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激光焊接方法

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激光焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種激光焊接方法,根據(jù)本發(fā)明的激光焊接方法用于通過(guò)在使掃描激光束(16)的掃描單元(11)移動(dòng)的同時(shí)將由掃描單元掃描的激光束(16)施加至多個(gè)金屬板(31)和(32)來(lái)焊接該多個(gè)金屬板(31)和(32),所述激光焊接方法包括:在使掃描單元移動(dòng)的同時(shí)在掃描單元的掃描范圍內(nèi)對(duì)待焊接物體的在焊接方向上的預(yù)定部位執(zhí)行預(yù)固定焊接的步驟和對(duì)所述待焊接物體的與預(yù)固定過(guò)的部位對(duì)應(yīng)的部位執(zhí)行主焊接的步驟。此外,當(dāng)對(duì)待焊接物體的與預(yù)固定過(guò)的部位對(duì)應(yīng)的所述部位進(jìn)行主焊接時(shí),可以在待主焊接的部位的兩側(cè)都受約束的情況下對(duì)所述部位進(jìn)行主焊接。
【專利說(shuō)明】
激光焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種激光焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知一種遠(yuǎn)程焊接技術(shù),其中,焊接通過(guò)如下方式進(jìn)行:通過(guò)使用掃描單元掃描(即,以有序的方式沿各種方向進(jìn)行照射)由激光振蕩器引導(dǎo)的激光束,并且將掃描(即,照射)的激光束施加至待焊接的物體。
[0003]日本未審專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2006-007238公開(kāi)了關(guān)于遠(yuǎn)程焊接的技術(shù)。在日本未審專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2006-007238中公開(kāi)的技術(shù)中,多個(gè)待焊接的物體在其進(jìn)行激光焊接之前被初步地固定。這可以防止當(dāng)對(duì)該多個(gè)待焊接的物體進(jìn)行激光焊接時(shí)它們的位置偏離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下列問(wèn)題。在遠(yuǎn)程焊接中,通過(guò)將由掃描單元掃描(即,照射)的激光束施加至待焊接的物體來(lái)對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接,當(dāng)待焊接的物體(比如汽車的車體)大于激光束的掃描范圍時(shí),待焊接的物體的整個(gè)范圍不能僅通過(guò)由掃描單元來(lái)掃描(即,以有序的方式沿各個(gè)方向進(jìn)行照射)激光束而被焊接,在這種情況下,需要在通過(guò)使用機(jī)器人來(lái)移動(dòng)掃描單元的同時(shí)進(jìn)行焊接。
[0005]附帶地,當(dāng)待焊接的物體是多個(gè)金屬板時(shí),存在如下情況:待焊接的物體由于在對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接時(shí)發(fā)生的熱形變、殘余應(yīng)力等而變形,從而導(dǎo)致有缺陷的焊接。為了防止這種有缺陷的焊接的發(fā)生,需要在進(jìn)行主焊接之前進(jìn)行預(yù)固定焊接(即,用于預(yù)固定的焊接)。
[0006]然而,在進(jìn)行預(yù)固定焊接之后對(duì)待焊接的物體進(jìn)行主焊接的情況下,需要在通過(guò)使用機(jī)器人來(lái)移動(dòng)掃描單元的同時(shí)進(jìn)行預(yù)固定焊接(參見(jiàn)圖11(a)),并且隨后再次在通過(guò)使用機(jī)器人來(lái)移動(dòng)掃描單元的同時(shí)進(jìn)行主焊接(參見(jiàn)圖11 (b))。S卩,在這種情況下,掃描單元總共需要在同一焊接路徑上移動(dòng)兩次。此外,由機(jī)器人進(jìn)行的掃描單元的移動(dòng)操作比由掃描單元進(jìn)行的激光束的掃描操作慢。因此,存在如下問(wèn)題:由于在對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接時(shí)掃描單元在同一路徑上總共移動(dòng)兩次,因此焊接所需要的步驟的數(shù)量增多。
[0007]鑒于上文描述的問(wèn)題,本發(fā)明的目的是提供一種能夠減少對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接所需的步驟的數(shù)量同時(shí)防止發(fā)生有缺陷的焊接激光焊接方法。
[0008]本發(fā)明的第一示例性方面是一種激光焊接方法,所述激光焊接方法用于通過(guò)在使掃描激光束的掃描單元移動(dòng)的同時(shí)將由所述掃描單元掃描的所述激光束施加至多個(gè)金屬板而焊接所述多個(gè)金屬板,其中,所述激光束從激光振蕩器導(dǎo)出,所述多個(gè)金屬板為待焊接物體,所述激光焊接方法包括:在使所述掃描單元移動(dòng)的同時(shí)在所述掃描單元的掃描范圍內(nèi)對(duì)所述待焊接物體的在焊接方向上的預(yù)定部位執(zhí)行預(yù)固定焊接的步驟和對(duì)所述待焊接物體的與預(yù)固定焊接過(guò)的部位對(duì)應(yīng)的待主焊接部位執(zhí)行主焊接的步驟,其中,當(dāng)對(duì)所述待焊接物體的與預(yù)固定焊接過(guò)的部位對(duì)應(yīng)的所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接時(shí),在如下?tīng)顟B(tài)下對(duì)所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接:其中,所述待主焊接部位位于鄰近的相對(duì)于所述待主焊接部位處于所述焊接方向上的上游側(cè)的已經(jīng)主焊接過(guò)的部位與鄰近的相對(duì)于所述待主焊接部位處于所述焊接方向上的下游側(cè)的已經(jīng)預(yù)固定焊接過(guò)的部位之間。