專利名稱：用于使用非相干紅外光源的塑料焊接的波導(dǎo)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及塑料焊接，并且更具體地涉及用于塑料焊接的非相干紅 外光源的波導(dǎo)管。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，焊接塑料或樹脂部件的技術(shù)包括多種技術(shù)，包括超聲波焊接、熱 焊接、和最近的紅外線穿透(Trough Transmission Infrared) (TTIr)焊接。
TTIR焊接使用穿過第一塑料部件并進入第二塑料部件的紅外光。在當(dāng) 前的技術(shù)中，TTIR焊接能使用紅外激光或非相干紅外光。當(dāng)前技術(shù)中，紅 外激光能通過光學(xué)纖維、波導(dǎo)管或光導(dǎo)管而被引導(dǎo)穿過第一塑料部件并且進 入第二塑料部件。該第一塑料部件通常被稱為透射件，因為它通常允許來自 激光器的激光束穿過。該第二塑料部件通常被稱為吸收件，因此該件通常吸 收激光束的輻射能以在焊接區(qū)域產(chǎn)生熱量。在焊接區(qū)域處的該熱量使得透射 件和吸收件被熔化并且因此被焊接在一起。然而，傳統(tǒng)的激光系統(tǒng)產(chǎn)生的熱 量通常是昂貴的，其導(dǎo)致增加了生產(chǎn)成本。在專利號為US4636609的美國專 利中能找到激光焊接的可選的變形，其以引用的方式結(jié)合到這里。
眾所周知，激光器通常提供特定頻率或頻率范圍的電磁輻射的聚焦光 束。有許多類型的可用于提供在加熱焊接區(qū)域中使用的輻射能的相對經(jīng)濟的 光源的激光器。由紅外激光器產(chǎn)生的這種輻射能通過多個傳送裝置-例如單 個光纖、光導(dǎo)纖維束、波導(dǎo)管、光導(dǎo)管等-或僅僅通過將激光束引導(dǎo)在目標(biāo) 焊接區(qū)域處而被輸送到目標(biāo)焊接區(qū)域。在使用光導(dǎo)纖維束的情形下，可以排
5列光導(dǎo)纖維束以產(chǎn)生通常用于點焊的單個的點光源激光束，或通常用于線焊
(linear welding)的大體上線性分布的激光束。
能使用非相干紅外光源熔化塑料以進行塑料焊接。在共同轉(zhuǎn)讓的專利號 為US6528755的美國專利中能找到這樣的例子，其以引用的方式結(jié)合到這 里。有兩個主要的用于非相干紅外光的塑料焊接方法-部件到部件 (part-to-part)表面加熱紅外焊接和TTIr焊接。
如圖1 (a) - (c)中所示，部件到部件表面加熱紅外焊接使用非相干紅 外光源110，該非相干紅外光源IIO首先加熱要被焊接的塑料部件112、 114。 然后移開非相干光源IIO(圖l(b))并將部件112、 114壓在一起(圖l(c))。 隨著部件冷卻，沿著焊接界面116形成結(jié)合，因此將部件焊接在一起。
另一方面，如同在圖2中看到的那樣，TTIr焊4妾中，類似于上面描述的 那樣，來自非相干紅外光源122的非相干紅外光120穿過被焊接的第一塑料 部件(透射件)124。該非相干紅外光120在焊接線126處由要被焊接的第 二塑料部件(吸收件)128吸收或由位于焊接區(qū)域處的表面添加劑吸收，因 此沿著焊接區(qū)域加熱和熔化透射件124和吸收件128。 一旦被冷卻，第一塑 料部件124和第二塑料部件128被連接在一起。
然而，將會認(rèn)識到，這些方法中所使用的非相干紅外光源沿所有方向引 導(dǎo)它的能量，如同在圖1和2中看到的那樣。如同在圖3中看到的那樣，已 經(jīng)嘗試使用拋物線形的或橢圓形的反射鏡140以將這種能量引導(dǎo)到特定的焊 接點，然而，這種反射鏡無法可靠地且有效地將能量引導(dǎo)到特定的焊接區(qū)域。 拋物線形和橢圓形的反射鏡能集中大約百分之五十(50%)的紅外光，但是 其它百分之五十(50% )無效地傳播出去了。
