一種三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，包括，上位機(jī)、半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)、讓激光頭做三維平移運(yùn)動(dòng)的激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、使反射鏡在X、Y平面內(nèi)做二維平移運(yùn)動(dòng)的反射鏡機(jī)構(gòu)和使工件順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)的工件臺(tái)；上位機(jī)通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)動(dòng)信號(hào)至激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制激光頭、反射鏡和工件的運(yùn)動(dòng)；上位機(jī)通過(guò)給單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出激光開(kāi)關(guān)的信號(hào)至半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，從而控制激光的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的三維焊接。本實(shí)用新型三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)將激光器系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)整合成為一體，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)不同塑料器件的高效率、高質(zhì)量的三維激光焊接，解決目前普遍采用的激光塑料焊接設(shè)備的加工幅面小，加工效率低的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
一種三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及激光透射焊接領(lǐng)域，特別涉及一種三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，用于熱塑性塑料之間的激光透射焊接。
【背景技術(shù)】
[0002]激光焊接技術(shù)在金屬材料的加工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其優(yōu)異的性能早已被各個(gè)應(yīng)用行業(yè)所接受，成果顯著。隨著綠色環(huán)保理念在全球工業(yè)生產(chǎn)中的貫徹以及生產(chǎn)成本控制方面的考慮，塑料作為一種性能優(yōu)異的可再生非金屬材料，被日益廣泛地應(yīng)用在各行業(yè)中。
[0003]激光塑料焊接最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，但是由于費(fèi)用昂貴，無(wú)法和傳統(tǒng)塑料焊接技術(shù)相競(jìng)爭(zhēng)，因此發(fā)展緩慢。但是從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，由于激光焊接技術(shù)所需要的設(shè)備費(fèi)用下降，該技術(shù)逐漸受到人們的的廣泛歡迎。
[0004]激光塑料焊接利用透射焊接原理，選用紅外激光作為焊接熱源，一般以SOOnm-1lOOnm波段的激光為主，這一波段的激光對(duì)于大部分可焊接的透明或有色熱熔塑料來(lái)說(shuō)吸收率太低，激光穿過(guò)這些材料時(shí)能量損失很少。焊接時(shí)疊加在一起的上下兩層材料需要滿足一定的要求;而下層材料作為熱作用區(qū)，需要對(duì)激光具有較高的吸收率。滿足了以上的兩個(gè)條件就可以保證激光可以較少的能量損耗透過(guò)上層材料到達(dá)下層材料的表面，由于下層材料具有較高的吸收率，激光在兩層材料的結(jié)合面處被吸收并產(chǎn)生熱量，使得該處的塑料熔化，在適當(dāng)壓力作用下發(fā)生二次聚合，這樣在冷卻后再上下兩層材料之間形成焊縫而使它們連結(jié)在一起。
[0005]目前普遍采用的激光塑料焊接設(shè)備為機(jī)床類結(jié)構(gòu)，激光軌跡的執(zhí)行通過(guò)機(jī)床的各個(gè)軸來(lái)實(shí)現(xiàn)，其加工效率較低。通過(guò)資料檢索，檢索到已申請(qǐng)的專利文獻(xiàn)，
[0006]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01410846200.9公開(kāi)了一種裝置，其用機(jī)械手臂來(lái)進(jìn)行焊接。但只能對(duì)塑料工件在平面內(nèi)進(jìn)行焊接，無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維空間上的焊接。而且用機(jī)械手臂無(wú)法進(jìn)行大幅面的焊接。
[0007]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01410066447.5公開(kāi)了類似的三維激光塑料焊接的裝置，但該專利中是通過(guò)可逆旋轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)使光纖頭在ZY面和XY面內(nèi)同時(shí)做360度的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)激光頭在Z方向上的移動(dòng)，這在實(shí)際工程中是不能被實(shí)現(xiàn)的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，將激光器系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)整合成為一體，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)不同塑料器件的高效率、高質(zhì)量的三維激光焊接，解決目前普遍采用的激光塑料焊接設(shè)備的加工幅面小，加工效率低的問(wèn)題。