CN105026098A - 激光焊接装置以及激光焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的激光焊接装置(10)是将具有对接界面的被加工物依次供给到焊接加工位置，并且通过激光照射将该被加工物的对接界面焊接的激光焊接装置，具有：将从激光光源(20)输出的激光LB在彼此垂直的X轴以及Y轴方向扫描的X-Y轴扫描仪(31)，测定沿着对接界面(86a)的尺寸的对接界面状测定装置(60)，对X-Y轴扫描仪(31)进行驱动控制以通过激光照射将对接界面(86a)焊接的控制装置(70)。通过所述构成，能高精度地测定被加工物的对接界面的形状，将被加工物的对接界面高品质地激光焊接。

Description

激光焊接装置以及激光焊接方法
技术领域
本发明涉及通过激光照射对被加工物的对接界面或叠合部进行焊接的激光焊接装置以及激光焊接方法。
背景技术
汽车的车内配线多使用布线(wire harness)。布线是配合车内配线的规格而将多条被覆电线组装化而得的。在各被覆电线的终端压接有连接用端子(以下称为压接端子)。在将压接端子连接在布线的电线终端的情况下，将电线终端的绝缘被覆皮层剥去，使芯线露出，将压接端子的芯线圆筒模压压接在芯线露出部，由此将电线终端和压接端子电连接。为了防止水分从电线终端与压接端子的连接部渗入电线内导致的芯线腐蚀，对压接端子和电线终端的连接部实施树脂密封。(专利文献1、专利文献2)
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001－167821号
专利文献2：日本特开2012－069449号
发明内容
但是，对压接端子和电线终端的连接部进行树脂密封成为导致布线的制造单价增加的主要原因。这是因为使用的树脂本身昂贵，而且树脂模具处理或者涂布处理的工序中树脂的浇注、固化需要时间。
因此，尝试将压接端子的压接部(电线连接部)通过加压成型而弯曲加工成筒状，将在该弯曲加工成筒状的部分形成的板材两端的对接界面整体通过激光焊接进行接合，从而将压接部制成密闭结构。因为弯曲加工成筒状的部分是其一端部成为前端变细的曲线形状或中间变细的曲线形状(参见图8)，所以为了通过激光焊接将该部分的对接界面接合，必须使激光的焦点沿着对接界面移动。
本发明所要解决的课题是提供能够将被加工物的对接界面高品质地激光焊接的激光焊接装置以及激光焊接方法。
为了解决上述课题，本发明的激光焊接装置是将具有对接界面的被加工物依次供给到焊接加工位置，通过激光照射对该被加工物的对接界面进行焊接的激光焊接装置，所述激光焊接装置具有：将从激光光源输出的激光在二维平面内彼此垂直的X轴及Y轴方向进行扫描的X-Y轴扫描仪，测定沿着上述对接界面的尺寸的测定装置，对上述X-Y轴扫描仪进行驱动控制以通过激光照射将上述对接界面焊接的扫描仪控制装置。
如上所述地构成的激光焊接装置能够高精度地测定被加工物的对接界面的尺寸，对X-Y轴扫描仪进行驱动控制，由此能够使激光沿着对接界面扫描，即，使激光的焦点移动。由此，能够将对接界面高品质地激光焊接。
本发明的激光焊接装置优选上述测定装置测定上述对接界面的间隙尺寸。在对接焊中，若有规定范围外的间隙，则会导致焊接品质显著下降，但通过在焊接前测定间隙，能够抑制不合格产品的出现、产品的差异。进而，间隙在规定范围外的情况下，可以使加压机停止或发出警报。
本发明的激光焊接装置的特征在于上述测定装置对将上述被加工物的板材成面状地叠合的叠合部的上下面的间隙尺寸进行测定。在叠合焊中，若有规定范围外的间隙，则导致焊接品质显著下降，但通过在焊接前测定间隙，能够抑制不合格产品的出现、产品的差异。进而，间隙在规定范围外的情况下，可以使加压机停止或发出警报。
