CN117620346A - 用于激光钎焊和激光熔焊的超声预表面处理和后表面处理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于激光钎焊和激光熔焊的超声预表面处理和后表面处理。公开了一种激光钎焊和熔焊系统并且其包括：激光器；第一切割工具，其包括第一切割尖端；以及控制模块。控制模块被构造成：控制激光器以对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊；以及控制第一切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之前或之后从两个零件中的至少一者去除一个或多个层。

Description

用于激光钎焊和激光熔焊的超声预表面处理和后表面处理

技术领域

引言

本节中提供的信息是为了总体上呈现本公开的背景的目的。当前署名的发明人的工作，就其在本节中所描述的程度，以及在提交时可不被另视为现有技术的该描述的各方面，既不明确地也不隐含地被认作针对本公开的现有技术。

本公开涉及激光钎焊系统和激光熔焊系统。

背景技术

激光钎焊是用于联结两个金属零件的工艺。填充焊丝被进给到两个金属零件之间的间隙中。提供激光束以在不熔化两个金属零件的情况下熔化填充焊丝并联结两个金属零件以提供接头。填充材料放置在两个金属零件的搭接表面之间，且然后被熔化以提供液化的填充材料。液态材料填充两个金属零件之间的密合间隙，且然后凝固以联结两个金属零件。作为示例，两个金属零件中的一者或两者可由钢形成。

激光熔焊是用于联结两个金属零件的另一种工艺。提供激光束来熔化两个金属零件的相邻部分且因此联结两个金属零件的材料。这些材料的混合及其凝固联结了两个金属零件。在加热和熔化阶段期间也可将填充焊丝进给到两个金属零件之间的间隙中，以进一步加强由此产生的焊缝。激光束除了熔化两个金属零件的相邻部分之外还熔化填充焊丝。作为示例，两个金属零件可由铝形成。

发明内容

公开了一种激光钎焊和熔焊系统并且其包括：激光器；第一切割工具，其包括第一切割尖端；以及控制模块。控制模块被构造成：控制激光器以对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊；以及控制第一切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之前或之后从两个零件中的至少一者去除一个或多个层。

在其他特征中，第一切割工具进一步包括被构造成移动第一切割尖端的多个换能器。控制模块被构造成控制向换能器的电力供应以控制第一切割尖端的超声振动。

在其他特征中，换能器是压电换能器。

在其他特征中，两个零件包括第一零件和第二零件。第一切割尖端是被构造成同时切割两个零件的双切割尖端。控制模块被构造成控制第一切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之前或之后同时从第一零件去除第一层和从第二零件去除第二层，所述一个或多个层包括该第一层和该第二层。

在其他特征中，激光钎焊和熔焊系统进一步包括至少一个机器人。控制模块被构造成控制所述至少一个机器人以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之前和期间在从两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层期间控制第一切割工具和激光器相对于两个零件的位置。

在其他特征中，激光钎焊和熔焊系统进一步包括第二切割工具，该第二切割工具包括第二切割尖端。控制模块被构造成：i)控制第一切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之前从两个零件中的至少一者去除一个或多个层；以及ii)控制第二切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之后从两个零件中的所述至少一者去除第二一个或多个层。

在其他特征中，第一切割工具进一步包括被构造成移动第一切割尖端的第一换能器。第二切割工具进一步包括被构造成移动第二切割尖端的第二换能器。控制模块被构造成控制i)向第一换能器的电力供应以控制第一切割尖端的超声振动，以及ii)向第二换能器的电力供应以控制第二切割尖端的超声振动。

在其他特征中，第一换能器和第二换能器是压电换能器。

在其他特征中，第一切割尖端是被构造成同时切割两个零件的双切割尖端，两个零件包括第一零件和第二零件。第二切割尖端是被构造成同时切割两个零件的双切割尖端。控制模块被构造成：i)控制第一切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之前从第一零件去除第一层并且从第二零件去除第二层，所述一个或多个层包括该第一层和该第二层，以及ii)控制第二切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之后从两个零件中的每一者去除另一层。

在其他特征中，激光钎焊和熔焊系统进一步包括：喷嘴；以及泵，其连接到喷嘴。控制模块被构造成控制泵以吸取或吹送在从两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层期间形成的颗粒。

在其他特征中，公开了一种激光钎焊和熔焊方法并且其包括：将机动车辆的待联结的两个零件相对于彼此以及相对于激光钎焊和熔焊组件布置，该激光钎焊和熔焊组件包括激光器和第一切割工具，该第一切割工具包括第一切割尖端；控制激光器以对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊；以及控制第一切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之前或之后从两个零件中的至少一者去除一个或多个层。

