一种透明材料焊接装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用超快激光实现精密传感器玻璃子母管的透明材料焊接装置及其方法。上述透明材料焊接装置及方法，在子母管装配前和装配后利用不同温度的气流对子管和母管的温度以及装配好的子母管进行一体式精确控温，确保实现子母管的无间隙精密装配；且利用超快激光器配合聚焦镜将光束透过母管聚焦在子母管的配合界面处，同时采用多段式螺旋扫描工艺或同心圆扫描工艺弱化应力集中，从而实现传感器玻璃子母管的无胶精细封装，提高了传感器使用寿命，且焊接过程中不容易出现破裂。

A kind of transparent material welding device and its method

The invention discloses a transparent material welding device and method for realizing the glass tube of a precision sensor by using a super fast laser. Device and method for welding the transparent material, the composite tube assembly before and after assembly with different temperature on the air pipe and pipe temperature and composite assembled tube integrated precise temperature control, ensure all the gapless precision assembly; and the use of ultrafast laser device with focusing mirror beam through the pipe focus on the interface with the tubes, and the multi section spiral scan process or concentric scanning technology to weaken the stress concentration, so as to realize the fine package without glue glass tubes sensor, improve the service life of the sensor, and the welding process is not easy to rupture.

【技术实现步骤摘要】
一种透明材料焊接装置及其方法
本专利技术涉及焊接
，尤其涉及一种透明材料焊接装置及其方法。
技术介绍
玻璃子母套管的精密高强度封装是精密传感器封装技术的关键，子母管连接的强度和密封性直接决定了传感器的性能。目前采用的封装技术主要包括粘接、长脉冲激光焊接两种。粘接是在子管上涂进口的特种胶水，然后将子管和母管进行粘接，但胶水容易老化且密封性不足，在航天陀螺仪和深海声呐探测器等恶劣的工作环境中需要经受剧烈的温度和压力的变化，胶粘剂热降解和热膨胀的应力积累会减少胶粘剂的使用寿命。长脉冲激光焊接过程中材料存在高温相变，容易破裂，只能用于封装要求不高的大尺寸板材焊接，传感器焊接时芯片容易受到损伤，特别是在长脉冲作用下玻璃子母管容易破裂造成封装失败。
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种能提高传感器使用寿命，焊接过程中不容易出现破裂的透明材料焊接装置及其方法。本专利技术提供一种透明材料焊接装置，包括工作台、母管移动组件、子管移动组件、母管旋转电机、子管旋转电机、母管卡盘、子管卡盘、柔性推杆、激光组件和气体辅助加工组件；母管移动组件和所述子管移动组件分别设于所述工作台的相对两端；所述母管旋转电机设于所述母管移动组件上，所述母管卡盘和所述母管旋转电机连接，所述母管卡盘用于装配母管；所述子管旋转电机设于所述子管移动组件上，所述子管卡盘和所述柔性推杆均与所述子管旋转电机连接，所述柔性推杆设于所述子管卡盘的内部，所述母管旋转电机和所述子管旋转电机能够在同轴上相对移动，所述子管卡盘用于装配子管；所述激光组件用于发射超快激光对装配好的所述子管和所述母管进行焊接，所述激光组件包括超快激光器和设于超快激光光路上的聚焦镜；所述气体辅助加工组件用于对所述子管和所述母管吹送能够加热或冷却母管或子管的气流，所述气体辅助加工组件包括用于生成所述气流的辅助气体生成模块和与所述辅助气体生成模块连接的喷嘴。