CN114799542A - 激光焊接玻璃的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光焊接玻璃的方法及***，随着用于焊接的激光束的光斑移动，压合机构施加压力的作用点也可相应调整，从而能够使激光束只作用于压合机构的作用点附近。压合机构作用于板材的局部，可对作用点处板材实现有效地压紧，从而保证激光束作用区域的板材之间的间隙处于合适的范围。而且，由于压合机构的作用点是动态变化。因此，在焊接完成后能够保证相邻的两个板材在不同位置的间距一致。如此，可消除焊接后出现彩虹纹状的干涉条纹的现象，显著改善焊接效果。

Description

激光焊接玻璃的方法及***

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别涉及一种激光焊接玻璃的方法及***。

背景技术

玻璃由于其耐腐蚀、高硬度、光学性能优良等特性，在汽车、航空航天、电子半导体、生物医学等领域有着广泛的应用潜力和市场前景。应用过程中，通常需要将玻璃与玻璃、或者玻璃与其他材料焊接在一起，并需保持玻璃表面条件和光学特性。

超快激光直接焊接技术由于不引入中间焊料，故能有效地保证焊接后的材料保持原有属性。超快激光器具有脉冲持续时间短、峰值功率高的特点，被用于玻璃材料焊接时，仅对焦点处玻璃材料产生非线性效果，并使玻璃材料融化再凝结形成焊缝。基于此，超快激光可以实现玻璃与玻璃及玻璃与其他材料间的直接连接，并可以精准地控制热输入，减少热影响区。

在超快激光直接焊接过程中，两片玻璃之间的间隙是影响焊接效果的重要因素。在激光作用的过程中，被焊接区域的两片玻璃间距一般需要小于2微米，甚至达到光学接触条件。但是，由于材料本身或治具的表面不平整，以及外界环境的影响，两片材料之间的距离很难保持处处都保持在合适范围内。如此，将会导致焊接后两片玻璃之间的距离在不同位置的差异较大，玻璃中容易出现彩虹纹状的干涉条纹，从而影响外观效果和焊接质量。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够提升焊接质量的激光焊接玻璃的方法及***。

一种激光焊接玻璃的方法，包括以下步骤：

将多个板材叠放于焊接治具的表面，所述多个板材中至少一个为玻璃；

利用压合机构向所述多个板材的局部施加压力，以使所述多个板材压紧；

采用激光束沿预设的焊接路径对所述多个板材进行焊接，并根据所述激光束的光斑在所述多个板材表面的位置调整所述压合机构施加压力的作用点。

在其中一个实施例中，在将多个板材叠放于焊接治具的表面的步骤之前，还包括步骤：对待焊接的每个所述板材进行预处理，以清除表面杂质并干燥。

在其中一个实施例中，采用激光束沿预设的焊接路径对所述多个板材进行焊接的步骤为：所述激光束保持固定，所述焊接治具带动所述多个板材沿第一方向进给，并沿与所述第一方向垂直的第二方向做往复运动。

在其中一个实施例中，所述压紧机构施加压力的作用点沿所述第二方向延伸。

在其中一个实施例中，所述焊接治具带动所述多个板材沿第一方向进给时，所述压紧机构施加压力的作用点沿所述第一方向同步移动。

在其中一个实施例中，在采用激光束沿预设的焊接路径对所述多个板材进行焊接的步骤之前，还包括步骤：对所述激光束进行调节，以使所述激光束的焦点位于相邻两个所述板材的界面。

一种激光焊接玻璃的***，包括：

焊接治具，用于承载待焊接的多个板材；

压合机构，用于向叠放于所述焊接治具表面的所述多个板材的局部施加压力，以使所述多个板材压紧；及

激光器，用于发出激光束，所述激光束能够沿预设的焊接路径对所述多个板材进行焊接；

其中，根据所述激光束的光斑在所述多个板材表面的位置，所述压合机构施加压力的作用点可调。

在其中一个实施例中，还包括三轴运动平台，所述焊接治具设于所述三轴运动平台，所述焊接治具能够在所述三轴运动平台的带动下沿第一方向进给，并沿与所述第一方向垂直的第二方向做往复运动。

