CN107803590B - 检电扫描器 - Google Patents

Abstract

提供一种能够执行易于获得良好的焊接质量的摆动焊接的检电扫描器。该检电扫描器具备：两个检电镜，该两个检电镜构成为能够绕旋转轴进行旋转，用于对激光进行反射；检电电动机，其对检电镜进行旋转驱动；光学器件，其配置为向检电镜入射的激光沿该光学器件的厚度方向入射，构成为能够绕旋转轴进行旋转，并且具有与周围的折射率不同的折射率；以及旋转电动机，其对光学器件进行旋转驱动，其中，光学器件配置为厚度方向的截面处的入射边与射出边相互平行并且入射边相对于入射的激光的光轴倾斜，且光学器件的厚度沿着旋转方向连续性地发生变化。

Description

检电扫描器

技术领域

本发明涉及一种检电扫描器(galvanoscanner)。

背景技术

以往，已知一种在多轴机器人的臂的顶端具备具有检电扫描器的激光头的激光焊接装置。在此，检电扫描器是指如下装置：具备能够分别绕相互正交的两个旋转轴旋转的两个镜，利用伺服电动机对这些镜进行旋转驱动，由此使从激光光源射出的激光进行扫描。

另外，例如在对工件的对接焊接等中，有时需要大的焊接宽度。对于此，当使激光的光束直径变大时，激光的能量密度下降，因此无法得到良好的焊接质量。因此，进行如下的摆动焊接(weaving welding)：通过以高速对检电镜(galvano mirror)的角度进行控制，来使光束直径小的激光沿横跨对接焊接部的方向高速地摇动，从而确保焊接宽度(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平9-174266号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在摆动焊接中，一般来说需要数百Hz以上的控制周期。因此，在如以往那样基于对检电镜的控制来进行的摆动焊接中，不易于获得良好的焊接质量。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够执行易于获得良好的焊接质量的摆动焊接的检电扫描器。

用于解决问题的方案

(1)为了实现上述目的，本发明提供一种检电扫描器(例如，后述的检电扫描器50、50A、50B、50C、50D)，用于使激光(例如，后述的激光L)进行扫描，该检电扫描器具备：一个以上的检电镜(例如，后述的检电镜51、52)，该一个以上的检电镜构成为能够绕旋转轴(例如，后述的旋转轴X1、X2)进行旋转，用于对激光进行反射；检电电动机(例如，后述的检电电动机54、54)，其对所述检电镜进行旋转驱动；光学器件(例如，后述的光学器件2、2A、2B)，其配置为向所述检电镜入射的激光沿该光学器件的厚度(例如，后述的厚度T)方向入射，构成为能够绕旋转轴(例如，后述的旋转轴20)进行旋转，并且具有与周围的折射率不同的折射率；以及旋转电动机(例如，后述的旋转电动机4)，其对所述光学器件进行旋转驱动，其中，所述光学器件配置为厚度方向的截面(例如，后述的截面C)处的入射侧的边(例如，后述的入射边21)与射出侧的边(例如，后述的射出边22)相互平行并且所述入射侧的边相对于入射的所述激光的光轴(例如，后述的光轴L1)倾斜，且所述光学器件的厚度沿着旋转方向连续性地发生变化。

(2)也可以是，在(1)的检电扫描器中，所述光学器件由光学器件组(例如，后述的光学器件组12)构成，所述光学器件组包括多个光学器件，所述多个光学器件至少包括一个构成为厚度沿着旋转方向连续性地发生变化并且通过所述旋转电动机而能够绕旋转轴进行旋转的光学器件，在所述光学器件组中，厚度方向的截面处的最初的入射侧的边(例如，后述的第一入射边121)与最终的射出侧的边(例如，后述的最终射出边122)相互平行。

(3)也可以是，在(1)或(2)的检电扫描器中，还具备旋转机构部(例如，后述的旋转机构部6)，该旋转机构部使所述光学器件和所述旋转电动机一体地绕如下旋转轴(例如，后述的旋转轴60)进行旋转，由此使得能够变更所述入射侧的边相对于入射的所述激光的光轴的倾斜角以及所述射出侧的边相对于入射的所述激光的光轴的倾斜角，其中，所述旋转轴与包含所述光学器件的旋转轴并且包含所述激光的光轴的平面垂直。

(4)也可以是，在(1)至(3)中的任一检电扫描器中，还具备移动机构部(例如，后述的移动机构部8)，该移动机构部使所述光学器件和所述旋转电动机一体地在与所述光学器件的旋转轴垂直的平面方向上移动，由此使得能够变更所述激光相对于所述光学器件的入射位置(例如，后述的入射位置P)。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够执行易于获得良好的焊接质量的摆动焊接的检电扫描器。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统的外观图。

图2是示出第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统的光学系统的图。

图3是第一实施方式所涉及的检电扫描器的功能框图。

图4A是第一实施方式所涉及的检电扫描器的光学器件的立体图。

图4B是示出第一实施方式所涉及的检电扫描器的光学器件中的激光入射位置的厚度T1的侧视图。

图4C是示出第一实施方式所涉及的检电扫描器的光学器件中的激光入射位置的厚度T2的侧视图。

图4D是示出第一实施方式所涉及的检电扫描器的光学器件中的激光入射位置的厚度T3的侧视图。

图5是示出第一实施方式所涉及的检电扫描器的光学器件中的旋转角度与厚度之间的关系的图。

图6是示出入射到第一实施方式所涉及的检电扫描器的光学器件的激光发生折射的情形的图。

图7是第二实施方式所涉及的检电扫描器的功能框图。

图8是示出第二实施方式所涉及的检电扫描器的光学器件的图。

图9是第三实施方式所涉及的检电扫描器的功能框图。

图10是示出第三实施方式所涉及的检电扫描器的光学器件和旋转机构部的图。

图11是第四实施方式所涉及的检电扫描器的功能框图。

图12是示出第四实施方式所涉及的检电扫描器的光学器件和移动机构部的图。

图13是示出第五实施方式所涉及的检电扫描器的光学器件的图。

附图标记说明

1：远程激光焊接系统；2、2A、2B：光学器件；4：旋转电动机；6：旋转机构部；8：移动机构部；12：光学器件组；20：旋转轴；21：入射边(入射侧的边)；22：射出边(射出侧的边)；50、50A、50B、50C、50D：检电扫描器；51、52：检电镜；54：检电电动机；121：第一入射边(最初的入射侧的边)；122：最终射出边(最终的射出侧的边)；C：截面；L：激光；L1：光轴；P：入射位置；T：厚度；W：工件。

具体实施方式

下面，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。此外，在第二实施方式以后的说明中，对与第一实施方式共同的结构标注同一标记并省略其说明。

[第一实施方式]

图1是第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统1的外观图。如图1所示，本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1具备多轴机器人3、后述的激光光源以及设置于多轴机器人3的臂31的顶端的激光头5。该远程激光焊接系统1通过多轴机器人3的动作来输送臂31的顶端的激光头5，从激光头5使激光L一边摇动一边朝向汽车车体等工件W的对接加工点(对接焊接点)照射，由此执行摆动焊接。

多轴机器人3具备基部30、臂31、多个轴32a～32e以及包括对各轴进行驱动的伺服电动机的机器人电动机(未图示)。通过机器人控制部(未图示)来控制多轴机器人3的动作。

激光头5具备用于使激光L朝向工件W的对接加工点(对接焊接点)进行扫描的检电扫描器50。通过后述的检电扫描器控制部来控制检电扫描器50的动作。

图2是示出远程激光焊接系统1的光学系统的图。在图2中示意性地示出检电扫描器50。如图2所示，远程激光焊接系统1的光学系统具备激光光源53和检电扫描器50。

激光光源53包括具备激光介质、光谐振器以及激励源等的各种激光振荡器。激光光源53生成激光L，并朝向后述的检电扫描器50射出所生成的激光L。

检电扫描器50具备：用于依次使由激光光源53射出的激光L反射的两个检电镜51、52；驱动检电镜51、52分别绕各旋转轴X1、X2进行旋转的两个检电电动机54、54；以及玻璃罩55。

检电镜51、52构成为能够分别绕相互正交的两个旋转轴X1、X2旋转。检电电动机54、54由伺服电动机构成，通过对检电镜51、52进行旋转驱动来使从激光光源53射出的激光L进行扫描。玻璃罩55具有圆柱状，具有使激光L透过并且保护检电扫描器50的功能。

另外，如图2所示，本实施方式所涉及的检电扫描器50具备光学器件2和对该光学器件2进行旋转驱动的旋转电动机4。

光学器件2配置为使向检电镜51、52入射的激光L沿厚度T方向入射，该光学器件2构成为能够绕旋转轴20进行旋转。旋转电动机4驱动光学器件2绕旋转轴20进行旋转，通过后述的检电扫描器控制部来控制旋转电动机4的动作。关于这些光学器件2和旋转电动机4，在后面详细记述。

