專利名稱：高產(chǎn)激光焊接裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沿著較長公共焊縫線將金屬板對焊在一起的裝置及方法，更具體地，涉及一種能夠使對多個金屬板進行自動上料、裝夾和沿著較長公共焊縫線焊接并卸下焊好的板以進一步處理的循環(huán)時間減為最少的改進的裝置及方法，這種裝置及方法中采用了同時對那條公共焊縫線的搭疊部分進行焊接的多個激光焊頭。
在很多制造業(yè)和鋼材加工應(yīng)用中，常常希望或需要將鋼之類的金屬材料的板材或帶材接合在一起。這種要接合的板可能是相同、類似或不同材料的。在所有制造過程中，在決定具體制造工序的相對成本和適用性方面，循環(huán)時間是一個重要因素。
金屬板材或帶材的激光焊接是一種競爭性較強的工業(yè)，而其中高產(chǎn)量和高質(zhì)量對評定一種特定裝置和/或方法的優(yōu)劣是絕對關(guān)鍵性的。為此，必須實現(xiàn)高的零件循環(huán)速率。每個循環(huán)本身由板材搬運步驟、板材移動和裝夾、焊接操作等組成。板材搬運過程包括將板材送到焊接機上、使板材在焊接機上初步定位、以及將焊好的成品從其上取下等。之后，初步對齊的板材必須移動到沿著公共焊縫線貼靠對正以便進行焊接，并且要夾緊就位才能保證精確的焊接。焊接功率要求和質(zhì)量上的考慮限制著最大焊接速度，而且焊好的產(chǎn)品必須離開焊接區(qū)以便隨后的板材送上來裝夾。
授予W.Duley等人的美國專利4，877，939中揭示了一種試圖提高激光焊接操作效率的方法。特別是，Duley等人設(shè)想用較短波長的射線，比如用激發(fā)物激光器發(fā)出的紫外線對金屬材料進行預(yù)處理，以減小材料對紅外波長范圍內(nèi)的射線的反射能力。較短波長的射線使板材表面部分氧化以提高其吸收紅外線的能力，比如吸收用于切割板材的YAG或CO2激光器發(fā)出的紅外線的能力。據(jù)說這種預(yù)處理增大了用紅外激光器能達到的切割速度，并且其質(zhì)量達到了用傳統(tǒng)機械切割裝置所達到的質(zhì)量。
授予C.Banas等人的美國專利4，691，093揭示了一種激光焊接機，它采用多焦點來克服待焊物件的配對表面裝配不良問題，以及需要較寬的焊道剖面的其他一些應(yīng)用中的問題。利用雙焦點聚焦鏡片的調(diào)整，光束兩焦點可沿著焊縫在縱向分離開以增加熔池連接，或者說光束間較大的分離可使一個光束在后一激光焦點起作用之前能有效地對材料進行預(yù)熱。然而在任何情況下，焊接的速度和效率都受激光源的功率及這對光束沿焊縫長度的移動的限制。
授予M.Melville的美國專利4，857，697設(shè)想了一種連續(xù)縫焊裝置，它可包括多個直射到待焊板材的焊縫上的激光束。緊接著相鄰焊點的冷卻和穩(wěn)定，脈沖的激光能量沿著焊縫有搭疊地施加。這樣，每一脈沖在被下一脈沖部分地再觸發(fā)之前有時間穩(wěn)定下來，而這些沿著板材工件之間的對頭焊縫長度交替施加的搭疊焊點就形成了焊縫。
在授予M.Farrow的美國專利4，330，699號提出了提高激光焊接技術(shù)之效率的另一個嘗試。在這里，激光被調(diào)制到一個超聲波頻率以將聲波導(dǎo)入焊接接頭的溶化物中。Farrow提出最好是緊跟在使用高能焊接激光機之后以較低能級施加“聲激光”。然而這兩種激光都必須走過焊縫的整個長度以便正常應(yīng)用。
在沿著公共焊縫線需要較長焊縫的應(yīng)用中，也已發(fā)現(xiàn)在沿著焊縫線維持適當間隙寬度以實現(xiàn)高質(zhì)量連接方面存在著問題。比如，在需要接合一條長度超過約30英寸(約750毫米或更長)的焊縫線的焊接工藝過程中，熱效應(yīng)常常使間隙隨著在第一端施加熔焊而趨于分離，從而引起了焊接裝置的對齊問題并有損于焊接效率和完成的焊縫的質(zhì)量。如這里使用的一樣，“較長”一詞應(yīng)當理解為是指一條長得足以允許熱效應(yīng)干擾適當間隙寬度的保持和焊接過程的效率的焊縫線或焊縫。雖然臨界長度可能隨包括所涉及的材料、間隙寬度、板材厚度、焊接條件、沿著對縫的邊緣切口質(zhì)量之類的許多參數(shù)變化。但是，當焊縫線長度超過約750毫米時幾乎總是會碰到熱問題。