在其中一个实施例中，所述压合机构包括长条形的辊轴，所述辊轴沿所述第二方向延伸并能够抵持于叠放于所述焊接治具表面的所述板材。

在其中一个实施例中，在所述第一方向上，所述辊轴相对于所述激光器固定设置。

上述激光焊接玻璃的方法及***，随着用于焊接的激光束的光斑移动，压合机构施加压力的作用点也可相应调整，从而能够使激光束只作用于压合机构的作用点附近。压合机构作用于板材的局部，可对作用点处板材实现有效地压紧，从而保证激光束作用区域的板材之间的间隙处于合适的范围。而且，由于压合机构的作用点是动态变化。因此，在焊接完成后能够保证相邻的两个板材在不同位置的间距一致。如此，可消除焊接后出现彩虹纹状的干涉条纹的现象，显著改善焊接效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本发明较佳实施例中激光焊接玻璃的方法的流程示意图；

图2为本发明较佳实施例中激光焊接玻璃的***的模块示意图；

图3为本发明较佳实施例进行激光焊接玻璃的场景示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1及图3，本发明较佳实施例中的激光焊接玻璃的方法包括以下步骤S110至S130。

步骤S110，将多个板材10叠放于焊接治具的表面，多个板材10中至少一个为玻璃。

具体的，多个板材10可以全部为玻璃，也可其中部分为玻璃，剩余部分为其他材料。如图3所示，通常情况下待焊接的板材10数量为两个。显然，待焊接的板材10数量也可是两个以上。焊接治具的表面具有较高的平整度，从而使得多个板材10能够实现稳定的层叠。

具体在本实施例中，在上述步骤S110之间，上述方法还包括步骤：对待焊接的每个板材10进行预处理，以清除表面杂质并干燥。其中，预处理的方式可以是先采用超声波进行清洗，再晾干。通过进行预处理，可有效地清除待焊接的板材10表面的杂质，从而能够改善最终的焊接效果。

步骤S120，利用压合机构向多个板材10的局部施加压力，以使多个板材10压紧。

具体的，压合机构可以采用机械方式，如辊轴、压块直接接触的方式对板材10的表面施加压力，也可采用非机械方式，如场作用、高压气体作用等方式对板材10的表面施加压力。由于压合机构只向板材10的局部施加压力，故压合机构只是将多个板材10承受压力的局部压紧。

板材10与压合机构接触的区域，或板材10表面承受压合机构压力的区域称之为压合机构的作用点。可见，压合机构的作用点并非一定是单个点，而是对板材10施加作用力的整个区域都可被看作压合机构的作用点。压合机构对板材10施加作用力的作用点可以分布于一个点状区域、长条形的区域或其他形状的区域。

而且，压合机构对板材10施加作用力的作用点不是固定的，而是可以动态调整的。也就是说，通过调整压合机构对板材10施加作用力的作用点的位置，便可依次对多个板材10不同的区域进行压紧。

步骤S130，采用激光束20沿预设的焊接路径对多个板材10进行焊接，并根据激光束20的光斑在多个板材10表面的位置调整压合机构施加压力的作用点。

具体的，焊接路径可以呈S形、Z字形、螺旋线性等，只要保证激光束20能够依次将板材10的待焊接区域熔化即可。用于焊接的激光束20一般为飞秒激光器发出的激光，激光束20的波长大致为1064纳米，脉宽小于900飞秒。焊接前，一般还需对激光器的功率、准直度等参数进行调试，以达到最佳的焊接效果。

具体在本实施例中，在步骤S130之前，上述方法还包括步骤：对激光束20进行调节，以使激光束20的焦点位于相邻两个板材10的界面。激光束20的能量在焦点处最为集中，而板材10实现焊接则主要依靠界面处的材料熔化并再凝固。因此，将激光束20的焦点调至相邻两个板材10的界面，能显著改善焊接效果。

进一步的，随着焊接过程中的进行，激光束20的光斑在板材10表面的位置也将会实时变动。因此，随着焊接过程的进行，压合机构施加压力的作用点也需相应调整。如此，能够保证激光束20的光斑始终位于压合机构的作用点的附近。

