ES2291802T3 - Procedimiento y dispositivo para soldadura por laser. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la soldadura por láser de una estructura compuesta de elementos de plancha de metal, en el que: - un robot manipulador (1) está provisto de un número de ejes, el cual incluye una pluralidad de motores eléctricos, que controlan el movimiento de elementos constitutivos del robot alrededor de dichos ejes y una unidad de control electrónico programable (2) para controlar dichos motores eléctricos con el propósito de desplazar un elemento constitutivo terminal (13) del robot según cualquier posición, orientación y trayectoria en el interior de un primer espacio tridimensional previamente determinado; - dicho robot manipulador (1) está provisto de un dispositivo (3) para enfocar un rayo láser y para orientar el rayo láser enfocado en el interior de un segundo espacio tridimensional previamente determinado (S); - dicho robot manipulador está controlado para el desplazamiento del elemento constitutivo terminal (13) anteriormente mencionado del robot (1) a lo largo de una trayectoria simplificada (R) en la proximidad, pero no muy estrechamente adyacente, de diversas áreas de la estructura que se tienen que soldar; - unos medios de control electrónico programable adicionales están previstos para controlar el dispositivo (3) anteriormente mencionado para enfocar y orientar el rayo láser de tal modo que, mientras el elemento extremo (13) del robot describe la trayectoria simplificada (R) anteriormente mencionada, el rayo láser enfocado (L) se orienta en la dirección de todas las diversas áreas (T) de la estructura que se tiene que soldar y, para cada área, ejecuta un tramo o cordón de soldadura por láser, caracterizado porque el punto del rayo láser sobre la estructura que se tiene que soldar se mueve con respecto al mismo en la dirección longitudinal de cada tramo de soldadura a una velocidad la cual no es muy dependiente de la velocidad del movimiento de dicho elemento constitutivo terminal (13) del robot, de tal modo que durante el desplazamiento de dicho robot manipulador (1) dicho elemento constitutivo extremo (13) es capaz de mantener todavía iluminada un área determinada de la estructura que se tiene que soldar, mientras el robot manipulador (1) ya ha avanzado.
Description
Procedimiento y dispositivo para soldadura por
láser.
La presente invención se refiere a
procedimientos y dispositivos para soldadura por láser,
particularmente para la soldadura de estructuras fabricadas de
plancha de metal que constituyen conjuntos o subconjuntos de
carrocerías o bastidores de vehículos a motor.
El presente solicitante ha propuesto desde hace
algún tiempo (véanse, por ejemplo, las patentes europeas números EP
0440001 B1 y EP 0440002 B1 con respecto al denominado sistema
"LASERGATE") dispositivos para la soldadura por láser de
estructuras de vehículos a motor. La utilización de soldadura por
láser para dichas aplicaciones, sin embargo, particularmente no
encuentra una amplia difusión inmediatamente después de su primera
propuesta, a principios de los años noventa. Esto es debido
principalmente al hecho de que los experimentos realizados con las
primeras formas de realización de los dispositivos de soldadura por
láser demostraron la existencia de una amplia gama de problemas
relacionados con dicha tecnología.
Un primer problema importante deriva de la
amplia utilización, en el campo del automóvil, de planchas de metal
provistas de una capa protectora exterior recubierta de zinc. Dicha
capa da lugar a la generación de vapores de zinc durante la
operación de soldadura por láser, lo cual frecuentemente se
convierte en problemático para obtener una soldadura de buena
calidad.
El problema anterior ha sido tratado e ilustrado
extensamente en las solicitudes de patentes europeas números EP
1238748 A1 y EP 1236535 A1, presentadas a nombre del presente
solicitante, en las que se ilustran dispositivos que son capaces de
superar, de un modo simple y eficaz, el obstáculo técnico
anteriormente mencionado, garantizando medios de escape para los
vapores de zinc que se forman durante el proceso de soldadura. Otra
solución al problema constituido por los vapores de zinc también ha
sido propuesta en la solicitud de patente italiana número TO
2002A000760, presentada a nombre del presente solicitante.
Sin embargo, ha requerido algo de tiempo que el
problema técnico anteriormente mencionado haya sido reconocido,
estudiado y resuelto de un modo completo, un hecho que explica, por
lo menos en parte, la extensión del periodo de gestación de la
utilización de la soldadura por láser en el campo del automóvil.
Otro problema importante que es necesario tener
en cuenta en la aplicación de la soldadura por láser para el
montaje de estructuras de vehículos a motor está relacionado con la
necesidad de garantizar una alta calidad del montaje con tiempos de
producción reducidos. Una estación para el montaje de una carrocería
de un vehículo a motor o para su submontaje típicamente comprende
una pluralidad de elementos de colocación y equipo de sujeción que
aseguren la colocación correcta de los elementos de plancha de metal
que constituyen la estructura durante la etapa de soldadura.
