雷射射線焊接頭的製作方法

2023-05-13 11:51:01

專利名稱：雷射射線焊接頭的製作方法
雷射射線焊接頭本發明涉及用於焊接金屬件的雷射射線焊接頭，它具有至少一個 用於一束焊接射線的射束路徑和用於在第一測量位置處光學採集焊縫 位置的裝置，其中用於光學採集焊縫位置的裝置使得在焊接方向上第 一測量位置的位置可以位於焊接射線的焊接位置的前方，並且至少根 據焊縫相對於一個參考位置的橫向偏移而產生一個用於校正焊接射線 的焊接位置的校正信號，本發明還涉及這種雷射射線焊接頭的相應用 途。此外本發明還涉及用於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量位置處使用光學採集裝置確定焊縫位 置，並且根據焊縫相對於參考位置的偏移產生一個校正信號。當應用一束焊接射線進行金屬構件焊接時通常應用自動移動設 備，這些設備保證了在要被焊接的構件與焊接射線之間適當的相對運 動，以產生所要的焊縫。為了在深度焊接模式下焊接時產生為形成一個"栓孔(key hole )"所需要的能量密度，焊接射線通常被強烈聚焦， 從而自動行動裝置必須有一個非常高的定位精度，以保證恆定的焊縫 質量。通常要求在垂直於焊縫前進方向上的焊接射線的定位精度小於 ±0.15毫米，這裡焊縫被設計成對接焊縫或角焊縫。CNC控制的笛卡 爾託架系統能滿足這種定位精度要求，但是需要高的投資費用。多軸 機器人原則上比笛卡爾託架系統在成本上要低廉，但由於由其驅動裝 置的重定向和驅動裝置的非剛性所導致的固有振動使得在確定的軸位 置上具有±0.15亳米的最小定位再現精度。因此在焊縫的動態定位情況 下所要求的精度對於多軸機器人而言是達不到的。現有技術已知了具有用於識別焊縫位置和用於校正雷射焊接頭 的附加裝置的雷射射線焊接頭。德國專利申請DE10335501Al公開了 在一個位於焊接射線位置前方的行程窗口中求出雷射焊接射線頭的實
際路徑，將其與事先存儲的參考數據進行比較，並對此過程進行相應 的焊接射線位置校正的原理。這種雷射射線焊接頭的問題在於，由於 複雜的行程計算，高的焊接速度將導致路徑偏差。國際專利申請WO2005/095043A1公開了 一種具有用於確定焊縫 位置的參考位置的裝置的雷射射線焊接頭，它們通過三角測量法求出 接近實際焊接位置("栓孔")的焊縫的參考位置的形狀，並且相對 於規定的焊縫參考位置對雷射焊接頭連續定位。由於為了確定焊縫參 考位置要考慮在焊接位置與測量位置之間的行程，在這種雷射射線焊 接頭的情況下用於計算雷射焊接射線頭校正信號的開銷也相當高，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 能達到合適的精度。因此本發明的目的在於給出一種用於射線焊接金屬件的通用類 型的雷射射線焊接頭和方法，用它可以實現很高的動態定位精度，同 時有很高的焊接速度。此外本發明建議了這種雷射射線焊接頭的具有 優點的用途。上述任務按照本發明的第一項建議由一種通用類型的雷射射線 焊接頭如此完成第一測量位置在焊接射線前方的距離被選擇為使得 所產生的校正信號可以直接地、特別是無需行程計算就可用於控制用 於校正焊接射線的焊接位置的裝置。現已出乎意料地表明在第一測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量位 置和焊接射線的位置之間的行程。這樣實現對於例如由於裝卸系統或 多軸機器人的定位精度或固有振動所導致的焊接位置偏移的特別高速 度的焊接射線位置校正。系統的、由小行程導致的小的剩餘偏移誤差 出乎意料地並不會使焊縫超出位置容差。由於校正信號的導出在由用 於光學採集焊縫位置的裝置確定相對於參考位置的偏移之後立即進 行，即使在小的焊接半徑，例如小於60毫米的焊接半徑情況下，也可 以達到在10米/分鐘範圍內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。