已經(jīng)使用屏蔽以嘗試使得到達不被熔化區(qū)域的紅外能最小化。盡管屏蔽 成功地阻止了紅外光到達不被熔化區(qū)域，但是到達這些屏蔽區(qū)域的紅外光在 焊接過程中被浪費了。因此，需要較大的且較昂貴的非相干光源。
紅外燈泡是最通常地已知的和通常地使用的非相干紅外光源。典型地， 當(dāng)以最大功率運行時，這些燈泡的壽命有限。然而，如同這里所描述的那樣， 由于光傳播的低效率，為了給焊接區(qū)域提供足夠的能量以為焊接獲得足夠的 加熱和熔化，不得不以最大的功率運行這些紅外燈泡
發(fā)明內(nèi)容
本問題的一種解決方案包括用于產(chǎn)生將工件的第一部件連接到該工件 的第二部件的焊接的組件。該組件包括產(chǎn)生非相干光能的第一非相干光源和
具有輸入端和輸出端的第 一 負(fù)波導(dǎo)管，來自該第 一 非相干光源并被第 一反射 鏡反射的該非相干光能在輸入端處進入第一負(fù)波導(dǎo)管，通過第一負(fù)波導(dǎo)管并 且在輸出端處離開第一負(fù)波導(dǎo)管。第一負(fù)波導(dǎo)管具有產(chǎn)生非圓形焊接區(qū)域的 非圓錐形縱向橫截面。
通過這里和其后提供的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它應(yīng)用范圍將是顯而易見 的。應(yīng)當(dāng)理解，詳細(xì)的描述和特定的實施例，盡管簡述了本發(fā)明的優(yōu)選實施 方式，僅僅用于示例性的目的并且不用于限定本發(fā)明的范圍。


通過詳細(xì)的描述和附圖，將更充分地理解本發(fā)明，其中 圖1 (a) - (c)是一系列側(cè)視圖，示出了依照現(xiàn)有技術(shù)的部件到部件表 面力口熱；
圖2是側(cè)視圖，示出了依照現(xiàn)有技術(shù)的TTIr焊接； 圖3是側(cè)視圖，示出了依照現(xiàn)有技術(shù)的反射鏡；
圖4 (a) - (c)是一系列側(cè)視圖，示出了依照本發(fā)明的原理的部件到部 件表面加熱；
圖5是側(cè)視圖，示出了依照本發(fā)明的原理的TTIr焊接；
圖6 (a)是依照現(xiàn)有技術(shù)的正波導(dǎo)管的橫截面視圖6 (b)是依照本發(fā)明的原理的負(fù)波導(dǎo)管的橫截面視圖7是示意圖，示出了依照現(xiàn)有技術(shù)的使用柔性正波導(dǎo)管的焊接；
圖8是示意圖，示出了筒單的圓錐形波導(dǎo)管；
圖9是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的產(chǎn)生非圓形光點的復(fù)雜波導(dǎo)
管；
圖IO是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的曲線形光源和曲線形波導(dǎo)
管；
圖11是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的曲線形光源和寬度變化的 曲線形波導(dǎo)管；
圖12是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的交叉光源和交叉波導(dǎo)管； 圖13是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的平面陣列細(xì)長(elongated)光源和復(fù)雜的波導(dǎo)管；
圖14是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的多個點光源和復(fù)雜的波導(dǎo)
管；
圖15是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的與單個、復(fù)雜的波導(dǎo)管保 持連通的多個細(xì)長的光源；
