用于激光束塑料焊接的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于激光束塑料焊接的方法，具有以下步骤：在接收区域(2)上设置基本吸收激光辐射的第一模具部件(3)，使用电磁辐射源照射所述第一模具部件(3)，通过检测器(11)检测所述第一模具部件(3)的热量，生成所述第一模具部件(3)的吸收特征，在所述第一模具部件(3)上设置使激光辐射基本透过的第二模具部件(16)，以及使用加工激光器(8)沿着待产生焊缝的轮廓照射上述的两个模具部件(3，16)，使得由加工激光器(8)产生的能量输入由控制器(9)基于所生成的所述第一模具部件(3)的吸收特征来控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于激光束塑料焊接的方法和装置
本专利技术涉及一种激光束塑料焊接方法和相应的装置。
技术介绍
在激光束塑料焊接本身已知的情况下，将塑料材料制成的两个模具部件彼此连接。这里，第一模具部件基本吸收激光辐射。第二模具部件基本使激光辐射透过。由辐射源产生的辐射，特别是激光辐射，穿透第二(上)透过性模具部件并被第一(下部)模具部件吸收，因此使第一(下部)模具部件进入塑化或熔融状态。所述两个模具部件在该状态下通过保持器固定。通过热传导，透明的第二部件也在两个模具部件之间的接触区域处局部塑化或熔化。在保持器产生的压力作用下，两个模具部件之间形成连接。为了产生高质量的无故障焊接连接，必须精确地对所使用的光束功率进行配量(dose)。焊接工艺可用的能量取决于透明模具部件的透射率。因此，在文献US7245378B2中已经提出了在进行激光焊接工艺之前检测透明模具部件的透射率。在实践中，基本吸收性模具部件的激光辐射的某些特性会受到波动，从而可能影响焊接连接的质量。其实例是注塑部件的浇口点，其中可能存在玻璃纤维的积聚。进一步的影响因素是例如有色塑料的炭黑含量、相应吸收剂添加剂的含量，或塑料(如聚酰胺)中的吸水量，或调节。还观察到用于注塑成型的塑料粒状材料的不同批次易受到波动。另外，吸收会受到注塑成型过程中温度控制的严重影响。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是描述一种用于激光束塑料焊接的方法，即使模具部件所用材料的特性波动，该方法也能够可靠地形成焊接连接。为了实现该目的，提供了一种用于激光束塑料焊接的方法，其具有以下步骤：在接收区域上设置基本吸收激光辐射的第一模具部件，使用电磁辐射源照射所述第一模具部件，通过检测器检测所述第一模具部件的热量，生成所述第一模具部件的吸收特征(absorptionprofile)，在所述第一模具部件上设置使激光辐射基本透过的第二模具部件，以及使用加工激光器沿着待产生焊缝的轮廓(contour)照射上述的两个模具部件，使得由加工激光器产生的能量输入由控制器基于所产生的所述第一模具部件的吸收特征来控制。本专利技术基于以下发现：通过检测并考虑基本吸收激光辐射的模具部件的吸收行为，可以获得可靠的焊接连接。与检测(上)模具部件的透射的传统方法相比，根据本专利技术提供的是检测吸收激光辐射的下模具部件的吸收系数。通过检测吸收，可以影响随后的焊接过程，使得引入连接区域的能量足以使下模具部件塑化或局部熔化。另一方面，引入的能量不至于高到导致局部过热和材料损坏的程度。因此，根据本专利技术，可以以非常合适的方式为焊接过程引入的能量进行配量。因此，本专利技术的方法提出了，最初仅将基本吸收激光辐射的第一模具部件布置在接收区域上。然后仅照射该第一模具部件，并通过检测器检测其热量。基于该测量数据生成第一模具部件的吸收特征。然后，将透过性第二部件设置在第一模具部件上并且优选地通过保持器固定，使得两个模具部件通过压缩力保持。然后通过加工激光器实现辐射，其中基于第一模具部件产生的吸收特征来控制能量输入。在本专利技术方法中，优选的是，在用加工激光器照射的情况下，通过控制器减少在第一模具部件的具有较高吸收的那些点处的能量输入。术语“较高吸收”可以例如涉及第一模具部件的吸收的平均值。如果局部地提供比平均值更高的吸收，则局部地减少那里的能量输入。代替平均值，也可以选择吸收的阈值作为参考变量。类似地，在本专利技术的方法中可以提供的是，在加工激光器照射的情况下，通过控制器增加在第一模具部件的与平均值相比具有较低吸收的那些点处的能量输入。术语“较低吸收”可以涉及吸收的平均值或固定的阈值。因此，基于从第一模具部件所生成的吸收特征给出的局部吸收来控制在用加工激光照射情况下的能量输入。产生的吸收特征指明了沿着要产生的焊缝的轮廓的位置与在此点检测的吸收之间的关系。根据本专利技术的方法的优选实施例提供了借助于加工激光器照射第一模具部件以产生吸收特征。这导致的优点是仅需要单个加工激光器作为辐射源。原则上也可以设想使用第一激光束源产生吸收特征，使用第二激光束源作为加工激光器。在根据本专利技术的方法中，优选的是沿着限定的路径照射第一模具部件以产生吸收特征，并且沿着该路径检测吸收特征。这里，激光束在限定的路径上行进。如已经说明的，吸收特征指明了激光辐射在基本吸收性的模具部件中沿待产生焊缝的轮廓的局部吸收之间的关系。因此，优选沿待产生焊缝的轮廓检测吸收特征。根据本专利技术方法的改进，使用高温计或红外摄像机作为检测器。模具部件的点的温度可以通过高温计检测。可以通过红外摄像机产生模具部件的区域吸收的二维图像。在根据本专利技术的方法中，优选使用波长在600nm和2500nm之间的加工激光器。这里，特别优选近红外范围的加工激光器，例如980nm波长的加工激光器。在根据本专利技术的方法中，还可以提供使用附接到移动装置的加工激光器，其中所述移动装置被配置为x-y轴系统、机器人或检流计扫描器。借助于移动装置，移动附接到其上的加工激光器，使得通过电磁辐射源照射待产生焊缝的轮廓。根据本专利技术的方法的另一变型提供了生成透过性第二模具部件的透射特征，并且还依据所生成的第二模具部件的透射特征来控制由加工激光器产生的能量输入。然而，透射特征的生成是可选的。可以测量透过性模具部件的透射率以及吸收模具部件的吸收率。为此，透过性模具部件也被加工激光器照射并因此被加热。用于透过性模具部件的大多数工程塑料具有2％至40％范围的吸收率。因此，透过性模具部件在照射下被加热，并且可用相同的检测器检测该热量，并且可以基于检测到的热量确定透射率。例如，越强烈的热量表明透射率越低。此外，本专利技术涉及一种用于激光束塑料焊接的装置，包括第一模具部件的第一接收区域、具有移动装置的电磁辐射源、放置在所述第一模具部件上的第二模具部件的第二接收区域，以及用于检测模具部件的热量的检测器。根据本专利技术的装置被配置为实施所描述的方法。根据本专利技术的装置优选地包括控制器，该控制器连接到电磁辐射源和检测器，并被配置为控制所述电磁辐射源，使得第一模具部件被照射，其热量通过检测器被检测，并且生成第一模具部件的吸收特征，其中，一旦使激光辐射基本透过的第二模具部件被布置在第一模具部件上，则使用加工激光器沿着待产生焊缝的轮廓照射这两个模具部件，使得由加工激光器产生的能量输入由控制器基于所生成的第一模具部件的吸收特征来控制。在根据本专利技术的装置中，可以提供的是，所述装置具有用于拾取第二模具部件并将第二模具部件放置在第一模具部件上的操纵装置。操纵装置例如可以配置为机器人抓手。在根据本专利技术的装置中，检测器优选地布置在与电磁辐射源相同的一侧。附图说明在下文中，将基于示例性实施例并参考附图来说明本专利技术的其他优点和细节。附图是示意性说明并显示如下：图1是根据本专利技术的装置的示例性实施例的侧视图；图2是能量-时间图；图3是表示随时间的热辐射的图；图4是根据图1的本专利技术装置，其中具有两个模具部件；以及图5是模具部件的平面图和激光束的路径。具体实施方式图1示出了装置1的示例性实施例的侧视图。装置1包括用于第一模具部件3的接收区域2。接收区域2被配置为夹紧装置并与保持器4配合，保持器4与接收区域2一起形成夹紧装置。保持器4具有凹槽5，其适合于第一模具部件3的尺寸和形状。从图1中可以看出，第一模具部件3被接收并保持本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光束塑料焊接的方法，具有以下步骤：在接收区域(2)上设置基本吸收激光辐射的第一模具部件(3)，使用电磁辐射源照射所述第一模具部件(3)，通过检测器(11)检测所述第一模具部件(3)的热量，生成所述第一模具部件(3)的吸收特征，在所述第一模具部件(3)上设置使激光辐射基本透过的第二模具部件(16)，以及使用加工激光器(8)沿着待产生焊缝的轮廓照射上述的两个模具部件(3，16)，使得由所述加工激光器(8)产生的能量输入由控制器(9)基于所生成的所述第一模具部件(3)的吸收特征来控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.06 DE 102016216844.41.一种用于激光束塑料焊接的方法，具有以下步骤：在接收区域(2)上设置基本吸收激光辐射的第一模具部件(3)，使用电磁辐射源照射所述第一模具部件(3)，通过检测器(11)检测所述第一模具部件(3)的热量，生成所述第一模具部件(3)的吸收特征，在所述第一模具部件(3)上设置使激光辐射基本透过的第二模具部件(16)，以及使用加工激光器(8)沿着待产生焊缝的轮廓照射上述的两个模具部件(3，16)，使得由所述加工激光器(8)产生的能量输入由控制器(9)基于所生成的所述第一模具部件(3)的吸收特征来控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在用所述加工激光器(8)照射的情况下，通过所述控制器(9)减少在所述第一模具部件(3)的具有高吸收的点处的能量输入。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在用所述加工激光器(8)照射的情况下，通过所述控制器(9)增加在所述第一模具部件(3)的具有低吸收的点处的能量输入。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用所述加工激光器(8)照射所述第一模具部件(3)以生成所述吸收特征。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了生成所述吸收特征，沿着限定的路径照射所述第一模具部件(3)，并且沿着所述路径检测所述吸收特征。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使用待产生焊缝的轮廓作为用于生成所述吸收特征的限定的路径。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用高温计或红外摄像机作为检测器(11)。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用波长在600nm和2500nm之间的加工激光器(8)。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·布鲁内克尔，
申请(专利权)人：易沃斯激光系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE