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1、10申请公布号CN104309113A43申请公布日20150128CN104309113A21申请号201410495727122申请日20140925B29C65/1620060171申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市学府路301号72发明人刘会霞蒋海荣李品严长王霄74专利代理机构南京天华专利代理有限责任公司32218代理人瞿网兰54发明名称一种液压式激光透射连接夹紧装置57摘要一种用于热塑性塑料间或者热塑性塑料与金属材料间的液压式激光透射连接夹紧装置，它包括PC机，下模，PLC控制器，液压传感器，光源控制机构，还包括液压控制系统，其包括下面三个子系统加压机构，减压机构和泄压机构（。
2、保护机构）；PC机通过液压控制系统产生一定压力的水，然后使用这一定压力的水对工件进行夹紧，激光头在PC机的控制下对工件进行焊接；该热塑性塑料的激光透射连接夹紧装置可以实现对任意曲面工件的焊接，同时能精确控制焊接路径和压紧力，提高焊接件的整体强度和刚度，采用液压压紧，压紧力均匀分布在表面，避免加工后出现应力集中，提高加工工件的质量。51INTCL权利要求书2页说明书4页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书4页附图1页10申请公布号CN104309113ACN104309113A1/2页21一种液压式激光透射连接夹紧装置，其特征是它包括PC机（15），下模（。
3、14），PLC控制器（13），液压传感器（1），光源控制机构、液压控制系统，所述的PC机（15）根据液压传感器（1）所测的压力值通过PLC控制器（13）控制液压控制系统对安装在下模（14）上的上工件（7）和下工件（8）施加所需的压力，并在密闭容器（5）中的压力超过设定值时自动减压，在减压机构失效时自动泄压；光源控制机构控制激光头（3）在待焊接件需要焊接的部位上移动。2根据权利要求1所述的液压式激光透射连接夹紧装置，其特征是所述的PC机（15）连接PLC控制器（13），PLC控制器（13）控制电磁阀（18），电磁阀（18）是一个二位三通电磁阀；电磁阀（18）的一个出口连接密闭容器（5），用于给密。
4、闭容器（5）输送水（6）；电磁阀（18）还有一个出口连接水箱（12）；电磁阀（18）最后一个出口连接液压泵（17），液压泵（17）从水箱（12）中吸取水，在两者之间还有一个过滤器（16），在液压泵（17）与电磁阀（18）之间旁接一个溢流阀（19）；当电磁阀（18）处于左位时，液压泵（17）吸取的水经过电磁阀（18）输入密闭容器（5）；当电磁阀（18）处于右位时，液压泵（17）吸取的水经过电磁阀（18）流回水箱（12）。3根据权利要求1所述的液压式激光透射连接夹紧装置，其特征是所述的PC机（15）连接PLC控制器（13），PLC控制器（13）控制电磁阀（11），电磁阀（11）是一个二位二通电磁阀。
5、；电磁阀（11）的一个出口连接密闭容器（5），用于给密闭容器（5）中的水（6）减压；电磁阀（11）的一个出口连接水箱（12）；当电磁阀（11）处于左位时，密闭容器（5）内的水（6）不会流回水箱（12）；当电磁阀（11）处于右位时，密闭容器（5）内的水（6）流回水箱（12），从而给密闭容器（5）减压。4根据权利要求1所述的液压式激光透射连接夹紧装置，其特征是所述的密闭容器（5）连接有一个作为液压控制系统泄压机构的溢流阀（10），用于防止因为意外导致密闭容器（5）内过高的水压。5根据权利要求14所述的液压式激光透射连接夹紧装置，其特征是所述的PC机（15）通过液压控制系统产生一定压力的水（6），然。
6、后使用这一定压力的水（6）对上工件（7）和下工件（8）进行夹紧，从而实现对任意曲面工件的夹紧，压紧力均匀分布在表面，避免加工后出现应力集中，且能精确控制压紧力。6根据权利要求1所述的液压式激光透射连接夹紧装置，其特征是所述的下模（14）的外形与下工件（8）相匹配，下模（14）的材质为铝合金或钢质。7根据权利要求1所述的液压式激光透射连接夹紧装置，其特征是所述的上工件（7）是对激光（4）透明的热塑性聚合物，所述的下工件（8）是对激光（4）不透明的具有较强吸收激光（4）能力的热塑性聚合物或钛合金、不锈钢等金属材料。8根据权利要求1所述的液压式激光透射连接夹紧装置，其特征是在焊接上工件（7）和下工件。
