CABEZA DE SOLDADURA CON LÁSER, USO DE ESTA CABEZA DE SOLDADURA CON LÁSER Y PROCEDIMIENTO PARA SOLDADURA POR RADIACIÓN.

Cabeza de soldadura con láser, uso de esta cabeza de soldadura con láser y procedimiento para soldadura por radiación La invención se refiere a una cabeza de soldadura con láser según el preámbulo de la reivindicación 1. Además, la presente invención se refiere a un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 10. La publicación para información de solicitud de patente alemana DE 103 35 501 A1 da a conocer una cabeza de soldadura con láser de este tipo y un procedimiento de este tipo. En caso de soldadura* de piezas metálicas usando un haz de soldadura se usan con frecuencia máquinas automáticas de movimiento que garantizan el correspondiente movimiento relativo entre las piezas que van a soldarse y el haz de soldadura para generar el cordón de soldadura deseado. Para generar la densidad de energía necesaria para la generación de un ojo de cerradura en caso de soldadura en el modo de soldadura profunda, se enfoca el haz de soldadura por regla general de manera muy intensa de modo que con respecto a las máquinas automáticas de movimiento debe requerirse una precisión de posicionamiento extremadamente alta para garantizar una calidad del cordón de soldadura constante. Por regla general se requieren precisiones de posicionamiento para el haz de soldadura inferiores a +/- 0,15 mm de manera perpendicular al recorrido del cordón de soldadura, realizándose el cordón de soldadura como cordón de garganta o de unión a tope. Los sistemas de pórtico cartesianos controlados por CNC cumplen los requisitos de la precisión de posicionamiento, sin embargo necesitan altos costes de inversión. Los robots de múltiples ejes, que en principio son más económicos que los sistemas de pórtico cartesianos, presentan una precisión de repetición de posicionamiento mínima de +/- 0,15 mm debido a vibraciones propias, producidas por la reorientación de sus accionamientos y la blandura de los accionamientos, en determinadas posiciones del eje. Por tanto, la precisión requerida en caso de posicionamiento dinámico del haz de soldadura no puede conseguirse con robots de múltiples ejes. Por el estado de la técnica se conocen cabezas de soldadura con láser que presentan medios adicionales para detectar la posición del cordón de soldadura y para corregir la cabeza de soldadura con láser. De ese modo se conoce por la solicitud de patente alemana DE 103 35 501 A1, determinar en una ventana de avance, que precede a la posición del haz de soldadura, la trayectoria real de la cabeza de soldadura con láser, comparar con los datos teóricos almacenados anteriormente y realizar el avance considerando una correspondiente corrección de la posición del haz de soldadura. Es problemático en esta cabeza de soldadura con láser que debido al cálculo de avance complejo las altas velocidades de soldadura conducen a desviaciones de la trayectoria. La solicitud de patente internacional WO 2005/095043 A1 da a conocer una cabeza de soldadura con láser con medios para detectar la posición teórica de la posición del cordón de soldadura, que determinan a través de un procedimiento de triangulación el perfil de la posición teórica del cordón de soldadura próxima a la actual posición de soldadura (ojo de cerradura) y colocan continuamente la cabeza de soldadura con láser con respecto a la posición establecida de la posición teórica del cordón de soldadura. Debido a que se considera el avance entre la posición de soldadura y la posición de medición para detectar la posición de la posición teórica del cordón de soldadura, el esfuerzo para calcular la señal de corrección para la cabeza soldadura con láser es también en caso de esta cabeza de soldadura con láser relativamente grande, de modo que sólo se consiguen velocidades de soldadura insuficientes con precisión adecuada, especialmente en caso del mecanizado de radios en trayectorias. Partiendo de esto, la presente invención se basa en el objetivo de poner a disposición una cabeza de soldadura con láser genérica así como un procedimiento para soldar con radiación piezas metálicas con el que pueda realizarse una precisión de posicionamiento dinámica muy alta y simultáneamente velocidades de soldadura altas. Además se propondrá un uso ventajoso de la cabeza de soldadura con láser. El objetivo deducido anteriormente se soluciona mediante un dispositivo con las características de la reivindicación 1, su uso así como mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 10. Según una primera enseñanza de la presente invención, la cabeza de soldadura con láser genérica está configurada de modo que la distancia de la primera posición de medición que precede a la posición de soldadura del haz de soldadura está seleccionada de modo que la señal de corrección generada sin cálculo de avance y sin considerar el avance de la posición de medición a la posición de soldadura se usa directamente para activar medios para corregir la posición de soldadura del haz de soldadura. Se ha mostrado sorprendentemente que en caso de distancia suficientemente reducida entre la disposición de la primera posición de medición y la posición de soldadura del haz de soldadura o la posición del ojo de cerradura del haz de soldadura puede prescindirse de la consideración del avance entre la posición de medición y la posición del haz de soldadura. Mediante esto resulta una velocidad especialmente alta en cuanto a la corrección de la posición del haz de soldadura con respecto a las desviaciones de la posición del haz de soldadura, por ejemplo debido a imprecisiones de posicionamiento o vibraciones