專利名稱：激光焊接方法及激光焊接機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使激光移動(dòng)而將加工對象物的多處焊接的激光焊接方法及激光焊接機(jī)器人。
背景技術(shù)：
使用使激光頭移動(dòng)而將加工對象物的多處焊接的焊接機(jī)器人的激光焊接方法作為代替電阻焊接的技術(shù)而在汽車等生產(chǎn)線中使用。電阻焊接是將重疊的金屬部件用電極前端夾住并在焊接處施加壓力的同時(shí)使電流流過而部分地接合的焊接。用電阻焊接時(shí)，在加工對象物上有多個(gè)焊接處的情況下，焊接作業(yè)將斷續(xù)地進(jìn)行。因此，此種加工成為加工范圍越大則非加工時(shí)間在一個(gè)工序的加工周期中所占的比例越大的加工。
即使在用焊接機(jī)器人代替電阻焊接來進(jìn)行激光焊接的情況下，在焊接處多的情況下也是斷續(xù)地進(jìn)行焊接作業(yè)。順序重復(fù)進(jìn)行在焊接處射出激光并在非焊接處停止射出激光的同時(shí)將激光頭移動(dòng)到下一焊接處的作業(yè)。因此，與電阻焊接的情況相同，成為加工效率差的加工。
通常，進(jìn)行激光焊接的焊接機(jī)器人具備作為具有多個(gè)控制軸的機(jī)械手的機(jī)器人主體、裝備于機(jī)器人主體上并向加工對象物照射激光的激光頭。作為此種焊接機(jī)器人的一個(gè)實(shí)例，有特開2001-191191號(hào)公報(bào)(JP-A-2001-191191)中公開的實(shí)例。
在該專利文獻(xiàn)中，公開了多關(guān)節(jié)型焊接機(jī)器人，機(jī)器人的手腕裝備有激光頭。激光頭上裝備了具有上下方向延伸的左右一對直線導(dǎo)軌的支撐板。具有激光投光器的移動(dòng)體由直線導(dǎo)軌導(dǎo)引并在上下方向上自由移動(dòng)。
在此類現(xiàn)有方法中，使用焊接機(jī)器人進(jìn)行激光焊接的情況下，為停止在非焊接處射出激光，必須關(guān)閉激光起振器的激勵(lì)源并關(guān)閉遮光器。相反地，為使激光射出到焊接處，必須打開激勵(lì)源并打開遮光器。在加工對象物有多個(gè)焊接處的情況下，需要重復(fù)開/關(guān)激勵(lì)源并重復(fù)開關(guān)遮光器。因此，即使遮光器的一次開關(guān)時(shí)間短，如果反復(fù)進(jìn)行遮光器的開關(guān)，則累積開關(guān)時(shí)間就成為不能無視的長度，從而存在非焊接時(shí)間在加工周期中所占比例變大的問題。
此外，在打開激光起振器的激勵(lì)源的情況下，由于在激光能量到達(dá)峰值之前需要規(guī)定的上升時(shí)間，所以實(shí)際上將考慮激光上升的時(shí)間也包含在非焊接時(shí)間內(nèi)，從而非焊接時(shí)間進(jìn)一步變長，加工周期將延長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于此類問題，其目的是提供一種可縮短焊接工序的周期并提高加工效率的激光焊接方法和激光焊接機(jī)器人。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種激光焊接方法，使用向加工對象物照射激光的激光焊接機(jī)器人，包括使上述激光焊接機(jī)器人在非焊接時(shí)射出激光地發(fā)揮功能；使上述激光焊接機(jī)器人在依舊射出上述激光的狀態(tài)下使上述激光以比上述焊接時(shí)的進(jìn)給速度快并在上述加工對象物上不殘留熱影響層的進(jìn)給速度移動(dòng)到下一焊接處地發(fā)揮功能；以及順序焊接上述加工對象物的多個(gè)焊接處。
在上述激光焊接方法中，可在上述非焊接時(shí)使已模糊焦點(diǎn)的上述激移動(dòng)。
此外，本發(fā)明提供一種激光焊接方法，使用向加工對象物照射激光的激光焊接機(jī)器人，包括使上述激光焊接機(jī)器人在非焊接時(shí)射出激光地發(fā)揮功能；使上述激光焊接機(jī)器人在依舊射出上述激光的狀態(tài)下模糊焦點(diǎn)并使上述激光移動(dòng)到下一焊接處地發(fā)揮功能；以及順序焊接上述加工對象物的多個(gè)焊接處。
