雷射同步焊接裝置的製作方法
2023-05-31 16:38:57
本實用新型涉及雷射焊接技術領域，尤其涉及一種雷射同步焊接裝置。
背景技術：
雷射焊接是利用高能量密度的雷射束作為熱源的一種高效精密焊接方法，其主要用於焊接薄壁材料和低速焊接，由於其焊接過程屬熱傳導型，即雷射輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制雷射脈衝的寬度、能量、峰值功率和重複頻率等參數，能夠使得工件熔化，以形成特定的熔池。
目前，在車燈行業塑料件大燈或後燈的焊接過程中，一般是採用雷射焊接工藝來進行物件之間的焊接，但在實際應用中卻發現當前的雷射焊接工藝中，焊接時焊接筋焊接狀態不穩定，且由於焊接時雷射束是通體震鏡反射到被焊接物體上，而被焊接物體又多是曲面形狀角度等不規則圖形，就會使得雷射發生器照射時產生反射等缺陷，進而使得雷射的能量被部分反射掉，即雷射的能量不能全部集中在被焊接物體上(雷射器發射端面不再被焊接物焊接的法線上)；進而致使焊接不穩定。
技術實現要素：
鑑於上述問題，本申請記載了一種雷射同步焊接裝置，可應用於對被焊接物進行同步焊接的工藝中，所述被焊接物包括產品底座和產品透鏡，所述裝置包括：
應用於利用透明導光管對被焊接物進行同步焊接的工藝中，所述被焊接物包括產品底座和產品透鏡，所述裝置包括：
頂升氣缸；
第一承載板，固定設置於所述頂升氣缸之上；
第二承載板，通過焊接氣缸設置於所述第一承載板之上；
運動下模，固定設置於所述第二承載板之上，以用於夾持所述產品底座；
固定上模，對應所述運動下模設置於所述運動下模的上方，以用於夾持所述產品透鏡；以及
所述固定上模之上設置有雷射源和所述透明導光管，且所述透明導光管位於所述雷射源與所述產品透鏡之間；並且
所述頂升氣缸通過所述第一承載板和所述第二承載板驅動所述產品底座移動至焊接點位置處，以使所述產品透鏡貼合至所述產品底座之上；所述透明導光管本體將所述雷射源發射的雷射匯聚至所述產品透鏡的表面，形成能量分布均勻的焊接光斑，且該焊接光斑穿透所述產品透鏡對所述產品底座的焊接區域進行加熱，同時所述焊接氣缸通過所述第二承載板驅動所述運動下模對所述產品底座和所述產品透鏡進行壓合；
其中，所述透明導光管具有光入射面和相對於所述光入射面的光出射面，且所述光出射面為凸起弧形結構，並根據所述焊接工藝所需形成的焊接筋設置所述透明導光管本體的橫截面直徑。
作為一個優選的實施例，上述的雷射同步焊接裝置中：
所述運動下模上固定設置有產品胎具，且所述產品底座固定設置於所述產品胎具上。
作為一個優選的實施例，上述的雷射同步焊接裝置中：
所述透明導光管包括透明導光管本體和透明導光管固定塊，所述透明導光管固定塊固定於所述固定上模之上；以及
所述雷射源發射的雷射束經所述透明導光管本體處理後至所述產品底座的焊接區域進行加熱。
作為一個優選的實施例，上述的雷射同步焊接裝置中：
所述固定上模上設置有若干固定孔；以及
所述透明導光管本體通過所述若干固定孔固定於所述固定上模上，以形成與所述被焊接物上的所述焊接區域匹配的結構形狀。
作為一個優選的實施例，上述的雷射同步焊接裝置中：
所述透明導光管本體為管狀結構；以及
所述雷射源發射的雷射束經所述透明導光管本體處理後分布均勻的條狀焊接光斑，所述焊接光斑照射至所述被焊接物的焊接區域進行加熱。
作為一個優選的實施例，上述的雷射同步焊接裝置中：
所述透明導光管本體的材質為透明材質。
本申請還記載了一種雷射同步焊接工藝，可應用於對包括產品底座和產品透鏡的焊接物進行焊接，所述工藝包括：
將所述產品底座固定於設置在運動下模上的產品胎具之上，並繼續外形定位；
將所述產品透鏡夾持於固定上模上，以使所述產品透鏡位於所述產品底座的上方；
利用頂升氣缸驅動所述產品底座移動至焊接點位置處，使所述產品透鏡與所述產品底座貼合；
