ES2245756T3 - Procedimiento y dispositivo para la soldadura a traves de una mascara de laminas de plastico en movimiento mediante rayos laser. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la soldadura a traves de una mascara de laminas de plastico en movimiento mediante rayos laser.

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ES2245756T3 ES03011613T ES03011613T ES2245756T3 ES 2245756 T3 ES2245756 T3 ES 2245756T3 ES 03011613 T ES03011613 T ES 03011613T ES 03011613 T ES03011613 T ES 03011613T ES 2245756 T3 ES2245756 T3 ES 2245756T3
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Abstract

Procedimiento para la soldadura a través de una máscara de láminas de plástico en movimiento (13, 14) mediante rayos láser (9) en la que una lámina transparente (14) es atravesada por el rayo láser (9) y se une con una lámina absorbente (13) en posiciones definidas, en la que el rayo láser (9) se desplaza a una zona de soldadura mediante la máscara (20) que se arrastra con la lámina (13, 14) de forma sincronizada sobre la lámina (13, 14), la máscara (20) está dispuesta separada de la lámina transparente (14) y la velocidad de la máscara (20) se ajuste mediante un accionamiento (5) separado.

Description

Procedimiento y dispositivo para la soldadura a través de una máscara de láminas de plástico en movimiento mediante rayos láser.
La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la soldadura, a través de una máscara, de láminas de plástico en movimiento mediante rayos láser, en el que una lámina transparente es atravesada por el rayo láser y unida con una lámina absorbente en posiciones definidas.
Es conocido unir materiales de plástico, mediante rayos láser, de modo que el material superior dirigido al rayo láser, es atravesado por éste, y en la superficie de contacto, entre el material superior transparente al rayo láser y el material inferior opaco al rayo láser, calienta los dos materiales y los une bajo presión. El material transparente para el rayo láser puede ser ópticamente negro en la zona de longitud de onda visible. Es, además, conocido para ello generar rayos láser lineales, teniendo lugar un movimiento relativo entre material y rayo láser durante el proceso de soldadura para generar el contorno de soldadura deseado.
Una condición previa para el proceso de soldadura, según esta técnica de radiación, es la respuesta térmica del plástico bajo la radiación IR. El plástico pigmentado con materiales absorbente IR absorbe la energía térmica de la fuente de calor (fuente láser) bajo la radiación y se calienta. La acumulación de la energía térmica, y con ello la temperatura alcanzada en el plástico, depende de la forma de dosificación de la energía, por ejemplo, densidad de energía y tiempo de radiación. Además, es también importante la característica del material, por ejemplo, la conductividad térmica. El paso decisivo para el proceso de soldadura es la transición de fase entre el estado del cuerpo sólido al estado líquido, que a continuación también se denominará como temperatura de fusión. Para alcanzar este punto de fusión, se necesita, debido a la baja conductividad térmica del plástico, un cierto tiempo de calentamiento. En principio, esto es posible con una dosis de energía correspondientemente más elevada realizar una reducción del tiempo de radiación. Esta medida reduce, sin embargo, la ventana de proceso, con lo cual empeora la calidad de la soldadura.
El material en láminas sin fin se puede utilizar, por ejemplo, como parte de un componente micromecánico, sensores, actuadores, etc. siendo el material de láminas, al mismo tiempo, también medio de transporte para el componente. También se puede utilizar material de láminas sin fin para el embalaje de tales componentes transportados en una lámina, u otros objetos a embalar. Para la producción de tales láminas sin fin soldadas es importante realizar un proceso de soldadura lo más exacto, pero también lo más rápido posible.
En la solicitud de patente europea 02 011 925.2 (EP-A-1 366 890) anexa, del 16.05.2002, se indica un procedimiento y un dispositivo en que la elevada velocidad de soldadura para láminas de plástico sin fin se puede conseguir gracias a que al proceso de precalentamiento del plástico se integra por especial disposición del formador de rayos. Esto tiene lugar por dos rodillos, que presionan recíprocamente en sentido contrario, para lo cual, el primer rodillo está formado por un material permeable al rayo láser y en forma de tubo, y el segundo rodillo por un material con la superficie ligeramente deformable. Además, en el primer rodillo se han previsto dispositivo para la generación de por lo menos un rayo láser en la superficie de contacto. La velocidad de soldadura deseada se puede alcanzar allí por la adaptación del formador del rayo. Además, la estructura de la costura de soldadura deseada se puede realizar por la aplicación de una máscara, que se puede integrar en uno de los rodillos. Un dispositivo de esta clase puede funcionar sólo el caso de que no se exija una posición precisa de la posición de soldadura en la lámina.
