激光焊接设备及焊接方法与流程

1.本发明涉及焊接设备技术领域，尤其涉及一种激光焊接设备及焊接方法。


背景技术：

2.电子烟发热网丝跟引脚的激光焊接是将发热网引脚端与圆柱形引脚贴合，在两者相切处，激光焊点穿透发热网引脚端使其与圆柱形引脚紧密焊接在一起。现有技术中焊接方法一般采用yag激光器，yag激光器通常是水冷却，需要一段预热时间来稳定光学谐振腔，并且yag设备焊接光斑较大，最小焊点直径一般大于0.4mm，功率密度相对分散，对于薄材料的精密焊接产品而言，此类激光设备功率波动性大，不稳定。针对于本产品很容易造成虚焊或者发热网引脚端变形、焊穿等，导致产品拉力不足、内阻测试不合格，外观不良等，造成产品焊接不良。也有焊接工作方式采用激光直输焊接头，焊接头固定于z轴上处于静止状态，由二维平台带动治具移动来实现焊点的位置间距，即焊接一个焊点工作台就需要移动相应的距离位置，才能实现下个焊点的焊接。此方式对工作台的重复定位精度有非常高的要求，且治具与二维工作台间需要紧密固定，防止因惯性作用使治具发生偏移，导致焊接点位不准，造成焊接不良，而且焊接效率极低。
3.上述生产方式，产品的良率低于80％，一模四十个产品，共320个焊点，40秒钟完成焊接，生产效率低，良率低，造成了很大的材料浪费，时间浪费,增加了成本投入。
4.因此，有必要提供一种新的激光焊接设备及焊接方法，来解决上述部分技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提供一种激光焊接设备及焊接方法，旨在解决现有激光焊接设备生产效率低且生产良率低的技术问题。
6.为实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供一种激光焊接设备，包括工作台，激光器、分光装置、第一传输通道、与所述第一传输通道连接的第一出光模组、第二传输通道、与所述第二传输通道连接的第二出光模组以及安装于所述工作台上的定位组件，所述定位组件用于放置待焊接工件，所述激光器发出的光经所述分光装置可切换地进入所述第一传输通道并从所述第一出光模组射出，或所述激光器发出的光经所述分光装置进入所述第二传输通道并从所述第二出光模组射出，以分别对所述待焊接工件进行焊接。
7.在一实施例中，所述分光装置包括主光路反射镜、光路切换模组、分光路反射镜、第一光路耦合镜和第二光路耦合镜，从所述主光路反射镜反射的光线经所述光路切换模组后反射至所述第一光路耦合镜；或从所述主光路反射镜发出的光线穿过所述光路切换模组后入射至所述分光路反射镜，经所述分光路反射镜反射至所述所述第二光路耦合镜。
8.在一实施例中，所述第一出光模组包括第一振镜扫描系统子模组和第一透镜，所述第一振镜扫描系统子模组与所述第一传输通道连接，所述第二出光模组包括第二振镜扫描系统子模组和第二透镜，所述第二振镜扫描系统子模组与所述第二传输通道连接，所述第一透镜和所述第二透镜均设置于所述定位组件上方。
9.在一实施例中，所述定位组件包括定位基板和分别安装于所述定位基板的定位块和焊接治具，所述焊接治具至少两边贴合所述定位块设置，所述焊接治具上设置有用于容纳所述待焊接工件的容纳槽。
10.在一实施例中，所述焊接治具背离所述定位基板的一侧设置有多个所述容纳槽，所述容纳槽的两侧设置有定位针，所述焊接治具面向所述定位基板且对应所述容纳槽的位置设置有磁吸件，所述容纳槽用于放置所述待焊接工件的网丝引脚，所述磁吸件用于通过磁吸力吸紧所述网丝引脚以将所述待焊接工件牢固地设置在所述容纳槽内。
11.在一实施例中，所述焊接治具面向所述定位块的侧边设置有磁性件，所述磁性件用于与所述定位块吸合。
12.在一实施例中，所述焊接治具相邻的两侧边与所述定位块贴合。
13.在一实施例中，所述激光焊接设备还包括升降件和安装架，所述升降件安装于所述工作台，所述安装架与所述升降件的输出端连接，所述第一出光模组和所述第二出光模组分别安装于所述安装架，以通过所述升降件驱动所述安装架在竖直方向上移动。
14.在一实施例中，所述激光焊接设备还包括与所述安装架连接的水平驱动件，所述水平驱动件用于驱动所述安装架在水平方向上移动。