Existe, por supuesto, un límite mínimo al número de piezas del
equipo de sujeción que pueden estar provistas para dicho propósito,
por debajo del cual la geometría de la estructura no se garantiza
adecuadamente, con la consecuencia de una calidad insuficiente de la
operación de montaje. Como consecuencia, la estación de soldadura
está relativamente "poblada" por un conjunto de equipos de
sujeción, con los correspondientes dispositivos de control para
maniobrar dicho equipo entre una condición abierta, inoperante, y
una condición cerrada, operativa. A esto se añade el hecho de que,
en el caso de estaciones de soldadura flexibles capaces de
funcionar sobre diferentes tipos o modelos o bien versiones de
estructuras que se tienen que soldar, la estación de soldadura está
también provista de medios para el guiado y el control de diferentes
estructuras para sostener el equipo de sujeción, las cuales son
rápidamente intercambiables entre sí según el tipo de carrocería o
subconjunto que en cada momento llegue a la estación de soldadura.
La consiguiente relativa complejidad de la estructura de la
estación de soldadura y de sus piezas evidentemente hace más difícil
el trabajo de los robots de manipulación que se utilizan para
transportar los medios de soldadura (pistolas de soldadura
eléctrica u horquillas en el caso convencional, cabezales de láser
en el caso de soldadura por láser) en la proximidad de las diversas
áreas de la estructura que se tiene que soldar.
Tanto en el caso de la tecnología tradicional
que utiliza pistolas de soldadura eléctrica como en el caso de la
soldadura por láser, el robot se debe mover sucesivamente en una
serie de áreas de la estructura que se tiene que soldar para
ejecutar las soldaduras que están asignadas a ellas. Por
consiguiente, después de que la estructura que se tiene que soldar
haya llegado a la estación de soldadura, debe permanecer en dicha
estación durante un tiempo por lo menos suficiente para permitir que
cada robot lleve a cabo todas las soldaduras asignadas al mismo.
Evidentemente, el tiempo de estancia en la estación de soldadura se
puede reducir incrementando el número de robots, pero también en
este caso existe un límite a dicha posibilidad, el cual es debido
tanto a razones de costes como al hecho de que, por encima de un
cierto número de robots, cada uno de los robots se convierte en un
obstáculo a la funcionalidad de uno o más robots adyacentes al
mismo.
Por otra parte, el tiempo utilizado por cada
robot para realizar todas las soldaduras asignadas está representado
no sólo por la suma de los tiempos necesarios para realizar las
diversas soldaduras, sino también por el tiempo ocupado en cada
ocasión para entrar dentro del área que se tiene que soldar y dicho
tiempo no se puede despreciar, sobre todo cuando el robot está
forzado a seguir, para ese propósito, una trayectoria relativamente
tortuosa, siendo necesario evitar cualquier interferencia tanto con
las piezas de la estructura que se tienen que soldar como con las
diversas piezas del equipo de sujeción acopladas a las mismas.
Es necesario considerar, por otra parte, que al
principio de la aplicación de la tecnología de láser a la soldadura
de estructuras de vehículos a motor, los generadores de láser
disponibles eran relativamente menos eficaces y menos potentes que
los que, en cambio, están actualmente disponibles. Con la primera
generación de generadores de láser en cualquier caso era necesario
garantizar una posición del cabezal del láser transportado por el
robot que estuviera relativamente cerca de la estructura que se
tiene que soldar, de forma que la aplicación de la tecnología láser
no aportaba ventajas particulares, desde este punto de vista,
comparada con las técnicas tradicionales de soldadura eléctrica por
puntos. Con los sistemas láser actualmente disponibles, en cambio,
existen nuevas perspectivas alentadoras abiertas en el sentido de
una reducción importante en los tiempos de fabricación.
