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用于工件的 激光烧蚀和焊接方法

阅读：348发布：2020-05-12

专利汇可以提供用于工件的激光烧蚀和焊接方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及用于工件、尤其板件的激光烧蚀和焊接方法，以及自动的激光烧蚀和焊接设备（1），其中，烧蚀过程和焊接过程在自动化生产线中实施。，下面是用于工件的激光烧蚀和焊接方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.用于工件的激光烧蚀和焊接方法，其中，所述方法包括以下方法步骤：
a. 将至少两个工件放入到夹紧单元中；
b. 在第一位置中分别经由第一夹紧器件在所述夹紧单元中夹紧所述工件；
c. 将已夹紧的工件和夹紧所述工件的第一夹紧器件在第一烧蚀位置中定向；
d. 借助于至少一个激光头来烧蚀至少一个已夹紧的工件的至少一个接合边缘；
e. 在所述第一位置中经由第二夹紧器件将所述至少两个工件中的第一工件夹紧并且将在所述至少两个工件中的第一工件处的第一夹紧器件松开；
f. 将所述第一夹紧器件朝在所述第一工件处的接合边缘的方向移置；
g. 经由所述第一夹紧器件夹紧所述第一工件，松开所述第二夹紧器件并且将所述第一工件和所述第一夹紧器件在接合位置中定向；
h. 在所述第一位置中经由第二夹紧器件将所述至少两个工件中的第二工件夹紧并且将在所述至少两个工件中的第二工件处的第一夹紧器件松开；
i. 将所述第一夹紧器件朝在所述第二工件处的接合边缘的方向移置；
j. 经由所述第一夹紧器件夹紧所述第二工件，松开所述第二夹紧器件并且将所述第二工件和所述第一夹紧器件在接合位置中定向；
k. 将所述第一工件和所述第二工件在相应的接合边缘处进行连接；
l. 松开所述第一夹紧器件并且将所接合的工件递交到运输单元处。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工件和所述第二工件为板件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连接为激光焊接。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在放入之前通过从第一机器人经由定位装置到第二机器人上的递交来实施自动化的预定位步骤。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤c）、g）或j）中的至少一个定向通过如下来进行：使工件浮动过来到止挡部或类似物处；随后相应第一夹紧器件通过相应的挂上部而夹持固定。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤d）中的烧蚀经由至少两个激光头来实施。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述两个激光头中的一个激光头布置在工件上侧上并且所述激光头中的另一个激光头布置在工件下侧上。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述激光头相继地在环绕的轨道上驶过所述第一工件和所述第二工件的接合边缘。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在任意时间点都不发生所述激光头在工件上侧和工件下侧上的直接的对置。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤d）与e）之间进行所述接合边缘的自动的清洁。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述清洁为刷光或抛光。

说明书全文

用于工件的 激光烧蚀和焊接方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于工件、尤其板件的激光烧蚀和焊接方法，以及自动的激光烧蚀和焊接设备。

背景技术

[0002] 在DE 10 2010 060 958 A1的现有技术中已知以下设备，在所述设备中，将工件在激光的工作区域中进行定位、定向并且然后进行加工。通常这样的关于所述工件的定向方面高度敏感的过程始终在专业化的工作站中以如下顺序来实施，即每个加工步骤包括所述工件在夹紧装置中的放入和定向。

[0003] 在此不利的是，从一加工站中的取出、到新的加工站中的放入和定位以及然后用于加工的夹紧随之带来巨大的操作消耗（Handhabungsaufwand），这显著地降低加工站的效率。

