CN212127969U - 一种玻璃激光焊接设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及激光焊接技术领域，尤其是指一种玻璃激光焊接设备，其包括本体，本体上依次设置有激光发射器、Z轴调节机构、X轴调节机构和Y轴调节机构，Z轴调节机构包括准直壁筒、连接套、聚焦壁筒和第一驱动组件，准直壁筒套接于连接套，聚焦壁筒固设于连接套，准直壁筒内设有第一凸透镜，聚焦壁筒内设置有第二凸透镜；X轴调节机构包括第一反射镜和用于控制第一反射镜沿X轴方向转动的第二驱动组件；Y轴调节机构包括第二反射镜和用于控制第二反射镜沿Y轴方向转动的第三驱动组件。本实用新型可以针对不同类型的焊接预设不同的焊接轨迹，构操作简单，能提高焊接的兼容性，提高玻璃的焊接效率。

Description

一种玻璃激光焊接设备

技术领域

本申请涉及激光焊接技术领域，尤其是指一种玻璃激光焊接设备。

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。

由于玻璃材料具有电磁信号屏蔽低、硬度高、质量轻、成本低以及易于实现量化生产等特点，随着5G、无线充电、光通信和芯片技术的飞速发展，玻璃材料逐渐成为生产3C电子结构件(如手机玻璃机壳)、半导体器件(晶元与面板)、光学元器件和摄像头模组的主流材料，且需求在不断扩大。在对玻璃材料进行加工的过程中，经常需要对玻璃材料之间进行搭接、角接、对接等类型的连接加工，对于玻璃材料之间的连接，传统工艺主要采用胶黏剂粘结方案实现，然而由于胶黏剂会释放气体、易致脏污，且其光致漂白会导致玻璃过早老化，采用激光焊接玻璃成为了替代传统工艺的加工方式。激光焊接作为一种非接触的加工方法，具有焊接热影响区、热应力及变形都很小等优点，被广泛应用于各个领域。

但是，目前的玻璃激光焊接设备还存在无法兼容搭接、角接、对接等不同类型的焊接的问题，缺乏兼容性，导致玻璃焊接效率偏低。

实用新型内容

本申请实施例所要解决的技术问题是目前的玻璃激光焊接设备还存在无法兼容搭接、角接、对接等不同类型的焊接的问题，缺乏兼容性，导致玻璃焊接效率偏低。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种玻璃激光焊接设备，采用了如下所述的技术方案：包括本体，所述本体上依次设置有激光发射器、Z轴调节机构、X轴调节机构和Y轴调节机构，

所述Z轴调节机构包括准直壁筒、连接套、聚焦壁筒和第一驱动组件，所述准直壁筒套接于连接套，所述聚焦壁筒固设于连接套远离准直壁筒一端，所述第一驱动组件用于驱动所述准直壁筒靠近或远离聚焦壁筒，所述准直壁筒内设有第一凸透镜，所述聚焦壁筒内设置有第二凸透镜，所述第一凸透镜和第二凸透镜用于传导经激光发射器发射的激光；

所述X轴调节机构包括第一反射镜和用于控制所述第一反射镜沿X轴方向转动的第二驱动组件，所述第一反射镜用于反射经第二透镜传导的激光；

所述Y轴调节机构包括第二反射镜和用于控制所述第二反射镜沿Y轴方向转动的第三驱动组件，所述第二反射镜用于反射经第一反射镜反射的激光。

进一步地，所述激光发射器发射的激光为高频超短脉宽激光，激光波长为 1060～1067nm，激光脉冲宽度为1000～10fs，激光峰值功率为1～50Mv。

进一步地，所述第一驱动组件包括设置于本体的滑轨和固设于准直壁筒的滑块，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述本体设置有由于驱动滑块沿滑轨移动的气缸。