La idea que subyace en dicha evolución y que
forma el sujeto de los experimentos iniciales llevados a cabo por
el presente solicitante consiste en mantener el cabezal del láser a
una cierta distancia de la estructura que se tiene que soldar y en
proporcionar medios que permitirán enfocar el rayo láser en
diferentes áreas de la estructura que se tiene que soldar, sin
modificar la posición del cabezal del láser. Esto, por supuesto, se
aprovecha no sólo para mover el rayo láser con respecto a la
estructura que se tiene que soldar en un área determinada, con el
propósito de llevar a cabo un tramo de soldadura, o un cordón de
soldadura, sino también y por encima de todo para soldar diferentes
áreas de la estructura, sin mover el cabezal transportado por el
robot. Una solución en este sentido ha sido propuesta por el
presente solicitante en la solicitud de patente europea número
EP 1228835A1 (Sistema y procedimiento de
soldadura por láser remoto), de la cual es copropietario el
presente solicitante. Dicho sistema conocido se aplica, sin embargo,
a un robot "cartesiano", no a un robot de un tipo
"antropomórfico" y se "añade" y no está integrado en el
robot.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un procedimiento y un dispositivo mejorados de
soldadura por láser, los cuales serán capaces de aprovechar la idea
subyacente anteriormente mencionada de un modo simple y eficaz para
el propósito de capacitar la soldadura por láser de estructuras
tales como carrocerías de vehículos a motor o sus subconjuntos
garantizando una alta calidad de la soldadura pero al mismo tiempo
reduciendo considerablemente los tiempos de producción.
Un procedimiento de soldadura por láser y un
dispositivo de soldadura por láser según el preámbulo de la
reivindicación 1 y la reivindicación 4 son conocidos a partir del
documento EP 0 483 385 A1.
Según la invención, dicho propósito se consigue
a través de procedimiento referido en la reivindicación 1 y a
través del dispositivo según la reivindicación 4.
Características ventajosas adicionales de la
invención están indicadas en las reivindicaciones subordinadas.
La posibilidad de mantener el cabezal de enfoque
a una distancia de la pieza de trabajo que se tiene que soldar
permite una simplificación considerable de la trayectoria del
cabezal transportado por el robot durante la ejecución de la
soldadura. Durante la etapa de soldadura, el cabezal del láser
"vuela por encima" a una cierta distancia de la pieza de
trabajo que se tiene que soldar, mientras simultáneamente el rayo
láser enfocado se orienta en diversos modos para ejecutar los
tramos de soldadura en las diferentes áreas de la pieza de trabajo.
Durante cada operación de soldadura, el movimiento del rayo láser
enfocado es por lo tanto un movimiento complejo que es el resultado
de la suma del movimiento del robot y el movimiento de orientación
del rayo láser con respecto al cabezal del láser. De lo cual se
deduce que los movimientos del robot y del dispositivo de rastreo
que orienta la dirección de enfoque del rayo láser enfocado deben
ser controlados de un modo coordinado a fin de tener el resultado
deseado.
Se debe indicar que el documento EP 0 483 385 A1
expone un dispositivo de soldadura por láser en el que el rayo
láser está orientado de acuerdo con una trayectoria y una velocidad
las cuales son independientes de la trayectoria y la velocidad del
elemento extremo del robot. Sin embargo en este dispositivo conocido
el concepto anteriormente mencionado se aprovecha meramente para
impartir oscilaciones periódicas y cíclicas al rayo láser mientras
el elemento extremo del robot se mueve en la dirección longitudinal
del tramo de soldadura que se tiene que llevar a cabo. Por lo
tanto, en este dispositivo conocido el movimiento del rayo láser en
la dirección longitudinal del tramo de soldadura se determina
unívocamente mediante la velocidad del elemento extremo del robot.
En el caso de la presente invención, la velocidad de movimiento del
punto del rayo láser a lo largo de la dirección longitudinal del
tramo de la soldadura puede ser controlada en cambio a voluntad,
independientemente de la velocidad del movimiento del elemento
extremo del robot.
Características y ventajas adicionales de la
invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente
descripción haciendo referencia a los dibujos adjuntos, los cuales
se proporcionan puramente a título de ejemplo no limitativo y en los
cuales:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de un
robot manipulador según una primera forma de realización de la
presente invención;
- la figura 2 es una vista esquemática de una
estructura que se tiene que soldar y de las diversas áreas en las
cuales se tienen que llevar a cabo los tramos de soldadura por láser
y la trayectoria seguida por el cabezal transportado por el robot
durante el ciclo de soldadura;
- la figura 3 es una vista en sección
transversal esquemática que muestra la pieza terminal del robot de
la figura 1;
- la figura 4 ilustra una variante de la figura
3; y
- la figura 5 muestra una vista en sección
esquemática de una segunda forma de realización del dispositivo
según la invención.
