CN107891223A - 一种利用激光焊接铝塑膜的装置及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种利用激光焊接铝塑膜的装置及工艺方法，包括激光扫描振镜、水平输送机、升降模组、激光工控系统和铝塑膜夹具工装，激光扫描振镜处于待焊接铝塑膜产品及铝塑膜夹具工装上方，通过光纤或通信信号线与激光工控系统连接；基于本发明的装置，利用激光器发出的激光，经扩束整形，通过激光工控系统控制形成铝塑膜焊接需要的光束形状，对铝塑膜进行焊接。本发明采用激光焊接代替传统的热压焊接或超声波焊接技术，可以大幅提高铝塑膜产品焊接的焊接质量，提高其密封性和减少热压焊接造成的有害物质的析出，以及超音波焊接产生的颗粒物。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种利用激光焊接铝塑膜的装置及工艺方法。
背景技术
食品，药品的安全关系到每一个人的切身利益，食品，药品包装铝塑膜的开口密封性对食品，药品的保质非常关键。
目前包装铝塑膜的封口焊接大多采用热压封口焊接法和超音波封口焊接法，其可能存在以下问题：封口热量不均匀易产生泄露，热压时产生的热量会对食品，药品产生热影响，超音波焊接时高频震动容易产生塑料粉末对食品，药品产生污染。本发明采用激光焊接铝塑膜和封口采用非接触式焊接，热影响区域小，能量输出稳定，无震动发生。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种利用激光焊接铝塑膜的装置及工艺方法，以提高铝塑膜产品的焊接质量和安全性。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种利用激光焊接铝塑膜的装置，包括：
固定底板；
水平输送机构，连接于所述固定底板上，用于水平输送铝塑膜产品；
铝塑膜夹具工装，设置于所述水平输送机构上方，用于夹压下方水平输送机构上经过的铝塑膜产品；
升降模组，设置于所述铝塑膜夹具工装一侧并连接于所述固定底板上；
激光扫描振镜，设置于所述铝塑膜夹具工装上方并上下可动地安装于升降模组上，用于发射具有运动轨迹的激光光斑辐射待焊接的铝塑膜产品表面，使铝塑膜产品之间的焊道处于熔融状态，达到熔融焊接；
激光工控系统，通过光或电连接于所述激光扫描振镜和升降模组，提供给激光扫描振镜发射的激光参数、以及升降模组的升降参数。
进一步的，所述铝塑膜夹具工装包括线轨固定板，所述线轨固定板固定于水平输送机构上，所述线轨固定板的一端设有升降气缸，所述线轨固定板上设有沿升降气缸的缸杆端运动方向的直线导轨，所述直线导轨上的滑块部连接一压板固定板，所述压板固定板的一端连接升降气缸的缸杆端，所述压板固定板上设有透光压板，所述透光压板正对下方水平输送机构上经过的铝塑膜产品，所述透光压板通过升降气缸的驱动随压板固定板沿所述直线导轨上下直线移动，用于提供铝塑膜产品焊接所需压力。
进一步的，所述压板固定板与透光压板之间的夹角呈直角设置，并在所述压板固定板与透光压板之间的上部夹角处设有支撑板，用于在透光压板压紧铝塑膜产品时提供背面支撑。
进一步的，所述水平输送机构包括连接于所述固定底板上的机架，所述机架上设有驱动电机、滚筒、以及皮带，并通过驱动电机带动滚筒、滚筒带动皮带形成水平皮带输送线，所述铝塑膜产品放置于该水平皮带输送线上沿水平方向移动。
进一步的，所述升降模组的升降端上连接有激光连接板，所述激光连接板上固接有激光固定板，所述激光固定板上安装有所述激光扫描振镜，所述升降模组的升降端带动激光连接板、激光固定板及激光扫描振镜一起上下移动，保证激光扫描振镜工作所需高度，所述升降模组固定在一模组固定板上端，所述模组固定板下端通过若干固定柱固定在固定底板上。
进一步的，所述激光工控系统包括激光控制板卡、激光器和电控箱，用于提供激光扫描振镜发射的激光的焊接能量、焊接速度、运动轨迹和焊接时间参数，并为水平输送机构、升降模组和升降气缸提供动力参数，所述激光工控系统的上方设有显示屏，用于显示各参数。
一种利用激光焊接铝塑膜的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1）升降气缸压紧铝塑膜产品，
