專(zhuān)利名稱(chēng)：激光焊接方法和激光焊接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種激光焊接方法和 一 種激光焊接系統(tǒng)。
技術(shù)背景通常，使用移動(dòng)裝置進(jìn)行某些類(lèi)型的焊接。近幾年來(lái)，也 使用移動(dòng)裝置進(jìn)行激光焊接。使用具有被構(gòu)造和布置成將激光 束聚焦到工件的表面上的透鏡或反射鏡的激光加工頭進(jìn)行該激 光焊接。該加工頭一皮構(gòu)造和布置成在通過(guò)移動(dòng)裝置移動(dòng)的同時(shí) 將激光束照射到工件的表面上。激光束通過(guò)向工件施加指定的 熱量來(lái)焊接工件。日本特開(kāi)2003-251481號(hào)7〉報(bào)公開(kāi)了該傳統(tǒng)的 激光焊接系統(tǒng)，在該傳統(tǒng)的激光焊接系統(tǒng)中，為了相對(duì)于焊接 位置定位激光加工頭(即定位激光束)，移動(dòng)裝置被暫時(shí)停止在 焊接開(kāi)始點(diǎn)和焊接結(jié)束點(diǎn)，并且響應(yīng)來(lái)自移動(dòng)裝置的同步信號(hào) 開(kāi)始激光振蕩器的激光輸出。當(dāng)開(kāi)始激光輸出時(shí)，移動(dòng)裝置從 停止?fàn)顟B(tài)加速，且未到達(dá)焊接所需的速度。從而，如果在激光 焊接開(kāi)始時(shí)以與已經(jīng)到達(dá)所需速度時(shí)相同的方式進(jìn)行焊接，則 由于劇烈的高輸出激光束照射到小的表面積上導(dǎo)致焊接狀態(tài)變 得不穩(wěn)定。因此，在傳統(tǒng)的激光焊接系統(tǒng)中，例如，控制激光 輸出的波形，以試圖穩(wěn)定焊縫端部的焊接質(zhì)量?？紤]到上述問(wèn)題，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，從該公開(kāi)內(nèi)容中明顯的是存在改進(jìn)激光焊接方法和激光焊接系統(tǒng)的需要。 本發(fā)明致力于現(xiàn)有技術(shù)中的該需要和其它需要，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，從該公開(kāi)內(nèi)容中，這些需要將變得明顯。發(fā)明內(nèi)容對(duì)于上述引用中公開(kāi)的傳統(tǒng)激光焊接系統(tǒng)，為了在使移動(dòng) 裝置加速的同時(shí)控制焊接質(zhì)量，與移動(dòng)裝置同步地控制激光輸 出。由于加速的激光加工頭的移動(dòng)速度根據(jù)移動(dòng)裝置的路徑和 速度而變化，因此必須根據(jù)激光加工頭的移動(dòng)速度的變化控制 激光輸出。因此，在傳統(tǒng)的激光焊接系統(tǒng)中，焊接的邊緣部(焊 接開(kāi)始點(diǎn)和焊接結(jié)束點(diǎn))的最終的質(zhì)量不穩(wěn)定。而且，在傳統(tǒng) 的激光焊接系統(tǒng)中，由于激光振蕩器響應(yīng)來(lái)自移動(dòng)裝置的信號(hào) (激光輸出信號(hào))輸出激光束，所以，由于在發(fā)出信號(hào)與接收 信號(hào)之間出現(xiàn)時(shí)間延遲，因此必須設(shè)置等待時(shí)間直到激光輸出 穩(wěn)定。然而，如果為了試圖解決上述問(wèn)題而在未停止用于定位的 移動(dòng)裝置的情況下輸出激光，則因?yàn)閬?lái)自移動(dòng)裝置的激光輸出 信號(hào)的輸出定時(shí)根據(jù)移動(dòng)裝置的移動(dòng)速度和路徑而變化，且在 將激光輸出信號(hào)傳遞到激光振蕩器之后產(chǎn)生激光束，因此激光 射出相對(duì)于移動(dòng)裝置的移動(dòng)速度和移動(dòng)路徑會(huì)延遲和/或不一 致。考慮到這些問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種激光焊接 方法和一種激光焊接系統(tǒng)，利用該激光焊接方法和激光焊接系 統(tǒng)產(chǎn)生的焊接質(zhì)量不會(huì)取決于對(duì)激光振蕩器的輸出的控制，并 且可以以高質(zhì)量加工焊接開(kāi)始位置和結(jié)束位置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種激光焊接方法，該激光焊接方法基本上包括控制從激光振蕩器輸出的激光束的焦點(diǎn)，以將所述激光束選擇性地聚焦在工件的焊接表面上；移動(dòng)所述激光束在所述工件的所述焊接表面上的激光照射位置；以及通過(guò) 如下方式逐漸改變施加到所述工件的所述焊接表面上的熱量從 而在焊接狀態(tài)與非焊接狀態(tài)之間選擇性地切換在所述焊接狀 態(tài)與所述非焊接狀態(tài)之間的所述切換之前和之后，在從所述激 光振蕩器連續(xù)輸出所述激光束的同時(shí)，進(jìn)行控制所述焦點(diǎn)和移 動(dòng)所述激光照射位置至少之一 。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，從下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選 實(shí)施例的詳細(xì)i兌明中，本發(fā)明的這些和其它目的、特征、方面 和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


現(xiàn)在參照形成該原始公開(kāi)內(nèi)容的 一 部分的附圖圖1是使用根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的激光焊接方法的激 光焊接系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；圖2是激光焊接系統(tǒng)的激光加工頭的示意性立體圖，圖解布 置在根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的激光加工頭中的部件；圖3是在使用激光焊接方法的比較例的情況下，在焊接開(kāi)始 點(diǎn)處激光振蕩器的輸出功率、激光照射位置的移動(dòng)速度、激光 束的焦點(diǎn)位置、以及向工件施加的熱量相對(duì)于時(shí)間的一組圖；圖4是在使用激光焊接方法的比較例的情況下，在焊接結(jié)束 點(diǎn)處激光振蕩器的輸出功率、激光照射位置的移動(dòng)速度、激光 束的焦點(diǎn)位置、以及向工件施加的熱量相對(duì)于時(shí)間的組圖；圖5是在使用根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的激光焊接方法的 情況下，在焊接開(kāi)始點(diǎn)處激光振蕩器的輸出功率、激光照射位 置的移動(dòng)速度、激光束的焦點(diǎn)位置、以及向工件施加的熱量相對(duì)于時(shí)間的組圖；圖6是在使用根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的激光焊接方法的 情況下，在焊接結(jié)束點(diǎn)處激光振蕩器的輸出功率、激光照射位 置的移動(dòng)速度、激光束的焦點(diǎn)位置、以及向工件施加的熱量相 對(duì)于時(shí)間的組圖；圖7是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的激光焊接系統(tǒng)的控 制單元執(zhí)行的激光焊接方法的控制處理的流程圖；圖8是使用根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的激光焊接方法的激 光焊接系統(tǒng)的示意性立體圖；圖9是激光焊接系統(tǒng)的激光加工頭相對(duì)于多個(gè)焊接部的示 意圖，圖解了在根據(jù)第二實(shí)施例的激光焊接系統(tǒng)中如何改變激 光束的射出方向；圖10是在使用根據(jù)第三實(shí)施例的激光焊接方法的情況下， 在焊接開(kāi)始點(diǎn)處激光振蕩器的輸出功率、激光照射位置的移動(dòng) 速度、激光束的焦點(diǎn)位置、以及向工件施加的熱量相對(duì)于時(shí)間 的組圖；圖11是在使用根據(jù)第三實(shí)施例的激光焊接方法的情況下， 在焊接結(jié)束點(diǎn)處激光振蕩器的輸出功率、激光照射位置的移動(dòng) 速度、激光束的焦點(diǎn)位置、以及向工件施加的熱量相對(duì)于時(shí)間 的組圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參照

