專利名稱：一種激光塑料焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光加工設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種激光塑料焊接裝置結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
激光塑料焊接最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，但是由于費(fèi)用昂貴，無法和傳統(tǒng)塑料粘接技術(shù)相競(jìng)爭(zhēng)，因此發(fā)展緩慢。但是從20世紀(jì)90年代中期開始，由于激光焊接技術(shù)所需要的設(shè)備費(fèi)用下降，該技術(shù)逐漸受到人們的廣泛歡迎。目前國(guó)內(nèi)使用的塑料焊接技術(shù)主要有熱熔焊接、高頻焊接、振動(dòng)摩擦焊接及超聲波焊接等。傳統(tǒng)的塑料焊接方法主要有超聲波焊接、摩擦焊接、振動(dòng)焊接和熱板焊接等，這些傳統(tǒng)方法主要利用振動(dòng)摩擦生熱使焊接部位塑料熔化焊接或預(yù)先熔化焊接部位再進(jìn)行 壓合焊接，因此，不可避免地會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，而且對(duì)焊接零件的形狀和尺寸也有限制，并且還存在焊接件被污染的可能。傳統(tǒng)塑料焊接方法的適用范圍非常有限，因此先進(jìn)的激光塑料焊接方法應(yīng)運(yùn)而生。塑料的激光焊接技術(shù)在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了一定程度的應(yīng)用。我國(guó)這方面的技術(shù)尚在起步階段。目前普遍采用的激光塑料焊接設(shè)備為機(jī)床類結(jié)構(gòu)，激光軌跡的執(zhí)行通過機(jī)床的各個(gè)軸來實(shí)現(xiàn)，其加工效率較低；同時(shí)由于各部分精度問題會(huì)導(dǎo)致焊接質(zhì)量無法保證。

實(shí)用新型內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前普遍采用的激光塑料焊接設(shè)備，其加工效率較低的問題，提供一種用于汽車、電子、醫(yī)療等行業(yè)的激光塑料焊接裝置，可實(shí)現(xiàn)不同形狀塑料器件高效率、高質(zhì)量的三維激光焊接。為實(shí)現(xiàn)發(fā)明的目的，本實(shí)用新型主要采取如下技術(shù)方案—種激光塑料焊接裝置，它包括激光器、振鏡激光焊接頭、工作臺(tái)、夾具、PLC控制系統(tǒng)，還增設(shè)有高溫儀；其中，激光器通過光纖連接振鏡激光焊接頭，該遠(yuǎn)程的振鏡激光焊接頭為單振鏡雙軸激光焊接頭，所述高溫儀通過連接件置于振鏡激光焊接頭尾部，被焊工件通過夾具緊固于工作臺(tái)；焊接時(shí)，激光經(jīng)由光纖傳導(dǎo)至振鏡激光焊接頭入口，經(jīng)其半透鏡一次折返后輸入準(zhǔn)直聚焦鏡輸出，經(jīng)由銅鏡折返至工件表面，激光軌跡通過銅鏡的雙軸旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)；高溫儀發(fā)出的光信號(hào)與該激光同軸同時(shí)輸出到工件表面測(cè)量工件焊接的實(shí)時(shí)溫度反饋給高溫儀，高溫儀輸出端的溫度測(cè)量信號(hào)與溫度設(shè)定信號(hào)送至PLC控制系統(tǒng)經(jīng)其處理輸出的模擬控制信號(hào)送至激光器，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器功率的閉環(huán)控制，同時(shí)PLC控制系統(tǒng)將振鏡激光焊接頭輸出功率數(shù)據(jù)及工件表面溫度數(shù)據(jù)反饋給上位機(jī)，以便對(duì)焊接狀況進(jìn)行監(jiān)控。所述PLC控制系統(tǒng)包括PLC和其外圍電路，通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)激光塑料焊接的控制，即上位機(jī)將控制及設(shè)定信號(hào)傳遞給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)控制信號(hào)完成溫度的閉環(huán)反饋控制，控制激光器調(diào)節(jié)激光的輸出功率；PLC將采集到的工件表面溫度信息和振鏡激光焊接頭的激光功率信息上傳至上位機(jī)。[0009]激光器為半導(dǎo)體激光器，其工作功率在40W 200W之間，最大輸出功率為350W ；激光波長(zhǎng)為930 960nm，經(jīng)光纖耦合輸出。