通过激光焊接沿焊缝结合的两个热塑性部分的方法和装置制造方法及图纸

一种通过以激光束(2)工作的激光焊接由热塑性合成材料制成的沿着焊缝(3)被结合的两个部分(8、9)的系统，该激光束(2)：通过控制方法使用与将要产生的焊缝轮廓相对应的控制数据沿着其光束方向(R)被控制在操作场(A)中；包括在围绕其导致焊接的焦点(f)周围的区域中的光束尺寸，尤其是光束直径(d)，该光束尺寸在结合平面(F)上比将被产生的焊缝(S)的目标宽度(B)小，并且取决于激光束(2)在结合平面(F)上的入射角(W)和/或焦点(f)相对于结合平面(F)的位置；以沿着将被产生的焊缝(S)的路径沿着主要进给方向(H)的第一运动分量移动；以具有摆动幅度宽度(OAW)的第二摆动运动分量移动，第二摆动运动分量与第一运动分量叠加，以横向于主要顺向进给方向(H)地覆盖焊缝宽度(B)；并且根据结合平面(F)中的优选地是光束直径(d)的光束尺寸，使用控制方法相反地调节其摆动幅度宽度(OAW)，使得沿着关于主要顺向进给方向(H)横切方向由激光束(2)覆盖的光束场的宽度与焊缝(S)的目标宽度(B)相对应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术申请要求德国专利申请DE102014210486.6的优先权，其内容通过引用的方式结合于此。本专利技术涉及一种通过激光焊接由热塑性合成材料制成的、沿着焊缝被结合的两个部分的方法和装置，该方法和装置具有分别在权利要求1和12的前序部分中说明的特征。例如从DE102004056782A1或DE102007049362A1中已知这种结合技术。大体上在这种情况下，沿着将被产生的焊缝在操作场使用激光束照射将被结合的两个适当安装和夹紧的部分，其中，使用与将被产生的焊缝路线相对应的控制数据，通过相应的控制方法来控制激光束的光束方向。另外，在这里已知可以使用所谓的轮廓焊接实现沿着焊缝的照射，其中，通过激光束照射每个焊缝位置一次。作为替代，也可以实现准同期焊接，其中，在短时间间隔内在焊缝路线上方多次引导激光束。另外，从所提出的文献中已知焦点区域，即特别是结合平面上的光束直径，比将被产生的焊缝的宽度小。为了产生具有相应的宽度的焊缝，上述DE102004056782A1提出：以沿着将产生的焊缝的路径的主要顺向进给方向的第一运动分量和以具有摆动幅度宽度的与第一运动分量叠加的第二摆动运动分量移动激光束及其焦点区域，以覆盖横向于主要顺向进给方向的焊缝宽度。例如，在圆形的摆动运动分量叠加到沿着主要顺向进给方向的直线运动上的情况下，由此得到激光焦点的螺旋形延伸路径，其中，根据摆动频率和顺向进给速率之间的比例，连续的螺旋形画线更加强烈地或更加不强烈地彼此覆盖。总而言之，通过在结合平面上的激光焦点照射的区域上供应热量，两个将被结合的部分中的至少一个的热塑性材料被熔化，通过将被结合的第二部分的热传导和熔化，在两个将被结合的部分之间实现焊接。关于焊接设备技术，大体上使用对光束偏转的检流计扫描仪实现上述焊接方法，可以通过相应的偏转在确定的操作场上方引导激光束通过该检流计扫描仪。在这种情况下，在成像光学中使用所谓的f-θ透镜，该f-θ透镜具有将通过透镜射下的光束聚焦到光轴侧面，从而焦点位置布置在与光束直接在光轴上延伸的情况下相同的平面上的性能。这种f-θ透镜典型地由2至4个非球面透镜的组合构造成，这些非球面透镜被设计成具有一个形状，使得焦点位置调节对于给定的波长运行良好。在激光焊接的情况下，过程管理和控制希望将诸如高温计那样的测量装置联接到光束路线中。然而，由于f-θ透镜，如果扫描仪偏转越来越大，则焊点和高温计的光轴可能发生侧向偏移远离。在这种情况下，不再保证通过高温计检测焊点。现在，如果省略f-θ透镜，则出现这样的问题，随着与激光设备的光轴的偏转的增大，即随着激光束在结合平面上的入射角的增大，激光束布置成其焦点在结合平面之外并由此散焦，焊点由此变得更大。另外，如果结合平面相对于焦点位置移动，例如，如果两个将被结合的部分沿着焊缝呈现至少轻微台阶式的路线，则也观察到激光束的散焦。实际上，上述散焦现象本身关于对结合平面的能量输入是可容许的，然而，在给定摆动幅度宽度的情况下，由于焊点随着与光轴的偏转增大而变宽，横向于主要顺向进给方向的照射区域变大，从而焊缝也变得更宽。