再有，本發(fā)明提供一種激光焊接機(jī)器人，向加工對象物照射激光，具備在焊接時(shí)和非焊接時(shí)的任何時(shí)候均射出激光地進(jìn)行控制的激光輸出控制部和使上述激光以比上述焊接時(shí)的進(jìn)給速度快并在加工對象物上不殘留熱影響層的進(jìn)給速度移動(dòng)的快速進(jìn)給單元。
在上述激光焊接機(jī)器人中，可與上述機(jī)器人主體的移動(dòng)同時(shí)使上述快速進(jìn)給單元?jiǎng)幼鳌?br> 還有，本發(fā)明提供一種激光焊接機(jī)器人，向加工對象物照射激光，具備在焊接時(shí)和非焊接時(shí)的任何時(shí)候均射出激光地進(jìn)行控制的激光輸出控制部和相對于加工對象物模糊上述激光的焦點(diǎn)的對焦模糊單元。


本發(fā)明的上述及其它的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)通過關(guān)聯(lián)附圖的以下優(yōu)先實(shí)施方式的說明將進(jìn)一步明了。
圖1是本發(fā)明的激光焊接機(jī)器人的第一實(shí)施方式的構(gòu)成圖。
圖2同樣是表示激光焊接機(jī)器人的說明圖。
圖3是表示向加工對象物照射激光的狀態(tài)的說明圖。
圖4是用于說明本發(fā)明的激光焊接方法的第一實(shí)施方式的流程圖。
圖5是表示本發(fā)明的激光焊接機(jī)器人的第二實(shí)施方式的說明圖。
圖6A是與向加工對象物照射激光的狀態(tài)相關(guān)的對焦的狀態(tài)的圖。
圖6B同樣是與向加工對象物照射激光的狀態(tài)相關(guān)的使焦點(diǎn)向上側(cè)模糊的狀態(tài)的圖。
圖6C同樣是與向加工對象物照射激光的狀態(tài)相關(guān)的使焦點(diǎn)向下側(cè)模糊的狀態(tài)的圖。
圖7是用于說明本發(fā)明的激光焊接方法的第二實(shí)施方式的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面使用附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例。圖1-圖3是說明本發(fā)明的激光焊接方法及激光焊接機(jī)器人的第一實(shí)施方式的圖。
如圖1及圖2所示，本實(shí)施方式的激光焊接機(jī)器人1具備具有可控制的多個(gè)控制軸的作為所謂多關(guān)節(jié)型機(jī)械手的機(jī)器人主體4、放大并感應(yīng)射出激光3的激光起振器2、安裝于機(jī)器人主體4的前端側(cè)并向加工對象物10照射激光3的激光頭7和控制激光起振器2等的控制系統(tǒng)11(圖2中未示出)。
激光起振器2由向激光介質(zhì)供給能量的激勵(lì)源(未圖示)和在激光介質(zhì)及激光介質(zhì)兩側(cè)具有透光率不同的兩個(gè)透鏡的共振器(未圖示)構(gòu)成。激光起振器2由控制系統(tǒng)11控制并經(jīng)光纖15將激光3傳輸?shù)郊す忸^7。
控制系統(tǒng)11具有CPU(中央處理器)。CPU上經(jīng)總線連接有ROM(存儲(chǔ)器)、RAM(存儲(chǔ)器)、非易失性存儲(chǔ)器、輸入輸出裝置和輸入輸出接口(半導(dǎo)體元件皆未示出)。ROM中存儲(chǔ)有控制激光起振器2、激光頭7、機(jī)器人主體4的加工程序。RAM中存儲(chǔ)有進(jìn)行加工用的臨時(shí)數(shù)據(jù)。非易失性存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有與各系統(tǒng)動(dòng)作相關(guān)的各設(shè)定值。
再有，控制系統(tǒng)11具備用于設(shè)定激光起振器2的打開/關(guān)閉控制和激光3的照射條件的激光輸出控制部12和控制機(jī)器人主體4的動(dòng)作的動(dòng)作控制部13。經(jīng)信號(hào)線16連接到控制系統(tǒng)11上的激光起振器2、激光頭7、機(jī)器人主體4根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)或根據(jù)加工程序來進(jìn)行各個(gè)控制。
激光輸出控制部12控制為直到焊接工序結(jié)束總是照射激光3的狀態(tài)。這樣，在大范圍內(nèi)斷續(xù)焊接多個(gè)焊接處的情況下，不需要開關(guān)激光起振器2的未圖示遮光器，也不需要待機(jī)到激光3到達(dá)峰值輸出，從而可迅速移動(dòng)到下一焊接處10a(圖3)。因此，縮短了焊接工序中的加工周期，提高了加工效率。
如圖2所示，安裝于高剛性的基臺(tái)5上的機(jī)器人主體4從基部4a順序具有第1、2、3關(guān)節(jié)4b、4c、4d，包括基部4a在內(nèi)，各關(guān)節(jié)4b、4c、4d可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。各關(guān)節(jié)4b、4c、4d用高剛性部件4e、4f連接。此類機(jī)器人主體4可通過多個(gè)轉(zhuǎn)軸而自由運(yùn)動(dòng)。此外，機(jī)器人主體4和激光頭7可各自同步或各自獨(dú)立地移動(dòng)。
機(jī)器人主體4的前端側(cè)設(shè)有作為末端執(zhí)行器的激光頭7。激光頭7具備使激光3向規(guī)定方向反射的反射鏡、會(huì)聚激光3并提高能量密度的聚光透鏡(未圖示)和將激光3在小范圍內(nèi)掃描的可動(dòng)鏡(快速進(jìn)給機(jī)構(gòu))8a?？蓜?dòng)鏡8a與機(jī)器人主體4同步動(dòng)作或與機(jī)器人主體4單獨(dú)動(dòng)作。
激光頭7還具備分別控制可動(dòng)鏡8a的擺角的伺服馬達(dá)(未圖示)?？蓜?dòng)鏡8a在控制系統(tǒng)11控制下通過伺服馬達(dá)以規(guī)定的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，由可動(dòng)鏡8a反射的激光3可在X軸方向及Y軸方向移動(dòng)(圖3)。通過以快速進(jìn)給使該激光3移動(dòng)，即使在非焊接時(shí)依舊射出激光3，也可不使加工對象物10的表面變色且不熔化，從而可防止熱影響層殘留。
在通過與慣性大的機(jī)器人主體4的移動(dòng)無關(guān)系地使可動(dòng)鏡8a轉(zhuǎn)動(dòng)而斷續(xù)地重復(fù)進(jìn)行焊接的情況下，可順次快速移動(dòng)到下一焊接處。在與機(jī)器人主體4移動(dòng)的同時(shí)使可動(dòng)鏡8a轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，與單獨(dú)使可動(dòng)鏡8a轉(zhuǎn)動(dòng)的情況相比，激光3的掃描范圍變大，可使大范圍的區(qū)域成為焊接區(qū)域。
接著，根據(jù)圖4的加工程序的流程圖來說明斷續(xù)地激光焊接加工對象物10的多個(gè)焊接處的方法。在步驟S1中設(shè)定加工程序的初始值。在步驟S2中判斷行序號(hào)是否是最終行，如果是最終行則結(jié)束程序的執(zhí)行，如果不是則前進(jìn)到步驟S3。
在步驟S3中，讀取加工程序的動(dòng)作語句。在步驟S4中，判斷是否射出激光3，在射出的情況下前進(jìn)到步驟S5，并回到步驟S2。在步驟S5中，判斷是否是焊接處10a。在是焊接處10a的情況下，以在步驟S6中確定的焊接速度邊使激光3掃描邊焊接。在不是焊接處10a的情況下，在步驟S7中快速進(jìn)給移動(dòng)激光3到下一個(gè)焊接處10a。在加工對象物10為大型部件，焊接范圍超過激光3的掃描范圍的情況下，使機(jī)器人主體4相對于加工對象物10進(jìn)行移動(dòng)。
在步驟S8中，判斷是否停止射出激光3。在停止的情況下回到步驟S2。在沒停止的情況下回到步驟S5并斷續(xù)地重復(fù)焊接。如果全部焊接處的焊接結(jié)束，則停止激光3的射出并停止程序。