在一个实施例中，所述母管移动组件包括母管滑轨、母管驱动装置、母管移动滑块和母管支架，所述母管滑轨设于所述工作台的一端，所述母管移动滑块设于所述母管滑轨上，所述母管移动滑块相对于所述母管滑轨能够滑动，所述母管驱动装置和所述母管移动滑块连接，所述母管支架的一端设于所述母管移动滑块上，所述母管旋转电机固定设于所述母管支架的另一端。在一个实施例中，所述子管移动组件包括子管滑轨、子管驱动装置、子管移动滑块和子管支架，所述子管滑轨设于所述工作台的另一端，所述子管移动滑块可滑动设于所述子管滑轨上，所述子管驱动装置和所述子管移动滑块连接，所述子管支架的一端设于所述子管移动滑块上，所述子管旋转电机固定设于所述子管支架的另一端。在一个实施例中，所述母管驱动装置为电机或气缸，所述子管驱动装置为电机或气缸。在一个实施例中，所述聚焦镜和所述喷嘴分别设于所述母管旋转电机和所述子管旋转电机连线的相对两侧。在一个实施例中，所述聚焦镜相对于所述母管旋转电机和所述子管旋转电机的连线能够移动。本专利技术还提供一种透明材料焊接方法，包括以下步骤：S10、将子管和母管保持彼此同轴对准；S20、驱动所述母管移动，直至所述母管的中心位置到达超快激光光路上；S30、向所述母管吹热气流使其热胀；S40、驱动所述子管向靠近所述母管的方向移动，直至将所述子管装配至所述母管内部，得到装配好的子母管；S50、向所述装配好的子母管吹气流使其冷却；S60、将超快激光聚焦点移动至所述装配好的子母管的界面位置；S70、将所述装配好的子母管从一个端部向中线方向依次均匀分为第一区、第二区、第三区和第四区，驱动所述装配好的子母管转动，采用超快激光依次对所述第一区、所述第四区、所述第二区和所述第三区分别进行焊接；S80、将所述装配好的子母管从另一端部向中线方向依次均匀分为第五区、第六区、第七区和第八区，驱动所述装配好的子母管转动，采用超快激光依次对所述第五区、所述第八区、所述第六区和所述第七区分别进行焊接。在一个实施例中，S70中，焊接轨迹为同心圆或螺旋线，同心圆间距或螺距为15-50μm；S80中，焊接轨迹为同心圆或螺旋线，同心圆间距或螺距为15-50μm。在一个实施例中，S70中，还包括采用超快激光对依次对所述第四区、所述第一区、所述第三区和所述第二区分别进行焊接的操作。在一个实施例中，S80中，还包括采用超快激光对依次对所述第八区、所述第五区、所述第七区和所述第六区分别进行焊接的操作。上述透明材料焊接装置，结构简单，操作方便。上述透明材料焊接焊接方法，在子母管装配前和装配后利用不同温度的气流对子管和母管的温度以及装配好的子母管进行一体式精确控温，确保实现子母管的无间隙精密装配；且利用超快激光器配合聚焦镜将光束透过母管聚焦在子母管的配合界面处，同时采用多段式螺旋扫描工艺或同心圆扫描工艺弱化应力集中，从而实现传感器玻璃子母管的无胶精细封装，提高了传感器使用寿命，且焊接过程中不容易出现破裂。附图说明图1是一实施方式的透明材料焊接装置的结构示意图；图2是一实施方式的透明材料焊接方法的流程图；图3是采用喷嘴对母管进行喷气的结构示意图；图4是子管和母管装配完成后的结构示意图；图5是超快激光聚焦点移动至装配好的子母管的界面位置进行右端焊接的结构示意图；图6是装配好的子母管的一端分区的示意图；图7是装配好的子母管的另一端分区的示意图；图8是对装配好的子母管左端进行端焊接的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，一实施方式的透明材料焊接装置100，包括工作台10、母管移动组件、子管移动组件、母管旋转电机40、子管旋转电机50、母管卡盘60、子管卡盘70、柔性推杆80、激光组件和气体辅助加工组件。母管移动组件和子管移动组件分别设于工作台10的相对两端。母管旋转电机40设于母管移动组件上，母管卡盘60和母管旋转电机40连接，母管卡盘60用于装配母管62。母管卡盘60与母管62接触处采用柔性材料。母管62可以为玻璃母管。子管旋转电机50设于子管移动组件上。