雷射源發射雷射束經透明導光管整形並透過所述產品透鏡匯聚至所述產品底座的焊接區域進行加熱；同時，利用焊接氣缸驅動所述運動下模對所述產品底座和所述產品透鏡進行壓合。
作為一個優選的實施例，上述的雷射同步焊接工藝中：
所述透明導光管包括透明導光管本體和透明導光管固定塊，所述透明導光管固定塊固定於所述固定上模之上；以及
所述雷射源發射的雷射束經所述透明導光管本體處理後至所述產品底座的焊接區域進行加熱。
作為一個優選的實施例，上述的雷射同步焊接工藝中：
所述固定上模上設置有若干固定孔；以及
所述透明導光管本體通過所述若干固定孔固定設置於所述固定上模上，以形成與所述產品底座上的所述焊接區域匹配的結構形狀。
作為一個優選的實施例，上述的雷射同步焊接工藝中：
所述透明導光管本體為管狀結構；以及
所述雷射源發射的雷射束經所述透明導光管本體整形為條狀光斑，所述焊接光斑照射至所述產品底座的焊接區域進行加熱。
作為一個優選的實施例，上述的雷射同步焊接工藝中：
所述透明導光管本體的材質為透明材質。
作為一個優選的實施例，上述的雷射同步焊接工藝中：
採用所述雷射同步焊接工藝對所述被焊物進行焊接工藝時，不產生粉末，且所產生的廢邊的尺寸：
0＜H＜0.4mm；
0＜w＜0.4mm；
所述H為所述廢邊的高度，所述w為所述廢邊的寬度。
上述技術方案具有如下優點或有益效果：
本申請中記載的一種雷射同步焊接工藝及裝置，通過利用運動下模和固定上模使得產品底座與產品透鏡貼合後，利用諸如聚碳酸酯或玻璃等廉價材質製備的透明導光管，將雷射源發射的雷射經處理後透過產品透鏡照射至產品底座的焊接區域中，進而對焊接區域進行快速、均勻加熱；同時，利用焊接氣缸對產品底座及產品透鏡進行壓合，使得產品底座及產品透鏡在熔融狀態下壓合焊接在一起，且焊接時在不產生粉末等缺陷的同時還能使得焊接所產生的廢邊(即廢邊)尺寸小於0.4mm，即能夠有效的提高焊接產品的性能。
附圖說明
參考所附附圖，以更加充分的描述本實用新型的實施例。然而，所附附圖僅用於說明和闡述，並不構成對本實用新型範圍的限制。
圖1為對熱塑性材料進行雷射焊接工藝的示意圖；
圖2為本申請實施例中雷射同步焊接裝置的結構示意圖；
圖3為圖2中固定上模上設置透明導光管的結構示意圖；
圖4為圖2中固定上模的結構示意圖；
圖5為透明導光管的結構示意圖；
圖6為本申請實施例中雷射同步焊接工藝的流程示意圖。
具體實施方式
本實用新型實施例中提供的雷射同步焊接工藝及裝置，可基於傳統的雷射同步焊接工藝及裝置的基礎上，通過採用透明耐高溫的廉價材質製作透明導光管，使得雷射源發射的光線經處理後形成焊接光斑，以對被焊接物進行焊接工藝，具體的可通過利用運動下模和固定上模使得產品底座與產品透鏡貼合後，利用廉價透明材質製備的透明導光管，將雷射源發射的雷射處理後透過產品透鏡照射至產品底座的焊接區域中，進而對焊接區域進行快速、均勻加熱；同時，利用焊接氣缸對產品底座及產品透鏡進行壓合，使得產品底座及產品透鏡在熔融狀態下壓合焊接在一起，且焊接時在不產生粉末等缺陷的同時還能使得焊接所產生的廢邊尺寸高度和寬度均能夠小於0.4mm，即能夠有效的提高焊接產品的性能。
下面結合附圖和具體實施例對本申請的雷射同步焊接工藝及裝置進行詳細說明。
由於雷射透射焊接工藝(即透射性紅外焊接工藝)的焊接強度符合基體材料強度範圍，同時又具有諸如非接觸式的靈活焊接工藝、待焊接的部件承受最少的熱應力、機械壓力小、無粉塵溢料、無震動作業、焊接外觀美觀、高度精密、焊接強度高、無模具損耗等優點，使得其能夠適用許多的熱塑性塑料進行焊接。
在進行雷射透射焊接工藝(即透射性紅外焊接工藝)時，對於被焊接物的材料組合有一定的光學屬性要求，即其中的一個結合部件必須對雷射透明，一般來說本色狀態下的熱塑性塑料對於雷射束是透明，而另一個則必須吸收所有的雷射能量，如使用添加材料(如碳黑)至熱塑性材料中便可達到吸收能量效果，且要求在基底材料強度範圍內實行焊接強度。
