[发明专利]一种浮动式激光透射焊接夹紧装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光透射焊接领域，特别涉及用于热塑性塑料间或者热塑性塑料与金属材料间的激光透射焊接夹紧装置，具体地说是一种浮动式激光透射焊接夹紧装置。

背景技术

塑料制品具有重量轻、强度高、密度低、成本低、弹性优良、耐腐蚀等优点，因此塑料应用越来越广泛，尤其热塑性塑料。大多数热塑性塑料制品都为模制品，受注塑、挤塑加工工艺和模具制作等多方面的影响，很多形状不规则或结构复杂的塑料制品很难一次注塑成型，通常最经济、有效的方法是将多个简单的注塑件组合在一起，因此，出现了各种各样的热塑性塑料的连接方法。传统的机械连接方法由于易损伤元器件、连接不牢固和外来物质的引入等缺点而得不到广泛使用。激光透射焊接相比于传统的焊接方法有着诸多的优点，比如，形成精密、牢固、密封的焊缝；易于控制，能实现自动化生产；焊接热影响区小；焊接速度快，质量高，焊缝位于材料界面处；焊接热应力和振动应力小；能够实现异种材料的焊接，是热塑性塑料间以及热塑性塑料与金属之间最具有潜力的焊接方法。

激光透射焊接技术是一种新兴的热塑性塑料的焊接方法，它采用的是近红外激光束（800~1060nm）作为激光热源，通过透镜、反射镜或光钎组成的光路传输系统，将激光能量传输到待焊区域。在激光透射焊接过程中，要求上层材料对入射光透明（一定的波长下），下层材料对激光有很高的吸收率。当激光穿过透明层材料时，激光能量在下层材料的上表面被高效的吸收，光能转变为热能，形成一定的温度梯度，在热传导的作用下，热量向上、下两个方向传输，上、下层材料紧接着被加热、熔化。在压紧力的作用下分子间相互扩散，经过一段时间后熔池冷却，最终形成焊缝。

激光透射焊接技术是未来发展的趋势，但是其也面临一大难题，就是焊接夹紧装置。首先，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：201110109966.5，该焊接装置是通过液压驱动压板机构，使之与支撑板配合对工件实行夹紧，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机构较为简单，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，但是实际应用中三维焊接件的应用越来越多。其次，莱丹公司发明的Globo焊接装置比较巧妙，其焊接头部有一个玻璃球，这个玻璃球既能对激光束聚焦，又能施加压紧力，其主要优点是能够实现任意三维焊缝的焊接，且结构紧凑，但是它采用的是单个点接触，容易导致焊接后应力集中，此外该玻璃球长时间滚动摩擦容易导致玻璃球表面磨损，使玻璃球光学性能变差，所以，迫切需要一种能克服这些缺点的装置。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，设计一种热塑性塑料间及热塑性塑料与金属之间的浮动式激光透射焊接夹紧装置，它可以实现对曲面工件的焊接，同时能精确控制焊接路径和压紧力，提高焊接件的整体强度和刚度，采用多个滚轮压紧，避免加工后出现应力集中，提高加工工件的质量。

本发明的技术方案是：

一种浮动式激光透射焊接夹紧装置，其特征是它包括PC机、步进电机控制系统、底模、X，Y，Z轴进给系统、施压机构和浮动压紧机构， X轴进给系统在步进电机控制系统的控制下使安装有上工件、下工件和底模的工作台运动到X轴焊接起始位置处，Y轴进给系统在步进电机控制系统的控制下使右移动板带动施压机构和浮动压紧机构沿Y轴向移动到焊接起始位置处，PC机控制施压机构给浮动压紧机构施加设定的预压力作用于上工件及下工件上，Z轴进给系统在步进电机控制系统的控制下带动安装在上移动板上的激光头上下移动以便使激光的焦点位于上工件和下工件的交接面上。

所述的施压机构包括液压控制系统和液压小顶针，液压控制系统控制电磁阀，电磁阀通过控制液压小顶针的进油管道和出油管道的通断来控制液压小顶针伸出或者收回，液压小顶针安装于上移动板内且向下放置，液压小顶针的下端连接有上横板；所述的浮动压紧机构包括压杆、活动压紧平台、弹簧、缸体、滚轮底座和滚轮，压杆最上端设有一个下横板，活动压紧平台连接在压杆的最下端，用于压紧上工件和下工件的滚轮安装在活动压紧平台的下部，在液压小顶针下端的上横板与压杆上端的下横板之间安装有压力传感器和施力弹簧，弹簧上下端分别固定在所述的上横板和下横板上，压力传感器的压力数据传输给液压控制系统，液压控制系统根据2个压力传感器的压力和与预压紧力对比的结果控制电磁阀，电磁阀控制液压小顶针伸出或者收回，液压小顶针伸出或者收回导致压力传感器数据变化，压力传感器的数据反馈给液压控制系统，从而实现实时反馈的夹紧，且能精确控制压紧力。