專利名稱：激光焊接設備及方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及一種進行激光焊接的設備和方法。
背景技術：
當前激光焊接被用于進行機器人焊接。日本專利No.3229834公開了這種焊接技術的例子，其中激光焊接設備被安裝在用于照射激光束的機器人臂的前端。激光焊接設備被構造為遠離焊點(welding point)移動并且轉動位于激光焊接設備內的反射鏡，由此使激光束照射預定焊點。這種類型的焊接被稱作遠程焊接。
然而，在激光焊接中，從被激光束照射的工件部分產生伴隨洗脫金屬(eluted metal)的氣體。這種氣體被稱作煙。尤其地，當激光束照射在工件上時，工件(如鋼板)上涂覆的防腐劑(如Zn)被等離子體化而產生離子。然后，這種離子在空氣中漂浮之后被冷卻以形成微粒。該微粒變成阻礙激光束的某種云狀物質。由于這種煙使激光束施加到工件的熱量不穩(wěn)定，所以需要去除。
在傳統(tǒng)的如日本特開平No.2004-1043所公開的激光焊接或處理中，為了從工件周圍去除煙，安裝了在工件上方產生氣流的裝置。

發(fā)明內容
在此教導用于激光焊接的設備和方法的實施例。這種設備的一個例子包括激光照射單元，其用于照射激光束；和第一流體噴射單元，其用于沿第一流體噴射方向噴射流體以從激光束到工件的路徑去除所述工件上通過照射所述激光束產生的煙；其中，所述第一流體噴射單元安裝在所述激光照射單元。
在此教導的用于進行激光焊接的設備的另一個例子包括照射部件，其用于照射激光束；和噴射部件，其用于沿第一流體噴射方向噴射流體以從激光束到工件的路徑去除所述工件上通過照射所述激光束產生的煙。所述噴射部件與所述照射部件機械結合。
在此還教導方法。進行激光焊接的一種方法，其包含激光照射單元和至少一個流體噴射單元，所述方法包括將激光束照射到工件上；和從所述至少一個流體噴射單元沿從所述激光束到所述工件的路徑去除所述工件上通過照射所述激光束產生的煙的方向噴射流體。所述至少一個流體噴射單元安裝在所述激光照射單元。


在此參照附圖進行說明，其中在多個視圖中，相同的附圖標記始終表示相同的部分，其中圖1是圖解根據本發(fā)明實施例構造的遠程焊接系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖解根據本發(fā)明實施例構造的遠程焊接系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖；圖3a和圖3b是圖解根據本發(fā)明實施例的煙和空氣噴射操作的側視圖；圖4是圖解空氣噴嘴(噴射口)和從噴嘴噴出的空氣噴射范圍的圖；圖5是圖解根據本發(fā)明第二實施例構造的遠程焊接系統(tǒng)的示意圖；
圖6是示出根據第二實施例構造的遠程焊接系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖；圖7是圖解根據第二實施例的空氣噴射操作的圖；圖8a和圖8b是圖解根據本發(fā)明第三實施例構造的遠程焊接系統(tǒng)的操作的示意圖；圖9是圖解根據本發(fā)明第四實施例構造的遠程焊接系統(tǒng)的示意圖；圖10是圖解當從激光出口側看時激光加工頭的示意圖；圖11是圖解根據第四實施例構造的遠程焊接系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖；圖12a至圖12c是圖解根據第四實施例的第一空氣噴射操作的圖；圖13a和圖13b是圖解根據第四實施例的第二空氣噴射操作的圖；圖14是圖解根據本發(fā)明第五實施例構造的系統(tǒng)的示意圖；圖15是圖解根據第五實施例的操作的側視圖；圖16是圖解根據本發(fā)明第六實施例構造的系統(tǒng)的示意圖；圖17a和圖17b是圖解試驗裝置的示意圖；圖18是圖解進行激光焊接試驗所得結果的圖。
