專利名稱：激光焊接設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明總體上涉及一種激光焊接設備，該設備能夠高速地完成激光焊接作業(yè)。更具體地，本發(fā)明涉及一種能夠高速地完成激光焊接的激光焊接設備。
背景技術(shù)：
近年來，在汽車工業(yè)中使用激光焊接來裝配車身。該激光焊接是使用多軸機器人來執(zhí)行的，該多軸機器人的末端(作業(yè)端)安裝有掃描器。從該掃描器照射激光束。激光焊接通常需要高速性能并且需要所照射的激光束具有很高的位置精度。例如，日本特開2006-187803號公報中公開了一種激光焊接設備，該公報提出了通過操作與沿著兩個軸 (方向)移動的掃描器結(jié)合的多軸機器人來滿足這些需求的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
人們發(fā)現(xiàn)關于上述專利公開中提出的技術(shù)，掃描器的坐標系的原點設定成與掃描鏡的旋轉(zhuǎn)中心軸線重合，該掃描鏡設計成在該掃描器的光路上沿著兩個軸移動。多軸機器人在任意時間都能夠基于機器人的坐標系的原點來確定掃描器的坐標系的原點。機器人控制裝置執(zhí)行多軸機器人的臂以及掃描鏡的角度和焦點距離的聯(lián)合控制。因為掃描器的坐標系的原點設定為位于掃描鏡的旋轉(zhuǎn)軸上，由于用于使掃描鏡沿兩個軸線移動的移動部件的動作的影響和裝配設備的精確程度的影響，由多軸機器人確定的掃描器坐標系的原點的位置有時候不同于掃描器坐標系的原點的實際位置。如果發(fā)生這種不同，則激光撞擊工件的位置將偏離實際想要瞄準的位置，并且在激光焊接過程中激光束的定位精度將下降。此外，因為多軸機器人的臂以及掃描鏡的角度和焦距都是由相同的機器人控制裝置控制的，所以限制了激光焊接的高速性能并且難以高速地執(zhí)行激光焊接。本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠高速地完成激光焊接作業(yè)的激光焊接設備。鑒于已知技術(shù)的狀態(tài)，本發(fā)明的一方面是提供一種激光焊接設備，該激光焊接設備包括多軸機器人，其具有臂；和掃描器，其安裝于所述多軸機器人的所述臂的末端。所述掃描器包括用于將激光束照射到工件上的光學系統(tǒng)。所述掃描器包括預設的坐標系，所述坐標系的原點與所述激光束的光軸和所述光學系統(tǒng)的被固定著的元件之間的交點重合。


現(xiàn)在參考形成此原始公開的一部分的附圖圖1為根據(jù)一個圖示的實施例的激光焊接設備的簡化示意圖。
圖2為示出圖1的掃描器的更多細節(jié)的簡化示意圖；圖3為圖示擴展透鏡的移動距離和聚焦透鏡到作業(yè)點(激光束加工點)的距離之間的關系的曲線圖；圖4為根據(jù)圖示的實施例的激光焊接設備的中央處理器所執(zhí)行的控制操作的流程圖；以及圖5為用于說明中央處理器在進行圖4所示的操作流程時所執(zhí)行的處理的草圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考

選用的實施例。本領域技術(shù)人員將從本公開清楚地了解到以下實施例的說明僅僅用于示例，并非用于限制本發(fā)明，本發(fā)明由所附的權(quán)利要求書和它們的等同方案所限定。首先參考圖1，示意性地圖示了根據(jù)一個圖示的實施例的激光焊接設備100。激光焊接設備100主要包括多軸機器人110、掃描器或激光加工頭120、機器人控制裝置140、掃描器控制裝置150和中央處理器160。如圖1所示，多軸機器人110具有臂，該臂具有多個關節(jié)部(articulating section)。多軸機器人110為六軸機器人(也稱作“多關節(jié)機器人”)， 關節(jié)部之間的關節(jié)限定六個運動軸。在關節(jié)部之間的每個關節(jié)的軸處設置電機M(例如，交流伺服電機)和編碼器(未示出)。因此，多軸機器人110具有6個交流伺服電機M(圖1 中只表示出4個)和6個自由度。多軸機器人110基于特有的機器人坐標系操作。