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基于激光透射 焊接的自动夹紧装置及其控制方法

阅读：693发布：2020-05-19

专利汇可以提供基于激光透射焊接的自动夹紧装置及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于激光透射焊接领域的一种基于激光透射焊接的自动夹紧装置及其控制方法，该装置包括激光发射器、控制系统和夹紧系统；所述控制系统是包括激光控制器、计算机、压力控制系统、液压控制系统和移动坐标控制器组成；所述夹紧系统包括基座、夹紧机构、工件机构和三维移动坐标平台。本发明采用激光作为能量，通过夹紧系统和控制系统自动调节压力，从而准确地实现同种或异种热塑性塑料以及热塑性塑料与金属之间的焊接以及提高工作效率。，下面是基于激光透射焊接的自动夹紧装置及其控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于激光透射焊接的自动夹紧装置，其特征在于，包括夹紧系统、控制系统和激光发射器(11)；
所述夹紧系统包括夹紧机构；所述的夹紧机构是包括底板(3)、垫块(4)、梯形滑块(5)、两根导柱(6)、上滑块(7)、垫板(8)、顶板(9)、液压缸(19)和至少一个传感器(20)；
所述顶板(9)通过支撑杆(17)固定在底板(3)上，所述垫块(4)位于所述顶板(9)和底板(3)之间、且固定在底板(3)上；所述的上滑块(7)为梯形立体，上滑块(7)的下底面为斜面；
所述导柱(6)的一端抵在顶板(9)的下面，另一端分别穿过上滑块(7)两侧边的导孔(23)、且抵在垫块(4)的上面；所述梯形滑块(5)置于垫块(4)与上滑块(7)之间，梯形滑块(5)的上面为斜面，梯形滑块(5)的上面与上滑块(7)的下底面接触、且斜度一致；所述液压缸(19)的底部固定在底板(3)上，液压缸(19)的活塞杆外端与梯形滑块(5)的侧面固定连接；所述顶板(9)的上面设有透光玻璃(10)，所述激光发射器(11)位于透光玻璃(10)的上方；所述传感器(20)安装在上滑块(7)上；
所述控制系统包括激光控制器(12)、计算机(13)、压力控制系统(14)和液压控制系统(15)；所述激光控制器(12)的一端与计算机(13)电连接，另一端与激光发射器(11)电连接，用于控制激光发射器(11)的工作状态；所述压力控制系统(14)的一端与计算机(13)电连接，另一端与传感器(20)电相连接，用于控制对工件的夹紧力；所述液压控制系统(15)的一端与计算机(13)电连接，另一端与液压缸(19)电连接，用于控制液压缸(19)的活塞运动；传感器(20)用于检测的夹紧机构对工件的夹紧压力，当压力值达到之前计算机(13)上输入的值时，传感器(20)将信号输送到压力控制系统(14)，压力控制系统(14)再把信号输送到计算机(13)，计算机(13)把信号发送给液压控制系统(15)，液压控制系统(15)控制液压缸(19)的工作。
2.根据权利要求1所述的基于激光透射焊接的自动夹紧装置，其特征在于，所述夹紧系统还包括基座(1)和三维移动坐标平台(2)；所述三维移动坐标平台(2)置于基座(1)的上方；所述底板(3)置于三维移动坐标平台(2)的上方；所述控制系统还包括移动坐标控制器(16)；所述移动坐标控制器(16)的一端与计算机(13)电连接，另一端与三维移动坐标平台(2)电连接，用于控制三维移动坐标平台(2)的移动。
3.根据权利要求1所述的基于激光透射焊接的自动夹紧装置，其特征在于，所述夹紧系统还包括工件机构，所述工件机构包括下工件(21)和上工件(22)，所述下工件(21)和上工件(22)依次置于垫板8与透光玻璃10之间；所述上工件(22)为透光性较好的热塑性塑料；下工件(21)为吸光性较好的热塑性塑料或金属材料。
4.根据权利要求1所述的基于激光透射焊接的自动夹紧装置，其特征在于，所述液压缸(19)通过液压缸固定支架(18)固定在底板(3)上。
5.根据权利要求1所述的基于激光透射焊接的自动夹紧装置，其特征在于，所述传感器(20)的数量为4个，四个传感器(20)两两对称均匀分布在上滑块(7)上。
6.根据权利要求1所述的基于激光透射焊接的自动夹紧装置，其特征在于，所述的透光玻璃(10)为K9玻璃。
7.一种根据权利要求1所述基于激光透射焊接的自动夹紧装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、接通电源，将所述计算机(13)和激光控制器(12)打开；
S2、将下工件(21)和上工件(22)依次搭接置于所述垫板(8)上面；
S3、将对工件计划施加的压力值输入到所述计算机(13)中，计算机(13)将信号发送给液压控制系统(15)，液压控制系统(15)控制液压缸(19)开始工作，通过液压缸(19)推动梯形滑块(5)左右运动，当动梯形滑块(5)向左运动时，上滑块(7)逐渐往上运动，对工件施加压力，当压力值达到之前计算机(13)上输入的值时，传感器(20)将信号输送到压力控制系统(14)，压力控制系统(14)再把信号输送到计算机(13)，计算机(13)再把信号发送给液压控制系统(15)，液压控制系统(15)控制液压缸(19)停止工作，完成工件的夹紧工作；
S4、将焊缝起始位置的坐标值输入到计算机(13)中，计算机(13)将信号发送给移动坐标控制器(16)，来移动坐标控制器(16)控制三维移动坐标平台(2)的运动，使焊缝位置位于光路上；
S5、将焊缝的长度值输入到计算机(13)中，计算机(13)将焊缝长度值的信号发送给移动坐标控制器(16)来控制三维移动坐标平台(2)沿焊缝方向运动，三维移动坐标平台(2)开始运动的同时，激光控制器(12)将激光发射器(11)打开，激光透过透光玻璃(10)和上工件(21)到达下工件(22)的上表面，在压力作用下形成焊缝，当激光到达焊缝位置结尾处，三维移动坐标平台(2)受移动坐标控制器(16)的控制而停止运动，此时激光发射器(11)受激光控制器(12)的控制而关闭，完成一次激光透射焊接工作；
S6、利用计算机(13)通过液压控制系统(15)来控制液压缸(19)的活塞的运动，使梯形滑块(5)向右运动，上滑块(7)沿导柱(6)向下运动，当上滑块(7)向下运动到可以取出焊接件的适当位置时，通过计算机(13)关闭液压控制系统(15)，从而使液压缸(19)停止工作，进入下一个激光透射焊接周期。

