專(zhuān)利名稱：一種激光透射連接雙面夾緊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光透射焊接領(lǐng)域，特別涉及激光透射焊接塑料材料或塑料與金屬材料的夾緊裝置及其焊接方法。
背景技術(shù)：
激光透射焊接是利用近紅外線激光作為熱源，將兩個(gè)疊加在一起的塑料材料或塑料與金屬材料焊接在一起，要求上層材料對(duì)激光束透明，而下層材料要盡可能吸收激光。激光透射焊接具有焊接速度快、精度高、無(wú)污染、非接觸式焊接、自由靈活，焊縫完美等許多優(yōu)點(diǎn)，因此，激光透射焊接技術(shù)在各行各業(yè)被廣泛的應(yīng)用。
目前，對(duì)激光透射焊接的研究也越來(lái)越多，然而目前最大的困難之一就是焊接夾緊裝置限制了該技術(shù)的應(yīng)用，當(dāng)前的焊接夾緊裝置，無(wú)論是工業(yè)應(yīng)用中還是實(shí)驗(yàn)室使用中， 都是針對(duì)的平面型的工件，平面型焊縫或是采用單面夾緊的思想。實(shí)際工業(yè)中曲面型的工件的應(yīng)用越來(lái)越多，三維焊縫的夾緊效果不是很理想，所以對(duì)于這一類(lèi)工件的夾緊，目前尚沒(méi)有一種有效的通用的夾緊裝置。
專(zhuān)利《用于激光焊接塑料材料的焊接裝置及其焊接方法》，申請(qǐng)?zhí)枮?201020290640. 8，該焊接裝置采用的是液壓缸或氣壓缸驅(qū)動(dòng)第二夾具與第一夾具配合實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊，壓力的大小可由調(diào)壓閥控制并由壓力傳感器傳至顯示器上顯示出來(lái)。該焊接裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力易于調(diào)節(jié)和控制。缺點(diǎn)是只能對(duì)一些平面型焊縫(即表面要求平整)進(jìn)行焊接，無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維焊縫的焊接；再如萊丹公司發(fā)明的Globo球形焊接裝置， 該裝置焊接頭部位一個(gè)玻璃球，該玻璃球有著對(duì)激光束聚焦和對(duì)焊縫施加機(jī)械夾緊力雙重效果。優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)任意三維焊縫的連接，靈活性極高，缺點(diǎn)是它采用的是單面夾緊，對(duì)于一些剛度低的工件，夾緊力過(guò)小可能導(dǎo)致焊不上，夾緊力過(guò)大又可能使工件變形，損壞工件。此外，玻璃球同時(shí)用作機(jī)械夾緊和光學(xué)聚焦，長(zhǎng)期滾動(dòng)摩擦容易磨損玻璃球使得光學(xué)性能變差，從而導(dǎo)致焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。
所以，迫切需要這樣一種夾具裝置不僅能滿足常見(jiàn)的平面型焊縫的焊接，還能夠適用于曲面型焊縫即空間三維焊縫的焊接；此外，能實(shí)現(xiàn)雙面夾緊而避免其他夾緊時(shí)帶來(lái)的工件變形。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服和解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，比如目前大多數(shù)焊接夾緊裝置僅僅是針對(duì)平面工件上簡(jiǎn)單二維焊縫或者是單面夾緊裝置，隨著三維焊縫越來(lái)越多，解決任意面工件的夾緊問(wèn)題迫在眉睫。
為達(dá)上述目的，本實(shí)驗(yàn)采用如下的技術(shù)方案用于任意曲面工件的激光透射焊接雙面夾緊裝置，包括PC機(jī)、伺服電機(jī)、激光頭、液壓小頂針組件、上壓板組件、手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、下底板組件、液壓控制系統(tǒng)和PLC控制器。PC機(jī)連接伺服電機(jī)，伺服電機(jī)包括X、Y和Z 三軸的伺服電機(jī)，激光頭置于Z向?qū)к壣?Z軸伺服電機(jī)控制激光頭在Z向?qū)к壣线\(yùn)動(dòng)；z向?qū)к壷糜赮向?qū)к壣?，由Y軸伺服電機(jī)控制Z向?qū)к壴赮向?qū)к壣线\(yùn)動(dòng)；Y向?qū)к壴僦糜赬 向?qū)к壣?，由X軸伺服電機(jī)控制Y向?qū)к壴赬向?qū)к壣线\(yùn)動(dòng)。因此激光頭可在伺服電機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)。上壓板組件為兩塊相向而置的L型板，其中L型板的水平梁上各開(kāi)設(shè)一排沉頭孔，孔內(nèi)液壓小頂針組件。