propias de un sistema de manipulación o de un robot de múltiples ejes. A pesar del pequeño fallo de desviación residual sistemático, condicionado por el pequeño avance, éste no repercute de manera sorprendente en la posición del cordón mediante el rebasamiento de la tolerancia de posición. Dado que se realiza la transmisión de la señal de corrección inmediatamente tras la determinación de la desviación 2   de la posición teórica mediante los medios para detectar ópticamente la posición del cordón de soldadura, pueden conseguirse velocidades de soldadura especialmente altas en el intervalo de 10 m/min. incluso en caso de radios de soldadura pequeños, por ejemplo inferiores a 60 mm. No obstante podría mantenerse la precisión necesaria del posicionamiento del haz de soldadura de +/-0,15 mm también en caso de altas velocidades de soldadura. Preferentemente, la distancia de la primera posición de medición a la posición de soldadura del haz de soldadura asciende como máximo a 3 mm, preferentemente como máximo a 2 mm. Según el estado de la técnica se realiza la detección óptica de la posición del cordón de soldadura en distancias superiores a la posición de soldadura del haz de soldadura, de modo que debe considerarse siempre el avance. Mediante la distancia según la invención de la primera posición de medición a la posición de soldadura del haz de soldadura puede reducirse según la invención el fallo sistemático en cuanto a que éste ya no repercute en el resultado con respecto al rebasamiento de la tolerancia de posición. La dinámica para modificar la posición de soldadura puede mejorarse según una siguiente forma de realización configurada de la cabeza de soldadura con láser según la invención debido a que está previsto al menos un elemento de regulación en la trayectoria del haz del haz de soldadura para modificar la posición del haz de soldadura, que puede activarse mediante la señal de corrección. A diferencia del procedimiento conocido por el estado de la técnica, para activar o mover la cabeza de soldadura con láser continuamente dependiendo de la señal de corrección, un elemento de regulación en la trayectoria del haz del haz de soldadura evita la corrección de la posición del haz de soldadura mediante el movimiento de grandes masas, dado que únicamente debe modificarse el elemento de regulación en su posición. Mediante esto puede aumentarse otra vez esencialmente la velocidad de la corrección y pueden corregirse las vibraciones propias de la manipulación. Puede ponerse a disposición un elemento de regulación esencialmente sencillo debido a que como elemento de regulación está previsto al menos un espejo basculante, preferentemente un espejo dicroico. Los espejos basculantes pueden moverse o bascularse de manera casi libre de inercia como elemento de regulación en comparación con toda la cabeza de soldadura con láser, para corregir la posición del haz de soldadura de manera correspondiente a la señal de corrección calculada sin avance. Los espejos dicroicos tienen la ventaja de que reflejan muy bien longitudes de onda por debajo o por encima de un determinado valor y son casi transparentes en respectivamente otra zona de longitudes de onda. La trayectoria... [Seguir leyendo]

1. Cabeza de soldadura con láser (1) para soldar piezas metálicas con al menos una trayectoria del haz para un haz de soldadura (2) y medios para detectar ópticamente la posición del cordón de soldadura en una primera posición de medición (9), en la que los medios para detectar ópticamente la posición del cordón de soldadura permiten una disposición de la primera posición de medición (9) al menos en la dirección de soldadura (6) que precede a la posición de soldadura (8) del haz de soldadura (2) y al menos en función de una desviación lateral del cordón de soldadura con respecto a una posición teórica generan una señal de corrección para corregir la posición de soldadura (8) del haz de soldadura (2), en la que está previsto al menos un elemento de regulación (7) en la trayectoria del haz del haz de soldadura (2) para modificar la posición del haz de soldadura, que puede activarse mediante la señal de corrección y en la que como elemento de regulación está previsto al menos un espejo basculante (7), preferentemente un espejo dicroico, caracterizada porque la distancia de la primera posición de medición (9) que precede a la posición de soldadura (9) del haz de soldadura (2) está seleccionada de modo que la señal de corrección generada sin cálculo de avance y sin considerar el avance de la posición de medición respecto a la posición de soldadura se usa directamente para activar medios (7) para corregir la posición de soldadura (8) del haz de soldadura (2) y como medios para detectar ópticamente la posición están previstos primeros medios de procesamiento de imagen (12) y un primer proyector de líneas (10) para proyectar una línea de láser (11), que discurre en dirección lateral al cordón de soldadura, en la primera posición de medición (9), estando previsto en la trayectoria del haz (13) de los primeros medios de procesamiento de imagen un elemento de filtro (14) adaptado a la longitud de onda de la línea de láser y emitiendo el proyector de líneas una línea de láser con una longitud de onda en la zona de infrarrojo cercano. 