En la figura 1, el número de referencia 1
designa, globalmente, un robot manipulador de cualquier tipo
conocido. El presente solicitante durante algún tiempo ha fabricado
y comercializado robots manipuladores de un tipo
"antropomórfico", los cuales utilizan un conjunto de elementos
montados de tal forma que pueden girar o que están articulados con
respecto a nosotros de acuerdo con un conjunto respectivo de ejes
(típicamente seis). A cada uno de dichos ejes está asociado un
motor eléctrico de control. Los motores eléctricos están controlados
por un conjunto de control 2 conectado al robot. El conjunto 2 es
capaz de controlar los motores eléctricos de tal forma que muevan,
en el espacio, la estructura articulada del robot que transporta el
extremo final del robot, o "muñecas" del robot, en cualquier
punto de un espacio de una forma y unas dimensiones previamente
determinadas. En el caso de la primera forma de realización de la
invención, en el elemento extremo del robot está integrado un
dispositivo 3 para enfocar y orientar la dirección de enfoque de un
rayo láser. El robot 1 de hecho está asociado a un generador láser
4, el cual preferiblemente es del tipo de estado sólido. El rayo
láser a la salida del generador 4 es guiado por medio de una fibra
óptica, o un haz de fibras ópticas, 5 hasta el dispositivo de
enfoque y orientación 3. Una característica importante de la
invención descansa en el hecho de que la pieza extrema de la fibra
óptica 5 está integrada en el interior de la estructura del robot,
como se puede ver en la figura 3. La fibra óptica 5 termina con un
dispositivo de antorcha óptica 6, de un tipo conocido por sí mismo.
En el caso de la solución ilustrada en la figura 3, desde la
antorcha 6 se asegura un rayo láser divergente 7, el cual es
entonces colimado mediante una primera lente 8. El rayo colimado 9
es recibido por una lente 10, la cual asegura, en la salida, un rayo
divergente 11. La lente 10 está montada axialmente de un modo
deslizante por medio de un patín 12 en la estructura 13 de un
elemento del robot. El movimiento del patín 12 está controlado por
un accionamiento eléctrico (no representado) de cualquier tipo
conocido, el cual igualmente está controlado por una segunda unidad
de control electrónico programable. En el caso de la forma de
realización representada, este segundo conjunto de control está
integrado el conjunto de control 2 del robot. Sin embargo también
es posible que esté provisto un segundo conjunto de control el cual
está separado del conjunto de control del robot y que coopera con el
mismo. El rayo divergente 10 es recibido por una segunda lente de
colimado 14, la cual asegura, en la salida, un rayo colimado 15 que
entra en un dispositivo de rastreo 16 para la orientación de la
dirección de enfoque. El dispositivo de rastreo 16 comprende, en
sucesión, dos espejos reflectantes 17, 18 que se pueden orientar
respectivamente alrededor de un eje 19 y un eje 20, los cuales son
ortogonales entre sí y no coplanares y los cuales permiten la
orientación del rayo en cualquier dirección en el espacio. Por
supuesto, los dos espejos 17, 18 también puede ser sustituidos por
un único espejo que se puede orientar alrededor de dos ejes
ortogonales. Los movimientos de los dos espejos 17, 18 están
controlados por accionamientos eléctricos de cualquier tipo (no
ilustrados), controlados por el segundo conjunto de control para
orientar el rayo láser cada vez en la dirección deseada. El rayo
láser 15, después de ser reflejado sucesivamente por los espejos
17, 18, llega a una lente 21, la cual enfoca el rayo en un punto F
de la superficie de una pieza de trabajo 22. En el caso del ejemplo
representado en la figura 3, la lente 21 es del tipo denominado
F-teta, que es conocido por sí mismo, la cual es
capaz de enfocar el rayo siempre en un punto que pertenece al plano
de la superficie de la pieza de trabajo 22, cualquiera que sea la
dirección de orientación del rayo.
Controlando la orientación de los espejos 17, 18
es posible orientar la dirección de enfoque del rayo láser enfocado
final, designado por L en la figura 3. Ajustando la posición axial
de la lente 10, además, es posible ajustar la distancia de
enfoque.
Gracias a la disposición descrita antes en este
documento, para una posición fija del elemento 13 del robot, el
rayo enfocado L puede ser apuntado en diferentes direcciones, de
forma que enfoque en cualquier punto F de un sólido,
esquemáticamente representado en la figura 1 y designado por S.
