激光射線焊接頭制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于焊接金屬件的激光射線焊接頭，具有至少一個(gè)用于焊接射線的射束路徑和用于在第一測(cè)量位置處光學(xué)采集焊縫位置的裝置，其中用于光學(xué)采集焊縫位置的裝置使得第一測(cè)量位置在焊接方向上位于焊接射線的焊接位置的前方，并且至少根據(jù)焊縫相對(duì)于參考位置的橫向偏移產(chǎn)生一個(gè)用于校正焊接射線的焊接位置的校正信號(hào)，本發(fā)明專利技術(shù)還涉及激光射線焊接頭的相應(yīng)用途。此外本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于焊接金屬件的方法，其中焊縫的位置通過應(yīng)用光學(xué)采集裝置在焊接射線的焊接位置前方的第一測(cè)量位置處被確定，并且根據(jù)焊縫位置相對(duì)于參考位置的偏移產(chǎn)生一個(gè)校正信號(hào)。提供用于焊接金屬件的激光射線焊接頭和方法從而實(shí)現(xiàn)很高的定位精度并同時(shí)具有高的焊接速度的技術(shù)問題如此解決：第一測(cè)量位置（９）在焊接射線（２）的焊接位置（８）前方的距離被選擇為使得所產(chǎn)生的校正信號(hào)直接地、特別是無需進(jìn)行行程計(jì)算就可應(yīng)用于控制校正焊接射線（２）的焊接位置（８）的裝置（７）。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】激光射線焊接頭本專利技術(shù)涉及用于焊接金屬件的激光射線焊接頭，它具有至少一個(gè) 用于一束焊接射線的射束路徑和用于在第一測(cè)量位置處光學(xué)采集焊縫 位置的裝置，其中用于光學(xué)采集焊縫位置的裝置使得在焊接方向上第 一測(cè)量位置的位置可以位于焊接射線的焊接位置的前方，并且至少根 據(jù)焊縫相對(duì)于一個(gè)參考位置的橫向偏移而產(chǎn)生一個(gè)用于校正焊接射線 的焊接位置的校正信號(hào)，本專利技術(shù)還涉及這種激光射線焊接頭的相應(yīng)用 途。此外本專利技術(shù)還涉及用于射線焊接金屬件的方法，其中通過在焊接 射線的焊接位置前方的第一測(cè)量位置處使用光學(xué)采集裝置確定焊縫位 置，并且根據(jù)焊縫相對(duì)于參考位置的偏移產(chǎn)生一個(gè)校正信號(hào)。當(dāng)應(yīng)用一束焊接射線進(jìn)行金屬構(gòu)件焊接時(shí)通常應(yīng)用自動(dòng)移動(dòng)設(shè) 備，這些設(shè)備保證了在要被焊接的構(gòu)件與焊接射線之間適當(dāng)?shù)南鄬?duì)運(yùn) 動(dòng)，以產(chǎn)生所要的焊縫。為了在深度焊接模式下焊接時(shí)產(chǎn)生為形成一個(gè)"栓孔(key hole )"所需要的能量密度，焊接射線通常被強(qiáng)烈聚焦， 從而自動(dòng)移動(dòng)設(shè)備必須有一個(gè)非常高的定位精度，以保證恒定的焊縫 質(zhì)量。通常要求在垂直于焊縫前進(jìn)方向上的焊接射線的定位精度小于 ±0.15毫米，這里焊縫被設(shè)計(jì)成對(duì)接焊縫或角焊縫。CNC控制的笛卡 爾托架系統(tǒng)能滿足這種定位精度要求，但是需要高的投資費(fèi)用。多軸 機(jī)器人原則上比笛卡爾托架系統(tǒng)在成本上要低廉，但由于由其驅(qū)動(dòng)裝 置的重定向和驅(qū)動(dòng)裝置的非剛性所導(dǎo)致的固有振動(dòng)使得在確定的軸位 置上具有±0.15亳米的最小定位再現(xiàn)精度。因此在焊縫的動(dòng)態(tài)定位情況 下所要求的精度對(duì)于多軸機(jī)器人而言是達(dá)不到的?，F(xiàn)有技術(shù)已知了具有用于識(shí)別焊縫位置和用于校正激光焊接頭 的附加裝置的激光射線焊接頭。德國(guó)專利申請(qǐng)DE10335501Al公開了 在一個(gè)位于焊接射線位置前方的行程窗口中求出激光焊接射線頭的實(shí)際路徑，將其與事先存儲(chǔ)的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并對(duì)此過程進(jìn)行相應(yīng) 的焊接射線位置校正的原理。