圖16是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的與多個復(fù)雜的波導(dǎo)管保持 連通的單個光源；
圖17是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的與多個復(fù)雜的波導(dǎo)管保持 連通的多個不同類型的光源；
圖18是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的與細(xì)長的、逐漸縮小的波 導(dǎo)管保持連通的細(xì)長的光源；
圖19是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的與向外逐漸擴大的波導(dǎo)管 保持連通的細(xì)長的光源；
圖20是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的與輸出端相對于輸入端成 大約90°的角度的彎曲波導(dǎo)管保持連通的細(xì)長的光源；
圖21是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的與輸出端相對于輸入端成 大約90。的角度并具有傾斜反射拐角的波導(dǎo)管保持連通的細(xì)長的光源；
圍繞U形波導(dǎo)管的外邊界布置的多個細(xì)長的光源；
圖23是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的與U形波導(dǎo)管保持聯(lián)系并 在非 一 致的方向上圍繞U形波導(dǎo)管的內(nèi)邊界布置的多個細(xì)長的光源；
圖24是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的與一對主波導(dǎo)管和布置在 它們之間的間隙填充波導(dǎo)管保持連通的一對細(xì)長的光源；
圖25是示意圖，示出了依照本發(fā)明的原理的與一對彼此部分重疊以提 供均勻的焊接區(qū)域的主波導(dǎo)管保持連通的一對細(xì)長的光源。
具體實施例方式
優(yōu)選實施方式的以下描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的并且不以任何方式 限定本發(fā)明，它的應(yīng)用或使用。
現(xiàn)在參考圖4，提供了依照本發(fā)明的原理的使用第一非相干紅外光源14 和第二非相干紅外光源16將第一塑料部件10與第二塑料部件12焊接在一起的裝置和方法。具體地，第一非相干紅外光源14和第二非相干紅外光源
16分別被安裝到支撐結(jié)構(gòu)18上并由支撐結(jié)構(gòu)18支承。第一非相干紅外光源 14被布置在第 一 負(fù)波導(dǎo)管(negative waveguide )組件20內(nèi)。第 一負(fù)波導(dǎo)管 組件20包括反射鏡部分22和負(fù)波導(dǎo)管部分24。在一些實施方式中，負(fù)波導(dǎo) 管部分24與反射鏡部分22—體地形成以形成單個的、整體式組件。在一些 實施方式中，第一非相干紅外光源14被定位于反射鏡部分22的焦點處。
在一些實施方式中，反射鏡部分22被成形以限定有助于將來自第一非 相干紅外光源14的非相干紅外光朝著負(fù)波導(dǎo)管部分24引導(dǎo)的任何輪廓。更 具體地，反射鏡部分22可以被成形以限定橢圓形或拋物線形輪廓，其能沿 著負(fù)波導(dǎo)管部分24內(nèi)的預(yù)定方向和分布狀態(tài)引導(dǎo)來自第一非相干紅外光源 14的非相干紅外光。在一些實施方式中，第一非相干紅外光源14被定位于 反射鏡部分22的焦點處。在一些實施方式中，負(fù)波導(dǎo)管部分24被成形為接 納來自第一非相干紅外光源14和反射鏡部分22的非相干紅外光并且將該非 相干紅外光引導(dǎo)和/或傳播到其輸出端26。同樣地，第二非相干紅外光源16 被布置為與第二負(fù)波導(dǎo)管組件28 —起使用。第二負(fù)波導(dǎo)管組件28與第一負(fù) 波導(dǎo)管組件20是一樣的，可是與其是鏡像關(guān)系。因此，為了簡潔起見，第 二負(fù)波導(dǎo)管組件28的詳細(xì)描述是不必要的。
