CN104400224B - 眼镜架的激光焊接方法及焊接系统 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于激光技术领域,提供了一种眼镜架的激光焊接方法与系统,焊接方法包括:装夹步骤,将待焊接的多个眼镜架配件固定于五轴工作台上;焊接区域气体隔绝步骤,利用保护气体对焊接区域提前进行空气隔绝;激光焊接步骤,利用五轴工作台输送钎丝,采用激光器输出激光熔化钎丝,并使熔化的钎料填充两眼镜架配件之间的焊接区域使两眼镜架配件焊接形成一焊接组件,在焊接过程中将保护气体继续吹向焊接区域;移动变位步骤,利用五轴工作台将焊接组件与另一眼镜架配件进行移动变位为待焊接位置;重复以上激光焊接步骤及移动变位步骤,直至将多个眼镜架配件焊接于一体形成眼镜架;上述自动化的焊接方式,提高了生产效率,降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于金属焊接技术领域,尤其涉及眼镜架的激光焊接方法及焊接系统。
背景技术
眼镜架是眼镜的重要组成部分,主要起到支撑眼镜片的作用,外观漂亮的眼镜架还可起到美观的作用。一副眼镜架通常由镜圈、鼻托、桩头和镜脚等主要部分构成,除上述部件外,还有脚套、托叶螺丝、铰链螺丝等。用于生产眼镜的材质主要有金属、塑料或树脂、天然材料等。而用于眼镜架的金属材料有铜合金、镍合金和贵金属三大类。其中贵金属眼镜属于高档产品,产销量都不是很大,而生产低档、中档眼镜的铜合金和镍合金是生产眼镜的主要材料。
眼镜架除铰链、托叶等一些部分使用螺丝进行连接和紧固之外,多数部件之间的连接都是使用焊接技术,如桩头与镜圈、鼻梁与镜圈、横眉与镜圈、铰链与镜腿等的连接。
常用传统的焊接技术是使用高频钎焊。高频钎焊主要是采用磁场的涡流效应与金属电阻来产生热量来熔化钎料实现焊接,其缺点是无法实现自动化,生产效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足,提供了一种眼镜架的激光焊接方法及焊接系统,其旨在解决现有技术中采用高频钎焊来焊接眼镜架无法实现自动化、生产效率低的问题。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:眼镜架的激光焊接方法,包括如下步骤:
装夹步骤,采用夹具将待焊接的多个眼镜架配件固定于五轴工作台上;
焊接区域气体隔绝步骤,利用保护气体对焊接区域提前进行空气隔绝;
激光焊接步骤,利用所述五轴工作台输送钎丝,采用激光器向所述钎丝输出激光熔化所述钎丝,并使熔化的钎料填充两所述眼镜架配件之间的焊接区域使所述两眼镜架配件焊接形成一焊接组件,在焊接过程中将所述保护气体继续吹向焊接区域;
移动变位步骤,利用所述五轴工作台将所述焊接组件与另一眼镜架配件进行移动变位为待焊接位置;
重复以上激光焊接步骤及移动变位步骤,直至将五轴工作台上的多个眼镜架配件焊接于一体形成眼镜架;
取出步骤:松卸夹具并取出所述眼镜架。
具体地,所述五轴工作台包括用于带动各眼镜架配件于水平面内移动的水平移动机构、带动眼镜架配件变位的R轴旋转机构以及用于钎丝输送的第五轴移动机构,所述水平移动机构包括X轴移动机构、Y轴移动机构以及Z轴移动机构。
具体地,所述保护气体为惰性气体与H2的混合物,或者,所述保护气体为N2和H2的混合物。
具体地,所述保护气体中,所述惰性气体占90%~95%,所述H2占5%~10%;或者,所述N2占90%~95%,所述H2占5%~10%。
具体地,所述惰性气体为Ar或He。
具体地,所述激光器为光纤激光器,且所述光纤激光器与准直聚焦镜组配合使用。
具体地,所述光纤激光器的功率为250W,配置800um的光纤,所述准直聚焦镜组包括焦距为100mm的准直镜以及焦距为220mm的聚焦镜。
本发明还提供了眼镜架的激光焊接系统,包括激光器、用于固定眼镜架配件的五轴工作台、向所述激光器输送钎丝的送丝机构以及向焊接区域吹保护气体的保护气体装置。
进一步地,还包括与所述激光器配合使用的准直聚焦镜组合。
具体地,所述五轴工作台包括用于带动各眼镜架配件于水平面内移动的水平移动机构、带动眼镜架配件变位的R轴旋转机构以及辅助所述送丝机构进行送丝的第五轴移动机构,所述水平移动机构包括X轴移动机构、Y轴移动机构以及Z轴移动机构。