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0010]一種三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，包括，上位機(jī)、半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng);其還包括讓激光頭做三維平移運(yùn)動(dòng)的激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、使反射鏡在X、Y平面內(nèi)做二維平移運(yùn)動(dòng)的反射鏡機(jī)構(gòu)和使工件順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)的工件臺(tái)；上位機(jī)通過(guò)給單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)動(dòng)信號(hào)至激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而控制激光頭、反射鏡和工件的運(yùn)動(dòng)；上位機(jī)通過(guò)給單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出激光開(kāi)關(guān)的信號(hào)至所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，從而控制激光的開(kāi)關(guān);激光頭、反射鏡及工件臺(tái)三者配合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的三維焊接。
[0011 ]進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述的三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，包括，工作臺(tái)；激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)置于所述工作臺(tái)的一側(cè);包括，兩根Y方向?qū)к?，分別通過(guò)兩Y向立柱平行設(shè)置于所述工作臺(tái)上，該兩Y方向?qū)к壣显O(shè)第一、第二滑塊及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置;一根X方向?qū)к?，其兩端分別連接所述兩根Y方向?qū)к壣系牡谝弧⒌诙瑝K，使X方向?qū)к壟cY方向?qū)к壌怪?；該X方向?qū)к壣显O(shè)第三滑塊及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置;兩Z方向立柱，設(shè)置于所述第三滑塊的上下端面，Z方向立柱與X方向?qū)к壌怪?Z方向?qū)к?，其兩端分別通過(guò)一連接塊與兩Z方向立柱的外端部連接，使Z方向?qū)к壟cX方向?qū)к壌怪?激光頭夾具及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，滑設(shè)于所述Z方向?qū)к壣?反射鏡機(jī)構(gòu)，設(shè)置于所述工作臺(tái)的另一側(cè);包括，兩Y方向軌道，平行設(shè)置于工作臺(tái)上，該兩Y方向軌道上設(shè)置第四、第五滑塊及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置;X方向軌道，其兩端連接所述第四、第五滑塊，與Y方向軌道垂直;X方向軌道上設(shè)第六滑塊及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置;反射鏡架，設(shè)置于所述第六滑塊上;反射鏡，設(shè)置于所述反射鏡架上，反射鏡與水平方向呈45度角;可旋轉(zhuǎn)的工件臺(tái)及控制其旋轉(zhuǎn)的可逆電機(jī)，設(shè)置于所述激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作臺(tái)中央；半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，包括激光頭，該激光頭安裝于所述激光頭夾具上;所述各滑塊相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置及可逆電機(jī)分別電性連接單片機(jī)控制系統(tǒng)。
[0012]優(yōu)選的，所述各滑塊相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置包括伺服電機(jī)、滑輪及連接在兩者之上的傳動(dòng)帶，所述滑塊連接于傳動(dòng)帶上。
[0013]進(jìn)一步，所述單片機(jī)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)支撐板、隔離柱、單片機(jī)及其外圍電路；所述單片機(jī)支撐板固定在工作臺(tái)上;所述單片機(jī)通過(guò)隔離柱固定在單片機(jī)支撐板上;通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)激光塑料焊接的控制，其中，上位機(jī)預(yù)先設(shè)定激光頭運(yùn)動(dòng)的軌跡，然后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)處理之后，控制各滑塊相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置和可逆電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而使激光頭按照既定軌跡運(yùn)動(dòng)。
[0014]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)為一個(gè)輸出準(zhǔn)直的激光光源的激光器系統(tǒng)，輸出的準(zhǔn)直光通過(guò)所述激光頭聚焦于工件加工面。
[0015]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)為一個(gè)光纖輸出的激光光源的激光器系統(tǒng)，光纖輸出激光通過(guò)所述激光頭聚焦于工件加工面。
[0016]當(dāng)需要開(kāi)關(guān)激光的時(shí)候，上位機(jī)發(fā)出信號(hào)至單片機(jī)，經(jīng)繼電器處理后傳至半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的開(kāi)關(guān)控制。所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)輸出的激光是通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，從激光器輸出的激光通過(guò)光纖傳輸后，可以適應(yīng)長(zhǎng)距離工作環(huán)境。在光纖末端的激光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，并最終通過(guò)所述激光頭聚焦于工件加工面。
