CN108327300A - 一种塑料眼镜的激光焊接方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光焊接领域，具体涉及一种塑料眼镜的激光焊接方法及装置，所述塑料眼镜包括上层镜片和下层镜片，所述激光焊接方法包括以下步骤：下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂；朝向焊接位置发射激光光束，激光光束透过上层镜片到达下层镜片，将上层镜片和下层镜片焊接成一体。该焊接方法制成的塑料眼镜，在焊接后看不出任何的加工痕迹，镜架的外形美观，产品质量高。

Description

一种塑料眼镜的激光焊接方法及装置

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，具体涉及一种塑料眼镜的激光焊接方法及装置。

背景技术

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。

利用激光光束焊接塑料材质的工件具有以下优点：树脂降解少，产生碎屑少，并且在焊接过程中，若是非接触进行激光焊接，不会产生二次污染，同时，激光焊接相比其它连接方式所产生的机械应力和热应力小，所以现在塑料焊接已广泛采用激光焊接的方式。

目前，PC或PA材质塑料VR和AR眼镜的生产过程基本上都是上镜片与下镜片分开的形式。首先，制作上、下镜片；最后，用胶水将上下镜片粘在一起。这种生产方式可以实现眼镜片的连接，但是该生产方式存在以下问题：1、胶粘的方式可以从外部看到胶粘的痕迹，这会影响塑料VR和AR眼镜这种高端产品的外观；2、胶粘的方式会有溢胶及老化脱胶的情况，这种方式的强度很差，产品良率较低。胶水粘接存在多种缺点，因此，需要通过激光焊接方式；而目前采用激光焊接方式是直接将激光照射上下镜片，使上下镜片焊接在一起，如此一来，容易造成焊接位置错误，将不必要的位置焊接在一起；并且，激光需要穿透上镜片才能照射下镜片，此时需要较大功率的激光器，若是控制不当，容易损坏镜片，造成不必要的损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种塑料眼镜的激光焊接方法，解决无法上下层眼镜无法一起进行激光焊接加工的问题。

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种塑料眼镜的激光焊接装置，解决无法上下层眼镜无法一起进行激光焊接加工的问题。

