CN110202794A - 用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种于圆桶型塑料工件的激光焊接设备，包括立柱、直线模组和升降台，直线模组设置在立柱的后方，升降台固定安装在直线模组的滑台上，在升降台的平台上安装有激光器，激光器的振镜位于立柱前方的其中一侧，立柱的顶部安装有直行气缸，在直行气缸的输出端设置有气动夹爪，在气动夹爪的正下方设置待焊接的塑料工件，激光器的振镜发出的激光束对待焊接的塑料工件进行焊接；本发明采用激光焊接技术，将塑料工件二的三个支臂与圆桶型塑料工件一的内侧壁固定连接，同时利用自动化控制，有效提高焊接效率，焊接效果好，产品质量一致性好，成品合格率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光焊接设备，尤其涉及一种用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备及方法，属于激光焊接自动化技术领域。
背景技术
目前，汽车油泵在制造过程中，需要在一个圆桶型塑料工件一内部固定一个具有三个支臂结构的塑料工件二，且塑料工件二的三个支臂需要与塑料工件一的内侧壁固定连接，由于塑料工件二在塑料工件一的内部，因此焊接非常不方便，现有技术中是采用超声波焊接技术将两者焊接固定连接，但是超声波焊接的效果并不好，产品质量参差不齐，成品合格率低，因此，需要研发新的焊接方式，来解决这种塑料工件存在的焊接问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备及方法，采用激光焊接技术，将塑料工件二的三个支臂与圆桶型塑料工件一的内侧壁固定连接，同时利用自动化控制，有效提高焊接效率，焊接效果好，产品质量一致性好，成品合格率高。
本发明所采用的技术方案为：
用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备，包括立柱、直线模组和升降台，所述直线模组设置在立柱的后方，所述升降台固定安装在直线模组的滑台上，在升降台的平台上安装有激光器，激光器的振镜位于立柱前方的其中一侧，所述立柱的顶部安装有直行气缸，所述直行气缸的输出端位于立柱的前方，在直行气缸的输出端设置有气动夹爪，所述直行气缸驱动气动夹爪在竖直方向上做往复运动，在气动夹爪的正下方设置待焊接的塑料工件，气动夹爪用于夹住待焊接的塑料工件，位于立柱前方其中一侧的激光器的振镜发出的激光束对待焊接的塑料工件进行焊接。
作为本发明的进一步优选，所述直行气缸的输出端水平安装有定位板，在定位板的顶部垂直固定连接有安装板，所述的气动夹爪固定在安装板上，气动夹爪的两个爪臂分别位于定位板的两侧，在定位板的底部通过若干个定位柱连接有定位环；定位环用于伸入塑料工件一内部并抵住塑料工件一内部的塑料工件二，防止在焊接的过程中，塑料工件二在塑料工件一内部发生窜动。
作为本发明的进一步优选，气动夹爪的爪臂底端形成有矩形通孔，两个爪臂底端的相对面上分别安装有矩形夹块，所述矩形夹块的中部形成有与爪臂底端矩形通孔相互对应的孔洞，所述矩形夹块的外表面是与待焊接的塑料工件外圆周面配合的弧形面；提高气动夹爪的爪臂夹持待焊接塑料工件时的稳定性。
作为本发明的进一步优选，在立柱的前方设置有双工位转台，所述双工位转台通过中空旋转平台驱动转动，所述中空旋转平台设置在双工位转台的底部，中空旋转平台的转动部与双工位转台的底部连接，在双工位转台的顶部设置有两个用于放置待焊接塑料工件的卡槽转盘，两个卡槽转盘之间的连线经过双工位转台的中心点，且两个卡槽转盘之间的连线与双工位转台的径向轴线重合，两个卡槽转盘与双工位转台的中心点距离相等；在焊接的过程中，可以预备下一个待焊接的塑料工件，通过双工位转台转动将下一个待焊接的塑料工件替换出焊接完成的塑料工件；有效提高焊接效率。