发明内容

[0004] 因此本发明的任务是，对工件在激光加工站中的加工在其效率方面进行改进。

[0005] 该任务通过用于对至少两个工件进行激光烧蚀的过程连同接着对至少两个工件进行激光焊接的、如下所述的方法和设备来解决。

[0006] 有利的改进方案在如下对优选、改进的或有利的方法和设备的描述中说明。

[0007] 根据本发明的用于工件、尤其板件的激光烧蚀和焊接方法，包括以下方法步骤：

[0008] a. 将至少两个工件放入到夹紧单元中；

[0009] b. 在第一位置中分别经由第一夹紧器件在所述夹紧单元中夹紧所述工件；

[0010] c. 将已夹紧的工件和夹紧所述工件的第一夹紧器件在第一烧蚀位置中定向；

[0011] d. 借助于至少一个激光头烧蚀至少一个已夹紧的工件的至少一个接合边缘；

[0012] e. 在所述第一位置中经由第二夹紧器件将所述至少两个工件中的第一工件夹紧并且将在所述至少两个工件中的第一工件处的第一夹紧器件松开；

[0013] f. 将所述第一夹紧器件朝在所述第一工件处的接合边缘的方向移置；

[0014] g. 经由所述第一夹紧器件夹紧所述第一工件，松开所述第二夹紧器件并且将所述第一工件和所述第一夹紧器件在接合位置中定向；

[0015] h. 在所述第一位置中经由第二夹紧器件将所述至少两个工件中的第二工件夹紧并且将在所述至少两个工件中的第二工件处的第一夹紧器件松开；

[0016] i. 将所述第一夹紧器件朝在所述第二工件处的接合边缘的方向移置；

[0017] j. 经由所述第一夹紧器件夹紧所述第二工件，松开所述第二夹紧器件并且将所述第二工件和所述第一夹紧器件在接合位置中定向；

[0018] k. 将所述工件在相应的接合边缘处进行连接、尤其激光焊接；

[0019] l. 松开所述夹紧器件并且将所接合的工件递交到运输单元处。

[0020] 重要的是，即使当进行多个加工步骤时，所述工件也从来不必从所述夹紧器件中取出，从而几乎完全省去关于所述工件的操作的消耗。

[0021] 在将至少两个工件首次放入到夹紧单元中之后，所述工件保留在所述夹紧单元中直至在加工之后来取出。在加工循环中仅进行已夹紧的工件的受控的和界定的重新定位和定向，而无需取出。

[0022] 借助于激光进行的烧蚀和焊接的加工步骤对于本领域专业人员而言充分已知。出于完整性的考虑要阐述的是，通过以优选脉冲的激光辐射的照射（Beschuss）将材料从表面的去除被称为激光烧蚀、也被称为激光汽化。在此所应用的具有高功率密度的激光辐射引起在表面处的迅速加热，由此去除材料。借助于激光的焊接是如下焊接方法，即在其中，用于连接所述工件的所需的能量借助于激光来提供。

[0023] 在所述方法的有利的改进方案中设置成，在放入之前通过从第一机器人经由定位装置到第二机器人上的递交来实施自动化的预定位步骤。

[0024] 所述预定位或预分拣（Vorkommissionierung）实现将相同的或不同的坯件以提高的精度放入到所述夹紧单元中、尤其通过带有用于至少两个工件的单个的操作仪器（例如抽吸头）的放入机器人。由此第一定向步骤b）变得简单并且能够较快地实施。

[0025] 此外优选地，在方法步骤c）、g）或j）中的至少一个定向通过在相应第一夹紧装置的相应的挂上部的随后的夹持的固定的情况下使所述工件浮动过来（Anschwimmen）到止挡部或类似物处来进行。

[0026] 用于对所述已夹紧的工件进行定位的浮动过来在没有预设界定的线性运动轴线的情况下通过所述工件在水平平面中的运动进行。所述工件浮动地、即围绕垂直于所述平面的轴线可转动或可摆动地靠近止挡部，直至进行在至少两个点处的接触和由此工件边缘在所述平面中的界定的定向。之后所述夹紧装置通过其挂上部而固定在该位置中，从而在所述平面中进行并且确保精确的定位。

[0027] 此外优选设置成，在方法步骤d）中的烧蚀经由至少两个激光头来实施，其中，优选一个激光头布置在工件上侧上并且一个激光头布置在工件下侧上。

[0028] 由板件区段构成的、通常面型的工件、所谓的“坯料（blanks）”应该在执行根据本发明的方法的情况下通过焊接来相互连接。为此在所述方法中将接合边缘、即用于构造连接的边缘通过烧蚀来进行预处理。所述工件上侧和所述工件下侧在此能够理解为所述工件的面。通常所述下侧至少部分地与所述第一夹紧器件处于接触中，而所述上侧优选是空着的。

[0029] 各利用在所述工件上侧和在所述工件下侧上的激光头的加工实现提高的加工速度并且从上向下以与待加工的接合边缘的精密的定向来避免所述激光头的消耗的重新定位。

[0030] 在该加工的情况下，此外有利的是，所述激光头相继地在环绕的轨道上驶过（abfahren）所述工件的接合边缘，其中，尤其在任意时间点都不发生所述激光头在工件上侧和工件下侧上的直接的对置。

[0031] 通过所述激光头在环绕的、处于所述工件的加工平面中的轨道上的相继的运动来避免，所述激光头互相影响，尤其一个激光头的激光射线碰到另一激光头并且可能在此损伤该另一激光头。也避免由于以激光辐射的超负荷所引起的对所述工件自身的影响。

