Útil de soldadura por láser con un láser de fibra.

Útil de soldadura por láser (1) para la generación de un cordón de soldadura para la unión de piezas de trabajo(10),

cuyo rayo láser se puede mover a lo largo del cordón de soldadura mediante un accionamiento lineal (12), en elque un colimador (9) está dispuesto en el accionamiento lineal (12) el cual permite un movimiento del colimador (9) alo largo de una línea de movimiento (13) predeterminada, y en el que el accionamiento lineal (12) con el colimador(9) está dispuesto en una carcasa (18) que presenta una ranura de salida (17) para los rayos láser (11), discurriendola línea de movimiento (13) del colimador (9) en paralelo a la ranura de salida (17) y estando orientado el colimador(9) de forma que los rayos láser (11) salen de la carcasa (18) exclusivamente a través de la ranura de salida (17),caracterizado porque

- el láser es un láser de fibra que comprende una fibra (8) para la conducción de la luz, una óptica para elacoplamiento de la radiación láser de una fuente de radiación en la fibra (8) y el colimador (9) conectado con lafibra para la focalización del trazado del rayo láser (11),

- en la carcasa (18) está dispuesto un elemento de conmutación, que al descansar la ranura de salida (17)sobre una de las piezas de trabajo (10) conecta el suministro de energía del láser de fibra.

Útil de soldadura por láser con un láser de fibra La invención se refiere a un útil de soldadura por láser para la generación de un cordón de soldadura para la unión de piezas de trabajo según el preámbulo de la reivindicación 1 (véase, por ejemplo, el documento JP 58/053 384) .

En la industria del automóvil así como la industria auxiliar, al igual que antes la soldadura por resistencia en la elaboración de carrocerías se realiza predominantemente la mayoría de las veces con la ayuda de pinzas de soldadura guiadas por robots. La soldadura por resistencia es un procedimiento de soldadura para materiales eléctricamente conductores en base al calor por efecto Joule de una corriente eléctrica que fluye a través de los puntos de conexión. Mediante el calor de corriente se calientan las piezas de trabajo a conectar hasta la fusión. Por la nueva rigidización de la masa fundida se origina una unión por soldadura. Las piezas de trabajo que hay que unir entre sí se comprimen habitualmente por pinzas de soldadura durante y después del paso de corriente por lo que se favorece la formación de una unión interior.

No obstante, junto a ello la soldadura por rayo láser adquiere una importancia creciente. La soldadura por rayo láser se utiliza ante todo para soldar piezas de trabajo que se deben unir con velocidad de soldadura elevada, cordón de soldadura estrecho y delgado y con pequeño retraso térmico. La soldadura por rayo láser o también denominada soldadura por láser se realiza, como la soldadura por resistencia, en general sin suministro de un material adicional.

La radiación láser se focaliza mediante un colimador. La superficie de la pieza de trabajo del borde de tope o del tope de unión de las piezas de trabajo a soldar se sitúa en las inmediaciones del foco del colimador que se designa también como mancha focal en la soldadura por rayo láser. La mancha focal posee un diámetro típico de 0, 5 a 1, 0 mm, por lo que se originan concentraciones de energía muy elevadas. Debido a la absorción de la potencia del láser, en la superficie de la pieza de trabajo se produce un aumento extremadamente rápido de la temperatura por encima de la temperatura de fusión del metal, de modo que se forma una masa fundida. No obstante, frente a las ventajas de la soldadura láser se oponen unos elevados costes de adquisición, un mal rendimiento, así como elevado gasto en los dispositivos de seguridad. Se añade que los aparatos de soldadura por láser sólido o gaseoso utilizados actualmente en la industria presentan grandes dimensiones y no son apropiados para el uso en la industria del automóvil. Un ejemplo para el sistema de soldadura por láser, cuyos rayos láser se pueden mover mediante un accionamiento lineal a lo largo del cordón de soldadura, se conoce por ejemplo del documento JP 2004-243393.

El documento JP 58/053384 da a conocer un útil de soldadura por láser con una palanca dispuesta de forma pivotante en un brazo horizontal. En la punta del brazo horizontal se sitúa un componente refrigerado por agua que se puede apoyar en el lado inferior de dos placas a soldar. Frente al componente se sitúa un componente dispuesto en la punta de la palanca que se puede apoyar en el lado superior de dos placas a soldar. Mediante un cilindro de avance se pueden mover uno contra otro el brazo y la palanca, de forma que las placas a soldar se aprietan entre los componentes. Tras el apriete de las placas a soldar, en un dispositivo láser dispuesto fuera en la palanca se genera una radiación láser que incide a través de la palanca acanalada sobre un reflector que desvía la radiación en la dirección de las placas a soldar.

El reflector está dispuesto de forma desplazable en el componente superior en la punta de la palanca y de forma desplazable de un lado a otro mediante un cilindro dispuesto fuera de la palanca a fin de generar el cordón de soldadura sobre el componente.

