專利名稱：激光焊接方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光焊接方法及裝置，尤其涉及由金屬片制成的結(jié)構(gòu)的焊接，這些結(jié)構(gòu)構(gòu)成機(jī)動車的車身或框架的總成或分總成。
背景技術(shù)：
本申請人已經(jīng)提出用于激光焊接機(jī)動車結(jié)構(gòu)的裝置一段時間了(例如參見關(guān)于所謂“激光門電路”系統(tǒng)的歐洲專利EP 0440001 B1和EP 0440002 B1)。然而在九十年代前期，所述申請的激光焊接的使用沒有在它首次提出后馬上得到特別廣泛的應(yīng)用。這主要由于如下原因通過激光焊接設(shè)備的第一實(shí)施例進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了，在與該技術(shù)相聯(lián)系的廣泛范圍內(nèi)還存在著許多問題。
第一個重要的問題起源于在汽車領(lǐng)域內(nèi)提供有外部鍍鋅保護(hù)層的鋼板的廣泛使用。在激光焊操作過程中所述層使得產(chǎn)生的鋅蒸氣增加，這經(jīng)常致使在獲得良好質(zhì)量的焊接方面出現(xiàn)問題。
上述問題已經(jīng)在以本申請人的名稱公開的歐洲專利申請EP 1238748 A1和EP 1236535 A1中解決和廣泛示出，其中通過可靠的方式溢出在焊接過程中形成的鋅蒸氣，上述兩個專利申請中所示出的裝置能夠以簡單有效的方式克服上述技術(shù)障礙。由鋅蒸氣形成的問題的另一解決方案也已經(jīng)在以本申請人的名稱公開的意大利專利申請No.TO2002A000760中給出。
然而，需要一段時間來認(rèn)識、研究和以完全的方式解決前述技術(shù)問題以及至少部分解釋在汽車領(lǐng)域使用激光焊接的醞釀階段的長度的事實(shí)。
應(yīng)用激光焊到機(jī)動車結(jié)構(gòu)的總成中去必須考慮的另一個重要問題是需要在減少的生產(chǎn)時間的情況下保證高質(zhì)量的總成。用于機(jī)動車車身的總成或用于它的分總成的操作臺包括在焊接步驟中確保構(gòu)成結(jié)構(gòu)的金屬片元件的正確放置的多個定向元件和夾具。當(dāng)然對于為了所述目的提供的夾具的工件數(shù)量存在最小限制，低于該最小限制不能充分保證所述結(jié)構(gòu)的幾何形狀，帶來的結(jié)果是不足夠數(shù)量的總成操作。隨后焊接操作臺由一組夾具相對“擁擠”在一起，帶有相對應(yīng)的控制裝置用于在打開、不操作的條件和閉合、操作的條件之間操作所述夾具。另外，在能夠?qū)Σ煌愋突蚰Ｐ突蛐褪降拇附Y(jié)構(gòu)進(jìn)行操作的柔性焊接操作臺的情況下，焊接操作臺也提供有用于引導(dǎo)和控制用于支撐夾具的不同結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)每次到達(dá)焊接操作臺的車身或分總成的類型與另一個快速交換。焊接操作臺和它的部件結(jié)構(gòu)的相對復(fù)雜性致使操縱器機(jī)器人的工作更困難，該操縱器機(jī)器人用于裝載在待焊結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域附近的焊接機(jī)構(gòu)(傳統(tǒng)情況中的電子焊接槍或線圈，激光焊接中的激光頭)。
在使用電焊槍的傳統(tǒng)技術(shù)的情況下和在激光焊接的情況下，機(jī)器人都必須順序移動進(jìn)入待焊結(jié)構(gòu)的一系列區(qū)域內(nèi)，用于執(zhí)行指定的焊接。因此，在待焊結(jié)構(gòu)到達(dá)焊接操作臺之后，必須保持在所述操作臺一段時間以足夠使得每個機(jī)器人執(zhí)行所指定的所有焊縫。顯然，在焊接操作臺的停留時間可以通過增加機(jī)器人數(shù)量而減少，但是在該情況下也存在對所述可能性的限制，這是由于成本的原因和如下事實(shí)超過特定數(shù)量的機(jī)器人，每個機(jī)器人都成為鄰近它的一個或多個機(jī)器人的操作障礙。
