ES2265081T3 - Procedimiento y dispositivo para calentamiento simultaneo de materiales. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para el calentamiento simultaneo de materiales teniendo un contorno de calentamiento discrecional, esencialmente plano, mediante radiación láser, caracterizado porque el rayo láser (12) se inyecta mediante unos elementos ópticos (2 a 4) en dirección longitudinal en la pared de un tubo (5) transparente a la radiación IR que está formado de acuerdo con el contorno (9) deseado de calentamiento en el lado de salida (14), y porque el rayo láser que sale se reproduce posteriormente en el plano (8) de calentamiento mediante una lente convergente (7).

Description

Procedimiento y dispositivo para calentamiento simultáneo de materiales.
El objeto de la presente invención es un procedimiento y un dispositivo para el calentamiento simultáneo de materiales mediante radiación láser con una forma discrecional del contorno de calentamiento esencialmente plano.
Es conocido, por ejemplo por la patente JP-A-58027118, de calentar materiales mediante rayos láser a efectos de la conformación de materiales, por ejemplo para cortarlos, soldarlos etc. Asimismo es conocido unir materias plásticas mediante rayos láser, por ejemplo en el procedimiento de radiación láser. El procedimiento de radiación láser mediante radicación IR se aprovecha para la soldadura de la diferente absorción en las piezas que deben soldarse. La pieza superior dirigida hacia la fuente de láser es transparente al rayo láser mientras que la pieza inferior absorbe el rayo láser, de modo que en el punto de soldadura, debido al calentamiento de la parte inferior, ambos componentes se funden y se comprimen bajo presión. Mediante el rayo láser se pueden realizar unas soldaduras relativamente finas y altamente precisas, particularmente de componentes micromecánicos. Es preferente realizar la soldadura simultáneamente a lo largo de la entera línea de soldadura, de modo que, en un proceso de exposición, se caliente el entero contorno de soldadura esencialmente plano y se sueldan los componentes entre ellos. De esta manera el entrehierro entre los componentes es puenteado y los desniveles se compensan.
El objeto de la presente invención por lo tanto es proponer un procedimiento y un dispositivo en el cual los materiales con una forma discrecional del contorno de la línea de calentamiento se puedan calentar simultáneamente mediante radiación láser, y especialmente se puedan soldar componentes de materias plásticas.
Este objeto se resuelve de acuerdo con la invención mediante un procedimiento según la reivindicación principal así como un dispositivo de acuerdo con la reivindicación independiente de dispositivo. Otras realizaciones preferentes se encuentran en las subreivindicaciones respectivamente relacionadas.
De acuerdo con el procedimiento, el rayo láser se inyecta mediante unos elementos ópticos en dirección longitudinal del lado frontal en la pared de un tubo conductor de rayos IR que está deformado en su lado de salida según el contorno, y el rayo láser emergente es posteriormente reproducido mediante una lente convergente en el plano de calentamiento. Mediante el tubo de paredes delgadas se produce una formación de rayos, en cuyo caso el tubo no solo se considera como conductor de luz y transformador de rayos, sino también como medio de homogeneización para la intensidad de la luz. A este efecto se pulen las dos extremidades de este tubo de paredes delgadas, para garantizar la inyección y salida sin pérdidas de los rayos láser. La circunferencia circular del tubo conductor de luz corresponde a la longitud del contorno de calentamiento entero deseado, de modo que se realicen los contornos de calentamiento en la mayoría de casos cerrados. En uno de los lados del tubo, el mismo es mantenido de manera preferente en su forma redonda. Este lado sirve de interfaz para la inyección de luz. El otro lado del tubo es formado específicamente según el componente para generar el contorno deseado. La transformación de este lado puede efectuarse de varias maneras, siendo una posibilidad por ejemplo calentar un tubo de materia plástica con aire caliente, ablandar la materia plástica ligeramente y posteriormente configurar la figura de contorno deseada con herramienta auxiliar de conformación. Otra manera de conformación es la fabricación mediante herramienta de molde para fundición inyectable. De modo general sirven todos los materiales que garanticen las funciones antes mencionadas, por ejemplo materias plásticas, vidrio o herramienta basada en
vidrio.
A efectos de facilitar la inyección homogeneizada de luz, de modo preferente la radiación láser puede transformarse en forma anular. En este caso, la circunferencia circular del anillo debería corresponder a la circunferencia circular del tubo de materia plástica de manera precisa.
Preferentemente, la radiación láser conformada de forma anular se obtiene mediante una lente Axicon. La misma transfiere la luz láser en una forma anular y se enfoca de modo nítido en la sección transversal del tubo conductor de luz mediante una lente convergente siguiente. De esta manera, la energía láser puede inyectarse sin pérdidas en el tubo conductor de luz.
El rayo láser que sale por ejemplo de una fibra óptica puede colimarse en la lente Axicon mediante una lente convergente. Cuando la luz láser sale del otro lado del tubo conductor de luz, radiará con un ángulo de divergencia más grande. Puesto que existe una distancia no reducible entre la salida del tubo de materia plástica y el plano de calentamiento, la figura de salida se configura de modo preferente otra vez precisamente en el plano de calentamiento mediante una lente convergente. De este modo se obtiene la distancia deseada de operación entre el lado frontal del tubo y el componente. La homogeneización de la intensidad del rayo se mejora a través de la longitud del tubo. La misma puede elegirse de manera variable.
Gracias a la invención se obtiene una alta flexibilidad en la fabricación de un tubo conductor de luz de esta índole como herramienta óptica. La formación de rayos láser en forma anular y la variación de la circunferencia anular es relativamente sencilla, de manera que el esfuerzo para la fabricación de un dispositivo completo de esta índole es bajo y por lo tanto muy ventajoso.
Esta técnica facilita entre otras cosas la soldadura simultánea de componentes de materia plástica, siendo ventajoso el progreso de la técnica que permite emitir un rendimiento siempre más alto de láser desde un punto. En este caso el láser de fibra ofrece un punto enfocable de un tamaño pequeño entre 6 y 50 \mum. El rendimiento óptico de este tipo de láser se gradúa discrecionalmente desde pocos vatios hasta varios quilovatios. Gracias a ello, la utilización técnica de esta invención se hace posible en un gran campo de aplicación.
A continuación, la invención se muestra y se explica en un ejemplo de realización en relación con los dibujos acompañantes en un caso de soldadura de componentes de materia plástica. Representan:
La figura 1 una vista en perspectiva del dispositivo entero;
La figura 2 una representación parcial agrandada de la extremidad del tubo conductor de luz hasta los componentes a ser soldados; y
La figura 3 una representación de la trayectoria óptica con los diversos conos de rayo.
La figura 1 representa una fibra óptica 1 de la cual sale un rayo láser 12 que es colimado a través de una lente convergente 2 en una lente Axicon o lente cónica 2. La lente Axicon deforma el rayo láser, tal como se representa en la figura 3, de modo que se configure una trayectoria óptica de forma cónica. El anillo que incide en la próxima lente convergente 4 se enfoca en la extremidad redonda 13 del lado frontal del tubo conductor de luz y penetra allí en la pared. Evidentemente, el anillo formado por la lente 4 debe coincidir con las dimensiones del tubo 5. El rayo láser se transmite posteriormente a la extremidad de salida a través del tubo 5 que está configurado como tubo de materia plástica en el ejemplo de realización. En esta extremidad el tubo 5 está deformado de acuerdo con los contornos 6, de modo que el rayo láser que sale allí presenta este contorno correspondiente. Para enfocar el rayo láser en el plano de soldadura 8, el mismo, después de su salida de la extremidad deformada 14 del lado frontal incide en una lente 7 que enfoca y representa de manera precisa, de modo que en el plano de soldadura 8 se genere el contorno 9 representado en la figura 1 y la figura 2.
La figura 2 muestra el tubo 5 en una representación a escala reducida con su extremidad redonda 13 del lado frontal y su extremidad deformada 14 del lado frontal así como los componentes que deben ser conectados entre ellos, con la pieza a unir transparente 14 y la pieza a unir absorbente 11.