在其他特征中，激光钎焊和熔焊方法进一步包括：控制向第一切割工具的多个换能器的电力供应以控制第一切割尖端的超声振动。

在其他特征中，换能器是压电换能器。

在其他特征中，激光钎焊和熔焊方法进一步包括：控制第一切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之前或之后同时从第一零件去除第一层和从第二零件去除第二层，所述一个或多个层包括该第一层和该第二层，两个零件包括该第一零件和该第二零件，并且第一切割尖端是被构造成同时切割两个零件的双切割尖端。

在其他特征中，激光钎焊和熔焊方法进一步包括：在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之前和期间在从两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层期间，控制第一切割工具和激光器相对于两个零件的位置。

在其他特征中，激光钎焊和熔焊方法进一步包括：控制第一切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之前从两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层；以及控制第二切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之后从两个零件中的所述至少一者去除第二一个或多个层，激光钎焊和熔焊组件包括第二切割工具，该第二切割工具包括第二切割尖端。

在其他特征中，激光钎焊和熔焊方法进一步包括控制：i)向第一换能器的电力供应以控制第一切割尖端的超声振动，以及ii)向第二换能器的电力供应以控制第二切割尖端的超声振动，第一切割工具包括第一换能器，并且第二切割工具包括换能器中的第二换能器。

在其他特征中，第一换能器和第二换能器是压电换能器。

在其他特征中，激光钎焊和熔焊方法进一步包括：控制第一切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之前从第一零件去除第一层以及从第二零件去除第二层，所述一个或多个层包括该第一层和该第二层，第一切割尖端是被构造成同时切割两个零件的双切割尖端，并且两个零件包括该第一零件和该第二零件；以及控制第二切割尖端的超声振动以在对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊之后从两个零件中的每一者去除另一层，第二切割尖端是被构造成同时切割两个零件的双切割尖端。

在其他特征中，激光钎焊和熔焊方法进一步包括：控制泵以吸取或吹送在从两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层期间形成的颗粒。

本发明还包括下述方案：

方案1.一种激光钎焊和熔焊系统，其包括：

激光器；

第一切割工具，其包括第一切割尖端；以及

控制模块，其被构造成：

控制所述激光器以对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊，以及

控制所述第一切割尖端的超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前或之后从所述两个零件中的至少一者去除一个或多个层。

方案2.根据方案1所述的激光钎焊和熔焊系统，其中，所述第一切割工具进一步包括被构造成移动所述第一切割尖端的多个换能器，

其中，所述控制模块被构造成控制向所述多个换能器的电力供应以控制所述第一切割尖端的所述超声振动。

方案3.根据方案2所述的激光钎焊和熔焊系统，其中，所述多个换能器是压电换能器。

方案4.根据方案1所述的激光钎焊和熔焊系统，其中：

所述两个零件包括第一零件和第二零件；

所述第一切割尖端是被构造成同时切割所述两个零件的双切割尖端；并且

所述控制模块被构造成控制所述第一切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前或之后同时从所述第一零件去除第一层和从所述第二零件去除第二层，所述一个或多个层包括所述第一层和所述第二层。

方案5.根据方案1所述的激光钎焊和熔焊系统，其进一步包括至少一个机器人，

其中，所述控制模块被构造成控制所述至少一个机器人以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前和期间在从所述两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层期间控制所述第一切割工具和所述激光器相对于所述两个零件的位置。

方案6.根据方案1所述的激光钎焊和熔焊系统，其进一步包括第二切割工具，所述第二切割工具包括第二切割尖端，

其中，所述控制模块被构造成：i)控制所述第一切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前从所述两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层；以及ii)控制所述第二切割尖端的超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之后从所述两个零件中的所述至少一者去除第二一个或多个层。

方案7.根据方案6所述的激光钎焊和熔焊系统，其中：

所述第一切割工具进一步包括被构造成移动所述第一切割尖端的第一多个换能器；并且

所述第二切割工具进一步包括被构造成移动所述第二切割尖端的第二多个换能器，

其中，所述控制模块被构造成控制i)向所述第一多个换能器的电力供应以控制所述第一切割尖端的所述超声振动，以及ii)向所述第二多个换能器的电力供应以控制所述第二切割尖端的所述超声振动。

方案8.根据方案7所述的激光钎焊和熔焊系统，其中，所述第一多个换能器和所述第二多个换能器是压电换能器。

方案9.根据方案6所述的激光钎焊和熔焊系统，其中：

所述第一切割尖端是被构造成同时切割所述两个零件的双切割尖端，所述两个零件包括第一零件和第二零件；

所述第二切割尖端是被构造成同时切割所述两个零件的双切割尖端；并且

所述控制模块被构造成：i)控制所述第一切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前从所述第一零件去除第一层并且从所述第二零件去除第二层，所述一个或多个层包括所述第一层和所述第二层，以及ii)控制所述第二切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之后从所述两个零件中的每一者去除另一层。