另一方面，用于形成所有指定焊縫的每個機(jī)器人所用時間不僅僅由需要形成不同焊縫的時間的總和來表示，也通過用于進(jìn)入焊接區(qū)域的每個場合所占用的時間來表示，并且所述時間不能忽略，首先當(dāng)為了所述目的驅(qū)使機(jī)器人跟蹤相對曲折的路徑時，有必要防止不管是待焊結(jié)構(gòu)部分還是所結(jié)合夾具的不同部件的任何干擾。
另一方面有必要考慮在應(yīng)用激光技術(shù)焊接機(jī)動車結(jié)構(gòu)的開始，可以使用的激光發(fā)生器與當(dāng)前可用的激光發(fā)生器相比是相對低效率和低功率的。對于第一代激光發(fā)生器，在任何情況下都必要保證由相對靠近待焊結(jié)構(gòu)的機(jī)器人裝載的激光頭的位置，使得從這一角度看與傳統(tǒng)的電子點(diǎn)焊技術(shù)相比激光技術(shù)的應(yīng)用沒有產(chǎn)生特別的優(yōu)點(diǎn)。相反通過當(dāng)前可用的激光系統(tǒng)，存在有公開的創(chuàng)新，促使預(yù)見到在生產(chǎn)時間方向上有重要的減少。
支撐所述進(jìn)展并且已經(jīng)形成由本申請人進(jìn)行的初始實(shí)驗(yàn)的主題的思想在于保持激光頭與待焊結(jié)構(gòu)一特定距離，以及在于提供在不改變激光頭的位置的情況下能夠在待焊結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域內(nèi)聚焦激光束的機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，出于執(zhí)行焊接鋪展或焊縫的目的，這不僅用于在給定區(qū)域內(nèi)相對于待焊結(jié)構(gòu)移動激光束，同時也是首要的用于在不移動由機(jī)器人裝載的頭部的情況下而焊接結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域。在該方向上的解決方案已經(jīng)由本申請人在歐洲專利申請No.EP1228835 A1(遠(yuǎn)程激光焊接系統(tǒng)及方法)中給出，本申請人是該申請的共同所有人。然而所述已知系統(tǒng)應(yīng)用到“笛卡兒”機(jī)器人而不是“擬人”類型的機(jī)器人，并且“添加”而不是結(jié)合在機(jī)器人內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的激光焊接方法和裝置，其將能夠以簡單和有效的方式應(yīng)用前述的基本思想，通過保證高焊接質(zhì)量同時極大地減少生產(chǎn)時間而使得能夠激光焊接諸如機(jī)動車車身或者它們的分總成之類的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法和/或通過根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置來獲得。
本發(fā)明的進(jìn)一步有益特征在從屬權(quán)利要求中示出。
保持聚焦頭與待焊工件相距一定距離的可能性使得能夠在執(zhí)行焊接期間極大簡化由機(jī)器人所裝載的頭部的路徑。在焊接步驟中，激光頭以一距離“飛過”待焊工件，同時聚焦的激光束以不同方式進(jìn)行定向用于在工件的不同區(qū)域執(zhí)行焊接的鋪展。在每次焊接操作中，從而聚焦激光束的移動是一個復(fù)扎的移動，該復(fù)扎的移動是機(jī)器人的移動和相對于激光頭激光束的定向的移動的總和的合成。隨后跟著機(jī)器人的移動并且定向聚焦激光束的對準(zhǔn)方向的掃描裝置必須以協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行控制以便獲得期望的結(jié)果。