優選的是，第一測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。按照現有技術，焊縫位置的光學採集在距 焊接射線的焊接位置的更大距離處進行，從而總是必須考慮行程。通 過如本發明所迷的第一測量位置至焊接射線的焊接位置的距離，根據 本發明系統誤差可以減小到使得它不再會超出位置容差的程度。為了改變焊接位置的動態性能，本發明所述的雷射射線焊接頭的 另一個實施方式可以如此優化在焊接射線的射束路徑中設置了至少 一個調節元件，用於改變焊線射線位置，此元件可以由校正信號控制。 與現有技術已知的方法中雷射射線焊接頭連續地根據校正信號移動或 被控制不同，在焊接射線的射束路徑中的調節元件避免了大尺度運動 的焊接射線位置校正，因為只有調節元件需要改變其位置。這樣校正 的速度可再次顯著提高，並且裝卸裝置的固有振動可得到校正。特別簡單的調節元件可以如此提供作為調節元件設置至少一個 可傾斜的鏡面，最好是二色分光鏡。可傾斜鏡面可以作為調節元件相 對於整個雷射射線焊接頭幾乎無慣性地運動或者被傾斜，以按照無行 程計算的校正信號校正焊接射線位置。二色分光鏡具有以下優點在 一個特定值以下或以上的波長被它很好地反射，並且在相應其它波長 範圍內它幾乎是透明的。雷射焊接頭中焊接射線的射束路徑也可被用 作光學採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 對於焊接射線雷射器的波長是高度反射的，並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。其它波長通過此二色 分光鏡，並可被用來觀測焊縫的位置。通過利用雷射焊接射線的射束 路徑同時可保持本發明所述雷射焊接頭的結構簡單。按照本發明所述雷射射線焊接頭的另一優化實施方式，如此實現 在確定焊縫位置時過程可靠性的優化作為用於光學位置採集的裝置， 設置了第一圖像處理裝置，特別是第一CMOS攝像機，並且設置了用 於在第一測量位置處投射一個垂直於焊縫走向的雷射行的第一行投影 儀，其中在第 一圖像處理裝置的射束路徑中設置了與雷射行波長相適
配的濾波元件。被垂直於焊縫投影到要被焊接的金屬件上的雷射行顯 然具有不同於焊接射線的波長。優選的是，適配於雷射行的濾波元件 有特別陡峭的濾波邊沿，以儘可能抑制由於第 一 圖像處理裝置中除激 光行波長之外其它波長的入射產生的所有錯誤信號。優選使用的CMOS攝像機的特徵是行選的特別短的反應時間，從而實現了相應迅 速的圖像處理和分析。也可應用其它的圖像處理裝置，如果它能實現 所需要的分析速度的話。特別具有優點的是設置具有近紅外區波長的雷射源，最好是具有 805nm波長的雷射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濾波元件在805nm處具有最大透射率。例如可 考慮用雷射二極體作為行投影儀，其雷射射線例如通過一個柱面透鏡 進入一個雷射行中。此濾波元件最好可被設計成有特別陡峭的濾波邊 沿。例如它僅對805士5nm範圍內的波長是透射的。在近紅外區焊接射 線發出的射線強度以及焊縫的熱輻射強度都相當小，從而由於焊接過 程本身以金屬蒸汽發光形式的射線耦入或焊縫產生的幹擾在應用相應 濾波元件和雷射源時可以很好地被抑制。這樣儘管第一測量位置與焊 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的過程可靠性。如果雷射行可以相對於第 一 圖像處理裝置的觀測軸以 一個預定 的角度被投影到測量位置上，則可以有利地使用光截面原理，以便除 了橫向偏移外還得到關於焊縫參考位置的垂直偏移的信息。