CN102935720B - 一种激光透射连接双面夹紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光透射连接双面夹紧装置，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。本发明包括上压板组件、液压小顶针组件、手轮调节机构、下底板组件和激光头。上压板组件由两块相向而置的L型板组成，其中L型板竖直放置，每块L型板的水平梁上开设一排沉头孔，孔内安置液压小顶针组件。每一个液压小顶针组件都可通过计算机程序调用。下底板组件由工作台、左挡板和右挡板组成，左、右挡板固定于工作台的两端，工作台上开设十字形凹槽，凹槽内均匀开设沉头孔，孔内安置液压小顶针组件。本发明实现工件的焊接，Z向的控制目的是保证焊接过程中离焦量恒定，有利于焊接质量稳定。

Description

一种激光透射连接双面夹紧装置

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。

用于激光透射焊接双面夹紧装置，包括上压板组件、液压小顶针组件、下压板组件、手轮调节机构和激光头，。所述的上压板组件包括两块相向而置的L型板，每块L型板的水平梁上开设一排沉头孔，孔内安置液压小顶针组件，顶针杆末端竖直向下放置。压板间距可通过手轮调节机构调节。因此，可以适应于不同规格大小的工件。

所述的液压小顶针组件由顶针杆、活塞、液压缸、进油管道和回油管道组成。每一个液压小顶针组件都有一个特定的编号，可通过计算机程序调用任意一个液压小顶针组件。当顶针杆处于缩回状态时，顶针杆的上表面与工作台齐平。

所述的手轮调节机构由换向齿轮、丝杠、螺母、导柱和手轮组成。每根丝杠上各装一个螺母，L型板固定在螺母上并由两根导柱定位。旋转手轮时带动丝杠转动，通过丝杠螺母副，将旋转运动转变为直线运动，从而带动L型板在沿着导柱运动，换向齿轮的作用是改变另一根丝杠的旋转方向，使得两块L型板的运动方向是相反的。因此，旋转手轮就可以调节两板间的距离。

所述的下底板组件包括工作台、左挡板和右挡板。左、右挡板固定于工作台的两端，挡板的底部各开设四个孔，分别与丝杠、导柱相配合，用于固定安装手轮调节机构。工作台上开设十字形的凹槽，凹槽内均匀开设沉头孔，孔内安置液压小顶针组件，顶针杆末端竖直向上放置。

所述的激光头作为独立的部分，可做X、Y、Z向移动，在PC终端上依据焊缝的形状进行编程，运行程序控制伺服电机，激光头在伺服电机的驱动下沿着焊缝运动，从而实现工件的焊接，Z向的控制目的是保证焊接过程中离焦量恒定，有利于焊接质量稳定。

附图说明

图1是夹紧装置的总体示意图。

图2是下底板组件的俯视图。

图3是手轮调节机构示意图。

图中1PC机，2伺服电机，3激光头，4液压小顶针组件，5上压板组件，6工件，7调节手轮，8下压板组件，9液压控制系统，10PLC控制器，11工作台，12左挡板，13换向齿轮，14导柱，15丝杠，16螺母，17L型板，18右挡板，19手轮。

具体实施方式

下面结合示意图对本发明装置做进一步详细的说明。

用于激光透射焊接双面夹紧装置，包括上压板组件5,液压小顶针组件4，手轮调节机构7，下底板组件8和激光头3。所述的上压板组件5由两块L型压板17组成，其中L型压板的间距可由调节手轮7调节，因此可灵活地适用于各种规格的工件，间距的调节不能阻挡光路。所述的L型压板上各有一排沉头通孔，孔内安置液压小顶针组件4，顶针杆在液压控制系统9的控制下作伸出缩回。

所述的液压小顶针组件4由顶针杆、活塞、液压缸、进油管道和回油管道组成。顶针杆在缩回状态时其上表面与工作台11齐平。

所述的手轮调节机构7由换向齿轮13、丝杠15、螺母16、导柱14和手轮19组成。每根丝杠上各装一个螺母，L型板17固定在螺母上并由两根导柱定位。换向齿轮13的作用是改变另一根丝杠的旋转方向，使得两块L型板17的运动方向是相反的。因此，旋转手轮19就可以调节两板间的距离。

