ES2293428T3 - Cabeza modular de soldadura laser hibrida. - Google Patents
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Abstract
Cabezal modular de soldadura láser híbrida (1), en el que en al menos un elemento de montaje (2) están dispuestos componentes como un láser (4) o una óptica láser o una unidad óptica de enfoque y elementos de un soplete o de un soplete de soldar (5) para un proceso de soldadura, y éste presenta un dispositivo para generar un chorro cruzado (8), que está unido, a través de al menos un conducto de suministro (9) y un conducto de evacuación (10), con una instalación de alimentación de aire comprimido, caracterizado porque el soplete o el soplete de soldar (5) se compone de varios módulos individuales, pudiendo reequiparse al menos un módulo, especialmente el cuerpo del soplete (19), para los procesos de ensamblaje más diversos, especialmente para un proceso de soldadura autógena o un proceso de soldadura blanda o dura, y estando integrado el conducto de suministro (9) y el conducto de evacuación (10) en el elemento de montaje (2).
Description
Cabeza modular de soldadura láser híbrida.
La invención se refiere a un cabezal modular de
soldadura láser híbrida, en el que en al menos un elemento de
montaje están dispuestos componentes como un láser o una óptica
láser o una unidad óptica de enfoque y elementos de un soplete o de
un soplete de soldar para un proceso de soldadura, y éste presenta
un dispositivo para generar un chorro cruzado, que está unido, a
través de al menos un conducto de suministro y un conducto de
evacuación, con una instalación de alimentación de aire
comprimido.
Ya se conocen dispositivos, especialmente
cabezales de soldadura láser híbrida, para un proceso de soldadura
láser híbrida, en los que en al menos una placa de montaje están
dispuestos un láser o una óptica láser o una unidad óptica de
enfoque y un soplete de soldar. Al láser o a la unidad óptica de
enfoque está asignado un dispositivo conductor de chorro cruzado
(crossjet) para formar un chorro cruzado, estando conectado el
dispositivo conductor de chorro cruzado, a través de al menos un
conducto de suministro y un conducto de evacuación, con una
instalación de alimentación de aire comprimido. Mediante el llamado
chorro cruzado, las salpicaduras de soldadura originadas durante el
proceso de soldadura, se mantienen alejadas de la óptica del láser o
de la óptica láser o de la unidad óptica de enfoque. La disposición
del conducto de suministro y del conducto de suministro se realiza
a ambos lados del láser o de la óptica láser o de la unidad óptica
de enfoque. En un proceso de soldadura con un dispositivo de este
tipo, mediante el láser o la óptica láser o la unidad óptica de
enfoque que avanza, se calienta la superficie de la pieza de trabajo
o mediante el enfoque correspondiente del punto de enfoque por
debajo de la superficie de la pieza de trabajo se consigue ya una
fusión o una profundidad de penetración del rayo láser,
realizándose por el proceso de soldadura por arco voltaico
subsiguiente otra ampliación de la profundidad de penetración y la
formación de un cordón de soldadura por la alimentación de un
alambre de soldadura o de un material adicional.
Una desventaja de ello es que por la disposición
del conducto de suministro y del conducto de evacuación a ambos
lados se requiere mucho más espacio, por lo que aumenta
esencialmente el tamaño de construcción de un cabezal de soldadura
láser híbrida de este tipo.
Además, se conocen dispositivos para formar un
chorro cruzado, en los que a ambos lados del láser o de la óptica
láser o de la unidad óptica de enfoque están dispuestos un elemento
de salida y un elemento de entrada para un aire comprimido
suministrado, de modo que puede producirse un chorro cruzado
correspondiente, es decir una corriente de aire, entre el elemento
de salida y el elemento de entrada para recibir partículas metálicas
sueltas.
Un inconveniente de ello es que este tipo de
construcción requiere la configuración de un chorro cruzado de gran
superficie, de modo que se produce una depresión muy alta en la zona
del chorro cruzado, por lo que éste tiene que tener una gran
distancia respecto a un proceso de soldadura con una atmósfera de
gas protector, para no aspirarla.
El documento DE 196 27 203 se refiere a una
disposición de tobera para el trabajo simultaneo de soldadura con
un rayo láser y con un arco voltaico, con un electrodo de soldadura
que genera el arco voltaico por encima de una pieza, con una tobera
que envuelve el rayo láser, que presenta una cámara de tobera, y que
está rodeada por una capa de tobera, que forma con la cámara de
tobera un paso anular que sirve para el suministro de gas y dentro
de la que está dispuesto el electrodo de soldadura.
En el documento DE 198 13 419 se describe un
sistema de soplete de soldar, especialmente para la soldadura
MIG/MAG con una máquina para soldadura automática. En este caso se
trata de un sistema de soplete de soldar que está compuesto de
forma modular por el paquete de componentes de manguera, uno o
varios módulos intermedios y sopletes de soldar. Mediante el
montaje modular son posibles adaptaciones a diferentes tareas de
soldadura y una sustitución de piezas individuales
deterioradas.
En los documentos US5981901A, US5814786A y
EP0618037A se describen procedimientos y dispositivos para la
soldadura láser, en los que se emplea un dispositivo conductor de
chorro cruzado para la protección contra salpicaduras de soldadura.
El dispositivo conductor de chorro cruzado está formado por una
carcasa alargada, estando dispuesta a un lado de la carcasa una
instalación de alimentación de aire comprimido para el suministro de
aire comprimido, por lo que en el interior está formado un chorro
cruzado que sale de la carcasa por el lado opuesto de la carcasa.
Además, la carcasa presenta un orificio continuo para un rayo láser
que se extiende por el orificio.
Una desventaja de ello es que una configuración
semejante de un dispositivo conductor de chorro cruzado presenta
una elevada necesidad de espacio o un gran tamaño de construcción,
ya que a ambos lados de la carcasa se realiza la alimentación y
entrega de aire comprimido. Por consiguiente es posible un empleo de
un dispositivo conductor de chorro cruzado sólo en un proceso de
soldadura láser pura.