15.根据本发明的一个方面，本发明还提供一种激光焊接方法，所述激光焊接方法应用于上述所述的激光焊接设备，所述激光焊接方法包括以下步骤；
16.控制激光器打开；
17.控制分光装置的切换频率，以使得激光交替从第一出光模组和第二出光模组射出。
18.上述方案中，激光焊接设备包括工作台，激光器、分光装置、第一传输通道、与第一传输通道连接的第一出光模组、第二传输通道、与第二传输通道连接的第二出光模组以及安装于工作台上的定位组件，定位组件用于放置待焊接工件，激光器发出的光经分光装置可切换地进入第一传输通道并从第一出光模组射出，或激光器发出的光经分光装置进入第二传输通道并从第二出光模组射出，以分别对待焊接工件进行焊接。激光焊接设置包括控制系统，用于控制激光器的运行，当激光器接收到控制系统发送的出光信号后，就会发出激光。激光入射至分光装置，分光装置可以选择性地或者交替地将激光反射至第一传输通道和第二传输通道，当分光装置将激光反射至第一传输通道时，激光经过第一传输通道从第一出光模组射出，对位于定位组件上且位于第一出光模组下方的待焊接工件进行焊接；当分光装置将激光反射至第二传输通道时，激光经过第二传输通道从第二出光模组射出，对位于定位组件上且位于第二出光模组下方的待焊接工件进行焊接。具体地，分光装置的切换时间在100ms内完成。该实施例通过分光装置的设置实现光路的切换，代替了现有技术中定位组件依靠二维平台移动导致的定位不准和焊接不良问题。该发明具有焊接效率高和焊接质量好的优点。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例激光焊接设备的一立体结构示意图；
21.图2为本发明实施例激光焊接设备的另一立体结构示意图；
22.图3为本发明实施例激光焊接设备的主视图；
23.图4为本发明实施例分光装置的机构示意图；
24.图5为本发明实施例激光焊接设备的部分立体结构示意图；
25.图6为本发明实施例定位基板和定位块的结构示意图；
26.图7为本发明实施例焊接治具的正面结构示意图；
27.图8为本发明实施例焊接治具的背面结构示意图；
28.图9为发热网丝的结构示意图；
29.图10为本发明另一实施例激光焊接方法的流程示意图。
30.附图标号说明：
31.1、工作台；2、定位组件；21、定位基板；22、定位块；23、焊接治具；231、容纳槽；232、定位针；233、磁吸件；3、分光装置；31、主光路反射镜；32、光路切换模组；33、分光路反射镜；34、第一光路耦合镜；35、第二光路耦合镜；36、主光路输出头固定座；4、第一传输通道；5、第二传输通道；6、第一振镜扫描系统子模组；7、第一透镜；8、第二振镜扫描系统子模组；9、第二透镜；10、激光器；11、控制系统；12、发热网丝；121、网丝引脚；122、网丝定位孔；13、升降件；131、升降电机；132、升降丝杆；14、水平驱动件；15、安装架。
32.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
35.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种
技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
38.请参照图1～图9，根据本发明的一个方面，本发明提供一种激光焊接设备，包括工作台1，激光器10、分光装置3、第一传输通道4、与第一传输通道4连接的第一出光模组、第二传输通道5、与第二传输通道5连接的第二出光模组以及安装于工作台1上的定位组件2，定位组件2用于放置待焊接工件，激光器10发出的光经分光装置3可切换地进入第一传输通道4并从第一出光模组射出，或激光器10发出的光经分光装置3进入第二传输通道5并从第二出光模组射出，以分别对待焊接工件进行焊接。