说明书全文

基于激光透射 焊接的自动夹紧装置及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于激光透射焊接研究领域，具体涉及用于热塑性塑料之间或者热塑性塑料与金属材料之间的基于激光透射焊接的自动夹紧装置及其控制方法。

背景技术

[0002] 塑料制品具有重量轻、强度高、密度低、成本低、弹性优良、耐腐蚀等优点，因此塑料应用越来越广泛，尤其热塑性塑料。大多数热塑性塑料制品都为模制品，受注塑、挤塑加工工艺和模具制作等多方面的影响，很多形状不规则或结构复杂的塑料制品很难一次注塑成型，通常最经济、有效的方法是将多个简单的注塑件组合在一起，因此，出现了各种各样的热塑性塑料的连接方法。传统的机械连接方法由于易损伤元器件、连接不牢固和外来物质的引入等缺点而得不到广泛使用。激光透射焊接相比于传统的焊接方法有着诸多的优点，比如，形成精密、牢固、密封的焊缝；易于控制，能实现自动化生产；焊接热影响区小；焊接速度快，质量高，焊缝位于材料界面处；焊接热应力和振动应力小；能够实现异种材料的焊接，是目前热塑性塑料间以及热塑性塑料与金属之间最具有潜力的焊接方法。

[0003] 激光透射焊接热塑性塑料时，通过下层材料上表面吸光，将光能转变为热能，使塑料熔化。在压力的作用下，分子链发生缠结形成范德华力或发生化学反应形成化学键，从而来形成牢固的化学键。