Además, por el documento WO00/24543A se conoce
un cabezal de soldadura híbrida láser, en el que el láser está
dispuesto en el centro. A ambos lados del láser, a través de un
carril de fijación común está dispuesto respectivamente un soplete
de soldar que puede ajustarse a través del carril de fijación.
Una desventaja de ello es que no puede emplearse
un dispositivo conductor de chorro cruzado en un montaje semejante,
de forma que después de un breve tiempo de soldadura se ensucia la
óptica láser por salpicaduras de soldadura y por consiguiente
disminuye fuertemente el rendimiento del láser.
La invención se basa en el objetivo de
proporcionar un dispositivo, en particular, un cabezal de soldadura
láser híbrida para un proceso de soldadura láser híbrida, en el que
se proporciona un tamaño de construcción compacto y una estructura
sencilla del cabezal de soldadura láser híbrida.
En el dispositivo descrito a continuación para
un proceso de soldadura láser híbrida está previsto que en al menos
un elemento de montaje estén dispuestos componentes como un láser o
una óptica láser o una unidad óptica de enfoque y elementos de un
soplete de soldar para un proceso de soldadura y/o un dispositivo de
alimentación para un alambre de soldadura, así como un dispositivo
para generar un chorro cruzado, que está unido, a través de al
menos un conducto de suministro y un conducto de evacuación, con una
instalación de alimentación de aire comprimido, y el conducto de
suministro y el conducto de salida del aire comprimido para el
chorro cruzado están dispuestos entre los dos componentes,
especialmente entre el láser o la óptica láser o la unidad óptica
de enfoque y los elementos del soplete de soldar o del dispositivo
de alimentación para el alambre de soldadura. A este respecto
resulta ventajoso que por la configuración especial del cabezal de
soldadura láser híbrida se consigue que no esté dispuesto ningún
tipo de conductos alrededor de los distintos componentes y ningún
tipo de conductos hasta la zona del proceso de soldadura, ya que
todos ellos se conectan a los componentes en el lado opuesto. De
esta forma, se consigue evitar que el cabezal de soldadura láser
híbrida pueda engancharse en un objeto, porque alrededor de los
componentes no hay ningún tipo de conductos salientes. Una ventaja
esencial consiste en que el cabezal de soldadura láser híbrida
puede emplearse en imagen invertida sin modificar el robot,
especialmente su trayectoria programada, ya que no hay que tener en
cuenta conductos ni piezas salientes, porque el cabezal de
soldadura láser híbrida está realizado simétricamente para la
fijación con el robot, especialmente con el manipulador del brazo
del robot, de forma que, gracias a la configuración especial, el
cabezal de soldadura láser híbrida puede emplearse ahora también en
puntos de difícil acceso.
Además, a continuación se describe un
dispositivo de chorro cruzado con una carcasa para generar o formar
un chorro cruzado, especialmente una radiación de chorro cruzado,
que está unido, a través de al menos un conducto de suministro y un
conducto de evacuación, con una instalación de alimentación de aire
comprimido para suministrar aire comprimido y la carcasa del
dispositivo conductor de chorro cruzado presenta un orificio
continuo para un rayo láser que pasa por el orificio. En este caso
está previsto que en las superficies frontales del orificio estén
dispuestos un canal de salida y un canal de entrada enfrentado para
el aire comprimido, especialmente para el chorro cruzado o una
radiación de chorro cruzado, y que el canal de entrada presente un
diámetro mayor o un área mayor de la sección transversal que el
canal de salida, y que la alimentación y entrega de aire comprimido
al canal de salida y al canal de entrada se realice por el chorro
cruzado en un lado del dispositivo conductor de chorro cruzado.
Resulta ventajoso que mediante una configuración de este tipo del
chorro cruzado con el dispositivo conductor de chorro cruzado se
genera un sistema cerrado dentro de la carcasa, por lo que la
radiación de chorro cruzado se produce sólo dentro del orificio y,
por tanto, fuera de dicho orificio no se generan o se generan sólo
pequeñas corrientes de aire. Por tanto, se puede realizar una
distancia muy pequeña del chorro cruzado o del dispositivo conductor
de chorro cruzado respecto al proceso de soldadura, especialmente
respecto al proceso de soldadura por arco voltaico, de forma que
mejoran sustancialmente el tamaño de construcción del cabezal de
soldadura láser híbrida y, por tanto, el manejo del cabezal de
soldadura láser híbrida.
El objetivo de la invención se resuelve de forma
que el soplete o el soplete de soldar se compone de varios módulos
individuales, pudiendo reequiparse al menos un módulo, especialmente
el cuerpo del soplete, para los procesos de ensamblaje más
diversos, especialmente para un proceso de soldadura autógena o un
proceso de soldadura blanda o dura (por ejemplo con estaño, latón o
cobre), según se describe en la reivindicación 1. Resulta ventajoso
que el proceso de soldadura láser híbrida puede adaptarse sin
grandes esfuerzos a los procedimientos de ensamblado más diversos
como la soldadura blanda o dura. Otra ventaja esencial consiste
también en que por la configuración especial del cabezal de
soldadura láser híbrida se consigue una automatización al cambiar el
cuerpo del soplete a otro procedimiento de soldadura.
Otras configuraciones ventajosas se describen en
las reivindicaciones 2 a 7. Las ventajas resultantes se indican en
la descripción.