水平输送机通过驱动电机带动已贴合好待焊铝塑膜产品水平移动到焊接位置，驱动电机停止运动，铝塑膜夹具工装中的升降气缸通过直线导轨带动透光压板向下移动，压紧铝塑膜产品；
步骤2）激光对铝塑膜产品密封焊接，
升降模组带动激光扫描振镜上下移动至焦点处，激光工控系统设置焊接能量、焊接速度、运动轨迹和焊接时间参数，激光控制板卡控制激光工控系统内的激光器发出相应激光，通过光纤传导扩束整形传导聚焦后传至激光扫描振镜，激光扫描振镜内的伺服电机根据激光工控系统设置参数运动形成焊接轮廓需要的光束形状，沿铝塑膜产品焊道顺时针或者逆时针方向辐射在已经贴合好的铝塑膜产品的表面，使铝塑膜产品之间的焊道处于熔融状态，以达到密封效果；
步骤3）焊接完成后取下铝塑膜产品，
焊接完成后，升降气缸带动透光压板上升，水平输送机的驱动电机带动铝塑膜产品运行至下一工位，并取下，再重复上述步骤1）-步骤3）。
优选的，所述步骤2）中由光纤传至激光扫描振镜后聚焦的激光能量密度为0.01-3J/cm²，峰值功率为0.01W-1KW。
优选的，所述步骤2）中根据激光工控系统设置参数运动形成焊接轮廓需要的光束形状还包括一种采用铝塑膜夹具工装相对运动形成的方式。
优选的，所述铝塑膜产品的贴合待密封焊接方式为铝塑膜与铝塑膜之间、或者铝塑膜与非铝塑膜之间。
本发明的有益效果是:
本发明采用激光焊接代替传统的热压焊接或超声波焊接技术，利用激光器发出的激光，经扩束整形，通过激光工控系统控制形成铝塑膜焊接需要的光束形状，对铝塑膜进行焊接，可以大幅提高铝塑膜产品焊接的焊接质量，提高其密封性和减少热压焊接造成的有害物质的析出，以及超音波焊接产生的颗粒物，并且为非接触式焊接，热影响区域小，能量输出稳定，无震动发生。
附图说明
图1是本发明的激光对铝塑膜产品密封焊接装置的整体结构示意图。
图2是本发明的铝塑膜夹具工装结构示意图；
图3是本发明的激光束处理的原理示意图；
图4是本发明的升降气缸压紧铝塑膜产品状态示意图；
图5是本发明激光对铝塑膜产品密封焊接的状态图示。
图中标号说明：1.固定底板，2.水平输送机构，3.铝塑膜夹具工装，31.升降气缸，32.线轨固定板，33.直线导轨，34.压板固定板，35.支撑板，36.透光压板，4.升降模组，5.固定柱，6.模组固定板，7.激光扫描振镜，8.激光连接板，9.激光固定板，10.激光工控系统，11.显示屏，12.铝塑膜产品。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
如图1所示，一种利用激光焊接铝塑膜的装置，包括：
固定底板1；
水平输送机构2，连接于所述固定底板1上，用于水平输送铝塑膜产品12；
铝塑膜夹具工装3，设置于所述水平输送机构2上方，用于夹压下方水平输送机构2上经过的铝塑膜产品12；
升降模组4，设置于所述铝塑膜夹具工装3一侧并连接于所述固定底板1上；
激光扫描振镜7，设置于所述铝塑膜夹具工装3上方并上下可动地安装于升降模组4上，用于发射具有运动轨迹的激光光斑辐射待焊接的铝塑膜产品12表面，使铝塑膜产品12之间的焊道处于熔融状态，达到熔融焊接；
激光工控系统10，通过光或电连接于所述激光扫描振镜7和升降模组4，比如采用光纤或信号线的方式连接，提供给激光扫描振镜7发射的激光参数、以及升降模组4的升降参数。
如图2所示，所述铝塑膜夹具工装3包括线轨固定板32，所述线轨固定板32固定于水平输送机构2上，所述线轨固定板32的一端设有升降气缸31，所述线轨固定板32上设有沿升降气缸31的缸杆端运动方向的直线导轨33，所述直线导轨33上的滑块部连接一压板固定板34，所述压板固定板34的一端连接升降气缸31的缸杆端，所述压板固定板34上设有透光压板36，所述透光压板36正对下方水平输送机构2上经过的铝塑膜产品12，所述透光压板36通过升降气缸31的驱动随压板固定板34沿所述直线导轨33上下直线移动，用于提供铝塑膜产品12焊接所需压力。
所述压板固定板34与透光压板36之间的夹角呈直角设置，并在所述压板固定板34与透光压板36之间的上部夹角处设有支撑板35，用于在透光压板36压紧铝塑膜产品12时提供背面支撑。
继续参照图1，所述水平输送机构2包括连接于所述固定底板1上的机架，所述机架上设有驱动电机、滚筒、以及皮带，并通过驱动电机带动滚筒、滚筒带动皮带形成水平皮带输送线，所述铝塑膜产品12放置于该水平皮带输送线上沿水平方向移动。
