CN104552921B - 一种塑料激光复合焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光焊接技术领域，尤其是指一种塑料激光复合焊接系统，包括焊机支架、焊接机械人及激光发射装置，还包括多色光源装置，所述焊机支架设置有用于夹持焊接件的夹具，所述激光发射装置包括激光头，该激光头和多色光源装置均安装于所述焊接机械人。本发明采用夹具对焊接件进行夹紧，保证焊接件能够完全胶合，保证焊接件的连接牢固性、水密性及气密性；焊接机械人控制激光头和多色光源装置发出的两种光进行复合焊接，防止激光光束在光路方向烧伤焊接件，同时减少焊接件产生热应力和振动应力，防止焊接件变形，提高焊接质量。

Description

一种塑料激光复合焊接系统

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，尤其是指一种塑料激光复合焊接系统。

背景技术

随着科学技术的发展，塑料激光焊接技术在现代制造业中也得到很快的发展，其主要通过激光器发出的激光束产生热量，热量使焊接件的焊接区域熔融后胶合在一块。塑料激光焊接技术与传统的手工焊相比有比较显著的优势，其焊缝的牢固扎实，水密性和气密性强，在焊接加工过程中，一般不会产生的碎屑、树脂的降解很少，零部件的加工表面能够紧密地粘合在一起。另外，对焊接环境的污染小，能够焊接很多不同种类的材料等。

现有的塑料激光设备，激光束的控制精度不好，对于形状复杂的焊接件焊接精度低，影响焊接件的连接牢固性、水密性及气密性；其次，对焊接件的夹持不合理，因为焊接件表面粗糙度不同，焊缝中的熔融胶料在焊接过程中不能完全胶合，焊接后的产品焊接部产生松孔等现象；

再者，现有的塑料激光设备激光头发出的激光束对焊接件进行焊接时，由于依靠激光束在焊接区域聚焦而产生热量熔化焊接件进行焊接，此时需要激光发射的功率比较大，然而功率较大后，激光光束会在聚焦点前后的光路方向都把焊接件熔化，导致产生一定长度的光孔，影响焊接件的质量；

另外，焊接件在焊接过程中产生大量的热量，焊接完后的焊缝及整个焊接件在冷却的过程中容易产生热应力和振动应力，导致焊接件变形，甚至可能会导致焊接件使用不就后，焊缝就开始裂开，缩短了焊接件的使用寿命。

综上所述，现有的塑料激光设备缺陷十分明显，不能满足市场的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用夹具对焊接件进行夹紧，保证焊接件能够完全胶合，保证焊接件的连接牢固性、水密性及气密性；焊接机械人控制激光头和多色光源装置发出的两种光进行复合焊接，防止激光光束在光路方向烧伤焊接件，同时减少焊接件产生热应力和振动应力，防止焊接件变形，提高焊接质量的塑料激光复合焊接系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种塑料激光复合焊接系统，包括焊机支架、焊接机械人及激光发射装置，还包括用于对焊接件的焊接区进行加热的多色光源装置，所述焊机支架设置有用于夹持焊接件的夹具，所述激光发射装置包括激光头，该激光头和多色光源装置均安装于所述焊接机械人。

其中，所述夹具包括固定板及升降板所述固定板开设有透明窗口，所述焊机支架包括升降导柱，所述升降板开设有导孔，该升降板通过导孔安装于升降导柱。

其中，所述夹具还包括置于该升降板的支撑板及设置于该支撑板的弹性支撑柱，该弹性支撑柱包括套杆、装设于该套杆的弹簧及一端与该弹簧抵接的活动杆，所述活动杆另一端与所述升降板连接。

其中，所述焊接机械人包括安装底座、与该安装底座连接的第一旋转关节、与该第一旋转关节连接的第二旋转关节、与该第二旋转关节连接的第三旋转关节、与该第三旋转关节连接的伸缩关节、与该伸缩关节连接的第五自转关节、与该第五自转关节连接的可旋转的安装关节及设置于该安装关节的安装座，所述激光头和多色光源装置均安装于该安装座。