如图2所示，从激光光源53射出的激光L首先透过光学器件2，接着利用两个检电镜51、52来被依次反射。然后，在透过玻璃罩55之后，朝向工件W的对接加工点(对接焊接点)照射。此时，当利用检电电动机54、54分别对两个检电镜51、52进行旋转驱动时，入射到这些检电镜51、52的激光L的入射角连续地发生变化。作为其结果，到达工件W的激光L能够沿着工件W上的规定的扫描路径进行扫描。

接着，参照图3～图6来对本实施方式所涉及的检电扫描器50的光学器件2和旋转电动机4进行说明。

在此，图3是本实施方式所涉及的检电扫描器50的功能框图。图4A是本实施方式所涉及的检电扫描器50的光学器件2的立体图。图4B是示出本实施方式所涉及的检电扫描器50的光学器件2中的激光L的入射位置P的厚度T1的侧视图。图4C是示出本实施方式所涉及的检电扫描器50的光学器件2中的激光L的入射位置P的厚度T2的侧视图。图4D是示出本实施方式所涉及的检电扫描器50的光学器件2中的激光L的入射位置P的厚度T3的侧视图。

如上述那样，如图3所示，检电扫描器50具备检电镜51、52、检电电动机54、54、光学器件2以及旋转电动机4。通过检电扫描器控制部7来分别控制检电电动机54、54和旋转电动机4的动作。

在此，本实施方式所涉及的光学器件2具备图3所示的各种功能。

即，光学器件2包括折射率与周围的折射率不同的光学构件，例如由玻璃板构成。该光学器件2具有不吸收激光L而使激光L作为折射光射出的性质。由此，入射的激光L入射到光学器件2后发生折射，从与入射侧相反的一侧的射出侧作为折射光射出(参照后述的图6)。

另外，如图4A～图4D所示，光学器件2例如形成为圆环状，其厚度T方向的截面C处的入射侧的边(以下称为入射边。)21与射出侧的边(以下称为射出边。)22相互平行。

另外，光学器件2配置为入射边21相对于入射的激光L的光轴L1倾斜(参照后述的图6)。在本实施方式中，旋转电动机4的旋转轴20也同样地配置为相对于光轴L1倾斜。

另外，光学器件2在其周向上厚度T连续性地发生变化。另一方面，在其径向上厚度T不变化而为固定。旋转电动机4的旋转轴20以贯穿的方式固定于光学器件2的中心的孔部25。由此，光学器件2被旋转驱动，厚度T沿着光学器件2的旋转方向连续性地发生变化。

具体地说，如图4A～图4D所示，光学器件2的厚度T能够取例如用T1～T2～T3表示的厚度，它们为T1<T2<T3的关系。

在此，图5是示出本实施方式所涉及的检电扫描器50的光学器件2中的旋转角度与厚度T之间的关系的图。如该图5所示，光学器件2的厚度T与被旋转电动机4旋转驱动时的旋转角度相应地连续性且周期性地发生变化。由此确认出，光学器件2的厚度T沿着其旋转方向连续性地发生变化。

另外，图6是示出入射到本实施方式所涉及的检电扫描器50的光学器件2的激光L发生折射的情形的图。更加详细地说，在图6中示出旋转前后的光学器件2中的激光L的折射的情形。如该图6所示，入射到光学器件2的激光L与光学器件2的折射率相应地发生折射来作为折射光射出。

此时，由于折射而发生偏移的激光L的光束位置与光学器件2的厚度T具有相关关系。即，激光L的入射位置P处的光学器件2的厚度T越大，由折射引起的激光L的光束位置的错位即偏移量越大。具体地说，如图6所示，旋转后的激光L的光束位置的偏移量S2大于旋转前的激光L的光束位置的偏移量S1。这些偏移量相当于激光L的摇动时的振幅。

在本实施方式中，利用该特性，使激光L通过厚度T沿旋转方向连续性且周期性地发生变化的光学器件2，由此使激光L的光束位置、即激光L的照射位置连续性且周期性地发生变化。由此，在本实施方式中，能够使激光L顺畅地摇动，能够进行摆动焊接。