优选本发明的激光焊接装置具有将被供给到上述焊接加工位置的上述被加工物以适当的姿势保持在适当的位置的被加工物保持机构，在上述被加工物被上述被加工物保持机构保持的期间内执行激光照射。在由被加工物保持机构保持被加工物的状态下通过激光照射进行焊接加工，由此能够将被加工物高精度地焊接加工。
为了解决上述课题，本发明的激光焊接方法是边将具有对接界面的被加工物依次供给到焊接加工位置，边通过激光照射将该被加工物的对接界面焊接的激光焊接方法，使用将从激光光源输出的激光在二维平面内彼此垂直的X轴以及Y轴方向扫描的X-Y轴扫描仪，测定沿着上述对接界面的尺寸，驱动控制上述X-Y轴扫描仪以通过激光照射将上述对接界面焊接。
根据本发明的激光焊接装置及激光焊接方法，能够高精度地测定被加工物的对接界面尺寸，对X-Y轴扫描仪进行驱动控制，由此能够使激光沿着对接界面扫描，所以能够将该对接界面高品质地激光焊接。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的装置构成图。
图2(a)是例示在对接界面产生间隙的被加工物和包夹该被加工物前的状态的夹紧装置的形态的示意图，(b)是例示在以夹紧装置包夹被加工物的状态下对被加工物的对接界面照射激光的状态的示意图。
图3(a)是例示在对接界面产生间隙的被加工物和包夹该被加工物前的状态的夹紧装置的形态的示意图，(b)是例示在以夹紧装置包夹被加工物的状态下对被加工物的对接界面照射激光的状态的示意图。
图4是表示Z轴扫描仪的光耦合系统的构成例的图。
图5是表示Z轴扫描仪的光耦合系统的其他构成例的图。
图6是表示沿着对接界面的空间曲线的测定例的说明图。
图7是本发明的第二实施方式的装置构成图。
图8是通过本发明的激光焊接装置实施了焊接加工的压接端子的侧视图。
图9是表示图8的压接端子的制造工序的概况的工序图。
具体实施方式
以下对用于实施本发明的优选方式进行说明。
在该实施方式中，对用于制造图8中例示的压接端子80的装置构成进行说明。该压接端子80如图9所示通过下述的一系列工序制造：(a)以一定的间距在其长度方向(箭头A的方向)依次运送带状的金属板81，(b)对托架部82和展开状态的端子坯料83进行冲裁，(c)通过对端子坯料83进行冲裁以及弯曲加工，将箱状的连接器部84和筒状的压接部85一体成型，(d)将在压接部85形成的板材两端的对接界面86a以及叠合部86b通过激光焊接而接合。此处，对接界面是指使构成压接部85的板材的弯曲方向中的一个端面和另一个端面对接而接触的部分。
[第一实施方式]
图1是表示本发明的激光焊接装置的第一实施方式的系统构成图。该激光焊接装置10是将作为被加工物的未焊接的压接端子87依次供给到焊接加工位置、通过激光照射将该压接端子87的压接部85的对接界面86a以及叠合部86b焊接的装置。压接端子87如图9(C)所示，以一定的间隔被托架部82单臂支撑的链式端子88的形态，被依次送至焊接加工位置P，利用激光照射实施焊接加工。
激光焊接装置10具有激光光源20、激光照射光学装置30、输送装置40、被加工物保持机构50、测定装置60、控制装置70。
激光光源20是公知的光纤激光，将添加了稀土类元素的石英光纤用于激光介质，激发近红外区域波长的激光。
激光照射光学装置30是用于将由激光光源20输出的激光引导到焊接加工位置P的光学装置。激光照射光学装置30具有X-Y轴扫描仪31、Z轴扫描仪32和聚光透镜33。
X-Y轴扫描仪31是双轴(XY)式电流扫描振镜(galvano scanner)，利用绕相互垂直的轴彼此同步地进行角度控制的2个反射镜31X、31Y，使来自激光光源20的激光LB依次反射，由此对停止在焊接加工位置P的压接端子87的对接界面86a以及叠合部86b扫描照射激光LB。
Z轴扫描仪32是用于调节被X-Y轴扫描仪31扫描的激光LB的照射方向(Z轴方向)中的焦点位置的光学装置。Z轴扫描仪32被设置在入射到X-Y轴扫描仪31的激光LB的光程上。如图4所示，Z轴扫描仪32具有位于激光光源20侧的入射透镜32A、位于X-Y轴扫描仪31侧的出射透镜32B、使出射透镜32B相对于入射透镜32在彼此的光轴方向移动的透镜驱动机构32C。在图4的例中，入射透镜32A使用平凹透镜，出射透镜32B使用平凸透镜。