具體實施例方式
在上述傳統(tǒng)的遠程焊接中，通過機器人臂移動激光焊接設備，并且使從這種設備射出的激光束自由移動，以照射工件。如果在工件上安裝用于去除煙的裝置，則不能自由移動和使激光束照射在工件上。
相反地，本發(fā)明的實施例提供一種能夠不阻礙激光照射地去除煙的用于進行激光焊接的設備和方法。
例如，在此教導的一種激光焊接設備可以照射激光束并沿激光束方向噴射流體，其中用于噴射流體的裝置安裝在用于照射激光的裝置上?？蓪⒓す夂附釉O備設置成流體的噴射方向與被激光束照射的工件所在的方向對應?？裳卮怪庇诩す馐姆较驀娚淞黧w。
通過在激光照射裝置上安裝流體噴射裝置，即使在沿許多方向照射激光束時，流體噴射裝置也不會阻礙激光照射。這樣，去除了煙。
以下將參照

本發(fā)明的實施例。
圖1是圖解遠程焊接系統(tǒng)(以下，簡稱為“系統(tǒng)”)的示意圖，其中安裝了此處公開的激光焊接設備。
圖1所示的遠程焊接系統(tǒng)被構造為利用激光從遠離工件的位置焊接工件。因此，所公開的遠程焊接系統(tǒng)可在焊接夾具不與工件直接接觸下進行焊接。該類型的焊接被稱為遠程焊接，其與點焊等傳統(tǒng)焊接不同。
圖1公開的是機器人1和用于照射激光束100的激光加工頭或激光照射單元3。激光加工頭3安裝在機器人1的臂2的前端。光纖電纜6將激光束從激光振蕩器5(激光束源；見圖2)引導至激光加工頭3。空氣噴嘴或流體噴射單元7安裝在激光加工頭3。
對于激光振蕩器5，例如采用YAG激光振蕩器通過光纖電纜6引導激光束100。
機器人1是通用多軸機器人(也稱為多關節(jié)機器人等)。機器人1可改變姿態(tài)，并使臂2的前端連同激光加工頭3根據示教操作所提供的運動路徑的數(shù)據沿多個方向移動。
在激光加工頭3內設置照射方向改變器，例如用于允許激光束100的各種照射方向的反射鏡11、用于將激光束100轉換為平行光的準直透鏡111和具有改變聚焦位置用聚光器112的透鏡組12。
如圖1所示，反射鏡11可沿兩個軸線方向轉動。此外，反射鏡11能夠改變來自透鏡組12的激光束100的照射方向。因此，轉動反射鏡11的驅動機構(未示出)設置在激光加工頭3內。這種驅動機構對于本領域技術人員是公知的，因此這里不再進一步說明。
通過使用這種激光加工頭3，從光纖電纜6的射出端61射出的激光束100可通過透鏡組12被反射鏡11反射，并沿焊接位置方向照射。從而，不用移動激光加工頭3本身，激光加工頭3就可改變激光束的照射方向。
空氣噴嘴7噴射從分開安裝的氣泵75(示于圖2)通過輸氣軟管72引導的空氣。此外，盡管噴射的流體被描述為干空氣，但本發(fā)明不限于此。就是說，噴射的流體也可以是氮氣、氦氣等惰性氣體。
將空氣噴嘴7安裝成由噴射空氣產生的氣流沿從激光加工頭3側朝向激光束100照射的工件200的方向。如所示，該方向也橫穿(transverse to)激光束100。此外，空氣噴嘴7被構造成可限定空氣噴射范圍。通過使用限定噴射范圍的噴嘴，可以將空氣噴嘴7安裝成噴射空氣不與工件200(圖1中未示出)上的激光照射點P(即焊點)直接接觸。以下將詳細說明。
圖2是圖解系統(tǒng)控制的框圖?？刂葡到y(tǒng)包括用于控制激光振蕩器5中激光輸出接通/斷開(laser power-on/off)等的激光控制器51、用于控制機器人1動作的機器人控制單元52和用于控制激光加工頭3中的反射鏡11和透鏡組12的加工頭控制單元53。
激光控制器51進行激光輸出接通/斷開和激光輸出強度的調節(jié)等。激光控制器51根據來自機器人控制單元52的控制信號進行激光輸出接通/斷開。