所得到的 焊縫外形數據因而不僅用於雷射射線焊接頭的焊接位置的橫向校正， 而且也用於垂直方向上焊接位置的校正。例如為了焊接位置的垂直校 正，如焊接射線的聚焦，還可以在焊接射線的射束路徑中提供附加的 調節元件。根據本發明的雷射射線焊接頭的另一優化實施方式，在第一圖像 處理裝置的射束路徑中提供了其它的光學元件，特別是光路摺疊鏡， 從而使本發明所述雷射射線焊接頭的結構可設計得特別緊湊。採用其它用於光學採集在焊接方向上跟在焊接射線的焊接位置 後面的第二測量位置的裝置，可以同時進行對焊縫質量的補充檢測。根據本發明的雷射射線焊接頭的另一優化實施方式，光截面原理 可以被用來確定所產生的焊縫的幾何形狀，其中為了光學採集第二測 量位置，設置了用於在第二測量位置處垂直於焊縫投影第二雷射行的第二行投影儀和第二圖像處理裝置，特別是第二CMOS攝像機，它用 於觀測第二測量位置，並且第二行投影儀的雷射行相對於圖像處理裝 置的觀測軸以一個預定角度被投影到測量位置上，並且可選地在第二 圖像處理裝置的射束路徑中設置了適配於第二雷射行的濾波元件。但是，如果設置了以相同的波長、最好是以805nm的波長發出 雷射行的第 一和第二行投影儀，則可以不用第二濾波元件和用於第二 圖像處理裝置的附加射束路徑。在此情況下兩個圖像處理裝置可以利 用相同的射束路徑和相同的濾波元件。如果例如第 一和第二測量位置 在該射束路徑的一個圖像平面中的二個不同地點處形成，則這些圖像 處理裝置可以通過在射束路徑中該圖像平面的相鄰排列僅分開地拾取 來自不同測量位置的測量信號。然而也可以只提供一個圖像處理裝置， 其配置給各測量位置的各測量範圍可以分別被讀取或分析。最好在雷射射線焊接中設置光纖輸入口用於焊接射線的耦入，從 而在雷射射線焊接頭自身上沒有雷射源，此焊接頭可以更簡單地被設 計。然而也可以在雷射射線焊接頭上安裝雷射源，例如二極體雷射器， 並且不需要焊接射線的光纖輸入口 。按照本發明的第二項建議，前面所述任務通過應用#4&本發明的 雷射射線焊接頭和一個用於焊接金屬件、特別是用於焊接"工程毛坯" 的裝卸系統、特別是摺疊臂多軸機器人來完成。 一方面通過應用本發 明所述雷射射線焊接頭明顯提高了要被焊接的金屬件焊縫的動態定位 精度，另一方面通過此應用使得應用價格低廉的摺疊臂多軸機器人成 為可能。這在"工程毛坯"的焊接中是特別有利的。"工程毛坯"是 金屬構件，它們通過焊接與其它金屬件或金屬板一起形成負載兼容的 半成品，其中焊縫的嚴格定位對於"工程毛坯，，的承載能力有決定性 影響。儘管焊接半徑局部地小於60毫米，並且要求焊縫定位精度為 ±0.15毫米，按照本發明應用雷射射線焊接頭可以以高質量完成"工程 毛坯，，的高效且廉價的生產。按照本發明的第三項建議，前面所述任務由一種用於金屬件射線 焊接的通用方法如此完成第一測量位置距離焊接射線的位置很近， 並且校正信號直接地、特別是無需行程計算就被用於控制校正焊接射 線位置的裝置。如上所述，由於第一測量位置與焊接射線的焊接位置 之間距離小，出人意料地使得第 一測量位置至焊接射線位置的行程在 校正計算中可以不考慮。結果是獲得了焊縫相對於一個參考位置的偏 離的特別簡單且迅速的計算。通過幾乎是瞬時的("近似實時，，)焊 縫位置考察，裝卸系統的固有振動和雷射射線焊接頭定位的不精確性 在超過10米/分鐘的高焊接速度下也能被校正。具有優點的是，第一測量位置與焊接射線位置的距離最大為3毫 米，最好最大為2毫米。焊接射線的位置決定了在焊接金屬件時通常 形成的"栓孔，，的滲透地點。最大3毫米、最好最大為2毫米的行程 出人意料地可以忽略不考慮行程所產生的系統誤差，並且快速的、直 接的、特別是無需行程計算的焊接射線的焊接位置校正可以被用來保 證±0.15亳米的焊縫精度。為了能儘可能迅速地校正焊接射線相對於焊縫的位置，按照本發 明所述方法的另一實施例，在雷射射線焊接頭的焊接射線的射束路徑 中的至少一個調節元件至少使用校正信號來控制。