作为本发明的进一步优选，在双工位转台的中心处形成有与中空旋转平台的固定部中空位置对应的圆孔，在中空旋转平台的固定部中空位置设置有导电滑环，导电滑环的定子与中空旋转平台的固定部中空位置固定连接，导电滑环的转子经双工位转台中心处的圆孔向上穿过双工位转台，所述的卡槽转盘通过伺服电机驱动转动，伺服电机通过垫块固定在双工位转台的顶部，伺服电机通过导电滑环与外部电路连通；伺服电机用于驱动卡槽转盘转动，卡槽转盘转动实现调整待焊接的塑料工件不同焊接点与激光器的振镜对应，伺服电机驱动卡槽转盘转动的角度变化准确，易于控制。
作为本发明的进一步优选，所述的直线模组、升降台、激光器、直行气缸、气动夹爪、中空旋转平台以及伺服电机通过PLC控制器控制动作；实现自动化运行，提高焊接效率，焊接效果好，提高产品质量以及产品合格率。
作为本发明的进一步优选，所述的卡槽转盘上形成有若干个与待焊接塑料工件底部配合的卡槽，且其中至少一个卡槽与其它的卡槽形状不同；当待焊接的塑料工件放置在卡槽转盘上时，待焊接的塑料工件底部卡接在卡槽转盘上的卡槽内，其中一个卡槽与其它的卡槽形状不同，用以确定待焊接塑料工件放置在卡槽转盘上的方向，若方向不对，则无法放置，保证后续伺服电机调整卡槽转盘转动时待焊接塑料工件不同焊接点与激光器的振镜对应的准确性。
作为本发明的进一步优选，在双工位转台的顶部设置有罩壳，所述的罩壳上形成有供卡槽转盘穿过的孔；罩壳用于遮挡卡槽转盘底部的伺服电机以及导电滑环等部件，提高双工位转台顶部台面的平整性，同时保护伺服电机和导电滑环等部件，提高安全性。
用于圆桶型塑料工件的激光焊接方法，包括以下步骤：
（1）首先将具有三个支臂结构的塑料工件二放置到圆桶型塑料工件一内部，构成待焊接的塑料工件，然后将待焊接的塑料工件放置到卡槽转盘上；PLC控制器控制中空旋转平台驱动双工位转台转动，使待焊接的塑料工件位于气动夹爪的正下方；
（2）PLC控制器控制直行气缸的气路，使直行气缸驱动气动夹爪竖直向下运动，定位板底部连接的定位环伸入圆桶型塑料工件一的内部，然后PLC控制器控制气动夹爪的气路，使气动夹爪夹住待焊接的塑料工件；
（3）PLC控制器控制直线模组横向位移动作，调整升降台和激光器的横向位置，PLC控制器控制升降台纵向位移动作，调整激光器的纵向位置；使激光器的振镜与待焊接的塑料工件对应；
（4）PLC控制器控制开启激光器，激光器发出激光束，激光束传输到振镜上，激光束经所述振镜后射向待焊接的塑料工件，其中，射向待焊接塑料工件的激光束在气动夹爪爪臂底端形成的矩形通孔中穿过，塑料工件一及其内部的塑料工件二吸收激光束的能量用以完成焊接；
（5）焊接完成后，PLC控制器控制气动夹爪的气路，使气动夹爪松开待焊接的塑料工件，PLC控制器控制直行气缸的气路，使直行气缸驱动气动夹爪竖直向上运动，定位板底部连接的定位环从圆桶型塑料工件一的内部退出；PLC控制器控制直线模组横向位移动作，调整升降台和激光器的横向位置，PLC控制器控制升降台纵向位移动作，调整激光器的纵向位置；使激光器的振镜恢复至初始位置；PLC控制器控制中空旋转平台驱动双工位转台转动，使焊接完成的塑料工件从气动夹爪的正下方移出，同时将下一个待焊接的塑料工件移至气动夹爪的正下方；如此往复。