Para una mejor comprensión de la invención, ésta
se describe detalladamente mediante los ejemplos de realización
mostrados en las siguientes figuras. Muestran:
La figura 1 una estructura de un cabezal de
soldadura láser híbrida según la invención, en vista lateral y en
una representación esquemática simplificada;
la figura 2 una vista frontal de un perfil para
el cabezal de soldadura láser híbrida en una representación
esquemática simplificada;
la figura 3 una vista en planta desde arriba de
un dispositivo conductor de chorro cruzado para el cabezal de
soldadura láser híbrida en una representación esquemática
simplificada;
la figura 4 un corte a través del dispositivo
conductor de chorro cruzado según las líneas IV-IV
en la figura 3, en una representación esquemática simplificada;
la figura 5 otro corte a través del dispositivo
conductor de chorro cruzado según las líneas V-V en
la figura 3, en una representación esquemática simplificada;
la figura 6 una vista en planta desde arriba de
otro ejemplo de realización del cabezal de soldadura láser híbrida
en una representación esquemática simplificada;
la figura 7 un ejemplo de realización de la
estructura del cabezal de soldadura láser híbrida en una
presentación esquemática simplificada,
la figura 8 el ejemplo de realización del
cabezal de soldadura láser híbrida según la figura 7 con la placa
de recubrimiento levantada;
la figura 9 otro ejemplo de realización del
cabezal de soldadura láser híbrida para un procedimiento de
soldadura blanda o dura por láser.
A modo introductorio, cabe señalar que en las
distintas formas de realización descritas, las mismas piezas llevan
las mismas referencias o designaciones de componentes, pudiendo
transmitirse los contenidos de la descripción completa de forma
análoga a las mismas piezas con las mismas referencias o las mismas
designaciones de componentes. Asimismo, las indicaciones de
posición elegidas en la descripción, como por ejemplo arriba, abajo,
lateralmente etc., se refieren a la figura descrita y representada
en concreto y, en caso de un cambio de posición, pueden
transmitirse de forma análoga a la nueva posición. Además, las
características individuales o las combinaciones de características
de los diferentes ejemplos de realización mostrados y descritos
pueden representar por sí soluciones independientes de la invención
o según la invención.
En las figuras 1 a 5 está representado un
ejemplo de realización para un dispositivo, especialmente un cabezal
de soldadura láser híbrida 1 y un elemento de montaje 2 realizado
de forma especial para el montaje de los distintos componentes del
cabezal de soldadura láser híbrida 1.
En el cabezal de soldadura láser híbrida 1 según
la invención se aplican o se emplean elementos o módulos conocidos
por el estado de la técnica, en una combinación especial entre sí.
En el elemento de montaje 2 que se une con un robot, especialmente
con un brazo 3 de robot, tal como está indicado esquemáticamente, se
disponen un láser 4 o una óptica láser o una unidad óptica de
enfoque y elementos de un soplete de soldar 5 para un proceso de
soldadura por arco voltaico 6, tal como está indicado
esquemáticamente, o un dispositivo de alimentación para un alambre
para soldar o un electrodo, así como un dispositivo conductor de
chorro cruzado 7 para formar un chorro cruzado 8, que está unido, a
través de al menos un conducto de suministro 9 y un conducto de
evacuación 10, con una instalación de aire comprimido no
representada.
En el cabezal de soldadura láser híbrida 1 según
la invención, el elemento de montaje 2 está formado por un perfil
11, según la representación en la figura 2, con ranuras de fijación
12 para los componentes del cabezal de soldadura láser híbrida 1.
El perfil 1 está configurado de tal forma que presenta un canal 13
continuo que se extiende en el centro y que preferentemente forma
el conducto de evacuación 10 o está conectado con éste, estando
dispuestos, paralelamente a este canal 13, otros dos canales 14, 15
que forman preferentemente los conductos de suministro 9 o están
conectados con éstos. De esta forma, se consigue que el conducto de
suministro 9 y el conducto de evacuación 10 del aire comprimido
suministrado para el chorro cruzado 8, tal como está representado
esquemáticamente, estén dispuestos entre los dos componentes,
especialmente el láser 4 o la óptica láser y la unidad óptica de
enfoque y los elementos del soplete de soldar 5, estando integrados,
en el ejemplo de realización representado de las figuras 1 y 2, el
conducto de suministro 9 y el conducto de evacuación 10 en el
elemento de montaje 2, especialmente en el perfil 11, por lo que la
alimentación y la evacuación del aire comprimido para el chorro
cruzado 8 se producen a un lado del dispositivo conductor de chorro
cruzado 7. En el ejemplo de realización según la figura 6 que se
describe a continuación, el conducto de suministro 9 y el conducto
de evacuación 10, sin embargo, ya no están integrados en el elemento
de montaje 2 ni en el perfil 11, sino que están dispuestos
paralelamente respecto al perfil 11, estando dispuestos éstos a su
vez entre los dos componentes, especialmente el láser 4 y el soplete
de soldar 5. En este ejemplo de realización - según la figura 6 -
tampoco el perfil 11 presenta ningún tipo de canal interior 13 a
15.
Para lograr una fijación óptima del perfil 11
con un manipulador 16 de un robot, especialmente del brazo 3 de
robot, el perfil 11 está unido, a través de un dispositivo de
fijación 17, con el manipulador 16 del robot, tal como está
representado en la figura 1. Entre el manipulador 16 del robot,
especialmente del brazo 3 de robot, y el perfil 11 está dispuesto
un dispositivo de desconexión 18. Dicho dispositivo de desconexión
18 sirve para que, al ejercerse una presión sobre el cabezal de
soldadura láser híbrida 1 tal como ocurre en caso del choque del
cabezal de soldadura láser híbrida 1 con un objeto, el cabezal de
soldadura láser híbrida 1 pueda ceder a través del dispositivo de
conexión 18, siendo necesaria una fuerza definida para activar el
dispositivo de desconexión 18. La ventaja esencial de un dispositivo
de desconexión 18 de este tipo consiste en que el cabezal de
soldadura láser híbrida 1 se mantiene en una posición definida, y al
actuar una fuerza definida sobre el cabezal de soldadura láser
híbrida 1, éste cede a través del dispositivo de desconexión 18,
siendo reconducido el cabezal de soldadura láser híbrida 1, después
de ejercerse la fuerza, a la posición original, a través del
dispositivo de desconexión 18.