因此，盡管為滿足對優(yōu)化激光焊接速度和質(zhì)量的一貫要求已經(jīng)實行了許多嘗試，但每種嘗試都受焊縫長度、采用的激光裝置的功率要求、以及沿焊縫長度的有效焊接速度等的限制。雖然用于監(jiān)測焊縫間隙寬度和焊道質(zhì)量的觀測系統(tǒng)已有種種改進，并且也已有了多種自動對齊和裝夾板材以進行對焊的方法，但迄今為止仍然沒有一種能夠優(yōu)化高質(zhì)量激光焊接的速度以便以較低成本實現(xiàn)快速的零件循環(huán)的裝置和方法。
本發(fā)明的一個目的是提供一種適應(yīng)于具有較長焊縫的大板材的激光焊接系統(tǒng)，這種系統(tǒng)投資費用較低且具有高的零件循環(huán)速率。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種裝置及方法，通過盡量減少板材搬運、結(jié)合一種有效且自動的零件裝夾結(jié)構(gòu)以及最大限度地縮短實際焊接時間來優(yōu)化零件循環(huán)速率及激光焊接操作。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種改進的激光焊接裝置及方法，它可以采用多個基本相同的激光焊接機沿著一較長的公共焊縫線對多個金屬板進行對焊，而這些激光焊縫機可同時操作以對這個公共焊縫線的不同的但有搭疊的部分進行焊接。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種改進的激光焊接裝置，它采用可在各對接金屬零件之間的公共焊縫線的各鄰接段上同時工作的多個焊頭，而那些激光焊接機中的每一個都有獨立的焊縫跟蹤能力。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，為了實現(xiàn)沿著一較長公共焊縫線對多個金屬板進行對焊，提供了一種焊接工作臺，多個金屬板支撐在工作臺的上表面上，并且對齊到其公共焊縫線是沿著工作臺的縱向軸線。多個激光焊接機位于此上表面的上方并都對準公共焊縫線，相互間沿著縱向軸線以一個第一距離基本等距地間隔開。在一較佳方案中，每個焊接機獨立地跟蹤焊縫線要焊接的那部分。多個板材裝料在工作臺上表面上，其中從一對橫向隔開的側(cè)緣之一沿著焊接工作臺的一條橫向軸線裝第一塊板材。第二塊板材一般沿此橫向軸線并從工作臺的另一側(cè)邊緣供給。金屬板在上表面上沿著焊縫線以頭對頭的關(guān)系對齊并夾緊以便焊接。然后，當各焊接機同時工作時，焊接機和沿著縱向軸線的焊縫線之間有相對運動，從而每束激光沿著焊縫機只焊接板材的一部分。相對運動的長度大于第一間隔距離，以保證沿公共焊縫線得到一條連續(xù)的焊道。在一較佳實施例中，各個板材被移動到頭對頭緊密接觸的狀態(tài)，然后用多個電磁裝置夾緊以防止它們再移動。
雖然詳細說明將以具體地指出并清楚地保護本發(fā)明的各項權(quán)利要求來結(jié)束，但相信下面的結(jié)合附圖的說明有助于更好地理解本發(fā)明。其中

圖1是按本發(fā)明制造的一種改進的激光焊接裝置的部分頂視平面圖;
圖2是圖1的激光焊接裝置的部分前視圖;
圖3是圖1和圖2的激光焊接裝置的一部分的局部橫截面放大視圖。
圖4是本發(fā)明的焊接工作臺的上表面的另一種較佳實施例的部分頂視平面圖;
圖5為用于橫向調(diào)整本發(fā)明之焊接機的一種較佳結(jié)構(gòu)的另一實施例的示意圖;
圖6為示意地表示本發(fā)明的激光焊接裝置的另一種較佳實施例的部分頂視平面圖。
現(xiàn)請詳細參看附圖，各附圖中相同部件用相同數(shù)字表示。圖1表示了本發(fā)明的改進激光焊接裝置10的部分頂視平面圖(基本為示意圖形式)。一般地，激光焊接裝置10包括一焊接工作臺20，其上表面22有一對隔開的導(dǎo)軌23。一可移動的平板或薄板材托板30安裝在導(dǎo)軌23上，以平行于裝置10的縱向軸線L作往復(fù)運動。滾珠絲桿26及其驅(qū)動電機25用虛線示于圖1中，一般是沿縱向軸線L布置以便有選擇地使可移動的托板30沿工作臺20往復(fù)運動。
設(shè)想采用一種滾珠絲桿螺母(比如圖2中所示的螺母28)與托板30相嚙合，以將滾珠絲桿26的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成托板30相對于工件臺20的縱向運動。如圖1所示，托板30有一越過工作臺20之大部分的位移范圍R。
可移動的托板30的頂表面34最好還有多個輥子36，其中可以有一些由動力驅(qū)動的輥子，以便于移動金屬板(比如12、13a和13b)，使它們沿著其間的公共焊縫線(比如15)相互抵靠。如圖1中虛線所示，輥子36最好可以相對于橫向軸線T有偏移，以促使送來的金屬板趨向縱向軸線L并抵靠到從頂表面34向上突出的初步對齊擋塊32上。擋塊32可用來保證各對接板材的左邊沿有一條一致的基準線，并有助于板材的初步對齊。