本发明提供的眼镜架的激光焊接方法与焊接系统中,将各眼镜架的配件固定在五轴工作台上,采用送丝机构输送钎丝,并利用激光器配置合适的光纤以及准直聚焦镜组输出激光作为热源,熔化钎丝,并使熔化的钎料填充眼镜架配件之间的焊接区域,在焊接过程中吹入保护气体防止焊接区域氧化,且在完成两配件的焊接后,五轴工作台对配件进行自动移动变位从而进入下一步焊接,并最终完成整个眼镜架的焊接工作,这种自动化的焊接方式,解决了眼镜架焊接难以自动化的难题,提高了生产效率,降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的眼镜架的激光焊接系统的结构原理图;
图2是本发明实施例提供的眼镜架的结构示意图;
图3是本发明实施例提供的眼镜架的激光焊接步骤的流程示意图;
100-激光器; 200-五轴工作台; 210-水平移动机构;
211-X轴移动机构; 212-Y轴移动机构; 213-Z轴移动机构;
220-R轴旋转机构; 230-第五轴移动机构; 300-送丝机构;
400-保护气体装置; 500-准直聚焦镜组合; 510-准直镜;
520-聚焦镜; 600-眼镜架; 610-铰链;
620-托叶; 630-桩头; 640-镜圈;
650-鼻梁; 660-横眉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
还需要说明的是,本实施例中的左、右、上、下等方位用语,仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的,而不应该认为是具有限制性的。
图1,为本发明实施例提供的眼镜架的激光焊接系统的结构原理图,包括激光器100、五轴工作台200、向激光器100输送钎丝的送丝机构300以及保护气体装置400。
具体地,激光器100为光纤激光器。当然也可以采用半导体激光器。本实施例中,激光焊接系统还包括与光纤激光器配合使用的准直聚焦镜组合500。其中,光纤激光器的功率为250W,配置800um的光纤,而准直聚焦镜组包括焦距为100mm的准直镜510以及焦距为220mm的聚焦镜520。本实施例中,将激光器100作为热源取代传统的高频钎焊装置,熔化钎料,实现黄铜、白铜等铜合金以及蒙乃尔为代表的镍合金的激光焊接。
五轴工作台200用于固定待焊接的多个眼镜架配件,具体包括用于带动各眼镜架配件于水平面内移动的水平移动机构210、带动眼镜架配件变位的R轴旋转机构220以及辅助送丝机构300进行送丝的第五轴移动机构230,水平移动机构210包括X轴移动机构211、Y轴移动机构212以及Z轴移动机构213。
由于传统高频钎焊有钎剂的使用,可以保证产品焊接部位不会被氧化。但激光钎焊由于实施钎剂比较困难,需要采用另外的方法来防止焊接区域的氧化。本实施例中,采用保护气体装置。
具体地,保护气体装置400包括密闭容器以及置于密封容器内的保护气体。密闭容器上设有气嘴,在焊接时保护气体由气嘴中喷出。保护气体可以为惰性气体与H2的混合物,且惰性气体占90%~95%,H2占5%~10%。优选地,惰性气体为Ar或He。惰性气体保护效果更好,但成本较高。作为替代方案,保护气体也可以为N2和H2的混合物,N2成本低,同样的N2占90%~95%,H2占5%~10%。Ar、He或N2主要起到隔绝空气的作用,防止焊接区域在高温状态下与空气中的O2发生氧化,而H2的作用是一旦有氧化物的存在或氧化物的生成(如CuO),其可与其发生还原反应将O2进行反应去除。反应方程式如下:
如图2,为本发明实施例中眼镜架的结构示意图。本实施例中,眼镜架除铰链610、托叶620等一些部分使用螺丝进行连接和紧固之外,多数部件之间的连接都是使用焊接技术,如桩头630与镜圈640、鼻梁650与镜圈640、横眉660与镜圈640等的连接。
参照图3,作为本发明的一具体实施例,本发明实施例提供的眼镜架的激光焊接方法,包括如下步骤:
装夹步骤S1,采用夹具将待焊接的多个眼镜架配件固定于五轴工作台200上,本步骤需要人工完成,其作用为将眼镜架的各个配件均提前固定于五轴工作台200上,便于后序的全自动化焊接。在此步骤中,各个配件主要是鼻梁650、两横眉660、两镜圈640及两桩头630,各配件根据其形状采用不同且专用的夹具固定于五轴工作台200上;
本实施例中,焊接流程为:首先将鼻梁650的两端与两个镜圈640焊接,然后再将两横眉660的两端分别与两镜圈640焊接,最后将两桩头630分别与两镜圈640焊接,这样眼镜架的初形即焊接完成。在装夹完成后,根据各配件上焊点位置不同,进行编程操作,使五轴工作台200能够按照上述的焊接流程进行运动,相应的,也需要根据焊接流程来对送丝机构300进行编程,使其能配合五轴工作台200的运动进行送丝。当然,根据实际情况,也可以制定其它的焊接流程。
而且,在焊接前,还需要提前设置合适的焊接工艺参数,本实施例中,焊接功率为160W,预热时间为200ms,加热时间为1500ms。在此焊接条件下,焊接效率高,且质量好。