7、（8）前，要用保鲜膜把上工件（7），下工件（8）和下模（14）密封起来，以防止密闭容器（5）中的水（6）进入上工件（7）、下工件（8）和下模（14）之间。9根据权利要求1所述的液压式激光透射连接夹紧装置，其特征是所述的PC机（15）根据焊接点的位置，通过控制光学系统来控制激光（4）的开启关闭时间；PC机（15）根据焊接点的位置，通过控制步进电机，来控制水压传感器（1）上下移动，测出焊接点的水压。10根据权利要求14所述的液压式激光透射连接夹紧装置，其特征是所述密闭容器权利要求书CN104309113A2/2页3（5）上表面可以打开，当其关闭时，密闭容器（5）为一个密闭空间。权利要求书CN104。
8、309113A1/4页4一种液压式激光透射连接夹紧装置技术领域0001本发明涉及激光透射焊接领域，特别涉及用于热塑性塑料间或者热塑性塑料与金属材料间的激光透射连接夹紧装置，具体地说是一种液压式激光透射连接夹紧装置。背景技术0002随着塑料行业的不断发展，新型高分子材料以及复合材料层出不穷，塑料制品具有重量轻、成本低、弹性优良、耐腐蚀等优点。热塑性塑料应用更为广泛，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。
9、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以上几种传统的焊接方法具有以下优点形成精密、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。所以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。根据相关研究，焊接过程中，压紧力的大小和是否均匀对焊接件的质量有很大影响，但是大部分焊接夹紧装置不能得到恒定的压紧力。其次，专利用于激光焊接塑料材料的焊接装置。
10、及其焊接方法，申请号为2011101099665，该焊接装置是通过液压驱动压板机构，使之与支撑板配合对工件实行夹紧，压力的大小可由调压阀控制并由压力传感器传至显示器上显示出来。该焊接装置的优点是机构较为简单，压力易于调节和控制。缺点是只能对一些平面型焊缝（即表面要求平整）进行焊接，无法实现三维焊缝的焊接，但是实际应用中三维焊接件的应用越来越多。莱丹公司发明的GLOBO焊接装置比较巧妙，其焊接头部有一个玻璃球，这个玻璃球既能对激光束聚焦，又能施加压紧力，其主要优点是能够实现任意三维焊缝的焊接，且结构紧凑，但是它采用的是单个点接触，容易导致焊接后应力集中，此外该玻璃球长时间滚动摩擦容易导致玻璃球表。
11、面磨损，使玻璃球光学性能变差，所以，迫切需要一种能克服以上缺点的装置。发明内容0004本发明的目的是针对上述现有技术的不足，设计一种用于热塑性塑料间或热塑性塑料和金属材料间的液压式激光透射连接夹紧装置，它可以实现对任意曲面工件的焊接，同时能精确控制焊接路径和压紧力，提高焊接件的整体强度和刚度，采用液压压紧，压紧力均匀分布在表面，避免加工后出现应力集中，提高加工工件的质量。0005本发明的技术方案是一种液压式激光透射连接夹紧装置，其特征是它包括PC机，下模，PLC控制器，液压传感器，光源控制机构、液压控制系统，所述的PC机根据液压传感器所测的压力值通过PLC控说明书CN104309113A2/4。
12、页5制器控制液压控制系统对安装在下模上的上工件和下工件施加所需的压力，并在密闭容器中的压力超过设定值时自动减压，在减压机构失效时自动泄压；光源控制机构控制激光头在待焊接件需要焊接的部位上移动。0006所述光源控制机构为PC机连接伺服电机，伺服电机控制X轴伺服电机，Y轴伺服电机和Z轴伺服电机。激光头安装于Z向导轨上，Z轴伺服电机控制激光头在Z向导轨上作Z向运动；Z向导轨安装于Y向导轨上，Y轴伺服电机控制Z向导轨在Y向导轨上作Y向运动；Y向导轨又安装于X向导轨上，X轴伺服电机控制Y向导轨在X向导轨上作X向运动；这样就可以控制激光头在空间任意位置发出激光。0007所述PC机连接PLC控制器，PLC控。