圖1顯示的可移動托板30位于上表面22上以接收送來的金屬板(比如12、13且13是由板材13a和13b組成)。特別是，上料輸送裝置17靠近可移動托板30的一邊緣，以便通常沿著橫向軸線T從工作臺20的一第一側(cè)邊緣38供給第一塊板材(比如12)。輸送裝置17可以包括一機動滾道輸送機、一皮帶輸送機、或者(下面將描述)一種機械的或自動的上料裝置。將會明白，上料輸送裝置17、頂表面34和激光焊接裝置10的總的相對尺寸可適當進行設(shè)計，以適應(yīng)具有各種寬度(比如寬度D)的金屬板。在操作者控制下或在計算機或其他控制機構(gòu)的自動控制下，可將一特定板材12從輸送裝置17上卸到頂表面34上。
類似地，通過上料輸送裝置18一般沿著橫向軸線T從焊接工作臺20的另一側(cè)邊緣39供給第二塊板材13(比如板材13a和13b)?？梢酝ㄟ^在沿縱向軸線L送來的各板材產(chǎn)品之間設(shè)置一個或多個可縮回的對齊擋塊49，來使得第一塊和第二塊板材12和13最好沿著公共焊縫線15的初步對齊。從圖2看得最清楚，可縮回的擋塊49最好從兩相鄰焊接機50之間的橫梁42的下表面懸垂下來。然而應(yīng)當明白，擋塊49也可以從相鄰的頂表面34向上伸出。在將板材12和13供給到工作臺20的期間，擋塊49就伸出到一靠近頂表面34的位置，以使板材12和13的相互面對且靠近的邊緣沿其公共焊縫線15初步對齊。在初步對齊之后，擋塊49將縮回，以使板材12和13能夠以緊密的頭對頭關(guān)系最終對齊。
一個橋式或門式構(gòu)架40位于上表面22和頂表面34的上方，它支承著多個激光焊接機50。在圖2中看得最清楚，設(shè)想橋架40有一用垂向立柱43和44分別支承在兩端的橫梁42。最好位于焊接工作臺20上方的橫梁42的至少一部分有一中空部分用來容納激光光束和光學裝置以恰當?shù)厥构馐鴮屎附訖C50。
有一個或多個激光源(比如54和55)來給焊接裝置10提供具有預(yù)定波長和功率的一個或多個激光光束。如圖1所示，幾個激光源54和55可以離開門架40稍遠些，而其光束可經(jīng)過適當?shù)谋Ｗo導(dǎo)管56來供給。適當?shù)姆瓷溏R(比如58)用來將到達的輻射能引導(dǎo)到橫梁42的中空部分里，以供給到焊接機50。
如圖2所示，多個焊接機支承件46與橫梁42的下部相連，用于多個焊接機50的定位和支承。按需要可用另外的反射鏡、分光鏡和/或類似的鏡片(例如10-62)，以將到達的激光光束52的適當部分引導(dǎo)到各個焊接機50。
在圖3中看得最清楚，一個或多個入射激光光束52可以比如通過攔截的分光器60或反射鏡61而分別引導(dǎo)到焊接機50。在圖3所示的一個實施例中，預(yù)定直徑為B的光束52被一第一攔截分光鏡60和一第二反射鏡61分成基本相等的兩個部分。用具有旋轉(zhuǎn)控制臺63的鏡子60和61以調(diào)節(jié)操作中的任一特定焊接機50的焦點或光束光點的位置也是較好的。如圖1和圖2所示，按本發(fā)明制造的激光焊接裝置10可包括多個由一個或多個激光源(比如54和55)提供激光的焊接機50。因此，圖3中所示的橫梁42的右邊一半(未示)最好也包括類似的光學裝置，以便將激光束提供給另外的焊接機50。
在圖2和圖3中看得最清楚，還設(shè)想多個焊接機50可沿平行于橫向軸線T的方向獨立地調(diào)整，以跟蹤焊縫線15而沿其精確地施加焊接能量。最好還可通過與每個焊接機50相結(jié)合的單獨的目視圖象系統(tǒng)或?qū)R裝置70使這種單獨跟蹤和與公共焊縫線的各部分對齊更為容易。雖然每個焊接機50最后有自己的調(diào)整裝置，但在某些應(yīng)用中(比如在待焊的板材具有剪切質(zhì)量極高的對接邊緣的情況下)焊接機中的某幾個也可以只能與其他焊接機中的一個或多個相關(guān)聯(lián)地來調(diào)整。
以本發(fā)明人及其他人的名義于1990年4月12日提交的No.07/508，904號待批美國專利申請中，提出的一種較佳方案可沿著一焊縫線自動對齊一對頭焊焊機并且包括一個對在一照亮的觀察區(qū)域的投影圖象進行監(jiān)視的線掃描攝像機。這里引用該待批申請的內(nèi)容作為參考。