Los elementos del soplete de soldar 5 están
formados por un cuerpo de soplete 19 y un cuerpo de fijación 20 en
los que están integrados todos los componentes para un soplete
comercial habitual. El soplete de soldar 5 está formado por un
soplete de soldadura MIG/MAG para realizar un proceso de soldadura
MIG/MAG, es decir un proceso de soldadura por arco voltaico 6, para
lo cual tan sólo los distintos elementos del soplete de soldar 5 se
han modificado con respecto a un soplete conocido por el estado de
la técnica, de tal forma que sea posible una fijación y un ajuste
sencillos del cuerpo de fijación 20 en el perfil 11 y que a través
del soplete 19 se consiga una alimentación segura de alambre para
el proceso de soldadura por arco voltaico 6 y una puesta en
contacto muy buena de un alambre de soldadura 21 con energía,
especialmente con corriente y tensión.
Además, entre el cuerpo de soplete 19 y el
cuerpo de fijación 20 está dispuesto otro dispositivo de desconexión
22, de modo que, como ya se ha mencionado anteriormente, sea
posible un movimiento correspondiente del cuerpo de soplete 19
respecto al cuerpo de fijación 20 ejerciendo una fuerza
correspondiente sobre éste. Dicho dispositivo de desconexión 22
está concebido de tal forma que sea suficiente con ejercer una
fuerza relativamente pequeña sobre el cuerpo de soplete 19 para
provocar un movimiento correspondiente, en comparación con la que se
requiere en el dispositivo de desconexión 18 para el cabezal de
soldadura láser híbrida 1 completo.
Los dispositivos de desconexión 18, 22 empleados
presentan un sensor - no representado - que al activarse los
dispositivos de desconexión 18, 22 genera una señal correspondiente.
Para ello, los dispositivos de desconexión 18, 22, especialmente
los sensores, están conectados con un dispositivo de control para el
robot y/o para un aparato soldador - no representado - de modo que
al activarse uno o los dos sensores, esto pueda ser detectado por
el dispositivo de control. De este modo, por ejemplo, se puede parar
el siguiente movimiento del brazo robot 3, es decir, del cabezal de
soldadura láser híbrida 1 o el proceso de soldadura, por lo que se
evita la destrucción de los distintos componentes al ejercerse una
fuerza correspondiente.
En el cabezal de soldadura láser híbrida 1 según
la invención, el dispositivo conductor de chorro cruzado 7 está
fijado en una superficie frontal 23 del perfil 11, de tal forma que
en el ejemplo de realización representado - según la figura 1 - el
aire comprimido alimentado a través de los canales 14 y 15 y
evacuado a través del canal 13 pase directamente al dispositivo
conductor de chorro cruzado 7. Para ello, en el interior del
dispositivo conductor de chorro cruzado 7 están dispuestos canales
24 a 26 correspondientes que salen de una carcasa 27 del
dispositivo conductor de chorro cruzado 7. Estos canales 24 a 26 se
disponen a un lado de la carcasa 27, de forma que sólo en una zona
de este lado tengan que disponerse conductos, especialmente los
canales 13 a 15 o el conducto de suministro 9 y el conducto de
evacuación 10.
En el ejemplo de realización tal como está
representado especialmente en las figuras 3 a 5, el dispositivo
conductor de chorro cruzado 7, presenta preferentemente una forma en
forma de L, de modo que el dispositivo conductor de chorro cruzado
7 se extienda o esté realizado preferentemente a una distancia 28
definida por debajo del láser 4 o de la óptica láser o de la unidad
óptica de enfoque o de un vidrio protector 29 con una vigilancia
por vidrio protector correspondiente para el láser 4. Además, la
carcasa 27 del dispositivo conductor de chorro cruzado 7 presenta
un orificio 30 o una cavidad, en la que está conformado el chorro
cruzado 8, es decir, que el dispositivo conductor de chorro cruzado
7 presenta un orificio 30 que es atravesado por un rayo láser 31,
representado esquemáticamente, del láser 4, pasando el aire
comprimido por el orificio 30 en un ángulo preferible de 90º
respecto al rayo láser 31, por lo que en el orificio 30 está formada
una radiación de chorro cruzado 32.
A este respecto, en las figuras 3 a 5 está
representado en detalle el dispositivo conductor de chorro cruzado
7, estando representada en la figura 3 una vista en planta desde
arriba de la carcasa 27 y en las figuras 4 y 5 respectivamente una
vista frontal de la carcasa 27 - según las líneas de corte
IV-IV y V-V en la figura 3.
El dispositivo conductor de chorro cruzado 7
puede realizarse, por ejemplo, de una pieza colada en una o varias
piezas o de una pieza de colada por inyección de aluminio o
plástico. Evidentemente, es posible usar cualquier estructura de
una carcasa 27, conocida por el estado de la técnica, teniendo que
existir tan sólo una configuración correspondiente del orificio,
siendo comunicado el orificio 30 en el interior de la carcasa con
los canales 24 a 26. Por lo tanto, en la carcasa 27 del dispositivo
conductor de chorro cruzado 7 están dispuestos los canales 24 a 26
para la prolongación de los canales 13 a 15 del perfil 11, es decir
la prolongación de los conductos de suministro y de salida 9, 10,
extendiéndose estos al interior del orificio 30 formando en el lado
frontal, hacia el orificio 30, un canal de salida 33 y un canal de
entrada 34 opuesto, es decir, que en la carcasa 27 del dispositivo
conductor de chorro cruzado 7 está dispuesto el orificio 30 continuo
para un rayo láser 31 que se extiende por el orificio 30, estando
dispuestos en las superficies frontales del orificio 30 el canal de
salida 33 y un canal de entrada 34 opuesto para el aire comprimido,
especialmente para el chorro cruzado 8 o la radiación de chorro
cruzado 32.