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的激光焊接方法中,用于待焊接物體的預(yù)固定焊接步驟和主焊接步驟在使掃描單元移動(dòng)的同時(shí)在掃描單元的掃描范圍內(nèi)進(jìn)行。即,預(yù)固定焊接和主焊接二者在同一過(guò)程中進(jìn)行。因此,對(duì)待焊接物體進(jìn)行焊接時(shí)所需的掃描單元的行進(jìn)次數(shù)(即,掃描單元在焊接路徑上行進(jìn)的次數(shù))可以減少至一次。因此,對(duì)待焊接物體進(jìn)行焊接所需的步驟的數(shù)量可以減少。此外,當(dāng)待焊接物體被焊接時(shí),待主焊接的部位在該待主焊接的部位位于已被主焊接的部位與已被預(yù)固定焊接的部位之間的狀態(tài)下(換言之,在待主焊接的部位的兩側(cè)都受到約束的狀態(tài)下)被主焊接。因此,可以防止或減小待焊接物體的變形,并且因此可以防止發(fā)生有缺陷的焊接。
[0010]此外,在根據(jù)本發(fā)明的激光焊接方法中,相對(duì)于所述待主焊接部位處于所述焊接方向上的所述下游側(cè)的兩個(gè)或更多個(gè)鄰近的預(yù)定部位可以被預(yù)固定焊接。通過(guò)如文所述對(duì)在焊接方向上相對(duì)于待主焊接的部位位于下游側(cè)的兩個(gè)或更多個(gè)部位進(jìn)行預(yù)固定焊接,可以更可靠地防止變形和位置偏離。
[0011]此外,在根據(jù)本發(fā)明的激光焊接方法中,可以對(duì)所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接而使得所述待主焊接部位與對(duì)應(yīng)的預(yù)固定焊接過(guò)的部位重疊。通過(guò)對(duì)待主焊接部位進(jìn)行主焊接使得如上文所述待主焊接部位與對(duì)應(yīng)的預(yù)固定焊接過(guò)的部位重疊,能夠防止用于待焊接物體的各種外部輸入直接地輸入預(yù)固定焊接的部位,并且因此防止否則的話可能由預(yù)固定焊接的部位的破損導(dǎo)致的二次缺陷的產(chǎn)生。
[0012]此外,在根據(jù)本發(fā)明的激光焊接方法中,可以對(duì)所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接而使得所述待主焊接部位沿著與所述焊接方向平行的方向和與所述焊接方向垂直的方向中的至少一者相對(duì)于對(duì)應(yīng)的預(yù)固定焊接過(guò)的部位移位。通過(guò)如上所述使待主焊接的部位相對(duì)于對(duì)應(yīng)的預(yù)固定焊接過(guò)的部位移位,能夠在待主焊接部位被主焊接時(shí)在更靠近待主焊接部位的部位處約束待焊接物體,并且因此能夠提高防止或減小待焊接物體的變形的效果。
[0013]此外,在根據(jù)本發(fā)明的激光焊接方法中,當(dāng)對(duì)待主焊接部位進(jìn)行主焊接時(shí),待主焊接部位可以被焊接成線狀。通過(guò)如上所述將待主焊接的部位焊接成線狀,待焊接物體可以被牢固地焊接。
[0014]此外,在根據(jù)本發(fā)明的激光焊接方法中,掃描單元可以間歇地移動(dòng)或連續(xù)地移動(dòng)。無(wú)論采用何種移動(dòng)方式,在從對(duì)任一預(yù)定部位的預(yù)固定焊接開(kāi)始時(shí)至對(duì)與預(yù)固定焊接過(guò)的所述任一預(yù)定部位對(duì)應(yīng)的待主焊接部位的主焊接完成時(shí)的時(shí)間段期間所述任一預(yù)定部位和對(duì)應(yīng)的所述待主焊接部位保持處于所述掃描單元的掃描范圍內(nèi),而無(wú)需掃描單元折返。
[0015]在本發(fā)明的另一示例性方面中,當(dāng)對(duì)所述待焊接物體的與預(yù)固定焊接過(guò)的部位對(duì)應(yīng)的所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接時(shí),在如下?tīng)顟B(tài)下對(duì)所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接:其中,所述待主焊接部位位于鄰近的相對(duì)于所述待主焊接部位處于所述焊接方向上的上游側(cè)的已經(jīng)預(yù)固定焊接過(guò)的部位與鄰近的相對(duì)于所述待主焊接部位處于所述焊接方向上的下游側(cè)的已經(jīng)預(yù)固定焊接過(guò)的部位之間。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的該激光焊接方法中,可以每隔一個(gè)預(yù)固定焊接過(guò)的部位設(shè)置對(duì)應(yīng)的待主焊接部位并對(duì)所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接。
[0017]根據(jù)本發(fā)明,能夠提供這樣一種激光焊接方法,該方法能夠減少對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接所需的步驟數(shù)量同時(shí)防止發(fā)生有缺陷的焊接。
[0018]根據(jù)下文給出的詳細(xì)描述和附圖,將更全面地理解本發(fā)明的上述及其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn),這些詳細(xì)描述和附圖僅以說(shuō)明性的方式給出并且因此不應(yīng)被認(rèn)為是限制本發(fā)明。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1示出了用于執(zhí)行根據(jù)示例性實(shí)施方式的激光焊接方法的激光焊接裝置的示例;