本發(fā)明的選定實(shí)施例。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，從該公開(kāi)內(nèi)容中明顯的是下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例 的說(shuō)明僅是為了例證而提供，而不是為了限制由所附權(quán)利要求 書(shū)及其等同限定的本發(fā)明。首先參照?qǐng)D1至圖7 ，圖解了使用根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的激光焊接方法的激光焊接系統(tǒng)l。圖l是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的激光焊接系統(tǒng)1的簡(jiǎn)化示意圖。圖2是激光焊接系統(tǒng)1的激 光加工頭3的示意性立體圖，圖解布置在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施 例的激光加工頭3中的部件。與焊接夾具與工件直接接觸的傳統(tǒng)的點(diǎn)焊和其它類(lèi)型的焊 接不同，利用遠(yuǎn)離工件W的加工頭3射出的激光束來(lái)完成使用根 據(jù)第 一 實(shí)施例的激光焊接系統(tǒng)l進(jìn)行的焊接。圖l所示的激光焊接系統(tǒng)l包括激光振蕩器2，其用作激光 光源；加工頭3，其被構(gòu)造和布置成向工件W射出激光束100; 移動(dòng)裝置4，其被構(gòu)造和布置成支撐加工頭3以使加工頭3沿多個(gè) 軸向移動(dòng)；以及控制單元5，其被構(gòu)造成控制激光振蕩器2的輸 出、移動(dòng)裝置4的移動(dòng)、以及加工頭3的操作。如在圖l中看到的那樣，移動(dòng)裝置4具有多個(gè)致動(dòng)器6(在本 例中設(shè)置兩個(gè)致動(dòng)器6)和多個(gè)移動(dòng)軸(axes) 7 (在本例中設(shè) 置2個(gè)移動(dòng)軸7)，使得移動(dòng)裝置4可以沿多個(gè)軸向移動(dòng)加工頭3。 盡管圖1所示的激光焊接系統(tǒng)1被構(gòu)造成可以沿兩個(gè)軸向移動(dòng)加 工頭3， ^旦該系統(tǒng)也可以,皮構(gòu)造成沿三個(gè)軸向移動(dòng)加工頭3。移 動(dòng)裝置4被構(gòu)造成根據(jù)通過(guò)進(jìn)行示教操作獲得的移動(dòng)路徑數(shù)據(jù) 移動(dòng)加工頭3。盡管第一實(shí)施例的移動(dòng)裝置4被圖解為多軸線移 動(dòng)裝置，但使用例如具有臂構(gòu)造(參見(jiàn)圖8)的裝置也是可接受 的。如圖2所示，通過(guò)光纜8將激光束100傳送到加工頭3。加工 頭3具有透鏡9，激光束100通過(guò)該透鏡9;反射鏡IO，其被構(gòu) 造和布置成反射透過(guò)透鏡9的激光束100;透鏡組ll,其具有多 個(gè)透鏡11A至11C;以及兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B。透鏡組ll 用作被構(gòu)造和布置成改變從反射鏡10反射的激光束100的焦距 的焦點(diǎn)控制部。轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B被構(gòu)造和布置成轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B可以轉(zhuǎn)動(dòng)，以使射出透鏡組11的激光束100對(duì)準(zhǔn)目 標(biāo)方向。更具體地，轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B相對(duì)于彼此布置成可 繞不同的軸自由地、獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)，由此自由地改變激光束100 的射出方向。因此，在加工頭3內(nèi)設(shè)置兩個(gè)電動(dòng)機(jī)13A和13B， 分別用于使轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)來(lái)自控制單元5的 信號(hào)控制電動(dòng)才凡13A和13B的移動(dòng)。類(lèi)似地，沒(méi)置電動(dòng)才幾14,以 改變由透鏡組ll確定的焦點(diǎn)位置。在本實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)1W皮 構(gòu)造和布置成根據(jù)來(lái)自控制單元5的控制命令移動(dòng)例如透鏡組 11的可動(dòng)透鏡11A。激光振蕩器2優(yōu)選是YAG激光振蕩器。使用YAG激光器，使 得可以通過(guò)光纜8傳送激光束100。對(duì)于遠(yuǎn)程激光焊接，也可以 使用二氧化碳?xì)怏w激光器作為激光振蕩器2，但是不能通過(guò)光纜 8傳送來(lái)自二氧化碳?xì)怏w激光器的激光束。而是使用反射鏡或棱 鏡將二氧化碳?xì)怏w激光束從激光振蕩器2引入到加工頭3。在本 發(fā)明中可以使用可以用于激光焊接的任何其它激光器。根據(jù)用 作激光振蕩器2的激光器的類(lèi)型適當(dāng)?shù)剡x擇向加工頭3輸送激光 束的方法，例如使用光纜8或反射鏡。現(xiàn)在將更詳細(xì)地說(shuō)明控制單元5。如在圖l中看到的那樣， 控制單元S具有移動(dòng)裝置控制部5A和加工頭控制部5B。通過(guò)來(lái) 自移動(dòng)裝置控制部5 A的移動(dòng)量命令信號(hào)S1控制移動(dòng)裝置4的移 動(dòng)(即致動(dòng)器6的操作)。從而，移動(dòng)裝置控制單元5A被構(gòu)造成 通過(guò)控制移動(dòng)裝置4的移動(dòng)來(lái)控制激光束照到工件W的照射位 置。除了移動(dòng)裝置4之外，還使用轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B控制激 光束照到工件W的照射位置。加工頭控制部5B被構(gòu)造成基于從移動(dòng)裝置控制單元5A接 收的信號(hào)S2計(jì)算加工頭命令信號(hào)S3，并且通過(guò)將加工頭命令信 號(hào)S3發(fā)送到加工頭3來(lái)控制可動(dòng)透鏡11A的移動(dòng)(即控制電動(dòng)機(jī)ii14的操作)以及轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B的運(yùn)動(dòng)(即控制電動(dòng)機(jī) 13A和13B的操作)。從而，可動(dòng)透鏡11A以及轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和 12B的運(yùn)動(dòng)可以被控制成與移動(dòng)裝置4的移動(dòng)(即致動(dòng)器6的操 作)同步?？刂茊卧?優(yōu)選包括具有激光焊接控制程序的微型計(jì)算機(jī)， 該微型計(jì)算機(jī)如下文所述地控制激光振蕩器2、加工頭3和移動(dòng) 裝置4。控制單元5還可以包括如輸入4妻口電^各、輸出4妻口電蹈^ 以及如ROM (只讀存儲(chǔ)器)裝置和RAM (隨機(jī)存儲(chǔ)器)裝置等 存儲(chǔ)裝置等其它傳統(tǒng)部件。存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)處理結(jié)果和由處理器 電路運(yùn)行的控制程序?？刂茊卧?以傳統(tǒng)的方式與激光振蕩器2、 加工頭3和移動(dòng)裝置4可操作地聯(lián)接?？刂茊卧?的內(nèi)部RAM存 儲(chǔ)操作標(biāo)記(operational flags )的狀態(tài)和各種控制數(shù)據(jù)?？刂?單元5的內(nèi)部ROM存儲(chǔ)各種操作的控制數(shù)據(jù)?？刂茊卧?能夠根 據(jù)控制程序選擇性地控制該控制系統(tǒng)的任何部件。