为解决该技术问题，本发明提供一种塑料眼镜的激光焊接方法，所述塑料眼镜包括上层镜片和下层镜片，所述激光焊接方法包括以下步骤：

下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂；

朝向焊接位置发射激光光束，激光光束透过上层镜片到达下层镜片，将上层镜片和下层镜片焊接成一体。

其中，较佳方案是，所述朝向焊接位置发射激光光束具体包括以下步骤：

焊接头接收激光光束；

根据焊接位置的宽度，焊接头将激光光束的光斑直径整形成与宽度一致，所述光斑直径的范围为1.2mm至1.4mm；

焊接头将整形后的激光光束朝向焊接位置发射。

其中，较佳方案是，所述焊接头接收激光光束之前还包括以下步骤：

控制激光器的激光功率在45W至55W之间，以及控制焊接速度在8mm/s至12mm/s之间，以及控制焦距在105mm至115mm之间；

激光器产生激光光束，并且所述激光光束的波长范围为970nm至990nm，；

光纤传输激光光束到焊接头。

其中，较佳方案是，所述下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂之后还包括以下步骤：

施加压力，使上层镜片和下层镜片贴合。

其中，较佳方案是，所述施加压力，使上层镜片和下层镜片贴合之前还包括以下步骤：

将上层镜片对应放置在下层镜片的焊接位置。

其中，较佳方案是，所述施加压力，使上层镜片和下层镜片贴合具体包括以下步骤：

将上层镜片放置在下层镜片上方；

在上层镜片上方放置一压板，并且在压板上施加0.2至0.4MP之间的压力，使上层镜片和下层镜片的焊接位置贴合。

其中，较佳方案是，所述压板为亚克力压板。

其中，较佳方案是，所述下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂之前还包括以下步骤：

去除上层镜片和下层镜片的焊接位置的镀层。

其中，较佳方案是，所述去除上层镜片和下层镜片的焊接位置的镀层之后还包括以下步骤：

将下层镜片放置在与其形状相适应的载物台上。

本发明还提供一种塑料眼镜的激光焊接装置，所述塑料眼镜包括上层镜片和下层镜片，所述激光焊接装置包括激光器、焊接头、压板和载物台，其中，

激光器，用于朝向下层镜片的焊接位置发射激光光束，将上层镜片和下层镜片焊接成一体；

焊接头，用于将激光光束的光斑直径整形成与焊接位置宽度一致；

压板，用于挤压上层镜片，使上层镜片和下层镜片的焊接位置贴合；

载物台，用于放置下层镜片。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种塑料眼镜的激光焊接方法及装置，将上层镜片和下层镜片重叠放置在一起，上层镜片透过激光光束，而涂有激光吸收剂的下层镜片吸收激光光束，镜片之间的接触面形成热作用区，在热作用区中的塑料被熔化，热熔状态下的塑料大分子在压力的作用下互相扩散，产生范德华力，从而上层镜片和下层镜片紧密焊接在一起；另外，所述焊接头将激光光束的光斑直径整形成与下层镜片的焊接位置的宽度一致，使接触面上每点能量一致，保证焊接位置的均匀熔接，确保塑料眼镜强度足够并且拉力均匀；并且，塑料眼镜通过熔接加工，焊接后看不出任何的加工痕迹，镜架的外形美观，产品质量高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明激光焊接方法的流程框图；

图2是本发明焊接头整形激光光束的流程框图；

图3是本发明激光光束传输的流程框图；

图4是本发明施加压力给上层镜片和下层镜片的流程框图；

图5是本发明上层镜片和下层镜片对应放置的流程框图；

图6是本发明在上层镜片上方放置压板的流程框图；

图7是本发明去除镜片镀层的流程框图；

图8是本发明放置下层镜片的流程框图；

图9是本发明激光焊接装置的示意图；

图10是本发明焊接前的塑料眼镜的示意图；

图11是本发明焊接后的塑料眼镜的示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1至图8所示，本发明提供一种塑料眼镜的激光焊接方法的优选实施例。

具体地，并参考图1，一种塑料眼镜的激光焊接方法，所述塑料眼镜包括上层镜片和下层镜片，所述激光焊接方法包括以下步骤：

步骤S100、下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂；

步骤S300、朝向焊接位置发射激光光束，激光光束透过上层镜片到达下层镜片，将上层镜片和下层镜片焊接成一体。

VR眼镜为利用仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术，将人置身与虚拟场景中，AR眼镜通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。

上述的VR眼镜和AR眼镜为塑料眼镜，该塑料眼镜的激光焊接采用透射焊接原理，该塑料眼镜包括上层镜片和下层镜片，并且，所述上层镜片和下层镜片均采用透光材料，在下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂，使下层镜片得以吸收激光，待激光吸收剂冷却后，发射激光光束到焊接位置，该上层镜片透过激光光束，该下层镜片在涂有激光吸收剂的部分吸收激光光束，在上层镜片和下层镜片的接触位置形成热作用区，在热作用区中的部分被熔化，热熔状态下的塑料大分子在压力的作用下互相扩散，产生范德华力，从而该上层镜片和下层镜片在冷却后紧密的焊接在一起。该激光焊接方法通过熔接上层镜片和下层镜片，焊接后看不出任何的加工痕迹，镜架的外形美观，整面加工保证了足够的强度，大大提高了塑料眼镜的质量和塑料眼镜整体的使用寿命；并且，该激光焊接方法不会造成二次污染和浪费、不产生机械应力和热应力；另外，该激光焊接方法工艺简单，一致性好，容易实现自动化生产。

在激光光束焊接上层镜片和下层镜片时，可加入一定量的保护气体，例如氩气等，避免产生的高温损坏上层镜片和下层镜片，保证产品的质量。

其中，并参考图2，所述朝向焊接位置发射激光光束具体包括以下步骤：

步骤S330、焊接头接收激光光束；

步骤S340、根据焊接位置的宽度，焊接头将激光光束的光斑直径整形成与宽度一致；

步骤S350、焊接头将整形后的激光光束朝向焊接位置发射。

其中，发送激光光束的焊接头为线光束整形焊接头，该焊接头通过自身的结构以及设置的程序能够对接收的激光光束进行整形变换，该焊接头根据下层镜片的焊接位置的宽度调节激光光束的光斑直径，并将整形后的激光光束发送到焊接位置。所述焊接头将激光光束整形成同样宽度并且能量均匀的线光束，使焊接位置上每一点的能量一致，保证整个需要焊接面的均匀熔接，从而确保塑料眼镜在焊接完成后，整体强度足够并且拉力均匀。所述光斑直径的范围为1.2mm至1.4mm，优选为1.3mm。