[0032] 此外优选设置成，在方法步骤d）与e）之间进行所述接合边缘的自动的清洁、尤其刷光或抛光。

[0033] 通过烧蚀加工的边缘的清洁为另外的加工提供优点。尤其，当借助于刷光或抛光来改进所述接合边缘的品质（Güte）时，则在此能够持久地去除在接合边缘区域中的污物或所去除的材料的残留物。

[0034] 根据本发明，也公开用于接合至少两个工件、尤其两个板件的自动的激光烧蚀和焊接设备，其中，所述烧蚀和焊接设备包括至少一个夹紧单元、第一定位站、烧蚀站、第二定位站和焊接站。所述激光烧蚀和焊接设备的特征在于，所述至少两个工件在唯一的夹紧单元中被烧蚀、接合和焊接。

[0035] 本发明提供以下优点，即避免加工步骤的操作和重新夹紧，由此缩短加工时间并由此提高效率。

[0036] 在所述烧蚀和焊接设备的优选的实施方案中设置成，包括带有多个夹紧单元的转动台，其中，所述夹紧单元能够经由所述转动台从位置运动到位置。

[0037] 所述夹紧单元在转动台上的布置允许，所述方法的每个节拍相继地循环地（umlaufend）执行，并且所述夹紧单元连同已夹紧的工件通过以加工生产线或加工线的形式相继不同的加工站。

[0038] 在此特别有利的是，所述夹紧单元包括每工件至少一个夹紧磁体。

[0039] 经由夹紧磁体能够使以板件或类似物的形式的工件精密地固定、定位和松开，而不必使机械夹持装置与工件轮廓相匹配。

[0040] 一种扩展的实施方案设置成，每工件至少一个夹紧磁体能够浮动布置地在所述夹紧单元中运动并且能够经由固定器件、尤其夹持装置固定在浮动过来的位置中。

[0041] 以该方式能够使所述夹紧和上述到所述定位器件处的浮动过来较容易地实现，因为仅必须实施磁体头在一个平面中的浮动的运动、尤其通过两个平行的、却不同步的彼此间隔开的、用于所述夹紧磁体的进给轴的增量的运动。

[0042] 能够补充性地阐述的是，不仅所述第一夹紧器件而且所述第二夹紧器件能够实施为夹紧磁体。在实践中已证实的是，能够将所述第一夹紧器件构造为夹紧磁体并且将所述第二夹紧器件构造为力配合的夹紧夹持装置这一事实呈现出优选的经济的且最有效率的解决方案。附图说明

[0043] 下面应该根据示意性的实施例阐释本发明。然而本发明不局限于所示出的实施方式。

[0044] 其中：

[0045] 图1a：以俯视图示出烧蚀和焊接设备；

[0046] 图1b：示出烧蚀和焊接方法的流程图；

[0047] 图2a：示出夹紧单元的示意性图示；

[0048] 图2b：示出带有工件的夹紧单元的示意性图示；

[0049] 图3a：示出所述激光头在烧蚀步骤中的运动的示意性图示；

[0050] 图3b：示出沿在所述烧蚀步骤中的激光头的纵向方向的示意性图示；

[0051] 图4：示出从烧蚀位置到接合位置中的定向的流程。

具体实施方式

[0052] 图1a以透视的俯视图详细地示出根据本发明的激光烧蚀和焊接设备1。所述激光烧蚀和焊接设备1包括转动台2，所述转动台带有在六个不同的加工位置I至VI处的总共六个布置的夹紧单元3。所述加工位置I至VI环绕地围绕转动轴线4布置并且能够在加工节拍中通过以60°的转动来彼此转移。

[0053] 在所述加工站II、III以及V处布置有线性横梁10、11和12。在所述线性横梁10上布置有激光烧蚀装置13，所述激光烧蚀装置通过在所述线性横梁10上移位而能够运动到在位置II中的夹紧单元3的上方和下方的区域中，以便执行所述激光烧蚀的加工步骤。

[0054] 所述线性横梁11承载加工头用于通过刷光或抛光而进行的清洁的可选的过程，其中，该过程也通过将所述加工头14驶入到在所述加工站III中的夹紧单元3的区域中来进行。

[0055] 在所述站IV中布置有夹持保持件15，所述夹持保持件为了重新定位所述第一夹紧器件而将所述工件在所述加工站中在位置IV处的夹紧单元3上进行固定，以便提供所述接合边缘的定向以用于在位置V中的随后的焊接过程。

[0056] 在位置V处设置所述线性横梁12，所述线性横梁设计成以相应的方式使激光焊接头16能够线性地运动到在所述位置V处的夹紧单元3的加工区域中并且能够从所述加工区域中运动出来。

[0057] 图1b示意性地示出相应于在根据图1a的转动台2上的布置的、根据本发明的加工方法的流程。方法步骤a以及b和c在所述位置I中发生。然后通过转动所述转动台2将所述夹紧单元3转移（weitergereicht）到所述位置II中用于在所述烧蚀站13中进行加工。在那实施方法步骤d。所述清洁的可选的方法步骤在位置III中进行，其中，如上所述，刷头14在完成的烧蚀之后对所述接合边缘进行清洁、尤其抛光。所述刷头或抛光单元的使用能够或者从上方、从下方或者在两侧进行。

[0058] 在位置IV中进行待相互焊接的工件的已处理的接合边缘的重新夹紧和定向（接合），其中，实施方法步骤e至j。

[0059] 通过所述转动台2进一步转动了60°使得所述夹紧单元3从所述位置IV转移到所述位置V中，然后在所述位置V中借助于所述激光焊接头16进行焊接在接合位置中定向的工件。

[0060] 在所述加工方法结束并且所述转动台2以所述夹紧单元3从所述焊接站V中进一步旋转到取出位置VI中之后，使完成加工的、由两个已相互焊接的工件构成的板材供用于卸载。

[0061] 图2a示出夹紧单元20的示意性的图示，所述夹紧单元20具有以夹紧磁体的形式的夹紧器件21、22。所述夹紧器件21、22能移位地布置在框架23、24上并且能够经由相应两个平行的、彼此间隔开的螺纹主轴（25、26和27、28）浮动地彼此相向或彼此离开地运动。所述螺纹主轴（25至28）在此通过驱动单元29、30如下地驱动，使得保持在所述夹紧器件21、22上的工件（未示出）能够彼此相向运动。为了精确地定位在第一烧蚀位置中，将带有定位销32的止挡部31沿方向33引入到带有布置在所述夹紧器件21、22上的工件的夹紧器件21与22之间，从而通过使所述夹紧器件21、22经由所述螺纹主轴25至28进行运动而使所述工件的接合边缘能够浮动地靠近所述定位销32并被止挡。一旦到达所述第一烧蚀位置，则经由闭锁装置40至43锁定所述夹紧器件21、22的位置，从而在其他加工站（I至VI）中在所述夹紧单元20上对所述工件进行另外的加工时所述定位保持不变，因为所述夹紧单元与所述工件保持连接直至所述加工结束为止。备选于或补充于闭锁装置，也存在有以下可行方案，即经由所述驱动单元29、30固定所述夹紧器件。

[0062] 为了也能够简单且精密地容纳和操作大的工件，所述夹紧单元20具有支承器件45，所述支承器件当前仅示例性地示出。

[0063] 图2b示出带有布置的工件50、51的夹紧单元49的实施方式。所述夹紧磁体52、53保持所述工件并且浮动地经由驱动器54、55相应于上述实施方案地驶向到止挡销56处并且被定位。所述工件50、51当前缩短地示出，从而能够看到支承部58。整个夹紧单元49支承在转动台60上。未示出的预定位步骤实现借助于唯一的机器人操作仪器、例如多轴机器人处的抽吸式抓取器来将所述工件50、51放入，从而已经在所述预定位中进行所述工件50、51的接合边缘61、62的相对精密的定向。

[0064] 出于完整性的考虑能够阐述的是，替代所述螺纹主轴25至28也考虑其他装置、例如线性调节器、气动或液压调节器或其他的促动器，其通过相应的布置和固定实现在本发明意义中的浮动过来。尤其，使用气动缸能够提供以下附加的优点，即经由气动的控制压力能够在浮动过来时施加界定的力，以便在位置借助于闭锁装置被锁定之前，尽可能精确地调整所述位置。

[0065] 图3a示出所述激光头在所述烧蚀步骤中的运动的示意性的图示。两个已在烧蚀位置中定向的工件80、81在它们的接合边缘82、83处借助于第一激光头84从它们的上侧以及借助于第二激光头85从它们的下侧来加工。所述激光头在此沿着以箭头86、87、88以及89所说明的轨道相继地驶过（ablaufen）所述接合边缘82、83的轮廓，从而进行所述烧蚀步骤，而所述激光头在任一加工时间点上都不彼此对置。

[0066] 图3b示出沿所述激光头84以及85的纵向方向的示意性的图示，其中，所述激光头84处在所述轨道86的端部处准备好用于沿着所述轨道87进行变动并且所述激光头85实行沿着所述轨道89的变动。通过夹紧磁体90、91来保持所述工件80、81，其中，为了在所述接合边缘82、83处利用所述激光头84、85的加工的改进的精密度而使一同引导的滚子对92、93以及94、95运动，以便使所述接合边缘82、83精确地在它们的加工位置中保持在竖直的定向上。

[0067] 图4示出在根据按照本发明的方法的特征e）至j）的、所述第一夹紧器件的移置的七个步骤中的流程。

[0068] 所述工件100以及101驶入到所述站IV中并且在该时间点利用以夹紧磁体形式的第一夹紧器件102以及103来保持。所述第二夹紧器件104以及105在该时间点被打开并且不施加夹紧力到所述工件100、101上。在引入到所述站IV中之后引入止挡部106。在所述流程的第二步骤中，在所述站IV中，所述第二夹紧器件104、105通过上方的夹紧颚（Spannbacke）107对着下方的夹紧支座108的关闭而在所述第一工件100的区域中进行关闭以及通过上方的夹紧颚109对着下方的夹紧支座110的关闭而在所述工件101的区域中进行关闭。然后所述第一夹紧器件102以及103被松开并且沿着运动方向111以及112朝所述止挡部106运动。
这能够经由之前已经描述的、用于位置的浮动过来的驱动器来进行。所述第二夹紧器件104以及105在此将所述工件100以及101保持在位置中。

[0069] 在所述第一夹紧器件102以及103的运动结束之后在4号步骤中，在所述第一夹紧器件102、103将所述工件100、101又已经可靠地夹紧之后（方式为，将所述夹紧磁体的磁场激活），松开所述第二夹紧器件104、105。然后在5号步骤中经由所述夹紧器件103连同已夹紧的工件101的运动进行所述工件101到所述止挡部106处的首先驶向，以用于为了接着的焊接步骤而在接合位置中进行定向。然后在6号步骤中移除所述止挡部106，之后在7号步骤中经由所述第一夹紧器件102连同固定在其上的工件100的运动使该工件100以其接合边缘113成止挡地驶向到所述第二工件101的接合边缘114处。然后以已知的方式锁止所述第一夹紧器件102以及103的位置并且将所述夹紧单元引入到所述激光加工站V中，由此能够使所述工件100、101相互焊接。

[0070] 在完成焊接之后，将所产生的已加工的工件转移到所述位置VI中以用于卸载、例如通过卸载机器人，之后所述夹紧单元能够为了重新装载和首先定向而继续转动到所述位置I中。

[0071] 所述第一和所述第二夹紧器件也能够以不同于在实施例中所述那样的方式来构造。尤其，所述第二夹紧器件能够由在所述站IV中的夹紧颚的固定的布置和例如以支承部45、58的形式的一同运动的夹紧支座来构成。

[0072] 附图标记列表

[0073] 1 设备

[0074] 2 转动台

[0075] 3 夹紧单元

[0076] 10 线性横梁

[0077] 11 线性横梁

[0078] 12 线性横梁

[0079] 13 激光烧蚀装置

[0080] 14 加工头

[0081] 15 夹持保持件

[0082] 16 激光焊接头

[0083] 20 夹紧单元

[0084] 21 夹紧器件

[0085] 22 夹紧器件

[0086] 23 框架

[0087] 24 框架

[0088] 25-28 螺纹主轴

[0089] 29 驱动单元

[0090] 30 驱动单元

[0091] 32 定位销

[0092] 33 方向

[0093] 40-43 闭锁装置

[0094] 45 支承器件

[0095] 49 夹紧单元

[0096] 50 工件

[0097] 51 工件

[0098] 52 夹紧磁体

[0099] 53 夹紧磁体

[0100] 54 驱动器

[0101] 55 驱动器

[0102] 60 转动台

[0103] 61 接合边缘

[0104] 62 接合边缘

[0105] 80 工件

[0106] 81 工件

[0107] 82 接合边缘

[0108] 83 接合边缘

[0109] 84 激光头

[0110] 85 激光头

[0111] 86-89 轨道

[0112] 90 夹紧磁体

[0113] 91 夹紧磁体

[0114] 92-95 滚子对

[0115] 100 工件

[0116] 101 工件

[0117] 102 夹紧器件

[0118] 103 夹紧器件

[0119] 104 夹紧器件

[0120] 105 夹紧器件

[0121] 106 止挡部

[0122] 107 上方的夹紧颚

[0123] 108 下方的夹紧支座

[0124] 109 上方的夹紧颚

[0125] 110 下方的夹紧支座

[0126] 111 运动方向

[0127] 112 运动方向

[0128] 113 接合边缘

[0129] 114 接合边缘。

标题	发布/更新时间	阅读量
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用于工件的激光烧蚀和焊接方法

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