根据具备以上的结构的检电扫描器50，能够起到以下的效果。

在本实施方式中，将具有与周围的折射率不同的折射率的光学器件2配置为向检电镜51、52入射的激光L向光学器件2的厚度T方向入射，并且，设置有对该光学器件2进行旋转驱动的旋转电动机4。另外，将光学器件2配置为厚度T方向的截面C处的入射边21与射出边22相互平行且入射边21相对于入射的激光L的光轴L1倾斜，并且将光学器件2构成为其厚度T沿着旋转方向连续性地发生变化。

由此，通过使激光L通过厚度T沿旋转方向连续性且周期性地发生变化的光学器件2，能够使激光L的光束位置、即激光L的照射位置连续性且周期性地发生变化。即，能够使激光L顺畅地摇动，能够进行摆动焊接。

因而，根据本实施方式，仅通过由旋转电动机4对光学器件2进行旋转驱动就能够实现易于获得良好的焊接质量的摆动焊接。即，为了进行摆动焊接，无需如以往那样提高检电镜51、52的控制周期，仅对旋转电动机4的旋转进行控制即可，易于进行控制。另外，仅将光学器件2和旋转电动机4的旋转轴20作为附加轴追加到光学系统即可，不需要例如追加谐振镜这样的复杂的对光学系统的变更，能够使光学系统简单化。因此，所述的附加轴的追加、移除也简单。

[第二实施方式]

图7是第二实施方式所涉及的检电扫描器50A的功能框图。图8是示出第二实施方式所涉及的检电扫描器50A的光学器件组12的图。

如图7和图8所示，本实施方式所涉及的检电扫描器50A与第一实施方式所涉及的检电扫描器50相比，除了将光学器件2变更为包括多个光学器件的光学器件组12以外，与第一实施方式是同样的结构。

具体地说，在本实施方式中，具备包括光学器件2A和光学器件2B的光学器件组12。

与第一实施方式的光学器件2相比，光学器件2A除了在入射边121与射出边123不相互平行这一点上不同以外，与光学器件2是同样的结构。

另一方面，光学器件2B与第一实施方式的光学器件2差异较大，共同之处仅在于由折射率与周围的折射率不同的光学构件构成这一点。更详细地说，该光学器件2B不能旋转，以固定的方式配置，其入射边124与射出边122不相互平行。

此外，如图7和图8所示，在光学器件组12中，厚度T方向的截面C处的最初的第一入射边121与最终射出边122相互平行。即，光学器件2A的入射边121与光学器件2B的射出边122相互平行。另外，光学器件2A的射出边123与光学器件2B的入射边124相互平行。

根据本实施方式，能够起到与第一实施方式同样的效果。除此以外，根据本实施方式，能够使光学器件的形状简单化。

[第三实施方式]

图9是第三实施方式所涉及的检电扫描器50B的功能框图。图10是示出第三实施方式所涉及的检电扫描器50B的光学器件2B和旋转机构部6的图。

如图9和图10所示，本实施方式所涉及的检电扫描器50B与第一实施方式所涉及的检电扫描器50相比，除了具备旋转机构部6这一点不同以外，与第一实施方式是同样的结构。

如图10所示，旋转机构部6使光学器件2和旋转电动机4一体地绕旋转轴60进行旋转，该旋转轴60与包含光学器件2的旋转轴20并且包含激光L的光轴L1的平面(图10的纸面)垂直。具体地说，该旋转机构部6例如具备由伺服电动机构成的旋转机构电动机(未图示)，由此使光学器件2和旋转电动机4绕旋转轴60一体旋转。

根据本实施方式，能够起到与第一实施方式同样的效果。除此以外，根据本实施方式，通过使光学器件2和旋转电动机4一体地绕上述的旋转轴60进行旋转，能够变更入射边21相对于入射的激光L的光轴L1的倾斜角以及射出边22相对于入射的激光L的光轴L1的倾斜角，能够变更激光L的光束位置的偏移量S、即激光L的摇动的振幅。

[第四实施方式]

图11是第四实施方式所涉及的检电扫描器50C的功能框图。图12是示出第四实施方式所涉及的检电扫描器50C的光学器件2和移动机构部的图。此外，在图12中，还将光学器件2和旋转电动机4的移动前后的A向视图一并示出。

如图11和图12所示，本实施方式所涉及的检电扫描器50C与第一实施方式所涉及的检电扫描器50相比，除了具备移动机构部8这一点不同以外，与第一实施方式是同样的结构。