De esta forma, se consigue que el aire
comprimido suministrado salga, a través del canal de salida 33, al
orificio 30 y vuelva a entrar, por el lado opuesto, en el canal de
entrada 34, por lo que el aire comprimido genera o forma en el
orificio 30 una corriente de aire, especialmente la radiación de
chorro cruzado 32. La conducción de los canales 24 a 26 y la forma
de los canales de entrada y de salida 33, 34 puede realizarse
discrecionalmente y no se limitan al ejemplo de realización
representado. Tan sólo debe garantizarse que en el orificio 30 del
dispositivo conductor de chorro cruzado 7 se forme una corriente
transversal, es decir un llamado chorro cruzado 8.
De manera ventajosa, la carcasa 27 está
configurada de tal forma que en una superficie frontal o lateral se
produzca la entrada y la salida del aire comprimido. Sin embargo,
también es posible realizar la entrada y salida del aire comprimido
en diferentes superficies frontales o laterales, especialmente
opuestas, de la carcasa 27.
Asimismo, es posible configurar la carcasa 27 de
forma cuadrada o en forma de L, extendiéndose el orificio 30 por la
carcasa 27 y estando orientada aproximadamente de forma
perpendicular sobre dos superficies laterales opuestas. Además, la
carcasa 27 puede presentar otro canal para evacuar al menos una
corriente parcial del aire comprimido. Por la evacuación del aire
comprimido en al menos dos corrientes parciales se puede conseguir
una evacuación más fácil de partículas de suciedad o de
soldadura.
El dispositivo conductor de chorro cruzado 7,
especialmente el chorro cruzado 8 realizado, tiene el objetivo de
mantener alejadas las salpicaduras de soldadura, originadas durante
un proceso de soldadura, de la óptica del láser 4 o de la óptica
láser o de la unidad óptica de enfoque o del vidrio de protección 29
dispuesto delante de estos componentes, tal como está representado
esquemáticamente. El chorro cruzado 8 está dispuesto por debajo del
láser 4 o de la óptica láser o de la unidad óptica de enfoque, es
decir, entre el láser 4 y la zona del proceso de soldadura a
realizar por el láser 4 o el soplete de soldar 5. El dispositivo
conductor de chorro cruzado 7, especialmente el chorro cruzado 8,
está configurado de tal forma que genere la radiación de chorro
cruzado 32, especialmente una corriente de aire, tal como se indica
esquemáticamente con flechas en la figura 3. El chorro cruzado 8,
especialmente la radiación de chorro cruzado 32 presenta
preferentemente una velocidad de circulación comprendida entre 100
y 600 m/s y/o una presión de chorro cruzado comprendida entre 2,5 y
6 bares. El chorro cruzado 8 puede producir una corriente
supersónica, estando configurada en el dispositivo conductor de
chorro cruzado 7 una llamada tobera Laval.
Para que la radiación de chorro cruzado 32,
especialmente el aire comprimido pueda hacerse salir de la zona del
cabezal de soldadura láser híbrida 1, especialmente de la zona del
proceso de soldadura por arco voltaico 6, en el dispositivo
conductor de chorro cruzado 7 está realizado un canal 26
correspondiente para la salida de la radiación de chorro cruzado
32, es decir que la radiación de chorro cruzado 32 generada a través
de los canales 24, 25 del dispositivo conductor de chorro cruzado 7
entra, por el orificio 30 del dispositivo conductor de chorro
cruzado 7, en el canal 26, siendo transmitida desde éste al canal
13, especialmente al conducto de evacuación 10, en el perfil 11, de
modo que las salpicaduras de soldadura absorbidas por la radiación
de chorro cruzado 32, especialmente los materiales lanzados en la
dirección del láser 4 o de la óptica láser o de la unidad óptica de
enfoque, sean evacuadas de la zona del cabezal de soldadura láser
híbrida 1, a través del conducto de evacuación 10. Para ello, el
conducto de evacuación 10 se conecta, por ejemplo, a un dispositivo
de aspiración, para generar una depresión correspondiente en el
conducto de evacuación 10, es decir, una aspiración de la radiación
de chorro cruzado 32 del orificio 30 del dispositivo conductor de
chorro cruzado 7. Para que sea posible una mejor conducción de la
radiación de chorro cruzado 32 a través el canal de entrada, el
canal de entrada 34 presenta un mayor volumen que el canal de
salida 33.
En un cabezal de soldadura láser híbrida 1 de
este tipo resulta esencial que la disposición del chorro cruzado 8
se realice a una distancia determinada respecto al proceso de
soldadura por arco voltaico 6, porque durante éste se genera una
atmósfera de gas protector correspondiente - no representada - y
por tanto, en caso de una distancia demasiado pequeña del
dispositivo conductor de chorro cruzado 7, esta atmósfera de gas
protector es atraída, en la dirección del chorro cruzado 8, por una
depresión originada alrededor del chorro cruzado 8. En este caso,
el proceso de soldadura por arco voltaico 6 ya no podría realizarse
en la atmósfera de gas protector necesaria.
Mediante una configuración de este tipo del
chorro cruzado 8, con el dispositivo conductor de chorro cruzado 7
se genera un sistema casi cerrado dentro de la carcasa 27, de modo
que ya no se forman o se forman sólo muy pequeñas corrientes de
aire fuera del orificio 30 del dispositivo conductor de chorro
cruzado 7. De este modo, se puede realizar una distancia muy
pequeña del chorro cruzado 8 o del dispositivo conductor de chorro
cruzado 7 respecto al proceso de soldadura, especialmente respecto
al proceso de soldadura por arco voltaico 6, de modo que el tamaño
de construcción del cabezal de soldadura láser híbrida 1 se reduce
considerablemente y, por tanto, mejora considerablemente el manejo
del cabezal de soldadura láser híbrida 1. Evidentemente, es posible
emplear un dispositivo conductor de chorro cruzado 7 de este tipo
también en otras aplicaciones como, por ejemplo, un puro proceso de
soldadura láser, para proteger el láser 4 o la óptica láser o la
unidad óptica de enfoque contra el humo o partículas metálicas
sueltas. La ventaja esencial consiste en que la radiación de chorro
cruzado 32 se produce sólo dentro del orificio 30, por lo que no se
producen o se producen sólo muy pequeñas corrientes de aire fuera
de dicho orificio 30.
