[发明专利]一种采用机械腔体匀化激光应用于塑料焊接的装置

说明书

本发明公开一种采用机械腔体匀化激光应用于塑料焊接的装置，包括激光器，用于发射激光束，并通过多根光纤将发射的激光束传输至机械匀化腔体内；机械匀化腔体，用于将多根光纤输出的激光束在腔体内进行反射，使得互不相交的激光束叠加，实现能量分布的匀化；夹治具组件，用于固定机械匀化腔体和塑料焊接产品；驱动组件，用于驱动夹治具组件开合。本发明解决了目前激光同步焊接应用中，多光束拼接不均匀或采用窄波导光学器件加工复杂和加工要求高的问题。

技术领域

本发明涉及激光塑料焊接应用，尤其是针对于大批量生产，对生产效率要求高的塑料焊接产品的焊接应用，具体为一种采用机械腔体匀化激光应用于塑料焊接的装置。

背景技术

激光塑料焊接应用通常有三种不同工艺方法，分别为轮廓焊接、扫描焊接和同步焊接。

轮廓焊接：激光沿着塑料焊接层的轮廓线移动并使其熔化，将塑料层逐渐粘结在一起；或者将被夹层沿着固定的激光束移动达到焊接的目的。现在常用的是复合轮廓焊接，即高强度的激光光源再结合卤素光源来一起加热焊接。这种轮廓焊接方式允许透明面罩上没有焊接筋，因此焊接外观漂亮。

扫描焊接：扫描焊接技术利用反射镜产生高速激光束10米/秒的速度，沿着待焊接的部位移动，使得整个焊接处逐渐发热并熔合在一起。对焊接的轮廓和形状有着更严格的要求，比较适合于焊接轮廓比较平整，尺寸比较小的产品，或者对零件的局部区域进行焊接。

同步焊接：采用多根光纤引导将激光到沿着焊接面的轮廓线上，同时在焊缝处产生热量，从而使整个轮廓线同时熔化并粘结在一起。

相较而言，塑料焊接比较广泛的还是前两种方式，但由于现在产品设计趋势是造型越来越复杂，形状越来越立体，平整的产品已经不再常见。因此轮廓焊接和扫描焊接的应用范围越来越窄，同步焊接方式应用越来越多，但目前同步焊存在多光束拼接不均匀或采用的窄波导光学零件加工复杂和加工要求高，导致实现很困难。

经检索，公开号CN112721190A的中国专利公开的一种同步激光塑料焊接机，包括上模具，设置有多个激光出射部件；下模具，用于放置待焊工件；限位导柱，用于上下模限位；下模升降机构，使上下合模，激光器输出的光照射到工件的焊接部位。该专利申请的能量分布结果类似于图2所示情形，其能量分布不均匀，焊接的塑料轨迹也不均匀。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种采用机械腔体匀化激光应用于塑料焊接的装置，用以解决目前激光同步焊接应用中，多光束拼接不均匀或采用窄波导光学器件加工复杂和加工要求高的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

采用机械腔体匀化激光应用于塑料焊接的装置，包括激光器，用于发射激光束，并通过多根光纤将发射的激光束传输至机械匀化腔体内；机械匀化腔体，用于将多根光纤输出的激光束在腔体内进行反射，使得互不相交的激光束叠加，实现能量分布的匀化；夹治具组件，用于固定机械匀化腔体和塑料焊接产品；驱动组件，用于驱动夹治具组件开合。

上述技术方案采用了一种设置机械腔体的方法来匀化激光，有效的解决了多光束拼接不均匀的问题，且加工不复杂的机械腔体能够达到高难度光学器件才能实现的匀化效果，大大降低了同步焊接的实现难度与成本。

作为进一步的技术方案，所述机械匀化腔体的反射内壁的反射率要求≥85％以上，粗糙度≤3.2um，表面镀有惰性金属。

当多根光纤出射的激光束进入腔体内表面时，单根光纤输出的发散的光束进入腔体内表面进行多次反射，同时多根光纤的光束平行于反射面相互叠加进行匀化，实现入射光能量分布的匀化。并且，采用平行反射面进行匀化可产生无限长的空间3D匀化激光结果，能够得到更好的匀化效果。

作为进一步的技术方案，所述机械匀化腔体的进光面设有若干进光口，用于分别连接多根光纤；出光面设有出光口，用于将匀化后的光束入射到待加工的塑料焊接产品表面。