[0017]本實(shí)用新型三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，激光頭夾具在滑塊及伺服電機(jī)控制下在X、Y、Z方向上均能運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要對(duì)工件側(cè)面進(jìn)行焊接時(shí)，與水平方向呈45度角的反射鏡可保證豎直向下的激光經(jīng)過(guò)反射垂直射在工件的側(cè)面上。反射鏡在伺服電機(jī)的控制下能做X、Y方向的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)反射鏡在X方向上的移動(dòng)加上激光頭夾具在Z方向上的移動(dòng)可以配合用來(lái)調(diào)焦。工件旋轉(zhuǎn)臺(tái)在可逆電機(jī)的控制下可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以保證工件的側(cè)面可以完全焊接。即實(shí)現(xiàn)了對(duì)塑料工件的三維焊接。所述伺服電機(jī)和可逆電機(jī)F分別與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接，最終受上位機(jī)的控制。
[0018]本實(shí)用新型塑料焊接系統(tǒng)在對(duì)側(cè)面焊接時(shí)可以配合工件運(yùn)動(dòng)反射鏡X軸或運(yùn)動(dòng)激光頭Z軸進(jìn)行聚焦。其中反射鏡與激光頭出射光夾角為45度。當(dāng)根據(jù)需要焊接工件底部時(shí)，可以改變反射鏡與激光頭出射光的角度，讓激光頭、反射鏡以及工作臺(tái)三者配合運(yùn)動(dòng)可以完成工件底部的焊接。
[0019]激光頭夾具與Z方向?qū)к壪噙B，可在其上滑動(dòng)。激光頭固定在激光頭夾具上。通過(guò)伺服電機(jī)分別控制X方向?qū)к?、Y方向?qū)к?、Z方向?qū)к壣系幕瑝K運(yùn)動(dòng)，使激光頭夾具可在X、Y、Z三個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果:
[0021]1.本實(shí)用新型系統(tǒng)通過(guò)反射鏡與二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的大幅度三維焊接。
[0022]2.本實(shí)用新型系統(tǒng)將激光系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)整合在一起，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)控制激光開(kāi)關(guān)的功能。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的立體圖；
[0024]圖2為圖1的俯視圖；
[0025]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一中激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例一中激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例一中反射鏡二維運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0028]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例二的三維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例二中激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖；
[0030]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例二中反射鏡二維運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0031 ]圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例的底面焊接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]參見(jiàn)圖1?圖9，本實(shí)用新型的一種三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，包括，上位機(jī)1、半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)2、單片機(jī)控制系統(tǒng)3;其還包括讓激光頭做三維平移運(yùn)動(dòng)的激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4、使反射鏡在X、Y平面內(nèi)做二維平移運(yùn)動(dòng)的反射鏡機(jī)構(gòu)5和使工件順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)的工件臺(tái)6;上位機(jī)通過(guò)給單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)動(dòng)信號(hào)至激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而控制激光頭、反射鏡和工件的運(yùn)動(dòng);上位機(jī)通過(guò)給單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出激光開(kāi)關(guān)的信號(hào)至所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，從而控制激光的開(kāi)關(guān);激光頭、反射鏡及工件臺(tái)三者配合運(yùn)動(dòng)，來(lái)保證實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的三維焊接。
[0033]進(jìn)一步，所述的三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，其包括，
[0034]工作臺(tái)100;
[0035]激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4，設(shè)置于所述工作臺(tái)100的一側(cè);包括，
[0036]兩根Y方向?qū)к?01、401’，分別通過(guò)兩Y向立柱402、402’平行設(shè)置于所述工作臺(tái)100上，該兩Y方向?qū)к?01、401’上設(shè)第一、第二滑塊403、404及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置405、405’ ；