Por la conformación especial del dispositivo
conductor de chorro cruzado 7, además, se consigue crear sólo una
superficie de ataque limitada para el láser 4, ya que a través del
dispositivo conductor de chorro cruzado 7, especialmente a través
de la carcasa 27 misma, se mantienen alejadas las partículas
metálicas sueltas o las salpicaduras de soldadura o el humo, por lo
que estas partículas únicamente pueden avanzar al láser 4 o la
óptica láser o la unidad óptica de enfoque, a través de la zona del
orificio 30, por el que pasa el rayo láser 31. De esta forma se
consigue mantener alejada de la carcasa 27 ya una gran parte de las
partículas, siendo transportado el resto de las partículas a través
de la radiación de chorro cruzado 32 en el orificio 30. De esta
forma, es casi imposible que las salpicaduras de soldadura avancen
hasta el láser 4. También resulta esencial a este respecto que por
la limitación de este espacio al orificio 30 ahora es posible una
configuración sencilla y una generación sencilla del chorro cruzado
8, porque éste ya no tiene que actuar en una gran superficie, tal
como es el caso en los sistemas abiertos conocidos por el estado de
la técnica. Para ello, por ejemplo, es posible que el dispositivo
conductor de chorro cruzado 7 o la carcasa 27 esté configurado de
tal forma que encierre al menos en parte el láser 4 asignado o la
óptica láser o la unidad óptica de enfoque, o que la distancia 28
de la carcasa 27 al láser sea cerrada por una configuración
correspondiente de la carcasa 27, de modo que sea posible evitar
también la penetración lateral de suciedad u otros cuerpos extraños
hacia las piezas que han de protegerse como son el láser 4 o la
óptica láser o la unidad óptica de enfoque, y que ya sólo sea
posible un acceso a través del orificio 30. Es posible que en esta
zona, es decir, entre el láser 4 y el dispositivo conductor de
chorro cruzado 7 se produzca una sobrepresión, siendo desviada esta
sobrepresión por el conducto de suministro 9. Esto se puede
realizar de una manera sencilla, de tal forma que al menos uno de
los canales 24 ó 25 presente al menos un taladro en la dirección del
láser 4, por lo que una parte del aire comprimido alimentado puede
salir a través de este taladro en la dirección del láser 4, y por lo
que en esta zona, por encima de la carcasa 27, puede formarse una
sobrepresión correspondiente.
Además, el cabezal de soldadura láser híbrida 1
según la invención presenta una o varias unidades de visualización
35 - representadas esquemáticamente - a través de las cuales se
indican las posiciones de los componentes unos respecto a otros, es
decir que, partiendo de una posición inicial predefinida, los
componentes, especialmente el láser 4 y el soplete de soldadura 5,
pueden ajustarse unos respecto a otros en los sentidos X, Y y Z,
pudiendo visualizarse o leerse estos procedimientos de ajuste a
través de una unidad de visualización 35, de modo que en cualquier
momento pueda repetirse otro ajuste de los dos componentes entre sí.
De esta forma, el cabezal de soldadura láser híbrida 1 puede
ajustarse para los distintos procesos de soldadura, pudiendo
reponerse de una manera sencilla a los valores iniciales
correspondientes.
A este respecto, por ejemplo, es posible que los
distintos componentes, especialmente el láser 4 y el soplete de
soldar 5 estén acoplados con un dispositivo electrónico de registro
o de medición, conocido por el estado de la técnica, para trayectos
de ajuste mecánico - no representados -, pudiendo visualizarse estos
valores del dispositivo de registro a través de la unidad de
visualización 35. Para ello, es posible que la unidad de
visualización 35 esté dispuesta directamente en el cabezal de
soldadura láser híbrida 1 o, por ejemplo, en un equipo de control
central, para lo cual el dispositivo de registro envía los valores,
a través de líneas, a la unidad de visualización 35 o a un
dispositivo de control. De esta forma, se consigue que en cualquier
momento sea posible una reproducción de un ajuste del cabezal de
soldadura láser híbrida 1 por vía electrónica. Evidentemente es
posible que con la fijación correspondiente de los distintos
componentes sobre un sistema de ajuste electrónico, es posible
automatizar el ajuste, de modo que ya sólo sea necesario definir el
valor del desplazamiento, después de lo cual, a través del sistema
de ajuste correspondiente, se realiza el ajuste.
Para mayor integridad, cabe mencionar que los
distintos componentes se conectan, a través de conductos, con los
equipos de alimentación correspondientes, tal como está representado
esquemáticamente. Para ello, el láser 4 se conecta, a través de una
línea de alimentación 36, con una fuente de energía correspondiente.
Además, el soplete de soldar 5 se conecta, a través de un paquete
de tubos flexibles 37, con un aparato soldador. También es posible
que, en lugar de la fuente de energía para el láser 4, éste se
conecte directamente al aparato soldador, siendo suministrada la
energía para el láser 4 y para el soplete de soldar 5 por el aparato
soldador.
Mediante la configuración especial del cabezal
de soldadura láser híbrida 1 se consigue que no esté dispuesto
ningún tipo de conducto hasta la zona del proceso de soldadura, ya
que se conectan todos con los componentes en el lado opuesto. De
este modo, se consigue evitar que el cabezal de soldadura láser
híbrida 1 se enganche en un conducto o en un objeto, ya que
alrededor de los componentes no está dispuesto ningún tipo de
conductos salientes. Por tanto, se consigue también la posibilidad
de que el cabezal de soldadura láser híbrida 1 pueda emplearse en
imagen especular sin modificar el robot, especialmente su
trayectoria programada, porque no hay que tener en cuenta conductos
o piezas salientes, de forma que, gracias a la configuración
especial, el cabezal de soldadura láser híbrida 1 puede emplearse
ahora también en lugares de difícil acceso.
En el ejemplo de realización según la figura 6,
el cabezal de soldadura láser híbrida 1 está representado en una
vista en planta desde arriba, estando dispuesto a su vez en el
centro el perfil 11. A dicho perfil 11 están fijados los distintos
componentes, tal como se ha descrito anteriormente.
Como ya se ha mencionado anteriormente, el
conducto de suministro 9 y el conducto de evacuación 10, sin
embargo, ya no están integrados en el elemento de montaje 2 o en el
perfil 11, sino que están dispuestos o fijados paralelamente
respecto al perfil 11, estando dispuestos o extendiéndose entre los
dos componentes, especialmente el láser 4 y el soplete de soldar 5.
En este ejemplo de realización, tampoco el perfil 11 presenta ningún
tipo de canales interiores 13 a 15.
Además, mediante esta disposición se garantiza
que a su vez se consiga una estructura simétrica del cabezal de
soldadura láser híbrida 1 sin conductos salientes. Dado que para la
fijación de los distintos componentes se emplean sistemas de
fijación usuales en el mercado, se renuncia a una descripción
especial de la estructura, porque ésta es aproximadamente la misma
que en los ejemplos de realización, descritos anteriormente, en las
figuras 1 a 5.
Simplemente, cabe señalar que en los ejemplos de
realización presentados según las figuras 1 a 6, el montaje de los
componentes, especialmente del láser 4 o de la óptica láser o de la
unidad óptica de enfoque y el soplete de soldar 5 se realiza a
ambos lados del elemento de montaje 2, especialmente del perfil 11,
mientras que, según el estado conocido de la técnica, los cabezales
de soldadura láser híbrida están estructurados de tal forma que el
láser y el soplete de soldar estén dispuestos sólo a un lado de una
placa de montaje, mientras que en el lado opuesto se efectúa la
conexión con el robot, especialmente con el brazo de robot. Con una
disposición de este tipo se crea un cabezal de soldadura láser
híbrida 1 excesivamente ancho y, por tanto, difícil de manejar.
En las figuras 7 a 9 está representado otro
ejemplo de realización de un soplete láser híbrido modular o de un
cabezal de soldadura láser híbrida 1 modular, según el cual en al
menos un elemento de montaje 2, especialmente en el perfil 1, están
dispuestos componentes tales como un láser 4 o una óptica láser o
una unidad óptica de enfoque y elementos de un soplete o de un
soplete de soldar 5 para un proceso de soldadura. Además, el
soplete láser híbrido modular presenta un dispositivo para generar
un chorro cruzado (no representado), especialmente el dispositivo
conductor de chorro cruzado 7 que está conectado, a través de al
menos un conducto de suministro 9 y un conducto de evacuación 10,
con una instalación de alimentación de aire comprimido no
representada.
El soplete o el soplete de soldar 5 se compone
de varios módulos individuales, pudiendo reequiparse al menos un
módulo, especialmente el cuerpo de soplete 19, para los procesos de
ensamblaje más diversos, en particular, para un proceso de
soldadura blanda o dura. A este respecto, recambiando el cuerpo de
soplete 19, éste puede estar configurado ahora para realizar un
procedimiento de soldadura MIG/MAG, un procedimiento de soldadura
TIG/WIG, un procedimiento de soldadura con doble alambre, un
procedimiento de soldadura con chorro de plasma y arco transferido
o para una soldadura blanda o dura con alambre frío por láser, una
soldadura blanda o dura con alambre caliente por láser, una
soldadura láser sin arco voltaico, es decir que diferentes cuerpos
de soplete 19 pueden conectarse, para diferentes procesos de
ensamblaje, con un módulo del soplete de soldar 5, de forma que con
un único cabezal de soldadura láser híbrida 1 puedan realizarse
diferentes procedimientos, sin necesidad de cambiar para ello todo
el soplete de soldar 5, especialmente los módulos.
De este modo, se consigue de una manera
ventajosa que sea posible una adaptación muy rápida del soplete
láser híbrido a los procedimientos de soldadura más diversos. Una
ventaja especial consiste sobre todo en que el cambio del cuerpo de
soplete 19 pueda automatizarse por la configuración modular y que,
por tanto, esta sustitución pueda realizarse mediante un cambio de
herramienta como es habitual en la tecnología robótica. Se ha
mostrado que es especialmente ventajoso que posibles componentes
adicionales o módulos adicionales como, por ejemplo, un dispositivo
de alimentación de alambre o un soplete de soldar 5 o cuerpo de
soplete 19 adicional, no representados, estén fijados ya al perfil
11 o que se unan con el cuerpo de soplete 19, de forma que ya no sea
necesario realizar cambios o ajustes mecánicos.
El soplete de soldar 5 está formado por un
módulo de accionamiento 40, un módulo de fijación 41 y el cuerpo de
soplete 19, pudiendo conectarse otros módulos adicionales como, por
ejemplo, un módulo externo de alimentación de alambre. Para poder
realizar un recambio del cuerpo de soplete 19, el cuerpo de soplete
19 está unido, a través de un dispositivo de unión 42,
especialmente a través de una unión atornillada o de enchufe, con
el módulo de fijación 41 del soplete de soldar 5. Los distintos
módulos, especialmente el módulo de accionamiento 40 y el módulo de
fijación 41, van fijados al perfil 11, mientras que el cuerpo de
soplete 19 está fijado al módulo de fijación 41 del soplete de
soldar. De esta forma, al sustituir el cuerpo de soplete 19 se
pueden mantener las posiciones de los módulos fijados al perfil 11,
de modo que no cambien los ajustes respecto al láser 5,
especialmente respecto al rayo láser. De esta forma, se consigue que
los demás cuerpos de soplete 19 puedan configurarse
correspondientemente en cuanto a su longitud, de forma que en
cualquier momento pueda realizarse un proceso de soldadura óptimo.