因此，本专利技术的目的是提供一种焊接两个将被结合的部分的方法和相应的装置，其中，在不使用f-θ透镜的情况下保证限定的焊缝宽度，而不论激光束在结合平面上的偏转角度和/或焦点位置与结合平面的相对位置。通过在权利要求1的特征部分中说明的控制方法实现该目的，根据权利要求1，根据结合平面上的光束尺寸(特别是光束直径)相反地调节摆动幅度宽度，使得激光束扫描的光束场的宽度与焊缝宽度相对应，而与沿着关于具有焊缝宽度的主要顺向进给方向的横向方向的光束尺寸无关。换句话说，在结合平面上的光束尺寸变宽的情况下，即例如在相对较大的光束直径的情况下(其中激光束更加强烈地偏转)，摆动幅度宽度减小，从而激光束扫描的通路(在该通路中产生焊缝)的最大宽度与目标焊缝宽度一致。关于装置技术，使用这种控制方法在其扫描仪装置中控制根据权利要求12所述的本身已知的焊接装置。根据本专利技术的焊接系统的特征在于在合成材料焊接的情况下，在多种不同的要求场合中灵活使用的可能性。通过与已知系统相比较，通过使用具有高光束质量的激光可以实现增大的操作场，同时具有小的焊点。不仅可以特别地实现对散焦的补偿，而且通常可以经由对摆动幅度宽度的控制容易地实现对焊缝宽度的灵活调节。最后，例如通过高温计的智能过程控制可以容易地集成在相应的焊接系统中，因为不存在与如所描述的那样在现有技术中使用的f-θ透镜相关的限制。从属权利要求说明了根据本专利技术的方法的优选的进一步发展。因此，通过圆形运动产生叠加在第一直线运动分量上的激光束的第二摆动运动分量是有利的。可以大体上通过纯圆运动、椭圆循环运动或例如竖直的或水平的数字8形的封闭的摆动曲线产生该摆动运动分量。在各种情况下，根据结合平面中出现的光束直径调节摆动幅度宽度，使得产生恒定的目标焊缝宽度。由于激光束关于给定的焊接系统的光束方向与结合平面上的焦点尺寸存在已知的关系，因此可以在对激光束的光束方向的控制数据的基础上，使用简单的控制技术根据激光束的光束方向调节相应的摆动幅度宽度。因此，可以使用激光束的偏转角度作为指定摆动幅度宽度的基础，该偏转角度是确定光束方向的参数。对摆动幅度宽度的上述说明附加地或替代地，使用根据本专利技术的方法，也可以补偿将被结合的部分的有限的三个维度，例如也可以在结合平面的台阶路线的情况下补偿，以对应于光束直径在由台阶导致的结合平面中的变化调节摆动幅度宽度。然后可以使用存储在焊接系统的控制器中的将被结合的两个部分的形状数据来指定摆动幅度宽度。按照根据本专利技术的方法的另一优选实施例，可以调节将在结合平面处被结合的两个部分之间的结合平面下方的操作场的中心区域或分别的将在结合平面处被结合的两个部分之间的结合平面上方的操作场的边缘区域的焦点位置。因此，沿着两个方向实现光束尺寸在整个操作场上的最小的可能的变化。第二运动分量的优选的摆动频率布置在kHz范围内，优选地介于0.25kHz和12kHz之间，特别的优选方案介于3kHz和6kHz之间。关于在根据本专利技术对摆动幅度宽度进行补偿的情况下省略f-θ透镜的可能性，操作场可以包括介于约500×500mm2和1200×1200mm2之间，优选地约650×650mm2的面积。激光光学仪器的设计是优选的，使得激光束的焦点包括从0.3mm至0.7mm，优选地是0.4mm的最小光斑直径。该尺寸允许足够大的加工窗口来通过叠加顺向进给和摆动运动产生具有毫米范围内的焊缝宽度的焊缝。以一种有利的方式，使用具有在M2＝1.0-1.4的范围内的高光束质量的光束产生光束。因此创造出在结合平面的区域实现较高的辐射的条件。按照根据本专利技术的方法的另一优选的进一步发展，由于准直和聚焦光学仪器沿着光束方向布置在扫描仪装置上游，激光束的光束直径布置在介于3mm和10mm之间的范围内，使得大体上在反射光束直径区域中使用的扫描镜可以经受受限制的光照。