指出EP 0483385 A1公開了一種激光焊接裝置，其中激光束根據(jù)獨(dú)立于機(jī)器人的端部元件的路徑和速度的路徑和速度進(jìn)行定向。然而，在該已知的設(shè)備中，在機(jī)器人的端部元件在待執(zhí)行焊縫的鋪展的縱向上被移動時，僅僅在施加周期的和循環(huán)的振動給激光束這一點(diǎn)上使用了前述概念。因此，在該已知裝置中在焊縫的鋪展的縱向上激光束的移動由機(jī)器人的端部元件的速度明確地確定。在本發(fā)明的情況下，沿著焊縫的鋪展的縱向的激光束點(diǎn)的移動速度相反能夠根據(jù)意愿獨(dú)立于機(jī)器人端部元件的移動速度而進(jìn)行控制。


參考附圖，將會從隨后的描述部分中了解本發(fā)明的進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)，這些附圖僅僅以非限制性實(shí)例的方式提供，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的操縱器機(jī)器人的透視圖；圖2是透視圖，圖示了待焊結(jié)構(gòu)，以及該結(jié)構(gòu)上將要執(zhí)行的激光焊接的鋪展，還有在焊接循環(huán)中由機(jī)器人載有的頭部所跟蹤路徑；
圖3是示出圖1的機(jī)器人終端部分的示意性橫截面圖；圖4示出圖3的變體，以及圖5示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施例的概略截面圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，參考數(shù)字1作為整體表示任何已知類型的操縱器機(jī)器人。本申請人已經(jīng)制造并經(jīng)銷“擬人”型操縱器機(jī)器人一段時間了，其使用一組元件安裝成使得它們能夠根據(jù)各組軸(通常6個)相對于其它元件旋轉(zhuǎn)或鉸接。對于所述軸中每一個聯(lián)系有電控制馬達(dá)。電馬達(dá)由連接到機(jī)器人的控制單元2進(jìn)行控制。單元2能夠控制電馬達(dá)以便在空間中在預(yù)定形狀和尺寸的空間的任何點(diǎn)內(nèi)移動載有機(jī)器人的終端的機(jī)器人的鉸接結(jié)構(gòu)或者機(jī)器人的“手腕”。在本發(fā)明的第一實(shí)施例的情況中，在機(jī)器人的端部元件中結(jié)合有用于聚焦和定向激光束的對準(zhǔn)方向的裝置3。事實(shí)上機(jī)器人1聯(lián)系到激光發(fā)生器4上，該激光發(fā)生器4優(yōu)選是固態(tài)類型。從發(fā)生器4輸出的激光束通過光纖或一束光纖5向上引導(dǎo)到聚焦和對準(zhǔn)裝置3。本發(fā)明的一個重要特征在于如下事實(shí)光纖5的端部結(jié)合在機(jī)器人的結(jié)構(gòu)之內(nèi)，這一點(diǎn)可以在圖3中看出。光纖5結(jié)束于本身為公知類型的光炬裝置6。在圖3所示出的方案中，從光炬6中發(fā)出發(fā)散的激光束7，其隨后由第一透鏡8準(zhǔn)直。對準(zhǔn)的光束9由透鏡10接收，該透鏡10在輸出處發(fā)出分散的光束11。透鏡10通過滑座12在機(jī)器人的元件的結(jié)構(gòu)13內(nèi)同軸安裝在可滑動路徑內(nèi)?；?2的移動通過任何已知類型的電致動器(未示出)進(jìn)行控制，該電致動器同樣通過第二可編程電控制單元進(jìn)行控制。在所示出的實(shí)施例的情況中，該第二控制單元結(jié)合在機(jī)器人的控制單元2內(nèi)。然而，當(dāng)然能夠提供與機(jī)器人控制單元相分離并共同操作的第二控制單元。分散的激光束10由第二準(zhǔn)直透鏡14接收，該第二準(zhǔn)直透鏡14在輸出處發(fā)出準(zhǔn)直后的光束15，該光束15進(jìn)入掃描裝置16用于對準(zhǔn)方向的定向。掃描裝置16順序包括分別能夠圍繞軸19和軸20定向的兩個反射鏡17、18，它們彼此正交并不共面并且能夠在空間中在任何方向定向光束。當(dāng)然兩個反射鏡17、18也能夠由能圍繞兩個正交軸定向的單個反射鏡替換。兩個反射鏡17、18的移動通過任何類型的電致動器(未示出)進(jìn)行控制，該電致動器由第二控制單元控制，用于在所需方向上每次定向激光束。在順序由反射鏡17、18反射之后的激光束15到達(dá)透鏡21，該透鏡21在工件22的表面的點(diǎn)F聚焦激光束。在圖3所示的實(shí)例的情況中，透鏡21是公知的所謂F-θ型，其能夠總是聚焦光束在屬于工件22的表面的平面的點(diǎn)，而不管光束定向的方向。