[0020]圖2為用于說(shuō)明圖1中示出的激光焊接裝置的基本操作的俯視圖;
[0021]圖3為用于說(shuō)明圖1中示出的激光焊接裝置的基本操作的截面圖;
[0022]圖4為用于說(shuō)明根據(jù)示例性實(shí)施方式的激光焊接方法的圖;
[0023]圖5為用于說(shuō)明根據(jù)示例性實(shí)施方式的激光焊接方法的另一示例的圖;
[0024]圖6為用于說(shuō)明根據(jù)示例性實(shí)施方式的激光焊接方法的又一示例的圖;
[0025]圖7為用于說(shuō)明根據(jù)示例性實(shí)施方式的激光焊接方法的另一示例的圖;
[0026]圖8為用于說(shuō)明根據(jù)示例性實(shí)施方式的激光焊接方法的又一示例的圖;
[0027]圖9為用于說(shuō)明根據(jù)示例性實(shí)施方式的激光焊接方法的另一示例的圖;
[0028]圖10為用于說(shuō)明一個(gè)示例的圖;以及
[0029]圖11為用于說(shuō)明比較示例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下文參照【附圖說(shuō)明】根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。
[0031]圖1示出了用于執(zhí)行根據(jù)示例性實(shí)施方式的激光焊接方法的激光焊接裝置的示例。如圖1所示,激光焊接裝置I包括激光振蕩器10、掃描單元11和機(jī)器人12。
[0032]激光振蕩器10產(chǎn)生激光束。所產(chǎn)生的激光束通過(guò)使用光纖電纜13被引導(dǎo)至掃描單元11。對(duì)于激光束而言,例如,可以使用二氧化碳?xì)怏w激光器、YAG激光器、光纖激光器等。
[0033]掃描單元11在掃描范圍18內(nèi)(參見(jiàn)如圖2示出的俯視圖)掃描激光束(即,以有序的方式沿各個(gè)方向照射激光束(在下文中簡(jiǎn)單表達(dá)為“掃描激光束”)),通過(guò)使用光纖電纜13來(lái)引導(dǎo)激光束。所掃描的激光束16被施加至待焊接的物體31。掃描單元11包括鏡14和15。鏡14和15中的每一者均構(gòu)造成能夠繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。例如,鏡14沿X軸方向掃描激光束16 ( S卩,以各個(gè)角度照射激光束16)并且鏡15沿Y軸方向掃描激光束
16( S卩,以各個(gè)角度照射激光束16)(參見(jiàn)圖2中示出的俯視圖)。例如,鏡14和15中的每一者可以通過(guò)使用檢流計(jì)鏡來(lái)形成。應(yīng)當(dāng)指出的是,盡管圖1示出了掃描單元11通過(guò)使用兩個(gè)鏡14和15形成的情況,但掃描單元11可以通過(guò)使用能夠繞兩個(gè)軸線方向旋轉(zhuǎn)的一個(gè)鏡來(lái)形成。
[0034]機(jī)器人12構(gòu)造成能夠使掃描單元11移動(dòng)。例如,機(jī)器人12可以通過(guò)使用多關(guān)節(jié)機(jī)器人來(lái)形成。圖1中示出的機(jī)器人12包括底座21、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)22、關(guān)節(jié)23、24和25、以及臂部段26、27、28和29。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)22構(gòu)造成能夠使臂26旋轉(zhuǎn)。關(guān)節(jié)23以可旋轉(zhuǎn)的方式將臂部段26與臂部段27連接。關(guān)節(jié)24以可旋轉(zhuǎn)的方式將臂部段27與臂部段28連接。關(guān)節(jié)25以可旋轉(zhuǎn)的方式將臂部段28與臂部段29連接。通過(guò)上文描述的構(gòu)型,機(jī)器人12可以使掃描單元11沿著任意方向(X軸方向、Y軸方向以及Z軸方向)移動(dòng)。
[0035]接下來(lái),參照?qǐng)D2中示出的俯視圖和圖3中示出的截面圖說(shuō)明激光焊接裝置I的基本操作。圖2和圖3示出兩個(gè)金屬板31和32作為待焊接物體被焊接和結(jié)合在一起的示例。應(yīng)當(dāng)指出的是,盡管圖3示出了兩個(gè)金屬板31和32作為待焊接物體被布置成使得這兩個(gè)金屬板31和32以其兩者之間具有小的間隙的方式彼此分離,但是兩個(gè)金屬板31和32可以布置成使得其彼此接觸。
[0036]如圖2中的俯視圖中示出的,當(dāng)待焊接的物體31被焊接時(shí),機(jī)器人12(圖2中未示出)使掃描單元11沿著焊接方向移動(dòng)。應(yīng)指出的是,焊接方向?yàn)楹附咏饘侔?1和32的方向。換言之,焊接方向?yàn)樾纬珊附硬糠?3和34的方向。應(yīng)當(dāng)指出的是,激光束16的掃描范圍18隨著掃描單元11移動(dòng)而移動(dòng)。應(yīng)指出的是,機(jī)器人12可以使掃描單元11以恒定的速度沿著焊接方向移動(dòng)(即,使掃描單元11連續(xù)地移動(dòng))。替代性地,機(jī)器人12可以使掃描單元11以分步的方式移動(dòng)(即,使掃描單元11間歇地移動(dòng))。
[0037]此外,如圖3(a)中所示,當(dāng)將金屬板31和32焊接在一起時(shí),掃描單元11將激光束16施加至焊接部分33。由于掃描單元11沿著焊接方向連續(xù)地移動(dòng),掃描單元11掃描激光束16使得激光束16被施加至焊接部分33,如圖3 (b)和圖3 (c)所示。應(yīng)指出的是,掃描單元11的移動(dòng)速度一一即,機(jī)器人12移動(dòng)掃描單元11的速度一一被調(diào)節(jié)至一定速度使得在從對(duì)焊接部分33的焊接開(kāi)始時(shí)至該焊接完成時(shí)的時(shí)間段期間焊接部分33保持在掃描范圍18內(nèi)。
[0038]之后,如圖3(d)所示,掃描單元11將激光束16施加至下一個(gè)焊接部分34。通過(guò)上文描述的操作,激光焊接裝置I可以通過(guò)在使用機(jī)器人12使掃描單元11移動(dòng)的同時(shí)使用掃描單元11掃描激光束16來(lái)焊接金屬板31和32的預(yù)定部位。當(dāng)使用上文描述的焊接方法時(shí),經(jīng)過(guò)焊接的部分33和34形成為離散的焊接過(guò)的部分。
