CN210525855U - 一种塑料和金属的激光焊接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种塑料和金属的激光焊接装置，包括计算机、连续波红外激光发射器、红外测温仪、光学组件、压力施加装置和二维运动平台，计算机和连续波红外激光发射器以及红外测温仪电连接，计算机与二维运动平台通讯连接，连续波红外激光发射器的发射方向与红外测温仪的发射方向相互垂直布置，红外测温仪下方的垂直方向上设有同轴耦合连续波红外激光发射器发出的激光束和红外测温仪发出的红外测温光束的光学组件，光学组件的下方设有二维运动平台，待焊接的样品通过压力施加装置固定在二维运动平台上；本实用新型提供的塑料和金属的激光焊接装置成本较低，工艺简单，方便进行规模化工业生产。

Description

一种塑料和金属的激光焊接装置

技术领域

本实用新型涉及一种塑料材料和金属材料的连接装置，特别是涉及一种塑料和金属的激光焊接装置。

背景技术

在现代工业设计及生产中，异种材料的连接是人们关注的焦点之一。金属与塑料是现代工业中应用较多的两种材质，他们具有不同的性质，在生产零件的过程中，实现其良好连接就成为难点。目前使用激光连接是解决塑料与金属材料有效的方法，其中激光直接连接金属与塑料首先需要金属表面处理，通过在该区域扫描激光并局部烧蚀材料，在金属表面上形成带槽的微观结构。凹槽可以小到几微米宽，而通过在同一区域上多次扫描激光可以改变深度。使用高频脉冲激光器在金属表面加工出深槽后，使用治具压合金属与塑料，利用连续激光加热熔化结合处塑料后形成有效连接。此种工艺方法需要对金属表面进行特殊的表面处理，对材料和工艺标准要求比较高。

专利《一种金属与塑料混合薄壁结构连接装置》(公开号：CN207494786U)采用飞秒激光器实现塑料与金属之间的连接。此专利采用的飞秒激光器价格昂贵，在实际生产中难以实现工业化量产模式。本实用新型采用的为连续激光器，结构简单，价格适宜，并且广泛应用于工业化生产制造中。另外在该专利中为提及如何实现生产过程中的质量管控，本实用新型采用同步高温计对焊接过程取样，实时反馈焊接效果，并且采用PID技术保证塑料和金属的有效连接。

针对以上问题，本实用新型提出一种结构合理、节约成本的塑料和金属的激光焊接装置。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种解决现有的皮秒激光设备成本较高，工艺复杂，不利于规模化工业生产应用的塑料和金属的激光焊接装置。

本实用新型的塑料和金属的激光焊接装置，包括计算机、连续波红外激光发射器、红外测温仪、光学组件、压力施加装置和二维运动平台，所述计算机和连续波红外激光发射器以及红外测温仪电连接，所述计算机与二维运动平台通讯连接，所述连续波红外激光发射器的发射方向与所述红外测温仪的发射方向相互垂直布置，所述红外测温仪下方的垂直方向上设有同轴耦合所述连续波红外激光发射器发出的激光束和所述红外测温仪发出的红外测温光束的所述光学组件，所述光学组件的下方设有所述二维运动平台，待焊接的样品通过所述压力施加装置固定在所述二维运动平台上。

进一步的，还包括位于所述光学组件和待焊接的样品之间的光路上的聚焦镜。

进一步的，待焊接的样品包括由上至下依次放置的可穿透红外光束的塑料材料、热熔胶和表面平整的金属材料，所述热熔胶位于所述光学组件的正下方。

进一步的，所述二维运动平台包括X轴运动平台、Y轴运动平台和工作台，所述Y轴运动平台安装在所述X轴运动平台上，工作台安装在所述Y轴运动平台上，所述X轴运动平台包括驱动所述Y轴运动平台在所述X轴运动平台上运动的第一直线电机以及支撑所述Y轴运动平台运动的第一直线导轨，所述Y轴运动平台包括驱动所述工作台在所述Y轴运动平台上运动的第二直线电机以及支撑所述工作台运动的第二直线导轨。

进一步的，所述压力施加装置包括两个对称布置的夹具。

进一步的，所述光学组件包括一个二向色镜

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

本实用新型所提供的一种塑料和金属的激光焊接装置，采用连续波模式的红外激光器，降低了成本；采用热固化高温材料连接塑料和金属，无需对金属表面进行特殊的激光处理，工艺简单，焊接区温度与激光输出能量闭环控制，保证焊接品质，因此可适用于汽车电子制造、消费类产品制造等行业中。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型的塑料和金属的激光焊接装置的结构示意图。

1计算机 2连续波红外激光发射器

3激光束 4红外测温仪

5红外测温光束 6二向色镜

7聚焦镜 8塑料材料

9热熔胶 10金属材料

11夹具 12二维运动平台

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

图1所示的一种塑料和金属的激光焊接装置，包括计算机1、连续波红外激光发射器2、红外测温仪4、光学组件、压力施加装置和二维运动平台12，计算机1和连续波红外激光发射器2以及红外测温仪4电连接，计算机1与二维运动平台12通讯连接，连续波红外激光发射器2的发射方向与红外测温仪5的发射方向相互垂直布置，红外测温仪5下方的垂直方向上设有同轴耦合连续波红外激光发射器2发出的激光束3和红外测温仪5发出的红外测温光束5的光学组件，光学组件的下方设有二维运动平台12，待焊接的样品通过压力施加装置固定在二维运动平台12上。