在本实施例中，并参考图3，所述焊接头接收激光光束之前还包括以下步骤：

步骤S310、激光器产生激光光束；

步骤S320、光纤传输激光光束到焊接头。

其中，所述光纤一端连接激光器，其另一端连接焊接头，控制激光器的激光功率在45W至55W之间，优选为50W，以及控制焊接速度在8mm/s至12mm/s之间，优选为10mm/s，以及控制焦距在105mm至115mm之间，优选为110mm；该激光器产生激光光束，所述激光光束的波长范围为970nm至990nm，优选为980nm，并通过光纤传输激光光束到焊接头，该焊接头接收激光光束，实现激光光束的整体传输。该激光器可根据进行焊接的场景设置，若设置在距离塑料眼镜较远的位置，只需要加长光纤即可。

进一步地，并参考图4，所述下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂之后还包括以下步骤：

步骤S220、施加压力，使上层镜片和下层镜片贴合。

其中，所述下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂后，对镜片施加压力，使得上层镜片和下层镜片紧密的贴合；所述焊接头发出激光光束时，激光光束的运动轨迹无需过远，只需透过上层镜片即可被下层镜片吸收，不会造成激光光束的损耗，从而便于激光光束对上层镜片和下层镜片进行激光焊接。

更进一步地，并参考图5，所述施加压力，使上层镜片和下层镜片贴合之前还包括以下步骤：

步骤S210、将上层镜片对应放置在下层镜片的焊接位置。

其中，所述上层镜片设有焊接位置，所述下层镜片也设有焊接位置，将上层镜片的焊接位置与下层镜片的焊接位置对应放置，即将上层镜片和下层镜片的焊接位置重叠在一起，随后对上层镜片施加压力，即可将上层镜片和下层镜片紧密的贴合在一起，从而保证上层镜片准确的与下层镜片焊接在一起，使得焊接后的塑料眼镜能够实现自身功能。

其中，并参考图6，所述施加压力，使上层镜片和下层镜片贴合具体包括以下步骤：

步骤S221、将上层镜片放置在下层镜片上方；

步骤S222、在上层镜片上方放置一压板，并且在压板上施加0.2至0.4MP之间的压力，使上层镜片和下层镜片的焊接位置贴合。

其中，将上层镜片放置在下层镜片上方，并且，该上层镜片的焊接位置和下层镜片的焊接位置对应设置，在上层镜片上方放置一压板，并且在压板上施加0.2至0.4MP之间的压力，优选为0.3MP，使上层镜片的焊接位置和下层镜片的焊接位置紧密的贴合在一起。优选地，所述压板为亚克力压板，该亚克力压板为可塑性高分子材料，具有较好的透明性、化学稳定性和耐候性、易染色、易加工、外观优美，能够透过激光光束，避免激光光束在传输过程中受到减损。

具体地，并参考图7，所述下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂之前还包括以下步骤：

步骤S80、去除上层镜片和下层镜片的焊接位置的镀层。

其中，所述塑料眼镜常用的材料有PC材料和PA材料，由于采用上述材料的塑料眼镜通常会在上层镜片和下层镜片的表面镀一层薄膜，从而造成上层镜片和下层镜片对激光光束吸收很差，因此，需要在下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂之前，去除上层镜片和下层镜片的焊接位置的镀层，保证上层镜片能够顺利透过激光光束，也保证下层镜片能够顺利吸收激光光束。

更具体地，并参考图8，所述去除上层镜片和下层镜片的焊接位置的镀层之后还包括以下步骤：

步骤S90、将下层镜片放置在与其形状相适应的载物台上。

其中，在去除上层镜片和下层镜片的焊接位置的镀层之后，需要将下层镜片放置在与其形状相适应的载物台上，再在下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂；或者，在下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂之后，再将下层镜片放置在与其形状相适应的载物台上。所述载物台为塑料眼镜提供支撑作用，便于塑料眼镜进行激光焊接操作。

如图9所示，本发明提供一种塑料眼镜的激光焊接装置的较佳实施例。

具体地，并参考图9，一种塑料眼镜的激光焊接装置，所述塑料眼镜包括上层镜片10和下层镜片20，所述激光焊接装置包括激光器1、焊接头3、压板4和载物台5，其中，激光器1，用于朝向下层镜片20的焊接位置发射激光光束，将上层镜片10和下层镜片20焊接成一体；焊接头3，用于将激光光束的光斑直径整形成与焊接位置宽度一致；压板4，用于挤压上层镜片，使上层镜片10和下层镜片20的焊接位置贴合；载物台5，用于放置下层镜片20。