子管卡盘70和柔性推杆80均与子管旋转电机50连接。柔性推杆80设于子管卡盘70的内部。母管旋转电机40和子管旋转电机50能够在同轴上相对移动，子管卡盘70用于装配子管72。子管卡盘70与子管72接触处采用柔性材料。子管72和母管62分别可以自由旋转且保持彼此同轴对准。子管72可以为玻璃子管。激光组件用于发射超快激光对装配好的子管72和母管62进行焊接，激光组件包括超快激光器92和设于超快激光光路上的聚焦镜94。具体的，激光器92可以为飞秒或皮秒激光器。聚焦镜94可以为显微聚焦镜。超快激光具有焦点小，功率密度高，热影响区小等特点，且在透明材料内部产生非线性吸收，在焊接材料间隙可控的条件下能在聚焦点处产生微焊点实现透明介质的精密连接。气体辅助加工组件用于对子管72和母管62吹送能够加热或冷却母管或子管的气流，气体辅助加工组件包括用于生成上述气流的辅助气体生成模块96和与辅助气体生成模块96连接的喷嘴98。在一个实施例中，辅助气体生成模块96包括风机、加热丝以及用于控制生成气流温度的温度控制模块。辅助气体生成模块96还可以包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明材料焊接装置，其特征在于，包括工作台、母管移动组件、子管移动组件、母管旋转电机、子管旋转电机、母管卡盘、子管卡盘、柔性推杆、激光组件和气体辅助加工组件；母管移动组件和所述子管移动组件分别设于所述工作台的相对两端；所述母管旋转电机设于所述母管移动组件上，所述母管卡盘和所述母管旋转电机连接，所述母管卡盘用于装配母管；所述子管旋转电机设于所述子管移动组件上，所述子管卡盘和所述柔性推杆均与所述子管旋转电机连接，所述柔性推杆设于所述子管卡盘的内部，所述母管旋转电机和所述子管旋转电机能够在同轴上相对移动，所述子管卡盘用于装配子管；所述激光组件用于发射超快激光对装配好的所述子管和所述母管进行焊接，所述激光组件包括超快激光器和设于超快激光光路上的聚焦镜；所述气体辅助加工组件用于对所述子管和所述母管吹送能够加热或冷却母管或子管的气流，所述气体辅助加工组件包括用于生成所述气流的辅助气体生成模块和与所述辅助气体生成模块连接的喷嘴。

【技术特征摘要】
1.一种透明材料焊接装置，其特征在于，包括工作台、母管移动组件、子管移动组件、母管旋转电机、子管旋转电机、母管卡盘、子管卡盘、柔性推杆、激光组件和气体辅助加工组件；母管移动组件和所述子管移动组件分别设于所述工作台的相对两端；所述母管旋转电机设于所述母管移动组件上，所述母管卡盘和所述母管旋转电机连接，所述母管卡盘用于装配母管；所述子管旋转电机设于所述子管移动组件上，所述子管卡盘和所述柔性推杆均与所述子管旋转电机连接，所述柔性推杆设于所述子管卡盘的内部，所述母管旋转电机和所述子管旋转电机能够在同轴上相对移动，所述子管卡盘用于装配子管；所述激光组件用于发射超快激光对装配好的所述子管和所述母管进行焊接，所述激光组件包括超快激光器和设于超快激光光路上的聚焦镜；所述气体辅助加工组件用于对所述子管和所述母管吹送能够加热或冷却母管或子管的气流，所述气体辅助加工组件包括用于生成所述气流的辅助气体生成模块和与所述辅助气体生成模块连接的喷嘴。2.如权利要求1所述的透明材料焊接装置，其特征在于，所述母管移动组件包括母管滑轨、母管驱动装置、母管移动滑块和母管支架，所述母管滑轨设于所述工作台的一端，所述母管移动滑块设于所述母管滑轨上，所述母管移动滑块相对于所述母管滑轨能够移动，所述母管驱动装置和所述母管移动滑块连接，所述母管支架的一端设于所述母管移动滑块上，所述母管旋转电机固定设于所述母管支架的另一端。3.如权利要求2所述的透明材料焊接装置，其特征在于，所述子管移动组件包括子管滑轨、子管驱动装置、子管移动滑块和子管支架，所述子管滑轨设于所述工作台的另一端，所述子管移动滑块可滑动设于所述子管滑轨上，所述子管驱动装置和所述子管移动滑块连接，所述子管支架的一端设于所述子管移动滑块上，所述子管旋转电机固定设于所述子管支架的另一端。4.如权利要求2所述的透明材料焊接装置，其特征在于，所述母管驱动装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺斌，杨小君，康伟，田东坡，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61