這樣，在改變焊接 射線位置時引起附加不精確性的運動慣性可以被最小化。按照本發明所述方法的一個特別簡單的實施例，作為調節元件的 可傾斜的鏡面、特別是一個二色分光鏡被控制。如前所述，二色分光 鏡一方面對於某些波長，例如在焊接射線的波長範圍內完成鏡面的功 能。另 一方面此二色分光鏡對於例如被用於確定焊縫位置的波長是基 本上透射的。通過二色分光鏡的傾斜運動，焊接射線可以最好垂直於 焊縫地引導到所希望的位置，而不改變光學採集的射束路徑。同時二 色分光濾波器可以用來分開在焊接射線的射束路徑中的過程光和在第 一觀測裝置中的過程光。然而也可以通過一個或多個其它的調節元件
或鏡面直接根據校正信號垂直於焊縫移動雷射射線的焦點。按照本發明所述方法的另一個具有優點的實施方式可以獲得特別高的過程可靠性第一個行投影儀在第一測量位置處投影一個雷射 行，並且第一個圖像處理裝置，特別是第一CMOS攝像機，光學分析 第一測量位置，其中一個設置在圖像處理裝置的射束路徑中且適配於 雷射行的濾波元件對來自第一測量位置的光學信號進行濾波。通過激 光行與附加濾波元件的結合，來自測量位置的光學信號可以很好地適 配於一個極窄的波長範圍，即雷射行的波長範圍。這樣使得第一圖像 處理裝置的測量信號具有特別好的信噪比。具有優點的是，第 一雷射行相對於第 一 圖像處理裝置的觀測軸以 一個角度投影到第一測量位置上並且第一測量位置的分析由圖像處理 裝置按光截面原理完成。也就是說雷射行不是同軸地投影到第一測量 位置上。如前所述，通過光截面原理並藉助於三角測量法，除了橫向 偏移外，按照一個外形測量同時可確定縱向方向上焊縫位置相對於參 考位置的偏移，從而焊接射線的焊接位置也能適配於垂直於焊縫方向 上的偏移。此外由此外形圖可以通過特別簡單的方式和方法通過圖4象 處理方法確定確切的焊縫位置並從而簡單地計算出相對於參考位置的 偏移。總體上所需的小的計算開銷進一步提高了校正速度。如果行投影儀以近紅外區的波長、特別是以805納米的波長發出 雷射行，確定焊縫位置的過程可靠性可進一步提高，因為在此波長範 圍內藉助於一個邊緣濾波器既不產生焊接射線本身、也不產生由垾縫 發出的熱輻射或金屬蒸汽發光所導致的強幹擾信號。這在焊接射線焊 接位置與第一測量位置之間距離很小的情況下是特別具有優點的。最終焊縫的質量檢驗可如此進行在焊接方向上焊接射線的焊接 位置後方的一個第二測量位置處進行已產生的焊縫的光學採集。為了光學釆集已產生的焊縫，最好是一個第二行投影儀在第二測 量位置上垂直於焊縫投影一個雷射行，其中雷射行相對於第二圖像處 理裝置的、特別是第二 CMOS攝像機的觀測軸以一個角度在第二測量 位置處淨皮投影，而且應用光截面原理來分析在第二測量位置上的測量
結果。本發明所述方法不僅實現了一個特別快速和精確的焊縫位置校 正及焊縫質量檢驗，而且使得可以實現雷射射線焊接頭的緊湊結構， 特別是在釆用與第一測量位置處相同波長的雷射行進行第二測量位置 處的測量時。存在多種構造和設計用於焊接金屬件的本發明所述雷射射線焊接頭和本發明所述方法。跟在權利要求1和14後面的權利要求給出了 這些構造和設計。下面藉助附圖所示本發明的雷射射線焊接頭的一個 實施例說明本發明。附圖中圖l簡要示出根據本發明的雷射射線焊接頭的一個示例性實施例 的射束路徑截面圖；以及圖2示出