方案10.根据方案1所述的激光钎焊和熔焊系统，其进一步包括：

喷嘴；以及

泵，其连接到所述喷嘴，

其中，所述控制模块被构造成控制所述泵以吸取或吹送在从所述两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层期间形成的颗粒。

方案11.一种激光钎焊和熔焊方法，其包括：

将机动车辆的待联结的两个零件相对于彼此以及相对于激光钎焊和熔焊组件布置，所述激光钎焊和熔焊组件包括激光器和第一切割工具，所述第一切割工具包括第一切割尖端；

控制所述激光器以对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊；以及

控制所述第一切割尖端的超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前或之后从所述两个零件中的至少一者去除一个或多个层。

方案12.根据方案11所述的激光钎焊和熔焊方法，其进一步包括：控制向所述第一切割工具的多个换能器的电力供应以控制所述第一切割尖端的所述超声振动。

方案13.根据方案12所述的激光钎焊和熔焊方法，其中，所述多个换能器是压电换能器。

方案14.根据方案11所述的激光钎焊和熔焊方法，其进一步包括：控制所述第一切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前或之后同时从第一零件去除第一层和从第二零件去除第二层，所述一个或多个层包括所述第一层和所述第二层，所述两个零件包括所述第一零件和所述第二零件，并且所述第一切割尖端是被构造成同时切割所述两个零件的双切割尖端。

方案15.根据方案11所述的激光钎焊和熔焊方法，其进一步包括：在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前和期间在从所述两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层期间，控制所述第一切割工具和所述激光器相对于所述两个零件的位置。

方案16.根据方案11所述的激光钎焊和熔焊方法，其进一步包括：

控制所述第一切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前从所述两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层；以及

控制第二切割尖端的超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之后从所述两个零件中的所述至少一者去除第二一个或多个层，所述激光钎焊和熔焊组件包括第二切割工具，所述第二切割工具包括所述第二切割尖端。

方案17.根据方案16所述的激光钎焊和熔焊方法，其进一步包括控制：i)向第一多个换能器的电力供应以控制所述第一切割尖端的所述超声振动，以及ii)向第二多个换能器的电力供应以控制所述第二切割尖端的所述超声振动，所述第一切割工具包括所述第一多个换能器，并且所述第二切割工具包括所述第二多个换能器。

方案18.根据方案17所述的激光钎焊和熔焊方法，其中，所述第一多个换能器和所述第二多个换能器是压电换能器。

方案19.根据方案16所述的激光钎焊和熔焊方法，其进一步包括：

控制所述第一切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前从第一零件去除第一层以及从第二零件去除第二层，所述一个或多个层包括所述第一层和所述第二层，所述第一切割尖端是被构造成同时切割所述两个零件的双切割尖端，并且所述两个零件包括所述第一零件和所述第二零件；以及

控制所述第二切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之后从所述两个零件中的每一者去除另一层，所述第二切割尖端是被构造成同时切割所述两个零件的双切割尖端。

方案20.根据方案11所述的激光钎焊和熔焊方法，其进一步包括：控制泵以吸取或吹送在从所述两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层期间形成的颗粒。

根据具体实施方式、权利要求和附图，本公开的另外应用领域将变得显而易见。具体实施方式和具体示例仅旨在用于说明的目的并且不旨在限制本公开的范围。

附图说明

根据具体实施方式和所附附图将更全面地理解本公开，其中：

图1是根据本公开的结合预清洁和后处理切割工具的示例激光钎焊和熔焊系统的透视图和功能性框图；

图2是图1的激光钎焊和熔焊系统的一部分的透视图；

图3是根据本公开的工件(或零件)的一部分的透视图，该部分具有表面和使用超声振动切割工具被切掉的薄外层；

图4是根据本公开的包括换能器的示例切割工具组件的透视图；

图5是穿过图4的切割工具组件的截面图；

图6是切割工具的一部分的透视图，其图示了切割工具的间隙角、刀尖半径、前刀面和后刀面；

图7是待联结的两个金属零件的侧视截面图；

图8是图7的两个金属零件在联结之后的侧视截面图；

图9图示了根据本公开的激光钎焊和熔焊方法，其具有超声振动预清洁和超声振动后抛光；以及

图10是根据本公开的另一个示例激光钎焊和熔焊系统的功能性框图，其结合了预清洁和后处理切割工具。

在附图中，附图标记可被重复使用以识别类似和/或相同的元件。

具体实施方式

在制造期间，金属片材可放置在模具和冲床之间，且然后进行冲压以将金属片材物理地成型(或成形)为零件。为了在成型期间保护金属片材以及还保护模具/冲床，可用一薄层的冲压润滑油涂覆金属片材。作为示例，汽车钢制车顶面板常常被激光钎焊到钢制车身侧围外板。除了原有的涂覆材料(例如，锌)以保护钢制车顶面板免受腐蚀之外，钢制车顶面板在成型之前和/或之后还具有润滑剂(例如，油)的涂覆层。润滑剂还能够有助于在成型期间防止擦伤。在成型期间，金属表面会与其他污染物和/或松动的小块金属材料(或金属碎片)接触。金属碎片能够由金属片材与模具/冲床表面的摩擦造成。另外，金属表面可被氧化(诸如，铝表面)，它们在环境空气中快速氧化。润滑剂、污染物和/或氧化表面的存在会阻碍坚固接头(例如，钎焊接头或熔焊接头)的形成并在钎焊和熔焊期间促成接头缺陷。氧化(诸如，导致氧化铝层的氧化)会引起接头多孔性和填充材料在待联结的表面上的低浸润性。