本实用新型提供的塑料和金属的激光焊接装置的使用过程如下：

1、进行设备初始化；

2、将热熔胶9置于红外透光的塑料材料8和金属材料10之间，夹具11给予合适的夹持力，并置于二维运动平台合适的位置上；

3、开启连续波红外激光发射器2，按照设定的参数将激光束3经光学组件投射至预定的待焊接位置，激光束3穿过上层红外透光的塑料材料8，对热熔胶9进行加热、熔化，在夹具11的夹持力作用下，上下的塑料材料和金属材料紧密连接在一起；

4、二维运动平台12在计算机1控制的二维运动平台控制系统控制下，载着待焊接样品按照预定轨迹作二维平面运动，激光束渐次到达待焊接位置，形成连续的焊接区域；

5、在焊接中，红外测温仪4同步测量焊接区域的温度，并反馈给计算机1，计算机1根据其温度的变化控制激光束3能量的输出，尽量保持焊接区温度的一致性，从而保证焊接质量，并对焊接过程同步监测；

6、焊接完成后，在焊件冷却过程中需要依据材料及产品结构等因素需保持一定的压力达到更好的焊接效果。

在本实施例中，还包括位于光学组件和待焊接的样品之间的光路上的聚焦镜7，这样，可以有效的会聚激光束，实现熔融焊接。

在本实施例中，待焊接的样品包括由上至下依次放置的可穿透红外光束的塑料材料8、热熔胶9和表面平整的金属材料10，热熔胶9位于光学组件的正下方，这样，可以同时实现温度监控和焊接。

在本实施例中，二维运动平台12包括X轴运动平台121、Y轴运动平台122和工作台123，Y轴运动平台122安装在X轴运动平台121上，工作台123安装在Y轴运动平台122上，X轴运动平台121包括驱动Y轴运动平台122在X轴运动平台121上运动的第一直线电机以及支撑Y轴运动平台122运动的第一直线导轨，Y轴运动平台122包括驱动工作台123在Y轴运动平台122上运动的第二直线电机以及支撑工作台123运动的第二直线导轨，这样，可以实现塑料材料8和金属材料10之间大面积的均匀焊接。

在本实施例中，压力施加装置包括两个对称布置的夹具11，压力施加装置为施力方向垂直于焊接面的气缸施压或是电机施压，主要作用是在焊接中施加压力，增减连接强度。

在本实施例中，光学组件包括一个二向色镜6，二向色镜6可以有选择反射或是透射不同波长的光束，在本实用新型中所选用的二向色镜6下表面可以高效的反射激光光源输出的高能激光束3，其上表面可以高效的透射红外测温仪工作波段的红外测温光束5。

本实用新型的优势在于：

提供了一种用于塑料和金属的激光焊接装置，该装置使用经济型的连续波段红外激光光源，适用于塑料件激光焊接的广泛应用，采用同轴红外测温仪同步量测焊接区域的温度，并反馈给计算机，使用PID技术调节激光器的输出能量，保证焊接区域的温度稳定性，提高焊接质量。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，此类改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种塑料和金属的激光焊接装置，其特征在于：包括计算机、连续波红外激光发射器、红外测温仪、光学组件、压力施加装置和二维运动平台，所述计算机和连续波红外激光发射器以及红外测温仪电连接，所述计算机与二维运动平台通讯连接，所述连续波红外激光发射器的发射方向与所述红外测温仪的发射方向相互垂直布置，所述红外测温仪下方的垂直方向上设有同轴耦合所述连续波红外激光发射器发出的激光束和所述红外测温仪发出的红外测温光束的所述光学组件，所述光学组件的下方设有所述二维运动平台，待焊接的样品通过所述压力施加装置固定在所述二维运动平台上。

2.根据权利要求1所述的一种塑料和金属的激光焊接装置，其特征在于：还包括位于所述光学组件和待焊接的样品之间的光路上的聚焦镜。

3.根据权利要求1所述的一种塑料和金属的激光焊接装置，其特征在于：待焊接的样品包括由上至下依次放置的可穿透红外光束的塑料材料、热熔胶和表面平整的金属材料，所述热熔胶位于所述光学组件的正下方。

4.根据权利要求1所述的一种塑料和金属的激光焊接装置，其特征在于：所述二维运动平台包括X轴运动平台、Y轴运动平台和工作台，所述Y轴运动平台安装在所述X轴运动平台上，工作台安装在所述Y轴运动平台上，所述X轴运动平台包括驱动所述Y轴运动平台在所述X轴运动平台上运动的第一直线电机以及支撑所述Y轴运动平台运动的第一直线导轨，所述Y轴运动平台包括驱动所述工作台在所述Y轴运动平台上运动的第二直线电机以及支撑所述工作台运动的第二直线导轨。

5.根据权利要求1所述的一种塑料和金属的激光焊接装置，其特征在于：所述压力施加装置包括两个对称布置的夹具。

6.根据权利要求1所述的一种塑料和金属的激光焊接装置，其特征在于：所述光学组件包括一个二向色镜。

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