在操作期間，各自啟動第一非相干紅外光源14和第二非相干紅外光源 16以輸出非相干紅外光。該非相干紅外光從第一非相干紅外光源14和第二 非相干紅外光源16被均勻地和徑向地傳送。然而，朝著反射鏡部分22被導(dǎo) 向的任何非相干紅外光通過反射鏡部分22朝著負(fù)波導(dǎo)管部分24被再導(dǎo)向和 /或聚焦。負(fù)波導(dǎo)管部分24進一步將非相干紅外光導(dǎo)向和/或傳送到其輸出端 26。從第一負(fù)波導(dǎo)管組件20和第二負(fù)波導(dǎo)管組件28的輸出端26射出的非 相干紅外光被導(dǎo)向到第一塑料部件10和第二塑料部件12的預(yù)定部分，以分 別局部地加熱第一塑料部件10和第二塑料部件12的第一焊接區(qū)域30和第 二焊接區(qū)域32。 一旦第一焊接區(qū)域30和第二焊接區(qū)域32通過吸收光能而被 充分地加熱，相對于第一塑料部件10和第二塑料部件21移動支撐結(jié)構(gòu)18 以允許第一塑料部件IO和第二塑料部件12被壓在一起從而形成最終的焊接 區(qū)域34。
現(xiàn)在參考圖5，本發(fā)明的原理能與TTIr焊接結(jié)合使用。具體地，非相干 紅外光源40被布置在負(fù)波導(dǎo)管組件42內(nèi)。負(fù)波導(dǎo)管組件42包括反射鏡部分44和負(fù)波導(dǎo)管部分46。在一些實施方式中，負(fù)波導(dǎo)管部分46與反射鏡部 分44 一體地形成以形成單個的、整體式組件。
類似于上面所討論的反射鏡部分22,反射鏡部分44能被成形為限定有 助于將來自第一非相干紅外光源40的非相干紅外光朝著負(fù)波導(dǎo)管部分46導(dǎo) 向的任何輪廓。更具體地，反射鏡部分44可以被形成為限定橢圓形的或拋 物線形的輪廓，其能沿著負(fù)波導(dǎo)管部分46內(nèi)的預(yù)定方向和分布狀態(tài)導(dǎo)向來 自非相干紅外光源40的非相千紅外光。在一些實施方式中，非相干紅外光 源40被定位于反射鏡部分44的焦點處。在一些實施方式中，類似于負(fù)波導(dǎo) 管部分24,負(fù)波導(dǎo)管部分46能被成形為接納來自非相干紅外光源40和反射 鏡部分44的非相干紅外光并且將該非相干紅外光引導(dǎo)和/或傳送到其輸出端 48。
在操作期間，啟動非相干紅外光源40以輸出非相干紅外光。該非相干 紅外光從非相干紅外光源40被均勻地和徑向地傳送。然而，被導(dǎo)向為朝向 反射鏡部分44的任何非相千紅外光通過反射鏡部分44朝著負(fù)波導(dǎo)管部分46 被再導(dǎo)向和/或聚焦。負(fù)波導(dǎo)管部分46進一步將非相干紅外光導(dǎo)向和/或傳播 到其輸出端48。從負(fù)波導(dǎo)管組件42的輸出端48射出的非相干紅外光^C導(dǎo)向 為穿過第一透射部件50。該非相干紅外光然后在位于第一透射部件50和第 二吸收部件54之間的焊接線52處被吸收。更具體地，非相干紅外光穿過第 一透射部件50并被第二吸收部件54或者被放置在第一透射部件50和第二 部件54之間的表面添加劑吸收，因此沿著焊接線52加熱和熔化第一透射部 件50和第二部件54。 一旦第一透射部件50和第二吸收部件54在焊接線52 處通過吸收光能而^皮充分地加熱，第一透射部件50和第二吸收部件54被冷 卻以產(chǎn)生焊接結(jié)合。
如同在圖5和6(b)中所示的那樣，來自上面所討^r的各種非相干紅外 光源的非相干紅外光通過負(fù)波導(dǎo)管被導(dǎo)向到被焊接的部件的預(yù)定部分。該負(fù) 波導(dǎo)管精確地控制非相干紅外光被導(dǎo)向到的地方，因此大大提高了傳遞非相 干紅外光的效率。