通過控制反射鏡17、18的定向，能夠定向在圖3中由L表示的最后聚焦激光束的對準(zhǔn)的方向。而且通過調(diào)節(jié)透鏡10的軸向位置，能夠調(diào)節(jié)聚焦距離。
由于上述布置，對于機(jī)器人的元件13的固定向置來說，聚焦光束L能夠指向不同方向，以便聚焦在固體的任何點(diǎn)F上，該固體在圖1中示意性給出并由S表示。
使用圖1、3的裝置，例如能夠通過簡單根據(jù)在圖2中由R表示的路徑移動機(jī)器人的終端而執(zhí)行要被焊接的結(jié)構(gòu)23的順序的焊接鋪展T。當(dāng)機(jī)器人的終端沿著路徑R移動時，由于能夠定向通過裝置3獲得的聚焦光束L，機(jī)器人的終端與工件23保持一距離并能夠執(zhí)行不同的焊接鋪展T。在機(jī)器人“經(jīng)過”工件時，裝置3充分定向激光束以便順序“照明”不同焊接區(qū)域。出于優(yōu)化生產(chǎn)次數(shù)的目的協(xié)調(diào)移動。在機(jī)器人移動的過程中，從而激光束能夠比機(jī)器人“前進(jìn)”更快，預(yù)測它的移動，或者在機(jī)器人已經(jīng)繼續(xù)前進(jìn)時也能夠保持工件的給定區(qū)域依舊“被照明”。
明顯地，獲得前述結(jié)果預(yù)示著需要足夠的編程電控制用于同時控制機(jī)器人的移動和裝置3的移動部分的移動。根據(jù)本發(fā)明，提供了上述的第二電控制單元，其可以結(jié)合入機(jī)器人控制單元或者與機(jī)器人控制單元相分離并與之共同操作用于同時執(zhí)行控制的前述操作。
圖4示出了圖3變體，不同點(diǎn)在于圖4提供了掃描系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)。
在圖4中，與圖3中所示的共同部分由相同的參考數(shù)字表示。在該情況下，從光炬6輸出的發(fā)散激光束7由固定透鏡8進(jìn)行準(zhǔn)直，進(jìn)入由從位置25到位置25’(圖4)移動的單個透鏡構(gòu)成的聚焦系統(tǒng)，并且由固定反射鏡27并隨后由移動反射鏡28進(jìn)行反射，該移動反射鏡28能夠圍繞軸29振動并由能夠相對于結(jié)構(gòu)32圍繞軸31旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)30所裝載，所述結(jié)構(gòu)32載有固定反射鏡27并且連接到結(jié)構(gòu)13上。
在圖5的概略性示出中，兩個光學(xué)組108、109中每個都具有安裝在管狀襯套110內(nèi)的主體108a、109a，在該管狀襯套110的端部插入光炬6。
圖中沒有示出每個光學(xué)組108、109的可移動透鏡相對于各組的主體被驅(qū)動的路徑，也沒有示出驅(qū)動這些透鏡的受控軸向移動的馬達(dá)機(jī)構(gòu)，也沒有示出相聯(lián)系的機(jī)械傳動裝置，這是由于這些結(jié)構(gòu)性細(xì)節(jié)能夠以任何公知的方式執(zhí)行，并且從圖中去除這些細(xì)節(jié)使得后者更簡潔且更易于理解。然而，指出下面這一點(diǎn)是重要的，并且這一點(diǎn)也會在后面看出用于控制光學(xué)組108和光學(xué)組109的透鏡的軸向移動必須一起協(xié)調(diào)。根據(jù)本發(fā)明，這能夠同時通過馬達(dá)機(jī)構(gòu)的充分電控制以及可選擇地通過在兩個光學(xué)組108、109之間布置充分的機(jī)械傳動裝置來獲得，其中上述馬達(dá)機(jī)構(gòu)驅(qū)動光學(xué)組108和光學(xué)組109的透鏡的控制切換，這允許了如下優(yōu)點(diǎn)一方面，僅僅為這些組中之一布置馬達(dá)機(jī)構(gòu)，另一方面，避免需要這些組的協(xié)調(diào)移動的電控制。
在特別示出的實(shí)例的情況中，如果在機(jī)器人結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)整體的方案，則管狀襯套10布置在管狀體11內(nèi)，該管狀體11代表機(jī)器人的一元件(臂)。然而，本發(fā)明的裝置也能夠是與機(jī)器人分離的輔助裝置，例如能夠安裝在鉸接機(jī)器人的手腕上。
在示出實(shí)例中，光學(xué)組108是準(zhǔn)直的變焦距模件，包括軸向可移動的第一系列透鏡112，具有加寬直徑的分散光束113從該第一系列透鏡112出來，以及用于光束準(zhǔn)直的一個或多個固定透鏡114。從準(zhǔn)直模件108出來的經(jīng)準(zhǔn)直的激光束115通過構(gòu)成第二光學(xué)組109的至少一個透鏡116，以便變形為具有相對較寬直徑的分散光束117。兩個光學(xué)組108、109的透鏡的軸向控制的協(xié)調(diào)運(yùn)動允許改變從這些組出來的分散光束的直徑。光束117從固定反射鏡118旋轉(zhuǎn)90°，該固定反射鏡118由固定到裝置的管狀主體110上的支撐結(jié)構(gòu)119裝載。由反射鏡118反射的分散光束120由固定聚焦模件121進(jìn)行聚焦，該固定聚焦模件121包括在結(jié)構(gòu)119上固定支撐的一個或多個連接的透鏡。聚焦模件121能夠用預(yù)定角度的錐形聚焦光束，但是當(dāng)然光束的聚焦距離也即從聚焦模件121的聚焦點(diǎn)的距離依賴于光束120到達(dá)聚焦模件121所具有的直徑而改變。由F示出的聚焦光束由具有彼此正交的兩個振動軸的反射鏡122進(jìn)行反射。特別地，該反射鏡122由支撐結(jié)構(gòu)124圍繞軸123樞軸支撐，上述支撐結(jié)構(gòu)124依次由支撐結(jié)構(gòu)119圍繞軸125旋轉(zhuǎn)支撐。同樣在該情況下，圖5的概略圖沒有示出控制反射鏡122圍繞兩個軸123、125振動的馬達(dá)機(jī)構(gòu)，這些馬達(dá)機(jī)構(gòu)能夠以任何已知的方法執(zhí)行并且從圖中去除這些細(xì)節(jié)使得更簡潔更易于理解。出于改變激光束F的聚焦距離的目的，根據(jù)本發(fā)明的裝置然后預(yù)見馬達(dá)機(jī)構(gòu)用于兩個光學(xué)組108、109的軸向位置的協(xié)調(diào)控制，以及馬達(dá)機(jī)構(gòu)用于控制振動的反射鏡122的兩個振動軸123、125，以便在空間中定向聚焦的激光束F。激光束F的聚焦點(diǎn)從而可以在預(yù)定的三維空間的體積內(nèi)變動，對應(yīng)于裝置的工作需要。
改變聚焦距離的可能性允許當(dāng)聚焦組與結(jié)構(gòu)的距離改變時保持在待焊結(jié)構(gòu)上照明點(diǎn)的不變尺寸(直徑)，從而確保獲得平穩(wěn)的焊接質(zhì)量。而且，定向激光束的可能性顯然允許根據(jù)遠(yuǎn)程焊接的原理、特別是在機(jī)器人移動裝置的過程中通過定向激光束而執(zhí)行焊接，使得在機(jī)構(gòu)上的焊接點(diǎn)根據(jù)不緊密依賴于機(jī)器人移動裝置的路徑和/或速率的路徑和/或速率而移動。如上已經(jīng)示出的，前面所示裝置可以包括一輔助裝置，該輔助裝置可以安裝在商業(yè)機(jī)器人的手腕上或者可以結(jié)合在機(jī)器人的相同結(jié)構(gòu)內(nèi)。
