基于激光透射焊接T型焊接的手动焊接装夹装置及其方法与流程

本发明涉及激光透射焊接领域，涉及到基于激光透射焊接T型焊接的手动焊接装夹装置及其方法。

背景知识

热塑性聚合物具有重量轻、成型方便、成本低、生物相容性等优点，在汽车、电子封装、医疗器械等行业应用较广。

在实际生产，受加工工艺的影响，很多形状和结构复杂的塑料产品不能一次成型，需要进行相应的连接。常见的连接方法有传统的机械连接和热焊接。传统的机械连接有铆接，粘合剂连接等，但是存在明显的缺点：易损伤器件和引入外来物质等。而热焊接方法包括：热板焊接、振动摩擦焊接、感应焊接、超声波焊接等等。但是这些方法也都有明显缺陷：热板焊接加工灵活性太差，效率低，焊接质量不稳定；振动摩擦焊接不适合精度要求高和形状复杂工件的连接；感应焊接会引起应力集中，安装复杂，效率低；超声波焊接只适合小尺寸器件的焊接，易使焊接件整体发生变形。与这些焊接方法相比，激光透射焊接有着诸多的优点：焊接质量好，焊缝精密、牢固和密封；便于控制，可以实现自动化生产，焊接速度快，效率高；焊接热应力以及振动应力小，因此适合精密器件的焊接；非接触式焊接，焊缝洁净无污染，因此适合用于在无菌环境下或卫生要求高的场合进行焊接；能焊接不同的材料，如热塑性塑料与金属等；焊接件外观美观，因此适合对焊接件外观要求高的焊接。

由于激光透射焊接技术有如此诸多优点，其在很多领域得到广泛的应用，如汽车行业、电子器件封装、医疗器械等，使得激光透射焊接也将成为未来发展的主流技术，但是激光透射焊接也面临着一大难题，就是焊接夹具的问题，尤其是激光透射焊接T型焊接的焊接夹具更为稀少，所以，迫切需要新型的激光透射焊接T型焊接夹具的设计。

技术实现要素：

针对激光透射焊接T型焊接夹具稀少的问题，本发明提供了一种基于激光透射焊接T型焊接的手动焊接装夹装置，实现了同种或异种热塑性塑料之间的或者热塑性塑料与金属之间的T型焊接；

同时，为保证焊接的质量，提供了一种基于激光透射焊接T型焊接的手动装夹装置的方法，基于装置通过手动焊接夹具只需要转动相应的螺母或齿轮即可完成对工件系统的夹紧，操作简单，提高了生产效率；手动转动齿轮实现工件系统所需的焊接夹紧力，并通过计算机上显示的夹紧力数值，手动调节齿轮来控制夹紧力的大小，确保提供的焊接夹紧力准确可靠，保证工件系统的焊接质量。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

基于激光透射焊接T型焊接的手动装夹装置，包括控制系统和装夹系统；

所述控制系统包括激光控制器、计算机、移动坐标控制器和压力传感器；所述激光控制器、移动坐标控制器和压力传感器的一端均与计算机连接；其中，激光控制器还与激光发射器相连接；移动坐标控制器还与工作平台相连接；压力传感器置于夹紧块上；

所述装夹系统包括底板、侧柱、竖直支撑轴、齿轮、夹紧块、L形活塞圆柱杆、活塞缸、活塞、左定位块、定位板和上挡板；

所述底板与工作平台固定连接；所述底板的四角均固定设置有侧柱；

定位板与底板平行、且固定在侧柱上，所述定位板中心开设有阶梯孔A；所述阶梯孔A上表面放置有透光玻璃；所述透光玻璃正上方设置有上挡板；所述上挡板四角穿过侧柱；所述上挡板可沿侧柱上下移动；激光发射器位于所述上挡板正上方；

所述定位板下表面与阶梯孔A相邻位置设置有左定位块和L形活塞圆柱杆；所述左定位块和L形活塞圆柱杆分别置于阶梯孔A孔的两侧；所述左定位块与定位板可拆卸连接；所述L形活塞圆柱杆一端固定在底板上，L形活塞圆柱杆另一端与地面平行；