圖1的示例性實施例測得的系統殘留偏差與第一測量位 置相對於焊接位置的距離的關係。圖1中首先示出根據本發明的雷射射線焊接頭1的一個實施例的 焊接射線射束路徑2。焊接射線2最好通過一個光纖輸入口 3耦入到 雷射射線焊接頭中。焊接射線2被光學元件4聚焦到要被焊接的金屬 件5上。在大多數情況下聚焦的目的是通過所形成的雷射等離子體生 成一個圖中未示出的"栓孔，，，生成焊縫並從而指示焊接射線2的焊 接位置。待焊接的金屬件5以箭頭6所示方向相對於雷射射線焊接頭 1移動。在所示根據本發明的雷射射線焊接頭1的實施例中，在焊接 射線2的射束路徑中設置一個二色分光鏡7，它作為調節元件可以進 行傾斜移動。二色分光鏡7的傾斜軸例如可以平行於圖面，使得通過 二色分光鏡7的控制可以垂直於圖面、即垂直於焊接方向6改變焊接 射線的焊接位置8。在焊接方向6向前設置第一測量位置9，在其上一 個行投影儀IO相對於垂直於焊縫的圖像處理裝置12的觀測軸以一個 角度投射一個雷射行11。利用觀測裝置12,它例如可以由一個CMOS 攝像機實現，可以按照光截面原理在焊接前觀測焊縫的外形，因為二 色分光鏡7對於行投影儀所發出的雷射行的波長是透射的。對應於所
示的射束路徑13，投射在焊縫上的雷射行11的圖像由圖像處理裝置 12測量。由於不僅有二色分光鏡7，而且在圖像處理裝置12的射束路 徑中還設置了濾波元件14，所有由焊線射線2本身、由金屬濺射、焊 縫的熱輻射或"栓孔"上的金屬蒸氣發光都被抑制，僅有雷射行和從 而所測焊縫外形被光學分析。由雷射行照射的焊接噴濺(160單位/秒) 導致約2%的測量點誤差，這些噴濺作為外部幹擾可以通過一個算法、 例如通過"是/否"查詢而被"計算出來"。通過應用三角測量法可以按照光截面原理精確且高速地確定第 一測量位置9處焊縫的位置。由所測得的實際焊縫位置相對於一個參 考位置的偏移按照本發明直接地、特別是不考慮測量位置9至焊接位 置8的行程情況下發出一個校正信號到可傾斜鏡面7用於校正。焊接 射線2的焊接位置8的校正通過鏡面位置的相應改變進行。可傾斜鏡 面7的動態性能被設計為使得在存留的行程時間內焊縫射線2的位置 可被校正。為了使本發明所述雷射射線焊接頭1的結構緊湊，可以設置附加 的鏡面15。由於多種應用的可能性，例如角縫的焊接，雷射射線焊接 頭1的尺寸也是有實際意義的。為了監測所產生的焊縫，在所示實施例中還設置了另 一個行投影 儀16，它也相對於圖像處理裝置12的觀測軸以一個角度垂直於焊縫 方向6在第二測量位置18處投射一個雷射行17到焊縫上。由於第一 和第二測量位置可以在射束路徑中很容易地相互分開，最好在圖像處 理裝置12中對每個測量位置設置一個CMOS攝像機或其它的平面光 學傳感器以進行光學分析，為了簡化起見在圖1中未示出。通過對每個測量位置9， 18應用兩個不同的CMOS攝像機可以 應用具有較少像素數的小型CMOS攝像機，它們可相互獨立地讀取。 在相同的測量精度情況下，焊縫位置校正的動態特性由於用於確定焊 縫相對於參考值偏移的CMOS攝像機有較少的測量時間或讀取時間 而得以提高。然而也可以想像，把一個單個的CMOS攝像機劃分為兩 個不同區段，它們被分別分析。
由於根據本發明不進行為校正焊縫位置8的第一測量位置9的行 程計算，可以獲得特別高的動態焊縫跟蹤，同時可達到大於10米/分 鐘的焊接速度。基於快速校正，本發明所述雷射射線焊接頭1能夠補 償多軸機器人的固有振動和定位不精確性。由於本發明所述雷射射線焊接頭1具有小的計算開銷，它也可以 配置附加的、功能更強大的行程測量裝置用於採集焊縫位置(它在圖 l中未示出)，以使焊接位置8的兩級位置確定成為可能。特別是當焊縫半徑小於60毫米時本發明所述雷射射線焊接頭1 的高焊縫跟蹤精度特別有利。基於用於焊縫跟蹤的可靠的測量方法和 快速校正，通過採用多軸機器人l可以採用本發明的雷射射線焊接頭 1來焊接這種小半徑焊縫。圖2示出忽略和第一測量位置與實際焊接位置的距離有關的行程 所產生的系統殘留偏差的確定。為了測量圖2所示殘留偏差，例如採用了一個行投影儀IO，它發 出具有805納米波長的雷射行11，行尺寸為6x0.05亳米。所安裝的 光學圖像處理裝置12、即CMOS攝像機的解析度在z方向和x方向 為20微米。此外在圖像處理裝置的射束路徑中應用了 一個具有陡峭濾 波邊沿的濾波元件14，它在805土5納米的波長下具有一個透射窗口。在2亳米的行程下，即測量位置9與焊接位置8的距離為2亳米 時，殘留偏差僅為0.035毫米，從而大大低於所要求的精度極值。在 0.25毫米的行程時殘留偏差接近解析度極限，從而它不再能被記錄到。 圖2所示有關殘留偏差的結果，即忽略行程時的系統誤差是在60毫米 半徑的焊縫以超過10米/分鐘的焊接速度前進時測得的。由圖可見， 在焊縫以接近直線行進時應用本發明所述方法或應用本發明所迷焊接 頭所達到的精度可以明顯提高。