X-Y轴扫描仪31以及Z轴扫描仪32被电控制系统(galvano control system)34驱动控制。激光LB在水平面内的照射位置可以通过控制反射镜31X、31Y的角度进行调节，激光LB的扫描速度可以通过控制反射镜31X、31Y的转动速度进行调节。激光LB在照射方向的焦点位置可以通过控制出射透镜32B相对于入射透镜32A的位置进行调节。
聚光透镜33是使来自X-Y轴扫描仪31的激光LB聚光在压接端子87的对接界面86a以及叠合部86b的位置的光耦合系统。聚光透镜33使用远心透镜或fθ透镜。
输送装置40是以相当于压接端子87排列的间隔L的一定间距运送链式端子88，由此将压接端子87依次供给到焊接加工位置P的装置。输送装置40在链式端子88的输送方向中的焊接加工位置P的上游侧附近和下游侧附近，具有上下包夹链式端子88的托架部82并旋转的双滚筒41、42。双滚筒41、42由与托架部82的下表面接触的输送滚筒41A、42A和与上表面接触的压紧滚筒41B、42B构成。压紧滚筒41B、42B边从上方压紧托架部82边从动旋转。输送滚筒41A、42A以一定速度被没有图示的驱动机构旋转驱动。在输送滚筒41A、42A的外周面，在圆周方向等间隔地突出设置输送棘爪45。输送棘爪45卡合于托架部82的导孔89(参见图9(c))。输送滚筒41A、42A每旋转一定角度，卡合于托架部82的导孔89的输送棘爪45使链式端子88移动与压接端子87排列的间隔L相当的量。
被加工物保持机构50是用于将被供给到焊接加工位置P的压接端子87以适当姿势保持在适当的位置、并且消除对接界面86a的间隙的装置。被加工物保持机构50具有上夹紧夹具51、下夹紧夹具52，由两夹紧夹具51、52从上下包夹压接端子87的压接部85。如图2(a)、(b)所示，在各夹紧夹具51、52，形成使二者彼此对合时成为圆筒状的半圆筒状的凹部51a、52a。通过由两夹紧夹具51、52从上下包夹压接端子87的压接部85，能够将压接部85以适当姿势保持在适当的位置。在压接部85的对接界面86a产生间隙的情况下，该间隙部分的端面彼此也被强制压接，消除该间隙。在上夹紧夹具51形成狭缝51b，使其不阻碍激光LB照射对接界面86a。
另外，在激光焊接后，上夹紧夹具51(下夹紧夹具52)未能与压接部85脱离的情况下，也可以设置将链式端子88的一部分压紧的压紧部件。
应予说明，被加工物保持机构50不限定于图2(a)、(b)所示的构成，在通过弯曲加工形成的压接部85的对接界面86a没有生成间隙的情况下，也可以采用例如图3(a)、(b)所示的构成。即，被加工物保持机构50具有上夹紧夹具55和下夹紧夹具56，由两夹紧夹具55、56以至少3处接触于压接端子87的压接部85的方式从上下进行夹紧。因此，在夹紧夹具55例如形成有以二处抵接于压接部85并压紧的大致ハ字形部55a。另一方面，在夹紧夹具56形成有以一处抵接于压接部8的大致平坦的抵接面56a。通过由两夹紧夹具55、56从上下包夹压接端子87的压接部85，如图3(b)所示，能够将压接部85的对接界面86定位在可照射激光LB的位置。另外，在上夹紧夹具55形成有狭缝55b，使其不阻碍激光LB照射对接界面86。
测定装置60具有使用CCD照相机等的形状检测器61和数据处理系统62。
形状检测器61面向压接端子87的通过区域，设置在焊接加工位置P的上游侧的规定位置。本例中，与焊接加工位置P相距相当于5间距(L×5)的量的距离，使形状检测器61面向上游侧的位置而设置。