所述L形活塞圆柱杆上设置有活塞缸；所述活塞缸可沿L形活塞圆柱杆水平移动；所述L形活塞圆柱杆上安装有活塞；所述活塞与活塞缸右侧壁之间设置有弹簧；

所述阶梯孔A正下端设置有竖直支撑轴，且竖直支撑轴一端固定在底板上；所述竖直支撑轴中心开孔；所述竖直支撑轴一侧有中空的凸起G，凸起G与竖直支撑轴接触部分开设有孔B；凸起G侧壁上设置有齿轮轴；所述齿轮轴上安装有齿轮；所述齿轮与轴齿条上的齿相啮合；所述轴齿条置于竖直支撑轴内；所述轴齿条为柱状，所述轴齿条上部右侧开设有齿；所述轴齿条上端部固定设置有夹紧块；所述轴齿条可沿竖直支撑轴上下移动；所述齿轮轴一端末安装有转动手柄。

进一步的，所述透光玻璃为K9玻璃。

进一步的，所述的上挡板中心与定位板阶梯孔A对应处开有通孔C。

进一步的，所述侧柱上端开设有螺纹D；大螺母与侧柱上的螺纹D配合。

进一步的，所述L形活塞圆柱杆上开设有螺纹E；所述L形活塞圆柱杆与活塞缸之间设置有小螺母。

进一步的，所述压力传感器为四个，且沿压紧块直径方向从前至后均匀分布。

基于激光透射焊接T型焊接的手动装夹装置的方法，包括如下步骤：

S1、接通电源，打开计算机，然后打开激光控制器和移动坐标控制器；

S2、将水平工件放在定位板的阶梯孔A中，将透光玻璃放在水平工件上面，并将上挡板放到透光玻璃上面，向下旋扭大螺母从而固定上挡板的位置并使其紧贴透光玻璃，完成对水平工件的定位夹紧；放置竖直工件，使竖直工件上端位于定位板的阶梯孔A内并与水平工件的下表面相接触，通过转动小螺母使得活塞缸向左移动，通过与固定在定位板上的左定位块的配合，夹紧竖直工件，完成对竖直工件的定位夹紧；手动转动齿轮上的转动手柄，通过齿轮与轴齿条的啮合来实现夹紧块向上移动，提供焊接所需的夹紧力，夹紧块上装有压力传感器，由于压力传感器与计算机连接在一起，可以根据计算机上显示的夹紧力大小来决定是否需要继续手动转动齿轮上的转动手柄，实现对工件系统的准确夹紧，并插入自锁插销实现自锁；

S3、操作计算机，计算机会将操作信号传达到移动坐标控制器进而控制工作平台的运动；在焊接过程之前实现对激光光斑的对焦，提高焊接质量，并使得工件系统待焊接部位位于激光光路上；

S4、将焊缝的长度值输入到计算器中，由于激光控制器、移动坐标控制器均与计算机连接在一起，所以可以利用计算器控制移动坐标控制器和激光控制器的工作状态；计算器将焊缝长度值的信号发送给移动坐标控制器来控制工作平台沿焊缝方向运动；工作平台开始运动的同时，激光控制器控制激光发射器打开激光，激光透过透光玻璃，到达水平工件上表面，由于水平工件对激光的透过性好，使得损耗较少的激光到达竖直工件的上表面，由于竖直工件对激光的吸收性好，吸收的激光能量导致水平工件与竖直工件的接触面受热融化，在夹紧力的作用下产生焊缝形成一定的焊接强度。当焊接完成瞬间，激光控制器控制激光发射器的关闭，移动坐标控制器控制工作平台停止运动，焊接过程完毕；