[0004] 激光透射焊接技术是未来发展的趋势，但是其也面临一大难题，就是焊接夹紧装置。不同的材料形成焊接件所学要的压力是不同的，所需要一种根据所需要压力值可自动调节的夹紧装置；随着激光焊接的广泛应用，需要一种自动化程度高的装置来提高工作效率。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对上述问题提供一种热塑性塑料同种或异热塑性塑料以及热塑性塑料与金属之间的焊接的自动夹紧装置及其控制方法，可以按照设定的压力值自动调节压力，从而提高焊接件的整体强度和刚度以及工作效率。

[0006] 本发明的技术方案是：一种基于激光透射焊接的自动夹紧装置，包括夹紧系统、控制系统和激光发射器；

[0007] 所述夹紧系统包括夹紧机构；所述的夹紧机构是包括底板、垫块、梯形滑块、两根导柱、上滑块、垫板、顶板、液压缸和至少一个传感器；

[0008] 所述顶板通过支撑杆固定在底板上，所述垫块位于所述顶板和底板之间、且固定在底板上；所述的上滑块为梯形立体，上滑块的下底面为斜面；所述导柱的一端抵在顶板的下面，另一端分别穿过上滑块两侧边的导孔、且抵在垫块的上面；所述梯形滑块置于垫块与上滑块之间，梯形滑块的上面为斜面，梯形滑块的上面与上滑块的下底面接触、且斜度一致；所述液压缸的底部固定在底板上，液压缸的活塞杆外端与梯形滑块的侧面固定连接；所述顶板的上面设有透光玻璃，所述激光发射器位于透光玻璃的上方；所述传感器安装在上滑块上；

[0009] 所述控制系统包括激光控制器、计算机、压力控制系统和液压控制系统；所述激光控制器的一端与计算机电连接，另一端与激光发射器电连接，用于控制激光发射器的工作状态；所述压力控制系统的一端与计算机电连接，另一端与传感器电相连接，用于控制对工件的夹紧力；所述液压控制系统的一端与计算机电连接，另一端与液压缸电连接，用于控制液压缸的活塞运动；传感器用于检测的夹紧机构对工件的夹紧压力，当压力值达到之前计算机上输入的值时，传感器将信号输送到压力控制系统，压力控制系统再把信号输送到计算机，计算机把信号发送给液压控制系统，液压控制系统控制液压缸的工作。

[0010] 上述方案中，所述夹紧系统还包括基座和三维移动坐标平台；所述三维移动坐标平台置于基座的上方；所述底板置于三维移动坐标平台的上方；所述控制系统还包括移动坐标控制器；所述移动坐标控制器的一端与计算机电连接，另一端与三维移动坐标平台电连接，用于控制三维移动坐标平台的移动。

[0011] 上述方案中，所述夹紧系统还包括工件机构，所述工件机构包括下工件和上工件，所述下工件和上工件依次置于垫板与透光玻璃之间；所述上工件为透光性较好的热塑性塑料；下工件为吸光性较好的热塑性塑料或金属材料。

[0012] 上述方案中，所述液压缸通过液压缸固定支架固定在底板上。

[0013] 上述方案中，所述传感器的数量为4个，四个传感器两两对称均匀分布在上滑块上。

[0014] 上述方案中，所述的透光玻璃为K9玻璃。

[0015] 一种根据所述基于激光透射焊接的自动夹紧装置的控制方法，包括以下步骤：

[0016] S1、接通电源，将所述计算机和激光控制器打开；

[0017] S2、将下工件和上工件依次搭接置于所述垫板上面；

[0018] S3、将对工件计划施加的压力值输入到所述计算机中，计算机将信号发送给液压控制系统，液压控制系统控制液压缸开始工作，通过液压缸推动梯形滑块左右运动，当动梯形滑块向左运动时，上滑块逐渐往上运动，对工件施加压力，当压力值达到之前计算机上输入的值时，传感器将信号输送到压力控制系统，压力控制系统再把信号输送到计算机，计算机再把信号发送给液压控制系统，液压控制系统控制液压缸停止工作，完成工件的夹紧工作；

