使用光束整形装置和遮挡装置焊接的系统和方法制造方法及图纸

提供一种激光焊接系统(1)。该激光焊接系统(1)包括：激光源(3)，其被配置为产生激光束；光束整形装置(4，5，17)，其被配置为形成与所述激光束的光束轮廓不同的光束轮廓；以及遮挡装置，其被配置为遮挡整形的光束轮廓的至少一部分。

Systems and methods used to weld the beam shaping device and the shielding device

A laser welding system (1) is provided. The laser welding system (1) includes a laser source (3), which is configured to generate laser beam; beam shaping device (4, 5, 17), which is configured to form a beam profile with different beam profile of the laser beam; and the shielding device is configured to block the beam profile shaping at least a portion of the.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用光束整形装置和遮挡装置焊接的系统和方法
本公开涉及用于焊接的系统和方法，更特别地，涉及使用光学元件和遮挡件(shield)以形成整形的(shaped)焊接轮廓的激光焊接。
技术介绍
在电子设备(例如电池、燃料电池等)的制造中，部件设计经常涉及通过焊接而组装在一起的各种工件(例如两个或更多个薄金属片)。典型地，金属片被定位在一起并被置于焊接支撑物上。然后焊接设备(例如激光器、电子束/等离子体、弧焊机和/或其它类似的设备)可用于进行焊接操作。例如，当将电池(例如锂离子)封闭在壳和盖内时，电池的内部部分可被组装或放置在壳内，盖被放置在正确的位置，并且激光焊接操作被进行以固定壳和盖以密封封闭电池。然而，在激光能量进入电池的内部部分的某些情况下，可能出现不期望的影响(例如损坏电极)。此外，焊接操作可能没有完全将壳密封到盖上，因此可能出现问题。根据一些可用的技术，通过光纤激光器形成的激光束被用于使用光学元件(例如衍射光学元件)生成多个对称十字形的热源点，并且利用所产生的多点光束进行焊接操作。例如，这样的配置，其中，在中心部分中生成主热源点，该中心部分在四个角被副热源点围绕，从而形成矩形轮廓。例如参见2014年6月16日提交的日本专利申请JP2014123850。
技术实现思路
当前较高的能量消耗光纤激光器通常为了基于其较小的光斑尺寸进行各种激光焊接操作而被实现。然而，这样的光纤激光器可具有不希望地高的每单位功率操作成本，并且可能发射对于焊接特定材料而言不希望的波长。此外，可用的二极管激光器在消耗较小能量的同时具有对于在减小的余隙区域内进行焊接操作而言通常不希望的光斑尺寸，在所述余隙区域中焊接激光束的侵入对周围区域(例如内部电池组件)的损伤的风险提高。已经确定，现有系统缺乏其中可以实现在能量和不希望的影响方面降低的用于焊接的有效且高效的系统。因此，本公开的主要的目标是提供克服当前可用系统和方法的不足的系统和方法。根据本公开的实施例，提供一种激光焊接系统。所述系统包括：激光源，其被配置为产生具有一光束轮廓的激光束；光束整形装置，其被配置为形成不同于所述光束轮廓的整形的光束轮廓；以及遮挡装置，其被配置为遮挡所述整形的光束轮廓的至少一部分。例如，所述遮挡装置可以遮挡整个整形的光束轮廓区域的至少20％。通过提供如上所述的激光焊接系统，使用各种光束轮廓的激光源以及根据遮挡装置的调整/放置来整形激光束轮廓变得可能。