S5、当焊接过程完成后，先手动转动齿轮上的转动手柄控制夹紧块向下移动，完成焊接夹紧力的卸载；由于转动小螺母完成活塞缸向左挤压的过程中，导致弹簧处于压缩状态，此时反方向转动小螺母，由于压缩状态弹簧的反推力使得活塞缸向右移动，卸载对竖直工件的水平夹紧力；然后转动大螺母并将上挡板向上移动，取下透光玻璃，此时取下焊接件，可以进入下一个焊接周期。

有益效果：

本焊接装夹装置采用手动控制，减少成本；利用活塞缸实现对竖直工件水平夹紧时操作简单，只需要扭动相应的螺母即可，卸载时，反方向扭动螺母，由于压缩状态弹簧的反推力，使得活塞缸能自动卸载；手动转动齿轮即可加载或卸载焊接夹紧力，操作简单，并能实现较大的夹紧力调节范围，夹紧力准确可靠。本发明中的手动装夹装置可通过手动转动齿轮实现工件系统的焊接夹紧力，并通过计算机上显示的夹紧力数值，手动调节齿轮来控制焊接夹紧力的大小，确保提供的焊接夹紧力准确可靠，保证工件系统的焊接质量。

附图说明

图1是本发明基于激光透射焊接T型焊接的手动装夹装置的结构示意图；

图2是本发明中竖直支撑轴内部大齿轮的结构示意图；

图3是本发明中竖直支撑轴内部齿轮与齿条啮合部分的结构示意图；

图4是本发明中定位板主视示意图；

图5是本发明中定位板的俯视图和剖视图示意图；

图6是本发明中左定位块与定位板的连接结构示意图；

图7是本发明中夹紧块上压力传感器的位置示意图；

图8是本发明中L形活塞圆柱杆上部分整体结构示意图；

图9是本发明中上挡板主视结构示意图；

图10是本发明中上挡板俯视和剖视结构示意图；

图11是本发明制备的工件示意图。

附图标记如下：

1-工作平台；2-底板；3-竖直支撑轴；4-L型活塞圆柱杆；5-侧柱；6-活塞缸；7-活塞；8-小螺母；9-弹簧；10-定位板；11-上挡板；12-大螺母；13-激光发射器；14-透光玻璃；15-水平工件；16-竖直工件；17-左定位块；18-激光控制器；19-压力传感器；20-夹紧块；21-齿轮；22-计算机；23-移动坐标控制器；24-转动手柄；25-齿轮轴；26-轴齿条。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，基于激光透射焊接T型焊接的手动焊接装夹装置，控制系统包括激光控制器18、计算机22、移动坐标控制器23；激光控制器18和移动坐标控制器23均与计算机22连接在一起；激光控制器21与激光发射器16连接在一起，用于控制激光发射器的工作状态；压力传感器19与计算机22连接在一起，用以在计算机上显示工件系统所受的夹紧力大小；工作平台1与移动坐标控制器23连接在一起，并连接在计算机22上，通过操作计算机22可以控制工作平台1的移动，实现焊接过程中工件系统的移动；

装夹系统包括底板2、四根侧柱5、竖直支撑轴3、齿轮21、夹紧块20、压力传感器19、L形活塞圆柱杆4、活塞7、小螺母8、大螺母12、弹簧9、活塞缸6、左定位块17、定位板10、上挡板11、透光玻璃14。

其中，水平工件15为透光性好的热塑性塑料；竖直工件16为吸光性好的热塑性塑料或金属材料。

如图2所示，齿轮21是通过齿轮轴25固定在竖直支撑轴3的方形结构内，并通过与轴承的配合以及安装的转动手柄24可以实现齿轮21的转动。

如图3所示，夹紧块20与轴齿条26上端固定连接，竖直支撑轴3内的轴齿条26与齿轮21相啮合，可以通过手动转动齿轮21来实现夹紧块20的上下移动，用以实现工件系统焊接夹紧力的加载与卸载，其中轴齿轮26上部右侧面开设有齿，下端为轴。