[0019] S4、将焊缝起始位置的坐标值输入到计算机中，计算机将信号发送给移动坐标控制器，来移动坐标控制器控制三维移动坐标平台的运动，使焊缝位置位于光路上；

[0020] S5、将焊缝的长度值输入到计算机中，计算机将焊缝长度值的信号发送给移动坐标控制器来控制三维移动坐标平台沿焊缝方向运动，三维移动坐标平台开始运动的同时，激光控制器将激光发射器打开，激光透过透光玻璃和上工件到达下工件的上表面，在压力作用下形成焊缝，当激光到达焊缝位置结尾处，三维移动坐标平台受移动坐标控制器的控制而停止运动，此时激光发射器受激光控制器的控制而关闭，完成一次激光透射焊接工作；

[0021] S6、利用计算机通过液压控制系统来控制液压缸的活塞的运动，使梯形滑块向右运动，上滑块沿导柱向下运动，当上滑块向下运动到可以取出焊接件的适当位置时，通过计算机关闭液压控制系统，从而使液压缸停止工作，进入下一个激光透射焊接周期。

[0022] 本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明采用激光作为能源，通过控制系统来控制液压缸活塞的运动，从而推梯形动滑块的运动；梯形滑块的移动导致上滑块沿导柱的上下移动；通过上滑块的移动来控制压力的大小，且自动夹紧装置可根据不同的需求，在控制系统里设定压力值，根据压力值自动调节夹紧力，提高了焊接精度和工作效率。附图说明

[0023] 图1是本发明一实施方式的基于激光透射焊接的自动夹紧装置结构示意图；

[0024] 图2是本发明一实施方式的传感器放置于上滑块上的示意图；

[0025] 图3是本发明一实施方式的工件机构的示意图。

[0026] 图中：1、基座；2、三维移动坐标平台；3、底板；4、垫块；5、梯形滑块；6、导柱；7、上滑块；8、垫板；9、顶板；10、透光玻璃；11、激光发射器；12、激光控制器；13、计算机；14、压力控制系统；15、液压控制系统；16、移动坐标控制器；17、支撑杆；18、液压缸固定支架；19、液压缸；20、传感器；21、下工件；22、上工件；23、导孔。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

[0028] 图1所示为本发明所述基于激光透射焊接的自动夹紧装置的一种实施方式，所述基于激光透射焊接的自动夹紧装置，包括夹紧系统、控制系统和激光发射器11。

[0029] 所述夹紧系统包括夹紧机构、基座1、三维移动坐标平台2和工件机构。所述的夹紧机构是包括底板3、垫块4、梯形滑块5、两根导柱6、上滑块7、垫板8、顶板9、液压缸19和至少一个传感器20。所述三维移动坐标平台2置于基座1的上方；所述底板3置于三维移动坐标平台2的上方；所述顶板9通过四根支撑杆17固定在底板3的上方、且两者之间有一定距离；所述垫块4位于所述顶板9和底板3之间、且固定在底板3上；所述的上滑块7为梯形立体，上滑块7的下底面为斜面；所述导柱6的一端抵在顶板9的下面，另一端分别穿过上滑块7、且抵在垫块4的上面；所述梯形滑块5置于垫块4与上滑块7之间，梯形滑块5的上面为斜面，梯形滑块5的上面与上滑块7的下底面接触、且斜度一致；所述液压缸19通过液压缸固定支架18固定在底板3上；所述液压缸19的活塞杆外端与梯形滑块5的侧面固定连接，用于控制梯形滑块5的左右移动；所述顶板9的上面设有透光玻璃10，优选的，所述的透光玻璃10为透光性较好的K9玻璃。所述激光发射器11位于透光玻璃10的上方。

[0030] 如图2所示，所述上滑块7上两侧边分别开有导孔23，所述导柱6的另一端分别穿过导孔23，导柱6可在导孔23内移动，从而使上滑块7上下移动。所述传感器20置于上滑块7与垫板8之间。所述传感器20安装在上滑块7上，优选的，所述传感器20的数量为4个，四个传感器20两两对称均匀分布在上滑块7上，受力均衡使检测的压力更加准确。

