[发明专利]可手持操作的激光焊接枪

说明书

本公开的背景

技术领域

本公开涉及用于产生焊缝的可手持操作的焊接枪领域，并且具体地涉及设置有光纤激光器的可手持操作的焊接枪。更具体地，本公开涉及配置有耐用的轻量的构造的改进的激光束传输系统、有效的焊接残渣驱散系统和焊缝控制系统。

背景技术

焊接通常作为组装方法使用，用于将多个金属部件或板状材料接合到一起形成一个组件。传统的焊接方法是方便可用的并且包括例如弧焊和电阻点焊。完全在最近，激光焊接得到发展并且相比多种传统形式的焊接激光焊接被证实具有数个优点。例如，激光束的精确聚焦使得能量能够聚集，从而能够在更少的热量引入工件周围部分的情况下提供更快速的焊接。

精确的自动或手动的激光焊接可以在具有高精度的工业激光器部件上执行，同时消除了对复杂加工材料的潜在的热损害和热应力的危险。已知的激光点焊和激光缝焊枪包括高精度组件、压力敏感的密封组件以及其它专门设计的组件。因此，如下面讨论的，激光焊接器的设计是不简单的并且提供一些结构上的挑战。

这些挑战中的一个包括具有复杂几何形状的工件的焊接。例如，汽车的车身面板被传输至焊接站，在该焊接站中，利用夹紧系统夹持车身面板同时执行焊接操作。由于一些待焊接的部件的构造，由于空间范围可能限制可用于必要的操作以及夹紧和焊接装置的合适的功能的空间大小，所以不能使用某些夹紧和焊接装置。为了使生产率和效率最大化，根据夹紧和焊接装置的构造、速度和成本，必须在一个焊接站中利用几个不同构造的夹紧和焊接装置。这样的方法可能使效率降低并且增加成本。

因此，需要具有基本上减少了对多个枪的需要的结构、紧凑的、轻量化的、耐用的可手持操作的激光焊接枪。

另一个挑战与通常用于焊接的激光组态相关：CO₂和Nd：YAG。两个激光组态在人眼不可见的、电磁辐射光谱的红外范围中运行。

Nd：YAG在大约1.06微米的波长中运行。该波长被传导材料非常好地吸收，其具有对于大多数金属通常大约20％至30％的反射率。另一方面，CO₂激光器的远红外(10.6微米)输出波长对于大多数金属具有大约80％至90％的初始反射率，但是可以方便地供给比Nd：YAG激光器的最高输出功率大得多的10,000瓦的功率。

上述的两种激光器类型的特征在于较大的物理尺寸。例如，CO₂系统可能占据一个普通的房间以实现需要的高功率。所述激光器类型之间的另一个共性是较低的墙壁插头效率，即从电能转化为光能的较低的转化效率。

因此，还需要带有具有紧凑和高效结构的激光器构造的可手持操作的激光焊接枪。

又一挑战由已知的机器操作的光纤激光焊接器呈现，其涉及来自焊接区域的焊接残渣对光学头的保护窗的冲击，该焊接残渣可能严重损坏容纳在该光学头中的光学器件。为了应付该问题，加压喷射空气以高速并且横切于通道的纵向轴线的方式被引入到激光头下游的光导通道中。由于该喷射与光传播方向成角度地被引入，所以其被叫做交叉式喷射。

然而，该交叉式喷射还与几个困难相关联。第一，由于高速，所以交叉式喷射在通道内形成涡流。该涡流又在中心通道区域与通道边缘之间产生了压力梯度。在中心区域中的压力较低的情况下，焊接残渣沿该区域累积并且相对容易地损坏保护窗。该交叉式喷射的又一不期望的结果是压力梯度负面地影响激光束。此外，交叉式喷射还伴随有高噪声水平。

因此，还需要克服上述问题的激光头保护系统。

又一挑战来源于焊接残渣在焊接区域附近以及特别是在已知的具有两臂式夹紧结构的焊接系统的支撑臂中的累积。该残渣累积不利于焊接的质量并且还损坏焊接器的臂。

结果，还需要配置有用于从焊接区域去除焊接残渣的系统的基于激光的可手持操作的焊接枪。

另一挑战为缺乏对焊缝质量的控制。然而，焊缝质量如果不是焊接过程的最重要的参数，也是最重要的参数之一。

因此，还需要配置有用于基于焊缝质量自动调节激光器输出的系统的可手持操作的激光焊接枪。

发明内容

结构上，本公开的可手持操作的激光焊接枪插入在大尺寸轴承内并且通过滑轮组件的组合悬置在外部导轨上。结果，焊接枪能够被操作以围绕其纵向轴线旋转、朝向待焊接工件直线地运动、围绕垂直于纵向轴线延伸的竖直轴线旋转、并且围绕横向于纵向轴线和竖直轴线延伸的枢转轴线倾斜。本公开的枪构造有结构部件以及这些部件的不同组合，其解决了所有上述的需求。下面将立即简要地公开一些这些特征，并且其与其它特征一起将在本公开的具体说明中进一步详细地讨论。