作为本发明方法的进一步优选，在步骤（5）所述气动夹爪松开待焊接的塑料工件，直行气缸驱动气动夹爪竖直向上运动，定位板底部连接的定位环从圆桶型塑料工件一的内部退出之后，还包括PLC控制器控制伺服电机驱动卡槽转盘转动，用以调整待焊接的塑料工件上不同的焊接点与激光器的振镜对应，然后重复步骤（2）和（4）对待焊接的塑料工件上不同焊接点进行焊接，直至待焊接塑料工件的所有焊接点焊接完成。
本发明的有益效果在于：改变了汽车油泵在制造过程中传统的焊接方式，采用最新的激光焊接技术，将塑料工件二的三个支臂与圆桶型塑料工件一的内侧壁固定连接，同时利用PLC控制器自动化控制，有效提高焊接效率，焊接效果好，产品质量一致性好，成品合格率高。
附图说明：
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明气动夹爪位置的放大示意图；
图3为本发明双工位转台俯视示意图；
图4为本发明卡槽转盘俯视示意图；
图5为本发明双工位转台底部示意图；
图6为图3中的A向剖面示意图；
图中主要附图标记含义如下：
1-激光器，2-振镜，3-直线模组，4-升降台，5-立柱，6-直行气缸，7-气动夹爪，8-双工位转台，9-中空旋转平台，10-垫块，11-定位板，12-安装板，13-定位柱，14-定位环，15-爪臂，16-矩形通孔，17-矩形夹块，18-卡槽转盘，19-伺服电机，20-卡槽，21-塑料工件一，22-塑料工件二，23-导电滑环的定子，24-导电滑环的转子，25-罩壳。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做具体的介绍。
如图1所示：本实施例是一种用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备，包括立柱5、直线模组3和升降台4，直线模组3设置在立柱5的后方，升降台4固定安装在直线模组3的滑台上，在升降台4的平台上安装有激光器1，激光器1的振镜2位于立柱5前方的其中一侧，立柱5的顶部安装有直行气缸6，直行气缸6的输出端位于立柱5的前方，在直行气缸6的输出端设置有气动夹爪7，直行气缸6驱动气动夹爪7在竖直方向上做往复运动，在气动夹爪7的正下方设置待焊接的塑料工件，气动夹爪7用于夹住待焊接的塑料工件，位于立柱5前方其中一侧的激光器1的振镜2发出的激光束对待焊接的塑料工件进行焊接。
如图2所示，本实施例中，直行气缸6的输出端水平安装有定位板11，在定位板11的顶部垂直固定连接有安装板12，气动夹爪7固定在安装板12上，气动夹爪7的两个爪臂15分别位于定位板11的两侧，在定位板11的底部通过若干个定位柱13连接有定位环14；定位环14用于伸入塑料工件一21内部并抵住塑料工件一21内部的塑料工件二22，防止在焊接的过程中，塑料工件二22在塑料工件一21内部发生窜动；气动夹爪7的爪臂15底端形成有矩形通孔16，两个爪臂15底端的相对面上分别安装有矩形夹块17，矩形夹块17的中部形成有与爪臂15底端矩形通孔16相互对应的孔洞，矩形夹块17的外表面是与待焊接的塑料工件外圆周面配合的弧形面；提高气动夹爪7的爪臂15夹持待焊接塑料工件时的稳定性。
如图1、3、5和6所示，本实施例在立柱5的前方设置有双工位转台8，双工位转台8通过中空旋转平台9驱动转动，中空旋转平台9设置在双工位转台8的底部，中空旋转平台9的转动部与双工位转台8的底部连接，在双工位转台8的顶部设置有两个用于放置待焊接塑料工件的卡槽转盘18，两个卡槽转盘18之间的连线经过双工位转台8的中心点，且两个卡槽转盘18之间的连线与双工位转台8的径向轴线重合，两个卡槽转盘18与双工位转台8的中心点距离相等；在焊接的过程中，可以预备下一个待焊接的塑料工件，通过双工位转台8转动将下一个待焊接的塑料工件替换出焊接完成的塑料工件；有效提高焊接效率。
