借助激光束和可动压紧元件来接合工件的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种借助激光束（7）来接合工件（3、5）的方法和装置（1），其中，所述装置（1）具有：用于导引所述激光束（7）的光学扫描器（33）；压紧元件（13，15，21，23），所述压紧元件在接合过程中沿压紧方向对至少一个所述工件（3，5）进行压制从而将所述工件（3，5）固定；外壳（11），所述外壳将所述光学扫描器（9）和从所述光学扫描器出发朝所述工件（3，5）延伸的所述激光束（7）封闭在内；其中，所述压紧元件（13，15，21，23）构成所述外壳（11）的一个部件且可相对所述多余的外壳（11）以至少一个运动自由度进行运动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种借助激光束来接合工件的激光焊接装置以及相应方法。
技术介绍
激光束焊接工艺尤其应用于需要对焊接速度较高、焊缝较窄和热变形较小的工件进行接合的地点。举例而言，借助专用的安装及固定装置将需要接合的工件固定在期望位置，再用激光束焊接使其相连。采用激光焊接时的光强较高，因而通常在独立的安全腔室内操作激光焊接装置，以免激光辐射对环境造成影响。这种安全腔室一般而言将整个激光处理装置封闭在内，这样就增大了这种装置的体积，也就增大了腔室的操作难度和成本。EP2149421A1描述一种借助激光束焊接工件的装置，其中，借助布置在外壳中的准直仪来聚焦纤维激光器的激光束。该外壳的压力段或压力元件中设有出口缝隙，该准直仪借助一线性驱动装置平行于该出口缝隙移动，使得激光束能经由出口缝隙从外壳射出，并在固定在外壳的该压力元件与第二压力元件之间的工件上产生一条直线型焊缝。但上述线性导引方案只能产生直线型射束导引，为产生弯曲焊缝就需要为需要焊接的工件重新定位，这样非常耗时。此外，线性驱动装置所提供的激光工艺进给速度是给定的，这个进给速度例如因为准直仪系统的机械稳定性而受到限制，且这类准直仪通常具有敏感型光学组件，因而难以承受过大的加速度。此外，EP2149421A1并未涉及待加工工件的形状或结构；例如，该案所提供的装置及相应压力元件未考虑以下情况：待固定工件的形状可能各不相同以及/或者可能需要加工不规则形状（例如，并不平面平行，而是略微呈三维拱起或三维阶梯状）的工件。加工这种不规则形状的工件时可能出现以下情况：外壳的出口缝隙可能并未完全被工件覆盖，此时，激光辐射可能绕过工件射出外壳并照射到人员。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种借助激光束来接合工件（如金属板）的激光焊接装置以及一种相应的方法，所述装置及方法以较高的焊接速度对不同几何结构或形状的工件进行激光加工，同时也可靠地防止激光辐射射出。本专利技术用于达成上述目的的解决方案为权利要求1所述的装置以及权利要求10所述的方法；本专利技术的有利改进方案参见从属权利要求。本专利技术提供一种借助激光束来接合工件（如金属板或塑料工件）的激光焊接装置，其中，所述激光焊接装置具有用于（朝所述工件）导引所述激光束的光学扫描器和至少一个压紧元件，所述压紧元件在接合过程中沿相应压紧方向对至少一个需要接合的工件进行压制或压紧从而将所述工件固定。所述激光焊接装置还具有（例如复合式）外壳，所述外壳将所述光学扫描器和从所述光学扫描器出发朝所述工件延伸的所述激光束（至少局部或者全部）封闭在内。所述压紧元件构成所述外壳的一个部件且可相对多余的外壳以至少一个运动自由度-主动和/或被动地-进行运动。所述压紧元件例如可以活动布置在所述多余的外壳（所述“剩余外壳”）上，亦即，与所述剩余外壳活动连接；所述压紧元件也可以以与所述剩余外壳分离并相对所述剩余外壳运动的方式布置。可以设置多个上述类型的压紧元件。所述外壳例如可以采用某种构造方案，使得所述外壳朝所述工件张开，以及-在所述压紧元件作为所述外壳的一个部件放置在所述工件上的情况下-所述外壳连同所述工件将所述激光束完全封闭在内，其中，所述工件此时将所述外壳的开口闭合。所述至少一个压紧元件-为将所述工件固定而-沿相应压紧方向（即固定所述工件时压紧元件所施加的压力的方向）对至少一个所述工件进行压制，其中，所述工件例如被夹在所述压紧元件与相应止推轴承（例如另一压紧元件）之间，从而得到固定。所述压紧元件同时还用作所述外壳的用来屏蔽激光辐射的部件（即屏蔽部件），这样就能实现一种节省空间的布置方案。所述压紧元件以可以相对所述剩余外壳运动的方式布置，这样就能在不透光封闭所述外壳的同时可靠地固定不同三维形状的工件，举例而言，在所述压紧过程中利用所述至少一个运动自由度并根据所述待固定工件的表面形状来对所述压紧元件进行定向，这样就能将所述压紧元件无缝放置在所述工件上。为防止造成人身伤害，可使得所述激光束的接通和切断操作与所述压紧元件的放置和抬升同步进行，亦即，只有当所述压紧元件放置到所述金属板上时或者随后才接通所述激光器，只有当所述压紧元件重新抬升时或者之前（很短时间）才将其切断。例如可以通过相应开关或传感器来同步操作激光器。优选由布置在所述外壳内部和/或外部且整合于一安全电路中的传感器来检测（例如在所述工件上）散射的激光辐射的强度。例如可以以电子方式对所述散射辐射强度进行检测和分析，其中，可在超过极限值时触发警报以及/或者中断接合制程。根据一种实施方式，所述光学扫描器具有至少一个用于导引所述激光束的可动扫描镜。所述激光束例如可以由布置在所述外壳内部的激光器产生，或者由布置在所述外壳外部的激光器产生，并借助光导光学元件（例如，光导纤维、镜子、透镜等等）被导引至所述外壳中的光学扫描器，其中，所述光导元件以及从所述激光器至所述光学扫描器的射束导引优选均受到不透光封闭。所述光学扫描器例如可以具有一用于调节所述激光束的聚焦位置的聚焦装置以及至少一个（例如借助检流计驱动装置而）以可转动方式布置的扫描偏转镜，所述扫描偏转镜用于对所述激光束（或其聚焦位置）进行导引或重新定位。这类偏转镜可能相对较小，质量惯性矩通常较低，因此，很快就能被重新定位到另一旋转角位置上，从而迅速为所述激光束重新定位。所述光学扫描器也可以具有例如两个扫描镜，它们围绕相互垂直的（检流计）轴线转动式布置，以便通过镜子反射和相应改变镜子的旋转角位置来对激光束进行二维导引，从而及时产生弯曲的焊缝而无需对待加工工件进行重新定位。根据一种实施方式，所述至少一个压紧元件以可围绕一（大体）垂直于压紧方向的轴线转动或翻转的方式布置在所述多余的外壳上。根据该实施方式，在应用具有直线型或平坦压紧区段的压紧元件且所述待夹紧或待固定工件具有楔形（和并不平面平行）的形状时，所述压紧元件在放置到所述工件上的过程中围绕所述楔形工件的张角翻转，使得所述压紧元件的压紧区段平坦地放置在楔形表面上，从而防止激光从所述压紧元件与所述工件之间穿过。所述压紧元件也可以-借助一截球面-以可围绕多个轴线或围绕两个相互垂直的轴线转动或翻转的方式布置。根据一种实施方式，所述至少一个压紧元件以可沿所述压紧方向（相对所述多余的外壳）运动（如移动）的方式布置或安装在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.09 DE 102010060459.3;2011.06.01 DE 10201101.一种借助激光束（7）来接合工件（3、5）的激光焊接装置
（1），具有：
用于导引所述激光束（7）的光学扫描器（9），
压紧元件（13，15），所述压紧元件在接合过程中沿压紧方向
对至少一个所述工件（3）进行压制从而将所述工件（3，5）固定，
外壳（27），所述外壳将所述光学扫描器（9）和从所述光学扫
描器出发朝所述工件（3，5）延伸的所述激光束（7）封闭在内，
其中，所述压紧元件（13，15）构成所述外壳（27）的一个部
件且可相对所述多余的外壳以至少一个运动自由度进行运动。
2.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其中，所述光学扫描
器（9）具有至少一个用于导引所述激光束（7）的可动扫描镜（33）。
3.根据权利要求1或2所述的激光焊接装置，其中，所述压紧
元件（51）以可围绕一大体垂直于所述压紧方向（50）的轴线转动的
方式布置在所述多余的外壳上。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的激光焊接装置，
其中，所述压紧元件（13，15）以可沿所述压紧方向运动的方式布置
或安装在所述多余的外壳上。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊戈尔·哈舒克，阿维德·基里安，
申请(专利权)人：斯甘索尼克咪有限公司，
类型：
国别省市：