對(duì)本領(lǐng)域技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，從該公開(kāi)內(nèi)容中明顯的是控制單元5的精確結(jié)構(gòu) 和算法可以是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的功能的硬件和軟件的任何組合。換 句話說(shuō)，如在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中利用的"裝置加功能"條款 應(yīng)該包括可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)"裝置加功能，，條款的功能的任何結(jié)構(gòu)或 硬件及/或算法或軟件。如在圖l中看到的那樣，激光振蕩器2包括激光振蕩器控制 部2A和激光產(chǎn)生部2B。激光振蕩器控制部2A被構(gòu)造成接收來(lái) 自控制單元5的移動(dòng)裝置控制部5 A的激光接通/切斷命令信號(hào) S4，并將激光產(chǎn)生命令信號(hào)S5發(fā)送到激光產(chǎn)生部2B。激光產(chǎn)生 部2 B被構(gòu)造成響應(yīng)激光產(chǎn)生命令信號(hào)S 5輸出激光束。由于激光 產(chǎn)生部2B的激光輸出對(duì)激光產(chǎn)生命令信號(hào)S5的響應(yīng)較慢，因 此，激光產(chǎn)生部2B通常被操作成恒定地輸出指定的低功率激光 束，且當(dāng)接收到激光產(chǎn)生命令信號(hào)S5時(shí)功率提高到焊接所需的水平?，F(xiàn)在將說(shuō)明利用根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的激光焊接系統(tǒng) l進(jìn)行的激光焊接方法。首先，為了更好地說(shuō)明本發(fā)明，將討論激光焊接方法的比 較例。圖3是在使用激光焊接方法的比較例的情況下，在焊接開(kāi) 始點(diǎn)處激光振蕩器的輸出功率、激光照射位置的移動(dòng)速度、激 光束的焦點(diǎn)位置、以及向工件W施加的熱量相對(duì)于時(shí)間的組圖。圖4是在使用激光焊接方法的比較例的情況下，在焊接結(jié)束點(diǎn)處 激光振蕩器的輸出功率、激光照射位置的移動(dòng)速度、激光束的 焦點(diǎn)位置、以及向工件W施加的熱量相對(duì)于時(shí)間的組圖。在圖3 和圖4的頂部以簡(jiǎn)化的形式描繪了加工頭3 ，以便易于說(shuō)明并說(shuō) 明激光振蕩器的輸出功率、移動(dòng)速度、焦點(diǎn)位置、以及施加的 能量相對(duì)于加工頭3的位置和從加工頭3射出到工件W上的激光 束100的焦距的變化。更具體地，在圖3和圖4中，以如下方式繪 制激光振蕩器的輸出功率、移動(dòng)速度、焦點(diǎn)位置、以及施加的 能量的變化在圖3和圖4的底部的工件W的俯視圖中，沿工件 W上的焊接部指示出對(duì)應(yīng)的位置。如圖3所示，對(duì)于比較例的激光焊接方法，激光束100的焦 點(diǎn)位置101與工件W的焊接表面恒定地對(duì)準(zhǔn)，且當(dāng)激光束10 0的 激光照射位置到達(dá)焊接部Y的焊接開(kāi)始點(diǎn)Y i時(shí)，激光振蕩器2的 輸出功率從低功率水平Po增大到水平P,。當(dāng)激光輸出功率水平 增大時(shí)，由于控制系統(tǒng)的固有延遲以及激光振蕩器2的輸出的不 好的控制響應(yīng)特性，導(dǎo)致激光振蕩器2的輸出功率需要時(shí)間來(lái)穩(wěn) 定。因此，在圖3所示的比較例中，在激光束100到達(dá)焊接開(kāi)始 點(diǎn)Yi之前，暫時(shí)停止激光束100照到工件W的表面的照射位置的 移動(dòng)(參見(jiàn)圖3的移動(dòng)速度圖)。然后，在增大激光振蕩器2的輸 出功率的同時(shí)增大移動(dòng)速度。由于移動(dòng)速度處于增大的過(guò)程中(即未到達(dá)用于焊接的速度VJ,因此，向焊接開(kāi)始點(diǎn)Yi的區(qū) 域中的焊接部Y施加超過(guò)所需的熱量，且所施加的熱量J不能平 滑地變化(參見(jiàn)圖3中的施加的熱量圖)。因此，在圖3所示的比 較例中，焊接狀態(tài)變得不穩(wěn)定，并且有時(shí)產(chǎn)生如在焊縫端部形 成孔以及焊縫寬度變得太大等問(wèn)題。激光振蕩器2從切斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)所需的時(shí)間通常 比在激光振蕩器2已經(jīng)處于接通狀態(tài)時(shí)增大激光器輸出的輸出 功率所需的時(shí)間更多。更具體地，當(dāng)激光振蕩器2從切斷狀態(tài)切 換到接通狀態(tài)時(shí)，向激光振蕩器2供給所需量的電能、將電能轉(zhuǎn) 換成光能、以及將光能的量增強(qiáng)需要時(shí)間。因此，在焊接開(kāi)始 前，輸出基本上不會(huì)焊接工件的低功率水平P。的激光束。然而， 在圖3所示的比4交例中，由于激光束100的焦點(diǎn)4立置101與工件W 的表面對(duì)準(zhǔn)，因此，在工件W的表面上殘留激光輸出痕W"如圖4所示，對(duì)于比較例的激光焊接方法，當(dāng)激光束100到 達(dá)焊接部Y的焊接結(jié)束點(diǎn)Y2時(shí)，激光振蕩器2的輸出水平從功率 水平P,降低到低功率水平P。。當(dāng)輸出的激光功率水平降低時(shí)， 由于控制系統(tǒng)的固有延遲以及激光振蕩器2的輸出的不好的控 制響應(yīng)特性，導(dǎo)致穩(wěn)定激光振蕩器2的輸出功率需要時(shí)間。因此， 在圖4所示的比較例中，當(dāng)激光束10 0移動(dòng)到焊接結(jié)束點(diǎn)Y 2時(shí)， 激光束10 0照到工件W的表面的照射位置的移動(dòng)速度降低且激 光振蕩器2的輸出功率降低。在該階段，移動(dòng)速度處于降低的過(guò) 程中，且如果移動(dòng)速度降低的太多，則超過(guò)所需的熱量將被施 加到焊接結(jié)束點(diǎn)Y2的區(qū)域中的焊接部Y,并且所施加的熱量J不 能平滑地變化(參見(jiàn)圖4中的施加的熱量圖)。因此，在比較例 的激光焊接方法中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生與圖3所示的焊接開(kāi)始點(diǎn)Y,說(shuō) 明的問(wèn)題類(lèi)似的問(wèn)題。對(duì)于圖3和圖4所示的比較例的激光焊接方法，當(dāng)激光照射位置的移動(dòng)速度改變時(shí)，通過(guò)與激光照射位置的移動(dòng)同步地控 制激光束100的輸出功率來(lái)控制焊接質(zhì)量。因此，在比較例的激 光焊接方法中，必須根據(jù)激光照射位置的路徑和移動(dòng)速度控制激光束100的輸出功率，并且在焊接開(kāi)始點(diǎn)Yi和焊接結(jié)束點(diǎn)Y2處質(zhì)量變得不穩(wěn)定。另外，由于利用來(lái)自控制單元5的信號(hào)控制激光振蕩器2的 輸出功率，因此，信號(hào)的固有時(shí)間延遲和信號(hào)輸出與信號(hào)接收 之間的時(shí)間的變化量使激光輸出定時(shí)改變。因此，當(dāng)使用比較 例的激光焊接方法時(shí)，必須允許激光輸出有時(shí)間穩(wěn)定，并且包 括作為犧牲品的余量焊縫。此外，在比較例的激光焊接方法中，如果在不暫時(shí)停止照 射位置的移動(dòng)的情況下進(jìn)行激光焊接，則激光輸出的延遲和變 化將使得不可能在指定位置中形成指定形狀的焊接。現(xiàn)在將參照?qǐng)D5和圖6說(shuō)明根據(jù)第 一 實(shí)施例的激光焊接方 法。圖5是在使用根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的激光焊接方法的情 況下，在焊接開(kāi)始點(diǎn)處激光振蕩器的輸出功率、激光照射位置 的移動(dòng)速度、激光束的焦點(diǎn)位置、以及向工件施加的熱量相對(duì) 于時(shí)間的組圖。圖6是在使用根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的激光焊 接方法的情況下，在焊接結(jié)束點(diǎn)處激光振蕩器的輸出功率、激 光照射位置的移動(dòng)速度、激光束的焦點(diǎn)位置、以及向工件W施 加的熱量相對(duì)于時(shí)間的組圖。