焊縫監(jiān)測線路71提供了有關(guān)待焊板材的相面對的邊緣之間的間隙數(shù)據(jù)，以供攝像機控制器81和諸如計算機之類的系統(tǒng)控制器使用。以這一方式，每一單個的焊接機可沿橫向軸線T獨立調(diào)整以精確且準確地跟蹤它在焊接過程中要走過的那部分縫線15。將會明白，轉(zhuǎn)動式、擺動式或平動式臺63可以使反射鏡(比如60-62)運動，以使焊接機50的光束光點能響應(yīng)于控制信號而移動。將會明白，是光束光點必須能調(diào)節(jié)以精確跟蹤焊縫15。每個焊接機50有一聚焦透鏡64來使激光能量集中到待焊表面上。
一旦多個板材(典型的為兩個)(比如12和13)供給到頂表面34上并沿一公共焊縫線(比如圖1中的線15)對齊成緊密接觸關(guān)系，板材就直接位于焊接機50下方。焊接機50最好沿縱向軸線L的方向以一預(yù)定距離(比如距離X)有效地相互隔開。各特定應(yīng)用中距離X可以不同，這取決于待焊公共焊縫線的長度、可用來焊接的焊接機50的數(shù)目、每個焊接機的可用焊接能量以及所需的可移動托板30的往復(fù)移動速度。一般地，在大多數(shù)應(yīng)用中焊接機等間距隔開。然而應(yīng)當注意到，相鄰焊接機50之間的實際距離不是關(guān)鍵的，而是施焊于公共焊縫線15的每個焊接機的光束光點必須沿軸線L和焊縫線15間隔開。如這里所用，“有效隔開”一詞應(yīng)當理解為意指由各焊接機本身的間距和/或光束的取向來提供相鄰光束光點的關(guān)鍵性間距。
比如，當三個焊接機可以使用并沿著公共焊縫線15對齊時，距離X最好稍小于1/3D，其中D是待焊的公共焊縫線15的有效長度。如圖2所示，最好在開始焊接步驟和移動托板30之前，最右邊的焊接機50應(yīng)基本對齊于焊縫線15的最右端附近。此后，通過相應(yīng)地將能量供給到滾珠絲桿驅(qū)動裝置25而使可移動的托板30向垂直支柱43往復(fù)運動，以產(chǎn)生焊接機50和焊縫線15之間的相對運動。同時，也對焊接機50供給能量，以將板材12和13焊在一起。每個特定的焊接機50焊接焊縫線15的一個不同部分，而這個部分決定于焊接機50的初始位置和托板30的位移。將會明白，托板30向垂直支柱43往復(fù)運動的距離應(yīng)稍大于距離X，以保證沿焊縫線15的焊接有一些搭疊。
在焊接操作后，托板30的進一步移動最好使已焊好的板材(比如焊好的板材99)從焊接機50的下方移動到一卸料區(qū)45(在圖1和圖2中看得最清楚)。用于從托板30卸下已焊好的板材的裝置93比如可通過可滑動地位于導(dǎo)軌48內(nèi)的連接件94可往復(fù)運動地安裝在橫梁42上。卸料裝置93最好包括一個或多個可伸縮的工作缸98，各缸98支承著一橫向設(shè)置的橫桿95，而橫桿95又支承著多個夾緊裝置97。卸料裝置93沿導(dǎo)軌48往復(fù)運動以將其自身定位于卸料區(qū)45上方，在那里可伸縮的工作缸98將橫桿95及夾緊裝置97放低到與焊好的產(chǎn)品99相接觸。
夾緊裝置97設(shè)想成可包括吸力裝置、電磁裝置、機械夾持器、或類似的夾持結(jié)構(gòu)，用來吸住并抓起一塊焊好的板材99(圖1中虛線所示)。焊好的板材從可移動的托板30上提起并平行于軸線L和焊縫線15縱向移動到具有多個輥子91的卸料輸送裝置90上。完成的產(chǎn)品99一卸下，托板30就可以回到其上料位置以接納另外的準備對齊并焊接的板材12和13。傳送裝置90的輥子91中的某一些可以是動力驅(qū)動的，以將完成的產(chǎn)品99沿著一般與縱向軸線L垂直的以箭頭P標出的方向卸下。
圖4顯示了據(jù)此制作的可移動的托板130的頂表面134的一個較佳實施例。特別是，為了替代輥子(比如圖1和圖2中所示的36)，沿著頂表面134設(shè)有多個電磁裝置185和189。如在1990年4月12日提交的07/508，901號申請并于1991年6月11日批準的美國專利5，023，427(427號專利)中揭示的那樣(這里引用該專利內(nèi)容作為參考)，通過沿著一塊板材的鄰近邊緣產(chǎn)生一有效磁極而沿著另一塊板材的相面對的鄰近邊緣產(chǎn)生極性相反的有效磁極，具有明顯磁性的兩個板材就可沿公共焊縫線自動支承并對齊。
如在427號專利中指出的那樣，設(shè)想可采用電磁鐵186及其激磁線圈187來產(chǎn)生使金屬板材按需要沿著公共焊縫線自動對齊到緊密接觸關(guān)系所必需的有效磁極。而且，金屬板一旦緊密對頭接觸，就可用包括另外的電磁鐵189的磁性夾具夾緊就位。從427號專利中還可進一步注意到，通過對選用的電磁鐵施加交流電可產(chǎn)生有效的振動力，以減少要對齊和夾緊的兩板材的摩擦?；蛘?，可用機械夾具之類來夾緊。