Los distintos cuerpos de soplete 19 se fabrican, preferentemente,
siempre con exactamente la misma longitud de soplete y se realizan
como componente de precisión. Sin embargo, los cuerpos de soplete
19 pueden presentar diferentes formas, como se puede ver, por
ejemplo, en la figura 9. En esta forma de realización, el cuerpo de
soplete 19 está concebido para un proceso de soldadura blanda o
dura, realizándose la alimentación del material de soldadura,
especialmente del alambre para soldar 21, en un ángulo diferente al
de un procedimiento de soldadura autógena.
Asimismo, es posible fijar los módulos también
al perfil 11. Para ello, es posible premontar en el perfil sistemas
de fijación correspondientes, para permitir a su vez un montaje y
desmontaje automáticos. Por la configuración combinada del soplete
de soldar 5 para la soldadura blanda o dura y la soldadura autógena,
ahora es posible establecer una atmósfera de gas protector para un
procedimiento de soldadura blanda o dura, porque existen todos los
conductos de suministro para ello.
Para mayor claridad, finalmente, cabe señalar
que para una mejor comprensión del cabezal de soldadura láser
híbrida 1, éste, es decir, sus componentes en parte no están
representados en la escala exacta, sino a escala aumentada y/o
reducida.
\global\parskip0.500000\baselineskip
1
\tabulCabezal de soldadura láser híbrida
2
\tabulElemento de montaje
3
\tabulBrazo de robot
4
\tabulLáser
5
\tabulSoplete de soldar
6
\tabulProceso de soldadura por arco voltaico
7
\tabulDispositivo conductor de chorro cruzado
8
\tabulChorro cruzado
9
\tabulConducto de suministro
10
\tabulConducto de evacuación
11
\tabulPerfil
12
\tabulRanura de fijación
13
\tabulCanal
14
\tabulCanal
15
\tabulCanal
16
\tabulManipulador
17
\tabulDispositivo de fijación
18
\tabulDispositivo de desconexión
19
\tabulCuerpo de soplete
20
\tabulCuerpo de fijación
21
\tabulAlambre para soldar
22
\tabulDispositivo de desconexión
23
\tabulSuperficie frontal
24
\tabulCanal
25
\tabulCanal
26
\tabulCanal
27
\tabulCarcasa
28
\tabulDistancia
29
\tabulVidrio de protección
30
\tabulOrificio
31
\tabulRayo láser
32
\tabulRadiación de chorro cruzado
33
\tabulCanal de salida
34
\tabulCanal de entrada
35
\tabulUnidad de visualización
36
\tabulConducto de alimentación
37
\tabulPaquete de tubos flexibles
38
39
40
\tabulMódulo de accionamiento
41
\tabulMódulo de fijación
42
\tabulMódulo de unión.
Claims (7)
1. Cabezal modular de soldadura láser híbrida
(1), en el que en al menos un elemento de montaje (2) están
dispuestos componentes como un láser (4) o una óptica láser o una
unidad óptica de enfoque y elementos de un soplete o de un soplete
de soldar (5) para un proceso de soldadura, y éste presenta un
dispositivo para generar un chorro cruzado (8), que está unido, a
través de al menos un conducto de suministro (9) y un conducto de
evacuación (10), con una instalación de alimentación de aire
comprimido, caracterizado porque el soplete o el soplete de
soldar (5) se compone de varios módulos individuales, pudiendo
reequiparse al menos un módulo, especialmente el cuerpo del soplete
(19), para los procesos de ensamblaje más diversos, especialmente
para un proceso de soldadura autógena o un proceso de soldadura
blanda o dura, y estando integrado el conducto de suministro (9) y
el conducto de evacuación (10) en el elemento de montaje (2).
2. Cabezal modular de soldadura láser híbrida
según la reivindicación 1, caracterizado porque el soplete o
el soplete de soldar (5), especialmente el cuerpo de soplete (19),
esta configurado para realizar un procedimiento de soldadura
MIG/MAG, un procedimiento de soldadura TIG/WIG, un procedimiento de
soldadura con doble alambre, un procedimiento de soldadura con
chorro de plasma y arco transferido o para una soldadura blanda o
dura con alambre frío por láser, una soldadura blanda o dura con
alambre caliente por láser o una soldadura láser sin arco
voltaico.
3. Cabezal modular de soldadura láser híbrida
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque en la
configuración del soplete para soldar (5), especialmente el cuerpo
de soplete (19), se establece una atmósfera de gas protector.
4. Soplete modular láser híbrido según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
cuerpo de soplete (19) está unido a través de un dispositivo de
unión (42), especialmente a través de una unión atornillada o de
enchufe, con un módulo de fijación (41) del soplete de soldar
(5).
5. Soplete modular láser híbrido según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
soplete de soldar está formado por un módulo de accionamiento (40),
un módulo de fijación (41) y el cuerpo de soplete (19), pudiendo
conectarse otros módulos adicionales como, por ejemplo, un módulo
externo de alimentación de alambre.
6. Soplete modular láser híbrido según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
distintos módulos, especialmente el módulo de accionamiento (40) y
el módulo de fijación (41), están fijados a un perfil (11),
mientras que el cuerpo de soplete (19) está fijado al módulo de
fijación (41) del soplete de soldar (5).
7. Soplete modular láser híbrido según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
módulos están fijados asimismo al perfil
(11).
(11).
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