結(jié)果， 通過改變多軸機器人110的位置的姿態(tài)，臂的末端，即，激光加工頭或掃描器120能夠沿多個方向移動。交流伺服電機M被構(gòu)造并配置成旋轉(zhuǎn)一定量，該旋轉(zhuǎn)量對應于機器人控制裝置140發(fā)出的命令中所指定的移動量。脈沖編碼器輸出的脈沖信號被進給到機器人控制單元52。不言而喻，激光焊接設備100中使用的電機M和編碼器并不受這些特定的裝置的限制，還能夠使用除伺服電機和脈沖編碼器之外的裝置。掃描器120構(gòu)成激光焊接設備100的激光束照射部。掃描器120安裝于多軸機器人110的臂的作業(yè)端112。配置掃描器120以使激光束照射到工件(例如，車門、發(fā)動機罩、 行李艙或車的其它部件)的作業(yè)點170 (激光照射位置)。工件的被激光束撞擊的部分被熔化并焊接。掃描器120基于特有的掃描器坐標系操作。作業(yè)點170的坐標根據(jù)機器人坐標系指定。因此，掃描器120配備有用于精準地將激光束照射到作業(yè)點170的光學系統(tǒng)。通過操作該光學系統(tǒng)，激光束在X軸方向和Y軸方向(機器人坐標系)上掃描，且激光束的焦點位置可以在Z軸方向(機器人坐標系)上調(diào)整。掃描器120配備有三個交流伺服電機以在三個方向，即X軸方向、Y軸方向和Z軸方向(掃描器坐標系)上移動激光束。因此，掃描器120能夠在三個方向上改變激光束的聚焦位置。隨后將解釋掃描器120在機器人坐標系和掃描器坐標系之間的轉(zhuǎn)換方法和掃描器120的構(gòu)成特征的詳細描述。機器人控制裝置140將掃描器120的坐標系(掃描器坐標系)的原點設定成與下面的交點重合該交點是激光束的光軸和掃描器120的光學系統(tǒng)的構(gòu)成元件之中的固定于該光學系統(tǒng)的元件之間的交點。通過將掃描器120的坐標系的原點設定成與激光束的光軸和掃描器120的光學系統(tǒng)之中的固定于該光學系統(tǒng)的構(gòu)成元件之間的交點重合，并使用隨后描述的計算方法來執(zhí)行在焦距方向上的控制，能夠使用線性計算來確定掃描器120的位置。換言之，使用線性近似來計算擴展透鏡(eXpenderlens)123(隨后描述)在光路方向上的移動量和焦點距離的改變量。結(jié)果，能夠關于作業(yè)點170更加容易地控制多軸機器人 110，并且能夠高速地完成高精度的焊接作業(yè)。因此，多軸機器人110的控制更簡單，且該多軸機器人110能夠高速地并精確地沿示教點走線。機器人控制裝置140控制多軸機器人 110的6個交流伺服電機的操作，使得掃描器120的坐標系的原點沿著多軸機器人110的提前存儲的示教路徑通過。掃描器控制裝置150控制掃描器120的光學系統(tǒng)的3個交流伺服電機的操作，使得從掃描器120射出的激光束精確地照射在工件的作業(yè)點170上。中央處理器160發(fā)送同步操作命令(例如，以相同的控制循環(huán)時間間隔和相同的時點)到機器人控制裝置140和掃描器控制裝置150。機器人控制裝置140和掃描器控制裝置150以相同的控制速度和相同的控制循環(huán)時間處理來自中央處理器160的操作命令。 按此方式，多軸機器人110和掃描器120平行操作，就好像它們由單個控制裝置驅(qū)動一樣。圖2是示出圖1的掃描器120的更多細節(jié)的示意圖。掃描器120包括光纖122、擴展透鏡123、焦點位置調(diào)節(jié)裝置126。焦點位置調(diào)節(jié)裝置126配備有用于驅(qū)動擴展透鏡123 的交流伺服電機124和滾珠絲杠125。掃描器120還包括準直透鏡128、反射鏡130、聚焦透鏡131和激光束掃描裝置136。激光束掃描裝置136配備有第一掃描鏡132、用于旋轉(zhuǎn)第一掃描鏡132的交流伺服電機133、第二掃描鏡134和用于旋轉(zhuǎn)第二掃描鏡134的交流伺服電機135。光纖122配置并構(gòu)造成向擴展透鏡123照射激光束。該激光束由激光振蕩器(未示出)產(chǎn)生。焦點位置調(diào)節(jié)裝置126起沿著激光束的光軸方向(圖2中以箭頭示出的豎直方向)移動擴展透鏡123的作用。