39.上述实施例中，激光焊接设置包括控制系统11，控制系统11用于控制激光器10的运行，当激光器10接收到控制系统11发送的出光信号后，就会发出激光。激光入射至分光装置3，分光装置3可以选择性地或者交替地将激光反射至第一传输通道4和第二传输通道5，当分光装置3将激光反射至第一传输通道4时，激光经过第一传输通道4从第一出光模组射出，对位于定位组件2上且位于第一出光模组下方的待焊接工件进行焊接；当分光装置3将激光反射至第二传输通道5时，激光经过第二传输通道5从第二出光模组射出，对位于定位组件2上且位于第二出光模组下方的待焊接工件进行焊接。分光装置3的切换时间在100ms内完成。该实施例通过分光装置3的设置实现光路的切换，代替了现有技术中定位组件2依靠二维平台移动导致的定位不准和焊接不良问题。上述待焊接工件可以是发热网丝12，采用该实施例，如果是一模40个产品，共320个焊点，10秒钟完成焊接，相比传统的焊接方法，效率提高了至少3倍以上，良率大于99％，且焊接稳定。该实施例具有焊接效率高和焊接质量好的优点。
40.并且，可采用qcw100w双振镜头方式，激光器10采用风冷结构。激光器10由固体二极管进行泵浦，因此当激光器10不使用时可以完全关闭，并且能够在无需预热时间的情况下即可获得正确的激光功率。由于光纤激光器10只有在工艺准备就绪时才被打开，因此可实现更高的正常运行时间，1秒钟可稳定输出40个焊点。焊接光斑小，焊点直径0.3mm内，能量密度集中，焊接稳定且精度高，能够提高产品外观焊接质量，并且每个焊点能量均匀，且焊接拉力强度波动范围小，基本一致，产品内阻测试稳定，阻值1.1ω
±
0.1ω间，符合客户要求。
41.参照图4，在一实施例中，分光装置3包括主光路反射镜31、光路切换模组32、分光路反射镜33、第一光路耦合镜34和第二光路耦合镜35，从主光路反射镜31反射的光线经光路切换模组32后反射至第一光路耦合镜34；或从主光路反射镜31发出的光线穿过光路切换模组32后入射至分光路反射镜33，经分光路反射镜33反射至第二光路耦合镜35。具体地，如图4所示，主光路如字母a所示，第一光路如字母b所示，第二光路如字母c所示，分光装置3中的光路包括主光路、第一光路和第二光路，主光路的光线从主光路输出头固定座36射出，经主光路反射镜31后入射至光路切换模组32，当控制系统11给出关闭信号时，光路切换模组32处于关闭状态，入射至光路切换模组32的光线会经光路切换模组32反射至第一光路耦合镜34然后输出至第一传输通道4，从光路切换模组32反射至第一光路耦合镜34称之为第一光路；当控制系统11给出打开信号时，光路切换模组32处于打开状态，此时主光路射出的激光将会直接透过光路切换模组32中心孔，经过分光路反射镜33反射后进入第二光路耦合镜35，然后输出至第二传输通道5，实现对待焊接工件的焊接，透过光路切换模组32中心孔，经过分光路反射镜33反射至第二光路耦合镜35称之为第二光路。为提高激光利用效率，上述
主光路反射镜31，光路切换模组32和分光路反射镜33均成45度设置，反射激光时均为全反射。
42.在一实施例中，第一出光模组包括第一振镜扫描系统子模组6和第一透镜7，第一振镜扫描系统子模组6与第一传输通道4连接，第二出光模组包括第二振镜扫描系统子模组8和第二透镜9，第二振镜扫描系统子模组8与第二传输通道5连接，第一透镜7和第二透镜9均设置于定位组件2上方，用于对发热网丝12进行激光焊接。具体地，发热网丝12的需求焊接范围186mm
×
35mm，针对焊点的需求，第一透镜7和第二透镜9可以选取焦距f＝170mm的f-θ透镜，焊接范围为100mm
×
100mm，采用第一透镜7和第二透镜9并排设计实现焊接，有效焊接范围最大为200mm
×
100mm，符合该产品焊接需求范围，即第一振镜扫描系统子模组6焊接产品前93mm
×
35mm位置范围，第二振镜扫描系统子模组8焊接产品后93mm
×
35mm位置范围，且两光路切换时间在100ms内可完成，很好的实现了双振镜头非移动式拼接焊接。
