專利名稱：具有能擺動(dòng)的壓緊輥的激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于以透射技術(shù)將由塑料制成的工件連接起來的 激光裝置，這種激光裝置具有加工頭，所述加工頭具有針對激光束的 聚焦裝置。在此，離工件最近的聚焦裝置具有構(gòu)造為輥?zhàn)拥囊阅軌蛐?轉(zhuǎn)的方式得到支承的圓柱形透鏡，該圓柱形透鏡使所述激光束沿 一個(gè) 唯一的軸線聚焦并且在一圍繞著激光束的入射處的區(qū)域中線形地?cái)D壓 所述工件。
背景技術(shù)：
在透射技術(shù)中，有待連接的工件的彼此鄰接的接觸面在激光束的 作用下熔化并且在隨后的冷卻中在壓力下彼此相連接。這種使用激光 束的塑料焊接的方法得到普遍公開。在該焊接方法中重要的是，在焊 接過程中將工件彼此夾緊在一起，因?yàn)閷τ诹己玫暮附舆B接來說重要 的前提不僅是能量的計(jì)量，而且是在有待連接的表面之間的直接的機(jī) 械接觸。此外，從實(shí)踐中在大量不同的實(shí)施方式中公開了激光裝置。
尤其對于三維的焊接輪廓而言，在應(yīng)該在整個(gè)焊接輪廓的范圍內(nèi) 同時(shí)向工件施加足夠的接觸壓力時(shí)，用傳統(tǒng)的夾緊件來夾緊工件這種 做法經(jīng)證實(shí)是麻煩的。為此從現(xiàn)有技術(shù)中公開，將激光束引導(dǎo)到有待 連接的位置上并且同時(shí)通過機(jī)器人操縱的加工頭對工件進(jìn)行機(jī)械擠 壓。
專利文件EP 1 405 713 Bl公開了 一種激光裝置，在該激光裝置中 要么逐點(diǎn)地精確地在激光束入射的位置上要么也面狀地在圍繞著激光 束的入射處的區(qū)域中或者沿橫向于激光束的相對運(yùn)動(dòng)的線條來對工件 進(jìn)行擠壓。這提供這樣的可能性，也就是將所需要的夾緊力同時(shí)用激 光束沿能夠編程的焊接輪廓持續(xù)地但始終逐點(diǎn)地沿一條線條或者在特 定的區(qū)域中施加到恰好進(jìn)行焊接過程并且在實(shí)際上需要夾緊力的位置 上?？梢赃M(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)的加工頭能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)，該加工頭能夠相對 于工件以保持相同的間距來運(yùn)動(dòng)并且承擔(dān)機(jī)械的壓緊力以及激光能量
的傳遞工作。
加工頭與有待焊接的工件之間的相對運(yùn)動(dòng)不斷地在機(jī)械接觸下進(jìn)行，而其中在激光束的入射處優(yōu)選通過對紅外線輻射來說透明的輥?zhàn)?來擠壓工件。比如由玻璃或塑料制成的壓緊輥是加工頭的用于激光束 的聚焦裝置的組成部分。該壓緊輥由此具有圓柱形透鏡的光學(xué)性能， 而圓柱形透鏡則將激光束線形地沿一根唯一的軸線聚焦到工件的接觸 面上。作為壓緊輥起作用的圓柱形透鏡以能夠旋轉(zhuǎn)的方式固定在加工 頭上，用于防止不必要的機(jī)械摩擦。在離開焊接輪廓時(shí)，圓柱形透鏡 以滾動(dòng)的運(yùn)動(dòng)在工件的表面上運(yùn)動(dòng)，其中激光束可以作為線條沿進(jìn)給 方向或者橫向于進(jìn)給方向入射到工件上。
對工件進(jìn)行擠壓的圓柱形透鏡在公開的激光裝置上以能夠在中心 旋轉(zhuǎn)的方式支承在兩個(gè)端面上，其中透鏡的相對于加工頭的位置不能 改變。圓柱形透鏡的中軸線相對于加工頭的縱軸線并且由此也相對于
聚焦裝置的光學(xué)軸線固定地調(diào)節(jié)到位并且優(yōu)選與這二者形成90度的 角。為了壓緊力以及激光束可以理想地作用于工件，在此需要以預(yù)先