該擴展透鏡123配置成沿著激光束的光軸方向移動并起調(diào)節(jié)焦距的作用。從光纖122射出的激光束的擴散角根據(jù)擴展透鏡的位置而改變。結(jié)果，改變了激光束的焦距，并且作業(yè)點沿著圖2所示的Z軸方向移動。擴展透鏡123由交流伺服電機124和滾珠絲桿125移動。準直透鏡128起準直經(jīng)過擴展透鏡123的擴散激光束的作用。反射鏡130使從準直透鏡128射出的準直的激光束改向成朝著激光束掃描裝置136。在激光束掃描裝置136 中，從反射鏡130到達的激光束首先被第一掃描鏡132反射，然后被第二掃描鏡134反射， 從而指向作業(yè)點。第一掃描鏡132連接至交流伺服電機133的旋轉(zhuǎn)軸，使得第一掃描鏡132 能夠通過交流伺服電機133繞旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心軸線轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)動第一掃描鏡132時，激光束撞擊的位置沿著圖2所示的X軸方向移動，從而改變作業(yè)點的位置。第二掃描鏡134 連接至交流伺服電機135的旋轉(zhuǎn)軸，使得第二掃描鏡134能夠通過交流伺服電機135繞旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心軸線轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)動第二掃描鏡134時，激光束撞擊的位置沿著如圖所示的 Y軸方向(圖2中，Y軸垂直于紙面)移動，從而改變作業(yè)點的位置。因此，通過根據(jù)工件的作業(yè)點的三維坐標控制(移動)擴展透鏡123、第一掃描鏡 132和第二掃描鏡134，能夠控制激光束以完成對工件的精確的激光焊接，該工件的作業(yè)點在三維變化。當作業(yè)點的位置只在Z軸方向稍微改變時，如果照射在作業(yè)點上的激光束的輸出強度只在預定的范圍內(nèi)變化，則沒有必要移動擴展透鏡123。由于設置于第一掃描鏡132和第二掃描鏡134的表面涂層的狀態(tài)的效果，第一掃描鏡132和第二掃描鏡134關于激光的反射率根據(jù)反射角而變化。為了在作業(yè)點獲得必要的激光輸出強度，反射角限制在預定的角度范圍內(nèi)。該角度范圍一般為大約士 10度。交流伺服電機124起驅(qū)動擴展透鏡123的作用，交流伺服電機133起驅(qū)動第一掃描鏡132的作用，交流伺服電機135起驅(qū)動第二掃描鏡134的作用，為了確保能夠快速且精確地控制擴展透鏡123和掃描鏡132和134，交流伺服電機124、交流伺服電機133和交流伺服電機135都設計成與用于驅(qū)動多軸機器人110的臂的交流伺服電機相比具有低的慣性比和高的分辨率。因此，擴展透鏡123、第一掃描鏡132和第二掃描鏡134能夠快速移動，并且激光束能夠精確地照射于作業(yè)點。結(jié)果，能夠提高焊接質(zhì)量，并且能夠減少掃描器120的光學系統(tǒng)的尺寸、重量和成本。交流伺服電機124通過滾珠絲桿125連接至擴展透鏡123，該滾珠絲桿125起具有大減速比的減速器的作用。交流伺服電機124非?？焖偾腋呔鹊匾苿訑U展透鏡123。因此，交流伺服電機124具有低慣性比和高分辨率。類似地，交流伺服電機133的旋轉(zhuǎn)軸通過具有大減速比的減速器133A連接至第一掃描鏡132，并且交流伺服電機135的旋轉(zhuǎn)軸通過具有大減速比的交流伺服電機135A連接至第二掃描鏡134。因此，為了快速且精確地移動第一掃描鏡132和第二掃描鏡134，交流伺服電機133和交流伺服電機135必需具有低慣性比和高分辨率。因此，擴展透鏡123、第一掃描鏡132和第二掃描鏡134中的每個都通過具有高減速比的減速器連接至交流伺服電機的旋轉(zhuǎn)軸。因此，擴展透鏡123、第一掃描鏡132和第二掃描鏡134能夠快速地響應交流伺服電機的操作，且激光束能夠以精確的方式照射到作業(yè)點上。結(jié)果，能夠提高焊接質(zhì)量，并且能夠減少掃描器的光學系統(tǒng)的尺寸、重量和成本。