Si, sin embargo, las estructuras de la costura de soldadura sólo se pueden aplicar en ciertas posiciones bien definidas sobre la lámina, por ejemplo, hasta 20 \mum, se debe ajustar correspondientemente la máscara durante el proceso de soldadura. Este ajuste se debe realizar permanentemente de forma dinámica y debe estar completamente separado del sistema de transporte de la lámina, para que la soldadura de alta velocidad permanezca sin influir por el proceso de ajuste y se pueda realizar rápidamente sin interrupción.
La presente invención tiene por ello como objetivo proponer una posibilidad con las estructuras de costura de soldadura en posiciones bien definidas en el rango de \mum en láminas de plástico de marcha rápida.
Este objetivo se consigue, según la invención, gracias a un procedimiento con las características de la reivindicación del procedimiento, según un dispositivo con las características de la reivindicación principal del dispositivo. Otras configuraciones ventajosas se deducen de las subreivindaciones correspondientes.
Según la invención, se une el chorro láser en una zona de soldadura, en la que las láminas de plástico están unidas entre ellas, mediante una máscara que se arrastra sincronizada con las láminas y se aplica sobre las láminas. Como zona de soldadura, se entiende, a continuación la zona, en la que el chorro láser incide de forma lineal en la lámina. En esta zona de soldadura tiene lugar, al mismo tiempo, una compresión de las láminas. Esto permite una adaptación dinámica de la máscara a las estructuras a soldar.
Según una configuración preferente del procedimiento, se dispone la máscara separada de la lámina transparente y se ajusta la velocidad de la máscara mediante un accionamiento separado. Con ello se considera especialmente el ajuste dinámico de la máscara, ya que esto permite una corrección de posición en línea, durante el proceso ininterrumpido de soldadura de láminas. La producción se puede garantizar con elevada capacidad y, al mismo tiempo, elevada precisión de la cobertura de la máscara con costuras de soldadura bien definidas.
Según otra configuración del procedimiento, se sincroniza la máscara mediante marcas de reconocimiento en una lámina y en un portamáscaras antes de alcanzar la zona de soldadura la velocidad de la lámina. Para ello hay diferentes posibilidades. Esto se puede realizar, por ejemplo, mediante captación óptica de las marcas de reconocimiento y correspondiente evaluación en un ordenador, con regulación a continuación de la velocidad de la máscara.
Preferentemente se aplica el rayo láser sobre la lámina en la zona de la soldadura mediante una sección periférica de un rodillo de máscara giratorio, alrededor de un eje. Esto tiene la ventaja de que la colocación de un dispositivo correspondiente se puede realizar en el espacio más reducido posible.
Después de la penetración de la máscara, se lleva el rayo láser a las láminas, mediante un rodillo rotativo de apriete transparente con la velocidad de la máquina. Por ello, se puede tratar de un rodillo de apriete, que presenta un eje de giro propio o que su eje de giro corresponda al eje de giro del rodillo de la máscara. Con diferentes ejes de giro, es posible que el rodillo las máscara y el rodillo de apriete giren en sentido contrario y se toquen en la periferia o no. La configuración preferente del procedimiento, según la invención, con relación al rodillo de apriete transparente tiene lugar de tal manera que el rayo láser se aplica en el rodillo de apriete, alrededor del rodillo de máscara sobre la lámina. Esto puede realizarse mediante un rodillo de apriete, con igual o distinto eje de rotación. Preferentemente, el rodillo de apriete, ópticamente transparente, se acciona de forma pasiva por el movimiento de la lámina, mientras el rodillo de máscara se manda por un sistema de accionamiento propio. De este modo, se puede sincronizar al 100% la rotación de este rodillo, tanto con el rodillo con la lámina de plástico en marcha. De esta manera se obtiene una máscara sincronizada con la lámina de plástico en movimiento permanente. La posición relativa de las estructuras de la máscara con relación a la lámina de plástico se determina por la adaptación de la velocidad del rodillo de la máscara.
Con el dispositivo configurado según la invención, se dispone la máscara en un rodillo de máscara, rotativo, alrededor del eje longitudinal, cuya velocidad se puede sincronizar con la velocidad de la lámina.