焊接区域气体隔绝步骤S2,将保护气体吹向焊接区域提前进行空气隔绝,以保证在焊接时没有空气存在而影响焊接质量;
同时,在焊接前,预先设置保护气体预置吹气时间为100ms,延迟吹气时间为250ms,这样焊接后的焊缝外观好,且强度高。
激光焊接步骤S3,利用五轴工作台200的第五轴辅助送丝机构300输送钎丝,采用光纤激光器100配置光纤以及准直聚焦镜520组输出激光作为热源,熔化钎丝,并使熔化的钎料填充两眼镜架配件之间的焊接区域使两眼镜架配件焊接形成一焊接组件,在焊接过程中将保护气体继续吹向焊接区域;
移动变位步骤S4,利用五轴工作台200将焊接组件与另一眼镜架配件进行移动变位为待焊接位置;
重复以上激光焊接步骤S3及移动变位步骤S4,直至将五轴工作台200上的多个眼镜架配件焊接于一体形成眼镜架。
由于眼镜架的各配件之间的焊接点为多个,故需要多次焊接,且每次焊接完成后需要通过水平移动机构210移动以及R轴旋转机构220变位成下一个焊接位置,然后再进行焊接,直至完成所有的焊接;
在上述激光焊接步骤中,所使用的纤丝,不同于一般的银铜钎丝,而是增大了银的成分,银含量越多,钎丝的熔点就越低,越容易被熔化。具体地,银、铜的比例约为银含量50%,铜含量20%,其他成分为锌28%和镍2%,采用这种比例制成的钎丝,熔点较低,既能保证易熔化,且成本不高。
取出步骤S5:待完成焊接后的眼镜架降低到一定温度后,松卸夹具并取出眼镜架。
本发明提供的眼镜架的激光焊接方法与焊接系统中,将各眼镜架的配件固定在五轴工作台200上,采用送丝机构300输送钎丝,并利用激光器100配置合适的光纤以及准直聚焦镜组500输出激光作为热源,熔化钎丝,并使熔化的钎料填充眼镜架配件之间的焊接区域,在焊接过程中吹入保护气体防止焊接区域氧化,且在完成两配件的焊接后,五轴工作台200对配件进行自动移动变位从而进入下一步焊接,并最终完成整个眼镜架的焊接工作,这种自动化的焊接方式,解决了眼镜架焊接难以自动化的难题,提高了生产效率,降低了生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.眼镜架的激光焊接方法,其特征在于:包括如下步骤:
装夹步骤,采用夹具将待焊接的多个眼镜架配件固定于五轴工作台上,所述五轴工作台包括用于带动各眼镜架配件于水平面内移动的水平移动机构、带动眼镜架配件变位的R轴旋转机构以及用于钎丝输送的第五轴移动机构,所述水平移动机构包括X轴移动机构、Y轴移动机构以及Z轴移动机构;
焊接区域气体隔绝步骤,利用保护气体对焊接区域提前进行空气隔绝;
激光焊接步骤,利用所述五轴工作台输送钎丝,采用激光器向所述钎丝输出激光熔化所述钎丝,并使熔化的钎料填充两所述眼镜架配件之间的焊接区域使所述两眼镜架配件焊接形成一焊接组件,在焊接过程中将所述保护气体继续吹向焊接区域;
移动变位步骤,利用所述五轴工作台将所述焊接组件与另一眼镜架配件进行移动变位为待焊接位置;
重复以上激光焊接步骤及移动变位步骤,直至将五轴工作台上的多个眼镜架配件焊接于一体形成眼镜架;
取出步骤:松卸夹具并取出所述眼镜架。
2.如权利要求1所述的眼镜架的激光焊接方法,其特征在于:所述保护气体为惰性气体与H2的混合物,或者,所述保护气体为N2和H2的混合物。
3.如权利要求2所述的眼镜架的激光焊接方法,其特征在于:所述保护气体中,所述惰性气体占90%~95%,所述H2占5%~10%;或者,所述N2占90%~95%,所述H2占5%~10%。
4.如权利要求3所述的眼镜架的激光焊接方法,其特征在于:所述惰性气体为Ar或He。
5.如权利要求1所述的眼镜架的激光焊接方法,其特征在于:所述激光器为光纤激光器,且所述光纤激光器与准直聚焦镜组配合使用。
6.如权利要求5所述的眼镜架的激光焊接方法,其特征在于:所述光纤激光器的功率为250W,配置800um的光纤,所述准直聚焦镜组包括焦距为100mm的准直镜以及焦距为220mm的聚焦镜。
7.眼镜架的激光焊接系统,其特征在于:包括激光器、用于固定眼镜架配件的五轴工作台、向所述激光器输送钎丝的送丝机构以及向焊接区域吹保护气体的保护气体装置,所述五轴工作台包括用于带动各眼镜架配件于水平面内移动的水平移动机构、带动眼镜架配件变位的R轴旋转机构以及辅助所述送丝机构进行送丝的第五轴移动机构,所述水平移动机构包括X轴移动机构、Y轴移动机构以及Z轴移动机构。
8.如权利要求7所述的眼镜架的激光焊接系统,其特征在于:还包括与所述激光器配合使用的准直聚焦镜组合。
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