因此，使用这样的激光源变得可能：该激光源具有较低的每单位功率输出的能量消耗，但否则将不适合焊接，例如，在减小的余隙区域中的二极管激光器。所述激光源可包括二极管激光器，优选地具有在200μm与800μm之间，更好地在300与500μm之间的光斑尺寸的二极管激光器。此外，所述激光束可具有600nm与1200nm之间，更好地800nm与900nm之间的波长。所述光束整形装置可包括衍射光学元件，和/或所述整形的光束轮廓包括顶帽(top-hat)轮廓。根据一些实施例，可提供引导装置，所述引导装置被配置为沿着目标的焊接线引导遮挡后的光束轮廓以进行激光焊接。所述整形的激光束轮廓的遮挡后的部分可包括整个整形的光束轮廓区域的至少50％。所述遮挡装置可包括至少一种激光吸收材料。所述遮挡装置的形状可选自三角形和矩形。根据一些实施例，所述遮挡装置可包括两个三角形形状的遮挡件。所述遮挡装置可被配置为形成选自十字形或线形中的一者的遮挡后的光束轮廓。根据一些实施例，所述系统可包括调整装置，所述调整装置被配置为基于沿着目标的焊接线的位置调整所述遮挡装置。根据进一步的实施例，提供了一种用于激光焊接的方法。该方法包括对激光束整形以形成期望的激光束轮廓；调整至少一个激光遮挡件，以使整形的激光束轮廓的区域的至少一部分被遮挡以形成焊接轮廓；以及沿着目标的焊接线在行进方向上引导所述焊接轮廓，以进行焊接操作。所述部分可为所述区域的20％以上。通过提供如上所述的激光焊接方法，使用各种光束轮廓的激光源以及根据遮挡件的调整来对激光束轮廓整形变得可能。因此，使用这样的激光源变得可能：所述激光源具有较低的每单位功率输出的能量消耗，但否则将不适合焊接，例如在减小的余隙区域中的二极管激光器。所述调整可导致对所述期望的激光束轮廓的进一步整形，以及可导致顶帽轮廓的形成。所述目标可以是狭长的(elongate)电池壳和盖，优选地用于锂离子电池。所述调整可基于沿着所述焊接线的位置来进行。根据进一步的实施例，提供一种激光焊接系统。该系统包括：激光源，其被配置为产生具有一光束轮廓的激光束；光束整形器，其被配置为形成不同于所述激光束的所述光束轮廓的整形的光束轮廓；以及至少一个激光遮挡件，其被配置为遮挡所述整形的光束轮廓的至少一部分。根据一些实施例，整个整形的光束轮廓区域的至少20％被所述至少一个激光遮挡件遮挡。所述激光源可包括二极管激光器，并且所述二极管激光器具有在200μm与800μm之间的光斑尺寸。所述激光束可具有在600nm与1200nm之间，更好地在800nm与900nm之间的波长。所述光束整形器可包括衍射光学元件，并且所述整形的光束轮廓可以是顶帽轮廓。所述系统可包括：控制器和一个或多个光学元件，其被配置为沿着目标的焊接线引导遮挡后的光束轮廓以进行激光焊接。所述激光束轮廓的遮挡后的部分可包括整个整形的光束轮廓区域的至少50％。所述至少一个激光遮挡件可包括至少一种激光吸收材料。所述至少一个激光遮挡件的形状可选自三角形和矩形。所述至少一个激光遮挡件可包括两个三角形形状的激光遮挡件。所述至少一个激光遮挡件可被配置为形成选自十字形或线形中的一者的遮挡后的光束轮廓。根据一些实施例，所述系统可包括调整器(adjuster)，所述调整器被配置为基于沿着目标的焊接线的位置来调整所述至少一个激光遮挡件。所述调整器可包括一个或多个伺服电动机，所述伺服电动机被配置为移动所述遮挡件以改变遮挡后的光束轮廓的形状。旨在可进行上述要素和说明书中的要素的组合，除非另有矛盾之处。应理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的和说明性的，并不是对所要求保护的本公开的限制。并入且构成本说明书的一部分的附图例示了本公开的实施例，并且与说明书一起用来解释其原理。