所述的液壓小頂針組件包括頂針桿、活塞、油缸、進(jìn)油管道和回油管道。頂針桿固定于活塞的中間，頂針桿頭部朝下布置?；钊麑⒂透追譃閮刹糠?，上半部分為回油腔，下半部分為進(jìn)油腔，活塞與油缸為間隙配合，回油腔連接回油管道， 進(jìn)油腔連接進(jìn)油管道。L型板的下端中間部分安裝在螺母上，螺母連接絲杠，L型板底部的兩端開(kāi)設(shè)兩個(gè)孔，與導(dǎo)柱相配合。所述的手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括換向齒輪、絲杠、螺母、導(dǎo)柱和手輪。兩個(gè)換向齒輪位于兩根絲杠的一端，切齒輪相互嚙合，齒輪與絲杠過(guò)盈配合，與絲杠同步轉(zhuǎn)動(dòng)。絲杠上各配有螺母，其中一根絲杠的另一端安裝手輪，也采用過(guò)盈配合。在絲杠的外側(cè)各有一根導(dǎo)柱，導(dǎo)柱與絲杠平行。絲杠與導(dǎo)柱均穿過(guò)左擋板和右擋板。兩塊擋板均位于L型板的外側(cè)，位于換向齒輪、手輪的內(nèi)側(cè)。所述的下底板組件包括工作臺(tái)、左擋板和右擋板。其中左、右擋板固定于工作臺(tái)的兩端，呈豎直放置，左、右擋板的底部各開(kāi)設(shè)四個(gè)孔， 分別與絲杠、導(dǎo)柱相配合。工作臺(tái)上開(kāi)設(shè)十字形凹槽，凹槽內(nèi)均勻開(kāi)設(shè)沉頭通孔，孔內(nèi)安置液壓小頂針組件。此處頂針桿頭部朝上布置。所有的進(jìn)油管道和回油管道連接液壓控制系統(tǒng)的電磁閥，所述的液壓控制系統(tǒng)包括油箱、過(guò)濾網(wǎng)、液壓泵、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)壓閥、壓力表和電磁閥。壓力的大小可以調(diào)節(jié)和控制，壓力數(shù)值由壓力表讀出，因此，可以控制和調(diào)節(jié)夾緊力。所有的電磁閥的信號(hào)控制線連接PLC控制器，PLC控制器連接PC機(jī)。
用于激光透射焊接雙面夾緊裝置，包括上壓板組件、液壓小頂針組件、下壓板組件、手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和激光頭，。所述的上壓板組件包括兩塊相向而置的L型板，每塊L型板的水平梁上開(kāi)設(shè)一排沉頭孔，孔內(nèi)安置液壓小頂針組件，頂針桿末端豎直向下放置。壓板間距可通過(guò)手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)。因此，可以適應(yīng)于不同規(guī)格大小的工件。
所述的液壓小頂針組件由頂針桿、活塞、液壓缸、進(jìn)油管道和回油管道組成。每一個(gè)液壓小頂針組件都有一個(gè)特定的編號(hào)，可通過(guò)計(jì)算機(jī)程序調(diào)用任意一個(gè)液壓小頂針組件。當(dāng)頂針桿處于縮回狀態(tài)時(shí)，頂針桿的上表面與工作臺(tái)齊平。
所述的手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由換向齒輪、絲杠、螺母、導(dǎo)柱和手輪組成。每根絲杠上各裝一個(gè)螺母，L型板固定在螺母上并由兩根導(dǎo)柱定位。旋轉(zhuǎn)手輪時(shí)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲杠螺母副，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)L型板在沿著導(dǎo)柱運(yùn)動(dòng)，換向齒輪的作用是改變另一根絲杠的旋轉(zhuǎn)方向，使得兩塊L型板的運(yùn)動(dòng)方向是相反的。因此，旋轉(zhuǎn)手輪就可以調(diào)節(jié)兩板間的距離。
所述的下底板組件包括工作臺(tái)、左擋板和右擋板。左、右擋板固定于工作臺(tái)的兩端，擋板的底部各開(kāi)設(shè)四個(gè)孔，分別與絲杠、導(dǎo)柱相配合，用于固定安裝手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。工作臺(tái)上開(kāi)設(shè)十字形的凹槽，凹槽內(nèi)均勻開(kāi)設(shè)沉頭孔，孔內(nèi)安置液壓小頂針組件，頂針桿末端豎直向上放置。
所述的激光頭作為獨(dú)立的部分，可做X、Y、Z向移動(dòng)，在PC終端上依據(jù)焊縫的形狀進(jìn)行編程，運(yùn)行程序控制伺服電機(jī)，激光頭在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下沿著焊縫運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件的焊接，Z向的控制目的是保證焊接過(guò)程中離焦量恒定，有利于焊接質(zhì)量穩(wěn)定。