形状检测器61检测作为被加工物的压接端子87的形状，输出其检测数据。本实施方式的形状检测器61具有没有图示的CCD照相机。具体而言，形状检测器61具有用于拍摄对接界面86a的间隙尺寸的CCD照相机、用于拍摄使板材成面状地叠合的叠合部86b的上下面的间隙尺寸的CCD照相机。作为形状检测器的其他例，也可以具有没有图示的激光扫描仪以及受光装置，边用激光扫描未焊接的压接端子87的压接部85的表面，边接收来自压接部85的反射光，由此能够将该受光信号作为检测数据输出。应予说明，作为对接界面86a或叠合部86b的间隙的检测方法，可以是朝筒部照射光、根据是否从相反侧拍摄到了漏出光的检测方法。
数据处理系统62通过处理来自形状检测器61的检测数据，测定沿着对接界面86a的间隙尺寸和叠合部86b的上下面的间隙尺寸，将该测定结果作为对接界面86a以及叠合部86b的轮廓数据输出。该轮廓数据被输入控制装置70。
由以上的构成形成的测定装置60通过测定对接界面86a的间隙尺寸和叠合部86b的上下面的间隙尺寸，能够抑制不合格产品的出现、产品的差异。即，在对接焊以及叠合焊中，若有规定范围外的间隙，则导致焊接品质显著下降，但通过在焊接前测定间隙，能够抑制不合格产品的出现、产品的差异。进而，间隙在规定范围外的情况下，可以使加压机停止或发出警报。
控制装置70是集中控制激光焊接装置10的整体动作的电子计算机系统。在控制装置70中安装利用激光焊接装置10的激光照射程序。控制装置70执行激光照射程序，由此将基于由测定装置60生成的轮廓数据的控制信号传输到电控制系统34。电控制系统34根据该控制信号对X-Y轴扫描仪31以及Z轴扫描仪32进行驱动控制，由此通过激光照射将对接界面86a以及叠合部86b焊接。
图8所示的压接端子80的情况下，测定图6所示的空间曲线C的形状以及各部分的尺寸。空间曲线C的2个直线部C1、C2是实施二维加工的部分，两直线部C1、C2间的曲线部C3是实施三维加工的部分。各部C1、C2、C3的位置、长度(尺寸)、曲率、斜率等数据被反映在利用激光照射程序的控制动作中。关于叠合部86b，设置程序以在与曲线部C3的最下点a仅相距规定距离的位置，按与对接焊时的扫描线交叉的方式实施焊接，该位置处的端子的宽度尺寸的测定值被反映在利用激光照射程序的控制动作。
如上所述，该激光焊接装置10测定作为被加工物的压接端子87的对接界面86a的间隙尺寸和叠合部86b的上下面的间隙尺寸，基于测定结果，对X-Y轴扫描仪以及Z轴扫描仪进行驱动控制，由此按照射位置处的激光LB的强度成为可焊接的强度的方式将激光LB的焦点位置高精度地三维控制，并且使激光沿着对接界面86a以及叠合部86b扫描，所以能够将压接端子87的对接界面86a以及叠合部86b高品质地激光焊接。利用测定装置60的测定不必对全部压接端子87实施。只要将链式端子88设置在激光焊接装置10，开始焊接加工时的初期的至少一个压接端子87作为对象，实施测定即可。被加工物变更为其他形状·尺寸的压接端子87的情况下，只要按轮廓数据被自动更新的方式在控制装置70上进行设定，操作员就不需要伴随被加工物变更而进行数值输入作业等，能够高效率地运转激光焊接加工线。
另外，因为在用上夹紧夹具51和下夹紧夹具52包夹作为被加工物的压接端子87并保持的状态下，通过激光照射进行焊接加工，所以能够将不断送至焊接加工位置P的全部压接端子87高精度地焊接加工。
[第二实施方式]
图7是表示本发明的激光焊接装置的第二实施方式的系统构成图。此处，对于与第一实施方式相同的构成要素，图中带有相同的符号，适当省略说明。第二实施方式的激光焊接装置具有激光加工头101和没有图示的机器臂，由机器臂使激光加工头101本身在XYZ方向移动来扫描激光LB。在激光加工头101内，设置使来自激光光源20的激光LB向下反射而落射到焊接加工位置P的介质多层膜平面反射镜103和使来自介质多层膜平面反射镜103的激光LB聚光到压接端子87的对接界面86a的位置的聚光透镜104。