圖1為對熱塑性材料進行雷射焊接工藝的示意圖；如圖1所示，當採用雷射透射焊接工藝(即透射性紅外焊接工藝)對熱塑性塑料進行焊接時，通常使得雷射源11發射的雷射束經透明導光管12處理後透過透明工件(即產品透鏡)13照射至雷射吸收工件(即產品底座)14上形成能量分布均勻的焊接光斑15，以對雷射吸收工件的焊接區域進行局部加熱熔融，進而使得透明工件13與雷射吸收工件14被焊接在一起，即上述的雷射束穿透透明物體(即透明工件13)照射至雷射吸收工件14上，以吸收雷射能量進而產生熱能，而在雷射焊接 過程中由於兩層工件(即透明工件13和雷射吸收工件14)通過夾具壓緊在一起，熱能就從雷射吸收工件14傳導到透明工件13上，從而使得壓緊在一起的兩個工件焊接區域熔化並且結合，同時由於塑料本身的熱膨脹及熱擴張等性能，就會產生內部的壓力，內部的壓力和外部夾具壓力同時作用，能夠確保壓緊貼合的兩個工件能夠牢固焊接。
圖2為本申請實施例中雷射同步焊接裝置的結構示意圖，圖3為圖2中固定上模上設置透明導光管的結構示意圖，圖4為圖2中固定上模的結構示意圖，圖5為透明導光管的結構示意圖；如圖2～5所示，可基於圖1所示的結構及相關闡述的基礎上，本實施例提供了一種雷射同步焊接裝置，可應用於對被焊接物進行同步焊接的工藝中，被焊接物包括產品底座(即雷射吸收工件14)和產品透鏡(即透明工件13)，上述的焊接裝置包括：
頂升氣缸1，可固定設置於行業中進行工藝特製平臺上，且該頂升氣缸1的數量可為一個或多個，只要使得設置在其上的部件能夠保持水平或工藝要求的參數範圍內即可。優選的，該頂升氣缸1可為業界常用的用於頂升部件上下運動氣缸，如該頂升氣缸1可包括有缸筒、端蓋、活塞、活塞杆和密封圈等部件。
第一承載板2，可固定設置於上述頂升氣缸1之上，以用於在該第一承載板2的頂部表面上設置後續的雷射同步焊接工藝的其他部件結構；例如，可將該第一承載板2平躺著固定設置於上述頂升氣缸1的活塞杆的頂端，以在頂升氣缸1進行工作(如頂起)時驅動第一承載板2及其上設置的部件結構進行上下運動，且第一承載板1在上 下運動時保持板面的水平不變進行垂直方向的上下運動。
第二承載板4，可通過焊接氣缸3(該焊接氣缸3也可為包括有缸筒、端蓋、活塞、活塞杆和密封圈等部件的氣缸)設置於上述第一承載板2的上方；相應的，第二承載板4在上下運動時也保持板面的水平不變進行垂直方向的上下運動。
運動下模5，固定設置於在上述的第二承載板4的頂部表面上，以用於夾持上述的產品底座；例如，可通過在該運動下模5上設置產品胎具，而上述的產品底座則可固定設置(如夾持)於該產品胎具上，以驅動產品底座進行運動。
固定上模6，則對應上述的運動下模5的位置處設置在運動下模5的上方，以夾持上述的產品透鏡；例如，該固定上模6可固定設置在模架7之上，使得固定上模6設置在運動下模5的上方，以使得產品透鏡與產品底座對準。
進一步的，上述的固定上模6之上設置有雷射源11和透明導光管12，且該透明導光管12位於上述的雷射源11與產品透鏡(即透明工件13)之間。
在進行雷射焊接工藝時，頂升氣缸1通過第一承載板2和第二承載板4驅動運動下模5帶動固定其上的產品底座(即雷射吸收工件14)移動至預設的焊接點位置處(可根據具體的工藝需求及焊接工藝結構參數來設定)，以使固定在固定上模6上的產品透鏡(即透明工件13)與產品底座(即雷射吸收工件14)貼合；上述的透明導光管12對雷射源11發射的雷射束進行處理並透過產品透鏡(即透明工件 13)匯聚至產品底座(即雷射吸收工件14)的焊接區域上形成焊接光斑15以進行加熱預定時間，即只要能夠使得被焊接物呈現熔融狀態實現焊接即可，以使得產品底座(即雷射吸收工件14)的焊接區域及與產品底座(即雷射吸收工件14)接觸的產品透鏡(即透明工件13)的區域均被加熱呈現熔融狀態，同時，利用上述的焊接氣缸3通過第二承載板驅動4及運動下模5對產品底座(即雷射吸收工件14)和產品透鏡(即透明工件13)進行壓合，以使得產品透鏡(即透明工件13)與產品底座(即雷射吸收工件14)焊接在一起。