附图说明图1A示出了现有技术的焊接轮廓；图1B是示出用于使用图1A的焊接轮廓进行焊接的扫描技术的图；图1C是高斯光纤激光器激光束和光束分离之后所得到的轮廓的示例性表示；图1D是高斯二极管激光器激光束和光束分离之后所得到的轮廓的示例性表示；图2A示出根据本公开的实施例的示例性焊接系统；图2B是在图2A中示出的焊接系统附近的目标的示例性表示；图3A示出示例性高斯二极管激光光斑；图3B示出在图3A的二极管激光光斑的变形之后所得到的整形的激光束轮廓；图3C是可关于图3B的整形的激光束轮廓实施的示例性激光遮挡件配置；图4A和4B示出关于图3B的整形的激光束轮廓的一个或多个激光遮挡件的示例性配置；图5是示出用于可被焊接的各种材料的各种波长下的吸收率的图；图6是突出根据本公开实施例的示例性方法的流程图。具体实施方式下面将详细参考本公开的示例性实施例，其实例在附图中例示。只要可能，在整个附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。图1A示出现有技术的焊接轮廓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光焊接系统，包括：激光源，其被配置为产生具有一光束轮廓的激光束；光束整形装置，其被配置为形成不同于所述光束轮廓的整形的光束轮廓；以及遮挡装置，其被配置为遮挡所述整形的光束轮廓的至少一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光焊接系统，包括：激光源，其被配置为产生具有一光束轮廓的激光束；光束整形装置，其被配置为形成不同于所述光束轮廓的整形的光束轮廓；以及遮挡装置，其被配置为遮挡所述整形的光束轮廓的至少一部分。2.根据权利要求1所述的激光焊接系统，其中，整个整形的光束轮廓区域的至少20％被所述遮挡装置遮挡。3.根据前述权利要求中的任一项所述的激光焊接系统，其中，所述激光源包括二极管激光器，优选地具有在200μm与800μm之间，更好地在300与500μm之间的光斑尺寸的二极管激光器。4.根据前述权利要求中的任一项所述的激光焊接系统，其中，所述激光束具有600nm与1200nm之间的波长。5.根据前述权利要求中的任一项所述的激光焊接系统，其中，所述光束整形装置包括衍射光学元件，和/或所述整形的光束轮廓包括顶帽轮廓。6.根据前述权利要求中的任一项所述的激光焊接系统，包括引导装置，所述引导装置被配置为沿着目标的焊接线引导遮挡后的光束轮廓以进行激光焊接。7.根据前述权利要求中的任一项所述的激光焊接系统，其中，所述激光束轮廓的遮挡后的部分包括整个整形的光束轮廓区域的至少50％。8.根据前述权利要求中的任一项所述的激光焊接系统，其中，所述遮挡装置包括至少一种激光吸收材料。9.根据前述权利要求中的任一项所述的激光焊接系统，其中，所述遮挡装置的形状选自三角形和矩形。10.根据前述权利要求中的任一项所述的激光焊接系统，其中，所述遮挡装置包括两个三角形形状的遮挡件。11.根据前述权利要求中的任一项所述的激光焊接系统，其中，所述遮挡装置被配置为形成选自十字形或线形中的一者的遮挡后的光束轮廓。12.根据前述权利要求中的任一项所述的激光焊接系统，包括调整装置，所述调整装置被配置为基于沿着目标的焊接线的位置调整所述遮挡装置。13.一种用于激光焊接的方法，包括：对激光束整形以形成期望的激光束轮廓；调整至少一个激光遮挡件，以使整形的激光束轮廓的区域的一部分被遮挡以形成焊接轮廓；以及沿着目标的焊接线在行进方向上引导所述焊接轮廓，以进行焊接操作。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述部分为整个整形的光束轮廓的至少20％。15.根据权利要求13到14中的任一项所述的激光焊接方法，其中，所述调...

【专利技术属性】
技术研发人员：津久井亮，
申请(专利权)人：丰田自动车欧洲公开有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE