[发明专利]用激光进行材料处理的具有扫描仪光学系统的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用激光进行材料处理、特别是进行激光焊接的、装配有扫描仪光学系统(根据前或后目标扫描原理)的装置，该装置凭借传感技术在待处理工件上自动地而无误差地识别处理位置。由此实现了，凭借扫描仪光学系统对由机器和工件决定的定位误差进行补偿。采用该装置，可以在批量生产中制成具有高分辨率的不复杂的几何模件，例如，精细的角焊缝和卷边焊缝，这些结构至今仍需要很高的耗费才能制成。

背景技术

现有技术已知采用激光的具有偏转单元的扫描仪光学系统，该扫描仪光学系统通过调整偏转单元实现了激光处理射线的定位。通常使用镜面作为偏转单元。采用扫描仪光学系统一方面可以比采用引导机达到明显更高的速度和加速度参数；另一方面它实现了，在引导机运行期间，独立于该引导机而在待处理工件上写入焊缝和轮廓。由此可以使制造时间持续减少。

扫描仪光学系统根据前目标扫描或后目标扫描的原理工作。

在根据前目标扫描原理工作的扫描仪光学系统中，分离的激光射线首先穿过校准单元，接着通过一个或多个主动(可调节)偏转单元产生偏转，并且最终经聚焦单元照射在待处理工件上。聚焦单元装配有光学透镜或平面区域镜头。

根据后目标扫描原理工作的扫描仪光学系统同样具有校准单元，然而，聚焦单元位于至少一个偏转单元之前，也就是说，通过该偏转单元使已经聚焦的激光射线定位在工件上。

除了主动偏转单元，在扫描仪光学系统中经常还使用被动(固定)偏转单元，该被动偏转单元用于引导射线。

然而，用传统的扫描仪光学系统在处理工件时只能达到相对较小的激光光斑的定位精确性。对此，原因是由引导机、扫描仪光学系统和工件组成的总的系统的容许误差链使误差累加。

通常，相对于运动的工件来使用扫描仪光学系统。扫描仪光学系统是位置固定的，而工件可以相对于该扫描仪光学系统运动；或者扫描仪光学系统通过引导机而进行运动，而工件是位置固定的。实际的相对速度的向量和实际的工件处理点和扫描仪光学系统之间的实时笛卡尔定位必须对于扫描仪光学系统是公知的，以便首先计算出激光光斑的起始点并接着根据几何编程对其进行跟踪。在尚且可以相对精确地得出相对速度的向量的同时，由于该设置的弹性变形、引导机的路径传感器的受限的分辨率、工件的制造容许误差和由张力装置决定的工件的位置偏差，使扫描仪光学系统的相对于工件的位置很容易出错。

此外还有扫描仪光学系统的误差，该误差首先由驱动装置受限的动力和路径传感器的限定的分辨率造成。由于不利的光学成像关系和大的工作间距(偏转镜面的小的变动就造成激光光斑位置的大的变动)，使这些误差特别容易影响到定位精确性。在评价误差时必须最终还要注意到，激光光斑的直径通常仅为0.3mm至0.6mm。

因此，传统的扫描仪光学系统仅用于这些领域，即对激光光斑的定位精确性要求相对低的地方。因而，例如在车辆制造中仅焊接重叠的焊缝，其中，重叠的宽度如此选择，即，即使在所有误差的不利的加和的情况下，使工件上的焊缝仍能够保持在容许误差范围内。由此，如果法兰宽度不必要地过大，那么是不利于生产的，这是因为在车辆制造中一直追求更轻的、减少材料的车身部件。在重叠接合部的角焊缝或卷边焊缝的焊接是不能实现的。通过焊接角焊缝，可以显著降低法兰宽度，而且此外在同样的激光功率条件下还可以提高焊接速度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用激光进行材料处理的、装配有扫描仪光学系统的装置，该装置能在待处理工件上自动地而无误差地识别出处理位置。通过提高激光光斑的定位精确性，应该可以制成具有高分辨率的不复杂的几何模件，例如精细的角焊缝或卷边焊缝。

根据本发明，上述目的通过权利要求1的技术特征来实现。其它有利的实施方式由权利要求2至10给出。

本发明提供这样的一种装置：该装置用激光进行材料处理，特别用于激光焊接，该装置具有通过引导机而相对于待处理工件可运动的扫描仪光学系统。在此，该扫描仪光学系统位置固定，而工件可以相对于该扫描仪光学系统进行运动；或者，工件位置固定，而该扫描仪光学系统可以通过引导机进行运动。该扫描仪光学系统的射线线路由一个或多个主动和/或被动偏转单元来限定，该扫描仪光学系统根据前目标扫描或后目标扫描原理工作。