其中，所述焊接机械人的第一旋转关节至安装关节为用于穿设线缆的空心轴结构。

其中，还包括用于获取焊接件的焊缝位置信息的焊缝获取装置，该焊缝获取装置包括用于照射焊接件的焊缝区域的结构光源及用于获取焊接件的焊缝位置的摄像机。

优选的，所述多色光源装置包括卤素灯。

其中，所述激光发射装置工作时的功率为40W至60W，波长为900 nm至1100 nm。

本发明的有益效果：本发明一种塑料激光复合焊接系统，采用焊接机械人控制激光头和多色光源装置，其控制精度高，对复杂形状的焊接件焊接的精度高；采用夹具对焊接件进行夹紧，并对焊接件和焊接件施加一定的夹持力，保证焊接件和焊接件完全胶合，增加了其焊接的牢固性、水密性及气密性；采用激光头发出近红外光和多色光源装置出发的光对焊接件和焊接件进行复合焊接，不需要的激光发射装置的功率大，防止激光光束在聚焦点前、后的光路方向上烧伤焊接件，保证了焊接件的质量；焊接件和焊接件在多色光源装置发出的光的作用下缓慢冷却，防止焊接件和焊接件产生热应力及振动应力，防止焊接件和焊接件变形，避免焊接痕开裂，增长了焊接件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的弹性支撑柱的立体结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

如图1至图2所示，一种塑料激光复合焊接系统，包括焊机支架1、焊接机械人2及激光发射装置，还包括用于对焊接件的焊接区进行加热的多色光源装置3，所述焊机支架1设置有用于夹持焊接件的夹具11，所述激光发射装置包括激光头4，该激光头4和多色光源装置3均安装于所述焊接机械人2。

在实际生产应用中，第一焊接件10为透明的部件，第二焊接件20为不透明的部件，夹具11把第一焊接件10和第二焊接件20夹住，并对第一焊接件10和第二焊接件20施加一定的夹持力，焊接机械人2控制激光头4和多色光源装置3发出的光线穿透第一焊接件10，并在第二焊接件20的表明被吸收，光能在第二焊接件20上转化成热能，热量使得第一焊接件10和第二焊接件20焊缝区域熔化，最终使得第一焊接件10和第二焊接件20胶合。

具体的，焊接机械人2控制控制激光头4发出的光和多色光源装置3发出的光对第一焊接件10和第二焊接件20的焊缝进行复合焊接，多色光源装置3在近红外光区具有最大发射性能，而激光头4发出一种宽带发射光谱。首先，多色光源装置3发出的光将焊接区域进行缓慢加热，加热到一定温度后（温度值与焊接件的材质有关），激光头4发出激光光束将焊接区域熔化，第一焊接件10和第二焊接件20在夹具11夹紧力的作用下，熔化区域紧密的接触并胶合在一起，最后在多色光源装置3发出的光的作用下，第一焊接件10和第二焊接件20缓慢冷却。

本发明中，采用焊接机械人2控制激光头4和多色光源装置3，其控制精度高，对复杂形状的焊接件焊接的精度高；采用夹具11对焊接件进行夹紧，并对第一焊接件10和第二焊接件20施加一定的夹持力，保证第一焊接件10和第二焊接件20完全胶合，增加了其焊接的牢固性、水密性及气密性；采用激光头4发出近红外光和多色光源装置3出发的光对第一焊接件10和第二焊接件20进行复合焊接，不需要的激光发射装置的功率大，防止激光光束在聚焦点前、后的光路方向上烧伤焊接件，保证了焊接件的质量；第一焊接件10和第二焊接件20在多色光源装置3发出的光的作用下缓慢冷却，防止第一焊接件10和第二焊接件20产生热应力及振动应力，防止第一焊接件10和第二焊接件20变形，避免焊接痕开裂，增长了焊接件的使用寿命。

本实施例中，所述夹具11包括固定板12及升降板13所述固定板12开设有透明窗口14，所述焊机支架1包括升降导柱15，所述升降板13开设有导孔，该升降板13通过导孔安装于升降导柱15。进一步的，所述夹具11还包括置于该升降板13的支撑板16及设置于该支撑板16的弹性支撑柱17，该弹性支撑柱17包括套杆171、装设于该套杆171的弹簧172及一端与该弹簧172抵接的活动杆173，所述活动杆173另一端与所述升降板13连接。

所述升降板13的驱动部分可以采用气缸或者丝杠螺杆等结构，由于该驱动部分属于现有技术，故不再赘述。

在实际应用中，第二焊接件20放置于支撑板16，第一焊接件10安放在该件第二焊接件20，升降板13沿着升降导柱15向上移动，弹性支撑柱17推着支撑柱17向上移动，并把第一焊接件10和件第二焊接件20夹紧在支撑板16和固定板12之间。在此过程中，弹性支撑柱17的活动杆173的底部缩进套杆171中，套杆171中的弹簧给活动杆173给一个缓冲的弹力，使得支撑板16给第一焊接件10和件第二焊接件20一定的夹紧力，焊接机械人2控制控制激光头4发出的光和多色光源装置3发出的光穿透透明窗口14，对第一焊接件10和第二焊接件20进行焊接。