權利要求
1. 一種用於焊接金屬件的雷射射線焊接頭(1)，具有至少一個用於焊接射線(2)的射束路徑和用於在第一測量位置(9)處光學採集焊縫位置的裝置，其中用於光學採集焊縫位置的裝置使得第一測量位置(9)至少在焊接方向(6)上位於焊接射線(2)的焊接位置(8)前面，並且至少根據焊縫相對於參考位置的橫向偏移產生一個用於校正焊接射線(2)的焊接位置(8)的校正信號，其特徵在於，第一測量位置(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生的校正信號直接地、特別是無需進行行程計算就可應用於控制校正焊接射線(2)的焊接位置(8)的裝置(7)。
2. 如權利要求1所述的雷射射線焊接頭，其特徵在於，第一測 量位置(9)相對於焊接射線(2)的焊接位置(8)的距離最大為3 毫米，最好最大為2毫米。
3. 如權利要求1或2所述的雷射射線焊接頭，其特徵在於，在 焊接射線(2)的射束路徑中設置有至少一個調節元件(7),用於改 變焊接射線位置，該調節元件可由校正信號控制。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的雷射射線焊接頭，其特徵 在於，設置至少一個可傾斜的鏡面(7)、最好是二色分光鏡作為調節 元件。
5. 如權利要求1至4中任一項所述的雷射射線焊接頭，其特徵 在於，設置第一圖像處理裝置(12)、特別是第一CMOS攝像機作為 用於光學採集位置的裝置，並且設置第一行投影儀(10),用於在第 一測量位置(9)處投影一個垂直於焊縫前進的雷射行(11)，其中在 第一圖像處理裝置的射束路徑(13)中設置適配於雷射行波長的濾波 元件(14)。
6. 如權利要求1至5中任一項所述的雷射射線焊接頭，其特徵 在於，設置具有在近紅外區的波長、最好是具有805納米波長的雷射 源作為用於第一行投影儀(10)的光源，並且在第一圖像處理裝置(12)的射束路徑(13)中的光學濾波元件(14)對805納米的波長有最大 的透射率。
7. 如權利要求1至6中任一項所述的雷射射線焊接頭，其特徵 在於，雷射行(11)可相對於第一圖像處理裝置(12)的觀測軸(19) 以一個預定的角度被投射到第一測量位置(9)上。
8. 如權利要求1至7中任一項所述的雷射射線焊接頭，其特徵 在於，在第一圖像處理裝置(12)的射束路徑(13)中設置其它光學 元件，特別是光路摺疊鏡(15)。
9. 如權利要求1至8中任一項所述的雷射射線焊接頭，其特徵 在於，在焊接方向上焊接射線(2)的焊接位置後方設置用於光學採集 第二測量位置(18)的其它裝置。
10. 如權利要求1至9中任一項所述的雷射射線焊接頭，其特徵 在於，為了光學採集第二測量位置(18)，設置用於在第二測量位置 處投影一個第二雷射行(17)的第二行投影儀(16)和用於觀測第二 測量位置(18)的第二圖像處理裝置，特別是第二CMOS攝像機，第 二行投影儀(16)的雷射行(17)相對於第二圖像處理裝置的觀測軸 以 一個預定角度被投射到此測量位置上，並且可選地在第二圖像處理 裝置的射束路徑(12)中設置另一個適配於第二雷射行的濾波元件。
11. 如權利要求1至10中任一項所述的雷射射線坪接頭，其特 徵在於，設置第一和第二行投影儀(10, 15)，它們發射具有相同波 長、最好是具有805納米波長的雷射行。