所述光纖芯徑為200 400 u m。遠(yuǎn)程的振鏡激光焊接頭，其最大承受功率為3kW，最大工作范圍為200 X 200 X 100mm，最大掃描速度為 100m/min。所述高溫儀包括信號(hào)處理模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊和接收鏡；其中接收鏡為凸透鏡；該高溫儀能測(cè)量工件表面溫度和振鏡激光焊接頭實(shí)際輸出的激光功率，其工作溫度測(cè)量范圍為O 500°C，測(cè)量的紅外線波長(zhǎng)(感溫波長(zhǎng))8 14 y m ;負(fù)責(zé)測(cè)量工件表面的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并把電信號(hào)傳送給PLC控制系統(tǒng)。所述高溫儀采用LUMASENSE公司的In5型號(hào)的高溫儀，實(shí)現(xiàn)了工件表面溫度和振鏡激光焊接頭輸出功率的測(cè)量。 本新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果I、本裝置采用半導(dǎo)體激光器進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)了激光波長(zhǎng)小，吸收率高；2、本裝置采用單振鏡式激光焊接頭對(duì)塑料進(jìn)行焊接，大大提高了焊接效率，減少機(jī)構(gòu)重復(fù)定位的時(shí)間；3、本裝置加載高溫儀對(duì)焊接溫度進(jìn)行閉環(huán)控制，可保證塑料焊接的質(zhì)量，解決了傳統(tǒng)焊接方式加工效率較低的問題，實(shí)現(xiàn)不同形狀塑料器件高效率、高質(zhì)量的三維激光焊接。

圖I為本新型結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為圖I數(shù)據(jù)傳輸流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳述如圖I、圖2所示的本實(shí)用新型的實(shí)施方式，一種激光塑料焊接裝置，它包括激光器、振鏡激光焊接頭、工作臺(tái)、夾具8、PLC控制系統(tǒng)，還增設(shè)有高溫儀；其中，激光器通過光纖I連接振鏡激光焊接頭，該遠(yuǎn)程的振鏡激光焊接頭為單振鏡雙軸激光焊接頭，所述高溫儀通過連接件置于振鏡激光焊接頭尾部，被焊工件9通過夾具緊固于工作臺(tái)；焊接時(shí)，激光經(jīng)由光纖I傳導(dǎo)至振鏡激光焊接頭入口，經(jīng)其半透鏡5 —次折返后輸入準(zhǔn)直聚焦鏡6輸出，經(jīng)由銅鏡7折返至工件9表面，激光軌跡通過銅鏡7的雙軸旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)；高溫儀發(fā)出的光信號(hào)與該激光同軸同時(shí)輸出到工件表面測(cè)量工件焊接的實(shí)時(shí)溫度反饋給高溫儀，高溫儀輸出端的溫度測(cè)量信號(hào)與溫度設(shè)定信號(hào)送至PLC控制系統(tǒng)經(jīng)其處理輸出的模擬控制信號(hào)送至激光器，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器功率的閉環(huán)控制，同時(shí)PLC控制系統(tǒng)將振鏡激光焊接頭輸出功率數(shù)據(jù)及工件表面溫度數(shù)據(jù)反饋給上位機(jī)，以便對(duì)焊接狀況進(jìn)行監(jiān)控。所述PLC控制系統(tǒng)包括PLC和其外圍電路，通過上位機(jī)共同實(shí)現(xiàn)激光塑料焊接的控制；上位機(jī)負(fù)責(zé)完成焊接中各項(xiàng)控制指標(biāo)的設(shè)定及激光束路徑設(shè)定，并將控制及設(shè)定信號(hào)傳遞給PLC控制系統(tǒng)；PLC控制系統(tǒng)將根據(jù)控制信號(hào)完成溫度的閉環(huán)反饋控制，控制激光器調(diào)節(jié)激光的輸出功率；PLC將采集到的工件9表面溫度信息和振鏡激光焊接頭的激光功率信息上傳給上位機(jī)。所述上位機(jī)主要功能包括顯示工作狀態(tài)并實(shí)時(shí)監(jiān)控、設(shè)定基礎(chǔ)數(shù)值及溫度對(duì)比數(shù)據(jù)；所述上位機(jī)中包括溫度控制與跟蹤軟件、振鏡頭運(yùn)動(dòng)控制軟件；其振鏡頭運(yùn)動(dòng)控制軟件包括振鏡激光頭的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯示模塊、振鏡激光焊接頭的運(yùn)動(dòng)控制模塊。運(yùn)動(dòng)控制模塊負(fù)責(zé)處理軌跡程序，將軌跡程序進(jìn)行插補(bǔ)和校準(zhǔn)，并將運(yùn)動(dòng)指令下載到運(yùn)動(dòng)控制卡中。顯示模塊用于顯示激光頭的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、激光器的運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及手動(dòng)控制，提供了運(yùn)動(dòng)程序的編程平臺(tái)。其中運(yùn)動(dòng)程序是運(yùn)動(dòng)控制的核心，能夠?qū)⒓す忸^的運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)速度，激光的控制以及相關(guān)的控制整合在一起，使運(yùn)動(dòng)軌跡及動(dòng)作能夠協(xié)調(diào)工作。所述激光器為半導(dǎo)體激光器，其工作功率在40W 200W之間，最大輸出功率為350W ;激光波長(zhǎng)為930 960nm，經(jīng)光纖耦合輸出；光纖I芯徑為200 400 u m。 所述振鏡激光焊接頭，其最大承受功率為3kW，最大工作范圍為200 X 200 X 100mm,最大掃描速度為100m/min。所述振鏡激光焊接頭中準(zhǔn)直聚焦鏡6由準(zhǔn)直鏡和聚焦鏡構(gòu)成。所述高溫儀包括信號(hào)處理模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊和接收鏡；其中接收鏡為經(jīng)過光學(xué)處理的凸透鏡；該高溫儀可以測(cè)量工件表面溫度和振鏡激光焊接頭實(shí)際輸出的激光功率，其工作溫度測(cè)量范圍為0 500°C，測(cè)量的紅外線波長(zhǎng)(感溫波長(zhǎng))8 14 y m ;負(fù)責(zé)測(cè)量工件表面的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并把電信號(hào)傳送給PLC控制系統(tǒng)。所述高溫儀可采用LUMASENSE公司的In5型號(hào)的高溫儀，實(shí)現(xiàn)工件表面溫度和振鏡激光焊接頭輸出功率的測(cè)量。在控制上，數(shù)據(jù)傳輸流程如下(見圖2):上位機(jī)輸入指令，設(shè)定激光輸出功率數(shù)據(jù)及對(duì)比溫度數(shù)據(jù)，并發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令給振鏡激光焊接頭，運(yùn)行后由PLC控制系統(tǒng)通過模擬信號(hào)發(fā)出指令給激光器出光，同時(shí)振鏡激光焊接頭執(zhí)行軌跡掃描指令，運(yùn)動(dòng)控制模塊負(fù)責(zé)處理軌跡程序，將軌跡程序進(jìn)行插補(bǔ)和校準(zhǔn)，并將運(yùn)動(dòng)指令下載到運(yùn)動(dòng)控制卡中執(zhí)行軌跡掃描，激光到達(dá)工件表面并執(zhí)行焊接工作；在激光器出光的同時(shí)高溫儀發(fā)出信號(hào)與激光同步輸出，到達(dá)工件表面測(cè)量工件焊接的實(shí)時(shí)溫度，反饋給高溫儀光信號(hào)，高溫儀將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并與之前設(shè)定的對(duì)比溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將比較的結(jié)果輸入PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算后通過控制模擬信號(hào)調(diào)節(jié)激光器輸出功率達(dá)到最佳輸出值，形成閉環(huán)反饋，同時(shí)PLC控制系統(tǒng)將調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)及溫度測(cè)量數(shù)據(jù)反饋給上位機(jī)以便對(duì)焊接狀況進(jìn)行監(jiān)控。
權(quán)利要求1.一種激光塑料焊接裝置，它包括激光器、振鏡激光焊接頭、工作臺(tái)、夾具(8)、PLC控制系統(tǒng)，其特征在于還增設(shè)有高溫儀；其中，激光器通過光纖(I)連接振鏡激光焊接頭，該遠(yuǎn)程的振鏡激光焊接頭為單振鏡雙軸激光焊接頭，所述高溫儀通過連接件置于振鏡激光焊接頭尾部，被焊工件(9)通過夾具(8)緊固于工作臺(tái)；焊接時(shí)，激光經(jīng)由光纖(I)傳導(dǎo)至振鏡激光焊接頭入口，經(jīng)其半透鏡(5) 一次折返后輸入準(zhǔn)直聚焦鏡(6 )輸出，經(jīng)由銅鏡(7)折返至工件(9)表面，激光軌跡通過銅鏡的雙軸旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)；高溫儀發(fā)出的光信號(hào)與該激光同軸同時(shí)輸出到工件表面測(cè)量工件焊接的實(shí)時(shí)溫度反饋給高溫儀，高溫儀輸出端的溫度測(cè)量信號(hào)與溫度設(shè)定信號(hào)送至PLC控制系統(tǒng)經(jīng)其處理輸出的模擬控制信號(hào)送至激光器，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器功率的閉環(huán)控制，同時(shí)PLC控制系統(tǒng)將振鏡激光焊接頭輸出功率數(shù)據(jù)及工件表面溫度數(shù)據(jù)反饋給上位機(jī)，以便對(duì)焊接狀況進(jìn)行監(jiān)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光塑料焊接裝置，其特征在于所述PLC控制系統(tǒng)包括PLC和其外圍電路，通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)激光塑料焊接的控制，即上位機(jī)將控制及設(shè)定信號(hào)傳遞給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)控制信號(hào)完成溫度的閉環(huán)反饋控制，控制激光器調(diào)節(jié)激光的輸出功率；PLC將采集到的工件(9)表面溫度信息和振鏡激光焊接頭的激光功率信息上傳至上位機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光塑料焊接裝置，其特征在于激光器為半導(dǎo)體激光器，其工作功率在40W 200W之間，最大輸出功率為350W ;激光波長(zhǎng)為930 960nm，經(jīng)光纖率禹合輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光塑料焊接裝置，其特征在于所述光纖(I)芯徑為200 400 u mD
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光塑料焊接裝置，其特征在于遠(yuǎn)程的振鏡激光焊接頭，其最大承受功率為3kW，最大工作范圍為200 X 200 X 100mm，最大掃描速度為100m/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光塑料焊接裝置，其特征在于所述高溫儀包括信號(hào)處理模塊(2)、光電轉(zhuǎn)換模塊(3)和接收鏡(4);其中接收鏡(4)為凸透鏡；該高溫儀能測(cè)量工件(9)表面溫度和振鏡激光焊接頭實(shí)際輸出的激光功率，其工作溫度測(cè)量范圍為0 5000C，測(cè)量的紅外線波長(zhǎng)8 14 y m ;負(fù)責(zé)測(cè)量工件表面的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并把電信號(hào)傳送給PLC控制系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種激光塑料焊接裝置，其特征在于所述高溫儀采用LUMASENSE公司的In5型號(hào)的高溫儀，實(shí)現(xiàn)了工件表面溫度和振鏡激光焊接頭輸出功率的測(cè)量。
專利摘要本新型公開一種激光塑料焊接裝置，該裝置包括激光器、振鏡激光焊接頭、高溫儀、工作臺(tái)、夾具和PLC控制系統(tǒng)；激光光源通過光纖傳導(dǎo)連接振鏡激光焊接頭，所述遠(yuǎn)程激光焊接頭為單振鏡雙軸激光焊接頭；高溫儀通過連接件置于振鏡激光焊接頭尾部，被焊工件通過夾具夾緊固定于工作臺(tái)；激光器輸出激光，經(jīng)由光纖傳導(dǎo)至振鏡激光焊接頭入口，經(jīng)過半透鏡一次折返后輸入準(zhǔn)直聚焦鏡輸出，經(jīng)由銅鏡折返至工件表面，激光軌跡通過銅鏡的雙軸旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)；在焊接過程中，高溫儀發(fā)出光信號(hào)與激光同軸同時(shí)輸出，焊接時(shí)將形成反饋光信號(hào)按原光路返回，對(duì)接收信號(hào)分析比對(duì)，通過溫度控制算法對(duì)激光器輸出功率的控制，實(shí)現(xiàn)不同形狀塑料器件高效率、高質(zhì)量的三維激光焊接。
文檔編號(hào)B29C65/16GK202528467SQ201220047810
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者唱麗麗, 朱麗娜, 王曉東, 王虹 申請(qǐng)人:沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司