2. Cabeza de soldadura con láser según la reivindicación 1, caracterizada porque la distancia de la primera posición de medición (9) a la posición de soldadura (8) del haz de soldadura (2) asciende como máximo a 3 mm, preferentemente como máximo a 2 mm. 3. Cabeza de soldadura con láser según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque como primer medio de procesamiento de imagen (12) está prevista una cámara CMOS. 4. Cabeza de soldadura con láser según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque como fuente de luz para el primer proyector de líneas (10) está prevista una fuente láser con una longitud de onda de 805 nm y el elemento de filtro (14) óptico en la trayectoria del haz (13) de los primeros medios de procesamiento de imagen (12) presenta una transmisión máxima a una longitud de onda de 805 nm. 5. Cabeza de soldadura con láser según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la línea de láser (11) puede proyectarse con respecto al eje de observación (19) de los primeros medios de procesamiento de imagen (12) en un ángulo predeterminado en la primera posición de medición (9). 6. Cabeza de soldadura con láser según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque están previstos medios adicionales para detectar ópticamente una segunda posición de medición (18) en la dirección de soldadura que está detrás de la posición de soldadura del haz de soldadura (2). 7. Cabeza de soldadura con láser según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque para detectar ópticamente la segunda posición de medición (18) está previsto un segundo proyector de líneas (16) para proyectar una segunda línea de láser (17) en la segunda posición de medición y segundos medios de procesamiento de imagen, especialmente una segunda cámara CMOS, para observar la segunda posición de medición (18), se proyecta la línea de láser (17) del segundo proyector de líneas (16) con respecto al eje de observación de los segundos medios de procesamiento de imagen en un ángulo predeterminado en la posición de medición y opcionalmente está previsto un elemento de filtro adaptado a la segunda línea de láser en la trayectoria del haz (12) de los segundos medios de procesamiento de imagen. 8. Cabeza de soldadura con láser según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque están previstos un primer y un segundo proyector de líneas (10, 15) que emiten una línea de láser con la misma longitud de onda, preferentemente con una longitud de onda de 805 nm. 9. Uso de una cabeza de soldadura con láser según una de las reivindicaciones 1 a 8 con un sistema de manipulación, especialmente un robot de múltiples ejes con brazo articulado, para soldar piezas metálicas, especialmente para soldar engineered-blanks. 10. Procedimiento para soldar con radiación piezas metálicas, especialmente usando una cabeza de soldadura con láser según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que se determina la posición del cordón de soldadura usando medios de detección ópticos en una primera posición de medición que precede a la posición de soldadura del haz de soldadura y en función de la desviación de la posición del cordón de soldadura con respecto a una posición teórica se genera una señal de corrección, activándose al menos un elemento de regulación en la trayectoria del haz del haz de soldadura de la cabeza de soldadura con láser al menos usando la señal de corrección y activándose como elemento de regulación un espejo basculante, especialmente un espejo dicroico, caracterizado porque la distancia de la primera posición de medición de la posición del haz de soldadura se selecciona de modo que la señal de corrección sin cálculo de avance y sin considerar el avance de la posición de medición respecto a la posición de 8   soldadura se usa directamente para activar medios para corregir la posición de soldadura del haz de soldadura, un primer proyector de líneas proyecta una línea de láser en dirección lateral al cordón de soldadura en la primera posición de medición y primeros medios de procesamiento de imagen evalúan ópticamente la primera posición de medición, filtrando un elemento de filtro, dispuesto en la trayectoria del haz de los medios de procesamiento de imagen y adaptado a la longitud de onda de la línea de láser, la señal de medición óptica de la primera posición de medición y emitiendo el proyector de líneas una línea de láser con una longitud de onda en la zona de infrarrojo cercano. 11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque la distancia de la primera posición de medición de la posición del haz de soldadura asciende como máximo a 3 mm, preferentemente como máximo a 2 mm. 12. Procedimiento según la reivindicación 10 ó 11, caracterizado porque como primeros medios de procesamiento de imagen una primera cámara CMOS evalúa ópticamente la primera posición de medición. 13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque la primera línea de láser se proyecta en un ángulo con respecto al eje de observación de los primeros medios de procesamiento de imagen en la primera posición de medición y la evaluación de la primera posición de medición se realiza mediante los medios de procesamiento de imagen según el principio de sección luminosa. 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque en una segunda posición de medición en la dirección de soldadura que sigue detrás con respecto a la posición de soldadura del haz de soldadura se realiza una detección óptica del cordón de soldadura generado. 15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque para detectar ópticamente el cordón de soldadura generado, un segundo proyector de líneas proyecta una línea de láser en la segunda posición de medición, proyectándose la línea de láser en un ángulo con respecto al eje de observación de segundos medios de procesamiento de imagen, especialmente una segunda cámara CMOS, en la segunda posición de medición y usándose el principio de sección luminosa para evaluar la medición en la segunda posición de medición. 9     11