垂直于正要連接的位置定向。為此，由機(jī)器人系統(tǒng)對加工頭的運(yùn)動(dòng)進(jìn) 行精確控制，機(jī)器人系統(tǒng)按照所編程的設(shè)定值來確定加工頭的相對于 工件的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)行程及定向。在三維的工件輕微變形或者說工 件上有較小不平之處的情況下，加工頭以及由此起擠壓作用的圓柱形 透鏡的經(jīng)過編程的姿勢有別于理想的相對于工件的位置，這降低了所 產(chǎn)生的焊縫的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)這種現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種方案，利用該方 案總是在工件上保證均勻的壓緊力。
按本發(fā)明，該任務(wù)通過一種具有權(quán)利要求1所述特征的激光裝置 得到解決。其它有利的設(shè)計(jì)方案可從從屬權(quán)利要求中獲得。
按照本發(fā)明，加工頭具有用于能夠旋轉(zhuǎn)的圓柱形透鏡的擺動(dòng)懸架。 這能夠使圓柱形透鏡總是精確地相切地抵靠在工件的與所述加工頭對 置的表面上。由此由所述加工頭施加的壓緊力始終垂直地傳入所述工 件中，從而在所有焊接處以相同的方式以指定的程度對所述工件進(jìn)行 擠壓。
如果所述加工頭的相對于工件的姿勢不是絕對垂直，那么， 一旦 所述圓柱形透鏡碰到工件，它就自動(dòng)地圍繞著自身中心偏轉(zhuǎn)。由此所述圓柱形透鏡有能力自主地改變其相對于所述加工頭的定向，其中這 種連接的方式不允許所述圓柱形透鏡的虛擬的旋轉(zhuǎn)軸線沿加工頭的運(yùn) 動(dòng)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)而僅僅允許沿所述加工頭的縱軸線的方向定向。所述 圓柱形透鏡因而僅僅可以圍繞著一根垂直于所述加工頭的運(yùn)動(dòng)方向的 軸線翻轉(zhuǎn)。
有利地如此選擇所述連接的方式，使得所述擺動(dòng)懸架的翻轉(zhuǎn)軸穿 過所述圓柱形透鏡的中心。由此實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，也就是即使所述圓柱形 透鏡翻轉(zhuǎn)，激光束也總是在中心穿過該圓柱形透鏡，從而也沒有劇烈 改變由翻轉(zhuǎn)的透鏡產(chǎn)生的在工件上的聚焦線。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，作為壓緊輥起作用的圓柱形 透鏡通過萬向接頭與所述加工頭相連接。這通過以下方式來實(shí)現(xiàn)，即 一個(gè)中心的十字件在兩個(gè)對置的端部上用能夠旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)固定在所述 加工頭以及圓柱形透鏡上。
在技術(shù)上可以通過金屬環(huán)來實(shí)現(xiàn)這種類型的萬向的懸架，所述金 屬環(huán)一方面以兩根沿所述加工頭的運(yùn)動(dòng)方向延伸的第一旋轉(zhuǎn)軸以能夠 偏轉(zhuǎn)的方式與所述加工頭相連接并且另一方面通過兩根另外的第二旋 轉(zhuǎn)軸與所述圓柱形透鏡相連接。所述圓柱形透鏡布置在被所述金屬環(huán) 包圍的空腔中，其中所述第二旋轉(zhuǎn)軸橫向于所述加工頭的運(yùn)動(dòng)方向延 伸。能夠以在軸向上旋轉(zhuǎn)的方式支承著圓柱形透鏡的第二旋轉(zhuǎn)軸相對
于所述第一旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)置了 90度。