13、制器控制图中左边的电磁阀，此电磁阀是一个二位三通电磁阀；电磁阀的一个出口连接密闭容器，用于给密闭容器输送水；电磁阀还有一个出口连接水箱；电磁阀最后一个出口连接液压泵，液压泵从水箱中吸取的水，在两者之间还有一个过滤器，在液压泵与电磁阀之间旁接一个溢流阀；当电磁阀处于图中左位时，液压泵吸取的水经过电磁阀输入密闭容器；当电磁阀处于图中右位时，液压泵吸取的水经过电磁阀流回水箱。0008所述PC机连接PLC控制器，PLC控制器控制图中右边的电磁阀，此电磁阀是一个二位二通电磁阀；电磁阀的一个出口连接密闭容器，用于给密闭容器中的水减压；电磁阀的一个出口连接水箱；当电磁阀处于图中左位时，密闭容器内的水不会流回。
14、水箱；当电磁阀处于图中右位时，密闭容器内的水流回水箱，从而给密闭容器减压。0009所述泄压机构（保护机构）为一个溢流阀，用于防止因为意外导致密闭容器内过高的水压。0010所述下模是根据下工件定制的，下模和下工件能配合在一起，其材质为铝合金或钢质。0011所述的上工件对激光透明，激光可穿透上工件，所述下工件对激光不透明，具有较强吸收激光的能力。0012所述密闭容器上表面可以打开，当其关闭时，密闭容器为一个密闭空间。0013本发明的PC机能根据焊接点的位置，通过控制光学系统来控制激光的开启关闭时间；PC机根据焊接点的位置，通过控制步进电机来控制水压传感器上下移动，测出焊接点的水压。0014本发明实。
15、现还需要以下设备和要求在焊接前，要用保鲜膜等透明膜（对一定波长的激光透明）把上工件，下工件和下模密封起来。0015在PC机中输入预压紧力，PC机算出焊接点需要的水压，PC机根据水压传感器的数据与焊接点需要的水压的对比结果，控制PLC控制器做出相应的动作；当水压传感器的数据小于焊接点需要的水压时（小于到一定程度才触发），PLC控制器控制图中左边的电磁阀处于图中左位，控制图中右边的电磁阀处于图中左位，从而给密闭容器内加压；当水压传感器的数据等于焊接点需要的水压时，PLC控制器控制图中左边的电磁阀处于图中右位，控制图中右边的电磁阀处于图中左位；当焊接结束或者水压传感器的数据大于焊接点需要的水压时（大。
16、于到一定程度才触发），PLC控制器控制图中左边的电磁阀处于图中右位，控制图中右边的电磁阀处于图中右位，从而给密闭容器内减压；根据工作台上上工件和下工件的形状和预焊接区域，PC机生成控制程序指令，然后控制伺服电机，接着伺服电机控制激光头沿说明书CN104309113A3/4页6着特定路线移动，从而实现对上工件和下工件的焊接。0016本发明所述的热塑性塑料的激光透射连接夹紧装置有如下优点1、本发明不仅能在平面工件上进行简单的二维焊接，而且也能在三维曲面上进行焊接。00172、本装置采用数控编程技术，能精确控制焊接位置，实现精细焊接，焊接路径也可以任意选择。00183、本发明采用液压压紧，压紧力均匀。
17、分布，避免加工后出现应力集中，提高加工工件的质量。附图说明0019图1是本发明的总体结构示意图。0020图中1为液压传感器，2为伺服电机，3为激光头，4为激光，5为密闭容器，6为水，7为上工件，8为下工件，9为工作台，10为溢流阀，11为电磁阀，12为水箱，13为PLC控制器，14为下模，15为PC机，16为过滤器，17为液压泵，18为电磁阀，19为溢流阀。具体实施方式0021下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。0022如图1所示。0023一种液压式激光透射连接夹紧装置，包括PC机15，下模14，PLC控制器13，液压传感器1，光源控制机构和液压控制系统，而液压控制系统又可分为三个子系。
18、统，即加压系统、减压系统和泄压系统（保护机构）。0024能透过激光4的上工件7、不能透过激光4的下工件8和钢质下模14通过保鲜膜包裹形成一个防水密封件定位在工作台9上，工作台9被安装在一个注有水6的密闭容器5中，密闭容器5的上盖可以打开以利于待焊接工件的取放，在密闭容器5中安装有一个用于测量焊接位置处压力的液压传感器1，液压传感器1能在密闭容器5中上下移动（可由伺服电机及常规驱动机构加以驱动），液压传感器1将所测的压力传到PC机15中进行处理，然后由PC机15判定是否需要对密闭容器5进行加压，如果需要加压，由PC机15通过PLC控制器13控制电磁阀18处于图中左位，液压泵17通过电磁阀18向密。