在圖5和圖6的頂部以簡(jiǎn)化的形式 描繪了加工頭3，以易于說(shuō)明并說(shuō)明激光振蕩器的輸出功率、移 動(dòng)速度、焦點(diǎn)位置、以及施加的能量相對(duì)于加工頭3的位置和從 加工頭3射出到工件W上的激光束IOO的焦距的變化。更具體地， 在圖5和圖6中，以如下方式繪制激光振蕩器的輸出功率、移動(dòng) 速度、焦點(diǎn)位置、以及施加的能量的變化在圖5和圖6的底部 的工件W的俯視圖中，沿工件W上的焊接部指示出對(duì)應(yīng)的位置。第 一 實(shí)施例的激光焊接方法被布置成利用移動(dòng)裝置4移動(dòng) 加工頭3，并且連續(xù)焊接設(shè)置在工件W上的多個(gè)焊接部Y。然而， 在圖5和圖6中，將說(shuō)明僅對(duì)焊接部Y中的 一 個(gè)進(jìn)行焊接的過(guò)程。對(duì)于根據(jù)第一實(shí)施例的激光焊接方法，如圖5所示，在激光 照射位置到達(dá)焊接開(kāi)始點(diǎn)Y,之前，激光束100的焦點(diǎn)位置101被 布置在距工件W的表面例如大約3mm處(例如，移動(dòng)到工件W 的表面下方)?？刂茊卧?被構(gòu)造成在激光照射位置到達(dá)焊接開(kāi) 始點(diǎn)Y!之前的指定量的時(shí)間tl (例如0.1至0.2秒)時(shí)開(kāi)始增大激 光振蕩器2的輸出功率。該指定量的時(shí)間tl優(yōu)選被設(shè)定成當(dāng)激光 照射位置到達(dá)焊接開(kāi)始點(diǎn)Y,時(shí)激光輸出功率到達(dá)并穩(wěn)定在所 需水平。然后，在激光照射位置正要到達(dá)焊接開(kāi)始點(diǎn)Y,之前， 控制單元5被構(gòu)造成開(kāi)始通過(guò)控制透鏡組11 (在本實(shí)施例中通過(guò) 控制透鏡11A的移動(dòng))將激光束100的焦點(diǎn)位置IOI與工件W的 表面對(duì)準(zhǔn)(即開(kāi)始移位到對(duì)準(zhǔn)位置)。與激光輸出功率不同的是，可以通過(guò)控制透#:組iH吏焦點(diǎn)位置ioi以良好的控制響應(yīng)特性移動(dòng)，因此，可以在正確的位置(即焊接開(kāi)始位置Yt )精確開(kāi) 始焊接，而無(wú)需暫時(shí)減小移動(dòng)速度以及相對(duì)于焊接開(kāi)始位置Y, 定位加工頭3。換句話說(shuō)，如在圖5中看到的那樣，激光照射位 置的移動(dòng)速度優(yōu)選保持在恒定速度V,。此外，當(dāng)激光照射位置到達(dá)焊接開(kāi)始點(diǎn)Y!時(shí)，只要激光振 蕩器2的輸出功率到達(dá)焊接所需的水平，激光振蕩器2的輸出功 率就不成問(wèn)題。從而，焊接開(kāi)始點(diǎn)Yi的位置取決于具有良好的 控制響應(yīng)特性的焦點(diǎn)位置101的移動(dòng)。結(jié)果，如圖5所示，可以 以高精度定位焊接開(kāi)始點(diǎn)Yi,并且可以正確地形成焊接部Y的 焊縫。 一旦激光振蕩器2的輸出功率開(kāi)始增大，將焦點(diǎn)位置101 移到工件的表面所需的時(shí)間是例如大約0.2秒到大約0.3秒。由于在激光振蕩器2的輸出功率增大的同時(shí)，焦點(diǎn)位置101與工件W的表面在焊接部Y的焊接開(kāi)始點(diǎn)Y處逐漸對(duì)準(zhǔn)，因此， 施加到工件W的表面的所施加的熱量J不會(huì)突然增大，可以實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)定的焊接狀態(tài)。結(jié)果，可以在不執(zhí)行不必要的額外焊接的情 況下，獲得平整的焊縫。即使在開(kāi)始焊接之前激光振蕩器2以低功率水平P。射出激 光束，但是因?yàn)榻裹c(diǎn)位置101不與工件W的表面對(duì)準(zhǔn)，因此不會(huì) 形成激光輸出痕。結(jié)果，焊接之后可以得到漂亮的外觀。如圖6所示，可以在焊接部Y的焊接結(jié)束點(diǎn)Y2處類(lèi)似地控制 激光束，以在不暫時(shí)減小激光照射位置的移動(dòng)速度的情況下結(jié)束激光焊接。為了完成當(dāng)照射位置到達(dá)焊接結(jié)束點(diǎn)Y2時(shí)焦點(diǎn)位置101遠(yuǎn)離工件W的表面的移位，控制單元5被構(gòu)造成在到達(dá)焊 接結(jié)束點(diǎn)Y2之前的指定量的時(shí)間t2時(shí)開(kāi)始移動(dòng)焦點(diǎn)位置101。然 后，控制單元5被構(gòu)造成開(kāi)始降低激光振蕩器2的輸出功率，并 且當(dāng)焊接部Y的焊接結(jié)束點(diǎn)Y2處完成焦點(diǎn)位置101的移位時(shí)完 成激光焊接。在完成激光焊接之后，控制單元5被構(gòu)造成向下一 焊接部(即，工件W上的將要進(jìn)行焊接的位置)移動(dòng)激光束IOO。 將參照?qǐng)D7的流程圖說(shuō)明在激光焊接系統(tǒng)1的控制單元5中 執(zhí)行的控制處理。當(dāng)開(kāi)始圖7的控制處理時(shí)，如圖5所示，激光 束100的焦點(diǎn)位置101被設(shè)定成偏離工件W的表面(設(shè)定在偏離 位置)。在步驟S10中，控制單元5被構(gòu)造成向焊接部Y移動(dòng)激光 照射位置。在步驟S11中，控制單元5被構(gòu)造成在激光照射位置 到達(dá)焊接開(kāi)始點(diǎn)Y，之前的指定量的時(shí)間tl時(shí)開(kāi)始將激光振蕩器 2的激光輸出功率從低功率水平P 。增大到焊接所需的功率水平 P"在步驟S12中，控制單元5被構(gòu)造成判斷指定量的時(shí)間tl是 否已過(guò)去。如果在步驟S12中控制單元5判斷指定量的時(shí)間tl已 過(guò)去，則在步驟S13中，控制單元5被構(gòu)造成將激光束100的焦 點(diǎn)位置101與工件W的表面對(duì)準(zhǔn)，以開(kāi)始焊接。在步驟S14中，控制單元5被構(gòu)造成判斷指定量的時(shí)間是否已過(guò)去?；诤附硬?Y的尺寸和其它因素確定步驟S14中使用的指定量的時(shí)間。在步驟S15中，控制單元5被構(gòu)造成在激光照射位置到達(dá)焊接結(jié)束點(diǎn) Y2之前的指定量的時(shí)間t2時(shí)開(kāi)始移動(dòng)焦點(diǎn)位置101,以使其從工 件W的表面偏離。然后，在步驟S16中，控制單元5被構(gòu)造成開(kāi) 始降低激光振蕩器2的激光輸出功率。在步驟S17中，控制單元S17中判斷所有的焊接部還未全被焊接，則在步驟S18中，控制 單元5被構(gòu)造成向下一焊接部移動(dòng)激光照射點(diǎn)，并重復(fù)步驟Sll 至S17中的處理。當(dāng)在步驟S17中判斷已完成所有的焊接部的激 光焊接時(shí)，控制單元5被構(gòu)造成結(jié)束圖7所述的控制處理。對(duì)于第 一 實(shí)施例的激光焊接方法，可以通過(guò)移動(dòng)激光束100 的焦點(diǎn)位置101來(lái)加工焊接部Y的焊接開(kāi)始點(diǎn)Y,和焊接結(jié)束點(diǎn) Y2，由此消除了執(zhí)行操作以專(zhuān)門(mén)用來(lái)補(bǔ)償激光振蕩器2的不好 的控制響應(yīng)特性的需要。另外，可以以良好的控制響應(yīng)特性通 過(guò)透鏡組ll (焦點(diǎn)控制部)控制焦點(diǎn)位置101。由于可以通過(guò)移 動(dòng)焦點(diǎn)位置101而以良好的控制響應(yīng)特性加工焊接部Y的焊接 開(kāi)始點(diǎn)Y,和焊接結(jié)束點(diǎn)Y2，因此可以高質(zhì)量地加工焊接部Y的 邊緣。此外，由于使加工頭3的移動(dòng)與激光振蕩器2精確同步所 需的時(shí)間可以省略，因此可以提高焊接加工的速度(即，可以 減少焊接時(shí)間)。由于在激光振蕩器2的輸出功率降低的同時(shí)，焦點(diǎn)位置101 逐漸移動(dòng)遠(yuǎn)離工件的焊接部Y的焊接結(jié)束點(diǎn)Y2處的表面，因此 施加到工件W的表面的所施加的熱量J不會(huì)突然變化，并且可以 得到穩(wěn)定的焊接狀態(tài)。結(jié)果，可以在不執(zhí)行不必要的額外焊接 的情況下獲得平整的焊縫。另外，由于焊接結(jié)束加工不依賴(lài)于激光振蕩器2的輸出功率，因此即使在激光焊接期間如緊急停止情況等突然停止系統(tǒng) 的情況下也可以防止在焊接結(jié)束處產(chǎn)生孔和其它的質(zhì)量不穩(wěn) 定。