Claims (10)

1. Procedimiento para el calentamiento simultaneo de materiales teniendo un contorno de calentamiento discrecional, esencialmente plano, mediante radiación láser, caracterizado porque el rayo láser (12) se inyecta mediante unos elementos ópticos (2 a 4) en dirección longitudinal en la pared de un tubo (5) transparente a la radiación IR que está formado de acuerdo con el contorno (9) deseado de calentamiento en el lado de salida (14), y porque el rayo láser que sale se reproduce posteriormente en el plano (8) de calentamiento mediante una lente convergente (7).
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que el rayo láser (12) se conforma mediante unos elementos ópticos (2 a 4) en forma anular y se inyecta en la pared de un tubo (5) redondo del lado de entrada (13).
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por el hecho que el rayo láser (12) se conforma mediante una lente Axicon (3) en forma anular y posteriormente se enfoca de manera nítida en el lado frontal (13) del lado de entrada (13) del tubo (5) mediante una lente convergente (4).
4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho que se utiliza como tubo un tubo de materia plástica y porque el lado de salida (14) se adapta al contorno de soldadura deseado (9) por calentamiento del material.
5. Procedimiento de acuerdo la reivindicación 4, caracterizado por el hecho que el contorno de salida (6) del tubo (5) se enfoca de manera nítida en el plano de enfoque mediante una lente convergente (4).
6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho que el rayo láser es generado por un láser de fibra (1).
7. Dispositivo para el calentamiento simultaneo de materiales teniendo un contorno de calentamiento discrecional, esencialmente plano, mediante radiación láser, caracterizado por una disposición óptica (2 a 4) para configurar un rayo láser (1) y enfocarlo en un conductor tubular de luz (5) transparente a la radiación IR que está formado de acuerdo con el contorno (9) deseado de calentamiento en el lado de salida (14), así como de un dispositivo siguiente (7) para enfocar el rayo láser que sale se reproduce posteriormente en el plano (8) de calentamiento.
8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por el hecho que las extremidades (13, 14) del conductor tubular de luz (5) están pulidas.
9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7 o 8, caracterizado por el hecho que el conductor tubular de luz (5) es redondo en su lado de entrada (13).
10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por el hecho que la disposición óptica presenta una lente Axicon (3) y una lente convergente (4) para enfocar el rayo láser (1) en el lado de entrada (13) del tubo (5).
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