CN107378282A - 一种气压式激光加工夹紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气压式激光加工夹紧装置，包括内部设有密闭空间的透明密封容器，透明密封容器内部放置有工作台，工作台顶面自下而上依次放置有模具、下工件和上工件，上工件、下工件以及模具被透明密封层包裹形成另一密闭空间，透明密封容器上方设有激光器，激光器与计算机电连接，计算机控制激光器的激光头向下发射激光束对上工件和下工件焊接。相对于现有技术，本发明技术方案具有快速夹紧、精准定位、简单便捷和安全可靠等优点，可提高三维焊缝的工艺安全可靠性、生产质量以及生产效率。

Description

一种气压式激光加工夹紧装置

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，特别涉及一种气压式激光加工夹紧装置。

背景技术

焊接工艺中，影响焊接结构是否成功的关键因素是零件之间必须紧密贴合并且彼此之间存在一定的夹紧作用力以克服焊接过程中产生的热变形。

其中激光焊接夹具设计与普通机械加工工件定位夹具在设计原理以及应用中有所不同，激光焊接夹具设计需要研究工件的本身结构形状以及激光之间的空间关系，并且压紧作用力的大小和均匀性对焊接件的质量也是存在较大影响，因此激光焊接夹具的精确度是影响激光焊接质量的关键因素。

随着焊接产品的多样化和结构复杂化，激光焊接对焊接夹具也提出越来越高要求，尤其对焊接异形曲面时，定位、夹紧焊接产品以及保持重复定位精度以得到较好焊接质量已经成为一个难题，所以迫切需要一种能够克服上述缺点的装置。

另外，大部分焊接夹紧装置不能得到恒定压紧力，并且现有技术中大部分技术方案只能对一些平面型焊缝进行焊接，而无法实现三维焊缝的焊接，但是现实应用中三维焊接件的应用越来越多。

其中莱丹公司发明的Globo焊接装置在焊接头部设置有一个玻璃球，该玻璃球既能够对激光束聚焦，同时也能施以压紧作用力，从而实现任意三维焊缝的焊接且结构紧凑。莱丹公司发明的Globo焊接装置虽然能够实现任意三维焊缝的焊接，但是其采用的是单点接触，容易导致焊接后焊缝应力过于集中，同时玻璃球长时间滚动摩擦容易导致表面磨损，使得玻璃球光学性能变差。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种快速夹紧、精准定位、简单便捷和安全可靠的气压式激光加工夹紧装置，旨在提高三维焊缝的工艺安全可靠性、生产质量以及生产效率。

为实现上述目的，本发明提出一种气压式激光加工夹紧装置，包括内部设有密闭空间的透明密封容器，所述透明密封容器内部放置有工作台，所述工作台顶面自下而上依次放置有模具、下工件和上工件，所述上工件、所述下工件以及所述模具被透明密封层包裹形成另一密闭空间；所述透明密封容器上方设有激光器，所述激光器与计算机电连接，所述计算机控制所述激光器向下发射激光束对所述上工件和所述下工件焊接。

优选地，所述计算机与设置于所述透明密封容器内的气体压力传感器电连接。

优选地，所述计算机与PLC控制器电连接，所述PLC控制器与空压机、气体电磁阀以及气体减压阀电连接，所述气体电磁阀和所述气体减压阀分别通过管路与所述透明密封容器通连，所述气体电磁阀还与空压机管路通连。

优选地，所述气体电磁阀与所述空压机之间管路设有手动开关阀。

优选地，所述透明密闭容器侧壁相连有放气阀。

优选地，所述激光器与若干个伺服电机相连，多个所述伺服电机分别与所述计算机电连接。

优选地，多个所述伺服电机包括驱动所述激光器分别向X轴、Y轴、Z轴方向移动的三个伺服电机。

优选地，所述透明密封层为保鲜膜。

优选地，所述透明密封容器顶板设有便于提取工件的可翻转盖板。

本发明技术方案相对于现有技术具有以下优点：

(1)快速夹紧且精准定位。本发明技术方案的气压式激光加工夹紧装置不仅能够对相互叠合在一起的平面工件进行简单二维焊接，同时能够通过高压气体对带有曲面的工件一起产生由外向内的加压固定，以实现三维曲面工件进行夹紧焊接作业。因此本发明技术方案的气压式激光加工夹紧装置具有快速夹紧且精准定位的作用，能够保证焊接效果的一致性以及可重复性。

(2)简单便捷且提高生产效率。本发明技术方案的气压式激光加工夹紧装置采用计算机编程输入激光加工的相关焊接工艺参数，通过控制空压机、气压电磁阀以及气体减压阀以实现对透明密封容器内部气压在线控制，以实时控制对工件夹紧，并且能够精确控制焊接位置，实现精细化焊接作业，焊接操作简单方便，可便于快速上下料，节约生产成本且提高工作效率。

(3)安全可靠。本发明技术方案的技术方案采用气压式上下工件压紧，压紧作用力均匀分布，避免激光加工过程中出现泄漏而污染环境，可避免工件夹紧过程中应力过于集中影响加工工件质量。