进一步地，所述第一凸透镜为一面为平面且另一面为凸面的准直镜片，所述准直镜片的平面朝向激光发射器设置。

进一步地，所述第二凸透镜为一面为平面且另一面为凸面的聚焦镜片，所述聚焦镜片的凸面朝向所述准直镜片设置。

进一步地，还包括用于容纳X轴调节机构、Y轴调节机构的屏蔽箱，所述屏蔽箱开设有进光孔和出光孔，所述聚焦壁筒连接进光孔。

进一步地，所述屏蔽箱为铝合金箱。

进一步地，所述第一反射镜固设有第一转轴，所述第一转轴转动连接于屏蔽箱的内底面；所述第二反射镜固设有第二转轴，所述第二转轴转动连接于屏蔽箱的内侧面。

进一步地，所述第二驱动组件包括固设于第一转轴的第一蜗轮和转动承载于所述屏蔽箱的第一蜗杆，所述第一蜗轮与第一蜗杆啮合连接，所述屏蔽箱内设置有用于驱动所述第一蜗杆转动的第一伺服电机。

进一步地，所述第三驱动组件包括固设于第二转轴的第二蜗轮和转动承载于所述屏蔽箱的第二蜗杆，所述第二蜗轮与第二蜗杆啮合连接，所述屏蔽箱内设置有用于驱动所述第二蜗杆转动的第二伺服电机。

与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：

本申请的玻璃激光焊接设备通过激光发射器输出高频超短脉宽激光，使待焊接玻璃能非线性吸收，实现对待焊接玻璃的加热；通过Z轴调节机构、X轴调节机构和Y轴调节机能将焊接激光聚焦至待焊接玻璃中，使焦点在待焊接玻璃中按照预设的三维焊接轨迹移动，针对不同类型的焊接预设不同的焊接轨迹，构操作简单，能提高焊接的兼容性，提高玻璃的焊接效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的整体结构示意图；

图2为本申请实施例的Z轴调节机构的内部结构示意图；

图3为本申请实施例的屏蔽箱的内部结构示意图。

附图标记说明：10、本体；11、屏蔽箱；111、进光孔；112、出光孔；20、激光发射器；30、Z轴调节机构；31、准直壁筒；32、连接套；33、聚焦壁筒； 34、第一驱动组件；341、滑轨；342、滑块；343、气缸；35、第一凸透镜； 36、第二凸透镜；41、第一反射镜；42、第一转轴；43、第二驱动组件；431、第一蜗轮；432、第一蜗杆；433、第一伺服电机；51、第二反射镜；52、第二转轴；53、第二驱动组件；531、第二蜗轮；532、第二蜗杆；533、第二伺服电机。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请实施例提供一种玻璃激光焊接设备,包括本体，所述本体上依次设置有激光发射器、Z轴调节机构、X轴调节机构和Y轴调节机构，所述Z轴调节机构包括准直壁筒、连接套、聚焦壁筒和第一驱动组件，所述准直壁筒套接于连接套，所述聚焦壁筒固设于连接套远离准直壁筒一端，所述第一驱动组件用于驱动所述准直壁筒靠近或远离聚焦壁筒，所述准直壁筒内设有第一凸透镜，所述聚焦壁筒内设置有第二凸透镜，所述第一凸透镜和第二凸透镜用于传导经激光发射器发射的激光；所述X轴调节机构包括第一反射镜和用于控制所述第一反射镜沿X轴方向转动的第二驱动组件，所述第一反射镜用于发射经第二透镜传导的激光；所述Y轴调节机构包括第二反射镜和用于控制所述第二反射镜沿Y轴方向转动的第三驱动组件，所述第二反射镜用于发射经第一反射镜反射的激光。

本申请的玻璃激光焊接设备通过激光发射器输出高频超短脉宽激光，使待焊接玻璃能非线性吸收，实现对待焊接玻璃的加热；通过Z轴调节机构、X轴调节机构和Y轴调节机能将焊接激光聚焦至待焊接玻璃中，使焦点在待焊接玻璃中按照预设的三维焊接轨迹移动，针对不同类型的焊接预设不同的焊接轨迹，构操作简单，能提高焊接的兼容性，提高玻璃的焊接效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

如图1-3所示，一种玻璃激光焊接设备，包括本体10，所述本体10上依次设置有激光发射器20、Z轴调节机构30、X轴调节机构43和Y轴调节机构 53，所述Z轴调节机构30包括准直壁筒31、连接套32、聚焦壁筒33和第一驱动组件34，所述准直壁筒31套接于连接套32，所述聚焦壁筒33固设于连接套32远离准直壁筒31一端，所述第一驱动组件34用于驱动所述准直壁筒 31靠近或远离聚焦壁筒33，所述准直壁筒31内设有第一凸透镜35，所述聚焦壁筒33内设置有第二凸透镜36，所述第一凸透镜35和第二凸透镜36用于传导经激光发射器20发射的激光；所述X轴调节机构包括第一反射镜41和用于控制所述第一反射镜41沿X轴方向转动的第二驱动组件43，所述第一反射镜41用于反射经第二凸透镜36传导的激光；所述Y轴调节机构包括第二反射镜51和用于控制所述第二反射镜51沿Y轴方向转动的第三驱动组件53，所述第二反射镜51用于发射经第一反射镜41反射的激光。