本夹具11运行平稳，避免了支撑板16产生冲击力而损坏第一焊接件10和第二焊接件20，并且第一焊接件10和第二焊接件20受到的夹持力均匀，用不同的材质的焊接件时，可以改变弹簧的变形来调节夹持力，具有很强的实用性。

本实施例中，所述焊接机械人2包括安装底座21、与该安装底座21连接的第一旋转关节22、与该第一旋转关节22连接的第二旋转关节23、与该第二旋转关节23连接的第三旋转关节24、与该第三旋转关节24连接的伸缩关节25、与该伸缩关节25连接的第五自转关节26、与该第五自转关节26连接的可旋转的安装关节27及设置于该安装关节27的安装座28，所述激光头4和多色光源装置3均安装于该安装座28。采用六关节的焊接机械人2控制激光头4和多色光源装置3，控制方便，对复杂焊接件的焊接更加精确，保证焊接件的焊接质量。

本焊接机械人2旋转关节部分的驱动可以采用伺服电机，伸缩关节25可以采用同步带结构或者滚珠丝杆结构等，属于现有技术，不属本技术的重点，故不再赘述。

本实施例中，所述焊接机械人2的第一旋转关节22至安装关节27为用于穿设线缆的空心轴结构。各个关节都采用空心轴结构，各种控制线均可以直接从空心轴结构穿过，而不管关节轴的如何旋转，管线就不会旋转，即使旋转了，由于管线布置在旋转轴上，具有最小的旋转半径，使其不会影响关节旋转。

本实施例中，还包括用于获取焊接件的焊缝位置信息的焊缝获取装置，该焊缝获取装置包括用于照射焊接件的焊缝区域的结构光源及用于获取焊接件的焊缝位置的摄像机5。采用摄像机5实时获取焊缝的位置信息，焊接机械人2控制激光头4和多色光源装置3移动度焊接件进行焊接，提高焊接精度，特别对于复杂形状焊接件，保证焊接质量。

本实施例中，优选的，所述多色光源装置3包括卤素灯。采用卤素灯作为光源，卤素灯在近红外光区具有最大发射性能，且具有很高的温度运作，其亮度和发光效率高，卤素灯和激光发射装置发出的光线对第一焊接件10和第二焊接件20进行复合焊接，提高了焊接件的焊接质量。

本实施例中，所述激光发射装置工作时的功率为40W至60W，波长为900 nm至1100nm。设置激光发射装置的功率为40W至60W，波长为900 nm至1100 nm，避免激光发射装置功率过高而导致在激光在光路方向上烧坏焊接件，保证焊接件的焊接质量。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种塑料激光复合焊接系统，包括焊机支架（1）、焊接机械人（2）及激光发射装置，其特征在于：还包括用于对焊接件的焊接区进行加热的多色光源装置（3），所述焊机支架（1）设置有用于夹持焊接件的夹具（11），所述激光发射装置包括激光头（4），该激光头（4）和多色光源装置（3）均安装于所述焊接机械人（2）；

所述夹具（11）包括固定板（12）及升降板（13）所述固定板（12）开设有透明窗口（14），所述焊机支架（1）包括升降导柱（15），所述升降板（13）开设有导孔，该升降板（13）通过导孔安装于升降导柱（15）;

所述夹具（11）还包括置于该升降板（13）的支撑板（16）及设置于该支撑板（16）的弹性支撑柱（17），该弹性支撑柱（17）包括套杆（171）、装设于该套杆（171）的弹簧（172）及一端与该弹簧（172）抵接的活动杆（173），所述活动杆（173）另一端与所述升降板（13）连接;所述多色光源装置（3）包括卤素灯；

所述焊接机械人（2）包括安装底座（21）、与该安装底座（21）连接的第一旋转关节（22）、与该第一旋转关节（22）连接的第二旋转关节（23）、与该第二旋转关节（23）连接的第三旋转关节（24）、与该第三旋转关节（24）连接的伸缩关节（25）、与该伸缩关节（25）连接的第五自转关节（26）、与该第五自转关节（26）连接的可旋转的安装关节（27）及设置于该安装关节（27）的安装座（28），所述激光头（4）和多色光源装置（3）均安装于该安装座（28）；

所述焊接机械人（2）的第一旋转关节（22）至安装关节（27）为用于穿设线缆的空心轴结构；

还包括用于获取焊接件的焊缝位置信息的焊缝获取装置，该焊缝获取装置包括用于照射焊接件的焊缝区域的结构光源及用于获取焊接件的焊缝位置的摄像机（5）。

2.根据权利要求1所述的一种塑料激光复合焊接系统，其特征在于：所述激光发射装置工作时的功率为40W至60W，波长为900 nm至1100 nm。