12. 如權利要求1至11中任一項所述的雷射射線焊接頭，其特 徵在於，在所述雷射射線焊接頭(1)中設置用於耦入焊接射線(2) 的光纖輸入口 (3)。
13. 如權利要求1至12中任一項所迷的雷射射線焊接頭的應用， 其與一個裝卸系統，特別是一個摺疊臂多軸機器人一起使用，用於焊 接金屬件，特別是用於焊接"工程毛坯"。
14. 一種用於特別是應用如權利要求1至12中任一項所述雷射 射線焊接頭對金屬件進行射線焊接的方法，其中焊縫的位置通過應用光學釆集裝置在焊接射線的焊接位置前方的第一測量位置處被確定， 並且根據焊縫位置相對於參考位置的偏移產生一個校正信號，其特徵 在於，第一測量位置與焊接射線之間的距離小，並且校正信號直接地、 特別是無需進行行程計算就被用於控制校正焊接射線焊接位置的裝 置。
15. 如權利要求14所述的方法，其特徵在於，第一測量位置與 焊接射線位置之間的距離最大為3毫米，最好最大為2毫米。
16. 如權利要求14或15所述的方法，其特徵在於，在雷射射線 焊接頭的焊接射線的射束路徑中至少一個調節元件至少通過應用校正 信號而被控制。
17. 如權利要求14至16中任一項所述的方法，其特徵在於，可 傾斜的鏡面、特別是二色分光鏡作為調節元件被控制。
18. 如權利要求14至17中任一項所述的方法，其特徵在於，第 一行投影儀垂直於烊縫在第一測量位置上投射一個雷射行，並且第一 圖像處理裝置、特別是第一CMOS攝像機光學分析第一測量位置，其 中設置在圖像處理裝置的射束路徑中且適配於雷射行波長的濾波元件 對第 一 測量位置的光學測量信號進行濾波。
19. 如權利要求14至18中任一項所述的方法，其特徵在於，笫 一雷射行相對於第 一 圖像處理裝置的觀測軸以 一個角度被投射到第一 測量位置上，並且第一測量位置的分析由圖像處理裝置按照光截面原 理進行。
20. 如權利要求14至19中任一項所述的方法，其特徵在於，行 投影儀發射具有在近紅外區波長、特別是具有805納米波長的雷射行。
21. 如權利要求14至20中任一項所述的方法，其特徵在於，在 焊接方向上處於焊接射線的焊接位置後方的第二測量位置處進行對所 產生焊縫的光學採集。
22. 如權利要求14至21中任一項所述的方法，其特徵在於，為 了光學採集所產生的焊縫，第二行投影儀在第二測量位置上投射一個 雷射行，其中該雷射行相對於第二圖像處理裝置、特別是第二CMOS 攝像機的觀測軸以 一 個角度被投射到第二測量位置上，並且光截面原 理被用來對第二測量位置進行分析。
全文摘要
本發明涉及一種用於焊接金屬件的雷射射線焊接頭，具有至少一個用於焊接射線的射束路徑和用於在第一測量位置處光學採集焊縫位置的裝置，其中用於光學採集焊縫位置的裝置使得第一測量位置在焊接方向上位於焊接射線的焊接位置的前方，並且至少根據焊縫相對於參考位置的橫向偏移產生一個用於校正焊接射線的焊接位置的校正信號，本發明還涉及雷射射線焊接頭的相應用途。此外本發明涉及一種用於焊接金屬件的方法，其中焊縫的位置通過應用光學採集裝置在焊接射線的焊接位置前方的第一測量位置處被確定，並且根據焊縫位置相對於參考位置的偏移產生一個校正信號。提供用於焊接金屬件的雷射射線焊接頭和方法從而實現很高的定位精度並同時具有高的焊接速度的技術問題如此解決第一測量位置(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生的校正信號直接地、特別是無需進行行程計算就可應用於控制校正焊接射線(2)的焊接位置(8)的裝置(7)。
文檔編號B23K26/04GK101400474SQ200780008623
公開日2009年4月1日 申請日期2007年1月22日 優先權日2006年2月1日
發明者A·舍費爾, C·多恩施奈特, E·布盧門薩特, F·拜赫爾, J·普勒哈, L·奧特, M·科赫, S·維施曼 申請人:蒂森克虜伯鋼鐵股份公司