本发明技术方案中，通过气体压力传感器实时检测透明密封容器内气体压力值，计算机收集气体压力传感器并与压力值范围进行比对。同时，通过气体电磁阀以及空压机配合作用以对透明密封容器内部增压，通过气体减压阀对透明密封容器内部减压。计算机实时监控透明密封容器压力并自动化控制透明密封容器内部压力变化，使得激光器对工件焊接过程的自动化程度更高且能够保证工作的可靠性。

本发明技术方案中，透明密封容器侧面设置有放气阀，当气体减压阀失效的时候，可通过放气阀对透明密封容器内部的高压气体释放以保证透明密封容器工作安全可靠性。另外，在空压机与气体电磁阀之间设置手动开关阀，进一步提高使用安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明气压式激光加工夹紧装置的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	计算机	9	透明密封层
2	PLC控制器	10	透明密封容器
				3	气压减压阀	11	激光器
4	工作台	12	伺服电机
				5	放气阀	13	气体压力传感器
6	模具	14	气体电磁阀
				7	下工件	15	手动开关阀
8	上工件	16	空压机

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种气压式激光加工夹紧装置。

请参见图1，本发明实施例的气压式激光加工夹紧装置，包括内部设有密闭空间的透明密封容器10，透明密封容器10内部放置有工作台4，工作台4顶面自下而上依次放置有模具6、下工件7和上工件8，上工件8、下工件7以及模具6被透明密封层9包裹形成另一密闭空间，透明密封容器10上方设有激光器11，激光器11与计算机1电连接，计算机1控制激光器11的激光头向下发射激光束对上工件8和下工件7焊接。

本发明实施例中，计算机1与设置于透明密封容器10内的气体压力传感器13电连接。

本发明实施例中，计算机1与PLC控制器2电连接，PLC控制器2与空压机16、气体电磁阀14以及气体减压阀3电连接，气体电磁阀14和气体减压阀3分别通过管路与透明密封容器10通连，气体电磁阀14还与空压机16管路通连。

本发明实施例中，气体电磁阀14与空压机16之间管路设有手动开关阀15。

本发明实施例中，透明密闭容器10侧壁相连有放气阀5。

本发明实施例中，激光器11与若干个伺服电机12相连，多个伺服电机12分别与计算机1电连接。

本发明实施例中，计算机1通过控制多个伺服电机12分别驱动激光器11沿着X轴、Y轴、Z轴方向移动。

本发明实施例中，透明密封层9为保鲜膜。

本发明实施例中，透明密封容器10顶板设有便于提取工件的可翻转盖板。

请参见图1，本发明实施例气压式激光加工夹紧装置的工作原理为：

首先将带有曲面的上工件8和下工件7上下叠合在一起，因为模具6顶面形状与下工件7底面相匹配，因此将相互叠合在一起的上工件8和下工件7放置于模具6顶部，再通过透明密封层9将上工件8、下工件7以及模具6包裹成为一个密封的结构体且为独立的密闭空间，其中本实施例的透明密封层9选用保鲜膜，对上工件8和下工件7以及模具6进行包裹密封。

打开透明密封容器10顶部的可翻转盖板，将包裹在一起的上工件8、下工件7以及模具6放置于工作台4顶面，然后重新锁闭可翻转盖板使得透明密封容器10成为一个不漏气的密闭空间。优选地，可在可翻转盖板的边沿设置密封胶条，以使得可翻转盖板重新锁闭透明密封容器10后，防止透明密封容器内的高压气体向外泄露，以进一步提高密封性能。

向计算机1输入预设压力值后，计算机1换算出透明密闭容器10内所需气压值。计算机1通过PLC控制器2控制气体电磁阀14处于右工作位，这样使得空压机16通过管路与透明密封容器10通连，PLC控制器2控制空压机16工作且向透明密封容器10输入气体，使得透明密封容器10内气体压力逐渐增大。随着透明密封容器10内的气体压力逐渐增大，高压气体对外部包裹有透明密封层9的上工件8、下工件7以及模具6产生由外向内的压紧作用力，这样使得透明密封层9紧贴于上工件8、下工件7以及模具6表面。相应地，上工件8、下工件7以及模具6则紧紧贴合，两两之间的位置关系不容易发生变动。这时，计算机1通过控制多个伺服电机12分别驱动激光器11沿着X轴、Y轴以及Z轴方向上移动，最终激光器11发射出的激光束且透过透明密封容器10后，照射于工件不同的焊接位置，这样使得激光束可对工件不同位置的三维焊缝进行焊接。优选地，本实施例可包括X轴伺服电机和Y轴伺服电机驱动激光器沿着XY平面移动，且Z轴伺服电机驱动激光器以调整激光器的激光焦点位置。

透明密封容器10内部设置有气体压力传感器13实时检测透明密封容器10内的气体压力并将检测值实时发送至计算机1分析处理，当气体压力传感器13检测的气体压力值超过设定值范围的最大值且需要释放部分气体时，计算机1通过PLC控制器2控制空压机16停止工作，同时计算机1通过PLC控制器2控制气体电磁阀14从右工位变换为左工位，这样空压机16则与透明密封容器10通连的管路被隔断以停止进气。同时PLC控制器2控制气体减压阀3处于上工位工作向外释放气体压力，以将透明密封容器10内气体压力逐渐下降至设定的压力值范围内。