在本發(fā)明的一個實施例中，除操作機器人1，機器人控制單元52還操作反射鏡11和透鏡組12，并輸出激光輸出接通/斷開的控制信號等。此外，當提供操作機器人1的指令時，進行機器人1和反射鏡11二者的操作。因此，機器人控制單元52基于稱之為教學程序的指令數(shù)據，輸出各種控制信號，以進行機器人和反射鏡的操作。
加工頭控制單元53基于來自機器人控制單元52的控制信號來控制激光加工頭3內的反射鏡11和透鏡組12的操作。
開關76安裝在氣泵75，用于轉換氣泵75接通和斷開操作。在本發(fā)明的一個實施例中，由于氣泵75僅起到抽出空氣的作用，因此當開始激光焊接操作時，如果手動接通開關以使空氣抽至空氣噴嘴7，則僅需要保持氣泵75運行直至所有操作完成，而不管激光束的射出。然而，需要一提的是，本發(fā)明不限于此。例如，也可根據來自機器人控制單元52的控制信號自動地進行氣泵75的接通/斷開。在這種情況下，在機器人的教學程序中預先記錄確定轉換氣泵75接通/斷開的定時的指令。而且，也可包括開啟時間。
圖3a和圖3b是圖解遠程焊接中的煙和空氣噴射操作的圖。圖3a示出不噴射空氣的情況，而圖3b示出噴射空氣的情況。另外，由于圖3a和圖3b用于圖解空氣噴射操作，所以簡化了各組件的說明。
首先，如圖3a所示，當不噴射空氣時，在工件200的激光照射點P(焊點)，工件200被激光束加熱。在遠程焊接中，工件200的材料被氣化而產生煙H。煙H在工件200和激光加工頭3之間垂直上升，遮擋激光束100。
然而，如圖3b所示，當根據一個實施例噴射空氣A時，從空氣噴嘴7噴出的氣流橫穿照射的激光束100。因此，由工件200產生的煙H可被去除或吹散而不會垂直上升，激光束不被煙H遮擋。如圖3b所示，盡管激光束的照射方向大體與工件所在的方向相對應，但當工件較小時，激光束的照射方向略微偏離后一方向。
接下來將說明噴射空氣的噴射范圍。
圖4是圖解空氣噴嘴7和來自空氣噴嘴7的空氣A的噴射范圍的圖。從空氣噴嘴7噴出的空氣A的噴射范圍取決于空氣噴嘴7前端的噴射口形狀。噴射范圍是擴散流，例如，其從噴嘴前端向前150mm處直徑為90mm，從噴嘴前端向前450mm處直徑為245mm等，并且噴射范圍可從噴嘴前端向前進一步成比例地擴大，以形成如圖4所示的圓錐形狀。此外，可在廣范圍上去除煙H。空氣A的這種噴射范圍被稱作氣錐圖案(air conepattern)、氣流圖案等。
空氣噴嘴7安裝在加工頭3，并與加工頭3一起動作。如上所述，空氣噴嘴7具有廣的空氣A的噴射范圍。這樣，可將空氣噴嘴7構造成在機器人1或反射鏡11的任何操作過程中使噴出空氣橫穿激光。在本發(fā)明的一個實施例中，空氣噴嘴7安裝在加工頭3，使得激光照射點P不包括在由空氣噴嘴7前端的噴射口限定的空氣噴射范圍內(圖3b和圖4中由線A表示的范圍內)。同樣地，在空氣噴射范圍內不包括激光照射點P在聯(lián)機測試(in-line test)中起作用，該聯(lián)機測試在相關技術中經常進行且普遍實踐。
聯(lián)機測試通過使用攝像機成像包括工件200的激光照射點P的區(qū)域以捕捉等離子體強度的變化，來判斷焊接是否很好地進行。如果產生的等離子體被從空氣噴嘴7噴射的空氣吹散或去除，將會阻礙聯(lián)機測試。由于如上所述對空氣噴射范圍有一定限制，所以氣流不直接接觸激光照射點P。因此，產生的等離子體不會被吹散或去除。
此外，盡管周圍空氣被卷入噴射空氣的氣流，使其對激光照射點P進行間接吹散或去除，但由于周圍氣流比直接氣流弱，所以不會吹散或去除等離子體。因此，對本發(fā)明影響較小。因而，即使在通過監(jiān)視激光焊接過程中產生的等離子體來進行聯(lián)機測試時，也不阻礙聯(lián)機測試地吹散或去除煙H，從而從激光束的照射路徑上去除煙。