如图1、3、5和6所示，本实施例在双工位转台8的中心处形成有与中空旋转平台9的固定部中空位置对应的圆孔，在中空旋转平台9的固定部中空位置设置有导电滑环，导电滑环的定子23与中空旋转平台9的固定部中空位置固定连接，导电滑环的转子24经双工位转台8中心处的圆孔向上穿过双工位转台8，卡槽转盘18通过伺服电机19驱动转动，伺服电机19通过垫块10固定在双工位转台8的顶部，伺服电机19通过导电滑环与外部电路连通；伺服电机19用于驱动卡槽转盘18转动，卡槽转盘18转动实现调整待焊接的塑料工件不同焊接点与激光器1的振镜2对应，伺服电机19驱动卡槽转盘18转动的角度变化准确，易于控制。
本实施例中的直线模组3、升降台4、激光器1、直行气缸6、气动夹爪7、中空旋转平台9以及伺服电机19通过PLC控制器控制动作；实现自动化运行，提高焊接效率，焊接效果好，提高产品质量以及产品合格率。
如图4所示，本实施例中，卡槽转盘18上形成有若干个与待焊接塑料工件底部配合的卡槽20，且其中一个卡槽20与其它的卡槽20形状不同，在实际应用时，也可以设置两个卡槽20与其它的卡槽20形状不同；当待焊接的塑料工件放置在卡槽转盘18上时，待焊接的塑料工件底部卡接在卡槽转盘18上的卡槽20内，其中一个卡槽20与其它的卡槽20形状不同，用以确定待焊接塑料工件放置在卡槽转盘18上的方向，若方向不对，则无法放置，保证后续伺服电机19调整卡槽转盘18转动时待焊接塑料工件不同焊接点与激光器1的振镜2对应的准确性。
如图1所示，本实施例在双工位转台8的顶部设置有罩壳25，罩壳25上形成有供卡槽转盘18穿过的孔；罩壳25用于遮挡卡槽转盘18底部的伺服电机19以及导电滑环等部件，提高双工位转台8顶部台面的平整性，同时保护伺服电机19和导电滑环等部件，提高安全性。
用于圆桶型塑料工件的激光焊接方法，包括以下步骤：
（1）首先将具有三个支臂结构的塑料工件二22放置到圆桶型塑料工件一21内部，构成待焊接的塑料工件，然后将待焊接的塑料工件放置到卡槽转盘18上；PLC控制器控制中空旋转平台9驱动双工位转台8转动，使待焊接的塑料工件位于气动夹爪7的正下方；
（2）PLC控制器控制直行气缸6的气路，使直行气缸6驱动气动夹爪7竖直向下运动，定位板11底部连接的定位环14伸入圆桶型塑料工件一21的内部，然后PLC控制器控制气动夹爪7的气路，使气动夹爪7夹住待焊接的塑料工件；
（3）PLC控制器控制直线模组3横向位移动作，调整升降台4和激光器1的横向位置，PLC控制器控制升降台4纵向位移动作，调整激光器1的纵向位置；使激光器1的振镜2与待焊接的塑料工件对应；
（4）PLC控制器控制开启激光器1，激光器1发出激光束，激光束传输到振镜2上，激光束经所述振镜2后射向待焊接的塑料工件，其中，射向待焊接塑料工件的激光束在气动夹爪7爪臂15底端形成的矩形通孔16中穿过，塑料工件一21及其内部的塑料工件二22吸收激光束的能量用以完成焊接；
（5）焊接完成后，PLC控制器控制气动夹爪7的气路，使气动夹爪7松开待焊接的塑料工件，PLC控制器控制直行气缸6的气路，使直行气缸6驱动气动夹爪7竖直向上运动，定位板11底部连接的定位环14从圆桶型塑料工件一21的内部退出；PLC控制器控制直线模组3横向位移动作，调整升降台4和激光器1的横向位置，PLC控制器控制升降台4纵向位移动作，调整激光器1的纵向位置；使激光器1的振镜2恢复至初始位置；PLC控制器控制中空旋转平台9驱动双工位转台8转动，使焊接完成的塑料工件从气动夹爪7的正下方移出，同时将下一个待焊接的塑料工件移至气动夹爪7的正下方；如此往复。