[0037]一根X方向?qū)к?06，其兩端分別連接所述兩根Y方向?qū)к?01、401’上的第一、第二滑塊403、404，使X方向?qū)к?06與Y方向?qū)к?01、401’垂直;該X方向?qū)к?06上設(shè)第三滑塊407及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置408 ；
[0038]兩Z方向立柱409，設(shè)置于所述第三滑塊407的上下端面，Z方向立柱409與X方向?qū)к?06垂直；
[0039]Z方向?qū)к?10，其兩端分別通過(guò)一連接塊411與兩Z方向立柱409的外端部連接，使Z方向?qū)к?10與X方向?qū)к?06垂直；
[0040]激光頭夾具412及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置413，滑設(shè)于所述Z方向?qū)к?10上；
[0041]反射鏡機(jī)構(gòu)5，設(shè)置于所述工作臺(tái)100的另一側(cè);包括，
[0042]兩Y方向軌道51、51’，平行設(shè)置于工作臺(tái)100上，該兩￥方向軌道51、51’上設(shè)置第四滑塊52、第五滑塊53及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置54、54’ ；
[0043]X方向軌道55，其兩端連接所述第四、第五滑塊52、53，與Y方向軌道51、51’垂直;X方向軌道55上設(shè)第六滑塊56及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置57;
[0044]反射鏡架58，設(shè)置于所述第六滑塊56上；
[0045]反射鏡59，設(shè)置于所述反射鏡架58上，反射鏡59與水平方向呈45度角；
[0046]可旋轉(zhuǎn)的工件臺(tái)6及控制其旋轉(zhuǎn)的可逆電機(jī)61，設(shè)置于所述激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的工作臺(tái)100中央；
[0047]所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)2，包括激光頭21，該激光頭21安裝于所述激光頭夾具412上;所述各滑塊相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置及可逆電機(jī)分別電性連接單片機(jī)控制系統(tǒng)3。
[0048]在本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)2還包括包括供電電源22、M0SFET23、分流器24、控制電源25、制冷電源26、L型激光器27。
[0049]上位機(jī)通過(guò)給單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出激光開(kāi)關(guān)的信號(hào)，并且結(jié)合電位器和驅(qū)動(dòng)電源將該信號(hào)至所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)上，從而控制激光的開(kāi)關(guān);激光頭、反射鏡及工件臺(tái)三者配合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件200的三維焊接。
[0050]參見(jiàn)圖6，本實(shí)用新型所述第一滑塊403相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置405(以第一滑塊403為例，下同)包括伺服電機(jī)4051、滑輪4052及連接在兩者之上的傳動(dòng)帶4053，所述第一滑塊403連接于傳動(dòng)帶4053上。
[0051]進(jìn)一步，所述單片機(jī)控制系統(tǒng)3包括單片機(jī)支撐板31、隔離柱32、單片機(jī)33及其外圍電路(繼電器34、驅(qū)動(dòng)電源35);所述單片機(jī)支撐板31固定在工作臺(tái)100上;所述單片機(jī)33通過(guò)隔離柱32固定在單片機(jī)支撐板31上;通過(guò)上位機(jī)I實(shí)現(xiàn)激光塑料焊接的控制，其中，上位機(jī)I預(yù)先設(shè)定激光頭運(yùn)動(dòng)的軌跡，然后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)33中，經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)3處理之后，控制各滑塊相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置和可逆電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而使激光頭21按照既定軌跡運(yùn)動(dòng)。
[0052]上位機(jī)通過(guò)給單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出激光開(kāi)關(guān)的信號(hào)，并且結(jié)合電位器和驅(qū)動(dòng)電源將該信號(hào)至所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，從而控制激光的開(kāi)關(guān)。
[0053]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)為一個(gè)輸出準(zhǔn)直的激光光源的激光器系統(tǒng)，輸出的準(zhǔn)直光通過(guò)所述激光頭聚焦于工件加工面。
[0054]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)為一個(gè)光纖輸出的激光光源的激光器系統(tǒng)，光纖輸出激光通過(guò)所述激光頭聚焦于工件加工面。
[0055]當(dāng)需要開(kāi)關(guān)激光的時(shí)候，上位機(jī)發(fā)出信號(hào)至單片機(jī)，經(jīng)繼電器處理后傳至半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的開(kāi)關(guān)控制。所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)輸出的激光是通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，從激光器輸出的激光通過(guò)光纖傳輸后，可以適應(yīng)長(zhǎng)距離工作環(huán)境。在光纖末端的激光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，并最終通過(guò)所述激光頭聚焦于工件加工面。