Utilizando el dispositivo de las figuras 1, 3,
es posible, por ejemplo, llevar a cabo una sucesión de tramos de
soldadura T de una estructura 23 que se tiene que soldara moviendo
el extremo final del robot simplemente de acuerdo con la
trayectoria designada por R en la figura 2. Mientras el extremo
final del robot se desplaza a lo largo de la trayectoria R, se
mantiene a una distancia de la pieza de trabajo 23 y es capaz de
ejecutar los diversos tramos de soldadura T gracias a la
posibilidad de orientación del rayo enfocado L, obtenido por medio
del dispositivo 3. Mientras el robot "pasa por encima" de la
pieza de trabajo, el dispositivo 3 orienta el rayo láser
adecuadamente forma que "ilumine" las diversas áreas de
soldadura en sucesión. Los movimientos están coordinados con el
propósito de optimizar los tiempos de fabricación. Durante el
movimiento del robot, el rayo láser es por lo tanto capaz de
"proceder" más rápido que el robot, anticipando su movimiento,
o mantener también un área determinada de la pieza de trabajo
todavía "iluminada", mientras el robot ya ha cambiado.
Evidentemente, obtener el resultado
anteriormente mencionado implica la necesidad de un control
electrónico programado adecuado para controlar tanto los
movimientos del robot como los movimientos de las piezas móviles
del dispositivo 3. Según la invención, la segunda unidad de control
electrónico anteriormente mencionada, la cual tanto puede estar
integrada como puede estar separada del conjunto de control del
robot y cooperando con el mismo para llevar a cabo a ambas
operaciones de control anteriormente mencionadas.
La figura 4 ilustra una variante de la figura 3,
la cual difiere de aquella en que presenta una estructura diferente
del sistema de rastreado.
En la figura 4, las piezas en común con aquellas
ilustradas en la figura 3 están designadas mediante los mismos
números de referencia. En este caso, el rayo láser divergente 7 a la
salida de la antorcha 6 es colimado por una lente fija 8, entra en
un sistema de enfoque constituido por una única lente móvil desde la
posición 25 a la posición 25' (figura 4) y es reflejado por un
espejo fijo 27 y entonces por un espejo móvil 28, el cual puede
oscilar alrededor de un eje 29 y es transportado por una estructura
30 que es capaz de girar alrededor de un eje 31 con respecto a la
estructura 32, la cual transporta el espejo fijo 27 y está unida a
la estructura 13.
En la ilustración esquemática de la figura 5,
cada uno de los dos grupos ópticos 108, 109 tiene un cuerpo 108a,
109a el cual está montado en el interior de un casquillo tubular 110
en cuyo extremo está insertada la antorcha óptica 6.
El dibujo no muestra ni el modo con el cual son
accionadas las lentes móviles de cada uno de los grupos ópticos
108,109 con respecto al cuerpo del grupo respectivo, ni tampoco los
medios de motor los cuales accionan el movimiento axial de control
de tales lentes, como tampoco la transmisión mecánica asociada con
las mismas, puesto que tales detalles constructivos pueden ser
llevados a cabo de cualquier modo conocido y la eliminación de
tales detalles de los dibujos hacen estos últimos de una compresión
más rápida y fácil. Sin embargo, es importante observar que, como
se verá en lo que sigue a continuación también, los movimientos
axiales para controlar las lentes del grupo óptico 108 y del grupo
óptico 109 tienen que estar coordinados juntos. Esto se puede
obtener, según la presente invención, tanto mediante un control
electrónico adecuado de los medios de motor los cuales accionan el
desplazamiento de control de las lentes del grupo óptico 108 y del
grupo óptico 109, como, alternativamente, disponiendo una
transmisión mecánica adecuada (por ejemplo una transmisión de
levas) entre las piezas móviles de los dos grupos ópticos 108, 109,
lo cual permite la ventaja, por una parte, de disponer medios de
motor sólo para uno de tales grupos y, por otra parte, evitar la
necesidad de un control electrónico de los movimientos coordinados
de tales grupos.
En el caso del ejemplo específico ilustrado, el
casquillo tubular 10 está dispuesto en el interior de un cuerpo
tubular 11, el cual representa un elemento (un brazo) del robot, en
el caso de una solución integrada en el interior de la estructura
del robot. Sin embargo, el dispositivo de la invención también puede
ser un dispositivo accesorio separado del robot, por ejemplo, el
cual puede estar montado en la muñeca de un robot articulado.