其中，本实施例方法在步骤（5）所述气动夹爪7松开待焊接的塑料工件，直行气缸6驱动气动夹爪7竖直向上运动，定位板11底部连接的定位环14从圆桶型塑料工件一21的内部退出之后，还包括PLC控制器控制伺服电机19驱动卡槽转盘18转动，用以调整待焊接的塑料工件上不同的焊接点与激光器1的振镜2对应，然后重复步骤（2）和（4）对待焊接的塑料工件上不同焊接点进行焊接，直至待焊接塑料工件的所有焊接点焊接完成。
本发明中，圆桶型塑料工件一的形状也可以是圆柱型或球形等形状的塑料工件；塑料工件二也可以是具有二个或者多个支臂，通过激光束对其进行多个焊接点分段焊接，塑料工件二也可以是圆环形支臂，通过激光束对圆环形支臂的连续焊接点进行连续焊接；本实施例中的直行气缸和气动夹爪是由气体来驱动动作，在实际应用时，直行气缸和气动夹爪也可以由电动缸和电动夹爪来代替；同时，本发明中的振镜也可以是其他激光焊接头或者相当于激光焊接头的机构。
本发明改变了汽车油泵在制造过程中传统的焊接方式，采用最新的激光焊接技术，将塑料工件二的三个支臂与塑料工件一的内侧壁固定连接，同时利用PLC控制器自动化控制，有效提高焊接效率，焊接效果好，产品质量一致性好，成品合格率高。
以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。
Claims (10)
1.用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备，其特征在于：包括立柱、直线模组和升降台，所述直线模组设置在立柱的后方，所述升降台固定安装在直线模组的滑台上，在升降台的平台上安装有激光器，激光器的振镜位于立柱前方的其中一侧，所述立柱的顶部安装有直行气缸，所述直行气缸的输出端位于立柱的前方，在直行气缸的输出端设置有气动夹爪，所述直行气缸驱动气动夹爪在竖直方向上做往复运动，在气动夹爪的正下方设置待焊接的塑料工件，气动夹爪用于夹住待焊接的塑料工件，位于立柱前方其中一侧的激光器的振镜发出的激光束对待焊接的塑料工件进行焊接。
2.根据权利要求1所述的用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备，其特征在于，所述直行气缸的输出端水平安装有定位板，在定位板的顶部垂直固定连接有安装板，所述的气动夹爪固定在安装板上，气动夹爪的两个爪臂分别位于定位板的两侧，在定位板的底部通过若干个定位柱连接有定位环。
3.根据权利要求2所述的用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备，其特征在于，气动夹爪的爪臂底端形成有矩形通孔，两个爪臂底端的相对面上分别安装有矩形夹块，所述矩形夹块的中部形成有与爪臂底端矩形通孔相互对应的孔洞，所述矩形夹块的外表面是与待焊接的塑料工件外圆周面配合的弧形面。
4.根据权利要求3所述的用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备，其特征在于，在立柱的前方设置有双工位转台，所述双工位转台通过中空旋转平台驱动转动，所述中空旋转平台设置在双工位转台的底部，中空旋转平台的转动部与双工位转台的底部连接，在双工位转台的顶部设置有两个用于放置待焊接塑料工件的卡槽转盘，两个卡槽转盘之间的连线经过双工位转台的中心点，且两个卡槽转盘之间的连线与双工位转台的径向轴线重合，两个卡槽转盘与双工位转台的中心点距离相等。