更具体地，所述激光焊接装置包括激光器1、光纤2和焊接头3，所述下层镜片20涂上激光吸收剂；该激光器1通过光纤2将激光光束传输到焊接头3，该焊接头3将激光光束的光斑直径整形成与下层镜片20的焊接位置的宽度一致，并发射到焊接位置，整形后的激光光束透过上层镜片10到达下层镜片20，将上层镜片1-和下层镜片20焊接成一体。

进一步地，所述压板4为亚克力压板，通过亚克力压板将上层镜片10的焊接位置和下层镜片20的焊接位置紧密的贴合在一起；并且，所述载物台5设有与下层镜片20形状相适应的凹槽，该下层镜片20放置在凹槽内，便于塑料眼镜进行激光焊接操作，将上层镜片10和下层镜片20焊接在一起。

图10示出了焊接前的塑料眼镜的示意图，图11示出了焊接后的塑料眼镜的示意图，采用上述激光焊接方法及装置进行焊接的塑料眼镜，能够将上层镜片10与下层镜片20紧密的焊接在一起，焊接后看不出任何的加工痕迹，镜架的外形美观，整面加工保证了足够的强度，大大提高了塑料眼镜的质量和塑料眼镜整体的使用寿命。

并且，参考图10，所述下层镜片20的焊接轨迹30类似于“W”型，沿着下边缘进行焊接，能够将上层镜片10与下层镜片20焊接在一起，保证塑料眼镜在实现自身功能的同时强度高，抗摔性好，不易损坏。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种塑料眼镜的激光焊接方法，所述塑料眼镜包括上层镜片和下层镜片，其特征在于，所述激光焊接方法包括以下步骤：

下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂；

朝向焊接位置发射激光光束，激光光束透过上层镜片到达下层镜片，将上层镜片和下层镜片焊接成一体。

2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述朝向焊接位置发射激光光束具体包括以下步骤：

焊接头接收激光光束；

根据焊接位置的宽度，焊接头将激光光束的光斑直径整形成与宽度一致，所述光斑直径的范围为1.2mm至1.4mm；

焊接头将整形后的激光光束朝向焊接位置发射。

3.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述焊接头接收激光光束之前还包括以下步骤：

控制激光器的激光功率在45W至55W之间，以及控制焊接速度在8mm/s至12mm/s之间，以及控制焦距在105mm至115mm之间；

激光器产生激光光束，并且所述激光光束的波长范围为970nm至990nm，；

光纤传输激光光束到焊接头。

4.根据权利要求2或3所述的激光焊接方法，其特征在于，所述下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂之后还包括以下步骤：

施加压力，使上层镜片和下层镜片贴合。

5.根据权利要求4所述的激光焊接方法，其特征在于，所述施加压力，使上层镜片和下层镜片贴合之前还包括以下步骤：

将上层镜片对应放置在下层镜片的焊接位置。

6.根据权利要求5所述的激光焊接方法，其特征在于，所述施加压力，使上层镜片和下层镜片贴合具体包括以下步骤：

将上层镜片放置在下层镜片上方；

在上层镜片上方放置一压板，并且在压板上施加0.2至0.4MP之间的压力，使上层镜片和下层镜片的焊接位置贴合。

7.根据权利要求6所述的激光焊接方法，其特征在于：所述压板为亚克力压板。

8.根据权利要求6或7所述的激光焊接方法，其特征在于，所述下层镜片的焊接位置涂上激光吸收剂之前还包括以下步骤：

去除上层镜片和下层镜片的焊接位置的镀层。

9.根据权利要求8所述的激光焊接方法，其特征在于，所述去除上层镜片和下层镜片的焊接位置的镀层之后还包括以下步骤：

将下层镜片放置在与其形状相适应的载物台上。

10.一种塑料眼镜的激光焊接装置，所述塑料眼镜包括上层镜片和下层镜片，其特征在于：所述激光焊接装置包括激光器、焊接头、压板和载物台，其中，

激光器，用于朝向下层镜片的焊接位置发射激光光束，将上层镜片和下层镜片焊接成一体；

焊接头，用于将激光光束的光斑直径整形成与焊接位置宽度一致；

压板，用于挤压上层镜片，使上层镜片和下层镜片的焊接位置贴合；

载物台，用于放置下层镜片。