對(duì)于第 一 實(shí)施例的激光焊接方法，所施加的熱量J的變化取決于激光束100的焦點(diǎn)位置101。所施加的熱量J與工件w的激光照射部的表面積成比例，乂人而，與照射部的半徑的平方成比例。因此，所施加的熱量J對(duì)焦點(diǎn)位置101的變化非常敏感，并且可以以較高的速度控制所施加的熱量J。由于第 一 實(shí)施例的激光焊接方法不需要對(duì)激光照射位置的移動(dòng)速度進(jìn)行復(fù)雜控制，因此可以在不對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B 進(jìn)行復(fù)雜控制的情況下，保持良好的焊接質(zhì)量。在圖5和圖6所示的例子中，焦點(diǎn)位置101開(kāi)始移位(上升) 以與工件W的表面對(duì)準(zhǔn)的點(diǎn)以及焦點(diǎn)位置101完成移位(下降) 以從工件W的表面偏離的點(diǎn)分別與焊接開(kāi)始點(diǎn)Y i和焊接結(jié)束點(diǎn) Y2匹配(同步)。然而，焊接開(kāi)始點(diǎn)Y、和焊接結(jié)束點(diǎn)Y2基于所 施加的熱量J而 一皮確定，而不必與焦點(diǎn)卩立置101開(kāi)始上升的點(diǎn)以 及焦點(diǎn)位置101完成下降的點(diǎn)一致。第二實(shí)施例現(xiàn)在將參照?qǐng)D8和圖9說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施例的激光焊接系統(tǒng) l'。考慮到第一實(shí)施例與第二實(shí)施例之間的相似性，與第一實(shí) 施例的零件相同的第二實(shí)施例的零件將使用與第 一 實(shí)施例的零件相同的附圖標(biāo)記。而且，為簡(jiǎn)略起見(jiàn)，可省略與第一實(shí)施例 的零件相同的第二實(shí)施例的零件的說(shuō)明。圖8是使用根據(jù)第二實(shí)施例的激光焊接方法的激光焊接系統(tǒng)r的示意性立體圖，而圖9是圖解當(dāng)采用根據(jù)第二實(shí)施例的激光焊接方法時(shí)如何改變激光束10 0的射出方向的示意圖。在圖9 中使用簡(jiǎn)單的基本的例子以便易于理解。第二實(shí)施例的激光焊接系統(tǒng)l'與第 一 實(shí)施例的激光焊接系統(tǒng)i的不同之處在于第二實(shí)施例的激光焊接系統(tǒng)r包括臂結(jié)構(gòu)21來(lái)代替第一實(shí)施例的移動(dòng)裝置4，如在圖8中看到的那樣，臂 結(jié)構(gòu)21具有構(gòu)成多軸運(yùn)動(dòng)裝置的多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。如圖8所示，加工 頭3與臂結(jié)構(gòu)21的頂端聯(lián)接。其它方面的構(gòu)成特征和激光焊接方 法與第一實(shí)施例的相同，所以省略其說(shuō)明。與第一實(shí)施例類(lèi)似，轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B (圖9中集中表 示為12) i殳置在加工頭3內(nèi)。轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B^皮構(gòu)造和布 置成根據(jù)臂結(jié)構(gòu)21的運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變激光束100的射出方 向。在第二實(shí)施例中，因?yàn)榫哂卸噍S的臂結(jié)構(gòu)21能夠改變加工 頭3的位置和角度，使得可以通過(guò)單一的轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡將激光束 100的方向改變到目標(biāo)位置，因此在加工頭3中僅包4舌一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) 反射鏡來(lái)代替兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡也是可接受的。在第二實(shí)施例中，如圖9所示，當(dāng)存在多個(gè)焊接部22A至22F 時(shí)，甚至在正在向當(dāng)前的目標(biāo)焊^接部(例如，部位22A)射出 激光束100的同時(shí)，加工頭3以指定的速度向下一焊接部(例如， 部位22B)移動(dòng)。即使加工頭3正在移動(dòng)，也將轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A 和12B控制成激光束100不會(huì)遠(yuǎn)離當(dāng)前正焊4妻的焊4妻點(diǎn)(例如， 部位22A)移動(dòng)，直到完成該焊接點(diǎn)(例如，部位22A)的焊接。通過(guò)使臂結(jié)構(gòu)21運(yùn)動(dòng)來(lái)完成加工頭3的位置移動(dòng)。如在第一 實(shí)施例中那樣，通過(guò)控制單元5的運(yùn)動(dòng)裝置控制部5A來(lái)控制臂 結(jié)構(gòu)21的運(yùn)動(dòng)，并且將臂結(jié)構(gòu)21運(yùn)動(dòng)成使得從當(dāng)前焊接點(diǎn)向下 一焊接點(diǎn)以恒定速度移動(dòng)加工頭3的位置。從而，在圖9所示的 例子中，從位置A向位置J以恒定速度移動(dòng)加工頭3。在正在焊接一個(gè)焊接點(diǎn)的同時(shí)，將轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B 轉(zhuǎn)動(dòng)成使得激光束100的激光照射位置以幾乎等于加工頭3的移 動(dòng)速度的指定焊接移動(dòng)速度沿與加工頭3的移動(dòng)方向相反的方向移動(dòng)。由于激光焦點(diǎn)位置以與加工頭3幾乎相同的速度但沿與加工頭3的移動(dòng)方向相反的方向移動(dòng)，因此在正在焊接一個(gè)焊接部位的同時(shí)，激光焦點(diǎn)位置大致保持固定在該焊接部位處。以與加工頭3 "幾乎"相同的速度移動(dòng)激光照射位置的原因在于根 據(jù)焊接點(diǎn)的焊縫形成長(zhǎng)度(焊縫尺寸)，可能需要相對(duì)于單一的 焊接部位移動(dòng)激光照射位置。換句話說(shuō)，基于焊縫形成長(zhǎng)度， 激光照射位置的移動(dòng)速度被調(diào)整成比加工頭3的移動(dòng)速度稍慢， 使得沿加工頭3的移動(dòng)方向形成焊縫。加工頭3的移動(dòng)速度必須比焊接速度快，使得在完成焊接當(dāng) 前焊接部位(例如，部位22A)之后激光束100可以立即到達(dá)下 一焊4妄部位(例如，部位22B)。第三實(shí)施例現(xiàn)在將參照?qǐng)DIO和圖ll說(shuō)明根據(jù)第三實(shí)施例的激光焊接系 統(tǒng)?？紤]到第一實(shí)施例與第三實(shí)施例之間的相似性，與第一實(shí) 施例的零件相同的第三實(shí)施例的零件將使用與第 一 實(shí)施例的零 件相同的附圖標(biāo)記。而且，為簡(jiǎn)略起見(jiàn)，可省略與第一實(shí)施例 的零件相同的第三實(shí)施例的零件的說(shuō)明。在第三實(shí)施例中，激光焊接系統(tǒng)的構(gòu)成特征與圖l和圖2所 示的第 一 實(shí)施例的激光焊接系統(tǒng)1的構(gòu)成特征相同。第三實(shí)施例 的激光焊接方法與第 一 實(shí)施例的激光焊接方法的不同之處在 于在第三實(shí)施例中，在焊接部Y的焊接開(kāi)始點(diǎn)Y!和焊接結(jié)束 點(diǎn)丫2的區(qū)域中控制激光照射位置的移動(dòng)速度，來(lái)代替如在第一 實(shí)施例中那樣控制激光束10 0的焦點(diǎn)位置101 。圖IO是在使用根據(jù)第三實(shí)施例的激光焊接方法的情況下， 在焊接開(kāi)始點(diǎn)處激光振蕩器的輸出功率、激光照射位置的移動(dòng) 速度、激光束的焦點(diǎn)位置、以及向工件施加的熱量相對(duì)于時(shí)間 的組圖。圖ll是在使用根據(jù)第三實(shí)施例的激光焊接方法的情況下，在焊接結(jié)束點(diǎn)處激光振蕩器的輸出功率、激光照射位置的 移動(dòng)速度、激光束的焦點(diǎn)位置、以及向工件施加的熱量相對(duì)于 時(shí)間的組圖。