本文中所阐述的示例包括具有超声振动预清洁和后抛光工具的激光钎焊和熔焊系统。这些示例包括去除材料的薄层从而为激光钎焊和熔焊做准备、以及去除接头的附加薄层以提供抛光过的接头表面。

图1示出了结合预清洁和后处理切割工具的示例激光钎焊和熔焊系统100。激光钎焊和熔焊系统100利用第一切割工具尖端，该第一切割工具尖端进行超声振动以刷洗待联结的金属零件(例如，金属零件101、103)的表面。刷洗包括从金属零件的表面上切下材料的薄层。去除表面材料的薄层留下了干净和新鲜的表面(例如，结构和/或面板表面)，以便随后进行钎焊和熔焊。通过提供干净/新鲜的表面，能够产生坚固的无缺陷结合部。激光钎焊和熔焊系统100还利用第二切割工具尖端，该第二切割工具尖端进行超声振动以刷洗所得的激光钎焊或熔焊接头的表面，从而提供抛光过的接头表面。

激光钎焊和熔焊系统100可包括机器人102、激光钎焊和熔焊工具组件104、控制模块106、真空泵108和电源110。控制模块106控制机器人102的运动以及激光钎焊和熔焊工具组件104的操作。这包括控制：切割速度；激光钎焊和熔焊工具组件104相对于保持金属零件的一个或多个固定装置的运动速度；填充材料进给速度；切割工具的超声振动频率；真空泵ON(开)和OFF(关)时间；以及下文提到的其他参数。超声振动频率可包括大于或等于20千赫兹(kHz)的频率。

机器人102可包括多个电动马达120、122、124、126、128、130，这些电动马达提供六个自由度，包括沿X、Y、Z方向的运动以及激光钎焊和熔焊工具组件104的旋转运动。如图所示，机器人102可附接到支座132。臂134、136在马达122、124和126之间延伸。控制模块106可控制机器人102以及激光钎焊和熔焊工具组件104以对零件101、103进行钎焊或熔焊，这些零件可设置在一个或多个固定装置(由块144、145表示)上。

激光钎焊和熔焊工具组件104包括预清洁切割工具150、提供激光束(图2中示出了示例激光束152)的激光器、后抛光切割工具154、以及喷嘴156、158，以上各者可安装到基座160。基座160可安装到电动马达130。虽然在图1中未示出，但基座160可包括马达和/或致动器以用于将切割工具150、154和激光器相对于彼此以及相对于零件101、103进行独立定位和定向。

还包括进给焊丝马达(FWM)155以将焊丝进给到零件101、103之间的间隙中，在该间隙处，零件101、103将被钎焊或熔焊在一起。管线从喷嘴156、158延伸到真空泵108。图1中示出了从真空泵108延伸到支座132的若干管线VL。这些管线可以是真空管线或空气管线。在另一个实施例中，真空泵108被替换为空气泵以向喷嘴156、158供应空气，从而将颗粒从待联结的表面和/或接头表面吹走。关于图2-5和图9来进一步描述激光钎焊和熔焊工具组件104。控制模块106控制从电源110供应到预清洁切割工具150、提供激光束152的激光器、以及后抛光切割工具154的电力。

激光钎焊和熔焊工具组件104包括切割工具150、154以用于：在钎焊和熔焊之前去除和清洁激光钎焊和熔焊过的接头表面上的表面材料，以及ii)在激光钎焊和熔焊之后对钎焊和熔焊过的接头表面进行抛光。切割工具150、154可安装在机器人臂或其他移动装置(如图1中所示)上或在固定装置上。当安装在机器人臂或其他移动装置上时，切割工具150、154在机器人臂或其他移动装置沿着工件表面移动切割工具150、154时执行清洁、切割和抛光。工件指代被联结的零件的部分。作为替代性示例，切割工具150、154可安装在固定装置上，使得切割工具150、154保持静止。在示例中，机器人102或其他移动装置保持工件并使工件相对于切割工具150、154移动。