En el ejemplo ilustrado, el grupo óptico 108 es
un módulo de zoom de colimación, que incluye una primera serie de
lentes 112 axialmente móviles, desde las cuales sale un rayo
divergente 113 con un diámetro ensanchado y una o más lentes fijas
114 para la colimación del rayo. El rayo láser colimado 115 que sale
del módulo de colimación 108 pasa a través de por lo menos una
lente 116 que constituye el segundo grupo óptico 109, de forma que
lo transforma en un rayo divergente 117 con un diámetro
relativamente ancho. El movimiento coordinado del control axial de
las lentes de los dos grupos ópticos 108, 109 permite cambiar el
diámetro del rayo divergente que sale de tales grupos. El rayo 117
es girado 90º desde un espejo fijo 118 transportado por una
estructura de soporte 119 la cual está fijada al cuerpo tubular 110
del dispositivo. El rayo divergente 120 reflejado por el espejo 118
es enfocado por un módulo de enfoque fijo 121, que comprende una o
más lentes unidas sostenidas rígidamente por la estructura 119. El
módulo de enfoque 121 es capaz de enfocar el rayo con un cono de un
ángulo previamente determinado, pero por supuesto la distancia de
enfoque del rayo, es decir la distancia del punto de enfoque desde
el módulo de enfoque 121 varía dependiendo del diámetro con el cual
el rayo 120 llega al módulo de enfoque 121. El rayo enfocado,
representado por F, es reflejado por un espejo 122 que tiene dos
ejes de oscilación ortogonales entre sí. En particular, el espejo
122 está articuladamente sostenido alrededor de un eje 123 mediante
una estructura de soporte 124 la cual está a su vez sostenida
giratoriamente por la estructura de soporte 119 alrededor de un eje
125. También en este caso, el dibujo esquemático de la figura 5 no
representa los medios de motor que controlan la oscilación del
espejo 122 alrededor de los dos ejes 123, 125, ya que tales medios
de motor pueden ser llevados a cabo de cualquier modo conocido y la
eliminación de tales detalles de los dibujos hacen a estos últimos
de una compresión más rápida y más fácil. El dispositivo según la
invención por lo tanto contempla medios de motor para el control
coordinado de las posiciones axiales de los dos grupos ópticos 108,
109, con el propósito de cambiar la distancia de enfoque del rayo
láser F y los medios de motor para controlar los dos ejes de
oscilación 123, 125 del espejo oscilatorio 122, a fin de orientar
el rayo láser enfocado F en el espacio. El punto de enfoque del rayo
láser F por lo tanto se puede desplazar en el interior del volumen
de un espacio tridimensional previamente determinado, que
corresponde a las necesidades de trabajo del dispositivo.
La posibilidad de cambiar la distancia de
enfoque permite mantener sin cambios la dimensión (el diámetro) del
punto de iluminación en la estructura que se tiene que soldar cuando
varía la distancia del grupo de enfoque desde la estructura,
asegurando de ese modo la obtención de una calidad de soldadura
uniforme. Adicionalmente, la posibilidad de orientar el rayo láser
evidentemente permite llevar a cabo la soldadura de acuerdo con los
principios de la soldadura remota y particularmente orientando el
rayo láser durante el desplazamiento del dispositivo por el robot,
de forma que el punto de soldadura en la estructura se mueve de
acuerdo con una trayectoria o una velocidad que no depende
estrechamente de la trayectoria ni de la velocidad con la cual el
robot mueve el dispositivo. Como ya se ha representado anteriormente
en este documento, el dispositivo ilustrado antes puede constituir
un dispositivo accesorio el cual puede ser montado en la muñeca de
un robot comercial, o puede estar integrado en el interior de la
misma estructura del robot.
Una característica adicional preferida de la
invención es que el dispositivo según la invención puede estar
equipado con un dispositivo para detectar la distancia de la
estructura que se tiene que soldar y con unos medios aptos para
ajustar automáticamente la distancia de enfoque, controlando las
posiciones axiales de los grupos ópticos 108, 109 dependiendo de la
distancia detectada.
Claims (24)
1. Procedimiento para la soldadura por láser de
una estructura compuesta de elementos de plancha de metal, en el
que:
- un robot manipulador (1) está provisto de un
número de ejes, el cual incluye una pluralidad de motores
eléctricos, que controlan el movimiento de elementos constitutivos
del robot alrededor de dichos ejes y una unidad de control
electrónico programable (2) para controlar dichos motores eléctricos
con el propósito de desplazar un elemento constitutivo terminal
(13) del robot según cualquier posición, orientación y trayectoria
en el interior de un primer espacio tridimensional previamente
determinado;
- dicho robot manipulador (1) está provisto de
un dispositivo (3) para enfocar un rayo láser y para orientar el
rayo láser enfocado en el interior de un segundo espacio
tridimensional previamente determinado
(S);
(S);
- dicho robot manipulador está controlado para
el desplazamiento del elemento constitutivo terminal (13)
anteriormente mencionado del robot (1) a lo largo de una
trayectoria simplificada (R) en la proximidad, pero no muy
estrechamente adyacente, de diversas áreas de la estructura que se
tienen que soldar;
- unos medios de control electrónico programable
adicionales están previstos para controlar el dispositivo (3)
anteriormente mencionado para enfocar y orientar el rayo láser de
tal modo que, mientras el elemento extremo (13) del robot describe
la trayectoria simplificada (R) anteriormente mencionada, el rayo
láser enfocado (L) se orienta en la dirección de todas las diversas
áreas (T) de la estructura que se tiene que soldar y, para cada
área, ejecuta un tramo o cordón de soldadura por láser,
caracterizado porque el punto del rayo
láser sobre la estructura que se tiene que soldar se mueve con
respecto al mismo en la dirección longitudinal de cada tramo de
soldadura a una velocidad la cual no es muy dependiente de la
velocidad del movimiento de dicho elemento constitutivo terminal
(13) del robot, de tal modo que durante el desplazamiento de dicho
robot manipulador (1) dicho elemento constitutivo extremo (13) es
capaz de mantener todavía iluminada un área determinada de la
estructura que se tiene que soldar, mientras el robot manipulador
(1) ya ha avanzado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de control electrónico
anteriormente adicionales mencionados están integrados en el
interior de dicha unidad de control electrónico (2) del robot.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de control electrónico
adicionales anteriormente mencionados están separados de dicha
unidad de control electrónico (2) del robot.