更具體地說，激光束必需以10-150mm/s的速度沿著每個作業(yè)點掃描，并以 3000-6000mm/s的速度在作業(yè)點之間移動。為了滿足這些需求，掃描器120的交流伺服電機具有比多軸機器人110的交流伺服電機優(yōu)越得多的加速/減速性能和分辨率。為了達到這種高加速/減速性能，需要掃描器120的交流伺服電機在加速或減速期間經(jīng)歷極小的慣量。更具體地說，相對于接近3 1的正常的慣性比，該慣性比必須是 1 1或更小。同時，為了達到高分辨率，掃描器120的每個交流伺服電機通過具有高減速比的減速器連接，因為如果只使用一個通常的光學編碼器，則相對于作業(yè)點的分辨率是不夠的。 當使用這種減速器時，必須盡可能地減少該減速器的摩擦效果。因此，減速器的減速比設定成使得每個交流伺服電機的最大額定旋轉(zhuǎn)速度對應于作業(yè)點的3000-6000mm/s的激光束移動速度。多軸機器人110中使用的電機和掃描器120中使用的電機都是交流伺服電機。僅使用交流伺服電機能使待使用的命令集(set of command)更加統(tǒng)一。結(jié)果，能夠使用單個中央處理器160以相同的控制速度和相同的控制循環(huán)時間來控制機器人控制裝置140和掃描器控制裝置150。更具體地說，根據(jù)中央處理器160發(fā)出的操作(移動)命令，機器人控制裝置140 能夠控制多軸機器人110的移動，使得多軸機器人110以精確方式按照預示教路徑走線。同時，根據(jù)中央處理器160發(fā)出的操作命令，掃描器控制裝置150能夠控制掃描器120，使得激光束照射的位置可以按照預存儲的作業(yè)點路徑走線。簡而言之，多軸機器人110和掃描器 120的任務能夠輕易地分開，使得掃描器120的位置由機器人控制裝置140控制，并且作業(yè)點由掃描器120走線。通過按此方式分割任務，多軸機器人110和掃描器120各自的任務得以清晰地定義，并且多軸機器人110和掃描器120的性能特征能夠?qū)ｉT化，以便達到最佳的裝置結(jié)構(gòu)。由于中央處理器160在相同的控制循環(huán)時間和相同的時點向機器人控制裝置140 和掃描器控制裝置150發(fā)出操作命令，所以用于多軸機器人110的示教路徑的命令和用于掃描器120的作業(yè)點路徑的命令得以同步。結(jié)果，可以在操作多軸機器人110的同時容易地操作掃描器120，并且即使工件具有復雜的三維形狀也能完成精確、高速的激光焊接。圖3是圖示擴展透鏡123的移動距離和聚焦透鏡131到作業(yè)點的距離之間的關系的曲線圖。在圖3中，上面的曲線表示當擴展透鏡123具有IOOOmm的焦距(f = 1000mm) 時獲得的關系，而下面的曲線表示當擴展透鏡123具有800mm的焦距(f = 800mm)時獲得的關系。從圖3中可以清晰地看出，擴展透鏡123的移動距離和聚焦透鏡131到作業(yè)點的距離之間的關系能夠近似地使用二次曲線來逼近。無論是使用了具有IOOOmm焦距(f = 1000mm)的擴展透鏡123還是使用了具有800mm焦距(f = 800mm)的擴展透鏡123，這都成立。兩個擴展透鏡123都具有近似Imm的焦距誤差。如果從光纖122射出的激光束的射束質(zhì)量是5-20mm-mrad，則在作業(yè)點附近能夠獲得2-5mm的焦點深度。結(jié)果，二次曲線近似導致的焦點位置的誤差基本上對激光焊接沒有影響。因此，如果掃描器120的坐標系的原點設置于聚焦透鏡131 (在光學系統(tǒng)中是被固定著的元件)，則當焦點距離通過移動擴展透鏡123而變化時，能夠使用二次曲線來近似焦點距離。在本實施例中，鑒于焦點距離能夠使用二次曲線來近似，掃描器120的坐標系的原點設置于聚焦透鏡131和激光束的光軸之間的交點。即使移動了第一掃描鏡132和第二掃描鏡134，焦點距離也能夠使用二次曲線來近似。由于能夠使用二次曲線來近似焦點距離，使得將多軸機器人110定位在示教路徑上更加容易，以及將從掃描器120射出的激光束定位到作業(yè)點上更加容易，因為掃描器120的三個軸相對于作業(yè)點的位置能夠線性計算。