本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)選特征在于根據(jù)本發(fā)明的裝置可以裝配有用于感知與待焊結(jié)構(gòu)距離的裝置，以及裝配有通過依賴于感知距離來控制光學(xué)組108、109的軸向位置而適于自動調(diào)節(jié)聚焦距離的機(jī)構(gòu)。
自然地，對于本發(fā)明的原理沒有偏見的情況下，構(gòu)造的細(xì)節(jié)和實(shí)施例可以相對于這里僅僅以實(shí)例方式描述和示出的內(nèi)容進(jìn)行廣泛的修改，而這并不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于激光焊接由金屬片元件制成的結(jié)構(gòu)的方法，其中操縱器機(jī)器人(1)提供有多個軸，其包括多個電馬達(dá)，這些電馬達(dá)控制機(jī)器人的組成元件圍繞所述軸的移動，以及可編程電控制單元(2)，出于根據(jù)在第一預(yù)定三維空間內(nèi)的任何位置、方位和路徑移動機(jī)器人的端部組成元件(13)的目的，用于控制所述電馬達(dá)；所述操縱器機(jī)器人(1)提供有用于聚焦激光束并用于在第二預(yù)定三維空間(S)內(nèi)定向聚焦后的激光束的裝置(3)；其中，控制所述操縱器機(jī)器人以用于沿著靠近但不緊密靠近待焊結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域的簡化路徑(R)移動機(jī)器人(1)的前述端部元件(13)；提供進(jìn)一步的可編程電控制機(jī)構(gòu)用于以如下這種方式控制用于聚焦和定向激光束的前述裝置(3)當(dāng)機(jī)器人的端部元件(13)描繪前述的簡化路徑(R)時，聚焦的激光束(L)在待焊結(jié)構(gòu)的所有不同區(qū)域(T)的方向上定向，以及對于每個區(qū)域，以如下這種方式執(zhí)行激光焊鋪展或焊縫待焊結(jié)構(gòu)上的激光束點(diǎn)相對于待焊結(jié)構(gòu)在焊縫的每個鋪展的縱向上以不緊密依賴于機(jī)器人的所述端部元件(13)的移動速度的速度進(jìn)行移動。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，前述進(jìn)一步的電控制機(jī)構(gòu)結(jié)合在機(jī)器人的所述電控制單元(2)內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，前述進(jìn)一步的電控制機(jī)構(gòu)與機(jī)器人的所述電控制單元(2)相分離。
4.一種用于激光焊接由金屬片元件制成的結(jié)構(gòu)的裝置，包括帶有多個軸的操縱器機(jī)器人(1)，其包括多個電馬達(dá)，這些電馬達(dá)控制機(jī)器人的組成元件圍繞所述軸的移動，以及可編程電控制單元(2)，出于根據(jù)在第一預(yù)定三維空間內(nèi)的任何位置、方位和路徑移動機(jī)器人(1)的終端組成元件(13)的目的，用于控制所述電馬達(dá)，所述操縱器機(jī)器人(1)提供有用于聚焦激光束并用于在第二預(yù)定三維空間(5)內(nèi)定向聚焦后的激光束的裝置(3)，所述控制單元(2)進(jìn)行編程，用于沿著靠近但不緊密靠近待焊結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域(T)的簡化路徑(R)移動機(jī)器人的前述終端元件(13)，提供另一可編程電控制機(jī)構(gòu)用于以如下這種方式控制用于聚焦和定向激光束的前述裝置(3)當(dāng)機(jī)器人(1)的終端元件(13)跟蹤前述的簡化路徑時，聚焦的激光束(L)在待焊結(jié)構(gòu)的所有不同區(qū)域(T)的方向上進(jìn)行定向，并且對于每個區(qū)域，以如下這種方式執(zhí)行激光焊鋪展或焊縫待焊結(jié)構(gòu)上的激光束點(diǎn)相對于待焊結(jié)構(gòu)在焊縫的每個鋪展的縱向上以不緊密依賴于機(jī)器人的所述端部元件(13)的移動速度的速度進(jìn)行移動。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，前述另一電控制機(jī)構(gòu)結(jié)合在機(jī)器人的所述電控制單元(2)內(nèi)。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，前述另一電控制機(jī)構(gòu)與機(jī)器人的所述電控制單元(2)相分離。