如上，根據(jù)第一實(shí)施方式，由于在非焊接時(shí)也依舊射出激光3，所以不需要重復(fù)打開/關(guān)閉激勵(lì)源，也不需要重復(fù)開關(guān)激光起振器2的遮光器，從而縮短了焊接工序中的加工周期，提高了加工效率。此外，在非焊接時(shí)，通過使上述激光3以比焊接時(shí)的進(jìn)給速度快的進(jìn)給速度移動(dòng)到下一焊接處10a，即使在非焊接時(shí)依舊射出激光3，加工對象物10的表面也不變色且不熔化，從而可防止熱影響層殘留。
接著，根據(jù)圖5-圖7來說明本發(fā)明的激光焊接方法及激光焊接機(jī)器人的第二實(shí)施方式。再有，本實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的相同的構(gòu)成部分標(biāo)以相同標(biāo)記并省略說明。
本實(shí)施方式的激光焊接機(jī)器人1A在具備對焦模糊單元(未圖示)這點(diǎn)上與第一實(shí)施方式的激光焊接機(jī)器人1不同。其它構(gòu)成部分與第一實(shí)施方式相同。
對焦模糊單元是在Z軸方向(鉛垂方向)上移動(dòng)激光頭8的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，可使用例如將伺服馬達(dá)和滾珠絲杠組合的機(jī)構(gòu)。這樣，通過激在Z軸方向移動(dòng)光頭8，可使相對于加工對象物10的激光3的焦點(diǎn)模糊。
圖6A-6C分別表示對焦激光3的焦點(diǎn)的狀態(tài)和使焦點(diǎn)模糊的狀態(tài)。圖6A是對焦的狀態(tài)，表示光斑直徑最小且能量密度最大的狀態(tài)。圖6B是焦點(diǎn)向上側(cè)離開的狀態(tài)。圖6C是焦點(diǎn)向下側(cè)離開的狀態(tài)。如圖6B、6C所示，在離焦的情況下，焦點(diǎn)是模糊狀態(tài)，光斑直徑變大且能量密度變小。
這樣，通過使激光3的焦點(diǎn)模糊，在使激光3移動(dòng)到下一焊接處10a時(shí)，即使依舊射出激光3，也不使加工對象物10的表面變色和熔化，從而可防止熱影響層殘留。
接著，根據(jù)圖7的加工程序的流程圖來說明斷續(xù)地激光焊接加工對象物10的多個(gè)焊接處10a的方法。本實(shí)施方式的激光焊接方法在第一實(shí)施方式的激光焊接方法的步驟S6和S7成為SA6及SA7這點(diǎn)上不同。其它點(diǎn)相同。
如果對不同點(diǎn)進(jìn)行說明，就是在步驟S5中，判斷是否是焊接處10a，在是焊接處10a的情況下，在步驟SA6中對焦激光3的焦點(diǎn)后到加工對象物10上并進(jìn)行焊接，在不是的情況下，在步驟SA7中離焦激光3的焦點(diǎn)不變地到達(dá)下一個(gè)焊接處。對于其它步驟，由于與第一實(shí)施方式相同，所以在這里省略說明。
如上，根據(jù)第二實(shí)施方式，即使非接觸時(shí)依舊照射激光3，通過使激光3的焦點(diǎn)相對于加工對象物10離焦，可增大激光3的光斑直徑，從而可減小激光3的照射位置的能量密度，可防止加工對象物10的表面劣化。因此，可不損害對于加工對象物10的表面成色并可縮短加工周期，能提高加工效率。
再有，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行種種變形并實(shí)施。例如，雖然激光輸出控制單元12設(shè)于控制系統(tǒng)11上，但是也可設(shè)在激光起振器2上。
此外，在第一實(shí)施方式中，雖然激光3由激光頭7的可動(dòng)鏡8a通過快速進(jìn)給來移動(dòng)，但是使激光頭8通過滑動(dòng)機(jī)構(gòu)在相互正交的X-Y二軸方向或加上Z軸的三軸方向上移動(dòng)。這時(shí)，作為滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，可使用例如將伺服馬達(dá)和滾珠絲杠組合的機(jī)構(gòu)或線性馬達(dá)機(jī)構(gòu)等。