Además, se ha dispuesto preferentemente el rodillo de máscara en uno de los rodillos de apriete, con lo cual los dos ejes de giro son paralelos o iguales entre sí, y el perímetro del rodillo de la máscara, por lo menos en las zona de soldadura, está rodeado de una separación mínima del perímetro interior del rodillo de la máscara para el rodillo de apriete transparente a los rayos láser. La distancia más reducida debe preverse, por lo menos en la zona de soldadura, para garantizar la precisión necesaria en la transmisión de la máscara sobre la lámina. La distancia puede ser para ello en esta zona menor de 1 mm. Hasta que punto la separación de las zona restante pueda diferir de este valor depende de la disposición del rodillo de apriete con relación al rodillo de la máscara.
En otra configuración, el rodillo de máscara presenta marcas de reconocimiento para el reconocimiento óptico de la velocidad, y un dispositivo de mando ajusta la velocidad de rotación del rodillo de máscara, en función de la comparación con la velocidad de las láminas. En principio, la velocidad de las láminas se puede determinar asimismo mediante las marcas de reconocimiento, pero también sólo por la velocidad de rotación de los rodillos de accionamiento.
El procedimiento, según la invención, y el dispositivo, según la invención describe un procedimiento de ajuste de máscaras dinámico, para la soldadura de láminas sin fin con un dispositivo relativamente simple para integrar, que, en caso necesario, puede desconectarse. El procedimiento es en línea, es decir, se puede mandar directamente en un proceso de velocidad elevada a aplicar de forma unidimensional. La unidad de ajuste está separada completamente del mecanismo de transporte de la lámina, y no influye el proceso de soldadura, y con ello, sobre todo, la velocidad. Permite elevadas velocidades de lámina, habiéndose alcanzado en ensayos velocidades de lámina de 800 mm por segundo. Velocidades más elevadas de hasta por lo menos 1000 mm por segundo parecen realizables.
A continuación se explicará la invención con mayor detalle, mediante un ejemplo de realización y con la figura única. Esta figura muestra la estructura de principio de una disposición según la invención.
En un rodillo de máscaras 1, que gira alrededor del eje de accionamiento 3, se encuentran configuradas estructuras de máscara 20 delgadas transparentes, así como marcas de reconocimiento 21 en forma de trazos. Alrededor del rodillo de máscara 1, se ha dispuesto un rodillo de apriete transparente 2, que se desplaza sobre el soporte del rodillo 4 de forma pasiva a través del desplazamiento de las láminas 13 y 14 a soldar entre sí. El rodillo de máscaras 1 gira a través del eje de accionamiento 3 mediante un dispositivo de accionamiento 5.
En el ejemplo de realización, la lámina 13 está configurada como lámina absorbente y las lámina 14 como lámina transparente, que se pueden presionar antes de un cilindro de apriete 7 con presión contra la lámina 23, que se desplaza en dirección vertical y, por ejemplo, mediante el rodillo de apriete 2. El sentido de rotación 26 del rodillo de apriete 6 no transparente y los sentidos de giro 25, 27 del rodillo de apriete 2, que gira en el mismo sentido, o del rodillo de máscara 1, son en sentido contrario. El rodillo de apriete 6 se acciona asimismo pasivamente, para presentar durante el proceso de soldadura, en la zona de soldadura, una zona de apriete y presenta una superficie de apriete para disponer de una zona de apriete blanda, para facilitar una zona de apriete más larga en la zona de soldadura durante el proceso de soldadura. El sentido de desplazamiento de las láminas juntas 23 se indica por la flecha 24.
En el lado inferior de la lámina absorbente 13, se pueden encontrar, por ejemplo, estructuras tales como, una película metálica. Adicionalmente, presenta ésta, en el borde, marcas de reconocimiento 19, por ejemplo, trazos delgados. Estas marcas de reconocimiento se reconocen mediante un dispositivo de detección reconocido, y se alimenta a través del conducto 15 por una unidad de procesado de señales 17. La unidad de procesado de señales 17 proporciona señales correspondientes a través del conducto 22 al mando de accionamiento 28.
La soldadura se realiza mediante un rayo láser 9, desde una fuente láser 10, estando dispuesto en el rodillo de máscara 1 un espejo de desvío 8, para focalizar el rayo láser en el punto deseado. En principio, es también posible siempre que sea necesario, desplazar el rayo láser por un dispositivo de desvío a través de una cierta zona de la lámina.
