[发明专利]带光纤激光器的激光焊接工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光焊接工具，该激光焊接工具用于产生用于连接工件的焊缝，该激光焊接工具的激光束可以借助于线性驱动装置沿焊缝运动。

背景技术

在汽车工业以及配件工业中，一如既往占优势的是，在车身制造中大多借助于机器人所引导的焊钳来实施电阻焊接。电阻焊接是基于流过连接部位的电流的焦耳电热(Jouleschen-)的、用于导电材料的一种焊接方法。通过电热将待连接的工件加热直至熔化。通过熔液的重新凝固形成焊接连接。通常通过焊钳在电流流动期间和电流流动之后将待相互连接的工件压在一起，由此支持紧密连接的形成。

但同时激光束焊接的重要性日益增长。激光束焊接主要用于焊接必须以很高的焊接速度、窄的和细长的焊缝以及很少热变形的方式接合的工件。激光束焊接或者也称为激光焊接(如电阻焊接那样)一般情况下无需输送焊料地实施。

激光辐射借助于准直光管来聚焦。待焊接的工件的接合边或接缝的工件表面直接靠近准直光管的焦点，该焦点在激光束焊接中也称为焦斑。焦斑具有0.5至1.0mm的典型直径，由此形成非常高的能量集中。通过吸收激光功率，在工件表面上，温度极其迅速地升高超过金属的熔化温度，从而形成熔液。然而，对激光焊接的优点来说，对立的是高购置成本、很差的效率以及用于安全装置的高开支。此外，当前在工业上使用的气体激光焊接设备或者固体激光焊接设备的尺寸很大并且不适合在汽车工业中使用。激光焊接系统的例子例如由JP2004-243393公知，该激光焊接系统的激光束可以借助于线性驱动装置沿焊缝运动。

发明内容

从该现有技术出发，本发明的目的在于，为汽车制造业中的焊接过程提供一种激光焊接工具，该激光焊接工具可以与用于进行电阻焊接的现有基础结构一体化，该激光焊接工具尤其能够实现存在的构件工具和操作装置的继续使用，该激光焊接工具保证在汽车制造业中常用的激光焊接功率(在2KW以内)的情况下的人身安全并且减少工业激光焊接工具的设计所引起的缺陷，特别是降低高购置成本、很差的效率以及高安全开支。

该目的在一种开头所提及类型的激光焊接工具中通过如下方式得以实现，即，

-激光器是光纤激光器，该激光器包括用于导光的光纤、用于将辐射源的激光辐射耦合到光纤内的光学器件和用于使激光束的分布(Verlauf)聚焦的、与光纤连接的准直光管，

-准直光管设置在可以使准直光管沿预先给定的运动路线运动的线性驱动装置上，

-线性驱动装置连同准直光管设置在具有用于激光束的出射狭缝的壳体内，其中，准直光管的运动路线平行于出射狭缝地分布，并且准直光管以如下方式取向，即，使激光束仅穿过出射狭缝从壳体中射出，以及，

-只有在壳体的出射狭缝置于工件中的至少一个工件上时，才能激活光纤激光器。

使用具有紧凑的尺寸和可以灵活地构造的激光源的光纤激光器允许将激光焊接工具与用于汽车工业的传统的电阻焊接装置的基础结构一体化。激光辐射可以借助于用于导光的光纤按照电缆的方式引导到待制造的焊缝附近，从而激光焊接也可以在狭窄的情况下，正如在汽车工业中使工件接合时经常遇到的那样，得到应用。同时，光纤激光器的突出之处在于，与气体激光器和固体激光器相比更高的射束质量、目前高于30％的更高的效率、更低的维修成本以及同时更低的购置成本。

光纤的、特别是玻璃光纤的掺杂的芯在光纤激光器中形成工作介质。耦合到光纤内并且穿过该光纤引导的激光辐射由于光纤的很长的长度而得到很大程度的增强。光纤激光器被光学地泵浦，其中，激光二极管的激光辐射平行于光纤芯地耦合或者耦合到光纤内。

为了在生成焊缝(无论现在是连续式焊缝还是点焊缝)时保证所要求的人身安全，准直光管以如下方式可运动地在壳体内设置和取向，即，使激光束可以仅穿过出射狭缝从壳体中射出。此外，只有在出射狭缝置于工件上时，才激活光纤激光器的激光功率。通过这些措施的组合，焊缝可以沿预先给定的运动路线产生，而即使激光焊接工具固定在机械臂上，该激光焊接工具也不会对处于机器人作业环境内的人员造成任何危险。

使由于壳体棱边而妨碍焊接过程基本得以避免的是，壳体在出射狭缝的方向上漏斗形地变细。