本专利技术还涉及一种用于优选地使用激光传输过程焊接由热塑性合成材料制成的沿着焊缝被结合的两个部分的装置，该装置具有：激光源，用于将被结合的部分的夹持装置，光学激光束调节器，尤其包括准直和聚焦透镜光学仪器，和扫描仪装置，该扫描仪装置用于沿着在将被结合的两个部分之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过激光焊接由热塑性合成材料制成的沿着焊缝(3)被结合的两个部分(8、9)的方法，其中，激光束(2)通过控制方法使用与将被产生的焊缝路线相对应的控制数据沿着其光束方向(R)被控制在操作场(A)中，包括光束尺寸，尤其是在围绕其导致焊接的焦点(f)周围的区域中的光束直径(d)，该光束尺寸在结合平面(F)上比将被产生的焊缝(S)的目标宽度(B)小，并且取决于激光束(2)在结合平面(F)上的入射角(W)和/或焦点(f)相对于结合平面(F)的位置，和以沿着将被产生的焊缝(S)的路径沿着主要进给方向(H)的第一运动分量移动，和以具有摆动幅度宽度(OAW)的第二摆动运动分量移动，第二摆动运动分量与第一运动分量叠加，以横向于主要顺向进给方向(H)地覆盖焊缝宽度(B)，其特征在于，通过该控制方法，根据结合平面(F)中的光束尺寸、优选地根据光束直径(d)相反地调节摆动幅度宽度(OAW)，使得沿着关于主要顺向进给方向(H)的横向方向、由激光束(2)扫描的光束场的宽度与焊缝(S)的目标宽度(B)相对应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.03 DE 102014210486.61.一种通过激光焊接由热塑性合成材料制成的沿着焊缝(3)被结合的两个部分(8、9)的方法，其中，激光束(2)通过控制方法使用与将被产生的焊缝路线相对应的控制数据沿着其光束方向(R)被控制在操作场(A)中，包括光束尺寸，尤其是在围绕其导致焊接的焦点(f)周围的区域中的光束直径(d)，该光束尺寸在结合平面(F)上比将被产生的焊缝(S)的目标宽度(B)小，并且取决于激光束(2)在结合平面(F)上的入射角(W)和/或焦点(f)相对于结合平面(F)的位置，和以沿着将被产生的焊缝(S)的路径沿着主要进给方向(H)的第一运动分量移动，和以具有摆动幅度宽度(OAW)的第二摆动运动分量移动，第二摆动运动分量与第一运动分量叠加，以横向于主要顺向进给方向(H)地覆盖焊缝宽度(B)，其特征在于，通过该控制方法，根据结合平面(F)中的光束尺寸、优选地根据光束直径(d)相反地调节摆动幅度宽度(OAW)，使得沿着关于主要顺向进给方向(H)的横向方向、由激光束(2)扫描的光束场的宽度与焊缝(S)的目标宽度(B)相对应。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过叠加在第一直线运动分量上的圆形运动产生激光束(2)的第二摆动运动分量。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，从激光束(2)的光束方向(R)的控制数据确定结合平面(F)上的光束尺寸(d)，在该光束尺寸(d)的基础上指定摆动幅度宽度(OAW)。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用激光束(2)在结合平面(F)上的入射角(W)作为指定摆动幅度宽度(OAW)的基础。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，使用将被结合的两个部分(8、9)在结合平面(F)上的形状数据作为指定摆动幅度宽度(OAW)的基础。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在将在结合平面(F)处被结合的两个部分(8、9)之间的结合平面(F)下方的操作场(A)的中心区域和/或在将在结合平面(F)处被结合的两个部分(8、9)之间的结合平面(F)上方的操作场(A)的边缘区域调节焦点(f)的位置。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，第二运动分量的摆动频率布置在kHz范围内，优选地是0.25kHz至12kHz，...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明·诺尔，迈克尔·乔纳森·施瓦尔梅，曼纽尔·西本，
申请(专利权)人：LPKF激光电子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE