【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光焊接领域，具体涉及一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法及系统。
技术介绍
1、当前焊接领域，多光斑焊接通常用于金属板坯拼焊，两个等尺寸、等功率光斑分别位于焊缝两侧，然后沿着焊缝轨迹扫描焊接；或是通过分光镜得到三个或多个高斯光束等功率比例并排或成三角分布(如专利cn102059452a等)，其功率比例不可调谐；或者掩膜类静态焊接，通过光束整形得到多个间距一定的匀化/非匀化、等尺寸、等功率光斑，静态照射工作区进行焊接。
2、而面对塑料飞行叠焊或飞行拼焊，通常采用单个匀化/非匀化、高斯或整形光斑照射工作区的方法进行焊接，这种方法适用于大部分塑料飞行叠焊需求。但对于部分吸收率低的材料，吸收峰随材料温度变化偏差较大时，则通常采用增加激光功率的方式进行焊接，这时低吸收率材料a由于反射率高将大量能量反射至对象叠焊材料b。同时由于单光束进行焊接时通常升温速度快，容易产生焊接应力，影响焊接后材料性能。
3、目前在需要提升加工效率时，通常采用提高加工功率或缩小光斑尺寸的方法，前者会显著提升设备投资成本，后者由于单位面积功率密度上升对对高吸收率材料过融有起火风险。在此类应用场景下，此类技术方案显然无法满足要求。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法及系统，通过对主副光斑的功率分配调节及矩形光斑参数调节，实现了塑料飞行焊接的精细化控制，提高了激光的利用效率，减少了能量浪费。
2、
3、获取工件速度、温度及尺寸；
4、根据所述工件速度、温度及尺寸，结合预先测试的激光功率-光斑尺寸-工件温度三维曲面图，得到功率输出方案及矩形光斑参数方案；
5、将所述功率输出方案导入激光器；同时将所述光斑参数方案导入激光焊接头，，形成两个及两个以上平行且长宽可调的主、副矩形光斑；所述激光焊接头根据所述光斑参数方案同时进行主副光斑照射焊接。
6、上述技术方案的技术构思为通过传感器获得工件的速度、温度、尺寸参数，再结合预先测试好的焊接参数，计算生成功率输出方案导入激光器，同时生成光斑参数方案导入激光焊接头，激光焊接头利用副光斑和主光斑分别进行预热及照射加工，实现对低吸收率材料的二次加热提高材料对激光的吸收率，相较于单光斑方案而言，实现了能量、光斑的精细化控制，使得焊接过程的可控性更高、安全性更高。
7、该技术方案通过激光匀化整形技术生成主、副两个及两个以上平行且长宽可调的矩形光斑，先由副光斑进行预热，再由主光斑进行照射焊接。具体来说，通过生成主副光斑，先由副光斑对材料的加热，使其表面温度上升，提高了材料对激光的吸收率，随后主光斑最后进行二次加热使材料表面融化，从而激光器平均使用功率降低，或同等功率下提高了加工效率。同时对于高吸收率材料，通过主副光斑工作的模式，可显著降低使用单一小光斑造成的过融、碳化起火风险。
8、进一步地，功率输出方案中能量分配比例调节精度为0.1%，调节范围为1-100%。
9、进一步地，光斑参数方案中矩形光斑调节范围如下：长度为10-60mm，宽度为0.5-5mm，间距为0-25mm。
10、进一步地，激光器为750-1600nm，功率为200-6000w，工作方式为连续/调制，调制范围为1-5000hz，功率调节范围为1-100%。
11、作为进一步的技术方案，在焊接过程中，还包括：监控加工区域的温度，并根据温度变化进行主副光斑功率分配的微调。
12、作为进一步的技术方案，监控副光斑加工前的温度、主光斑加工前的温度及主光斑加工后的温度；根据所述的副光斑加工前的温度、主光斑加工前的温度及主光斑加工后的温度，对激光器的输出功率及主副光斑的功率分配进行调节。
13、上述技术方案采用非接触测温方式，包括但不限于红外测温、点测温、线测温以及面测温等测温方式，测温范围0-600℃，测温精度±0.1℃。
14、作为进一步的技术方案，结合预先测试的激光功率-光斑尺寸-工件温度三维曲面图，得到功率输出方案及矩形光斑参数方案，进一步包括：
15、获取工件不同温度下的吸收率曲线，得到不同吸收率对应的温度范围及工件融化温度；
16、获取工件在室温下的温降曲线；
17、获取预设线速度下的激光功率-光斑尺寸-工件温度三维曲面；
18、根据不同吸收率对应的温度范围、工件融化温度及光斑调节尺寸范围，对激光功率-光斑尺寸-工件温度三维曲面进行求解，得到主、副光斑尺寸及功率分配参数；
19、根据主、副光斑尺寸及功率分配参数，结合温降曲线，得到主、副光斑间距参数。
20、作为进一步的技术方案，所述方法应用于透明塑料材料+非透明塑料材料的飞行叠焊，或者柔性塑料材料+其他材料的飞行拼焊。
21、根据本专利技术说明书的一方面，提供一种用于塑料多光斑飞行焊接的激光加工系统，包括采集模块、激光焊接头模块、激光器模块、控制模块，所述采集模块用于获取工件位置、尺寸、速度及温度；所述激光焊接头模块用于对工件的焊接区域进行加工；所述激光器模块用于提供激光光源；所述控制模块，用于根据采集数据和预先测试的焊接参数，生成功率输出方案及光斑参数方案，并将所述功率输出方案发送给激光器模块，将所述光斑参数方案发送给激光焊接头模块，所述激光焊接头模块根据所述光斑参数方案同时进行主副光斑照射焊接。