在本發(fā)明的一個實施例中，空氣噴嘴7安裝在激光加工頭3。因此，即使在沿幾個方向照射激光束時，空氣噴嘴7也不阻礙激光照射，但能有效地去除煙H。由于空氣的噴射范圍被設定為使向激光照射點P噴射的空氣不與激光照射點P直接接觸，所以可去除煙H而不阻礙聯(lián)機測試等。
圖5是圖解根據本發(fā)明第二實施例構造的系統(tǒng)的示意圖。圖6是圖解根據第二實施例構造的系統(tǒng)的控制過程的框圖。
在該系統(tǒng)中，兩個空氣噴嘴81和82安裝在激光加工頭3下方。兩個空氣噴嘴81和82的安裝位置之一是第一位置，其位于機器人臂2連接激光加工頭3的一側。另一安裝位置是第二位置，其位于與第一位置相對的激光加工頭3的前端側。換句話說，將兩個空氣噴嘴81和82安裝成它們的空氣噴射方向彼此正好相對。在該布置中，位置位于激光加工頭3的下面。而且，安裝位置不與發(fā)出激光束的激光射出口8干涉，從而也不阻礙激光束100。如所示，盡管不是必須的，兩個空氣噴嘴81和82與上述空氣噴嘴7是一樣的。
還參照圖6，使用切換閥85，通過使用輸氣軟管83和84分別將空氣從氣泵75引導至兩個空氣噴嘴81和82。切換閥85切換氣路，以將空氣輸送至任一空氣噴嘴81和82。利用來自機器人控制單元52的信號進行切換閥85的切換操作。因此，切換閥85的切換操作的指令也記錄在機器人控制單元52的教學程序中。
與上述第一實施例一樣，空氣噴嘴81和82的空氣噴射方向可對應于橫穿激光束的方向。如所示，構造為使激光照射點P不包括在空氣噴射范圍內。其它特征與第一實施例的特征類似。因此，略去它們的說明。
圖7是圖解根據第二實施例的空氣噴射操作的圖。由于圖7是用于圖解空氣噴射操作的，所以以簡化的方式表示各組件。
所公開的系統(tǒng)被構造為，通過利用機器人1移動激光加工頭3或通過移動反射鏡11可移動激光照射點P。因此，在第二實施例中，為了噴射與移動激光照射點P的方向相反的空氣，切換閥85被切換。換句話說，當沿箭頭“a”所示的方向移動激光照射點P時，為了從空氣噴嘴81噴出空氣，切換閥85被切換。當沿箭頭“b”所示的方向移動激光照射點P時，為了從空氣噴嘴82噴出空氣，切換閥85被切換。
這樣，相對于激光照射點P移動方向向后吹散或去除由工件200產生的煙H。因此，當移動激光照射點P時，煙H不沿激光束的方向擴散，從而激光束不受煙H影響。
盡管激光照射點P可沿兩個方向(a方向和b方向)移動，還可以使激光照射點P沿不同于這兩個方向的方向自由移動。因此，實際上可以做到從位于一側的空氣噴嘴噴射空氣，使得相對激光照射點P的運動方向略微向后吹散或去除煙H。此外，在第二實施例中，盡管安裝了兩個空氣噴嘴81和82，但所公開的發(fā)明不限于該特征。也可安裝多于兩個的空氣噴嘴，例如，三個或四個空氣噴嘴。這樣，相對于激光照射點P的運動方向可更有效地向后吹散或去除煙H。
此外，盡管可利用機器人臂2通過反射鏡和/或激光加工頭3移動激光束的照射位置來移動激光照射點，但本發(fā)明不限于該特征。即，也可采用使激光束100照射在恒定位置的同時，通過移動工件200來移動激光照射點P的實施例，如第二實施例。
由于兩個空氣噴嘴81和82安裝到激光加工頭3，根據本發(fā)明第三實施例的系統(tǒng)與圖5所示的系統(tǒng)相似。然而，第三實施例與第二實施例不同之處在于，第三實施例不具有切換閥85。因為第三實施例在其它方面類似于圖5，所以未單獨提供附圖。
圖8a和圖8b是圖解根據第三實施例構造的系統(tǒng)的操作的圖。圖8a是側視圖，圖8b是激光出口圖。圖8a和圖8b中的各組件以簡化的方式表示。
在該第三實施例中，將空氣噴嘴81和82的安裝位置設定為使空氣噴射位置彼此間隔開偏置寬度T，并且焊接過程中從兩空氣噴射位置噴射的空氣如圖8b所示。由于這個原因，所以不需要切換閥85。從空氣噴嘴81和82噴射的空氣產生如圖8b所示的旋渦。通過離心力該旋渦用作吹散空氣。因此，可利用旋渦吹散所產生的煙。
圖9是圖解根據本發(fā)明第四實施例構造的系統(tǒng)的示意圖。圖10是當從激光射出口側看時激光加工頭3的示意圖。圖11是圖解根據第四實施例構造的系統(tǒng)的控制過程的框圖。
第四實施例的系統(tǒng)被構造為使用于移動流體噴射位置的可動環(huán)91安裝在激光加工頭3的下面，并且空氣噴嘴7安裝在可動環(huán)91。其它特征與所述第一實施例的特征相似，因此，在此略去其說明。
可動環(huán)91可以是環(huán)狀線性電動機、超聲電動機等。通過使用可動環(huán)91，空氣噴嘴7可繞激光噴射口8移動。因此，從空氣噴射口7噴射的空氣總是指向激光束側。此外，由于也可使用傳統(tǒng)電動機和齒輪機構，所以可動環(huán)91不限于線性電動機或超聲電動機。可使用來自機器人控制單元52的指令操作可動環(huán)91，以改變空氣噴嘴7的位置。因此，根據第四實施例的控制系統(tǒng)被構造為從機器人控制單元52向加工頭控制單元53發(fā)送控制信號，用于移動可動環(huán)91和經由激光加工頭3操作可動環(huán)91。
圖12a和圖12b是圖解根據第四實施例的第一空氣噴射操作的側視圖。圖12c是當從激光加工頭3的前端看時的前視圖。在這些圖中，各組件以簡化方式表示。
如圖12a所示，當空氣噴嘴7被設置在機器人臂側(第一位置)時，當沿箭頭“a”所示方向移動激光照射點P時，可從與激光照射點P的移動方向相反的方向噴射空氣。另一方面，如圖12b所示，在當從機器人臂側看時空氣噴嘴7設置在前端側(第二位置)的情況下，當沿箭頭“b”所示方向移動激光照射點P時，可從與激光照射點P的移動方向相反的方向噴射空氣。此外，如圖12c所示，空氣噴嘴7可設置在第一和第二位置之間的任意位置。因此，即使當沿箭頭“c”所示的橫向移動激光照射點P時，也可從與激光照射點P的移動方向相反的方向噴射空氣。
根據第四實施例的第一操作，由于以激光射出口8為對象點，可將空氣噴嘴7移至第一和第二位置之間的任意位置，因此即使當沿任意方向移動激光照射點P時，也可從與激光照射點P的移動方向相反的方向更有效地噴射空氣。在該情況下，機器人控制單元52的教學程序需要記錄用于根據激光照射點P的預定方向移動可動環(huán)91的指令。即使當移動工件200以便在使激光束100照射在恒定位置的同時移動激光照射點P時，也可類似地采用根據第四實施例的第一操作。
圖13a和圖13b是圖解根據第四實施例的第二空氣噴射操作的圖。在這些圖中，各組件以簡化方式表示。
要進行焊接的工件200的形狀可變化。例如，工件200可設置伸出部201或202。當工件200設置伸出部201或202時，可動環(huán)91可轉動，使得空氣噴嘴7在不與伸出部201或202干涉的位置移動。因而，根據第四實施例的第二操作，當工件200設置伸出部201、202時，或者甚至除了工件200還設置外圍結構時，可以不與伸出部201、202干涉地使安裝在激光加工頭3的空氣噴嘴7移動。這使得激光加工頭3可自由地移動至希望的位置。
圖14是圖解根據本發(fā)明第五實施例構造的系統(tǒng)的示意圖。如圖14所示，在激光加工頭3的前端形成空氣流路95?？諝鈬娮?安裝在空氣流路95內。在空氣流路95的內壁和空氣噴嘴7之間形成間隙。此外，在空氣流路95內激光加工頭3的外殼安裝散熱片96。
圖15是圖解根據第五實施例的操作的圖。如果從安裝在空氣流路95內的空氣噴嘴7噴射空氣，則周圍空氣“a”被氣流吸入。因此，空氣流路95內也產生氣流，接觸散熱片96，從而有效冷卻激光加工頭3的外殼。在激光加工頭3內部設有光學系統(tǒng)。激光加工頭3的內部被密封，以防止灰塵進入。隨后，當激光束100通過激光加工頭3的內部時，不可避免地發(fā)生加熱。這種加熱可以通過冷卻激光加工頭3的外殼而有效地消除。
此外，根據第五實施例的系統(tǒng)具有在空氣流路95內安裝空氣噴嘴7的簡單結構。在冷卻激光加工頭3的同時可以吹散或去除煙H。此外，將空氣噴射控制設定為能夠以與第一實施例類似的簡單方式操作氣泵75。因此，不需要特殊的控制。
圖16是圖解根據本發(fā)明第六實施例構造的系統(tǒng)的示意圖。如圖16所示，空氣噴嘴303和304形成流體噴射單元且被安裝成沿著透鏡玻璃保護罩(lens protecting glass)306噴射空氣，該透鏡玻璃保護罩安裝在形成激光照射單元的激光加工頭3的激光射出口8。還安裝偏轉板305，用于沿橫穿激光束100的方向偏轉從空氣噴嘴303和304噴射的空氣。以該方式，能夠防止激光加工過程中產生濺出物S附著到激光加工頭3的透鏡玻璃保護罩306。同時，可使噴射空氣被偏轉，從而去除煙H。因此，可減少透鏡玻璃保護罩306的污染，以降低清潔處理的頻率和提高透鏡玻璃保護罩306的使用壽命。此外，可使用噴射空氣去除煙H，從而降低能量消耗。
如果靠近透鏡玻璃保護罩306的上部空氣噴嘴303的壓力比遠離透鏡玻璃保護罩306的下部空氣噴嘴304的壓力高，則可控制氣流方向，使加壓空氣指向下。因此，可使濺出物S被向后向下推，遠離透鏡玻璃保護罩306，從而有效防止濺出物附著到透鏡保護罩306。
在圖17a和圖17b中說明一邊吹煙H一邊進行激光焊接的實施例。圖17a和圖17b是示出試驗裝置的示意圖。為了進行本發(fā)明實施例的試驗，制備試驗裝置，其中，可改變高度和方向的空氣噴嘴7安裝在激光加工頭3。該試驗裝置能夠改變從工件200到空氣噴嘴7的高度D，同時保持從工件200到激光加工頭3的高度。
采用圖17a所示的第一實施例中的試驗裝置，將從空氣噴嘴7噴射的空氣設定為沿橫穿激光束100的方向，同時將激光照射點P設定為不被包括在噴射空氣的噴射范圍內。然后，在改變高度D的同時進行激光焊接。
在圖17b所示的第二實施例中，將從空氣噴嘴7噴射的空氣設定為沿橫穿激光束100的方向。然后，在改變高度D的同時進行激光焊接。
在第一和第二實施例中激光焊接條件相同。從激光加工頭3的激光射出口8到工件200的激光照射點P的距離為560mm，激光功率為4kW。此外，聚光器(激光照射點P)的直徑為0.7mm，噴射空氣壓為0.5Pa。此外，空氣流速為180升/分鐘，工件200的上板210是沒有任何鍍層的鋼板，其寬度為1.4mm。工件200的下板211是寬度為0.65mm的鍍鋅鋼板。
圖18是圖解根據上述條件利用激光焊接進行的試驗結果的圖。該圖示出了功率時間密度和空氣噴嘴7的高度D之間的關系。功率時間密度可如下表達功率時間密度＝激光功率/聚光面積/焊接速度。
從第一實施例的試驗結果可以了解到，由于不管從工件200到空氣噴嘴7的高度D，煙H沒有漂浮地被散開，所以功率時間密度大體恒定。
在第二實施例中，當從工件200到空氣噴嘴7的高度D較低時，煙H沒有垂直上升，功率時間密度較低。然而，隨著高度D增大，煙H垂直上升。因而，功率時間密度提高。換句話說，盡管第二實施例在空氣噴射位置位于工件200周圍時是有效的，但當空氣噴射位置遠離工件200以提高煙H的漂浮程度時，功率時間密度逐漸提高。因此，如果提高煙H的漂浮程度，則激光照射變得不穩(wěn)定。
結果，可以了解到煙H被吹散或去除，從而形成沒有煙H阻礙的恒定焊接狀態(tài)。根據本發(fā)明通過吹散或去除煙H，可在短時間內完成焊接并進行有效焊接。特別地，從激光加工頭3所在的上側向工件200所在的下側噴射空氣。因此，不管噴嘴和工件之間的距離，可有效地吹散或去除煙H。空氣的噴射方向指向下，從而適于能夠以不同位置或姿態(tài)改變激光照射長度的遠程焊接。盡管激光照射長度設為560mm，顯然這樣的長度是可以是不同的。如果激光照射長度變長，則可通過改變空氣噴射壓力和/或噴射空氣的流速來適應。
盡管上面描述了本發(fā)明的實施例，所公開的本發(fā)明不限于這些實施例示出的那些。例如，在每個實施例中，雖然采用了多軸機器人，也可以采用各種類型的機器人。此外，本發(fā)明也可應用于采用固定激光加工頭而不是機器人的情況等。此外，由于本發(fā)明可應用于采用激光的任何類型的加工，所以本發(fā)明不限于激光焊接。
上述實施例構造成噴射空氣。在遠程焊接中，由于激光的聚焦長度較長，所以可加長從激光加工頭到焊點的長度。也可沿其間的各種方向進行照射。由于需要高壓和高流速，以在這樣的廣范圍上吹散或去除煙，所以需要大量流體。這樣，使用空氣最為經濟。如前面提到的那樣，噴射的流體不限于空氣?？蛇x擇使用氮氣或氦氣等惰性氣體。當各種其它流體從流體噴射器噴出時(與采用空氣類似)，也可有效地使煙散開。
為了容易理解本發(fā)明，對上述實施例進行了說明，但本發(fā)明不限于此。相反地，本發(fā)明意欲覆蓋包含在所附權利要求范圍內的各種變型和等同配置，其范圍符合最廣泛的解釋，使得包含法律允許的所有這樣的變型和等同結構。
權利要求
1.一種用于進行激光焊接的設備，其包括激光照射單元，其用于照射激光束；和第一流體噴射單元，其用于沿第一流體噴射方向噴射流體以從激光束到工件的路徑去除所述工件上通過照射所述激光束產生的煙；其中，所述第一流體噴射單元安裝在所述激光照射單元。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，將所述第一流體噴射單元安裝成所述流體的噴射方向大體對應于所述工件的方向。
3.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，將所述第一流體噴射單元安裝成所述工件上的激光照射點不包括在所述流體的噴射范圍內。
4.根據權利要求1所述的設備，還包括所述激光照射單元的照射方向改變單元，所述照射方向改變單元可采用反射鏡改變所述激光束的照射方向。
5.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述激光照射單元安裝在機器人臂。
6.根據權利要求5所述的設備，還包括流體噴射位置移動單元，其可移動所述第一流體噴射單元。
7.根據權利要求6所述的設備，其特征在于，所述流體噴射位置移動單元還包括在所述機器人臂的第一位置；和在所述激光照射單元上的與所述第一位置相對的第二位置；其中，所述流體噴射位置改變單元可將所述第一流體噴射單元從所述第一位置移動到所述第二位置。
8.根據權利要求5所述的設備，還包括至少一個第二流體噴射單元，其用于沿各自流體噴射方向噴射所述流體以從所述路徑去除所述煙，每個第二流體噴射單元安裝在所述激光照射單元，且各自流體噴射方向均不同于所述第一流體噴射方向；和切換單元，其可切換流路以允許所述流體從任何一個所述流體噴射單元噴出。
9.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，將所述第一流體噴射單元定位成沿與所述激光照射點的移動方向相反的方向并橫穿所述激光束地噴射所述流體。
10.根據權利要求1所述的設備，還包括至少一個第二流體噴射單元，其用于沿各自流體噴射方向噴射所述流體以從所述路徑去除所述煙；其中，當同時從所述流體噴射單元噴射流體時，產生旋渦。
11.根據權利要求1所述的設備，還包括圍繞所述激光照射單元的流體流路，其中，所述第一流體噴射單元安裝在所述流體流路內。