可移動托板130的結(jié)構(gòu)特征的平衡基本上與上面對可移動托板30的描述相同。但是，還進一步?jīng)Q定，為了控制由電磁激勵產(chǎn)生的焦耳熱能，最好還有用來冷卻電磁對齊裝置185和另外的電磁鐵189的措施。特別是，激光焊接中共有的小間隙寬度會因溫度的變化而受到膨脹或收縮的顯著影響。因此，電磁對齊裝置185和另外的電磁鐵189最好通過在線圈內(nèi)和磁極內(nèi)設(shè)置冷卻通道(未示)或用工業(yè)上已知的其他熱量控制裝置來冷卻。
圖5示意性地顯示了一個實施例，其中從焊縫線跟蹤器或目視圖象系統(tǒng)(如圖2中的70)接收的信號控制著一電動平移臺163，以使焊接機150能動態(tài)地跟蹤焊縫線115。具體地說，焊接機150代表著許多如上所述沿著一門架或一橋架的橫梁142間隔開的類似焊接機中的一個。為了使激光光束光點179橫對焊縫線115(即與縱向軸線L′垂直)的平移(即沿T′方向)能夠調(diào)整，反射鏡167和聚焦透鏡164作為一個單元連接到可選擇地使焊接機150沿橫向軸線T′移動的平移臺163上。平移臺163最好包括一可滑動地連接到橫梁142以便相對其作往復(fù)運動的激光機支承座146和一由滾珠絲桿的電動機192所驅(qū)動并用螺紋旋入一連接至支承座146的不可旋轉(zhuǎn)的螺母168的可旋轉(zhuǎn)的滾珠絲桿169。從而滾珠絲桿169的旋轉(zhuǎn)運動有選擇地使焊接機150及其光束光點152沿軸線T′平移。入射激光光束152的一部分153比如可通過攔截分光器或分光鏡160引導(dǎo)至反射鏡167，而沿軸線T′的橫向運動不會使部分光束153指向聚焦透鏡164。在這種布置中，不必改變激光鏡片的對齊，就可以用激光機150對焊縫線115作動態(tài)跟蹤。
任何數(shù)目的焊接機150都可以以這種基本上在一條線上的布置方式沿橫梁142隔開設(shè)置。而且，設(shè)想焊接機150可以以不在一條線或偏離軸線的方式等同地布置，從而在一焊接機內(nèi)可設(shè)置一偏離軸線的拋物面反射器(未示)作為鏡子/聚焦組件的一部分而將激光光點引導(dǎo)到焊縫線上。
圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明制造的激光焊接裝置210的又一較佳實施例。具體地說，焊接工作臺220、門架或橋架240、帶有電磁對齊裝置285(在此視圖中實際上藏于門架240的焊接機250之下)和電磁鐵289的可移動托板230、卸料裝置293、以及激光焊接機250在結(jié)構(gòu)和操作上都是與上面顯示和描述的對應(yīng)結(jié)構(gòu)基本相同的。然而如圖所示，上料傳送裝置17和18已分別由不在一條線的上料傳送系統(tǒng)217和218取代。
上料傳送系統(tǒng)217使來自供給裝置102(它可以是一卷材供給裝置)的板材212排隊送到一比如機械手105的上料機構(gòu)。板材經(jīng)過一切條機或剪切機100(比如單刀和或雙刀的)，切好的板材212從那里經(jīng)由一機動滾道傳送裝置的一段傳送。然后，板材被一上料機械手105從上料傳送系統(tǒng)217上提起并沿著一般與橫向軸線T平行的方向放到可移動托板230上。類似地，上料傳送系統(tǒng)218從工作臺220的另一側(cè)邊緣239一般與橫向軸線T平行地供給第二塊板材213。
在焊接操作并由卸料裝置293提起之后，完成的產(chǎn)品(即焊好的板材)299沿著卸料傳送裝置290在與縱向軸線L基本垂直的方向上移動以便由卸料機械手107將其放置到儲存區(qū)108。整個焊接裝置210及其加工過程最好由如圖所示的中央控制裝置或計算機280來控制。
上面已顯示和描述了本發(fā)明的幾個較佳的實施例，本技術(shù)領(lǐng)域的一個普通熟練的人員不偏離本發(fā)明之范圍經(jīng)過適當修改即能完成這里所提示的激光焊接裝置和方法的進一步改變。已提及了幾種可能的變型，而其他的對本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說將是很明顯的。比如，通過使焊接機沿著橋架移動以替代或附加于板材相對于橋架的移動，也可實現(xiàn)焊接機和對頭接觸板材之間的公共焊縫線之間的相對運動。類似地，卸料傳運裝置卸下完成的產(chǎn)品的方向也可修改，以最好地適合具體的制造工藝和加工安排。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)按照隨后的權(quán)利要求書來考慮，且應(yīng)當明白它不受限于說明書中及附圖中所顯示或描述的詳細結(jié)構(gòu)和操作。
權(quán)利要求
1.一種用來沿著一條較長公共焊縫線對焊多個金屬板材的改進的激光焊接裝置，其特征在于，該裝置包括-一焊接工作臺，它有一上表面，其上可支承等待沿著公共縫線進行焊接的多個金屬板材，工作臺還有一縱向軸線，所述焊縫線沿其對齊，還有一與所述縱向軸線基本垂直的橫向軸線，以及一對橫向間隔開的側(cè)邊緣；-多個基本相同的激光焊接機，它們都安裝在所述上表面上方并對齊得使其焊接光束沿著所述公共焊縫線，每個所述焊接機沿著縱向軸線相互有效地隔開一個距離，還有可沿著平行于所述橫向軸線的方向獨立調(diào)節(jié)多個所述焊接光束以跟蹤所述焊縫線的裝置；-將要對焊的板材上料到所述上表面上的裝置，所述上料裝置從工作臺的一側(cè)邊緣一般沿著所述橫向軸線裝上第一塊板材，并從另一側(cè)邊緣一般沿著所述橫向軸線裝上第二塊板材；-用來使所述上表面上的所述金屬板材對齊到沿公共焊縫線成對頭接觸關(guān)系的裝置；以及-用來同時使所述各焊接機相對于所述焊縫線沿所述縱向軸線移動的裝置，以及用來同時操作所述焊接機以將所述板材焊在一起的裝置，從而每個激光機沿著所述焊縫線只焊接所述板材的一個部分，所述相對移動的長度大于相鄰焊接機之間的所述間隔距離，以保證沿所述焊縫線的焊接有一些搭疊。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述公共焊縫線有一預(yù)定長度，所述各焊接機在所述上表面上方沿著所述長度相互間基本等間距地隔開。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括用來使所述板材在所述表面上并沿所述縱向軸線初步對齊的裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述對齊裝置包括一些可選擇地縮回的擋塊，這些擋塊可移動到工作位置以初步對齊所述板材，并在焊接操作前回到縮回位置。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括一位于所述上表面上方并支承著所述激光機的橋架，所述橋架沿著與所述縱向軸線基本平行的方向延伸。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括用來從所述上表面卸下焊好的板材的裝置，所述卸料裝置包括一與所述橋架相連并可沿與所述縱向軸線平行的方向移動的夾緊裝置。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括一些可縮回的擋塊，擋塊與所述橋架相連并在對齊操作中從橋架向下延伸以沿著所述縱向軸線初步對齊所述板材。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，用于將所述板材對齊成對頭接觸關(guān)系的所述裝置包括一磁性對齊裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，用來對齊所述板材的所述裝置包括多個安裝得靠近所述上表面的偏置進給輥子，以引導(dǎo)所述板材沿著所述公共焊縫線達到對頭接觸的關(guān)系。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的用來裝上待對焊的板材的裝置包括一對機械手，所述機械手之一從所述工作臺的一個所述橫向側(cè)邊緣將板材放到所述上表面上，另一個機械手從另一個所述橫向側(cè)邊緣放上板材，從而所述板材沿著一般與所述橫向軸線平行的方向相互接近。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個所述激光焊接機連接至一自動對齊觀測系統(tǒng)，以便單個地控制和調(diào)節(jié)其焊接光束的橫向位置，使之與所述焊縫線精確對準。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，使所述焊接機相對于所述焊縫線同時移動的所述裝置包括所述工作臺的所述上表面的一個可移動部分，所述可移動部分支承著所述板材并可沿著與所述縱向軸線平行的方向移動。
13.一種用來沿著一較長公共焊縫線對焊多個金屬板材的改進的激光焊接裝置，其特征在于，該裝置包括-一焊接工作臺，它有一上表面，其上可支承等待沿著公共焊縫線進行焊接的多個金屬板材，工作臺還有一縱向軸線，所述焊縫線沿其對齊，還有一與所述縱向軸線基本垂直的橫向軸線，以及一對橫向間隔開的側(cè)邊緣;-一位于所述上表面上方并支承著所述各激光機的橋架，所述橋架沿著與所述縱向軸線基本平行的方向延伸;-一多個基本相同的激光焊接機，它們安裝在所述橋架上并對齊得使其焊接光束沿著所述公共焊縫線，每個所述焊接機沿著所述縱向軸線相互有效地隔開一個距離，每個焊接機光束可沿與所述橫向軸線平行的方向獨立調(diào)節(jié)，以跟蹤所述焊縫線;-用于將要對焊的板材上料到所述上表面上的裝置，所述上料裝置從工作臺的一側(cè)邊緣一般沿著所述橫向軸線裝上第一塊板材，并從另一側(cè)邊緣一般沿著所述橫向軸線裝上第二塊板材;-用來使所述上表面上的所述金屬板材沿公共焊縫線對齊成對頭接觸關(guān)系的裝置;-用來同時使所述各焊接機相對于所述焊縫線沿所述縱向軸線移動的裝置，以及用來同時操作所述各焊接機，以將所述板材焊在一起的裝置，從而每個激光機沿著所述焊縫線只焊接所述板材的一個部分，所述相對移動的長度大于相鄰焊接機之間的所述間隔距離，以保證沿所述焊縫線的焊接有一些搭疊。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述公共焊縫線有一預(yù)定長度，所述各焊接機在所述上表面上方沿著所述長度相互間基本等間距的隔開。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，還包括一些可縮回的擋塊，擋塊與所述橋架相連并在對齊操作中從橋架向下延伸，以沿著所述縱向軸線初步對齊所述板材。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，將所述板材對齊成對頭接觸關(guān)系的所述裝置包括一磁性對齊裝置。
17.一種用來沿著金屬板材之間的一較長公共焊縫線對多個所述金屬板材進行對焊的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟-設(shè)置一焊接工作臺，該工作臺有一上表面，其上可支承等待沿著公共焊縫線進行焊接的多個金屬板材，還有一縱向軸線，所述焊縫線沿其對齊，還有一與所述縱向軸線基本垂直的橫向軸線，以及一對橫向隔開的側(cè)邊緣;-將多個基本相同的激光焊接機定位在所述上表面上方并將所述焊接機對齊得其焊接光束沿著所述公共焊縫線，每個所述焊接機沿著縱向軸線相互有效地隔開一個距離，每個焊接機光束可沿與所述橫向軸線平行的方向獨立調(diào)節(jié)，以跟蹤所述焊縫線;-將要對焊的多個板材上料到所述上表面上，所述上料步驟從工作臺的一側(cè)邊緣一般沿著所述橫向軸線裝上第一塊板材，并從另一側(cè)邊緣一般沿著所述橫向軸線裝上第二塊板材;-將所述上表面上的所述金屬板材的鄰接邊緣沿公共焊縫線對齊成對頭接觸關(guān)系;以及-在提供所述焊接機光束和所述焊縫線之間沿所述縱向軸線的相對運動時，同時操作所述各焊接機，從而每個焊接光束沿著所述焊縫線只焊接所述板材的一部分，而且其中所述的相對運動沿所述縱向軸線延伸一個大于所述間隔距離的長度，以保證沿所述焊縫線的焊接有一些搭疊。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，操作所述激光機的所述步驟包括單獨調(diào)節(jié)每個激光光束的橫向位置，以在焊接過程中獨立地跟蹤焊縫線。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，提供所述焊接光束和所述焊縫線之間的相對運動的所述步驟包括在所述激光焊接機沿著所述縱向軸線保持基本靜止時使支承所述板材的所述工作臺的所述上表面的可移動部分沿著與所述縱向軸線平行的方向來回移動。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，使所述板材對齊成對頭接觸關(guān)系的所述步驟包括沿著在所述上表面上的一個或多個所述板材的接觸邊緣產(chǎn)生一有效磁極，以及沿著一反向面對的板材的面對著的邊緣產(chǎn)生一極性相反的有效磁極，以在其間造成磁力吸引，而使這些邊緣自動對齊或緊密對頭接觸關(guān)系。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括卸下已焊在一起的板材的步驟，其中所述卸下步驟包括沿著與所述縱向軸線和所述公共焊縫線平行的方向移動所述焊好的板材。