[0056]本實(shí)用新型三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，激光頭夾具在各滑塊及相應(yīng)的伺服電機(jī)的控制下在X、Y、Z方向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要對(duì)工件側(cè)面進(jìn)行焊接時(shí)，與水平方向呈45度角的反射鏡可保證豎直向下的激光經(jīng)過(guò)反射垂直射在工件的側(cè)面上。反射鏡在伺服電機(jī)的控制下能做Χ、Υ方向的運(yùn)動(dòng)；同時(shí)反射鏡在X方向上的移動(dòng)加上激光頭夾具在Z方向上的移動(dòng)可以配合用來(lái)調(diào)焦。工件旋轉(zhuǎn)臺(tái)在可逆電機(jī)的控制下可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以保證工件的側(cè)面可以完全焊接。即實(shí)現(xiàn)了對(duì)塑料工件的三維焊接。所述伺服電機(jī)和可逆電機(jī)分別與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接，最終受上位機(jī)的控制。在上位機(jī)中設(shè)定的圖形，通過(guò)雙頭USB傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)中，控制激光頭的運(yùn)動(dòng)軌跡。本實(shí)用新型將激光器系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)整合在一起，同時(shí)能夠滿足激光始終垂直于工件加工表面，并且能完成對(duì)工件的大幅度的三維焊接。
[0057]單片機(jī)上有USB接口，通過(guò)一條雙頭USB線與上位機(jī)連接。在上位機(jī)中，把需要焊接的圖形導(dǎo)入，并設(shè)定好焊接速度，然后輸入到單片機(jī)控制系統(tǒng)中進(jìn)行處理。該單片機(jī)控制系統(tǒng)主要有兩方面功能，一方面功能是控制伺服電機(jī)和可逆電機(jī)來(lái)控制激光頭在三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)、反射鏡的運(yùn)動(dòng)以及工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng);另一方面是控制激光的開(kāi)關(guān)。
[0058]當(dāng)焊接工件上表面時(shí)，根據(jù)焊接軌跡只需要在XY平面內(nèi)進(jìn)行焊接時(shí)，單片機(jī)會(huì)輸出信號(hào)使反射鏡向左運(yùn)動(dòng)至Y方向?qū)к壍淖钭髠?cè)，以保證不影響焊接過(guò)程；同時(shí)控制激光頭在XY平面上運(yùn)動(dòng)。
[0059]當(dāng)焊接工件側(cè)表面時(shí)，根據(jù)焊接軌跡需要，單片機(jī)會(huì)輸出信號(hào)使反射鏡向右移動(dòng)，同時(shí)根據(jù)所需焊接軌跡使激光頭在Z軸方向上運(yùn)動(dòng)。其中反射鏡與水平面始終呈45度角，以此來(lái)保證激光頭在處于豎直方向上時(shí)，輸出的激光可以垂直射在工件待焊接表面。與此同時(shí)，單片機(jī)會(huì)根據(jù)焊接軌跡的需要，控制可逆電機(jī)，從而使工件臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)，來(lái)配合保證焊接工件的整個(gè)側(cè)面。隨著焊接軌跡的變化，單片機(jī)會(huì)控制反射鏡在X軸方向上的移動(dòng)配合激光頭在Z軸方向上的移動(dòng)來(lái)進(jìn)行聚焦或保證恒定的離焦量，從而保證焊接效果。當(dāng)焊接軌跡向下時(shí)，單片機(jī)會(huì)控制激光頭向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制反射鏡向左運(yùn)動(dòng)，這樣才能保證聚焦或使離焦量不變。
[0060]當(dāng)焊接工件底面時(shí)，根據(jù)焊接軌跡需要，會(huì)改變反射鏡與激光出射光的角度，從而使豎直向下的出射光改變方向打在工件底面上(見(jiàn)圖9)。由于此時(shí)激光不是垂直打在工件表面，因此光斑大小會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)需要調(diào)整離焦量或更換鏡頭來(lái)保證焊縫的統(tǒng)一大小。[0061 ]其中控制激光的開(kāi)關(guān)是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0062]當(dāng)打開(kāi)激光時(shí)，則需要將LASER ENABLE兩個(gè)引腳導(dǎo)通，否則，只需將LASER ENABLE的兩個(gè)引腳斷開(kāi)；同時(shí)，根據(jù)已設(shè)定好的焊接軌跡，需要激光打開(kāi)的地方，會(huì)通過(guò)上位機(jī)控制單片機(jī)上其中兩根引線的輸出壓差為5V，反之，這兩根引線的輸出電壓為O。因此，將這兩根引線接到一個(gè)5V的繼電器上，再接到LASER ENABLE上的那兩個(gè)引腳。便可實(shí)現(xiàn)通過(guò)上位機(jī)來(lái)控制激光開(kāi)關(guān)的功能。
[0063]在本實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)電源、繼電器，其目的是將運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與激光系統(tǒng)整合在一起。所述驅(qū)動(dòng)電源同時(shí)提供5V和24V的電壓;繼電器為5V繼電器。所述單片機(jī)控制系統(tǒng)自身需要24V的供電電壓，單片機(jī)是由驅(qū)動(dòng)電源供電；同時(shí)，在需要開(kāi)激光的時(shí)候，單片機(jī)一接口由5V輸出拉低至0V。此外，單片機(jī)另一接口一直保持著5V的電壓輸出。據(jù)此，利用此現(xiàn)象將這兩個(gè)接口接到5V的繼電器上，再接到激光器上的LASER ENABLE接口，來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)上位機(jī)來(lái)控制激光開(kāi)關(guān)的功能。
[0064]激光器系統(tǒng)輸出激光時(shí)，其上的LASERENABLE接口上有兩個(gè)引腳是需要短路的，反之，兩個(gè)接口處于斷路狀態(tài)。
[0065]本實(shí)用新型可以進(jìn)行較大幅面的三維焊接，最大工作范圍為5m*5m*5m，最大掃描速度為200mm/s。
[0066]本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