[0039]接下來(lái),參照?qǐng)D4說(shuō)明根據(jù)該示例性實(shí)施方式的激光焊接方法。根據(jù)該示例性實(shí)施方式的激光焊接方法可以通過(guò)使用上文說(shuō)明的激光焊接裝置I來(lái)執(zhí)行。在圖4(a)至圖4(d)中的每個(gè)圖中,上部為俯視圖,下部為截面圖。此外,盡管圖4示出了兩個(gè)金屬板31和32作為待焊接的物體被布置成使得這兩個(gè)金屬板31和32以其兩者之間具有小的間隙的方式彼此分離的情況,但是兩個(gè)金屬板31和32可以布置成使得其彼此接觸。此外,作為待焊接物體的金屬板的數(shù)量可以為三個(gè)或更多個(gè)。應(yīng)指出的是,在圖4中,僅示出了掃描單元11的掃描范圍18,并且省略了掃描單元11自身的圖示。
[0040]根據(jù)該示例性實(shí)施方式的激光焊接方法為通過(guò)在使掃描激光束16的掃描單元11移動(dòng)的同時(shí)將激光束16施加至作為待焊接物體的多個(gè)金屬板31和32來(lái)對(duì)該多個(gè)金屬板31和32進(jìn)行焊接的激光焊接方法,其中,激光束16從激光振蕩器10引導(dǎo)出并且由掃描單元11掃描。
[0041]如圖4(a)所示,掃描單元11將激光束16施加至焊接部分41,從而對(duì)焊接部分41進(jìn)行預(yù)固定焊接。應(yīng)指出的是,預(yù)固定焊接為用于防止金屬板31和32之間的位置偏離的預(yù)焊接(即,該焊接的結(jié)合強(qiáng)度比主焊接的結(jié)合強(qiáng)度弱)。接下來(lái),掃描單元11將激光束16施加至焊接部分42,從而對(duì)焊接部分42進(jìn)行預(yù)固定焊接。之后,如圖4(b)中所示,掃描單元11將激光束16施加至焊接部分43 (即,與預(yù)固定焊接過(guò)的部分41對(duì)應(yīng)的部位)并且由此對(duì)焊接部分43進(jìn)行主焊接。應(yīng)指出的是,主焊接為用于將金屬板31和32彼此牢固地結(jié)合的焊接。例如,與相比,在主焊接中激光束16的施加時(shí)間(S卩,發(fā)射時(shí)間)長(zhǎng)于在預(yù)固定焊接中激光束16的施加時(shí)間。此外,在該說(shuō)明書中,“與預(yù)固定焊接過(guò)的部分對(duì)應(yīng)的部位”指的是“預(yù)固定焊接過(guò)的部位及其附近”。
[0042]應(yīng)指出的是,在附圖中金屬板31和32的左端部(即,金屬板31和32的焊接開(kāi)始位置)被夾具(未示出)約束。因此,當(dāng)對(duì)焊接部分43進(jìn)行主焊接時(shí),可以在焊接部分43的兩個(gè)端部都受到約束的狀態(tài)下一一即,在焊接部分43的在焊接方向上的上游側(cè)受夾具約束并且焊接部分43的在焊接方向上的下游側(cè)受預(yù)固定焊接過(guò)的部分42約束的狀態(tài)下一一對(duì)焊接部分43進(jìn)行主焊接。因此,能夠在對(duì)焊接部分43進(jìn)行主焊接時(shí)防止金屬板31和32變形并且防止金屬板31和32的位置彼此偏離,應(yīng)當(dāng)指出的是,由于圖4(a)中示出的焊接部分41為焊接起始點(diǎn),因此可以省略對(duì)焊接部分41的預(yù)固定焊接。
[0043]接下來(lái),如圖4(c)中所示,掃描單元11將激光束16施加至焊接部分44,從而對(duì)焊接部分44進(jìn)行預(yù)固定焊接。之后,如圖4(d)所示,掃描單元11將激光束16施加至焊接部分45 ( S卩,與預(yù)固定焊接過(guò)的部分42對(duì)應(yīng)的部位)并且由此對(duì)焊接部分45進(jìn)行主焊接。SP,在圖4(c)中所示的時(shí)刻,替代對(duì)焊接部分42進(jìn)行主焊接,掃描單元11對(duì)相對(duì)于焊接部分42位于焊接方向的下游側(cè)上的焊接部分44進(jìn)行預(yù)固定焊接。因此,當(dāng)在圖4(d)中示出的時(shí)刻對(duì)焊接部分45進(jìn)行主焊接時(shí),可以在焊接部分45的兩側(cè)都受到約束的狀態(tài)下對(duì)焊接部分45進(jìn)行主焊接。也就是說(shuō),可以在如下?tīng)顟B(tài)下對(duì)焊接部分45進(jìn)行主焊接:S卩,焊接部分45的在焊接方向上的上游側(cè)受已經(jīng)經(jīng)過(guò)主焊接的焊接過(guò)的部分43約束并且焊接部分45的在焊接方向上的下游側(cè)受預(yù)固定焊接過(guò)的部分42約束的狀態(tài)。因此,能夠在對(duì)焊接部分45進(jìn)行主焊接時(shí)防止金屬板31和32變形并且防止金屬板31和32的位置彼此偏離。
[0044]之后,通過(guò)重復(fù)類似的操作,金屬板31和32可以被焊接在一起。此外,盡管在此未使用附圖對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明,但是和上文描述的焊接起始點(diǎn)的情況一樣,可以省略對(duì)焊接終結(jié)點(diǎn)的預(yù)固定焊接。
[0045]如“
【發(fā)明內(nèi)容】
”部分中說(shuō)明的,在通過(guò)將由掃描單元掃描的激光束施加至待焊接的物體來(lái)對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接的遠(yuǎn)程焊接中,當(dāng)待焊接的物體(比如汽車的車體)大于激光束的掃描范圍時(shí),待焊接的物體的整個(gè)范圍不能只是通過(guò)由掃描單元掃描激光束來(lái)焊接。在這種情況下,需要在通過(guò)使用機(jī)器人來(lái)移動(dòng)掃描單元的同時(shí)進(jìn)行焊接。
[0046]附帶地,當(dāng)待焊接的物體是多個(gè)金屬板時(shí),存在如下情況:待焊接的物體由于在對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接時(shí)發(fā)生的熱形變、殘余應(yīng)力等而變形,從而導(dǎo)致有缺陷的焊接。為了防止這種有缺陷的焊接的發(fā)生,需要在進(jìn)行主焊接之前進(jìn)行預(yù)固定焊接。