所述的下低板组件8由工作台11、左挡板12和右挡板18组成，工作台11上开设十字形凹槽，凹槽内均匀开设沉头孔，每个孔内安置一个液压小顶针组件。

所述的激光头3在伺服电机2的控制下实现X、Y、Z三方向的运动，其中X、Y方向控制激光头沿着焊缝走，Z向控制确保离焦量稳定，这样有利于焊缝质量均匀一致，从而保证焊接的质量。

根据工件6的尺寸参数，选取好下底板上所需的液压小顶针的个数及编号，如第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ号5个液压小顶针组件，在PC机1上编写程序，调用出这5个液压小顶针组件，下载程序到PLC控制器10里，再由10驱动液压控制系统9，最后9控制5个液压小顶针组件的顶针杆伸出指定的高度。将工件6至于顶针杆上，调节手轮使得两块L型板的间距合适，选择合适的上排液压小顶针组件，如①、②、③、④、⑤号，运行程序，使得它们的顶针杆伸出夹紧工件6，所述的液压控制系统9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。夹紧力的大小由压力表读出，也可以控制和调节夹紧力。打开激光器，运行程序控制X、Y、Z方向伺服电机，控制激光头沿着焊缝运动即可实现对工件的激光透射连接。

Claims (3)

1.一种激光透射连接双面夹紧装置，其特征在于，包括PC机（1）、伺服电机（2）、激光头（3）、液压小顶针组件（4）、上压板组件（5）、下底板组件（8）、液压控制系统（9）和PLC控制器（10）；PC机（1）连接伺服电机（2），伺服电机（2）包括X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机共三个电机，激光头（3）置于Z向导轨上，Z轴伺服电机控制激光头（3）在Z向导轨上作上下运动；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向导轨上左右运动；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向导轨上前后运动；上压板组件（5）为两块对称布置的L型板（17），所述L型板（17）的水平梁上各开设一排沉头孔，孔内安置液压小顶针组件（4）；所述的液压小顶针组件（4）的顶针杆固定于活塞的中间，顶针杆末端竖直向下；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； 两块L型板（17）的竖直梁下端分别安装在两个螺母（16）上，两个螺母（16）与丝杠（15）配合反向对称运动；所述的下底板组件（8）包括工作台（11）、左挡板（12）和右挡板（18）；左挡板（12）和右挡板（18）固定于工作台的两端，竖直放置；工作台（11）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（4），小顶针组件（4）的顶针杆末端竖直向上放置；所有小顶针组件（4）的进油管道和回油管道连接液压控制系统（9）的电磁阀；所述的液压控制系统（9）的电磁阀的信号控制线连接PLC控制器（10），液压控制系统（9）控制每个液压小顶针组件（4）相互独立工作；PLC控制器（10）连接PC机（1）。

2.根据权利要求1所述的一种激光透射连接双面夹紧装置，其特征在于，还包括手轮调节机构（7），所述的手轮调节机构（7）包括换向齿轮（13）、所述丝杠（15）、所述螺母（16）、导柱（14）和手轮（19）；两个换向齿轮（13）位于两根丝杠（15）的一端，两个换向齿轮（13）相互啮合，两个换向齿轮（13）与丝杠过盈配合，与丝杠同步转动；丝杠（15）上各设有螺母（16），其中一根丝杠的另一端安装手轮（19）；在两根丝杠（15）的外侧各有一根导柱（14），导柱（14）与丝杠（15）平行，L型板（17）底部的两侧开设两个孔，导柱（14）套在L型板（17）的两个孔内；丝杠（15）与导柱（14）均穿过左挡板（12）和右挡板（18），两块挡板均位于L型板的外侧，位于换向齿轮（13）、手轮（19）的内侧。

3.根据权利要求2所述的一种激光透射连接双面夹紧装置，其特征在于，沉头通孔内安置的小顶针组件（4）在缩回状态时，顶针杆的上表面与工作台（11）齐平。