19、闭容器5中注水6以增大密闭容器5中的压力，当密闭容器5中的压力达到设定值后，电磁阀18换向将液压泵17吸出的多余水回流到水箱12中；如果密闭容器5中的水压超过设定值或焊接结束需要泄压时，则PLC控制器13控制与密闭容器5相连的另一电磁阀11处于图中右位，将多余的水6回流至水箱12，否则，电磁阀11处于图中左位，如果电磁阀11不工作或失效而液压传感器1所测压力大于设定安全值，则与密闭容器5相连的溢流阀10工作，将密闭容器5的水6引入水箱12实现安全泄压。用于进行激光焊接的激光头3则在伺服电机2及其驱动机构的控制下按设定的路线运行，完成整个焊接过程，伺服电机2的数量可根据需要运动的维数进行确定，可。
20、为两维，也可为三维，伺服电机2的运动可由PC机15进行控制。0025利用本发明的夹紧装置进行热塑性塑料的激光透射焊接方法如下（1）设有不规则上工件7和下工件8，根据下工件8制作下模14，下工件8和下模14配合，下模14为钢质，把上工件7放在下工件8上方，下模14放在下工件8下方，用保鲜膜等说明书CN104309113A4/4页7透明膜（对一定波长的激光透明）把上工件7，下工件8和下模14包装密封起来，将其放在工作台9上。0026（2）根据上工件7和下工件8的形状和预焊接区域，PC机15生成控制程序指令，PC机15然后根据控制程序指令控制伺服电机2，伺服电机2控制X轴伺服电机，Y轴伺服电机和Z轴。
21、伺服电机；X轴伺服电机控制Y向导轨在X向导轨上作X向运动，Y轴伺服电机控制Z向导轨在Y向导轨上作Y向运动，Z轴伺服电机控制激光头3在Z向导轨上作Z向运动，这样就可以控制激光头3移动到焊接起始位置。0027（3）在PC机15中输入预压紧力，PC机15算出焊接点需要的水压，PC机15根据水压传感器1的数据与焊接点需要的水压的对比结果，控制PLC控制器13做出相应的动作；当水压传感器1的数据小于焊接点需要的水压时（小于到一定程度才触发），PLC控制器13控制电磁阀18处于图中左位，控制电磁阀11处于图中左位，从而给密闭容器5内加压（当电磁阀18处于图中左位时，液压泵17吸取的水经过电磁阀18输入密闭。
22、容器5，当电磁阀11处于图中左位时，密闭容器5内的水6不会流回到水箱12）；当水压传感器1的数据等于焊接点需要的水压时，PLC控制器13控制电磁阀18处于图中右位，控制电磁阀11处于图中左位。（当电磁阀18处于图中右位时，液压泵17吸取的水经过电磁阀18流回水箱12，当电磁阀11处于图中左位时，密闭容器5内的水6不会流回到水箱12）（4）开始加工后，PC机15根据焊接点的位置，通过伺服电机2控制X轴伺服电机和Y轴伺服电机，从而控制激光4沿着焊缝运行；同时PC机15根据焊接点的位置，通过伺服电机2控制Z轴伺服电机，从而控制激光4焦点的位置。0028（5）在焊接的过程中，PC机15实时把水压传感器。
23、1的数据与焊接点需要的水压进行对比，根据结果控制PLC控制器13做出相应的动作；当水压传感器1的数据小于焊接点需要的水压时（小于到一定程度才触发），PLC控制器13控制电磁阀18处于图中左位，控制电磁阀11处于图中左位，从而给密闭容器5内加压；当水压传感器1的数据等于焊接点需要的水压时，PLC控制器13控制电磁阀18处于图中右位，控制电磁阀11处于图中左位；当水压传感器1的数据大于焊接点需要的水压时（大于到一定程度才触发），PLC控制器13控制电磁阀18处于图中右位，控制电磁阀11处于图中右位，从而给密闭容器5内减压（当电磁阀18处于图中右位时，液压泵17吸取的水经过电磁阀18流回水箱12；当电磁阀11处于图中右位时，密闭容器5内的水6经过电磁阀11流回水箱12，从而给密闭容器5减压）。0029（6）焊接结束时，PC机15控制激光器关闭，同时通过PLC控制器13控制电磁阀18处于图中右位，控制电磁阀11处于图中右位，从而使密闭容器5内部分水6流回水箱12，以方便取出焊接件，自此，该激光透射连接夹紧装置完成了上工件7和下工件8的焊接工作。0030在未背离本发明原理的情况下，所作的任何修改，简化等替换方式，都包括在本发明的保护范围之内。0031本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。说明书CN104309113A1/1页8图1说明书附图CN104309113A。