如图6所示，左定位块17通过六角螺栓固定在定位板10上，用以实现对竖直工件16的定位。

如图7所示，压力传感器19位于夹紧块20之上，用以感受所受到的焊接夹紧力大小。

如图8所示，所述的L形活塞圆柱杆4下部固定在底板2上，上部分为带有外螺纹的圆柱杆且与活塞7固定在一起，可以通过转动小螺母8以及与弹簧9的配合来实现活塞缸6的左右移动，用以实现对竖直工件16的水平夹紧。

其中，透光玻璃14为K9玻璃，可以透过激光，放在水平工件15之上。

如图9和10所示，上挡板11中间开有通孔C，保证激光可以照射到透光玻璃14。

如图11所示，工件包括竖直工件16和水平工件15，置于透光玻璃14和夹紧块20之间；其中，水平工件15为透光性好的热塑性塑料；竖直工件16为吸光性好的热塑性塑料或金属材料，且水平方向置于左定位块17和活塞缸6之间。

所述的基于激光透射焊接T型焊接的手动装夹装置的方法，具体包括如下步骤：

S1、接通电源，打开计算机22，然后打开激光控制器18和移动坐标控制器23；

S2、将水平工件15放在定位板10的阶梯孔A中，将透光玻璃14放在水平工件15上面，并将上挡板11放到透光玻璃14上面，向下扭动大螺母12固定上挡板11的位置并使其紧贴透光玻璃14，完成对水平工件15的定位夹紧；放置竖直工件16，使其上端位于定位板10的阶梯孔A内并与水平工件15的下表面相接触，通过转动小螺母8使得活塞缸6向左移动，通过与固定在定位板10上的左定位块17的配合，夹紧竖直工件16，完成对竖直工件16的定位夹紧；手动转动齿轮21上的转动手柄，通过相啮合的齿轮齿条控制夹紧块20向上移动，提供焊接所需的夹紧力，夹紧块20上装有压力传感器19，由于压力传感器19与计算机22连接在一起，可以根据计算机22上显示的夹紧力大小来决定是否需要继续手动转动齿轮21上的转动手柄，实现对工件系统的准确夹紧。

S3、操作计算机22，计算机22会将操作信号传达到移动坐标控制器23进而控制工作平台1的运动，首先在焊接过程之前实现对激光光斑的对焦，提高焊接质量，并使得工件系统待焊接部位位于激光光路上。

S4、将焊缝的长度值输入到计算器22中，由于激光控制器18、移动坐标控制器23均与计算机22连接在一起，所以可以利用计算器22控制移动坐标控制器23和激光控制器21的工作状态；计算器22将焊缝长度值的信号发送给移动坐标控制器23来控制工作平台1沿焊缝方向运动；工作平台1开始运动的同时，激光控制器18控制激光发射器16打开激光，激光透过透光玻璃14，到达水平工件15上表面，由于水平工件15对激光的透过性好，使得损耗较少的激光到达竖直工件16的上表面，由于竖直工件16对激光的吸收性好，吸收的激光能量导致水平工件15与竖直工件16的接触面受热融化，在夹紧力的作用下产生焊缝形成一定的焊接强度。当焊接完成瞬间，激光控制器21控制激光发射器16的关闭，移动坐标控制器23控制工作平台1停止运动，焊接过程完毕。

S5、当焊接过程完成后，先手动转动齿轮21上的转动手柄控制夹紧块20向下移动，完成焊接夹紧力的卸载；由于刚才转动小螺母8完成活塞缸6向左挤压的过程中，导致弹簧9处于压缩状态，此时反方向转动小螺母8，由于压缩状态弹簧9的反推力使得活塞缸6向右移动，卸载对竖直工件16的水平夹紧力；然后转动大螺母12并将上挡板11向上移动，拿下透光玻璃14，此时取下焊接在一起的工件，可以进入下一个焊接周期。

本发明中涉及的激光透射焊接T型焊接手动装夹装置，通过手动转动齿轮实现焊接夹紧力的加载与卸载，操作简单，节约成本，提高效率。

所述实施例为本发明的优越的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。