再有，可使對焦模糊單元成為使激光頭8內(nèi)部的未圖示聚光透鏡在Z軸方向上移動(dòng)的機(jī)構(gòu)。
雖然以上通過其優(yōu)選實(shí)施方式來說明了本發(fā)明，但只可以理解的是本領(lǐng)域技術(shù)人員能不脫離后述權(quán)利要求范圍的公開范圍地進(jìn)行各種改進(jìn)和變形。
權(quán)利要求
1.一種激光焊接方法，使用向加工對象物照射激光(3)的激光焊接機(jī)器人(1)，其特征在于，包括使所述激光焊接機(jī)器人(1)在非焊接時(shí)射出激光(3)地發(fā)揮功能的步驟；使所述激光焊接機(jī)器人(1)在依舊射出所述激光(3)的狀態(tài)下使所述激光(3)以比所述焊接時(shí)的進(jìn)給速度快并在所述加工對象物上不殘留熱影響層的進(jìn)給速度移動(dòng)到下一個(gè)焊接處地發(fā)揮功能的步驟；以及順序焊接所述加工對象物的多個(gè)焊接處的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，在所述非焊接時(shí)使已模糊焦點(diǎn)的所述激光(3)移動(dòng)。
3.一種激光焊接方法，使用向加工對象物照射激光(3)的激光焊接機(jī)器人(1)，其特征在于，包括使所述激光焊接機(jī)器人(1)在非焊接時(shí)射出激光(3)地發(fā)揮功能的步驟；使所述激光焊接機(jī)器人(1)在依舊射出所述激光(3)的狀態(tài)下模糊焦點(diǎn)并使所述激光(3)移動(dòng)到下一個(gè)焊接處地發(fā)揮功能的步驟；以及順序焊接所述加工對象物的多個(gè)焊接處的步驟。
4.一種激光焊接機(jī)器人(1)，向加工對象物照射激光(3)，其特征在于，具備在焊接時(shí)和非焊接時(shí)的任何時(shí)候均射出激光(3)地進(jìn)行控制的激光輸出控制部(12)；以及使所述激光(3)以比所述焊接時(shí)的進(jìn)給速度快并在加工對象物上不殘留熱影響層的進(jìn)給速度移動(dòng)的快速進(jìn)給單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光焊接機(jī)器人(1)，其特征在于，所述快速進(jìn)給單元可與所述機(jī)器人主體(4)的移動(dòng)同時(shí)動(dòng)作。
6.一種激光焊接機(jī)器人(1)，向加工對象物照射激光(3)，其特征在于，具備在焊接時(shí)和非焊接時(shí)的任何時(shí)候均射出激光(3)地進(jìn)行控制的激光輸出控制部(12)；以及相對于加工對象物模糊所述激光(3)的焦點(diǎn)的對焦模糊單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用向加工對象物照射激光的激光焊接機(jī)器人的激光焊接方法，包括在非焊接時(shí)射出激光；在依舊射出上述激光的狀態(tài)下以比上述焊接時(shí)的進(jìn)給速度快并在上述加工對象物上不殘留熱影響層的進(jìn)給速度移動(dòng)上述激光到下一焊接處；以及順序焊接上述加工對象物的多個(gè)焊接處?？稍谏鲜龇呛附訒r(shí)使對焦模糊的上述激光移動(dòng)。本發(fā)明涉及一種向加工對象物照射激光的激光焊接機(jī)器人，具備在焊接時(shí)和非焊接時(shí)的任何時(shí)候均射出激光的激光地進(jìn)行控制的輸出控制部；和使上述激光以比上述焊接時(shí)的進(jìn)給速度快并在上述加工對象物上不殘留熱影響層的進(jìn)給速度移動(dòng)的快速進(jìn)給單元?？稍谏鲜鰴C(jī)器人主體移動(dòng)的同時(shí)使上述快速進(jìn)給單元機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
文檔編號(hào)B23K26/06GK1843679SQ200610066399
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月6日
發(fā)明者大塚和久, 古屋好丈 申請人:發(fā)那科株式會(huì)社