本申请的玻璃激光焊接设备通过激光发射器20输出高频超短脉宽激光，使待焊接玻璃能非线性吸收，实现对待焊接玻璃的加热；通过Z轴调节机构 30、X轴调节机构和Y轴调节机能将焊接激光聚焦至待焊接玻璃中，使焦点在待焊接玻璃中按照预设的三维焊接轨迹移动，针对不同类型的焊接预设不同的焊接轨迹，构操作简单，能提高焊接的兼容性，提高玻璃的焊接效率。

优选地，所述激光发射器20发射的激光为高频超短脉宽激光，激光波长为1060～1067nm，激光脉冲宽度为1000～10fs，激光峰值功率为1～50Mv。具体的焊接参数可根据待焊接玻璃的材料类型、规格等进行调整，以厚度为0.5mm 的石英玻璃之间的对接为例，采用的焊接激光的打标频率为1000kHz、功率百分比90％、焊接速度500mm/s，焊接激光的焦点在焊接轨迹上重复扫描30次后，完成对石英玻璃的焊接。

如图1所示，所述第一驱动组件34包括设置于本体10的滑轨341和固设于准直壁筒31的滑块342，所述滑块342与所述滑轨341滑动连接，所述本体10设置有由于驱动滑块342沿滑轨341移动的气缸343。具体的，气缸343 驱动滑块342沿滑轨341运动，可以调节第一凸透镜35和第二凸透镜36之间的距离，进而调节激光在Z轴方向的焦点位置，方便对激光焦点在竖直方向上的位置调整，而且调节比较灵活。

如图2所示，所述第一凸透镜35为一面为平面且另一面为凸面的准直镜片(图中没有标注)，所述准直镜片的平面朝向激光发射器20设置，可以对激光发射器20的散光进行汇集，使光线初步收拢，呈水平光线；所述第二凸透镜36为一面为平面且另一面为凸面的聚焦镜片(图中没有标注)，所述聚焦镜片的凸面朝向所述准直镜片设置，可以进一步对收拢的光线进行汇集，最终汇集到一点。具体地，准直镜片能相对于聚焦镜片移动，当准直镜片靠近聚焦镜片，准直镜片的焦距增大，射出的水平激光束直径随之缩小，使聚焦镜片的焦距缩短，焦点在Z轴方向上的高度升高；相反地，当准直镜片远离聚焦镜片，准直镜片的焦距缩短，射出的水平激光束直径随之增大，使聚焦镜片的焦距增大，焦点在Z轴方向上的高度下降。

如图3所示，一种玻璃激光焊接设备，还包括用于容纳X轴调节机构、Y 轴调节机构的屏蔽箱11，所述屏蔽箱11开设有进光孔111和出光孔112，所述聚焦壁筒33连接进光孔111。具体地，所述屏蔽箱11为铝合金箱，一方面可以避免外界电磁环境干扰X轴调节机构、Y轴调节机构的正常运行，另一方面可以避免灰尘沾到第一反射镜41和第二反射镜51上，造成激光功率损失。

如图3所示，所述第一反射镜41固设有第一转轴42，所述第一转轴42 转动连接于屏蔽箱11的内底面；所述第二反射镜51固设有第二转轴52，所述第二转轴52转动连接于屏蔽箱11的内侧面。所述第二驱动组件43包括固设于第一转轴42的第一蜗轮431和转动承载于所述屏蔽箱11的第一蜗杆432，所述第一蜗轮431与第一蜗杆432啮合连接，所述屏蔽箱11内设置有用于驱动所述第一蜗杆432转动的第一伺服电机433。所述第三驱动组件53包括固设于第二转轴52的第二蜗轮531和转动承载于所述屏蔽箱11的第二蜗杆532，所述第二蜗轮531与第二蜗杆532啮合连接，所述屏蔽箱11内设置有用于驱动所述第二蜗杆532转动的第二伺服电机533。具体地，蜗轮和蜗杆具有自锁功能，通过伺服电机控制可以精确反射镜的转动角度，对于激光焦点在X轴和 Y轴方向上的位置调节非常方便，使焦点在待焊接玻璃中按照预设的三维焊接轨迹移动，针对不同类型的焊接预设不同的焊接轨迹，构操作简单，能提高焊接的兼容性，提高玻璃的焊接效率。