Para la sincronización entre el rodillo de máscaras 1 y las láminas de plástico a soldar 13, 14 se puede conseguir, mediante la captación de la posición real, de la lámina de plástico 13, antes de la zona de soldadura y de la posición real de la máscara 20. Para ello, se aplican ciertas marcas de reconocimiento idénticas 19, 21 tanto en la lámina de plástico 13, como también en el rodillo de máscara 2 con período definido claro. Esto tiene lugar, en el ejemplo de realización, mediante trazos finos. Son posibles también otras marcas corrientes conocidas por el experto en la materia. La geometría de estos trazos delgados se determina por el requerimiento de la precisión de ajuste y de la velocidad de soldadura máxima deseada.
Las relaciones de posición relativas entre las marcas de reconocimiento 19 y la estructura útil 18 de la lámina 13 están definidas de manera fija. Estas marcas de reconocimiento se pueden captar mediante los detectores ópticos obtenidos, por ejemplo, en barreras fotoeléctricas, de forma rápida y altamente precisa. Mediante la comparación de las señales de medición, se puede determinar la información a través de la posición relativa entre la máscara 20 y la lámina 13 y para el mando de la velocidad de giro del rodillo de máscara 1. El ajuste es, en este sentido, la corrección permanente del recambio de la posición del rodillo de máscara. El resultado de soldadura se puede controlar mediante un sistema de cámara después de la soldadura.

Claims (9)

1. Procedimiento para la soldadura a través de una máscara de láminas de plástico en movimiento (13, 14) mediante rayos láser (9) en la que una lámina transparente (14) es atravesada por el rayo láser (9) y se une con una lámina absorbente (13) en posiciones definidas, en la que el rayo láser (9) se desplaza a una zona de soldadura mediante la máscara (20) que se arrastra con la lámina (13, 14) de forma sincronizada sobre la lámina (13, 14), la máscara (20) está dispuesta separada de la lámina transparente (14) y la velocidad de la máscara (20) se ajuste mediante un accionamiento (5) separado.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque la máscara (20) se sincroniza mediante marcas de reconocimiento (19, 21) sobre una lámina (13) y un portador de máscaras (1) antes de alcanzar la zona de soldadura.
3. Procedimiento, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el rayo láser (9) en la zona de soldadura se activa por una sección periférica de un rodillo de máscara (1) sobre las láminas (13, 14) a través de una sección periférica de un eje giratorio accionado preferentemente de forma activa.
4. Procedimiento, según la reivindicación 3, caracterizado porque el rayo láser (9) se lleva después de la máscara (20) a través de un rodillo de apriete (2) giratorio transparente accionado con una velocidad giratorio de lámina preferentemente de forma pasiva sobre las láminas (13, 14).
5. Procedimiento, según la reivindicación 4, caracterizado porque el rayo láser (9) se lleva a las láminas (13, 14) a través de un rodillo de apriete (2) dispuesto alrededor del rodillo de máscara (1).
6. Procedimiento, según la reivindicación 2, caracterizado porque la sincronización de la velocidad de máscara se lleva a cabo con la velocidad de las láminas, mediante la comparación de las marcas de reconocimiento (19, 21) y la correspondiente regulación de la velocidad de las máscaras (20).
7. Dispositivo para la soldadura a través de una máscara de láminas de plástico en movimiento, mediante rayos láser, con un dispositivo láser (10) así como dispositivos para la alimentación de las láminas (13, 14) en una zona de soldadura, con por lo menos de un rodillo de apriete superior (6) y de un rodillo de apriete inferior (2) para la compresión de las láminas (13, 14) por lo menos de una zona de soldadura, caracterizado porque la máscara (20) se ha dispuesto en un rodillo de máscara (1) que gira alrededor de un eje longitudinal (3), cuyo velocidad se puede sincronizar con la velocidad de la lámina.
8. Dispositivo, según la reivindicación 7, caracterizado porque el rodillo de máscara (1) se ha dispuesto en uno de los rodillos de apriete (2, 6), siendo los dos ejes de rotación (3, 4) paralelos entre sí o iguales, y el perímetro del rodillo de máscara (1), por lo menos de la zona de la soldadura está rodeado con una distancia muy reducida al perímetro interior del rodillo de apriete (2) transparente para los rayos láser que rodean al rodillo de máscara (1).
9. Dispositivo, según la reivindicación 8, caracterizado porque el rodillo de máscara (1) presenta marcas de reconocimiento (21) para el reconocimiento óptico de la velocidad, y un dispositivo de mando (28) que ajusta la velocidad de rotación del rodillo de máscara (1) en función de la comparación de la velocidad de las láminas (13, 14).
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