通過線性計算，能夠使用反饋控制容易地實時控制這些軸。關于多軸機器人110，必須使用正向運動學和逆向運動學來執(zhí)行反饋控制，以便知道作業(yè)端的當前位置。當設定掃描器120的坐標系的原點于固定于光學系統(tǒng)內(nèi)的聚焦透鏡131上時，使用逆向運動學能夠在單個計算中精確地計算多軸機器人110的作業(yè)端的當前位置，即在單個計算中獲得分析結(jié)果。因此，減少了由機器人控制裝置140承擔的計算負載。反之，如果掃描器120的坐標系的原點設置于非固定于光學系統(tǒng)內(nèi)的元件，例如， 擴展透鏡123、第一掃描鏡132或第二掃描鏡134，則分析結(jié)果不能在單個計算中獲得，且作業(yè)端的當前位置不能使用單個計算獲得。反而，機器人控制裝置140必須使用重復的正向運動學和逆向運動學計算來執(zhí)行反饋控制。因此，增加了由機器人控制裝置140承擔的計算負載，并且降低了執(zhí)行高速焊接作業(yè)的能力?，F(xiàn)在參考圖4所示的流程圖和圖5所示的草圖解釋根據(jù)本實施例的激光焊接設備的操作。圖4為根據(jù)本實施例的激光焊接設備執(zhí)行的控制操作的流程圖，而圖5是用于解釋圖4所示的流程圖表示的控制過程的草圖。
操作流程基于這樣的假設已經(jīng)示教了多軸機器人110的移動路徑和掃描器120 的作業(yè)點路徑?，F(xiàn)在簡要地解釋示教多軸機器人110的路徑和掃描器120的作業(yè)點路徑的過程。驅(qū)動多軸機器人110的臂時要求的移動速度和響應完全不同于驅(qū)動掃描器120的擴展透鏡123、第一掃描鏡132和第二掃描鏡134時要求的移動速度和響應。因此，將用于經(jīng)過作業(yè)點的路徑示教給多軸機器人110，且將用于照射激光束到作業(yè)點上的作業(yè)點路徑示教給掃描器120。多軸機器人110的移動路徑和掃描器120的作業(yè)點路徑被分別示教并存儲于中央處理器160?，F(xiàn)在將參考圖5詳細解釋示教移動路徑和作業(yè)點路徑的過程。首先，將移動路徑的起始點Pl示教給多軸機器人110，并且將作業(yè)點路徑的起始點Wl示教給掃描器120。接著，將移動位置(點)P2和用于從點Pl移動到點P2的移動速度Vl示教給多軸機器人110。 與此同時，將掃描器120走線的作業(yè)點的路徑M(圖5所示的半圓路徑)、終止點W2和作業(yè) (激光束移動)速度V示教給掃描器120。多軸機器人110從點Pl移動到點P2的速度Vl設定成獨立于掃描器120的作業(yè)速度V。優(yōu)選地，將移動速度Vl和作業(yè)速度V設定成使得在多軸機器人110從點Pl移動到點P2的同時掃描器120完成激光焊接。現(xiàn)在將根據(jù)圖4的流程圖解釋根據(jù)本實施例的激光焊接設備的操作。在步驟SlO中，中央處理器160從內(nèi)部存儲裝置中獲取用于多軸機器人110和掃描器120的示教值。更具體地說，中央處理器160獲取用于多軸機器人110的起始點P1、終止點P2和移動速度VI，所有的這些都提前存儲于存儲裝置中。此外，中央處理器160獲取用于掃描器120的起始點W1、終止點W2和作業(yè)速度V，所有的這些都提前存儲于存儲裝置中。在步驟Sll中，中央處理器160根據(jù)從存儲裝置獲得的用于多軸機器人110的示教值創(chuàng)建用于多軸機器人110的示教移動路徑。更具體地說，中央處理器160創(chuàng)建對應于機器人控制裝置140的每個控制循環(huán)的通過點(圖5中以虛線畫出的點Pl和P2之間的三個點)。在步驟S12中，中央處理器160根據(jù)從存儲裝置獲得的用于掃描器120的示教值創(chuàng)建用于掃描器120的示教作業(yè)點路徑。更具體地說，中央處理器160創(chuàng)建對應于掃描器控制裝置150的每個控制循環(huán)的通過點(圖5中以虛線畫出的點Wl和W2之間的三個點)。在步驟S13中，中央處理器160將用于多軸機器人110的移動路徑的點配置成時間序列，并且將步驟S12中創(chuàng)建的用于掃描器120的工作點路徑的點配置成時間序列。