7.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，用于聚焦和定向激光束的前述裝置(3)結(jié)合在機(jī)器人的組成元件(13)內(nèi)。
8.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，其具有光纖機(jī)構(gòu)(5)，該光纖機(jī)構(gòu)(5)用于引導(dǎo)激光束(L)從激光發(fā)生器(4)到用于聚焦和定向激光束的裝置(3)，所述光纖機(jī)構(gòu)(5)至少部分結(jié)合在機(jī)器人(1)的結(jié)構(gòu)內(nèi)。
9.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，用于定向激光束(L)的裝置(16)包括用于相對于兩個正交的軸(19、20)在任何方向上定向激光束的反射鏡機(jī)構(gòu)(17、18)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述反射鏡機(jī)構(gòu)包括順序反射激光束并圍繞兩個相應(yīng)的振動軸(19、20)能夠定向的兩個反射鏡(17、18)，該兩個振動軸(19、20)彼此垂直并且不共面。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述反射鏡機(jī)構(gòu)包括圍繞兩個互相正交的軸能夠定向的單個反射鏡。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，其包括設(shè)置在反射鏡機(jī)構(gòu)下游的聚焦透鏡(21)，所述透鏡是F-θ類型。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述反射鏡機(jī)構(gòu)的上游提供有光學(xué)機(jī)構(gòu)，包括第一準(zhǔn)直透鏡(8)和第二準(zhǔn)直透鏡(14)，以及軸向移動透鏡(10)，出于調(diào)節(jié)激光束聚焦距離的目的，軸向移動透鏡(10)在兩個準(zhǔn)直透鏡(8、14)之間的軸向位置是可調(diào)節(jié)的。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，第一準(zhǔn)直透鏡(8)的上游設(shè)置有結(jié)合到光纖或一束光纖(5)終端的光學(xué)系統(tǒng)(6)，光纖(5)引導(dǎo)來自于激光源的激光束。
15.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，用于定向激光束的裝置(16)包括剛性連接到機(jī)器人的組成元件(13)上的結(jié)構(gòu)(32)，并且結(jié)構(gòu)(32)載有用于反射激光束的固定反射鏡(27)以及可定向的反射鏡(28)，該可定向的反射鏡(28)在由前述的固定反射鏡(27)已經(jīng)反射激光束之后反射該激光束，安裝所述可定向的反射鏡(28)使得它在結(jié)構(gòu)(30)上圍繞調(diào)節(jié)軸(29)振動，該結(jié)構(gòu)(30)依次安裝使得它能夠在前述結(jié)構(gòu)(32)上旋轉(zhuǎn)，該結(jié)構(gòu)(32)載有圍繞正交于移動反射鏡(28)的振動軸(29)的軸(31)的固定反射鏡(27)。