图2示出了激光钎焊和熔焊工具组件104的一部分200，该部分包括预清洁切割工具150、提供激光束152的激光器202、后抛光切割工具154、以及真空喷嘴156、158。激光钎焊和熔焊工具组件104还包括提供进给焊丝206的进给器焊丝喷嘴204。切割工具150、154包括头块210、212和切割尖端214、216。切割工具150、154在图1-2中被示为示例表示并且可以以与所示不同的方式构造。如图所示，切割工具150、154可各自构造有双切割刃，以用于同时切割两个零件101、103。在实施例中，切割工具150、154中的每一者包括双切割尖端以用于同时切割零件101、103。图4-5中示出了切割工具的另一个示例。切割工具150、154可各自被替换为图4-5中所示的切割工具。尽管图4-5中所示的切割工具被示为具有单切割尖端，但图4-5的切割工具可被修改为包括双切割尖端。激光器202可包括光源、光学器件等。

在操作期间，激光钎焊和熔焊工具组件104可相对于零件101、103移动，如由箭头220所表示的。在替代性实施例中，零件101、103相对于激光钎焊和熔焊工具组件104移动，如由箭头222所表示的。在如由激光器202执行的钎焊或熔焊之前，切割工具150对零件101、103的表面进行预清洁。进给焊丝经由图1的进给焊丝马达155被进给到零件101、103之间的间隙G中并被激光束152熔化。激光束152可在间隙中熔化进给焊丝206和/或零件101、103的部分。由此产生的凝固材料提供了钎焊或熔焊接头230。然后，切割工具154对钎焊或熔焊接头230进行抛光。由于预清洁和后抛光所形成的颗粒被真空喷嘴156、158真空吸除。下文进一步描述预清洁和后抛光操作。

头块210可在激光器202前面第一预定距离处和/或切割尖端214可在激光束152前面该第一预定距离处。这使切割尖端214和由该切割尖端执行的对应切割与由激光束152进行钎焊或熔焊的区域分离。类似地，激光器202可在头块212前面第二预定距离处和/或激光束152可在切割尖端216前面该第二预定距离处。第二预定距离可与第一预定距离相同或不同。在一个实施例中，第二预定距离小于第一预定距离。在另一个实施例中，第二预定距离大于第一预定距离。第一预定距离和第二预定距离可基于以下各者来设定：是否正在执行钎焊或熔焊；是否正在使用填充材料；正在使用的填充材料的类型；正在联结的零件的材料；接头冷却到预定温度所需的距离；等等。示出了示例第一预定距离D1和第二预定距离D2。

激光器202和头块210、212可连接到相应的马达组件、控制臂、机器人等，以便对激光器202和切割工具150、154(这些切割工具包括头块210、212和切割尖端214、216)进行独立定位和定向。激光器202和头块210、212可连接到如图1中所示的同一个支撑结构，或者可连接到如图10中所示的不同支撑结构。

图3示出了工件(或零件)的一部分300，该部分具有表面302和使用具有切割尖端304的超声切割工具被切掉的薄外层306。切割尖端304可被构造为图1-2和/或图4-5中所示的切割尖端。切割尖端304沿着表面302以振荡模式振动，振荡模式如由椭圆模式308所表示的，以至少去除可能被污染的薄外层306。薄外层306可包括润滑剂、颗粒、氧化材料等。

切割尖端304的运动是使用压电换能器来控制的，图4-5中示出了压电换能器的示例。图1的控制模块106控制供应到压电换能器的电压和/或电流水平，由此控制压电换能器的膨胀和收缩。对换能器的激励是小的，以提供椭圆振动。这控制切割尖端304以椭圆模式308进行运动。这种椭圆模式308被称为椭圆振动并在工件的外表面中形成格栅或“锯齿”图案。格栅具有一系列脊310，其具有上边缘和下谷。椭圆运动允许切割尖端304从工件去除高达例如50微米(μm)的材料。超声振动将表面材料去除到预定深度。在一个实施例中，深度的大小为数十到几十微米。图3中的深度D1指代下谷的深度，且图3中的深度D2指代上边缘的深度。作为示例，深度D1可小于或等于50μm，且深度D2可小于或等于35μm。格栅的峰和谷是小的。作为另一个示例，格栅的谷或D1-D2的大小可以是几百纳米。从宏观上看，由格栅产生的粗糙度不会对钎焊和/或熔焊工艺产生负面影响。图1的控制模块106还可设定和控制深度D1和D2、椭圆模式的频率、切割的速度、以及其他参数，诸如，脊310的表面的切割角A1和A2。作为示例，切割的速度可高达500毫米/秒(mm/s)。箭头312指代正常切割方向。

切割尖端304在工件之上也以幻影示出(其被指定为304’)，以图示刀面角θ。刀面角θ是切割尖端304′的前刀面表面320和工件的表面302之间的角度。下文关于图4-6提到了间隙角、刀尖半径、前刀面表面和后刀面表面。