圖I是夾緊裝置的總體示意圖。
圖2是下底板組件的俯視圖。
圖3是手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖。
圖中IPC機(jī)，2伺服電機(jī)，3激光頭，4液壓小頂針組件，5上壓板組件，6工件，7調(diào)節(jié)手輪，8下壓板組件，9液壓控制系統(tǒng)，10PLC控制器，11工作臺(tái)，12左擋板，13換向齒輪， 14導(dǎo)柱，15絲杠，16螺母，17L型板，18右擋板，19手輪。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明裝置做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
用于激光透射焊接雙面夾緊裝置，包括上壓板組件5，液壓小頂針組件4，手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7，下底板組件8和激光頭3。所述的上壓板組件5由兩塊L型壓板17組成，其中L 型壓板的間距可由調(diào)節(jié)手輪7調(diào)節(jié)，因此可靈活地適用于各種規(guī)格的工件，間距的調(diào)節(jié)不能阻擋光路。所述的L型壓板上各有一排沉頭通孔，孔內(nèi)安置液壓小頂針組件4，頂針桿在液壓控制系統(tǒng)9的控制下作伸出縮回。
所述的液壓小頂針組件4由頂針桿、活塞、液壓缸、進(jìn)油管道和回油管道組成。頂針桿在縮回狀態(tài)時(shí)其上表面與工作臺(tái)11齊平。
所述的手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7由換向齒輪13、絲杠15、螺母16、導(dǎo)柱14和手輪19組成。 每根絲杠上各裝一個(gè)螺母，L型板17固定在螺母上并由兩根導(dǎo)柱定位。換向齒輪13的作用是改變另一根絲杠的旋轉(zhuǎn)方向，使得兩塊L型板17的運(yùn)動(dòng)方向是相反的。因此，旋轉(zhuǎn)手輪19就可以調(diào)節(jié)兩板間的距離。
所述的下低板組件8由工作臺(tái)11、左擋板12和右擋板18組成，工作臺(tái)11上開(kāi)設(shè)十字形凹槽，凹槽內(nèi)均勻開(kāi)設(shè)沉頭孔，每個(gè)孔內(nèi)安置一個(gè)液壓小頂針組件。
所述的激光頭3在伺服電機(jī)2的控制下實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三方向的運(yùn)動(dòng)，其中X、Y方向控制激光頭沿著焊縫走，Z向控制確保離焦量穩(wěn)定，這樣有利于焊縫質(zhì)量均勻一致，從而保證焊接的質(zhì)量。
根據(jù)工件6的尺寸參數(shù)，選取好下底板上所需的液壓小頂針的個(gè)數(shù)及編號(hào)，如第 III、IV、V、VI、Vn號(hào)5個(gè)液壓小頂針組件，在PC機(jī)I上編寫(xiě)程序，調(diào)用出這5個(gè)液壓小頂針組件，下載程序到PLC控制器10里，再由10驅(qū)動(dòng)液壓控制系統(tǒng)9，最后9控制5個(gè)液壓小頂針組件的頂針桿伸出指定的高度。將工件6至于頂針桿上，調(diào)節(jié)手輪使得兩塊L型板的間距合適，選擇合適的上排液壓小頂針組件，如①、②、③、④、⑤號(hào)，運(yùn)行程序，使得它們的頂針桿伸出夾緊工件6，所述的液壓控制系統(tǒng)9包括油箱，過(guò)濾網(wǎng)，液壓泵，溢流閥，節(jié)流閥，調(diào)壓閥，壓力表和電磁閥。夾緊力的大小由壓力表讀出，也可以控制和調(diào)節(jié)夾緊力。打開(kāi)激光器，運(yùn)行程序控制X、Y、Z方向伺服電機(jī)，控制激光頭沿著焊縫運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的激光透射連接。
權(quán)利要求
1.一種激光透射連接雙面夾緊裝置，其特征在于，包括PC機(jī)(I)、伺服電機(jī)(2)、激光頭(3)、液壓小頂針組件(4)、上壓板組件(5)、下底板組件(8)、液壓控制系統(tǒng)(9)和PLC控制器(10);PC機(jī)(I)連接伺服電機(jī)(2)，伺服電機(jī)(2)包括X軸伺服電機(jī)、Y軸伺服電機(jī)和Z 軸伺服電機(jī)共三個(gè)電機(jī)，激光頭(3)置于Z向?qū)к壣?，Z軸伺服電機(jī)控制激光頭(3)在Z向?qū)к壣献魃舷逻\(yùn)動(dòng)；Z向?qū)к壷糜赮向?qū)к壣?，由Y軸伺服電機(jī)控制Z向?qū)к壴赮向?qū)к壣献笥疫\(yùn)動(dòng)；Y向?qū)к壴僦糜赬向?qū)к壣?，由X軸伺服電機(jī)控制Y向?qū)к壴赬向?qū)к壣锨昂筮\(yùn)動(dòng)；上壓板組件(5)為兩塊對(duì)稱布置的L型板(17)，所述L型板(17)的水平梁上各開(kāi)設(shè)一排沉頭孔，孔內(nèi)液壓小頂針組件(4);所述的液壓小頂針組件(4)的頂針桿固定于活塞的中間，頂針桿末端豎直向下；活塞將油缸分為兩部分，上半部分為回油腔，下半部分為進(jìn)油腔， 活塞與油缸為間隙配合，回油腔連接回油管道，進(jìn)油腔連接進(jìn)油管道；兩塊L型板(17)的的豎直梁下端分別安裝在兩個(gè)螺母(16)上，兩個(gè)螺母(16)與絲杠(15)配合反向?qū)ΨQ運(yùn)動(dòng)； 所述的下底板組件(8 )包括工作臺(tái)(11)、左擋板(12 )和右擋板(18 );左擋板(12 )和右擋板(18)固定于工作臺(tái)的兩端，豎直放置；工作臺(tái)(11)上開(kāi)設(shè)十字形凹槽，凹槽內(nèi)均勻開(kāi)設(shè)沉頭通孔，孔內(nèi)安置液壓小頂針組件(4)，小頂針組件(4)的頂針桿末端豎直向上放置；所有小頂針組件(4)的進(jìn)油管道和回油管道連接液壓控制系統(tǒng)(9)的電磁閥；所述的液壓控制系統(tǒng)(9)的電磁閥的信號(hào)控制線連接PLC控制器(10)，液壓控制系統(tǒng)(9)控制每個(gè)液壓小頂針組件(4)相互獨(dú)立工作；PLC控制器(10 )連接PC機(jī)(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的一種激光透射連接雙面夾緊裝置，其特征在于，還包括手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(7)，所述的手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(7)包括換向齒輪(13)、絲杠(15)、螺母(16)、導(dǎo)柱(14)和手輪(19);兩個(gè)換向齒輪(13)位于兩根絲杠(15)的一端,兩個(gè)換向齒輪(13)相互哨合，兩個(gè)換向齒輪(13)與絲杠過(guò)盈配合，與絲杠同步轉(zhuǎn)動(dòng)；絲杠(15)上各設(shè)有螺母(16)，其中一根絲杠的另一端安裝手輪(19);在兩根絲杠(15)的外側(cè)各有一根導(dǎo)柱(14)，導(dǎo)柱(14) 與絲杠(15)平行，L型板(17)底部的兩側(cè)開(kāi)設(shè)兩個(gè)孔，導(dǎo)柱(14)套在L型板(17)的兩個(gè)孔內(nèi)；絲杠(15)與導(dǎo)柱(14)均穿過(guò)左擋板(12)和右擋板(18)，兩塊擋板均位于L型板的外側(cè)，位于換向齒輪(13)、手輪(19)的內(nèi)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)2所述的一種激光透射連接雙面夾緊裝置，其特征在于，小頂針組件(4)在縮回狀態(tài)時(shí)，頂針桿的上表面與工作臺(tái)(11)齊平。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光透射連接雙面夾緊裝置，涉及激光透射焊接領(lǐng)域，特別涉及激光透射焊接塑料材料或塑料與金屬材料的夾緊裝置。本發(fā)明包括上壓板組件、液壓小頂針組件、手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、下底板組件和激光頭。上壓板組件由兩塊相向而置的L型板組成，其中L型板豎直放置，每塊L型板的水平梁上開(kāi)設(shè)一排沉頭孔，孔內(nèi)安置液壓小頂針組件。每一個(gè)液壓小頂針組件都可通過(guò)計(jì)算機(jī)程序調(diào)用。下底板組件由工作臺(tái)、左擋板和右擋板組成，左、右擋板固定于工作臺(tái)的兩端，工作臺(tái)上開(kāi)設(shè)十字形凹槽，凹槽內(nèi)均勻開(kāi)設(shè)沉頭孔，孔內(nèi)安置液壓小頂針組件。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)工件的焊接，Z向的控制目的是保證焊接過(guò)程中離焦量恒定，有利于焊接質(zhì)量穩(wěn)定。
文檔編號(hào)B29C65/16GK102935720SQ20121046257
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者李品, 嚴(yán)長(zhǎng), 劉會(huì)霞, 王霄, 任國(guó)棟, 沈宗寶, 陳浩, 黃創(chuàng), 趙振關(guān) 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)