16.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，用于聚焦和定向激光束的前述裝置包括系列布置用于成形激光束(107)的第一和第二光學(xué)組(108、109)，它們在軸向位置能夠以協(xié)調(diào)的方式調(diào)節(jié)，用于產(chǎn)生具有預(yù)定直徑的激光束(117)，用于反射預(yù)定直徑的所述激光束(117)的固定反射鏡(118)，由所述固定反射鏡(118)反射的激光束(120)的固定聚焦模件，以及圍繞兩個正交的軸(123、125)可定向的反射鏡機(jī)構(gòu)(122)，用于根據(jù)空間內(nèi)可定向的方向反射聚焦后的激光束(F)。
17.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一光學(xué)組(108)包括多個透鏡(112、114)，這些透鏡(112、114)適于以相對于在所述光學(xué)組中輸出的直徑可變的直徑來準(zhǔn)直光束。
18.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第二光學(xué)組(109)適于引起光束分散。
19.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述反射鏡機(jī)構(gòu)(122)包括在支撐(124)上圍繞軸(123)樞軸安裝的單個反射鏡(122)，支撐(124)依次相對于載有聚焦模件(121)的固定結(jié)構(gòu)(119)圍繞正交于反射鏡(122)的前述振動軸(123)的軸(125)可旋轉(zhuǎn)地安裝。
20.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)組(8、9)和所述準(zhǔn)直反射鏡機(jī)構(gòu)(22)由電控制機(jī)構(gòu)控制的各個馬達(dá)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述電控制機(jī)構(gòu)結(jié)合在機(jī)器人的可編程控制單元(2)內(nèi)。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述電控制機(jī)構(gòu)相對于機(jī)器人(2)的可編程控制單元(2)是獨(dú)立的。
23.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，兩個光學(xué)組(108、109)通過機(jī)械傳動裝置連接在一起，該機(jī)械傳動裝置致使兩個光學(xué)組的軸向移動的調(diào)節(jié)根據(jù)預(yù)定相互關(guān)系互相依賴。
24.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，其提供有用于感知所述裝置與待焊結(jié)構(gòu)的距離的機(jī)構(gòu)，并且該機(jī)構(gòu)用于控制前述光學(xué)組(108、109)的調(diào)節(jié)位置，用于依賴于前述感知距離改變激光束的聚焦距離。
全文摘要
通過用于聚焦和定向激光束的裝置(16)在待焊結(jié)構(gòu)上執(zhí)行激光焊的多個鋪展(T)，該裝置(16)連接到操縱器機(jī)器人(1)的組成元件(13)上。聚焦頭保持在靠近但是不緊密靠近不同待焊區(qū)域并且能夠因此跟蹤簡化的路徑(R)，同時用于定向激光束的裝置(16)在待焊結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域上對準(zhǔn)激光束，使得沿著焊縫鋪展的縱向的激光束點(diǎn)的行進(jìn)速度獨(dú)立于機(jī)器人端部元件的行進(jìn)速度。
文檔編號B23K26/10GK1628928SQ200410082048
公開日2005年6月22日 申請日期2004年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者R·梅寧, A·巴龍切利, E·莫萊蒂 申請人:康茂股份公司