[发明专利]用于窄型同步激光塑料焊接的波导

说明书

窄的波导(306)使从激光器模块的激光源行进穿过包括至少一个光纤束腿部(304)的多个激光输送束的激光均匀化，从而沿比光纤束腿部(304)的宽度(322)窄的焊接线(314)对多个工件(308，310)进行焊接。该窄的波导(306)具有与每个光纤束腿部(304)相关联的部分(316)，该部分比与波导(306)的该部分相关联的光纤束腿部(304)窄。反射性反弹平面(312)使光纤束腿部(304)的不会行进通过窄的波导(306)的激光转向。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年1月22日提交的美国临时申请No.62/620,168的权益。上述申请的全部公开内容通过参引并入本文。

技术领域

本发明涉及塑料焊接，且更具体地涉及在塑料焊接应用中沿焊接线提供窄的焊缝宽度。

背景技术

本部分提供与本公开有关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。

激光焊接通常用于在焊接区域处接合塑料或树脂部件，比如热塑性部件。

众所周知，激光器以特定频率提供半聚焦的电磁辐射束(即相干单色辐射)。存在多种类型的可用的辐射源。激光焊接的一个示例是红外透射(TTIr)焊接，这是用于焊接塑料或树脂部件的优选技术。TTIr焊接采用穿过第一塑料部件并进入到第二塑料部件中的红外光。在许多方面，TTIr组件的工具包括用于将红外光从光源引导至待焊接的塑料部件的波导和光纤束。在许多TTIr焊接方法和其他激光焊接方法的情况下，使用波导是普遍的。众所周知，波导使红外光均匀化。焊缝的宽度尤其取决于光纤束的端部的直径以及波导的内部特性(比如波导的角度斜率)、来自光纤的激光的角展度(angular spread)及待焊接的透射部件的厚度。

一种类型的TTIr是同步红外透射焊接，在本文中称为STTIr。在STTIr中，比如通过多个诸如激光二极管的激光源的协调对准，整个焊接路径或区域(在本文中被称为焊接路径)同时暴露于激光辐射。在US 6,528,755“Laser Light Guide for Laser Welding(用于激光焊接的激光光导)”中描述了STTIr的示例，该申请的全部公开内容通过参引并入到本文中。在STTIr中，激光辐射通常通过一个或更多个光学波导从一个或更多个激光源传输至被焊接的部件，这些光学波导符合沿焊接路径接合的部件表面的轮廓。

图1示出了现有技术的STTIr激光焊接系统100的示例。STTIr激光焊接系统100包括激光支持单元102，该激光支持单元102包括一个或更多个控制器104、接口110、一个或更多个电源106以及一个或更多个冷却器108。STTIr激光焊接系统100还可以包括致动器、一个或更多个激光器模块(laser bank)112以及上部工具/波导组件35和固定在支承台上的下部工具20。每个激光器模块112包括一个或更多个激光沟道113，其中，每个激光沟道113具有激光源122。激光支持单元102联接至致动器和每个激光器模块112并且经由电源(或多个电源)106和冷却器(或多个冷却器)108向激光器模块112提供能量和冷却，并经由控制器104来控制致动器和(多个)激光器模块112。致动器联接至上部工具/波导组件35，并且在控制器104的控制下将该上部工具/波导组件移动至下部工具20以及从下部工具20移开。在操作中，激光器模块112引导经由激光辐射源产生的激光能量通过多个激光输送束10。每个激光输送束10可以进一步分裂为腿部，并且每个腿部包括至少一个激光输送光纤。如果激光输送束10未分裂为腿部，则每个激光输送束10包括至少一个激光输送光纤。每个激光输送光纤通过波导30将激光能量从激光器模块112的激光辐射源输送至待焊接在一起的多个工件60。波导30使通过每个激光输送光纤输送至工件60的激光能量均匀化。