12.根據權利要求1所述的設備，還包括安裝在所述激光照射單元的激光射出口的透鏡玻璃保護罩，其中，所述第一流體噴射單元具有定位成沿著所述透鏡玻璃保護罩噴射所述流體的第一流體噴嘴；和定位成沿所述第一流體噴射方向偏轉所述流體的偏轉板，所述第一流體噴射方向橫穿所述激光束。
13.根據權利要求12所述的設備，還包括多個流體噴嘴，其包括安裝在兩個位置的所述第一流體噴嘴，第一位置靠近所述透鏡玻璃保護罩，第二位置遠離所述透鏡玻璃保護罩；其中，安裝在所述第一位置的所述第一流體噴嘴以第一壓力噴射流體；安裝在所述第二位置的所述多個噴嘴中的第二個噴嘴以第二壓力噴射流體；所述第一壓力高于所述第二壓力。
14.一種用于進行激光焊接的設備，其包括照射部件，其用于照射激光束；和噴射部件，其用于沿第一流體噴射方向噴射流體以從激光束到工件的路徑去除所述工件上通過照射所述激光束產生的煙；其中，所述噴射部件與所述照射部件機械結合。
15.一種用于進行激光焊接的方法，其包含激光照射單元和至少一個流體噴射單元，所述方法包括將激光束照射到工件上；和從所述至少一個流體噴射單元沿從所述激光束到所述工件的路徑去除所述工件上通過照射所述激光束產生的煙的方向噴射流體；其中，所述至少一個流體噴射單元安裝在所述激光照射單元。
16.根據權利要求15所述的方法，還包括在所述工件上所述流體的噴射范圍之外設置激光照射點。
17.根據權利要求15所述的方法，還包括采用反射鏡改變所述激光束的照射方向。
18.根據權利要求15所述的方法，還包括在機器人臂安裝所述激光照射單元。
19.根據權利要求15所述的方法，還包括移動所述至少一個流體噴射單元，以沿與所述工件上的激光照射點的移動方向相反的方向噴射所述流體。
20.根據權利要求15所述的方法，還包括將所述至少一個流體噴射單元移動到其不與所述工件和所述工件的外圍結構干涉的位置。
21.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述至少一個流體噴射單元包括各自具有不同的流體噴射方向的第一流體噴射單元和第二流體噴射單元，所述方法還包括將流路切換至允許所述流體從所述第一或所述第二流體單元噴出，從而所述流路與所述工件上的激光照射點的移動方向相反。
22.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述至少一個流體噴射單元包括各自具有不同的流體噴射方向的第一流體噴射單元和第二流體噴射單元，所述方法還包括通過同時從所述第一和所述第二流體噴射單元噴射所述流體產生旋渦。
23.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述激光照射單元包括激光射出口和安裝在所述激光射出口的透鏡玻璃保護罩，所述方法還包括沿著所述透鏡玻璃保護罩噴射所述流體和沿橫穿所述激光束的方向偏轉所述流體。
24.根據權利要求23所述的方法，還包括設定第一流體噴嘴的第一壓力，其中，所述第一流體噴嘴與所述透鏡玻璃保護罩相距第一距離；和設定第二流體噴嘴的第二壓力，其中，所述第二流體噴嘴與所述透鏡玻璃保護罩相距第二距離；其中，所述第一壓力高于所述第二壓力，所述第一距離小于所述第二距離。
全文摘要
減小焊接產生的煙的影響的激光焊接設備及方法。空氣噴嘴安裝在激光加工頭。將來自空氣噴嘴的空氣的噴射方向設定成使空氣橫穿從激光加工頭照射的激光束流動，同時氣流避免與工件上的激光照射點直接接觸。
文檔編號B23K26/04GK101032786SQ20071008673
公開日2007年9月12日 申請日期2007年3月8日 優(yōu)先權日2006年3月9日
發(fā)明者坂本剛, 岡田和也, 森川靖, 長谷川隆久 申請人:日產自動車株式會社