[0067]在未背離本實(shí)用新型原理的情況下，所作的任何修改，簡(jiǎn)化等替換方式，都包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，包括，上位機(jī)、半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng);其特征在于，還包括讓激光頭做三維平移運(yùn)動(dòng)的激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、使反射鏡在Χ、γ平面內(nèi)做二維平移運(yùn)動(dòng)的反射鏡機(jī)構(gòu)和使工件順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)的工件臺(tái)；上位機(jī)通過(guò)給單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)動(dòng)信號(hào)至激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而控制激光頭、反射鏡和工件的運(yùn)動(dòng);上位機(jī)通過(guò)給單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出激光開(kāi)關(guān)的信號(hào)至所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，從而控制激光的開(kāi)關(guān);激光頭、反射鏡及工件臺(tái)三者配合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的三維焊接。2.如權(quán)利要求1所述的三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，其特征在于，包括，工作臺(tái)； 所述激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)置于所述工作臺(tái)的一側(cè);包括， 兩根Y方向?qū)к?，分別通過(guò)兩Y向立柱平行設(shè)置于所述工作臺(tái)上，該兩Y方向?qū)к壣显O(shè)第一、第二滑塊及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置； 一根X方向?qū)к墸鋬啥朔謩e連接所述兩根Y方向?qū)к壣系牡谝?、第二滑塊，使X方向?qū)к壟cY方向?qū)к壌怪?該X方向?qū)к壣显O(shè)第三滑塊及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置； 兩Z方向立柱，設(shè)置于所述第三滑塊的上下端面，Z方向立柱與X方向?qū)к壌怪保?Z方向?qū)к?，其兩端分別通過(guò)一連接塊與兩Z方向立柱的外端部連接，使Z方向?qū)к壟cX方向?qū)к壌怪保?激光頭夾具及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，滑設(shè)于所述Z方向?qū)к壣希?反射鏡機(jī)構(gòu)，設(shè)置于所述工作臺(tái)的另一側(cè);包括， 兩Y方向軌道，平行設(shè)置于工作臺(tái)上，該兩Y方向軌道上設(shè)置第四、第五滑塊及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置； X方向軌道，其兩端連接所述第四、第五滑塊，與Y方向軌道垂直;X方向軌道上設(shè)第六滑塊及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置； 反射鏡架，設(shè)置于所述第六滑塊上； 反射鏡，設(shè)置于所述反射鏡架上，反射鏡與水平方向呈45度角； 可旋轉(zhuǎn)的工件臺(tái)及控制其旋轉(zhuǎn)的可逆電機(jī)，設(shè)置于所述激光頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作臺(tái)中央； 半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，包括激光頭，該激光頭安裝于所述激光頭夾具上； 所述各滑塊相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置及可逆電機(jī)分別電性連接單片機(jī)控制系統(tǒng)。3.如權(quán)利要求1所述的三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機(jī)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)支撐板、隔離柱、單片機(jī)及其外圍電路;所述單片機(jī)支撐板固定在工作臺(tái)上；所述單片機(jī)通過(guò)隔離柱固定在單片機(jī)支撐板上;通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)激光塑料焊接的控制，其中，上位機(jī)預(yù)先設(shè)定激光頭運(yùn)動(dòng)的軌跡，然后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)處理之后，控制各滑塊相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置和可逆電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而使激光頭按照既定軌跡運(yùn)動(dòng)。4.如權(quán)利要求2或3所述的三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述各滑塊相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置包括伺服電機(jī)、滑輪及連接在兩者之上的傳動(dòng)帶，所述滑塊連接于傳動(dòng)帶上。5.如權(quán)利要求1或2所述的三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)為一個(gè)可輸出準(zhǔn)直的激光光源的激光器系統(tǒng)，輸出的準(zhǔn)直光通過(guò)所述激光頭聚焦于工件加工面。6.如權(quán)利要求1或2所述的三維半導(dǎo)體激光塑料焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)為一個(gè)光纖輸出的激光光源的激光器系統(tǒng)，光纖輸出激光通過(guò)所述激光頭聚焦于工件加工面。
【文檔編號(hào)】B23K26/324GK205705288SQ201620556812
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】王穎, 李翔
【申請(qǐng)人】嘉興九碩激光科技有限公司