继续参照图1，所述升降模组4的升降端上连接有激光连接板8，所述激光连接板8上固接有激光固定板9，所述激光固定板9上安装有所述激光扫描振镜7，所述升降模组4的升降端带动激光连接板8、激光固定板9及激光扫描振镜7一起上下移动，保证激光扫描振镜7工作所需高度，即焦点处，所述升降模组4固定在一模组固定板6上端，所述模组固定板6下端通过若干固定柱5固定在固定底板1上。
所述激光工控系统10包括激光控制板卡、激光器和电控箱，用于提供激光扫描振镜7发射的激光的焊接能量、焊接速度、运动轨迹和焊接时间参数，并为水平输送机构2、升降模组4和升降气缸31提供动力参数，所述激光工控系统10的上方设有显示屏11，用于显示各参数。
一种利用激光焊接铝塑膜的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1）升降气缸31压紧铝塑膜产品12，
如图4所示，水平输送机2通过驱动电机带动已贴合好待焊铝塑膜产品12水平移动到焊接位置，驱动电机停止运动，铝塑膜夹具工装3中的升降气缸31通过直线导轨33带动透光压板36向下移动，压紧铝塑膜产品12；
步骤2）激光对铝塑膜产品12密封焊接，
如图3和图5所示，升降模组4带动激光扫描振镜7上下移动至焦点处，激光工控系统10设置焊接能量、焊接速度、运动轨迹和焊接时间参数，激光控制板卡控制激光工控系统10内的激光器发出相应激光，通过光纤传导扩束整形传导聚焦后传至激光扫描振镜7，激光扫描振镜7内的伺服电机根据激光工控系统10设置参数运动形成焊接轮廓需要的光束形状，沿铝塑膜产品12焊道顺时针或者逆时针方向辐射在已经贴合好的铝塑膜产品12的表面，使铝塑膜产品12之间的焊道处于熔融状态，以达到密封效果；
步骤3）焊接完成后取下铝塑膜产品12，
焊接完成后，升降气缸31带动透光压板36上升，水平输送机2的驱动电机带动铝塑膜产品12运行至下一工位，并取下，再重复上述步骤1）-步骤3）。
所述步骤2）中由光纤传至激光扫描振镜7后聚焦的激光能量密度为0.01-3J/cm²，峰值功率为0.01W-1KW。
所述步骤2）中根据激光工控系统10设置参数运动形成焊接轮廓需要的光束形状还包括一种采用铝塑膜夹具工装3相对运动形成的方式。
所述铝塑膜产品12的贴合待密封焊接方式为铝塑膜与铝塑膜之间、或者铝塑膜与非铝塑膜之间。
本发明原理
本发明中，激光器发出的激光经过光纤及激光扫描振镜7导出，照射在已经贴合好的铝塑膜产品12的表面，通过激光工控系统10的控制，对激光输出能量及激光光束运动速度进行控制，使之达到可焊接条件，在非接触的焊接方式下对铝塑膜产品12进行焊接工作，在铝塑膜夹具工装3的夹压配合下达到焊接密封。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关系统及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中结构、工艺、硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用激光焊接铝塑膜的装置，其特征在于，包括：
固定底板（1）；
水平输送机构（2），连接于所述固定底板（1）上，用于水平输送铝塑膜产品（12）；
铝塑膜夹具工装（3），设置于所述水平输送机构（2）上方，用于夹压下方水平输送机构（2）上经过的铝塑膜产品（12）；
升降模组（4），设置于所述铝塑膜夹具工装（3）一侧并连接于所述固定底板（1）上；
激光扫描振镜（7），设置于所述铝塑膜夹具工装（3）上方并上下可动地安装于升降模组（4）上，用于发射具有运动轨迹的激光光斑辐射待焊接的铝塑膜产品（12）表面，使铝塑膜产品（12）之间的焊道处于熔融状态，达到熔融焊接；
激光工控系统（10），通过光或电连接于所述激光扫描振镜（7）和升降模组（4），提供给激光扫描振镜（7）发射的激光参数、以及升降模组（4）的升降参数。
2.根据权利要求1所述的利用激光焊接铝塑膜的装置，其特征在于，所述铝塑膜夹具工装（3）包括线轨固定板（32），所述线轨固定板（32）固定于水平输送机构（2）上，所述线轨固定板（32）的一端设有升降气缸（31），所述线轨固定板（32）上设有沿升降气缸（31）的缸杆端运动方向的直线导轨（33），所述直线导轨（33）上的滑块部连接一压板固定板（34），所述压板固定板（34）的一端连接升降气缸（31）的缸杆端，所述压板固定板（34）上设有透光压板（36），所述透光压板（36）正对下方水平输送机构（2）上经过的铝塑膜产品（12），所述透光压板（36）通过升降气缸（31）的驱动随压板固定板（34）沿所述直线导轨（33）上下直线移动，用于提供铝塑膜产品（12）焊接所需压力。
3.根据权利要求2所述的利用激光焊接铝塑膜的装置，其特征在于，所述压板固定板（34）与透光压板（36）之间的夹角呈直角设置，并在所述压板固定板（34）与透光压板（36）之间的上部夹角处设有支撑板（35），用于在透光压板（36）压紧铝塑膜产品（12）时提供背面支撑。
4.根据权利要求1所述的利用激光焊接铝塑膜的装置，其特征在于，所述水平输送机构（2）包括连接于所述固定底板（1）上的机架，所述机架上设有驱动电机、滚筒、以及皮带，并通过驱动电机带动滚筒、滚筒带动皮带形成水平皮带输送线，所述铝塑膜产品（12）放置于该水平皮带输送线上沿水平方向移动。
5.根据权利要求1所述的利用激光焊接铝塑膜的装置，其特征在于，所述升降模组（4）的升降端上连接有激光连接板（8），所述激光连接板（8）上固接有激光固定板（9），所述激光固定板（9）上安装有所述激光扫描振镜（7），所述升降模组（4）的升降端带动激光连接板（8）、激光固定板（9）及激光扫描振镜（7）一起上下移动，保证激光扫描振镜（7）工作所需高度，所述升降模组（4）固定在一模组固定板（6）上端，所述模组固定板（6）下端通过若干固定柱（5）固定在固定底板（1）上。
6.根据权利要求2所述的利用激光焊接铝塑膜的装置，其特征在于，所述激光工控系统（10）包括激光控制板卡、激光器和电控箱，用于提供激光扫描振镜（7）发射的激光的焊接能量、焊接速度、运动轨迹和焊接时间参数，并为水平输送机构（2）、升降模组（4）和升降气缸（31）提供动力参数，所述激光工控系统（10）的上方设有显示屏（11），用于显示各参数。
7.一种利用激光焊接铝塑膜的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1）升降气缸（31）压紧铝塑膜产品（12），
水平输送机（2）通过驱动电机带动已贴合好待焊铝塑膜产品（12）水平移动到焊接位置，驱动电机停止运动，铝塑膜夹具工装（3）中的升降气缸（31）通过直线导轨（33）带动透光压板（36）向下移动，压紧铝塑膜产品（12）；
步骤2）激光对铝塑膜产品（12）密封焊接，
升降模组（4）带动激光扫描振镜（7）上下移动至焦点处，激光工控系统（10）设置焊接能量、焊接速度、运动轨迹和焊接时间参数，激光控制板卡控制激光工控系统（10）内的激光器发出相应激光，通过光纤传导扩束整形传导聚焦后传至激光扫描振镜（7），激光扫描振镜（7）内的伺服电机根据激光工控系统（10）设置参数运动形成焊接轮廓需要的光束形状，沿铝塑膜产品（12）焊道顺时针或者逆时针方向辐射在已经贴合好的铝塑膜产品（12）的表面，使铝塑膜产品（12）之间的焊道处于熔融状态，以达到密封效果；
步骤3）焊接完成后取下铝塑膜产品（12），
焊接完成后，升降气缸（31）带动透光压板（36）上升，水平输送机（2）的驱动电机带动铝塑膜产品（12）运行至下一工位，并取下，再重复上述步骤1）-步骤3）。
8.根据权利要求7所述的利用激光焊接铝塑膜的工艺方法，其特征在于，所述步骤2）中由光纤传至激光扫描振镜（7）后聚焦的激光能量密度为0.01-3J/cm²，峰值功率为0.01W-1KW。
9.根据权利要求7所述的利用激光焊接铝塑膜的工艺方法，其特征在于，所述步骤2）中根据激光工控系统（10）设置参数运动形成焊接轮廓需要的光束形状还包括一种采用铝塑膜夹具工装（3）相对运动形成的方式。
10.根据权利要求7所述的利用激光焊接铝塑膜的工艺方法，其特征在于，所述铝塑膜产品（12）的贴合待密封焊接方式为铝塑膜与铝塑膜之间、或者铝塑膜与非铝塑膜之间。
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