非相干紅外光能來自于現(xiàn)在普遍已知的許多合適的光源中的任一個。作 為非限定性的例子，這里所描述的非相干紅外光源可以包括紅外發(fā)射火焰 (infrared emissive flame )、電阻絲加熱器、燈絲燈泡、氣體放電燈泡、黑體 輻射器、放射性熱體、或任何其它非相干紅外光源。然而，在一些實施方式中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)燈絲卣素?zé)襞莼螂娮杞z加熱器使成本效率、可用性和設(shè)計靈活 性最大化。
類似地，許多負(fù)波導(dǎo)管中的任一個能適于與本發(fā)明結(jié)合使用。負(fù)波導(dǎo)管 的反射腔可具有拋光的金屬表面或高反射電介質(zhì)薄膜涂層。而且，在一些實 施方式中，負(fù)形態(tài)可以充滿非相干紅外光可透射的氣體或液體?？蛇x地，波 導(dǎo)管的負(fù)形態(tài)可以是被抽真空以在其內(nèi)形成真空。然而，為了它的耐用性、 效率和較高的波長帶寬，最成本有效的實施方式是具有金鍍層的充滿空氣的 負(fù)金屬波導(dǎo)管。
通常，由于它的筒單性和較高的波長帶寬，負(fù)波導(dǎo)管優(yōu)于正波導(dǎo)管
(positive waveguide )。因為非相干紅外光源是寬帶發(fā)射器，負(fù)腔波導(dǎo)管的較 大的波長帶寬變得重要。
依照本教導(dǎo)的被焊接的塑料部件可以由視覺透明、半透明或不透明材料 制成。在部件到部件紅外焊接方法中，唯一的必備條件是，為了焊接其要求 部件必需是吸收紅外線的或者具有吸收紅外線的表面添加劑。對于TTIr方 法，需要被焊接的一個部件是能透射紅外線的，并且被焊接的另一個部件能 吸收紅外線，或者替代另一個部件能吸收紅外線，在兩個部件之間有具有吸 收力的表面添加劑，用于產(chǎn)生所需的局部加熱以形成可靠的焊接表面。
如同這里所描述的那樣，能使用棵非相干紅外光源焊接塑料，但是能量 的更有效的利用是通過一些光學(xué)裝置將紅外光更直接地導(dǎo)向到焊接區(qū)域。
一種在工業(yè)上普遍使用的方法是屏蔽部件。這僅僅使用了在焊接區(qū)域的 能量，但是浪費了光源發(fā)出的大部分紅外光。
第二種在工業(yè)上普遍地使用的方法是使用拋物線形的或橢圓形的反射 鏡反射光源。這能將百分之五十的能量集中到焊接區(qū)域，但是其它百分之五 十無效地傳播出去了。
第三種方法是使用透鏡。遺憾地是，由于大部分非相干紅外光源呈現(xiàn)黑 體光譜，玻璃和塑料透鏡無法傳輸非相干紅外光的大部分能量。能使用更特 殊(exotic)的紅外材料，并且更特殊的紅外材料已經(jīng)在工業(yè)上使用了，但 是由于成本，很少選擇這種方法。
第四種方法是使用光學(xué)纖維或正電介質(zhì)波導(dǎo)管。由于同樣的原因，即玻 璃和塑料透鏡是低效率的，因為使用非特殊材料，它們不具有寬帶非相干紅 外光的透射帶寬，光學(xué)纖維和正電介質(zhì)波導(dǎo)管是低效率的。
ii第五種方法，為了將非相干光導(dǎo)向到簡單的點(simple spot),使用位于 光源下游的簡單的圓錐形光學(xué)集中器。這是將紅外光集中到焊接區(qū)域的有效 方法，但是在幾何形狀方面被限定為簡單的點。
第六種方法，其對于本教導(dǎo)來說是新的，是使用用于非相干紅外塑料焊 接的大體上負(fù)波導(dǎo)管。負(fù)波導(dǎo)管的反射腔能具有拋光的金屬表面或高反射電 介質(zhì)薄膜涂層。波導(dǎo)管的效率是使用棵光源的效率的大約三倍，并且反射腔 能有效地傳播來自非相干紅外光源的全部光譜的寬帶輻射。簡單的圓錐形光 學(xué)集中器是負(fù)波導(dǎo)管的一特定的限定例子，但是在幾何形狀上被限定為產(chǎn)生 簡單的光點。通常的負(fù)波導(dǎo)管是更通常的例子，其具有能適用于二維的和三 位的幾乎任何焊接幾何形狀，并能接受幾乎任何光源幾何形狀的優(yōu)勢。此外， 負(fù)波導(dǎo)管能圍繞拐角傳播能量，結(jié)合多種光源，和傳播到多個焊接區(qū)域。