[0047]然而,在進(jìn)行預(yù)固定焊接之后對(duì)待焊接的物體進(jìn)行主焊接的情況下,需要在通過(guò)使用機(jī)器人來(lái)移動(dòng)掃描單元的同時(shí)進(jìn)行預(yù)固定焊接(參見(jiàn)圖11(a)),并且隨后再次在通過(guò)使用機(jī)器人來(lái)移動(dòng)掃描單元的同時(shí)進(jìn)行主焊接(參見(jiàn)圖11 (b))。S卩,在這種情況下,掃描單元總共需要在同一焊接路徑上移動(dòng)兩次。此外,由機(jī)器人進(jìn)行的掃描單元的移動(dòng)操作比由掃描單元進(jìn)行的激光束的掃描操作慢。因此,存在如下問(wèn)題:由于在對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接時(shí)掃描單元在同一路徑上總共移動(dòng)兩次,因此焊接所需要的步驟的數(shù)量增多。
[0048]為了解決這些問(wèn)題,在根據(jù)本發(fā)明的激光焊接方法中,用于待焊接物體的預(yù)固定焊接步驟和主焊接步驟是在使掃描單元11移動(dòng)的同時(shí)在掃描單元11的掃描范圍18內(nèi)進(jìn)行的。即,預(yù)固定焊接和主焊接兩者在同一工序中進(jìn)行。因此,焊接金屬板31和32時(shí)所需的掃描單元11的移動(dòng)操作的數(shù)量(即,掃描單元11在焊接路徑上行進(jìn)的次數(shù))可以被減少為一次。因此,對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接所需的步驟的數(shù)量可以減少。此外,如圖4(d)中所示,當(dāng)焊接金屬板31和32時(shí),待進(jìn)行主焊接的部分45在該部分45位于已經(jīng)經(jīng)過(guò)主焊接的部分43與已經(jīng)經(jīng)過(guò)預(yù)固定焊接的部分44之間的狀態(tài)下(換言之,在待進(jìn)行主焊接的部分45的兩側(cè)都受到約束的狀態(tài)下)被主焊接。因此,可以防止或減小金屬板31和32的變形,并且因此可以防止發(fā)生有缺陷的焊接。
[0049]根據(jù)按照上文說(shuō)明的示例性實(shí)施方式的本發(fā)明,可以提供能夠減少對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接所需的步驟的數(shù)量同時(shí)防止發(fā)生有缺陷的焊接的激光焊接方法。
[0050]應(yīng)當(dāng)指出的是,在根據(jù)本發(fā)明的激光焊接方法中,可以對(duì)在焊接方向上相對(duì)于待進(jìn)行主焊接的部位位于下游側(cè)上的兩個(gè)或更多個(gè)部位進(jìn)行預(yù)固定焊接。下文參照?qǐng)D5說(shuō)明在位于焊接方向上的下游側(cè)上的兩個(gè)或更多個(gè)部位被預(yù)固定焊接的狀態(tài)下焊接待焊接物體的情況。
[0051]如圖5 (a)中所示,掃描單元11將激光束16施加至焊接部分51、52和53中的每一者,從而對(duì)焊接部分51、52和53進(jìn)行預(yù)固定焊接。應(yīng)當(dāng)指出的是,焊接部分51、52和53可以以焊接部分51、52和53的順序被預(yù)固定焊接,或可以以其他任意的順序被預(yù)固定焊接。
[0052]接下來(lái),如圖5(b)中所示,掃描單元11將激光束16施加至焊接部分54( S卩,與預(yù)固定焊接過(guò)的部分51對(duì)應(yīng)的部位)并且由此對(duì)焊接部分54進(jìn)行主焊接。應(yīng)指出的是,在附圖中金屬板31和32的左端部(S卩,金屬板31和32的焊接起始位置)由夾具(未示出)約束,和上文描述的示例的情形一樣。因此,當(dāng)對(duì)焊接部分54進(jìn)行主焊接時(shí),可以在焊接部分54的兩個(gè)端部都受到約束的狀態(tài)下,即,在焊接部分54的在焊接方向上的上游側(cè)由夾具約束并且焊接部分54的在焊接方向上的下游側(cè)在兩個(gè)部位一一即,兩個(gè)預(yù)固定焊接過(guò)的部分52和53——處受到約束的狀態(tài)下,對(duì)焊接部分54進(jìn)行主焊接。因此,能夠在焊接部分54接受主焊接時(shí)防止金屬板31和32變形并且防止金屬板31和32的位置彼此偏離。應(yīng)當(dāng)指出的是,由于圖5(a)中示出的焊接部分51為焊接起始點(diǎn),因此可以省略對(duì)焊接部分51的預(yù)固定焊接。
[0053]接下來(lái),如圖5(c)中所示,掃描單元11將激光束16施加至焊接部分55,從而對(duì)焊接部分55進(jìn)行預(yù)固定焊接。之后,如圖5(d)所示,掃描單元11將激光束16施加至焊接部分56 ( S卩,與預(yù)固定焊接過(guò)的部分52對(duì)應(yīng)的部位)并且由此對(duì)焊接部分56進(jìn)行主焊接。當(dāng)對(duì)焊接部分56進(jìn)行主焊接時(shí),焊接部分56可以在焊接部分56的兩側(cè)都受到約束的狀態(tài)下接受主焊接。即,當(dāng)對(duì)焊接部分56進(jìn)行主焊接時(shí),可以在焊接部分56的在焊接方向上的上游側(cè)受已經(jīng)經(jīng)過(guò)主焊接的焊接過(guò)的部分54約束并且焊接部分56的在焊接方向上的下游側(cè)在兩個(gè)部位一一即,兩個(gè)預(yù)固定焊接過(guò)的部分53和55—一處受到約束的狀態(tài)下,對(duì)焊接部分56進(jìn)行主焊接。因此,能夠在焊接部分56接受主焊接時(shí)防止金屬板31和32變形并且防止金屬板31和32的位置彼此偏離。
[0054]之后,通過(guò)重復(fù)類似的操作,金屬板31和32可以被焊接在一起。此外,盡管在此未使用附圖對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明,但是和上文描述的焊接起始點(diǎn)的情況一樣,可以省略對(duì)焊接終結(jié)點(diǎn)的預(yù)固定焊接。在圖5中示出的激光焊接方法中,由于在焊接方向上相對(duì)于待進(jìn)行主焊接的部位位于下游側(cè)上的兩個(gè)部位被預(yù)固定焊接,因此與圖4中示出的激光焊接方法相比,可以更可靠地防止金屬板31和32的變形和位置偏離。應(yīng)當(dāng)指出的是,盡管圖5示出了在焊接方向上相對(duì)于待進(jìn)行主焊接的部位位于下游側(cè)上的兩個(gè)部位被預(yù)固定焊接的激光焊接方法的示例,但是進(jìn)行預(yù)固定焊接的部位的數(shù)量可以為三個(gè)或更多個(gè)??紤]到激光焊接的步驟的數(shù)量,進(jìn)行預(yù)固定焊接的部位的數(shù)量?jī)?yōu)選地最大為大約六個(gè)。
[0055]圖4和圖5中的每一者示出了以主焊接的部位與預(yù)固定焊接的部位重疊的方式進(jìn)行主焊接的激光焊接方法的示例。例如,如圖4(c)和圖4(d)所示,通過(guò)將激光束16施加至預(yù)固定焊接過(guò)的部位42而對(duì)焊接部分45進(jìn)行主焊接。通過(guò)如上文示出的對(duì)待主焊接的部位進(jìn)行主焊接使得進(jìn)行主焊接的部位與進(jìn)行預(yù)固定焊接的部位重疊,能夠防止用于待焊接物體的各種外部輸入直接地輸入預(yù)固定焊接的部位,并且因此防止否則的話可能由預(yù)固定焊接的部位的破損導(dǎo)致的二次缺陷的產(chǎn)生。應(yīng)當(dāng)指出的是,在根據(jù)該示例性實(shí)施方式的激光焊接方法中,可以對(duì)待主焊接的部位進(jìn)行主焊接而使得待主焊接的部位沿著與焊接方向平行的方向和與焊接方向垂直的方向中的至少一個(gè)方向相對(duì)于預(yù)固定焊接的部位移位。
[0056]例如,如圖6中所示,主焊接的部位63和65可以被布置成使得主焊接的部位63和65分別沿著與焊接方向平行的方向相對(duì)于預(yù)固定焊接的部位61和62移位。應(yīng)當(dāng)指出的是,圖6示出了主焊接的部位63和65分別相對(duì)于預(yù)固定焊接的部位61和62移位至上游側(cè)的情況。然而,在該示例性實(shí)施方式中,主焊接的部位63和65可以分別相對(duì)于預(yù)固定焊接的部位61和62移位至下游側(cè)。
[0057]此外,如圖7中所示,例如,主焊接的部位73和75可以布置成使得他們分別相對(duì)于預(yù)固定焊接的部位71和72在與焊接方向垂直的方向上移位。應(yīng)當(dāng)指出的是,圖7示出了主焊接的部位73和75在附圖中分別相對(duì)于預(yù)固定焊接的部位71和72向上移位的情況。然而,在該示例性實(shí)施方式中,主焊接的部位73和75可以在附圖中分別相對(duì)于預(yù)固定焊接的部位71和72向下移位。
[0058]此外,在根據(jù)該示例性實(shí)施方式的激光焊接方法中,主焊接可以實(shí)施成使得主焊接的部位相對(duì)于其相應(yīng)的預(yù)固定焊接的部位沿著傾斜方向移位,即,既沿著與焊接方向平行的方向移位又沿著與焊接方向垂直的方向移位。
[0059]通過(guò)如上文說(shuō)明的使主焊接的部位相對(duì)于預(yù)固定焊接的部位移位,當(dāng)待主焊接的部位被主焊接時(shí),可以在更靠近待主焊接的部位的位置處約束待焊接的物體,并且因此,可以改善防止或減少焊接的物體變形的效果。
[0060]此外,在根據(jù)該示例性實(shí)施方式的激光焊接方法中,與預(yù)固定焊接的部位對(duì)應(yīng)的所有部位不一定必須進(jìn)行主焊接。例如,如圖8中所示,與預(yù)固定焊接的部位對(duì)應(yīng)的部位中每隔一個(gè)部位可以被主焊接。在圖8中,焊接的部位81和83為僅進(jìn)行預(yù)固定焊接的部位,并且焊接的部位82和84為在進(jìn)行預(yù)固定焊接之后進(jìn)行主焊接的部位。
[0061]此外,在根據(jù)該示例性實(shí)施方式的激光焊接方法,如圖9中所示,當(dāng)進(jìn)行主焊接時(shí),主焊接可以以直線的形狀進(jìn)行(呈直線形狀焊接的部位由附圖標(biāo)記“93”表示)。即使在該情況下,如圖9 (a)中所示,掃描單元11也是將激光束16施加至焊接部分91和92,并且由此對(duì)焊接部分91和92進(jìn)行預(yù)固定焊接。之后,如圖9(b)中所示,掃描單元11對(duì)預(yù)固定焊接過(guò)的部位91進(jìn)行主焊接。應(yīng)當(dāng)指出的是,掃描單元11以直線形狀將金屬板31和32焊接在一起。隨后,在焊接過(guò)的部位93到達(dá)預(yù)固定焊接過(guò)的部位91之后,在焊接過(guò)的部位93到達(dá)預(yù)固定焊接過(guò)的部位92之前,對(duì)焊接部位94進(jìn)行預(yù)固定焊接。
[0062]即使在這種情況下,也可以通過(guò)在進(jìn)行主焊接之前在焊接方向的下游側(cè)上進(jìn)行預(yù)固定焊接而在焊接部位的兩側(cè)都受到約束的狀態(tài)下進(jìn)行主焊接。因此,能夠在對(duì)焊接部位進(jìn)行主焊接時(shí)防止金屬板31和32的變形和位置偏離。此外,如圖9中所示,與如圖4中所示以點(diǎn)的形狀焊接待主焊接的部位的情況相比,通過(guò)以直線的形狀焊接待主焊接的部位,金屬板31和32可以更牢固地焊接在一起。
[0063]應(yīng)當(dāng)指出的是,在圖1中示出的激光焊接裝置I中機(jī)器人12使掃描單元11移動(dòng)。然而,倘若激光振蕩器10的大小能夠減小,該示例性實(shí)施方式也可以構(gòu)造成使得機(jī)器人12使掃描單元11和激光振蕩器10兩者移動(dòng)。
[0064]此外,在根據(jù)該示例性實(shí)施方式的激光焊接方法中,焊接過(guò)的部位的熔核形狀可以是任何任意的形狀。例如,熔核形狀可以是C形、O形、線形等。此外,根據(jù)該示例性實(shí)施方式的激光焊接方法可以通過(guò)使用激光/電弧混合焊接、電子束焊接等來(lái)施行。此外,預(yù)固定焊接和主焊接可以通過(guò)使用多個(gè)掃描單元(即,多個(gè)激光束)來(lái)進(jìn)行。在這種情況下,由于使用多個(gè)激光束,焊接速度會(huì)提高。