與第 一 實(shí)施例類(lèi)似，根據(jù)第三實(shí)施例的激光焊接方法被構(gòu)造成利用移動(dòng)裝置4 (圖1 )移動(dòng)加工頭3，并且連續(xù)焊接設(shè)置在 工件W上的多個(gè)焊接部Y。在圖10和圖11中，將說(shuō)明僅焊接焊 接部Y中的一個(gè)的過(guò)程。如圖IO所示，第三實(shí)施例的激光焊4妻方法:帔構(gòu)造和布置成激光束100的焦點(diǎn)位置101從開(kāi)始到結(jié)束始終保持在工件W的焊 接表面上，并且當(dāng)激光照射位置位于焊接開(kāi)始點(diǎn)YJ付近時(shí)不移 位。相反地，在激光照射位置到達(dá)焊接開(kāi)始點(diǎn)Y,之前(即，當(dāng) 激光照射位置在從 一 個(gè)焊接部到另 一 焊接部的過(guò)渡區(qū)域中移動(dòng) 時(shí))，以指定速度V2 (過(guò)渡移動(dòng)速度)移動(dòng)激光照射位置，對(duì) 于激光束100來(lái)"i兌，該速度V2太快而不能施加焊4妻工件的表面 所需的熱量J。在第三實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動(dòng)反射4免12A和12B以及移 動(dòng)裝置4構(gòu)成本發(fā)明的激光照射位置移動(dòng)部。為了改變激光照射 位置的移動(dòng)速度，控制單元5被構(gòu)造成控制激光照射位置移動(dòng) 部?？刂茊卧?被構(gòu)造成在激光照射位置到達(dá)焊接開(kāi)始點(diǎn)Y,之 前的例如0.1至0.2秒時(shí)開(kāi)始增大激光振蕩器2的輸出功率，使得 當(dāng)激光照射位置到達(dá)焊接開(kāi)始點(diǎn)Yi時(shí)，激光輸出功率到達(dá)并穩(wěn) 定在所需水平。然后，在激光照射位置正要到達(dá)焊接開(kāi)始點(diǎn)Y, 之前，激光照射位置相對(duì)于工件W的表面的移動(dòng)速度從指定速 度V2減小到指定速度V,(焊接移動(dòng)速度)，在該指定速度Vi向 工件W施加焊接工件所需的熱量。換句話說(shuō)，移動(dòng)速度減小到 指定速度Vn使得通過(guò)激光束100施加到工件W的表面的所施加 的熱量J增大并開(kāi)始焊接。與激光輸出功率(具有不好的控制響應(yīng)特性)不同，可以通過(guò)控制轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B以及移動(dòng)裝 置4以良好的控制響應(yīng)特性改變激光照射位置的移動(dòng)。因此，可 以在不暫時(shí)減小移動(dòng)速度以及不定位激光束的情況下，在正確的位置精確地開(kāi)始焊接。此外，只要當(dāng)激光照射位置到達(dá)焊接開(kāi)始點(diǎn)Y,時(shí)激光振蕩 器2的輸出功率到達(dá)焊接所需的水平，激光振蕩器2的輸出功率 就不成問(wèn)題，從而，焊接開(kāi)始點(diǎn)Y1的位置取決于具有良好的控 制響應(yīng)特性的激光照射位置的移動(dòng)速度。結(jié)果，可以以高精度 定位焊接開(kāi)始點(diǎn)Y t,并且可以適當(dāng)?shù)匦纬珊附硬縔的焊縫。如圖10所示，在焊接部Y的焊接開(kāi)始點(diǎn)Y,處，由于在激光 振蕩器2的輸出功率增大的同時(shí)激光照射位置的移動(dòng)速度逐漸 減小，因此施加到工件W的表面的所施加的熱量J不會(huì)突然增 大，并且可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的焊接狀態(tài)。結(jié)果，可以在不執(zhí)行不必 要的額外焊接的情況下，獲得平整的焊縫。即使在開(kāi)始焊接之前激光振蕩器2以低功率水平P。射出激 光束，但是因?yàn)榧す庹丈湮恢孟鄬?duì)于工件W的表面以高的速度 V2移動(dòng)，因此不會(huì)形成激光輸出痕。結(jié)果，焊接之后可以得到 漂亮的外觀。如圖ll所示，可以通過(guò)改變激光照射位置的移動(dòng)速度在焊 接部Y的焊接結(jié)束點(diǎn)Y 2處類(lèi)似地控制焊接。此外，在第三實(shí)施例中，激光束100的焦點(diǎn)位置101從開(kāi)始 到結(jié)束始終保持在工件W的表面，并且當(dāng)激光照射位置位于焊 接結(jié)束點(diǎn)Y2附近時(shí)焦點(diǎn)位置101不改變。相反地，在激光照射 位置到達(dá)焊接結(jié)束點(diǎn)Y 2之前，激光照射位置以指定速度V1移 動(dòng)，對(duì)于激光束100來(lái)說(shuō)，該指定速度V1適于施加焊接工件的表面所需的熱量。當(dāng)激光照射位置接近焊接結(jié)束點(diǎn)Y2時(shí)，控制單元5被構(gòu)造成開(kāi)始增大激光照射位置的移動(dòng)速度直到速度V2,對(duì)于激光束100來(lái)說(shuō)，該速度V2太快而不能施加焊接工件的表面所需的熱量J。然后，控制單元5被構(gòu)造成開(kāi)始降低激光 振蕩器2的輸出功率，并且當(dāng)在焊接部Y的焊接結(jié)束點(diǎn)Y2處完成 照射位置移動(dòng)速度的增大時(shí)結(jié)束焊接。焊接結(jié)束后，控制單元5 被構(gòu)造成連續(xù)降低激光輸出功率直到低功率水平P。，并且在將 激光輸出功率保持在低功率水平P()的同時(shí)，向下一焊接點(diǎn)移動(dòng) 激光束100。這樣，第三實(shí)施例的激光焊接方法能夠通過(guò)控制激光照射 位置的移動(dòng)速度來(lái)加工焊接部Y的焊接開(kāi)始點(diǎn)Y,和焊接結(jié)束點(diǎn) Y2,由此消除了執(zhí)行操作以專(zhuān)門(mén)用來(lái)補(bǔ)償激光振蕩器2的不好 的控制響應(yīng)特性的需要。另外，可以以良好的控制響應(yīng)特性通 過(guò)激光照射位置移動(dòng)部(轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B以及移動(dòng)裝置4 ) 控制激光照射位置。由于可以通過(guò)控制激光照射位置的移動(dòng)速 度以良好的控制響應(yīng)特性加工焊接部Y的焊接開(kāi)始點(diǎn)Y i和焊接 結(jié)束點(diǎn)Y2，因此可以高質(zhì)量地加工焊^接部Y的邊》彖。此外，由 于可以省略與激光振蕩器2同步所需的時(shí)間，因此可以增大焊接 加工的速度(即，可以減少焊接時(shí)間)。在焊接結(jié)束點(diǎn)￥2處，由于在激光振蕩器2的輸出功率降低 的同時(shí)激光照射位置的移動(dòng)速度逐漸增大，因此施加到工件W 的表面的熱量不會(huì)突然停止。因此，可以得到穩(wěn)定的焊接狀態(tài)。 結(jié)果，可以在不執(zhí)行不必要的額外焊接的情況下獲得平整的焊 縫。另外，由于焊接結(jié)束加工不依賴(lài)于激光振蕩器2的輸出功 率，因此即使在激光焊接期間如緊急停止情況等突然停止系統(tǒng) 的情況下也可以防止在焊接結(jié)束處產(chǎn)生孔和其它的質(zhì)量不穩(wěn) 定。對(duì)于第三實(shí)施例的激光焊接方法，由于在焊接期間焦點(diǎn)位置101保持恒定，因此可以用簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)焊接，并且可 以減少系統(tǒng)的成本。對(duì)于第三實(shí)施例的激光焊接方法，因?yàn)橥ㄟ^(guò)控制單元5直接控制激光照射位置移動(dòng)部(轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B以及移動(dòng)裝置 4 ),因此可以容易地控制激光照射位置及其移動(dòng)速度。對(duì)于第三實(shí)施例的激光焊接方法，用于激光照射位置移動(dòng) 部(轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡12A和12B以及移動(dòng)裝置4)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以3皮 構(gòu)造成重量輕的且緊湊的，從而可以以高的速度和高水平的性 能移動(dòng)激光照射位置。結(jié)果，可以穩(wěn)定焊接質(zhì)量，并且可以縮 短增大和減小激光照射位置的移動(dòng)速度所需的時(shí)間。在圖IO和圖ll所示的例子中，照射位置的移動(dòng)速度開(kāi)始增 大的點(diǎn)以及照射位置的移動(dòng)速度完成下降的點(diǎn)分別與焊接開(kāi)始 點(diǎn)Y1和焊接結(jié)束點(diǎn)Y2匹配(同步)。然而，焊接開(kāi)始點(diǎn)Y1和焊 接結(jié)束點(diǎn)Y 2根據(jù)所施加的熱量J被確定，而不必與照射位置的 移動(dòng)速度開(kāi)始增大的點(diǎn)以及照射位置的移動(dòng)速度完成下降的點(diǎn) 一致。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例?？梢栽跈?quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)進(jìn) 行各種變形和改進(jìn)。例如，代替在第一實(shí)施例中通過(guò)移動(dòng)可動(dòng) 透鏡11A移動(dòng)焦點(diǎn)位置101,可以通過(guò)移動(dòng)具有移動(dòng)裝置4 (或 臂結(jié)構(gòu)21 )的加工頭3、改變反射鏡12的出射角、或通過(guò)使用這 些方式的組合來(lái)移動(dòng)焦點(diǎn)位置101。此外，可以使用多個(gè)可動(dòng)透 鏡代替一個(gè)透鏡。另外，本發(fā)明的焦點(diǎn)控制部可以被構(gòu)造和布置成改變?cè)谡?射位置處的激光束100的光點(diǎn)直徑，來(lái)代替移動(dòng)焦點(diǎn)位置101。 換句話說(shuō)，代替通過(guò)移動(dòng)焦點(diǎn)位置101來(lái)調(diào)整所施加的熱量J， 可以通過(guò)改變工件W的被激光束照射的部分的表面積、即通過(guò) 改變激光束的光點(diǎn)直徑來(lái)調(diào)整所施加的熱量J。組合第一實(shí)施例和第三實(shí)施例，使得使用焦點(diǎn)控制部和激 光照射位置移動(dòng)部二者來(lái)加工各焊接部Y的焊接開(kāi)始點(diǎn)Y!和焊 接結(jié)束點(diǎn)Y2也是可接受的。因此，根據(jù)本發(fā)明的激光焊接方法被布置成通過(guò)控制激光束100的焦點(diǎn)位置101和/或控制激光束100的照射位置的移動(dòng)速 度從一個(gè)焊接部切換到另一焊接部。換句話說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的 激光焊接系統(tǒng)設(shè)置有焦點(diǎn)控制部和激光照射位置移動(dòng)部。從而， 可以通過(guò)都具有良好的控制命令響應(yīng)特性的控制焦點(diǎn)控制部或 激光照射位置移動(dòng)部高質(zhì)量地加工焊接部Y的邊緣。 術(shù)語(yǔ)的一般解釋在理解本發(fā)明的范圍時(shí)，如在本文中使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"包 括"及其派生詞是可擴(kuò)展術(shù)語(yǔ)，其確定存在所述特征、元件、部 件、組、整體和/或步驟，但不排除存在其它未陳述的特征、元 件、部件、組、整體和/或步驟。上述情況也適用于如術(shù)語(yǔ)"包 含"、"具有"及其派生詞等具有類(lèi)似意義的詞匯。此外，術(shù)語(yǔ)"部 件"、"部"、"部分"、"構(gòu)件"或"元件"當(dāng)以單數(shù)使用時(shí)，可以具 有單個(gè)部件或多個(gè)部件的雙重意義。此外，如在本文中使用的用來(lái)說(shuō)明上述實(shí)施例那樣，以下方向術(shù)語(yǔ)"向前、向后、上方、 向下、垂直、水平、下方和橫向"以及任何其它類(lèi)似的方向術(shù)語(yǔ) 指的是配備有本發(fā)明的車(chē)輛的那些方向。因此，用來(lái)說(shuō)明本發(fā) 明的這些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該相對(duì)于配備有本發(fā)明的車(chē)輛來(lái)解釋。如在本文中使用的用來(lái)說(shuō)明通過(guò)部件、部、裝置等執(zhí)行的 操作或功能的術(shù)語(yǔ)"檢測(cè)"包括不需要物理檢測(cè)的部件、部、裝 置等，但還包括判斷、測(cè)量、建模、預(yù)測(cè)或計(jì)算等以執(zhí)行操作 或功能。如在本文中使用的用來(lái)說(shuō)明裝置的部件、部或零件等 的術(shù)語(yǔ)"被構(gòu)造"包括被構(gòu)造成和/或被編程為執(zhí)行期望功能的 硬件和/或軟件。而且，在權(quán)利要求書(shū)中表述為"裝置加功能，，的術(shù)語(yǔ)應(yīng)該包括可以用來(lái)執(zhí)行本發(fā)明的該部的功能的任何結(jié)構(gòu)。 如在本文中使用的"大致"、"約"和"大約"等程度術(shù)語(yǔ)指的是被 修飾術(shù)語(yǔ)的合理偏離量，從而不會(huì)顯著改變最終結(jié)果。盡管僅選擇被選定的實(shí)施例圖解本發(fā)明，但通過(guò)所公開(kāi)的 內(nèi)容，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)明顯的是，在不背離由所附權(quán)利 要求書(shū)限定的本發(fā)明的范圍的前提下，可以進(jìn)行各種修改和變 形。例如，可以根據(jù)需要和/或期望改變各部件的尺寸、形狀、 位置或方向?？梢栽谑境龅谋舜酥苯舆B接或接觸的部件之間布 置中間結(jié)構(gòu)?？梢杂蓛蓚€(gè)元件執(zhí)行一個(gè)元件的功能，反之亦然。 可以在 一 個(gè)實(shí)施例中采用另 一 個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和功能。在 一 個(gè)特定的實(shí)施例中不必同時(shí)存在所有的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)獨(dú) 特的每一個(gè)特征本身或與其它特征的組合也應(yīng)該被認(rèn)為是本申請(qǐng)人的進(jìn)一步發(fā)明的單獨(dú)說(shuō)明，該特征包括由該特征具體化的 結(jié)構(gòu)和/或功能概念。從而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的上述說(shuō)明僅 是為了圖解而提供，而不是為了限制由所附權(quán)利要求書(shū)及其等 同限定的本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種激光焊接方法，其包括控制從激光振蕩器輸出的激光束的焦點(diǎn)，以將所述激光束選擇性地聚焦在工件的焊接表面上；移動(dòng)所述激光束在所述工件的所述焊接表面上的激光照射位置；以及通過(guò)如下方式逐漸改變施加到所述工件的所述焊接表面上的熱量從而在焊接狀態(tài)與非焊接狀態(tài)之間選擇性地切換在所述焊接狀態(tài)與所述非焊接狀態(tài)之間的所述切換之前和之后，在從所述激光振蕩器連續(xù)輸出所述激光束的同時(shí)，進(jìn)行控制所述焦點(diǎn)和移動(dòng)所述激光照射位置至少之一。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光焊接方法，其特征在于， 控制所述焦點(diǎn)和移動(dòng)所述激光照射位置中的所述至少之一包括對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行控制，以對(duì)所述激光振蕩器輸出的所述激 光束重襟斤定向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于， 控制所述焦點(diǎn)包括對(duì)所述光學(xué)系統(tǒng)的透鏡的位置進(jìn)行控制，以改變所述激光束的所述焦點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，移動(dòng)所述激光照射位置包括對(duì)所述光學(xué)系統(tǒng)的反射鏡的動(dòng) 作進(jìn)行控制，以改變所述激光照射位置的移動(dòng)速度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光焊接方法，其特征在于，該 激光焊接方法還包括使控制所述焦,泉和移動(dòng)所述激光照射位置中的所述至少之 一與所述激光照射位置到達(dá)所述工件的所述焊接表面上的焊接 開(kāi)始點(diǎn)同步，以從所述非焊接狀態(tài)切換到所述焊接狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光焊接方法，其特征在于，控制所述焦點(diǎn)包括將所述焦點(diǎn)的位置^v所述焦點(diǎn)偏離所述工件的所述焊接表面的偏離位置改變到所述焦點(diǎn)與所述工件的 所述焊接表面對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)位置，以從所述非焊接狀態(tài)切換至'J所 述焊接狀態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光焊接方法，其特征在于， 移動(dòng)所述激光照射位置包括將所述激光照射位置的移動(dòng)速度從過(guò)渡移動(dòng)速度減小到所述激光束施加熱量以焊接所述工件 的所述焊接表面所需的焊接移動(dòng)速度，以從所述非焊接狀態(tài)轉(zhuǎn) 換到所述焊接狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光焊接方法，其特征在于，該 激光焊接方法還包括在從所述非焊接狀態(tài)切換到所述焊接狀態(tài)之前，開(kāi)始增大 從所述激光振蕩器的所述輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光焊接方法，其特征在于，使控制所述焦,泉和移動(dòng)所述激光照射位置中的所述至少之 一與所述激光照射位置到達(dá)所述工件的所述焊接表面上的焊接 結(jié)束點(diǎn)同步，以從所述焊接狀態(tài)切換到所述非焊接狀態(tài)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，控制所述焦點(diǎn)包括將所述焦,泉的位置乂人所述焦點(diǎn)與所述工 件的所述焊接表面對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)位置改變到所述焦點(diǎn)偏離所述工 件的所述焊接表面的偏離位置，以從所述焊接狀態(tài)切換到所述 非焊接狀態(tài)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，移動(dòng)所述激光照射位置包括將所述激光照射位置的移動(dòng)速 度從所述激光束施加熱量以焊接所述工件的所述焊接表面所需 的焊接移動(dòng)速度增加到過(guò)渡移動(dòng)速度，以從所述焊接狀態(tài)轉(zhuǎn)換 到所述非焊接狀態(tài)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，還包括在從所述焊接狀態(tài)切換到所述非焊接狀態(tài)之前，開(kāi)始減小 從所述激光振蕩器的所述輸出。
13. —種激光焊接系統(tǒng)，其包括激光振蕩器，其被構(gòu)造和布置成輸出激光束，以選擇性地 焊接工件的焊接表面；焦點(diǎn)控制部，其被構(gòu)造和布置成控制從所述激光振蕩器輸 出的所述激光束的焦點(diǎn)，以將所述激光束選擇性地聚焦在所述 工件的所述焊接表面上；激光照射位置移動(dòng)部，其被構(gòu)造和布置成移動(dòng)所述激光束 在所述工件的所述焊接表面上的激光照射位置；以及控制單元，其,皮構(gòu)造成通過(guò)如下方式逐漸改變由所述激光 束施加到所述工件的所述焊接表面上的熱量，以在焊接狀態(tài)與 非焊接狀態(tài)之間選擇性地切換在所述焊接狀態(tài)與所述非焊接 狀態(tài)之間的所述切換之前和之后，在控制所述激光振蕩器以連 續(xù)輸出所述激光束的同時(shí)，控制所述焦點(diǎn)控制部和所述激光照 射位置移動(dòng)部中的至少一個(gè)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于， 所述焦,泉控制部和所述激光照射位置移動(dòng)部中的所述至少一個(gè)被構(gòu)造和布置成控制光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造和布置 成對(duì)從所述激光振蕩器輸出的所述激光束重新定向。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于， 所述焦點(diǎn)控制部被構(gòu)造和布置成控制所述光學(xué)系統(tǒng)的透鏡的位置，以改變所述激光束的所述焦點(diǎn)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于， 所述激光照射位置移動(dòng)部被構(gòu)造和布置成控制所述光學(xué)系統(tǒng)的反射鏡的動(dòng)作，以改變所述激光照射位置的移動(dòng)速度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于， 所述焦點(diǎn)控制部被構(gòu)造和布置成當(dāng)所述控制單元從所述非焊接狀態(tài)切換到所述焊接狀態(tài)時(shí)，所述焦,泉控制部將所述焦,泉 的位置從所述焦點(diǎn)偏離所述工件的所述焊接表面的偏離位置改 變到所述焦點(diǎn)與所述工件的所述焊接表面對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)位置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于， 所述激光照射位置移動(dòng)部被構(gòu)造和布置成當(dāng)所述控制單元從所述非焊接狀態(tài)切換到所述焊接狀態(tài)時(shí)，所述激光照射位置 移動(dòng)部將所述激光照射位置的移動(dòng)速度從過(guò)渡移動(dòng)速度減小到 所述激光束施加熱量以焊接所述工件的所述焊接表面所需的焊 接移動(dòng)速度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于， 所述焦點(diǎn)控制部被構(gòu)造和布置成當(dāng)所述控制單元從所述焊接狀態(tài)切換到所述非焊接狀態(tài)時(shí)，所述焦,泉控制部將所述焦,泉 的位置從所述焦點(diǎn)與所述工件的所述焊接表面對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)位置 改變到所述焦點(diǎn)偏離所述工件的所述焊接表面的偏離位置。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光焊接系統(tǒng)，其特征在于， 所述激光照射位置移動(dòng)部被構(gòu)造和布置成當(dāng)所述控制單元從所述焊接狀態(tài)切換到所述非焊接狀態(tài)時(shí)，所述激光照射位置 移動(dòng)部將所述激光照射位置的移動(dòng)速度從所述激光束施加熱量 以焊接所述工件的所述焊接表面所需的焊接移動(dòng)速度增加到過(guò) 渡移動(dòng)速度。
全文摘要
一種焦點(diǎn)控制部(11)，其被構(gòu)造和布置成控制從激光振蕩器(2)輸出的激光束(100)的焦點(diǎn)(101)，以在工件(W)的表面上選擇性地聚焦激光束(100)，一種激光照射位置移動(dòng)部(4、21、12A、12B)，其被構(gòu)造成移動(dòng)激光照射位置，激光束(100)在該激光照射位置照到工件(W)的表面上。一種控制單元(5)，其被構(gòu)造成在焊接狀態(tài)與非焊接狀態(tài)之間切換前后，在控制激光振蕩器(2)以連續(xù)輸出激光束(100)的狀態(tài)下，通過(guò)控制焦點(diǎn)控制部(11)和激光照射位置移動(dòng)部(4、21、12A、12B)中的至少一個(gè)改變施加到工件(W)的表面上的熱量，以在焊接狀態(tài)與非焊接狀態(tài)之間切換。
文檔編號(hào)B23K26/04GK101247920SQ200680030719
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者吉川暢廣 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社