最好的方法是，將在非相干紅外光源后側(cè)的拋物線形的或橢圓形的反射 鏡與在光源和被焊接的部件的焊接區(qū)域之間的光源下游的大體上負(fù)波導(dǎo)管 相結(jié)合。
在圖8中能看到簡單的圓錐形光學(xué)集中器的幾何形狀。為了清楚，所有 附圖用灰色示出了非相干紅外光源，并且波導(dǎo)管被示為正形態(tài)(positive form)，應(yīng)當(dāng)理解，正形態(tài)代表了負(fù)波導(dǎo)管的腔。集中器被限定為圓錐體， 并且在光源前方產(chǎn)生簡單的集中的圓形光點。
另一方面，大體上負(fù)波導(dǎo)管是更加復(fù)雜的實體，能更自由地設(shè)計。在下 面的例子中能看到設(shè)計的靈活性。
在圖9中能看到，大體上負(fù)波導(dǎo)管能產(chǎn)生復(fù)雜的光點形狀-比簡單的圓 錐形集中器更復(fù)雜。它也能產(chǎn)生直線形或曲線形。光源40的線形或曲線形 幾何形狀不必與焊接圖案52的同樣的線形或曲線形幾何形狀一致，如同在 圖IO中看到的那樣。此外，焊接圖案52的線寬不必是均勻的，如同在圖11 中看到的那樣。在圖11中，曲線形光源40能與寬度沿著曲線形路徑變化的 波導(dǎo)管46結(jié)合使用。在這種情形下，焊接圖案52能形成獨特的形狀。交叉 也能被結(jié)合到大體上負(fù)波導(dǎo)管中，如同在圖12中看到的那樣，其中第一光 源40和第一波導(dǎo)管46與第二光源40，和第二波導(dǎo)管46，成一角度，例如如圖 所示的那樣的90。的角度交叉。
容納在波導(dǎo)管46中的一維或二維陣列寬帶紅外發(fā)射源40能以規(guī)定的方 式照亮一定區(qū)域，如同在圖13和14中看到的那樣。將光點、線、交叉和區(qū)域結(jié)合在一起能產(chǎn)生任何任意的二維焊接圖案。
分離光源的光照能被混合以確保焊接圖案52的均勻性，如同圖15中那 樣，其中多個光源40同軸地排布并且由單個波導(dǎo)管46控制。然而，在一些 實施方式中，單個光源40能通過多個波導(dǎo)管46， 46，， 46，，而被4殳射到數(shù)個 地方，如同在圖16中看到的那樣。在這種情形下，多個波導(dǎo)管46， 46，， 46" 中的每一個可被定位成它們的縱向軸線彼此成一定角度。然而，通過一個或 多個波導(dǎo)管46,數(shù)個不同的光源40, 40，， 40"能被結(jié)合到單個焊接圖案52， 如同在圖17中看到的那樣?？紤]到不同的光源和焊接強度，可如同在圖18 中看到的那樣集中光源，或者如同在圖19中看到的那樣使光源稍微地分散。
大體負(fù)波導(dǎo)管能被延伸以產(chǎn)生三維的焊接幾何形狀。來自光源的能量能 如圖20所示通過曲部或者如圖21所示通過反射平面而被導(dǎo)向為繞過拐角。 在這種情形下，波導(dǎo)管46的入口被布置為相對于出口成一角度，例如如圖 所示的90。。對于外側(cè)起伏(up and down)的焊接幾何形狀曲面(被稱為皺 眉形)，分離的光源40被結(jié)合以圍繞外曲面IOO投射均勻的照亮強度，如同 在圖22中看到的那樣。內(nèi)側(cè)起伏的焊接曲面(被稱作微笑形)是更加復(fù)雜 的，如同在圖23中看到的那樣。為了獲得均勻的強度，由于內(nèi)側(cè)曲面102 上的可用空間有限，光源40相對于焊接線傾斜，并且鋸齒形波導(dǎo)管被放置 在中間，如同在圖23中看到的那樣。對于外側(cè)起伏的拐角，為了均勻的光 照，光源被分開但是在它們之間具有波導(dǎo)管連接以防止拐角處的冷點，如同 在圖24中看到的那樣。對于內(nèi)側(cè)起伏的拐角，由于內(nèi)側(cè)空間有限，光源必 須并排并且為了獲得均勻的照射波導(dǎo)管必須重疊，如同在圖25中看到的那 樣。能圍繞拐角引導(dǎo)能量結(jié)合能將能量投射到焊接曲面和角落的內(nèi)側(cè)和外 側(cè)，再結(jié)合二維技術(shù)提供了實際上的任何焊接幾何形狀的三維光照。