22、作为进一步的技术方案，所述激光焊接头模块包括功率调节单元、光束匀化单元、光斑间距调节单元和光束整形单元；所述功率调节单元用于主副光斑的功率调节；所述光束匀化单元用于主副光斑光束的匀化处理；所述光斑间距调节单元用于通过调节反射镜角度实现光斑间距调节；所述光束整形单元用于将圆形高斯光束调制成矩形光束。
23、作为进一步的技术方案，特殊情况下，所述两个及两个以上主副光斑的间距可以接近为零，此时主副光斑是完全重合的。
24、作为进一步的技术方案，所述系统还包括非接触测温单元，用于分别获取副光斑加工前的温度、主光斑加工前的温度及主光斑加工后的温度，以根据所述的副光斑加工前的温度、主光斑加工前的温度及主光斑加工后的温度，对激光器的输出功率及主副光斑的功率分配进行调节。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
26、1. 本专利技术采用多光斑加工方案，同功率下可以实现单光斑方案更高的加工效率。
27、2. 本专利技术使用的激光加工方法针对高吸收率的材料时的二次加热模式较单光斑方案实现了能量、光斑的精细化控制，使得焊接过程的可控性更高，安全性更高。
28、3. 本专利技术采用的技术方案不仅可用于透明塑料材料+非透明塑料材料的叠焊工艺，也能应用于柔性塑料材料+其他材料的拼焊工艺。
29、4. 本专利技术提出了多光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法，其特征在于，在焊接过程中，还包括：实时监控加工区域的温度，并根据温度变化进行功率分配的微调。
3.根据权利要求1所述一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法，其特征在于，监控副光斑加工前的温度、主光斑加工前的温度及主光斑加工后的温度；根据所述的副光斑加工前的温度、主光斑加工前的温度及主光斑加工后的温度，对激光器的输出功率及主副光斑的功率分配进行调节。
4.根据权利要求1所述一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法，其特征在于，结合预先测试的激光功率-光斑尺寸-工件温度三维曲面图，得到功率输出方案及矩形光斑参数方案，进一步包括：
5.根据权利要求1所述一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法，其特征在于，所述方法应用于透明塑料材料+非透明塑料材料的飞行叠焊，或者柔性塑料材料+其他材料的飞行拼焊。
6.一种用于塑料多光斑飞行焊接的激光加工系统，其特征在于，包括采集模块、
7.根据权利要求6所述一种用于塑料多光斑飞行焊接的激光加工系统，其特征在于，所述激光焊接头模块包括功率调节单元、光束匀化单元、光斑间距调节单元和光束整形单元；所述功率调节单元用于主副光斑的功率调节；所述光束匀化单元用于主副光斑两个光束的匀化处理；所述光斑间距调节单元用于通过调节反射镜角度实现光斑间距调节；所述光束整形单元用于将圆形高斯光束调制成矩形光束。
8.根据权利要求6所述一种用于塑料多光斑飞行焊接的激光加工系统，其特征在于，所述系统还包括非接触测温单元，用于分别获取副光斑加工前的温度、主光斑加工前的温度及主光斑加工后的温度，以根据所述的副光斑加工前的温度、主光斑加工前的温度及主光斑加工后的温度，对激光器的输出功率及主副光斑的功率分配进行调节。
...【技术特征摘要】
1.一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法，其特征在于，在焊接过程中，还包括：实时监控加工区域的温度，并根据温度变化进行功率分配的微调。
3.根据权利要求1所述一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法，其特征在于，监控副光斑加工前的温度、主光斑加工前的温度及主光斑加工后的温度；根据所述的副光斑加工前的温度、主光斑加工前的温度及主光斑加工后的温度，对激光器的输出功率及主副光斑的功率分配进行调节。
4.根据权利要求1所述一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法，其特征在于，结合预先测试的激光功率-光斑尺寸-工件温度三维曲面图，得到功率输出方案及矩形光斑参数方案，进一步包括：
5.根据权利要求1所述一种用于塑料飞行焊接的矩形多光斑激光加工方法，其特征在于，所述方法应用于透明塑料材料+非透明塑料材料的飞行叠焊，或者柔性塑料材料+其他材料的飞行拼焊。
6.一种用于塑料多光斑飞行焊接的激光加工系统，其特征在于，包括采集模块、激光焊接头模块、激光器模块、控制模块，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋宇，徐章地，董义，朱伟，彭滔，董建勇，杨琪文，徐翔，
申请(专利权)人：武汉华工激光工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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