在该第二实施方式的激光焊接装置10中，也基于由测定装置60得到的测定结果对机器臂进行驱动控制，由此可以使激光加工头101在三维方向高精度地移动，所以能够按照射位置处的激光LB的强度成为可焊接的强度的方式将激光LB的焦点位置高精度地三维控制，将压接端子87的对接界面86a以及叠合部86b高品质地激光焊接。
[其他实施方式]
本发明的构成不限定于上述实施方式的构成。激光照射光学装置30不具有Z轴扫描仪32，基于对接界面状测定装置60的测定结果对X-Y轴扫描仪31进行驱动控制，即使使激光LB的焦点位置仅扫描X轴以及Y轴方向，也能够高品质地进行激光焊接。另外，在压接端子80的压接部85，可以代替对接界面，形成使板材两端叠合而成的叠合部。像这样地代替对接界面，在压接部形成了叠合部的情况下，激光焊接装置只要通过测定装置测定沿着该叠合部的尺寸，基于该测定结果对X-Y轴扫描仪进行驱动控制，并且通过激光照射将叠合部焊接即可。由此能够高品质地进行激光焊接。
另外,各种反射镜、透镜的配置、数量、种类等可以适当变更。在图4的例中，入射透镜32A使用平凹透镜，出射透镜32B使用平凸透镜，而也可以如图5所示，入射透镜32A、出射透镜32B均使用平凸透镜。另外，在上述例中，就作为激光光源20使用光纤激光的情况进行了说明，但激光光源20不限定于光纤激光。压接部85被加工物也不限定于压接端子87。即，本发明可以适用于具有金属板材彼此的对接界面的被加工物的所有激光焊接装置。另外，也可以代替机器臂，使用XYZ台。
符号说明
10  激光焊接装置
20  激光光源
30  激光照射光学装置
31  X-Y轴扫描仪
31  X反射镜
31  Y反射镜
32  Z轴扫描仪
32A 入射透镜
32B 出射透镜
32C 透镜驱动机构
40  输送装置
50  被加工物保持机构
51  上夹紧夹具
52  下夹紧夹具
60  对接界面状测定装置
61  三维形状检测器
70  控制装置
80  压接端子
81  金属板
85  压接部
86a 对接界面
86b 叠合部
101 激光加工头
C   空间曲线
C1  直线部
C2  直线部
C3  曲线部
LB  激光
P   焊接加工位置

Claims (5)

1.一种激光焊接装置，是将具有对接界面的被加工物依次供给到焊接加工位置，并且通过激光照射将该被加工物的对接界面焊接的激光焊接装置，其特征在于，所述激光焊接装置具有：
将从激光光源输出的激光在彼此垂直的X轴及Y轴方向扫描的X-Y轴扫描仪，
测定沿着所述对接界面的尺寸的测定装置，
对所述X-Y轴扫描仪进行驱动控制以通过激光照射将所述对接界面焊接的扫描仪控制装置。
2.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，所述测定装置测定所述对接界面的间隙尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的激光焊接装置，其特征在于，所述测定装置对将所述被加工物的板材成面状地叠合的叠合部的上下面的间隙尺寸进行测定。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的激光焊接装置，其中，
具有将被供给到所述焊接加工位置的所述被加工物以适当的姿势保持在适当的位置的被加工物保持机构，
在所述被加工物被所述被加工物保持机构保持的期间实施激光照射。
5.一种激光焊接方法，是将具有对接界面的被加工物依次供给到焊接加工位置、并且通过激光照射将该被加工物的对接界面焊接的激光焊接方法，所述激光焊接方法的特征在于，
使用在二维平面内彼此垂直的X轴、Y轴方向扫描从激光光源输出的激光的X-Y轴扫描仪，
测定沿着所述对接界面的尺寸，
对所述X-Y轴扫描仪进行驱动控制以通过激光照射将所述对接界面焊接。
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