22.一種用來沿著一較長公共焊縫線對焊多個金屬板材的改進的激光焊接裝置，其特征在于，該裝置包括-一焊接工作臺，它有一上表面，其上可支承等待沿著公共焊縫線進行焊接的多個金屬板材，工作臺還有一縱向軸線，所述焊縫線沿其對齊，還有一與所述縱向軸線基本垂直的橫向軸線，以及一對橫向相對隔開的側(cè)邊緣;-至少一個激光焊接機安裝在所述上表面上方并對準得使其焊接光束沿著縱向軸線;-將多個要對焊的板材上料到所述上表面上的裝置，所述上料裝置有一用來從工作臺的一側(cè)邊緣一般沿著所述橫向軸線裝上第一塊板材的第一裝置和一用來從另一側(cè)邊緣一般沿著所述橫向軸線裝上第二塊板材的第二裝置;-用來使在所述上表面上的所述金屬板材沿公共焊縫線對齊成對頭接觸關(guān)系的裝置;-用來將已沿所述公共焊縫線焊在一起的板材卸下的裝置，所述卸料裝置包括用來沿著與所述縱向軸線和所述公共焊縫線平行的方向移動所述焊好的板材的裝置。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述用來裝上板材的第一和第二裝置每個都包括一用來供給要裝到各自相對隔開的側(cè)邊緣上去的板材的傳送裝置。
24.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述卸料裝置包括一在沿著所述縱向軸線、設(shè)置在所述焊接工作臺上方的一橫梁上來回移動的卸料裝置。
25.一種用來沿著金屬板材之間的一較長公共焊縫線對每個所述金屬板材進行對焊的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟-設(shè)置一焊接工作臺，該工作臺有一上表面，其上可支承等待沿著公共焊縫線進行焊接的多個金屬板材，還有一縱向軸線，所述焊縫線沿其對齊，還有一與所述縱向軸線基本垂直的橫向軸線，以及一對橫向相對隔開的側(cè)邊緣;-將至少一個激光焊接機定位在所述上表面上方并將所述焊接機對齊得使其焊接光束對準所述公共焊縫線，所述焊接光束可沿與所述橫向軸線平行的方向獨立調(diào)節(jié)，以跟蹤所述焊縫線;-將要對焊的多個板材上料到所述上表面上，所述上料步驟包括從工作臺的一側(cè)邊緣一般沿著所述橫向軸線裝上第一塊板材和從另一側(cè)邊緣一般沿著所述橫向軸線裝上第二塊板材這兩個步驟;-將所述上表面上的所述金屬板材的鄰接邊緣沿公共焊縫線對齊成對頭接觸關(guān)系;-沿所述公共焊縫線將所述對齊的板材焊接在一起;以及-通過使所述焊好的板材沿著基本平行于所述縱向軸線和所述公共焊縫線的方向卸下所述焊好的板材。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，多個基本相同的激光焊接機在所述上表面的上方設(shè)置成其各自的焊接光束沿所述縱向軸線相互有效隔開，這樣每個焊接機沿著所述公共焊縫線只焊接所述板材的一部分。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述卸料步驟包括從所述工作臺提起焊好的板材并使它們沿著與所述縱向軸線平行的方向移動，以使其他待焊板材能裝到所述上表面上。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，還包括將卸下的已焊好的板材放置到一傳送裝置上以便進一步處理的步驟。
全文摘要
一種通過在一公共焊縫線上方對準地并沿一縱向軸線相互有效隔開地設(shè)置多個激光焊接機來沿著此較長公共焊縫線對焊金屬板材的方法。在一較佳實施例中，每個焊接機在平行于與縱向軸線相垂直的橫向軸線的方向上可單獨調(diào)節(jié)。金屬板材在上表面上沿公共焊縫線對齊成對頭接觸關(guān)系并夾緊以便焊接。每個激光機沿焊縫線只焊接板材的一部分。而各焊接機與板材間的相對位移大于各焊接機間的有效間距以保證沿公共焊縫線的連續(xù)焊道。
文檔編號B23K37/04GK1068525SQ9210566
公開日1993年2月3日 申請日期1992年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月8日
發(fā)明者加利·路易斯·尼黑索 申請人:阿姆珂鋼鐵公司