[0031] 如图3所示，所述工件机构包括下工件21和上工件22，所述下工件21和上工件22依次置于垫板8与透光玻璃10之间；所述上工件22为透光性较好的热塑性塑料；下工件21为吸光性较好的热塑性塑料或金属材料。

[0032] 所述控制系统包括激光控制器12、计算机13、压力控制系统14、液压控制系统15和移动坐标控制器16；所述激光控制器12的一端与计算机13电连接，另一端与激光发射器11电连接，用于控制激光发射器11的工作状态；所述压力控制系统14的一端与计算机13电连接，另一端与传感器20电相连接，用于控制对工件的夹紧力；所述液压控制系统15的一端与计算机13电连接，另一端与液压缸19电连接，用于控制液压缸19的活塞运动；所述移动坐标控制器16的一端与计算机13电连接，另一端与三维移动坐标平台2电连接，用于控制三维移动坐标平台2的移动；所述传感器20用于检测的夹紧机构对工件的夹紧压力，当压力值达到之前计算机13上输入的值时，传感器20将信号输送到压力控制系统14，压力控制系统14再把信号输送到计算机13，计算机13把信号发送给液压控制系统15，液压控制系统15控制液压缸19的工作。

[0033] 本发明还提供一种根据所述基于激光透射焊接的自动夹紧装置的控制方法，包括以下步骤：

[0034] S1、接通电源，将所述计算机13和激光控制器12打开；

[0035] S2、将下工件21和上工件22依次搭接置于所述垫板8上面；

[0036] S3、将对工件计划施加的压力值输入到所述计算机13中，计算机13将信号发送给液压控制系统15，液压控制系统15控制液压缸19开始工作，通过液压缸19推动梯形滑块5左右运动，随着梯形滑块5的向左运动，上滑块7会沿导柱6随之向上运动，反之，梯形滑块5向下运动，上滑块7会沿导柱6向下运动；当动梯形滑块5向左运动时，上滑块7逐渐往上运动，最后慢慢对工件施加压力，当压力值达到之前计算机13上输入的值时，传感器20将信号输送到压力控制系统14，压力控制系统14再把信号输送到计算机13，计算机13再把信号发送给液压控制系统15，液压控制系统15则会控制液压缸19停止工作，此时工件的夹紧工作完成；

[0037] S4、将焊缝起始位置的坐标值输入到计算机13中，计算机13将信号发送给移动坐标控制器16，来移动坐标控制器16控制三维移动坐标平台2的运动，使焊缝位置位于光路上；

[0038] S5、将焊缝的长度值输入到计算机13中，利用计算机13同时使移动坐标控制器16和激光控制器12工作，计算机13将焊缝长度值的信号发送给移动坐标控制器16来控制三维移动坐标平台2沿焊缝方向运动，三维移动坐标平台2开始运动的同时，激光控制器12将激光发射器11打开，激光透过透光玻璃10和上工件21到达下工件22的上表面，能量被下工件22的上表面吸收，下工件21和上工件22的接触面受热熔化，在压力作用下形成焊缝，当激光到达焊缝位置结尾处，三维移动坐标平台2受移动坐标控制器16的控制而停止运动，此时激光发射器11受激光控制器12的控制而关闭，完成一次激光透射焊接工作；

[0039] S6、完成一次激光透射焊接工作后，利用计算机13通过液压控制系统15来控制液压缸19的活塞的运动，使梯形滑块5向右运动，上滑块7沿导柱6向下运动，当上滑块7向下运动到可以取出焊接件的适当位置时，通过计算机13关闭液压控制系统15，从而使液压缸19停止工作，进入下一个激光透射焊接周期。

[0040] 本发明所述基于激光透射焊接自动夹紧装置，通过夹紧系统和控制系统的联合作用，可以按设定值实现自动夹紧，提高了焊接精度和工作效率。

[0041] 应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

[0042] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

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