4. Dispositivo para la soldadura por láser de
una estructura compuesta de elementos de plancha de metal que
comprende:
- un robot manipulador (1) con un número de
ejes, el cual incluye una pluralidad de motores eléctricos, los
cuales controlan el movimiento de los elementos constitutivos del
robot alrededor de dicho eje; y
- una unidad de control electrónico programable
(2) para controlar dichos motores eléctricos con el propósito de
desplazar un elemento constitutivo terminal (13) del robot (1) según
cualquier posición, orientación y trayectoria en el interior de un
primer espacio tridimensional previamente determinado;
- estando provisto dicho robot manipulador (1)
de un dispositivo (3) para enfocar un rayo láser y para orientar el
rayo láser enfocado en el interior de un segundo espacio
tridimensional previamente determinado (5);
- estando programada dicha unidad de control (2)
para desplazar el elemento constitutivo terminal (13) anteriormente
mencionado del robot a lo largo de una trayectoria simplificada en
la proximidad, pero no estrechamente adyacente, de diversas áreas
(T) de la estructura que se tiene que soldar;
- están provistos unos medios de control
electrónico programable adicionales para controlar el dispositivo
anteriormente mencionado (3) para enfocar y orientar el rayo láser
de tal forma que, mientras el elemento constitutivo terminal (13)
del robot (1) sigue la trayectoria simplificada anteriormente
mencionada, el rayo láser enfocado (L) se orienta en la dirección
de todas las diversas áreas (T) de la estructura que se tiene que
soldar y para cada área ejecuta un tramo o un cordón de soldadura
por láser,
caracterizado porque los medios de
control electrónico programable adicionales están programados de
forma que el punto del rayo láser sobre la estructura que se tiene
que soldar se mueve con respecto a la misma en la dirección
longitudinal de cada tramo de soldadura a una velocidad la cual no
depende estrechamente de la velocidad de movimiento de dicho
elemento constitutivo terminal (13) del robot, de tal modo que
durante el movimiento de dicho robot manipulador (1), dicho
elemento constitutivo terminal (13) es capaz de mantener todavía
iluminada un área determinada de la estructura que se tiene que
soldar, mientras el robot manipulador (1) ya ha avanzado.
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque los medios de control electrónico
adicionales anteriormente mencionados están integrados en el
interior de dicha unidad de control electrónico (2) del robot.
6. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque los medios de control electrónico
adicionales anteriormente mencionados están separados de dicha
unidad de control electrónico (2) del robot.
7. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el dispositivo (3) anteriormente
mencionado para enfocar y orientar el rayo láser está integrado en
el elemento constitutivo terminal (13) del robot.
8. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque presenta unos medios de fibra óptica (5)
para guiar el rayo láser (L) desde un generador de láser (4) hasta
el dispositivo (3) para enfocar y orientar el rayo láser, estando
dichos medios de fibra óptica (5) por lo menos en parte integrados
en la estructura del robot (1).
9. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el dispositivo (16) para la orientación
del rayo láser (L) comprende unos medios de espejo (17, 18) para
orientar el rayo láser en cualquier dirección con respecto a dos
ejes ortogonales (19, 20).
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque dichos medios de espejo comprenden dos
espejos (17, 18) que reflejan en sucesión el rayo láser y que se
pueden orientar alrededor de dos respectivos ejes de oscilación
(19, 20) los cuales son perpendiculares entre sí y no
coplanares.
11. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque dichos medios de espejo comprenden un
único espejo de reflexión que se puede orientar alrededor de dos
ejes mutuamente ortogona-
les.
les.
12. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque comprende una lente de enfoque (21)
ajustada aguas abajo de los medios de espejo, siendo dicha lente
del tipo F-teta.
13. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque aguas arriba de los medios de espejo
están previstos unos medios ópticos, que comprenden una primera
lente de colimación (8) y una segunda lente de colimación (14) y
una lente axialmente móvil (10), pudiéndose ajustar la posición
axial de la cual entre las dos lentes (8, 14) de colimación con el
propósito del ajuste de la distancia de enfoque del rayo láser.
14. Dispositivo según la reivindicación 13,
caracterizado porque aguas arriba de la primera lente de
colimación (8) existe un sistema óptico (6) acoplado al extremo
final de una fibra óptica, o un haz de fibras ópticas (5), la cual
guía el rayo láser que viene de la fuente de láser.
15. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el dispositivo (16) para la orientación
del rayo láser comprende una estructura (32), la cual está
rígidamente unida al elemento constitutivo terminal (13) del robot
y transporta un espejo fijo (27) para la reflexión del rayo láser y
un espejo que se puede orientar (28), el cual refleja el rayo láser
después de que éste haya sido reflejado por el espejo fijo (27)
anteriormente mencionado, estando montado dicho espejo que se puede
orientar (28) de forma que puede oscilar alrededor de un eje de
ajuste (29) sobre una estructura (30) que está, a su vez, montada de
forma que puede girar sobre la estructura (32) anteriormente
mencionada, que transporta el espejo fijo (27) alrededor de un eje
(31) ortogonal al eje (29) de oscilación del espejo móvil (28).
16. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el dispositivo anteriormente mencionado
para enfocar y orientar el rayo láser incluye unos grupos ópticos
primero y segundo (108, 109) dispuestos en serie, para conformar el
rayo láser (107), los cuales se puede ajustar en la posición axial
de un modo coordinado entre ellos, para orientar un rayo láser
(117) con un diámetro previamente determinado;
- un espejo fijo (118) para reflejar dicho rayo
láser (117) de un diámetro previamente determinado;
- un módulo de enfoque fijo del rayo láser (120)
reflejado por dicho espejo fijo (118); y
- unos medios de espejo (122) que se pueden
orientar alrededor de dos ejes ortogonales entre sí (123, 125) para
reflejar el rayo láser enfocado (F) según una dirección que se puede
orientar en el espacio.
17. Dispositivo según la reivindicación 16,
caracterizado porque dicho primer grupo óptico (108) incluye
una pluralidad de lentes (112, 114) adecuadas para la colimación
del rayo a un diámetro variable con respecto a aquél de la entrada
en dicho grupo óptico.
18. Dispositivo según la reivindicación 16,
caracterizado porque el segundo grupo óptico (109) está
adaptado para causar que el rayo diverja.
19. Dispositivo según la reivindicación 16,
caracterizado porque dichos medios de espejo (122) incluyen
un único espejo (122) montado de forma articulada alrededor de un
eje (123) sobre un soporte (124) el cual está a su vez montado de
forma giratoria con respecto a una estructura fija (119) que
transporta el módulo de enfoque (121) alrededor de un eje (125)
ortogonal al eje de oscilación (123) anteriormente mencionado (123)
del espejo (122).
20. Dispositivo según la reivindicación 16,
caracterizado porque dichos grupos ópticos (108, 109) y
dichos medios de espejos oscilantes (122) están accionados por los
respectivos medios de motor controlados por medios de control
electrónico.
21. Dispositivo según la reivindicación 20,
caracterizado porque dichos medios de control electrónico
están integrados en el interior del conjunto de control programable
(2) del robot.
22. Dispositivo según la reivindicación 20,
caracterizado porque dichos medios de control electrónico son
independientes con respecto al conjunto de control programable (2)
del robot.
23. Dispositivo según la reivindicación 16,
caracterizado porque los dos grupos ópticos (108, 109) están
unidos juntos mediante una transmisión mecánica la cual produce los
movimientos de ajuste axial de los dos grupos ópticos que dependen
entre sí según una correlación previamente determinada.
24. Dispositivo según la reivindicación 16,
caracterizado porque está provisto de unos medios para
detectar la distancia del dispositivo desde una estructura que se
tiene que soldar y para controlar la posición de ajuste de los
flujos ópticos anteriormente mencionados (108, 109) para variar la
distancia de enfoque del rayo láser dependiendo de la distancia
detectada anteriormente mencionada.
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