[发明专利]一种激光透射连接双面夹紧装置

说明书

技术领域

    本发明涉及激光透射焊接领域，特别涉及激光透射焊接塑料材料或塑料与金属材料的夹紧装置及其焊接方法。

背景技术

激光透射焊接是利用近红外线激光作为热源，将两个叠加在一起的塑料材料或塑料与金属材料焊接在一起，要求上层材料对激光束透明，而下层材料要尽可能吸收激光。激光透射焊接具有焊接速度快、精度高、无污染、非接触式焊接、自由灵活，焊缝完美等许多优点，因此，激光透射焊接技术在各行各业被广泛的应用。

目前，对激光透射焊接的研究也越来越多，然而目前最大的困难之一就是焊接夹紧装置限制了该技术的应用，当前的焊接夹紧装置，无论是工业应用中还是实验室使用中，都是针对的平面型的工件，平面型焊缝或是采用单面夹紧的思想。实际工业中曲面型的工件的应用越来越多，三维焊缝的夹紧效果不是很理想，所以对于这一类工件的夹紧，目前尚没有一种有效的通用的夹紧装置。

专利《用于激光焊接塑料材料的焊接装置及其焊接方法》，申请号为：201020290640.8，该焊接装置采用的是液压缸或气压缸驱动第二夹具与第一夹具配合实现对工件的夹紧，压力的大小可由调压阀控制并由压力传感器传至显示器上显示出来。该焊接装置的优点是结构简单，压力易于调节和控制。缺点是只能对一些平面型焊缝（即表面要求平整）进行焊接，无法实现三维焊缝的焊接；再如莱丹公司发明的Globo球形焊接装置，该装置焊接头部位一个玻璃球，该玻璃球有着对激光束聚焦和对焊缝施加机械夹紧力双重效果。优点是能够实现任意三维焊缝的连接，灵活性极高，缺点是它采用的是单面夹紧，对于一些刚度低的工件，夹紧力过小可能导致焊不上，夹紧力过大又可能使工件变形，损坏工件。此外，玻璃球同时用作机械夹紧和光学聚焦，长期滚动摩擦容易磨损玻璃球使得光学性能变差，从而导致焊接质量不稳定。

所以，迫切需要这样一种夹具装置：不仅能满足常见的平面型焊缝的焊接，还能够适用于曲面型焊缝即空间三维焊缝的焊接；此外，能实现双面夹紧而避免其他夹紧时带来的工件变形。

发明内容

本发明的主要目的在于克服和解决现有技术中的缺点与不足，比如目前大多数焊接夹紧装置仅仅是针对平面工件上简单二维焊缝或者是单面夹紧装置，随着三维焊缝越来越多，解决任意面工件的夹紧问题迫在眉睫。

为达上述目的，本实验采用如下的技术方案：用于任意曲面工件的激光透射焊接双面夹紧装置，包括PC机、伺服电机、激光头、液压小顶针组件、上压板组件、手轮调节机构、下底板组件、液压控制系统和PLC控制器。PC机连接伺服电机，伺服电机包括X、Y和Z三轴的伺服电机，激光头置于Z向导轨上，Z轴伺服电机控制激光头在Z向导轨上运动；Z向导轨置于Y向导轨上，由Y轴伺服电机控制Z向导轨在Y向导轨上运动；Y向导轨再置于X向导轨上，由X轴伺服电机控制Y向导轨在X向导轨上运动。因此激光头可在伺服电机的控制下实现任意的运动。上压板组件为两块相向而置的L型板，其中L型板的水平梁上各开设一排沉头孔，孔内液压小顶针组件。所述的液压小顶针组件包括顶针杆、活塞、油缸、进油管道和回油管道。顶针杆固定于活塞的中间，顶针杆头部朝下布置。活塞将油缸分为两部分，上半部分为回油腔，下半部分为进油腔，活塞与油缸为间隙配合，回油腔连接回油管道，进油腔连接进油管道。L型板的下端中间部分安装在螺母上，螺母连接丝杠，L型板底部的两端开设两个孔，与导柱相配合。所述的手轮调节机构包括换向齿轮、丝杠、螺母、导柱和手轮。两个换向齿轮位于两根丝杠的一端，切齿轮相互啮合，齿轮与丝杠过盈配合，与丝杠同步转动。丝杠上各配有螺母，其中一根丝杠的另一端安装手轮，也采用过盈配合。在丝杠的外侧各有一根导柱，导柱与丝杠平行。丝杠与导柱均穿过左挡板和右挡板。两块挡板均位于L型板的外侧，位于换向齿轮、手轮的内侧。所述的下底板组件包括工作台、左挡板和右挡板。其中左、右挡板固定于工作台的两端，呈竖直放置，左、右挡板的底部各开设四个孔，分别与丝杠、导柱相配合。工作台上开设十字形凹槽，凹槽内均匀开设沉头通孔，孔内安置液压小顶针组件。此处顶针杆头部朝上布置。所有的进油管道和回油管道连接液压控制系统的电磁阀，所述的液压控制系统包括油箱、过滤网、液压泵、溢流阀、节流阀、调压阀、压力表和电磁阀。压力的大小可以调节和控制，压力数值由压力表读出，因此，可以控制和调节夹紧力。所有的电磁阀的信号控制线连接PLC控制器，PLC控制器连接PC机。