43.在一实施例中，定位组件2包括定位基板21和分别安装于定位基板21的定位块22和焊接治具23，焊接治具23至少两边贴合定位块22设置，焊接治具23上设置有用于容纳待焊接工件的容纳槽231。焊接治具23面向定位块22的侧边设置有磁性件，焊接治具23相邻的两侧边与磁性件用于与定位块22吸合。定位基板21用于作为安装基座的作用，定位块22用于对焊接治具23进行定位，确保定位准确。具体地，为确保焊接治具23定位好后不移动，可以在焊接治具23的侧边设置磁性件，磁性件可以是磁铁，通过磁吸力将焊接治具23固定在定位块22上，便于定位块22与焊接治具23贴合精密，且每次放焊接治具23的位置能保持一致，提高了焊接治具23定位的精度。具体地，定位块22可以是l形块，校准l形块横向边与第一振镜扫描系统子模组6和第二振镜扫描系统子模组8的x扫描方向平行，纵向边与第一振镜扫描系统子模组6和第二振镜扫描系统子模组8的y扫描方向平行，方便焊接程序的编辑。
44.在一实施例中，焊接治具23背离定位基板21的一侧设置有多个容纳槽231，容纳槽231的两侧设置有定位针232，焊接治具23面向定位基板21且对应容纳槽231的位置设置有磁吸件233，磁吸件也可以是磁铁，容纳槽231用于放置待焊接工件的网丝引脚121，磁吸件233用于通过磁吸力吸紧网丝引脚121以将待焊接工件牢固地设置在容纳槽231内。容纳槽231用于固定发热网丝12的网丝引脚121。在一具体地实施例中，网丝引脚121的直径为0.3mm，容纳槽231的宽为0.32mm，容纳槽231的深为0.27mm。网丝引脚121放入容纳槽231后，在磁吸件233的吸附作用下，紧贴于容纳槽231槽内。因此，网丝引脚121在容纳槽231内横向移动空间
±
0.01mm，高出焊接治具23上表面0.03mm，便于容纳槽231跟发热网丝12无缝贴合。此外，定位针232尺寸距离跟发热网丝模组的网丝定位孔122对应，将其精准固定。
45.在一实施例中，激光焊接设备还包括升降件13和安装架15，升降件13安装于工作台1，安装架15与升降件13的输出端连接，第一出光模组和第二出光模组分别安装于安装架15，以通过升降件13驱动安装架15在竖直方向上移动。在另一实施例中，激光焊接设备还包括与安装架15连接的水平驱动件14，水平驱动件14用于驱动安装架15在水平方向上移动。具体地，升降件13包括升降电机131和升降丝杆132，升降丝杆132与安装架15螺纹连接，通过升降电机131驱动升降丝杆132转动，同时升降丝杆132不会上下移动，而与升降丝杆132螺纹连接的安装架15会上下移动。可以通过升降件13调整出光模组的高度，水平驱动件14调整调整出光模组的水平位置，确定好焦点位置，使激光作用于待焊接工件的焊接处。
46.请参照图10，根据本发明的一个方面，本发明还提供一种激光焊接方法，激光焊接
方法应用于上述的激光焊接设备，激光焊接设备，包括工作台1，激光器10、分光装置3、第一传输通道4、与第一传输通道4连接的第一出光模组、第二传输通道5、与第二传输通道5连接的第二出光模组以及安装于工作台1上的定位组件2，定位组件2用于放置待焊接工件，激光器10发出的光经分光装置3可切换地进入第一传输通道4并从第一出光模组射出，或激光器10发出的光经分光装置3进入第二传输通道5并从第二出光模组射出，以分别对待焊接工件进行焊接，激光焊接方法包括以下步骤；
47.s10，控制激光器10打开；
48.s20，控制分光装置3的切换频率，以使得激光交替从第一出光模组和第二出光模组射出。
49.激光入射至分光装置3，分光装置3可以选择性地或者交替地将激光反射至第一传输通道4和第二传输通道5，当分光装置3将激光反射至第一传输通道4时，激光经过第一传输通道4从第一出光模组射出，对位于定位组件2上且位于第一出光模组下方的待焊接工件进行焊接；当分光装置3将激光反射至第二传输通道5时，激光经过第二传输通道5从第二出光模组射出，对位于定位组件2上且位于第二出光模组下方的待焊接工件进行焊接。具体地，分光装置3的切换时间在100ms内完成。该实施例通过分光装置3的设置实现光路的切换，代替了现有技术中定位组件2依靠二维平台移动导致的定位不准和焊接不良问题。上述待焊接工件可以是发热网丝12，采用该实施例，如果是一模40个产品，共320个焊点，10秒钟完成焊接，相比传统的焊接方法，效率提高了至少3倍以上，良率大于99％，且稳定。该实施例具有焊接效率高和焊接质量好的优点。
50.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。