小直徑激光束掃描該焊線。
20.如權利要求1所述的處理方法，其中該能量均衡裝置使得該激光束僅掃描該焊線的線性部分，由此使該焊線沒有大曲率半徑彎曲部分和小曲率半徑彎曲部分。
21.一種激光焊接裝置，包括用于以一激光束照射一吸收性樹脂元件上重疊的一透明樹脂元件的裝置，該透明樹脂元件具有一第一預定形狀，并包括一含有一帶狀第一焊接表面的部分，至少該部分由一種允許該激光束在其中傳輸的透明樹脂形成；該吸收性樹脂元件具有一第二預定形狀，并包括一含有待焊接于該第一焊接表面的一帶狀第二焊接表面的部分，至少該部分由一種吸收該激光束的吸收性樹脂形成；該透明樹脂元件的該第一焊接表面和該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面之間的一接觸面焊接成一帶狀，該接觸面具有一焊接為一帶狀的焊線，并包括相互鄰近的線性部分、一插入該線性部分之間的大曲率半徑彎曲部分和一插入該線性部分之間的小曲率半徑彎曲部分；以及能量均衡裝置，用以在該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面中，均衡作用于該大曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量和作用于該小曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量。
22.一種激光焊接樹脂產品，包括一透明樹脂元件，具有一第一預定形狀，并包括一含有一帶狀第一焊接表面的部分，至少該部分由一種允許一激光束在其中傳輸的透明樹脂形成；一吸收性樹脂元件，重疊于該透明樹脂元件上，具有一第二預定形狀，并包括一含有待焊接于該第一焊接表面的一帶狀第二焊接表面的部分，至少該部分由一種吸收該激光束的吸收性樹脂形成；通過以該激光束照射該透明樹脂元件，在該透明樹脂元件的該第一焊接表面和該吸收性樹脂元件的該第二焊接表面之間的一接觸面處，該透明樹脂元件和該吸收性樹脂元件被焊接成一帶狀，該接觸面具有一焊接為一帶狀的焊線，并包括相互鄰近的線性部分、一插入該線性部分之間的大曲率半徑彎曲部分和一插入該線性部分之間的小曲率半徑彎曲部分；以及在該大曲率半徑彎曲部分一側上表現出的焊接強度基本上等于在該小曲率半徑彎曲部分一側上的焊接強度。
23.一種激光焊接樹脂元件的處理方法，該處理方法包括步驟在一吸收性樹脂元件上重疊一透明樹脂元件，該透明樹脂元件由一種允許一激光束在其中傳輸的透明樹脂形成；該吸收性樹脂元件由一種吸收該激光束的吸收性樹脂形成；將該激光束從該透明樹脂元件一側照射到該透明樹脂元件和該吸收性樹脂元件之間的接觸面；以及沿著在該透明樹脂元件和該吸收性樹脂元件之間的該接觸面上的一曲線，掃描該激光束，以在該接觸面上焊接該透明樹脂元件和該吸收性樹脂元件，其中能量均衡裝置均衡被吸收到該曲線外部的該吸收性樹脂元件中的激光束能量，和被吸收到該曲線內部的該吸收性樹脂元件中的激光束能量。
24.一種激光焊接樹脂元件的處理方法，該處理方法包括步驟在一吸收性樹脂元件上重疊一透明樹脂元件，該透明樹脂元件由一種允許一激光束在其中傳輸的透明樹脂形成；該吸收性樹脂元件由一種吸收該激光束的吸收性樹脂形成；將該激光束從該透明樹脂元件一側照射到該透明樹脂元件和該吸收性樹脂元件之間的接觸面；以及形成一焊接為一帶狀并具有一彎曲部分的焊線，該焊線通過在該接觸面上掃描該激光束并焊接該透明樹脂元件和該吸收性樹脂元件而產生，其中能量均衡裝置均衡被吸收到該焊線的彎曲部分外部的該吸收性樹脂元件中的激光束能量，和被吸收到該焊線的彎曲部分內部的該吸收性樹脂元件中的激光束能量。
全文摘要
一種激光焊接樹脂元件的處理方法，包括步驟在一吸收性樹脂材料上重疊一透明樹脂元件；以及以一激光束照射該透明樹脂元件，由此將該透明樹脂元件和該吸收性樹脂元件之間的一接觸面焊接為一帶狀，其中將作用于該帶狀焊接接觸面的大曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量和作用于其小曲率半徑彎曲部分一側上的激光束能量進行均衡。
文檔編號B29C65/16GK1572473SQ200410048550
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月8日 優(yōu)先權日2003年6月11日
發(fā)明者寺田真樹, 坪井昭彥, 副田精次郎, 早川順, 國府田京司, 谷垣健志 申請人:愛信精機株式會社