5.根据权利要求4所述的用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备，其特征在于，在双工位转台的中心处形成有与中空旋转平台的固定部中空位置对应的圆孔，在中空旋转平台的固定部中空位置设置有导电滑环，导电滑环的定子与中空旋转平台的固定部中空位置固定连接，导电滑环的转子经双工位转台中心处的圆孔向上穿过双工位转台，所述的卡槽转盘通过伺服电机驱动转动，伺服电机通过垫块固定在双工位转台的顶部，伺服电机通过导电滑环与外部电路连通。
6.根据权利要求5所述的用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备，其特征在于，所述的直线模组、升降台、激光器、直行气缸、气动夹爪、中空旋转平台以及伺服电机通过PLC控制器控制动作。
7.根据权利要求4或5所述的用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备，其特征在于，所述的卡槽转盘上形成有若干个与待焊接塑料工件底部配合的卡槽，且其中至少一个卡槽与其它的卡槽形状不同。
8.根据权利要求5所述的用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备，其特征在于，在双工位转台的顶部设置有罩壳，所述的罩壳上形成有供卡槽转盘穿过的孔。
9.基于权利要求6所述的用于圆桶型塑料工件的激光焊接设备的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）首先将具有三个支臂结构的塑料工件二放置到圆桶型塑料工件一内部，构成待焊接的塑料工件，然后将待焊接的塑料工件放置到卡槽转盘上；PLC控制器控制中空旋转平台驱动双工位转台转动，使待焊接的塑料工件位于气动夹爪的正下方；
（2）PLC控制器控制直行气缸的气路，使直行气缸驱动气动夹爪竖直向下运动，定位板底部连接的定位环伸入圆桶型塑料工件一的内部，然后PLC控制器控制气动夹爪的气路，使气动夹爪夹住待焊接的塑料工件；
（3）PLC控制器控制直线模组横向位移动作，调整升降台和激光器的横向位置，PLC控制器控制升降台纵向位移动作，调整激光器的纵向位置；使激光器的振镜与待焊接的塑料工件对应；
（4）PLC控制器控制开启激光器，激光器发出激光束，激光束传输到振镜上，激光束经所述振镜后射向待焊接的塑料工件，其中，射向待焊接塑料工件的激光束在气动夹爪爪臂底端形成的矩形通孔中穿过，塑料工件一及其内部的塑料工件二吸收激光束的能量用以完成焊接；
（5）焊接完成后，PLC控制器控制气动夹爪的气路，使气动夹爪松开待焊接的塑料工件，PLC控制器控制直行气缸的气路，使直行气缸驱动气动夹爪竖直向上运动，定位板底部连接的定位环从圆桶型塑料工件一的内部退出；PLC控制器控制直线模组横向位移动作，调整升降台和激光器的横向位置，PLC控制器控制升降台纵向位移动作，调整激光器的纵向位置；使激光器的振镜恢复至初始位置；PLC控制器控制中空旋转平台驱动双工位转台转动，使焊接完成的塑料工件从气动夹爪的正下方移出，同时将下一个待焊接的塑料工件移至气动夹爪的正下方；如此往复。
10.根据权利要求9所述的用于圆桶型塑料工件的激光焊接方法，其特征在于，在步骤（5）所述气动夹爪松开待焊接的塑料工件，直行气缸驱动气动夹爪竖直向上运动，定位板底部连接的定位环从圆桶型塑料工件一的内部退出之后，还包括PLC控制器控制伺服电机驱动卡槽转盘转动，用以调整待焊接的塑料工件上不同的焊接点与激光器的振镜对应，然后重复步骤（2）和（4）对待焊接的塑料工件上不同焊接点进行焊接，直至待焊接塑料工件的所有焊接点焊接完成。
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