用于非相干紅外塑料焊接的大體負(fù)波導(dǎo)管的使用具有幾個益處。光學(xué)效 率提高以及紅外光被導(dǎo)向的位置精度提高導(dǎo)致在機器中的較少的熱浪費和 較少的能量使用。如果紅外燈泡被作用能源，效率增加允許在較低的功率使 用燈泡，其才及大地增加了它們的壽命。波導(dǎo)管允許光源的幾何形狀不同于被 焊接的部件的幾何形狀。這提供了加工的設(shè)計靈活性。這也允許使用標(biāo)準(zhǔn)燈 泡或燈絲，相對于定制的燈泡或燈絲，這大大地節(jié)省了成本。波導(dǎo)管也阻止 紅外光熔化部件的不需要熔化的區(qū)域，提高了焊接的質(zhì)量。
本發(fā)明的描述在本質(zhì)上僅僅是示例性，因此，不脫離本發(fā)明要旨的變化也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這種變化不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是違背了本發(fā)明的精神和范 圍。
權(quán)利要求
1. 一種用于將工件的第一塑料部件塑料焊接到該工件的第二塑料部件的組件，所述組件包括產(chǎn)生非相干紅外光能的第一非相干紅外光源；和具有輸入端和輸出端的第一負(fù)波導(dǎo)管，來自所述第一非相干紅外光源的所述非相干紅外光能在所述輸入端處進入所述第一負(fù)波導(dǎo)管，通過所述第一負(fù)波導(dǎo)管，并在所述輸出端處離開所述第一負(fù)波導(dǎo)管，所述第一負(fù)波導(dǎo)管具有產(chǎn)生非圓形焊接區(qū)域的非錐形縱向橫截面。
2. 如權(quán)利要求l所述的組件，進一步包括產(chǎn)生非相干紅外光能的第二非相干紅外光源，來自所述第二非相干紅外 光源的所述非相干紅外光能在所述輸入端處進入所述第一負(fù)波導(dǎo)管，通過所 述第一負(fù)波導(dǎo)管，并在所述輸出端處離開所述第一負(fù)波導(dǎo)管。
3. 如權(quán)利要求2所述的組件，其中所述第一非相干紅外光源和所述第二 非相干紅外光源各自是細(xì)長的并且同軸對準(zhǔn)。
4. 如權(quán)利要求2所述的組件，其中所述第一非相干紅外光源和所述第二 非相干紅外光源各自是細(xì)長的并且彼此軸向地偏移。
5. 如權(quán)利要求1所述的組件，進一步包括具有輸入端和輸出端的第二負(fù)波導(dǎo)管，來自所述第一非相干紅外光源的 所述非相干紅外光能在所述輸入端處進入所述第二負(fù)波導(dǎo)管，通過所述第二 負(fù)波導(dǎo)管，并在所述輸出端處離開所述第二負(fù)波導(dǎo)管，所述第二負(fù)波導(dǎo)管不 同于所述第一負(fù)波導(dǎo)管。
6. 如權(quán)利要求5所述的組件，其中所述第二負(fù)波導(dǎo)管被如此布置成使得 其縱向軸線被布置為與所述第一負(fù)波導(dǎo)管的縱向軸線成一角度。
7. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述第一非相干紅外光源是細(xì)長的并 且所述第一負(fù)波導(dǎo)管的所述輸入端大體正交于所述第一負(fù)波導(dǎo)管的所述輸出端。
8. 如權(quán)利要求7所述的組件，其中所述第一負(fù)波導(dǎo)管包括布置在所述輸入端和所述輸出端之間的傾斜表面。
9. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述第一負(fù)波導(dǎo)管是大體U形。
10. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述第一負(fù)波導(dǎo)管是細(xì)長的逐漸縮 小的構(gòu)件。
11. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述第一負(fù)波導(dǎo)管是細(xì)長的擴張構(gòu)件。
12. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述第一負(fù)波導(dǎo)管是曲線形，從而 所述焊接區(qū)域是曲線形。
13. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述第一非相干紅外光源是曲線形。
14. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述第一負(fù)波導(dǎo)管的所述輸出端包 括寬度變化的曲線形形狀。
15. 如權(quán)利要求l所述的組件，進一步包括 產(chǎn)生非相干紅外光能的第二非相干紅外光源；和具有輸入端和輸出端的第二負(fù)波導(dǎo)管，來自所述第二非相干紅外光源的 所述非相干紅外光能在所述輸入端處進入所述第二負(fù)波導(dǎo)管，通過所述第二 負(fù)波導(dǎo)管，并在所述輸出端處離開所述第二負(fù)波導(dǎo)管，所述第二負(fù)波導(dǎo)管和 所述第二非相干紅外光源被布置為分別與所述第一負(fù)波導(dǎo)管和所述第一非 相干紅外光源成大體正交的角度。
16. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述第一負(fù)波導(dǎo)管是U形并且所述 第一非相干紅外光源被定位為沿著所述第一負(fù)波導(dǎo)管的外曲線與所述第一負(fù)波導(dǎo)管連通。
17. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述第一負(fù)波導(dǎo)管是U形并且所述 第一非相干紅外光源被定位為沿著所述第一負(fù)波導(dǎo)管的內(nèi)曲線與所述第一負(fù)波導(dǎo)管連通。
18. —種用于將工件的第一塑料部件塑料焊接到該工件的第二塑料部件的組件，所述組件包括各自產(chǎn)生非相干紅外光能的多個非相干紅外光源；和具有輸入端和輸出端的第一負(fù)波導(dǎo)管，來自所述多個非相干紅外光源的 所述非相干紅外光能在所述輸入端處進入所述第一負(fù)波導(dǎo)管，通過所述第一 負(fù)波導(dǎo)管，并在所述輸出端處離開所述第一負(fù)波導(dǎo)管，所述第一負(fù)波導(dǎo)管具 有產(chǎn)生非圓形焊接區(qū)域的非錐形縱向橫截面。
19. 如權(quán)利要求18所述的組件，其中所述多個非相干紅外光源被排列為 彼此鄰近以形成陣列。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生將工件的第一部件連接到工件的第二部件的焊接的組件。該組件包括產(chǎn)生非相干光能的第一非相干光源和具有輸入端和輸出端的第一負(fù)波導(dǎo)管，來自所述第一非相干光源以及由第一反射鏡反射的非相干光能在輸入端處進入第一負(fù)波導(dǎo)管、通過第一負(fù)波導(dǎo)管并在輸出端處離開第一負(fù)波導(dǎo)管。第一負(fù)波導(dǎo)管具有產(chǎn)生非圓形焊接區(qū)域的非圓錐形縱向橫截面。
文檔編號B29C65/16GK101522399SQ200780037679
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月13日
發(fā)明者丹尼爾·D·赫爾希, 斯科特·考德威爾, 肯尼思·納爾遜 申請人:必能信超聲公司