如图12所示，移动机构部8使光学器件2和旋转电动机4一体地沿与光学器件2的旋转轴20垂直的平面(与图12的纸面垂直的面)方向移动。具体地说，该移动机构部8例如像图12所示那样具备：滑动机构81、82，该滑动机构81、82能够使光学器件2和旋转电动机4沿在上述的平面方向上相互正交的方向滑动移动；以及伺服电动机(未图示)，其对滑动机构81、82进行驱动。

根据本实施方式，能够起到与第一实施方式同样的效果。除此以外，根据本实施方式，通过使光学器件2和旋转电动机4一体地在与光学器件2的旋转轴20垂直的平面方向上移动，能够变更激光L相对于光学器件2的入射位置P(即，以旋转轴20为中心的极坐标中的角度位置)，能够变更激光L的摇动的振幅方向。

[第五实施方式]

图13是示出第五实施方式所涉及的检电扫描器50D的光学器件2的图。如图13所示，本实施方式所涉及的检电扫描器50D与第一实施方式所涉及的检电扫描器50相比，除了光学器件2和旋转电动机4的配置不同以外，与第一实施方式是同样的结构。

具体地说，在本实施方式中，配置为旋转电动机4与激光L的光轴L1平行，另一方面，配置为光学器件2相对于激光L的光轴L1倾斜。这样，只要配置为光学器件2相对于激光L的光轴L1倾斜即可，旋转电动机4的配置是自由的。

因而，根据本实施方式，能够起到与第一实施方式同样的效果。

此外，本发明不限定于上述的各实施方式，能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良包括在本发明之中。

在上述的各实施方式中，使用了汽车车体来作为工件W，但是不限定于此，能够使用其它各种工件。

另外，在上述的各实施方式中，使用了具备两个检电镜的检电扫描器，但是不限定于此，能够使用具备一个或三个以上的检电镜的检电扫描器。

Claims (5)

1.一种检电扫描器，用于使激光进行扫描，该检电扫描器具备：

一个以上的检电镜，该一个以上的检电镜构成为能够绕旋转轴进行旋转，用于对激光进行反射；

检电电动机，其对所述检电镜进行旋转驱动；

光学器件，其配置为向所述检电镜入射的激光沿该光学器件的厚度方向入射，构成为能够绕旋转轴进行旋转，并且具有与其周围的折射率不同的折射率，且具有不吸收激光而使激光作为折射光射出的性质；以及

旋转电动机，其对所述光学器件进行旋转驱动，

其中，所述光学器件呈在中心具有孔部的圆环状且所述旋转电动机的旋转轴以贯穿的方式固定于所述孔部，所述光学器件配置为厚度方向的截面处的入射侧的边与射出侧的边相互平行并且所述入射侧的边相对于入射的所述激光的光轴倾斜，且所述光学器件的厚度沿着旋转方向连续性地发生变化。

2.根据权利要求1所述的检电扫描器，其特征在于，

所述光学器件由光学器件组构成，所述光学器件组包括多个光学器件，所述多个光学器件至少包括一个呈在中心具有孔部的圆环状且所述旋转电动机的旋转轴以贯穿的方式固定于所述孔部、并且构成为厚度沿着旋转方向连续性地发生变化并且通过所述旋转电动机而能够绕旋转轴进行旋转的光学器件，

在所述光学器件组中，厚度方向的截面处的最初的入射侧的边与最终的射出侧的边相互平行。

3.根据权利要求1或2所述的检电扫描器，其特征在于，

还具备旋转机构部，该旋转机构部使所述光学器件和所述旋转电动机一体地绕如下旋转轴进行旋转，由此使得能够变更所述入射侧的边相对于入射的所述激光的光轴的倾斜角以及所述射出侧的边相对于入射的所述激光的光轴的倾斜角，其中，所述旋转轴与包含所述光学器件被所述旋转电动机驱动而旋转的旋转轴并且包含所述激光的光轴的平面垂直。

4.根据权利要求1或2所述的检电扫描器，其特征在于，

还具备移动机构部，该移动机构部使所述光学器件和所述旋转电动机一体地在与所述光学器件的旋转轴垂直的平面方向上移动，由此使得能够变更所述激光相对于所述光学器件的入射位置。

5.根据权利要求3所述的检电扫描器，其特征在于，

还具备移动机构部，该移动机构部使所述光学器件和所述旋转电动机一体地在与所述光学器件的旋转轴垂直的平面方向上移动，由此使得能够变更所述激光相对于所述光学器件的入射位置。

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