在步驟S14中，中央處理器160將用于多軸機器人110的移動路徑的時間序列發(fā)送到機器人控制裝置140，并將用于掃描器120的示教路徑的時間序列發(fā)送到掃描器控制裝置150。機器人控制裝置140在相同的控制循環(huán)時間和相同的時點將從中央處理器160接收的移動路徑發(fā)送到多軸機器人110，從而使多軸機器人110沿著點Pl和P2之間的移動路徑定位。同時，掃描器控制裝置150在相同的控制循環(huán)時間和相同的時點將從中央處理器 160接收的作業(yè)點路徑發(fā)送到掃描器120，從而使激光束沿著點Wl和W2之間的作業(yè)點路徑掃描。換言之，在作業(yè)點路徑的點被發(fā)送到掃描器120的同時移動路徑的點被發(fā)送到多軸機器人110，使得多軸機器人110和掃描器120以同步方式移動。如圖5所示，當激光束沿著作業(yè)點路徑M從點Wl移動到點W2時，多軸機器人110 只沿著移動路徑從點Pl移動到點P’ 1，并且在焊接完成后仍然在到達點P2之前還有一小段距離。在步驟S15中，中央處理器160確定是否已經(jīng)完成了整個移動路徑和整個作業(yè)點路徑。如果還未完成整個移動路徑和整個作業(yè)點路徑(步驟S15的結(jié)果為否)，則中央處理器160繼續(xù)執(zhí)行步驟S14。也就是說，如果激光束還未從點Wl移動到點W2并完成作業(yè)點路徑M的焊接，并且多軸機器人110還未從移動路徑的點Pl移動到點P2，則中央處理器 160繼續(xù)執(zhí)行步驟S14。同時，如果已經(jīng)完成了整個移動路徑和整個作業(yè)點路徑(步驟S15 的結(jié)果為是)，則中央處理器160結(jié)束激光焊接。利用根據(jù)本實施例的激光焊接設備能夠獲得的一些可能的效果列出如下。由于掃描器的坐標系的原點設定成與激光束的光軸和光學系統(tǒng)的構(gòu)成元件之中的被固定著的元件之間的交點重合，所以多軸機器人的控制更加簡單，并且該多軸機器人能夠精確地且高速地按照示教點走線。由于多軸機器人是由機器人控制裝置控制，掃描器是由掃描器控制裝置控制，并且機器人控制裝置和掃描器控制裝置被設計成在相同的控制循環(huán)時間和相同的時點發(fā)出操作命令，所以多軸機器人的操作(移動)和掃描器的操作是分別控制的，但是這種操作能夠輕易地同步。結(jié)果，該設備能夠以高精度高速地完成激光焊接。通過根據(jù)作業(yè)點的三維坐標控制(移動)擴展透鏡和兩個掃描鏡，能夠控制激光束在工件上完成精確的激光焊接，該工件上的作業(yè)點在三維變化。由于用于驅(qū)動擴展透鏡和兩個掃描鏡的電機比用于驅(qū)動多軸機器人的臂的電機具有低的慣性比和高的分辨率，激光束能夠以精確的方式照射在作業(yè)點上。結(jié)果，能夠提高焊接質(zhì)量，并且能夠減少掃描器的光學系統(tǒng)的尺寸、重量和成本。只使用交流伺服電機能夠使待使用的命令集更加統(tǒng)一。結(jié)果，能夠使用單個中央處理器以相同的控制速度和相同的控制循環(huán)時間來控制機器人控制裝置和掃描器控制裝置。擴展透鏡和兩個掃描鏡中的每一個都通過具有高減速比的減速器連接至相應的交流伺服電機的旋轉(zhuǎn)軸。因此，擴展透鏡和兩個掃描鏡能夠快速地響應交流伺服電機的操作，且激光束能夠以精確的方式照射于作業(yè)點上。結(jié)果，能夠提高焊接質(zhì)量，并且能夠減少掃描器的光學系統(tǒng)的尺寸、重量和成本。雖然只有選定的實施例才被選用來圖示本發(fā)明，但是本領域技術(shù)人員將從本公開清晰地認識到，在不脫離如所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，能夠進行各種修改和變型。例如，能夠根據(jù)需要和/或期望來改變各種部件的尺寸、形狀、位置或定向。顯示為直接連接或互相接觸的部件能夠在它們之間布置有中間結(jié)構(gòu)。一個元件的功能能夠由兩個元件執(zhí)行，反之亦然。沒有必要在一個特定實施例中同時表現(xiàn)所有的優(yōu)點。