這種激光射線焊接頭的問題在于，由于 復(fù)雜的行程計(jì)算，高的焊接速度將導(dǎo)致路徑偏差。國(guó)際專利申請(qǐng)WO2005/095043A1公開了 一種具有用于確定焊縫 位置的參考位置的裝置的激光射線焊接頭，它們通過三角測(cè)量法求出 接近實(shí)際焊接位置("栓孔")的焊縫的參考位置的形狀，并且相對(duì) 于規(guī)定的焊縫參考位置對(duì)激光焊接頭連續(xù)定位。由于為了確定焊縫參 考位置要考慮在焊接位置與測(cè)量位置之間的行程，在這種激光射線焊 接頭的情況下用于計(jì)算激光焊接射線頭校正信號(hào)的開銷也相當(dāng)高，因 而只有在不是很高的焊接速度下，特別是在處理路徑半徑的情況下才 能達(dá)到合適的精度。因此本專利技術(shù)的目的在于給出一種用于射線焊接金屬件的通用類 型的激光射線焊接頭和方法，用它可以實(shí)現(xiàn)很高的動(dòng)態(tài)定位精度，同 時(shí)有很高的焊接速度。此外本專利技術(shù)建議了這種激光射線焊接頭的具有 優(yōu)點(diǎn)的用途。上述任務(wù)按照本專利技術(shù)的第一項(xiàng)建議由一種通用類型的激光射線 焊接頭如此完成第一測(cè)量位置在焊接射線前方的距離被選擇為使得 所產(chǎn)生的校正信號(hào)可以直接地、特別是無需行程計(jì)算就可用于控制用 于校正焊接射線的焊接位置的裝置。現(xiàn)已出乎意料地表明在第一測(cè)量位置與焊接射線的焊接位置或 焊接射線的"栓孔，，位置間的距離足夠小的情況下可以不考慮測(cè)量位 置和焊接射線的位置之間的行程。這樣實(shí)現(xiàn)對(duì)于例如由于裝卸系統(tǒng)或 多軸機(jī)器人的定位精度或固有振動(dòng)所導(dǎo)致的焊接位置偏移的特別高速 度的焊接射線位置校正。系統(tǒng)的、由小行程導(dǎo)致的小的剩余偏移誤差 出乎意料地并不會(huì)使焊縫超出位置容差。由于校正信號(hào)的導(dǎo)出在由用 于光學(xué)采集焊縫位置的裝置確定相對(duì)于參考位置的偏移之后立即進(jìn) 行，即使在小的焊接半徑，例如小于60毫米的焊接半徑情況下，也可 以達(dá)到在10米/分鐘范圍內(nèi)的特別高的焊接速度。即使在很高的焊接200780008623. 1說明書第3/10頁速度下也能保持士0.15亳米的所要求的焊接射線定位精度。優(yōu)選的是，第一測(cè)量位置至焊接射線的焊接位置的距離最大為3 毫米，最好最大為2毫米。按照現(xiàn)有技術(shù)，焊縫位置的光學(xué)采集在距 焊接射線的焊接位置的更大距離處進(jìn)行，從而總是必須考慮行程。通 過如本專利技術(shù)所迷的第一測(cè)量位置至焊接射線的焊接位置的距離，根據(jù) 本專利技術(shù)系統(tǒng)誤差可以減小到使得它不再會(huì)超出位置容差的程度。為了改變焊接位置的動(dòng)態(tài)性能，本專利技術(shù)所述的激光射線焊接頭的 另一個(gè)實(shí)施方式可以如此優(yōu)化在焊接射線的射束路徑中設(shè)置了至少 一個(gè)調(diào)節(jié)元件，用于改變焊線射線位置，此元件可以由校正信號(hào)控制。 與現(xiàn)有技術(shù)已知的方法中激光射線焊接頭連續(xù)地根據(jù)校正信號(hào)移動(dòng)或 被控制不同，在焊接射線的射束路徑中的調(diào)節(jié)元件避免了大尺度運(yùn)動(dòng) 的焊接射線位置校正，因?yàn)橹挥姓{(diào)節(jié)元件需要改變其位置。這樣校正 的速度可再次顯著提高，并且裝卸裝置的固有振動(dòng)可得到校正。特別簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)元件可以如此提供作為調(diào)節(jié)元件設(shè)置至少一個(gè) 可傾斜的鏡面，最好是二色分光鏡。可傾斜鏡面可以作為調(diào)節(jié)元件相 對(duì)于整個(gè)激光射線焊接頭幾乎無慣性地運(yùn)動(dòng)或者被傾斜，以按照無行 程計(jì)算的校正信號(hào)校正焊接射線位置。二色分光鏡具有以下優(yōu)點(diǎn)在 一個(gè)特定值以下或以上的波長(zhǎng)被它很好地反射，并且在相應(yīng)其它波長(zhǎng) 范圍內(nèi)它幾乎是透明的。激光焊接頭中焊接射線的射束路徑也可被用 作光學(xué)采集焊縫位置的射束路徑。為此二色分光鏡被選為使得它例如 對(duì)于焊接射線激光器的波長(zhǎng)是高度反射的，并且將其反射回焊接位置 或從焊接位置反射到輸入耦合端或焊接射線源。其它波長(zhǎng)通過此二色 分光鏡，并可被用來觀測(cè)焊縫的位置。通過利用激光焊接射線的射束 路徑同時(shí)可保持本專利技術(shù)所述激光焊接頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。按照本專利技術(shù)所述激光射線焊接頭的另一優(yōu)化實(shí)施方式，如此實(shí)現(xiàn) 在確定焊縫位置時(shí)過程可靠性的優(yōu)化作為用于光學(xué)位置采集的裝置， 設(shè)置了第一圖像處理裝置，特別是第一CMOS攝像機(jī)，并且設(shè)置了用 于在第一測(cè)量位置處投射一個(gè)垂直于焊縫走向的激光行的第一行投影 儀，其中在第 一圖像處理裝置的射束路徑中設(shè)置了與激光行波長(zhǎng)相適配的濾波元件。被垂直于焊縫投影到要被焊接的金屬件上的激光行顯 然具有不同于焊接射線的波長(zhǎng)。優(yōu)選的是，適配于激光行的濾波元件 有特別陡峭的濾波邊沿，以盡可能抑制由于第 一 圖像處理裝置中除激 光行波長(zhǎng)之外其它波長(zhǎng)的入射產(chǎn)生的所有錯(cuò)誤信號(hào)。優(yōu)選使用的CMOS攝像機(jī)的特征是行選的特別短的反應(yīng)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)迅 速的圖像處理和分析。也可應(yīng)用其它的圖像處理裝置，如果它能實(shí)現(xiàn) 所需要的分析速度的話。特別具有優(yōu)點(diǎn)的是設(shè)置具有近紅外區(qū)波長(zhǎng)的激光源，最好是具有 805nm波長(zhǎng)的激光源被用作第一行投影儀的光源，其中在圖像處理裝 置的射束路徑中的光學(xué)濾波元件在805nm處具有最大透射率。例如可 考慮用激光二極管作為行投影儀，其激光射線例如通過一個(gè)柱面透鏡 進(jìn)入一個(gè)激光行中。此濾波元件最好可被設(shè)計(jì)成有特別陡峭的濾波邊 沿。例如它僅對(duì)805士5nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)是透射的。在近紅外區(qū)焊接射 線發(fā)出的射線強(qiáng)度以及焊縫的熱輻射強(qiáng)度都相當(dāng)小，從而由于焊接過 程本身以金屬蒸汽發(fā)光形式的射線耦入或焊縫產(chǎn)生的干擾在應(yīng)用相應(yīng) 濾波元件和激光源時(shí)可以很好地被抑制。這樣盡管第一測(cè)量位置與焊 接射線的焊接位置之間的距離很小，由第一圖像處理裝置可以保證在 確定焊縫位置偏移時(shí)的過程可靠性。如果激光行可以相對(duì)于第 一 圖像處理裝置的觀測(cè)軸以 一個(gè)預(yù)定 的角度被本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于焊接金屬件的激光射線焊接頭（１），具有至少一個(gè)用于焊接射線（２）的射束路徑和用于在第一測(cè)量位置（９）處光學(xué)采集焊縫位置的裝置，其中用于光學(xué)采集焊縫位置的裝置使得第一測(cè)量位置（９）至少在焊接方向（６）上位于焊接射線（２）的焊接位置（８）前面，并且至少根據(jù)焊縫相對(duì)于參考位置的橫向偏移產(chǎn)生一個(gè)用于校正焊接射線（２）的焊接位置（８）的校正信號(hào)，其特征在于，第一測(cè)量位置（９）在焊接射線（２）的焊接位置（８）前方的距離被選擇為使得所產(chǎn)生的校正信號(hào)直接地、特別是無需進(jìn)行行程計(jì)算就可應(yīng)用于控制校正焊接射線（２）的焊接位置（８）的裝置（７）。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：F拜赫爾，E布盧門薩特，C多恩施奈特，M科赫，J普勒哈，S維施曼，L奧特，A舍費(fèi)爾，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蒂森克虜伯鋼鐵股份公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：DE[德國(guó)]