優選的，如圖5所示，上述的透明導光管包括相互固定連接的透明導光管本體62和透明導光管固定塊63，且透明導光管固定塊63固定於上述固定上模6之上，以使得雷射源11發射的雷射束經透明導光管本體62處理後至上述產品底座的焊接區域進行加熱；例如，該透明導光管本體62可具有用於雷射源11發射的雷射束射入的光入射面及相對於該光入射面的光出射面(即上述雷射束射出的表面)，且該光出射面沿上述雷射束傳播的方向呈現凸起的弧狀結構，以便於對上述的雷射束進行整形、匯聚等處理，進而使得穿過該透明導光本體62照射至被焊接物表面上的焊接光斑的能量分布均勻且形狀符合焊接工藝需求等。
優選的，如圖3～5所示，上述的固定上模6上可設置有若干固定孔61，以用於通過螺栓等固定部件將透明導光管本體62固定於固定上模6之上，且固定後的透明導光管本體62的形狀與被焊接物上的焊接區域匹配，以使得經該透明導光管本體62處理後的雷射束能夠 對焊接區區域進行均勻、快速的加熱。
優選的，上述的透明導光管本體62可為管狀結構，以使得雷射源11發射的雷射束經透明導光管本體62處理後形成焊接光斑15，即該焊接光斑15照射至被焊接物的焊接區域進行加熱；上述的透明導光管本體62的材質可為常規的透明耐高溫的材料。
圖6為本申請實施例中雷射同步焊接工藝的流程示意圖；本申請中還提供了一種雷射同步焊接工藝，可基於上述雷射同步焊接裝置的基礎上對被焊接物進行焊接工藝，上述的被焊接物包括產品底座(即雷射吸收工件14)和產品透鏡(即透明工件13)，參見圖1～6可知，上述的焊接工藝包括：
首先，將產品底座(即雷射吸收工件14)固定於設置在運動下模5上的產品胎具之上，並對產品底座進行外形定位；將產品透鏡(即透明工件13)夾持於固定上模6之上，並對產品透鏡進行外形定位，以使產品透鏡位於產品底座的上方且與該產品底座對準。
其次，觸發啟動按鈕，利用頂升氣缸1驅動產品底座(即雷射吸收工件14)移動至預設的焊接點位置處，以使得產品透鏡(即透明工件13)與產品底座(即雷射吸收工件14)貼合。
之後，利用雷射源11發射雷射束經透明導光管62處理並透過產品透鏡(即透明工件13)匯聚至產品底座(即雷射吸收工件14)的焊接區域進行快速加熱，以使得焊接區中物件呈現熔融狀態；同時，利用焊接氣缸3驅動運動下模5對產品底座(即雷射吸收工件14) 和產品透鏡(即透明工件13)進行壓合，進而實現產品透鏡(即透明工件13)與產品底座(即雷射吸收工件14)之間的焊接。
需要注意的是，上述的雷射同步焊接裝置及雷射同步焊接工藝之間相互支撐，故本領域技術人員應該可知，其相互之間相同或近似的技術特徵均可以借鑑通用。
綜上所述，本實用新型的上述實施例中的雷射同步焊接工藝及裝置，通過利用運動下模和固定上模使得產品底座與產品透鏡貼合後，利用諸如聚碳酸酯或玻璃等廉價材質製備的透明導光管，將雷射源發射的雷射束處理後形成焊接光斑透過產品透鏡照射至產品底座的焊接區域中，進而對焊接區域進行快速、均勻加熱；同時，利用焊接氣缸對產品底座及產品透鏡進行壓合，使得產品底座及產品透鏡在熔融狀態下壓合焊接在一起，且焊接時在不產生粉末等缺陷的同時還能使得焊接所產生的廢邊尺寸小於0.4mm(如廢邊的高和寬均小於0.4mm)，即能夠有效的提高焊接產品的性能。
對於本領域的技術人員而言，閱讀上述說明後，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本實用新型的真實意圖和範圍的全部變化和修正。在權利要求書範圍內任何和所有等價的範圍與內容，都應認為仍屬本實用新型的意圖和範圍內。