區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的、 單獨或結(jié)合其它特征的每個特征也應當被視為申請人的進一步發(fā)明的單獨描述，包括由這些特征所實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)的和/或功能的概念。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例的前述描述只是用于提供示例，并非用于限制由所附的權(quán)利要求書和它們的等同方案所限定的本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種激光焊接設備，其包括 多軸機器人，其具有臂；以及掃描器，其安裝于所述多軸機器人的所述臂的末端，所述掃描器包括用于將激光束照射到工件上的光學系統(tǒng)，所述掃描器包括預設的坐標系，所述坐標系的原點與所述激光束的光軸和所述光學系統(tǒng)的被固定著的元件之間的交點重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接設備，其特征在于， 所述光學系統(tǒng)的所述被固定著的元件是聚焦透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接設備，其特征在于，所述激光焊接設備還包括 機器人控制裝置，其控制所述多軸機器人的操作以使所述臂沿著示教的移動路徑移動，使得所述掃描器的坐標系的原點沿著所述示教的移動路徑移動；以及掃描器控制裝置，其控制所述掃描器的所述光學系統(tǒng)的操作，使得所述激光束照射到所述工件的作業(yè)點。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光焊接設備，其特征在于，所述激光焊接設備還包括中央處理器，其發(fā)出操作命令，使得所述機器人控制裝置和所述掃描器控制裝置以同步的方式操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接設備，其特征在于， 所述掃描器的所述光學系統(tǒng)還包括擴展透鏡，其通過沿著所述激光束的光軸方向移動來調(diào)節(jié)焦點距離； 準直透鏡，其準直從所述擴展透鏡出來的所述激光束；以及一對掃描鏡，其使從所述準直透鏡出來的所述激光束在所述工件上掃描。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光焊接設備，其特征在于， 所述擴展透鏡連接至電機的旋轉(zhuǎn)軸；每個掃描鏡都連接至電機的旋轉(zhuǎn)軸；以及每個所述電機與用于驅(qū)動所述多軸機器人的所述臂的電機相比都具有低的慣性比和高的分辨率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光焊接設備，其特征在于，驅(qū)動所述擴展透鏡的電機和驅(qū)動所述掃描鏡的電機都是交流伺服電機，所述擴展透鏡和所述掃描鏡中的每一個均通過具有高減速比的減速器連接至相應的一個交流伺服電機的旋轉(zhuǎn)軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光焊接設備，其特征在于，所述掃描器的所述光學系統(tǒng)使用線性近似來計算所述擴展透鏡在所述激光束的所述光軸方向上的移動量和計算所述焦點距離的改變量。
全文摘要
提供一種激光焊接設備(100)，其設置有具有臂的多軸機器人(110)和安裝于該多軸機器人的臂的末端的掃描器(120)。掃描器(120)包括用于將激光束照射到工件上的光學系統(tǒng)。掃描器(120)包括預設的坐標系，該坐標系的原點與激光束的光軸和光學系統(tǒng)的被固定著的元件(131)之間的交點重合。
文檔編號B23K26/20GK102307697SQ201080006558
公開日2012年1月4日 申請日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者吉川暢廣, 石塚俊彥 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社