综上所述

本申请的玻璃激光焊接设备通过激光发射器20输出高频超短脉宽激光，使待焊接玻璃能非线性吸收，实现对待焊接玻璃的加热；通过Z轴调节机构 30、X轴调节机构和Y轴调节机能将焊接激光聚焦至待焊接玻璃中，使焦点在待焊接玻璃中按照预设的三维焊接轨迹移动，针对不同类型的焊接预设不同的焊接轨迹，构操作简单，能提高焊接的兼容性，提高玻璃的焊接效率。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种玻璃激光焊接设备，包括本体，其特征在于：所述本体上依次设置有激光发射器、Z轴调节机构、X轴调节机构和Y轴调节机构，

所述Z轴调节机构包括准直壁筒、连接套、聚焦壁筒和第一驱动组件，所述准直壁筒套接于连接套，所述聚焦壁筒固设于连接套远离准直壁筒一端，所述第一驱动组件用于驱动所述准直壁筒靠近或远离聚焦壁筒，所述准直壁筒内设有第一凸透镜，所述聚焦壁筒内设置有第二凸透镜，所述第一凸透镜和第二凸透镜用于传导经激光发射器发射的激光；

所述X轴调节机构包括第一反射镜和用于控制所述第一反射镜沿X轴方向转动的第二驱动组件，所述第一反射镜用于反射经第二透镜传导的激光；

所述Y轴调节机构包括第二反射镜和用于控制所述第二反射镜沿Y轴方向转动的第三驱动组件，所述第二反射镜用于反射经第一反射镜反射的激光。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃激光焊接设备，其特征在于：所述激光发射器发射的激光为高频超短脉宽激光，激光波长为1060～1067nm，激光脉冲宽度为1000～10fs，激光峰值功率为1～50Mv。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃激光焊接设备，其特征在于：所述第一驱动组件包括设置于本体的滑轨和固设于准直壁筒的滑块，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述本体设置有由于驱动滑块沿滑轨移动的气缸。

4.根据权利要求3所述的一种玻璃激光焊接设备，其特征在于：所述第一凸透镜为一面为平面且另一面为凸面的准直镜片，所述准直镜片的平面朝向激光发射器设置。

5.根据权利要求4所述的一种玻璃激光焊接设备，其特征在于：所述第二凸透镜为一面为平面且另一面为凸面的聚焦镜片，所述聚焦镜片的凸面朝向所述准直镜片设置。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种玻璃激光焊接设备，其特征在于：还包括用于容纳X轴调节机构、Y轴调节机构的屏蔽箱，所述屏蔽箱开设有进光孔和出光孔，所述聚焦壁筒连接所述进光孔。

7.根据权利要求6所述的一种玻璃激光焊接设备，其特征在于：所述屏蔽箱为铝合金箱。

8.根据权利要求7所述的一种玻璃激光焊接设备，其特征在于：所述第一反射镜固设有第一转轴，所述第一转轴转动连接于屏蔽箱的内底面；所述第二反射镜固设有第二转轴，所述第二转轴转动连接于屏蔽箱的内侧面。

9.根据权利要求8所述的一种玻璃激光焊接设备，其特征在于：所述第二驱动组件包括固设于第一转轴的第一蜗轮和转动承载于所述屏蔽箱的第一蜗杆，所述第一蜗轮与第一蜗杆啮合连接，所述屏蔽箱内设置有用于驱动所述第一蜗杆转动的第一伺服电机。

10.根据权利要求6所述的一种玻璃激光焊接设备，其特征在于：所述第三驱动组件包括固设于第二转轴的第二蜗轮和转动承载于所述屏蔽箱的第二蜗杆，所述第二蜗轮与第二蜗杆啮合连接，所述屏蔽箱内设置有用于驱动所述第二蜗杆转动的第二伺服电机。

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