在本發(fā)明的一種有利的變型方案中，所述圓柱形透鏡僅僅以一個(gè) 端面與所述擺動(dòng)懸架相連接。這能夠使所述圓柱形透鏡可以更加靠近 工件的棱邊或者棱角，從而簡化在這些位置上的焊接作業(yè)。這可以在 前面所說明的實(shí)施方案中簡單地得到實(shí)現(xiàn)，方法是代替金屬的完整環(huán) (Vollring)使用環(huán)段，該環(huán)段在大約270度的圓周角范圍內(nèi)延伸并且 確定一個(gè)典型的90度的切口。所述環(huán)段的切口在此與所述圓柱形透鏡 的和環(huán)段相連接的一側(cè)徑向?qū)χ谩?br>

下面借助于在附圖中示出的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。本發(fā) 明的其它特征可以從以下對本發(fā)明的實(shí)施例所作的說明中結(jié)合權(quán)利要 求和附圖來獲得。本發(fā)明的單個(gè)特征在此可以僅僅自身或者多個(gè)一起
在本發(fā)明的不同的實(shí)施方式中得到實(shí)現(xiàn)。其中圖1是按本發(fā)明的激光裝置的加工頭的、用于對工件進(jìn)行擠壓且
使激光束聚焦的圓柱形透鏡的保持鏡筒的側(cè)視圖2是圖1的保持鏡筒的將視野投向圓柱形透鏡的正視圖3是圖1的保持鏡筒的垂直于圓柱形透鏡的中軸線的第一軸向
剖切圖；并且
圖4是圖1的保持鏡筒的橫向于圓柱形透鏡的縱軸線的第二軸向 剖切圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了一個(gè)按本發(fā)明的激光裝置的在附圖中未示出的加工頭 的保持鏡筒l。該保持鏡筒l構(gòu)造為分級的空心圓筒，并且在將其以上 面的連接段3插入所述加工頭的空腔中之后能夠用固定裝置2可松開 地固定在所述加工頭上。此外，在所述加工頭中設(shè)置了聚焦裝置，所 述聚集裝置對從激光源入射的激光束進(jìn)行成形和導(dǎo)引。
在所述保持鏡筒1的直接以擴(kuò)大的直徑連接到所述連接段3上的 下面的緊固段4上，圓柱形透鏡5通過接納環(huán)6可活動(dòng)地與所述保持 鏡筒1相連接。所述保持鏡筒1和接納環(huán)6由金屬制成。所述圓柱形 透鏡5對于在附圖中未示出的激光束來說是可以通過的并且由玻璃或 透明的塑料材料制成。
圖1以及圖2示出了所述圓柱形透鏡5的相對于保持鏡筒1處于偏 轉(zhuǎn)位置中的情況。在未利用附圖解釋的標(biāo)準(zhǔn)位置中所述接納環(huán)6和圓 柱形透鏡5垂直于鏡筒1的軸線定位。
圖2示出了按圖1的保持鏡筒1的將視野投向圓柱形透鏡5的正視 圖。所述圓柱形透鏡5以二維的自由度按照萬向懸架的方式固定在所 述保持鏡筒l中。所述接納環(huán)6用兩個(gè)第一旋轉(zhuǎn)軸7、 7，以能夠偏轉(zhuǎn)的 方式與所述保持鏡筒l相連接，在圖1中也可以看出這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸7、 7，中的旋轉(zhuǎn)軸7。按照與所述第一旋轉(zhuǎn)軸7、 7，轉(zhuǎn)置90度的方式設(shè)置了 兩個(gè)第二旋轉(zhuǎn)軸8、 8，，所述第二旋轉(zhuǎn)軸8、 8'將所述圓柱形透鏡5以 能夠旋轉(zhuǎn)的方式與所述接納環(huán)6相連接。
所述旋轉(zhuǎn)軸8、 8，與所述圓柱形透鏡5的軸向的中軸線9對準(zhǔn)。由 此該圓柱形透鏡5在其被擠壓到在附圖中未示出的工件上且所述加工 頭垂直于該圓柱形透鏡5的中軸線9向前或向后運(yùn)動(dòng)時(shí)可以沿所述加 工頭的運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)。如果所述加工頭連同所述鏡筒1在焊接輪廓的某個(gè)位置上沒有精
確地垂直于工件的表面定向，那么支撐著圓柱形透鏡5的接納環(huán)6就 自動(dòng)地通過關(guān)于所述圓柱形透鏡5的中心10非對稱地作用于該圓柱形 透鏡5上的壓緊力平行于并且/或者相切于所述工件的表面定向。在此 所述接納環(huán)6圍繞著旋轉(zhuǎn)軸7、 7，偏轉(zhuǎn)。
圖3示出了所述保持鏡筒1的第一軸向剖切圖，在該軸向剖切圖 中沿橫向方向垂直于所述圓柱形透鏡5的中軸線9對其進(jìn)行了剖切。 所述接納環(huán)6也像在附圖的其它圖示中一樣圍繞著這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸7、 7 相對于鏡筒1翻轉(zhuǎn)了些許角度。所述圓柱形透鏡5的沿縱向方向延伸 的中軸線9布置在所述保持鏡筒1的中心縱軸線ll的延長線中，在附 圖中未示出的激光束也沿該延長線延伸。激光束由此不僅在標(biāo)準(zhǔn)位置 中而且在偏轉(zhuǎn)位置中都總是在通過所述中軸線9確定的中間面的區(qū)域 中射到所述圓柱形透鏡5上。
圖4示出了所述保持鏡筒1的相對于圖3轉(zhuǎn)置了 90度的軸向剖切 圖。用于圓柱形透鏡5的旋轉(zhuǎn)軸8、 8，被接納在兩側(cè)的滑動(dòng)軸承12、 12， 中，所述滑動(dòng)軸承12、 12，則被壓入所述接納環(huán)6中。所述圓柱形透鏡 5的中心IO在此布置在所述保持鏡筒1的縱軸線11的直接的延長線中， 使得激光束不依賴于所述圓柱形透鏡5的相對于保持鏡筒1的傾角在 中間穿過所述圓柱形透鏡5。由此聚焦線的關(guān)于工件的空間位置在所述 圓柱形透鏡5翻轉(zhuǎn)時(shí)僅僅受到細(xì)微的影響。
權(quán)利要求
1.用于以透射技術(shù)將由塑料制成的工件連接起來的激光裝置，具有加工頭，所述加工頭具有用于激光束的聚焦裝置，其中離工件最近的聚焦裝置具有構(gòu)造為輥?zhàn)拥囊阅軌蛐D(zhuǎn)的方式得到支承的圓柱形透鏡(5)，該圓柱形透鏡(5)使所述激光束沿一根唯一的軸線聚焦并且在一圍繞著激光束的入射處的區(qū)域中線形地?cái)D壓所述工件，其特征在于，所述加工頭具有用于能夠旋轉(zhuǎn)的圓柱形透鏡(5)的擺動(dòng)懸架。
2. 按權(quán)利要求l所述的激光裝置，其特征在于，所述擺動(dòng)懸架的 翻轉(zhuǎn)軸穿過所述圓柱形透鏡(5)的中心(10)。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的激光裝置，其特征在于，作為壓緊輥 起作用的圓柱形透鏡(5)通過萬向接頭與所述加工頭相連接。
4. 按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的激光裝置，其特征在于，所述 圓柱形透鏡(5)僅僅以一個(gè)端面與所述擺動(dòng)懸架相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有能擺動(dòng)的壓緊輥的激光裝置，用于以透射技術(shù)將由塑料制成的工件連接起來，具有加工頭，所述加工頭具有用于激光束的聚焦裝置。在此，離工件最近的聚焦裝置具有構(gòu)造為輥?zhàn)拥囊阅軌蛐D(zhuǎn)的方式得到支承的圓柱形透鏡，該圓柱形透鏡使所述激光束沿一根唯一的軸線聚焦并且在一圍繞著激光束的入射處的區(qū)域中線形地?cái)D壓所述工件。為了能夠使所述圓柱形透鏡總是精確地相切地抵靠在與所述加工頭對置的工件的表面上，所述加工頭具有用于能夠旋轉(zhuǎn)的圓柱形透鏡的擺動(dòng)懸架。此外，由此實(shí)現(xiàn)了由所述加工頭施加的壓緊力始終垂直地傳入所述工件中，從而在焊接過程中在所有焊接處以相同的方式以指定的程度對所述工件進(jìn)行擠壓。
文檔編號B29C65/16GK101574849SQ20091013910
公開日2009年11月11日 申請日期2009年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者A·尼德伯格, D·沃格勒, M·謝特, O·欣茨 申請人:萊丹加工技術(shù)公司