当气体压力传感器13检测透明密封容器10内的气体压力值低于设定范围内的最小值时，计算机1通过PLC控制器2控制空压机16工作，同时计算机1通过PLC控制器2控制气体电磁阀14从左工位变换为右工位，这样使得空压机16与透明密封容器10之间通连的管路再次通连，计算机1通过PLC控制器2控制空压机16不断进行工作以向透明密封容器10内补充气体，使透明密封容器10内部气体压力不断上升直到设定压力值范围内停止工作。

当激光器11对上工件8和下工件7焊接完毕后，PLC控制器2控制气体减压阀3打开使得透明密封容器10内压力较大的气体向外释放，最终使得透明密封容器10内的气体压力值恢复至大气压力值。则可将透明密封容器10顶部的可翻转盖板打开并取出焊接完毕的工件。

本发明实施例的气压式激光加工夹紧装置不仅能够对相互叠合在一起的平面工件进行简单二维焊接，同时能够通过高压气体对带有曲面的工件一起产生由外向内的加压固定，以实现三维曲面工件进行夹紧焊接作业。因此本发明实施例的气压式激光加工夹紧装置具有快速夹紧且精准定位的作用，能够保证焊接效果的一致性以及可重复性。

同时，本发明实施例的气压式激光加工夹紧装置采用计算机编程输入激光加工的相关焊接工艺参数，通过控制空压机16、气压电磁阀14以及气体减压阀3以实现对透明密封容器10内部气压在线控制，以实时控制对工件夹紧，并且能够精确控制焊接位置，实现精细化焊接作业，焊接操作简单方便，可便于快速上下料，节约生产成本且提高工作效率。

另外，本发明实施例的技术方案采用气压式上下工件压紧，压紧作用力均匀分布，避免激光加工过程中出现泄漏而污染环境，可避免工件夹紧过程中应力过于集中影响加工工件质量。

本发明实施例中，通过气体压力传感器13实时检测透明密封容器10内气体压力值，计算机1记录气体压力传感器13并与压力值范围进行比对。同时，通过气体电磁阀14以及空压机16配合作用以对透明密封容器10内部增压，通过气体减压阀3对透明密封容器10内部减压。计算机1实时监控透明密封容器10压力并自动化控制透明密封容器10内部压力变化，使得激光器11对工件焊接过程的自动化程度更高且能够保证工作的可靠性。

本发明实施例中，在透明密封容器10侧面设置有放气阀5，当气体减压阀3失效的时候，可通过放气阀5对透明密封容器10内部的高压气体释放以保证透明密封容器10工作安全可靠性。另外，在空压机16与气体电磁阀14之间设置手动开关阀，进一步提高使用安全性。

本发明实施例中，通过多个伺服电机分别对激光器11分别向X轴、Y轴、Z轴驱动运动，多个伺服电机12共同配合使得激光器11的工作空间位置不断变换，以适应带有曲面的工件在三维空间内不同角度位置的焊接。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种气压式激光加工夹紧装置，其特征在于，包括内部设有密闭空间的透明密封容器，所述透明密封容器内部放置有工作台，所述工作台顶面自下而上依次放置有模具、下工件和上工件，所述上工件、所述下工件以及所述模具被透明密封层包裹形成另一密闭空间；所述透明密封容器上方设有激光器，所述激光器与计算机电连接，所述计算机控制所述激光器向下发射激光束对所述上工件和所述下工件焊接。

2.如权利要求1所述的气压式激光加工夹紧装置，其特征在于，所述计算机与设置于所述透明密封容器内的气体压力传感器电连接。

3.如权利要求2所述的气压式激光加工夹紧装置，其特征在于，所述计算机与PLC控制器电连接，所述PLC控制器与空压机、气体电磁阀以及气体减压阀电连接，所述气体电磁阀和所述气体减压阀分别通过管路与所述透明密封容器通连，所述气体电磁阀还与空压机管路通连。

4.如权利要求3所述的气压式激光加工夹紧装置，其特征在于，所述气体电磁阀与所述空压机之间管路设有手动开关阀。

5.如权利要求1所述的气压式激光加工夹紧装置，其特征在于，所述透明密闭容器侧壁相连有放气阀。

6.如权利要求1所述的气压式激光加工夹紧装置，其特征在于，所述激光器与若干个伺服电机相连，多个所述伺服电机分别与所述计算机电连接。

7.如权利要求6所述的气压式激光加工夹紧装置，其特征在于，多个所述伺服电机包括驱动所述激光器分别向X轴、Y轴、Z轴方向移动的三个伺服电机。

8.如权利要求1所述的气压式激光加工夹紧装置，其特征在于，所述透明密封层为保鲜膜。

9.如权利要求1所述的气压式激光加工夹紧装置，其特征在于，所述透明密封容器顶板设有便于提取工件的可翻转盖板。