图4-5示出了包括换能器402、404的切割工具组件400。换能器402、404相对于彼此以设定的角度(例如，33°)安装并且在以下两者之间：(i)包括杆410和凹形支架412的端部质量部件，以及(ii)头块414。杆410延伸穿过凹形支架412并连接到换能器402、404的第一端416、418。头块414为‘V’形，其具有分别连接到换能器402、404的第二端420、422的两个支腿417、419。螺栓424、426从螺纹连接于杆410中延伸穿过凹形支架412和换能器402、404并延伸到头块414的支腿417、419中。头块414具有在头块的主体429和支腿417、419之间的中心孔428。支腿417、419通过其间的间隙而分离。

头块414保持切割工具430，诸如本文中提到的切割工具中的任一者。换能器402、404包括用于连接到图1的控制模块106的连接器432、434。凹形支架412在442处连接到基座块440。基座块440可具有安装孔以将基座块440安装到切割工具组件的构件。

换能器402、404可以是压电传感器，其包括锆钛酸铅(PZT)环450、452、454，这些PZT环基于沿头块414的方向供应的电流而膨胀和收缩。这种膨胀和收缩引起支腿417、419的运动，该运动在头块414处被放大，且结果引起切割工具430的运动。该运动是由图1的控制模块106来控制。

切割工具430包括前刀面表面460、切割刃462和后刀面表面464。箭头466指代沿切线方向的运动。箭头468指代沿切割方向的运动。切割工具430可由碳化物、立方氮化硼(CBN)、高速钢(HSS)、陶瓷材料、多晶金刚石(PCD)、多晶CBN和/或其他合适的材料形成。切割工具可包括刀片470。

图6示出了切割工具的一部分600，其图示了切割工具的间隙角α、刀尖半径R、前刀面602和后刀面604。前刀面602和后刀面604的相邻边缘提供了用于切割材料的切割刃606。作为示例，切割工具具有由刀尖半径R限定的如所示的工具尖端。刀尖半径R可以是100μm-5mm。切割工具和/或工具尖端可符合待切割的表面的形状。

图7示出了待联结的两个金属零件700、702。金属零件700、702具有相应的待联结的表面701、703。作为示例，零件700可以是车辆的车身侧结构，且零件702可以是车辆的车顶。图8示出了在联结之后的两个金属零件700、702，其中已形成了接头704。该接头可包括填充材料和/或零件700、702的材料。零件700、702可使用本文中所公开的钎焊和熔焊系统、组件和工具以及图9的方法进行联结。

图9示出了激光钎焊和熔焊方法，其具有超声振动预清洁和超声振动后抛光。该方法可使用图1的钎焊和熔焊系统、图2的钎焊和熔焊组件和/或图2以及图4-5的组件执行。以下操作可迭代地执行。这些操作中的一者或多者可按顺序和/或同时执行。

在900处，控制模块106确定和/或设定激光钎焊或熔焊处理参数，包括预表面(或预清洁)处理参数和后表面(或后抛光)处理参数。这可包括确定待联结的两个零件的区域的起点和终点。参数可包括：切割速度；振荡频率；切割深度；和/或角度；刀面角；切割时间；填充焊丝进给速率以及ON(开)和OFF(关)时间；激光器电压、电流水平和/或功率水平；激光束波长；激光束光斑大小；激光束脉冲宽度；激光束ON和OFF时间；真空或空气管线压力；和/或本文中提到的其他参数。以下预清洁、激光钎焊或熔焊、以及后抛光操作i)可各自从两个零件的区域的起点连续地执行到终点，以提供单个连续的钎焊或熔焊接头，或ii)可各自以分段方式执行，使得在起点和终点之间存在两个或更多个由此产生的钎焊或熔焊接头。预清洁的ON和OFF时间发生在激光钎焊和熔焊的ON和OFF时间之前。激光钎焊和熔焊的ON和OFF时间发生在后抛光的ON和OFF时间之前。预清洁的OFF时间可发生在激光钎焊和熔焊的ON时间和/或后抛光的ON时间之前或之后。激光钎焊和熔焊的OFF时间可发生在后抛光的ON时间之前或之后。

在902处，将待联结的两个零件相对于彼此以及相对于切割和联结工具提供、放置、安装和/或定位在一个或多个固定装置中和/或在机器人上。

在904处，控制模块106开始或继续i)使零件相对于切割和联结工具移动，和/或ii)使切割和联结工具相对于机器人移动。

在906处，控制模块106执行第一超声切割工艺以清洁待联结的零件的表面的部分。每个零件可按顺序的方式或同时进行超声清洁，如在该方法期间所执行的那样。表面准备/清洁操作包括使表面纹理化。这方面的示例在图3中示出。

在908处，控制模块106将零件的表面的这些部分激光钎焊或熔焊在一起以提供具有接头表面的接头。当使用填充焊丝或其他填充材料时，表面的联结可被称为粘合性结合。

在910处，控制模块106执行第二超声切割工艺以清洁由对零件的表面的这些部分进行激光钎焊或熔焊所产生的接头表面。这些接头表面中的一者或多者可按顺序的方式或同时进行超声清洁，如在该方法期间所执行的那样。接头表面可包括接头的暴露表面和零件的表面。

在912处，控制模块106确定接头是否已延伸到待联结的零件区域的端部。如果是，则该方法结束，否则可执行操作904。

图10示出了激光钎焊和熔焊系统1000，其包括多个机器人。这些机器人中的每一者可与图1的机器人102类似地被构造和/或控制。作为示例，示出了机器人1001、1002、1003。机器人1001、1002、1003分别支撑马达和致动器组件1004、1005、1006，这些马达和致动器组件分别连接到第一切割工具1008、激光器1010和第二切割工具1012。马达和致动器组件1004、1005、1006可各自包括一个或多个马达和/或一个或多个致动器以用于独立地定位切割工具1008、1012和激光器1010。

第一切割工具1008、激光器1010和第二切割工具1012可执行预清洁、钎焊/熔焊和后抛光操作，并且与本文中提到的其他切割工具和激光器类似地被构造。第一切割工具1008、激光器1010和第二切割工具1012可相对于彼此以及相对于正在被作用的零件独立地移动。这允许第一切割工具1008和第二切割工具1012远离激光器1010定位并防止灰尘污染激光器的光学器件。这种构型还允许第一切割工具1008、激光器1010和第二切割工具1012相对于正在被作用的零件独立地定位。所述一个或多个支撑结构1000可包括控制臂，该控制臂用于第一切割工具1008、激光器1010和第二切割工具1012中的每一者以定位第一切割工具1008、激光器1010和第二切割工具1012中的每一者。控制模块1020控制机器人1001、1002、1003以及马达和致动器组件1004、1005、1006的马达和致动器的操作。控制模块1020还控制激光器1010的操作。

上文提供的示例可在汽车相关的零件和/或其他零件上实施。超声切割工具可用于汽车制造中的表面准备、处理和/或后抛光。所公开的示例实现：汽车制造和其他制造环境中的快速面板和接头表面准备/处理；操作和维护的低成本；与机器人臂容易集成；高的处理速度；以及对切割深度和切割位置的精确控制。

前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且不旨在以任何方式限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导能够以多种形式实施。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应受到如此限制，因为在研究附图、说明书和以下权利要求时，其他修改将变得显而易见。应理解，方法内的一个或多个步骤可以以不同次序(或同时)执行，而不更改本公开的原理。进一步，虽然上文将实施例中的每一者描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个能够在其他实施例中的任一者的特征中实施和/或与其组合实施，即使该组合未明确描述。换言之，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例与彼此的排列仍然在本公开的范围内。

元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系使用各种术语来描述，包括“连接”、“接合”、“联接”、“邻近”、“紧邻”、“在……顶部”、“上方”、“下方”和“安置”。除非明确地描述为“直接”，否则当在上面的公开中描述第一元件和第二元件之间的关系时，该关系能够是在第一元件和第二元件之间不存在其他介入元件的直接关系，但也能够是在第一元件和第二元件之间存在(空间抑或功能上)一个或多个介入元件的间接关系。如本文中所使用的，短语A、B和C中的至少一者应被解释为使用非排他性逻辑“或(OR)”来意指逻辑A或B或C(A OR B OR C)，并且不应被解释为意指“A中的至少一者、B中的至少一者、以及C中的至少一者”。

在附图中，如由箭头指示的箭头方向总体上表示图示所关注的信息(诸如，数据或指令)的流动。例如，当元件A和元件B交换各种信息但是从元件A传输到元件B的信息与图示相关时，箭头可从元件A指向元件B。该单向箭头并不暗示没有其他信息从元件B传输到元件A。进一步，对于从元件A发送给元件B的信息，元件B可向元件A发送针对信息的请求或接收确认。

在本申请(包括下面的定义)中，术语“模块”或术语“控制器”可用术语“电路”代替。术语“模块”可指代以下各者、为以下各者的一部分、或包括以下各者：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟、或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟、或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或组)；提供所描述的功能的其他合适的硬件部件；或者以上各者中的一些或全部的组合，诸如在片上系统中。

模块可包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括连接到局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可分布在经由接口电路连接的多个模块当中。例如，多个模块可允许负载平衡。在另外的示例中，服务器(也被称为远程或云)模块可代表客户端模块完成某种功能。

如上文所使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并且可指代程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路涵盖单个处理器电路，其执行来自多个模块的一些或所有代码。术语组处理器电路涵盖下述处理器电路，该处理器电路与附加的处理器电路组合来执行来自一个或多个模块的一些或所有代码。对多个处理器电路的引用涵盖分立管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或以上各者的组合。术语共享存储器电路涵盖单个存储器电路，其存储来自多个模块的一些或所有代码。术语组存储器电路涵盖下述存储器电路，该存储器电路与附加的存储器组合来存储来自一个或多个模块的一些或所有代码。

术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文中所使用的术语计算机可读介质不涵盖通过介质(诸如，在载波上)传播的瞬时电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可被认为是有形的且非暂时性的。非暂时性、有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(诸如，快闪存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(诸如，静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁性存储介质(诸如，模拟或数字磁带或硬盘驱动器)、和光学存储介质(诸如，CD、DVD或蓝光光盘)。

本申请中所描述的设备和方法可由专用计算机部分地或全部地实施，该专用计算机通过将通用计算机配置成执行体现在计算机程序中的一个或多个特定功能而创建。上文描述的功能块、流程图部件和其他元件用作软件规范，其能够通过熟练技术人员或程序员的例行工作转换成计算机程序。

计算机程序包括存储在至少一个非暂时性、有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括或依赖于存储的数据。计算机程序可涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。

计算机程序可以包括：(i)要解析的描述性文本，诸如HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript对象表示法)(ii)汇编代码、(iii)由编译器从源代码生成的目标代码、(iv)由解释器执行的源代码、(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，可使用来自包括C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、/>HTML5(超文本标记语言第五版)、Ada、ASP(动态服务器网页)、PHP(PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、/>Visual/>Lua、MATLAB、SIMULINK和/>的语言的语法编写源代码。/>

Claims (10)

1.一种激光钎焊和熔焊系统，其包括：

激光器；

第一切割工具，其包括第一切割尖端；以及

控制模块，其被构造成：

控制所述激光器以对两个零件进行激光钎焊或激光熔焊，以及

控制所述第一切割尖端的超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前或之后从所述两个零件中的至少一者去除一个或多个层。

2.根据权利要求1所述的激光钎焊和熔焊系统，其中，所述第一切割工具进一步包括被构造成移动所述第一切割尖端的多个换能器，

其中，所述控制模块被构造成控制向所述多个换能器的电力供应以控制所述第一切割尖端的所述超声振动。

3.根据权利要求2所述的激光钎焊和熔焊系统，其中，所述多个换能器是压电换能器。

4.根据权利要求1所述的激光钎焊和熔焊系统，其中：

所述两个零件包括第一零件和第二零件；

所述第一切割尖端是被构造成同时切割所述两个零件的双切割尖端；并且

所述控制模块被构造成控制所述第一切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前或之后同时从所述第一零件去除第一层和从所述第二零件去除第二层，所述一个或多个层包括所述第一层和所述第二层。

5.根据权利要求1所述的激光钎焊和熔焊系统，其进一步包括至少一个机器人，

其中，所述控制模块被构造成控制所述至少一个机器人以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前和期间在从所述两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层期间控制所述第一切割工具和所述激光器相对于所述两个零件的位置。

6.根据权利要求1所述的激光钎焊和熔焊系统，其进一步包括第二切割工具，所述第二切割工具包括第二切割尖端，

其中，所述控制模块被构造成：i)控制所述第一切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前从所述两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层；以及ii)控制所述第二切割尖端的超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之后从所述两个零件中的所述至少一者去除第二一个或多个层。

7.根据权利要求6所述的激光钎焊和熔焊系统，其中：

所述第一切割工具进一步包括被构造成移动所述第一切割尖端的第一多个换能器；并且

所述第二切割工具进一步包括被构造成移动所述第二切割尖端的第二多个换能器，

其中，所述控制模块被构造成控制i)向所述第一多个换能器的电力供应以控制所述第一切割尖端的所述超声振动，以及ii)向所述第二多个换能器的电力供应以控制所述第二切割尖端的所述超声振动。

8.根据权利要求7所述的激光钎焊和熔焊系统，其中，所述第一多个换能器和所述第二多个换能器是压电换能器。

9.根据权利要求6所述的激光钎焊和熔焊系统，其中：

所述第一切割尖端是被构造成同时切割所述两个零件的双切割尖端，所述两个零件包括第一零件和第二零件；

所述第二切割尖端是被构造成同时切割所述两个零件的双切割尖端；并且

所述控制模块被构造成：i)控制所述第一切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之前从所述第一零件去除第一层并且从所述第二零件去除第二层，所述一个或多个层包括所述第一层和所述第二层，以及ii)控制所述第二切割尖端的所述超声振动以在对所述两个零件进行所述激光钎焊或激光熔焊之后从所述两个零件中的每一者去除另一层。

10.根据权利要求1所述的激光钎焊和熔焊系统，其进一步包括：

喷嘴；以及

泵，其连接到所述喷嘴，

其中，所述控制模块被构造成控制所述泵以吸取或吹送在从所述两个零件中的所述至少一者去除所述一个或多个层期间形成的颗粒。