压合机构对作用点附近的板材10具有较佳的压紧作用，从而使板材10之间的距离保持在合适范围，如2微米以内。因此，当激光束20将压合机构的作用点附近的焊接后，两块板材10之间的间隙也将保持在合适的范围内。而且，由于压合机构的作用点是动态变化，故与激光束20配合可对板材10实现“边压紧边焊接”。如此，在焊接完成后能够保证相邻的两个板材10在不同位置的间隙保持一致，且均能够保持在合适的范围内，从而可消除焊接后出现彩虹纹状的干涉条纹的现象，显著改善焊接效果。

而且，由于压合机构对板材10的局部施加压力，故对板材10本身的平整度要求较低，从而可以克服板材10本身的表面不平整的问题。同时，能够进行焊接的板材10的尺寸也可更大。

在本实施例中，采用激光束20沿预设的焊接路径对多个板材10进行焊接的步骤为：激光束20保持固定，焊接治具带动多个板材10沿第一方向进给，并沿与第一方向垂直的第二方向做往复运动。

如图3所示，第一方向可以是XY平面中的X方向，第二方向则为Y方向。焊接治具沿Y方向往复运动的同时沿X方向进给，可使激光束20的光斑相对于板材10沿Z字形的路径移动，从而完成对板材10的焊接。

可见，在采用激光束20对板材10进行焊接的过程中，激光束20的绝对位置是不变的，而通过焊接治具带动多个板材10移动以使激光束20相对于板材10产生相对移动。

需要指出的是，在其他实施例中，焊接治具也可保持固定，激光束20则由激光头引出。而且，通过使激光头沿焊接路径移动，也可完成对板材10的焊接。

进一步的，在本实施例中，压紧机构施加压力的作用点沿第二方向延伸。即，压紧机构的作用点分布于长条形的区域内。

具体的，压级机构可通过沿第二方向延伸的辊轴对板材10进行压紧。如此，当激光束20相对于板材10沿第二方向做往复移动时，压紧机构对板材10的压紧效果较好，能够使相邻两个板材10在第二方向上的距离保持一致。。

压合机构施加作用力的作用点可随激光束20的光斑同步移动，也可不同步移动，只要能够保证激光束20在熔化板材10的某个区域时，压合机构能使该区域相邻两个板材10之间的距离处于合适的范围内即可。

更进一步的，在本实施例中，焊接治具带动多个板材10沿第一方向进给时，压紧机构施加压力的作用点沿第一方向同步移动。

具体的，在第一方向上，压合机构可与发射激光束20的激光器保持固定。通过预先调校，可使激光束20的光斑与压紧机构的作用点处于最佳距离。在该最佳距离下，能够达到最佳的焊接效果。焊接前调校完毕后，由于压合机构相对于激光束20在第一方向上保持固定，故在后续的焊接过程中，激光束20的光斑与压紧机构的作用点之间的将始终保持最佳距离，无需再次调校。

需要指出的是，在其他实施例中，在其他实施例中，压紧机构的作用点也可始终跟随激光束20的光斑同步移动。譬如，激光束20沿S形的焊接路径移动时，压紧机构的作用点也沿着S形的路径同步移动。

此外，请参阅图2及图3，本发明还提供一种激光焊接玻璃的***200。该激光焊接玻璃的***包括焊接治具210、压合机构220及激光器230。其中：

焊接治具210用于承载待焊接的多个板材10。多个板材10可以全部为玻璃，也可其中部分为玻璃，剩余部分为其他材料。如图3所示，通常情况下待焊接的板材10数量为两个。显然，待焊接的板材10数量也可是两个以上。焊接治具210的表面具有较高的平整度，从而使得多个板材10能够实现稳定的层叠。

压合机构220用于向叠放于焊接治具210表面的多个板材10的局部施加压力，以使多个板材10压紧。压合机构220可以采用机械方式，如辊轴、压块直接接触的方式对板材10的表面施加压力，也可采用非机械方式，如场作用、高压气体作用等方式对板材10的表面施加压力。由于压合机构220只向板材10的局部施加压力，故压合机构220只是将多个板材10承受压力的局部压紧。

板材10与压合机构220接触的区域，或板材10表面承受压合机构220压力的区域称之为压合机构220的作用点。可见，压合机构220的作用点并非一定是单个点，而是对板材10施加作用力的整个区域都可被看作压合机构220的作用点。压合机构220对板材10施加作用力的作用点可以分布于一个点状区域、长条形的区域或其他形状的区域。

而且，压合机构220对板材10施加作用力的作用点不是固定的，而是可以动态调整的。也就是说，通过调整压合机构220对板材10施加作用力的作用点的位置，便可依次对多个板材10不同的区域进行压紧。

具体的，压合机构220可设置于对应的伺服机构上，并由伺服机构带动压合机构220移动，以实现作用点的调整。此外，压合机构220也可保持固定，而通过焊接治具210的移动实现压合机构220对板材10作用点的调整。

激光器230用于发出激光束20，激光束20能够沿预设的焊接路径对多个板材10进行焊接。焊接路径可以呈S形、Z字形、螺旋线性等，只要保证激光束20能够依次将板材10的待焊接区域熔化即可。其中，激光器230一般为超快激光器，所发出的激光束20的波长大致为1064纳米，脉宽小于900飞秒。

具体的，激光器230可由相应的伺服机构带动，以实现激光束20沿预设的焊接路径移动。此外，激光器230也可保持固定，而通过焊接治具210的移动实现激光束20的光斑相对于板材10移动。

此外，上述激光焊接玻璃的***一般还包括光学传导***、聚焦物镜以及对焊接过程实现控制的控制***。

随着焊接过程中的进行，激光束20的光斑在板材10表面的位置也将会实时变动。因此，随着焊接过程的进行，压合机构220施加压力的作用点也需相应调整。如此，能够保证激光束20的光斑始终位于压合机构220的作用点的附近。

压合机构220对作用点附近的板材10具有较佳的压紧作用，从而使板材10之间的距离保持在合适范围，如2微米以内。因此，当激光束20将压合机构220的作用点附近的焊接后，两块板材10之间的间隙也将保持在合适的范围内。而且，由于压合机构220的作用点是动态变化，故与激光束20配合可对板材10实现“边压紧边焊接”。如此，在焊接完成后能够保证相邻的两个板材10在不同位置的间隙保持一致，且均能够保持在合适的范围内，从而消除焊接后出现彩虹纹状的干涉条纹的现象，显著改善焊接效果。

而且，由于压合机构220对板材10的局部施加压力，故对板材10本身的平整度要求较低，从而可以克服板材10本身的表面不平整的问题。同时，激光焊接玻璃的***200还能够进行焊接的板材10的尺寸也可更大。

在本实施例中，激光焊接玻璃的***200还包括三轴运动平台(图未示)，焊接治具210设于三轴运动平台，焊接治具210能够在三轴运动平台的带动下沿第一方向进给，并沿与第一方向垂直的第二方向做往复运动。

具体的，三轴运动平台能够在X、Y、Z三个方向移动，第一方向可以是XY平面中的X方向，第二方向则为Y方向。通过沿Z方向移动，能够对激光器230发出的激光束20的焦点进行调节，以使其刚好位于相邻两个板材10的界面。

可见，通过设置三轴运动平台，焊接过程中激光器230及压合机构220的绝对位置可保持不变。由于激光器230的内部结构精密，调试完成后轻微的晃动便可能造成参数紊乱。因此，将激光器230保持固定而通过带动焊接治具210移动完成焊接，则能够避免激光器230在焊接过程中发生晃动，从而保证激光束20的参数稳定，有助于改善焊接效果。

进一步的，在本实施例中，压合机构220包括长条形的辊轴(图未标)，辊轴沿第二方向延伸并能够抵持于叠放于焊接治具210表面的板材10。如此，当激光束20相对于板材10沿第二方向做往复移动时，压紧机构220可相对于板材10保持位置不变。

进一步的，在本实施例中，在第一方向上，辊轴相对于激光器230固定设置。

具体的，辊轴与激光器230之间可通过支架连接，以此在第一方向上保持相对固定。通过预先调校，可使激光束20的光斑与压紧机构220的作用点处于最佳距离。在该最佳距离下，能够达到最佳的焊接效果。焊接前调校完毕后，由于辊轴相对于激光器230保持固定，故在后续的焊接过程中，激光束20的光斑与压紧机构220的作用点之间的将始终保持最佳距离，无需再次调校。

需要指出的是，在其他实施例中，在其他实施例中，压紧机构220的作用点也可跟随激光束20的光斑同步移动。譬如，激光束20沿S形的焊接路径移动时，压紧机构220的作用点也沿着S形的路径同步移动。

上述激光焊接玻璃的方法及***200，随着用于焊接的激光束20的光斑移动，压合机构220施加压力的作用点也可相应调整，从而能够使激光束20只作用于压合机构220的作用点附近。压合机构220作用于板材10的局部，可对作用点处板材10实现有效地压紧，从而保证激光束20作用区域的板材10之间的间隙处于合适的范围。而且，由于压合机构220的作用点是动态变化。因此，在焊接完成后能够保证相邻的两个板材10在不同位置的间距一致。如此，可消除焊接后出现彩虹纹状的干涉条纹的现象，显著改善焊接效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光焊接玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将多个板材叠放于焊接治具的表面，所述多个板材中至少一个为玻璃；

利用压合机构向所述多个板材的局部施加压力，以使所述多个板材压紧；

采用激光束沿预设的焊接路径对所述多个板材进行焊接，并根据所述激光束的光斑在所述多个板材表面的位置调整所述压合机构施加压力的作用点。

2.根据权利要求1所述的激光焊接玻璃的方法，其特征在于，在将多个板材叠放于焊接治具的表面的步骤之前，还包括步骤：对待焊接的每个所述板材进行预处理，以清除表面杂质并干燥。

3.根据权利要求1所述的激光焊接玻璃的方法，其特征在于，采用激光束沿预设的焊接路径对所述多个板材进行焊接的步骤为：所述激光束保持固定，所述焊接治具带动所述多个板材沿第一方向进给，并沿与所述第一方向垂直的第二方向做往复运动。

4.根据权利要求3所述的激光焊接玻璃的方法，其特征在于，所述压紧机构施加压力的作用点沿所述第二方向延伸。

5.根据权利要求4所述的激光焊接玻璃的方法，其特征在于，所述焊接治具带动所述多个板材沿第一方向进给时，所述压紧机构施加压力的作用点沿所述第一方向同步移动。

6.根据权利要求1至5任一项所述的激光焊接玻璃的方法，其特征在于，在采用激光束沿预设的焊接路径对所述多个板材进行焊接的步骤之前，还包括步骤：对所述激光束进行调节，以使所述激光束的焦点位于相邻两个所述板材的界面。

7.一种激光焊接玻璃的***，其特征在于，包括：

焊接治具，用于承载待焊接的多个板材；

压合机构，用于向叠放于所述焊接治具表面的所述多个板材的局部施加压力，以使所述多个板材压紧；及

激光器，用于发出激光束，所述激光束能够沿预设的焊接路径对所述多个板材进行焊接；

其中，根据所述激光束的光斑在所述多个板材表面的位置，所述压合机构施加压力的作用点可调。

8.根据权利要求7所述的激光焊接玻璃的***，其特征在于，还包括三轴运动平台，所述焊接治具设于所述三轴运动平台，所述焊接治具能够在所述三轴运动平台的带动下沿第一方向进给，并沿与所述第一方向垂直的第二方向做往复运动。

9.根据权利要求8所述的激光焊接玻璃的***，其特征在于，所述压合机构包括长条形的辊轴，所述辊轴沿所述第二方向延伸并能够抵持于叠放于所述焊接治具表面的所述板材。

10.根据权利要求9所述的激光焊接玻璃的***，其特征在于，在所述第一方向上，所述辊轴相对于所述激光器固定设置。

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