[0065]根據(jù)依照上文說(shuō)明的該示例性實(shí)施方式的發(fā)明,能夠提供如下激光焊接方法:該方法能夠減少對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接所需的步驟的數(shù)量同時(shí)防止發(fā)生有缺陷的焊接。
[0066][示例]
[0067]接下來(lái),說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的示例。
[0068]待焊接的物體通過(guò)使用上文說(shuō)明的激光焊接方法被焊接。在該示例中,彼此疊置的兩個(gè)6000系列鋁合金板用作待焊接的物體100 (參見(jiàn)圖10)。鋁合金板的厚度分別被為
1.2毫米和0.9毫米。光纖激光器用作激光焊接裝置I的激光振蕩器10。每個(gè)預(yù)固定焊接過(guò)的部位的形狀為具有大約2毫米的直徑的焊點(diǎn)形狀。此外,每個(gè)主焊接過(guò)的部位的形狀為直徑大約為7毫米的焊點(diǎn)形狀。預(yù)固定焊接的速度(S卩,形成預(yù)固定焊接的焊點(diǎn)形狀的速度)為大約0.1秒。此外,主焊接的速度(即,形成主焊接的焊點(diǎn)形狀的速度)為大約1.0秒。
[0069]在該示例中,如圖10所示,待焊接的物體100上的20個(gè)部位被焊接(焊接部位由附圖標(biāo)記“101”表示)。應(yīng)指出的是,通過(guò)使用上文說(shuō)明的激光焊接方法,在使掃描單元移動(dòng)的同時(shí)在掃描單元的掃描范圍內(nèi)進(jìn)行待焊接物體100的預(yù)固定焊接和主焊接。S卩,在圖10中示出的示例中,當(dāng)待焊接的物體100被焊接時(shí),掃描單元的行進(jìn)次數(shù)(即,掃描單元在焊接路徑上行進(jìn)的次數(shù))為一次。應(yīng)指出的是,掃描單元的移動(dòng)速度為0.09米/秒并且其行進(jìn)距離為大約2米。此外,用于對(duì)所有的焊接部位(20個(gè)部位)進(jìn)行焊接(預(yù)固定焊接和主焊接)所花費(fèi)的時(shí)間為22秒。S卩,焊接(預(yù)固定焊接和主焊接)一個(gè)部位花費(fèi)1.1秒。
[0070]此外,作為比較示例,在如圖11(a)所示在使掃描單元移動(dòng)的同時(shí)對(duì)待焊接的物體110進(jìn)行預(yù)固定焊接(預(yù)固定焊接的部位由附圖標(biāo)記“111”表示)之后,如圖11(b)中所示在使掃描單元移動(dòng)的同時(shí)對(duì)待焊接的物體110進(jìn)行主焊接(主焊接部位由附圖標(biāo)記“112”表示)。對(duì)于圖11(a)中示出的預(yù)固定焊接而言,預(yù)固定焊接一個(gè)部位花費(fèi)0.1秒,并且因此總共花費(fèi)2秒(0.1秒X20個(gè)部位)。應(yīng)指出的是,當(dāng)掃描單元的移動(dòng)速度提高至I米/秒時(shí),掃描單元不能精確地移動(dòng)。因此,掃描單元的移動(dòng)速度被減小。因此,在預(yù)固定焊接步驟中,用于在使掃描單元移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行焊接的時(shí)間被增長(zhǎng),并且因此,加工效率被降低。此外,對(duì)于圖11(b)中所示的主焊接而言,主焊接一個(gè)部位花費(fèi)I秒,并且因此總共花費(fèi)20秒(I秒X 20個(gè)部位)。
[0071 ] 當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的示例與比較示例相比較時(shí),由于在比較示例中掃描單元總共需要在同一焊接路徑上行進(jìn)兩次,因此在比較示例中焊接所需的步驟的數(shù)量增多。即,盡管在根據(jù)本發(fā)明的示例中焊接本身所需的時(shí)間(該時(shí)間與激光束施加至待焊接的物體的時(shí)間對(duì)應(yīng))與在比較示例中所需的時(shí)間基本上相等,由于在比較示例中掃描單元總共需要在同一焊接路徑上行進(jìn)兩次,所以在比較示例中包括掃描單元的行進(jìn)的焊接過(guò)程的整體時(shí)間增長(zhǎng)。此外,在比較示例中的預(yù)固定焊接中,在使掃描單元移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行焊接的時(shí)間被增長(zhǎng),并且因此加工效率被降低。
[0072]與此相比,在根據(jù)本發(fā)明的示例中,在使掃描單元移動(dòng)的同時(shí)在掃描單元的掃描范圍內(nèi)執(zhí)行預(yù)固定焊接步驟和主焊接步驟。即,預(yù)固定焊接和主焊接兩者在同一過(guò)程中進(jìn)行。因此,在待焊接的物體100被焊接時(shí)掃描單元的移動(dòng)操作的數(shù)量(即,掃描單元在焊接路徑上行進(jìn)的次數(shù))可以減少為一次。因此,對(duì)待焊接的物體進(jìn)行焊接所需的步驟的數(shù)量可以被減少。此外,在根據(jù)本發(fā)明的示例中,在掃描單元移動(dòng)的幾乎整個(gè)時(shí)間段期間,都進(jìn)行焊接(預(yù)固定焊接步驟和主焊接)。因此,焊接過(guò)程可以以集中的方式進(jìn)行并且因此,可以提高加工效率。
[0073]在上文說(shuō)明的焊接方法中,說(shuō)明了為彼此疊置的兩個(gè)板的待焊接物體被搭接焊的示例情況。然而,本發(fā)明可以應(yīng)用于兩個(gè)或更多個(gè)接頭(待焊接的物體)被焊接的任何類型的焊接,比如對(duì)接焊和角焊。
[0074]根據(jù)如此描述的發(fā)明,明顯的是,發(fā)明的實(shí)施方式可以以許多方式變型。這些變型不應(yīng)被認(rèn)為背離于本發(fā)明的精神和范圍,并且對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言明顯的是,所有這些改型要包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光焊接方法,所述激光焊接方法用于通過(guò)在使掃描激光束的掃描單元移動(dòng)的同時(shí)將由所述掃描單元掃描的所述激光束施加至多個(gè)金屬板而焊接所述多個(gè)金屬板,其中,所述激光束從激光振蕩器導(dǎo)出,所述多個(gè)金屬板為待焊接物體,所述激光焊接方法包括: 執(zhí)行在使所述掃描單元移動(dòng)的同時(shí)在所述掃描單元的掃描范圍內(nèi)對(duì)所述待焊接物體的在焊接方向上的預(yù)定部位進(jìn)行預(yù)固定焊接的步驟和對(duì)所述待焊接物體的與預(yù)固定焊接過(guò)的部位對(duì)應(yīng)的待主焊接部位進(jìn)行主焊接的步驟,其中, 當(dāng)對(duì)所述待焊接物體的與預(yù)固定焊接過(guò)的部位對(duì)應(yīng)的所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接時(shí),在如下?tīng)顟B(tài)下對(duì)所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接:其中,所述待主焊接部位位于鄰近的相對(duì)于所述待主焊接部位處于所述焊接方向上的上游側(cè)的已經(jīng)主焊接過(guò)的部位與鄰近的相對(duì)于所述待主焊接部位處于所述焊接方向上的下游側(cè)的已經(jīng)預(yù)固定焊接過(guò)的部位之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接方法,其中,相對(duì)于所述待主焊接部位處于所述焊接方向上的所述下游側(cè)的兩個(gè)或更多個(gè)鄰近的預(yù)定部位被預(yù)固定焊接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光焊接方法,其中,對(duì)所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接而使得所述待主焊接部位與對(duì)應(yīng)的預(yù)固定焊接過(guò)的部位重疊。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光焊接方法,其中,對(duì)所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接而使得所述待主焊接部位沿著與所述焊接方向平行的方向和與所述焊接方向垂直的方向中的至少一者相對(duì)于對(duì)應(yīng)的預(yù)固定焊接過(guò)的部位移位。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光焊接方法,其中,當(dāng)對(duì)所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接時(shí),所述待主焊接部位被焊接成線狀。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光焊接方法,其中,所述掃描單元間歇地移動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光焊接方法,其中,所述掃描單元連續(xù)地移動(dòng)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光焊接方法,其中,所述掃描單元的移動(dòng)速度被調(diào)節(jié)成使得在從對(duì)任一預(yù)定部位的預(yù)固定焊接開(kāi)始時(shí)至對(duì)與預(yù)固定焊接過(guò)的所述任一預(yù)定部位對(duì)應(yīng)的待主焊接部位的主焊接完成時(shí)的時(shí)間段期間所述任一預(yù)定部位和對(duì)應(yīng)的所述待主焊接部位保持處于所述掃描單元的掃描范圍內(nèi)。9.一種激光焊接方法,所述激光焊接方法用于通過(guò)在使掃描激光束的掃描單元移動(dòng)的同時(shí)將由所述掃描單元掃描的所述激光束施加至多個(gè)金屬板而焊接所述多個(gè)金屬板,其中,所述激光束從激光振蕩器導(dǎo)出,所述多個(gè)金屬板為待焊接物體,所述激光焊接方法包括: 執(zhí)行在使所述掃描單元移動(dòng)的同時(shí)在所述掃描單元的掃描范圍內(nèi)對(duì)所述待焊接物體的在焊接方向上的預(yù)定部位進(jìn)行預(yù)固定焊接的步驟和對(duì)所述待焊接物體的與預(yù)固定焊接過(guò)的部位對(duì)應(yīng)的待主焊接部位進(jìn)行主焊接的步驟,其中, 當(dāng)對(duì)所述待焊接物體的與預(yù)固定焊接過(guò)的部位對(duì)應(yīng)的所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接時(shí),在如下?tīng)顟B(tài)下對(duì)所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接:其中,所述待主焊接部位位于鄰近的相對(duì)于所述待主焊接部位處于所述焊接方向上的上游側(cè)的已經(jīng)預(yù)固定焊接過(guò)的部位與鄰近的相對(duì)于所述待主焊接部位處于所述焊接方向上的下游側(cè)的已經(jīng)預(yù)固定焊接過(guò)的部位之間。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光焊接方法,其中,每隔一個(gè)預(yù)固定焊接過(guò)的部位設(shè)置對(duì) 應(yīng)的待主焊接部位并對(duì)所述待主焊接部位進(jìn)行主焊接。
【文檔編號(hào)】B23K26/21GK105880829SQ201510977768
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月23日
【發(fā)明人】久田幸平, 日置亨, 尾楠和幸
【申請(qǐng)人】豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
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