El documento US 2007/119829 A1 da a conocer un dispositivo de soldadura por láser para el uso móvil en la producción de cordones de soldadura anulares en los puntos de conexión de tubos de un oleoducto. La radiación láser llega de una fuente de radiación láser dispuesta en un vehículo de transporte separado a través de una fibra óptica a un cabezal de soldadura por láser que se puede mover de forma anular alrededor del cordón anular del tubo. El cabezal de soldadura se sitúa a distancia de la zona de soldadura.

El documento US 2003/213786 A1 se refiere a un aparato de soldadura por láser portátil en el que la radiación láser se suministra por una fuente de radiación láser alejada a una boquilla del aparato manual, la cual está rodeada por aberturas para polvos de soldadura. Un interruptor de proximidad puede hacer depender la operación de soldadura de la presencia de una pieza de trabajo.

El documento JP 06 015471 A da a conocer un útil de soldadura por láser en forma de pinza con una pieza de apriete inferior y una superior entre las que se pueden comprimir las piezas de trabajo a soldar. En la pieza de apriete cilíndrica superior en forma cónica en la dirección de una abertura de salida se sitúa un láser de forma que no puede salir una luz láser de la pieza de apriete superior.

Partiendo de este estado de la técnica, la invención tiene el objetivo de crear un útil de soldadura por láser para procesos de soldadura en la industria del automóvil, que se pueda integrar en la infraestructura existente para la soldadura por resistencia, que permita en particular una reutilización de útiles de componentes y dispositivos de manipulación presentes para los útiles de soldadura, que garantice la seguridad necesaria para las personas con una potencia de soldadura por láser habitual en la fabricación de automóviles (hasta 2 KW) y reduzca las desventajas conceptuales de los útiles de soldadura por láser industriales, en particular los elevados costes de

adquisición, el mal rendimiento así como el elevado gasto de seguridad.

En la reivindicación 1 se define un útil de soldadura por láser según la invención.

El uso de láseres de fibra con dimensiones compactas y fuentes de luz configuradas de forma flexible permite la integración del útil de soldadura por láser en la infraestructura de dispositivos convencionales de soldadura por resistencia para la industria del automóvil.

La radiación láser se puede guiar con la ayuda de la fibra para la conducción de la luz cerca del cordón de soldadura a elaborar en la forma de un cable, de forma que la soldadura por láser se puede utilizar también con relaciones restringidas, tal y como se pueden encontrar con frecuencia en la unión de piezas de trabajo en la industria del automóvil. Al mismo tiempo los láseres de fibra se destacan por una calidad de rayo más elevada respecto a láseres sólidos o gaseosos, un rendimiento más elevado de actualmente sobre el 30 %, menores costes de mantenimiento y al mismo tiempo costes de adquisición más bajos.

El núcleo dopado de la fibra, en particular fibra de vidrio, conforma el medio activo en un láser de fibra. La radiación láser acoplada en la fibra y conducida a través de ésta experimenta un elevado refuerzo debido a la gran longitud de la fibra. Los láseres de fibra se bombean ópticamente acoplándose la radiación láser de los diodos láser en paralelo al núcleo de fibra o en la fibra.

A fin de garantizar la seguridad requerida para las personas en la elaboración de los cordones de soldadura, sean ahora cordones continuos o cordones por puntos, el colimador está dispuesto y orientado de forma móvil en la carcasa de tal manera que los rayos láser pueden salir exclusivamente a través de la ranura de salida de la carcasa. Además, la potencia láser del láser de fibra sólo se activa si la ranura de salida descansa sobre la pieza de trabajo. La activación del láser de fibra cuando la ranura de salida descansa sobre una de las piezas de trabajo se provoca, de acuerdo con la invención, por un elemento de conmutación dispuesto en la carcasa, que conmuta el suministro de energía del láser de fibra al descansar la ranura de salida. El elemento de conmutación puede ser un contacto adyacente directamente a la ranura de salida, un elemento sensor o un pulsador. Alternativamente una parte de carcasa móvil que rodea la ranura de salida puede actuar al mismo tiempo como elemento de conmutación.

Por la combinación de estas medidas se puede generar el cordón de soldadura a lo largo de la línea de movimiento predeterminada, sin que se origine algún tipo de peligro para las personas situadas en el entorno de trabajo del robot debido al útil de soldadura por láser, incluso cuando está fijado en un brazo de robot.

Se evita ampliamente... [Seguir leyendo]

1. Útil de soldadura por láser (1) para la generación de un cordón de soldadura para la unión de piezas de trabajo (10) , cuyo rayo láser se puede mover a lo largo del cordón de soldadura mediante un accionamiento lineal (12) , en el que un colimador (9) está dispuesto en el accionamiento lineal (12) el cual permite un movimiento del colimador (9) a lo largo de una línea de movimiento (13) predeterminada, y en el que el accionamiento lineal (12) con el colimador

(9) está dispuesto en una carcasa (18) que presenta una ranura de salida (17) para los rayos láser (11) , discurriendo la línea de movimiento (13) del colimador (9) en paralelo a la ranura de salida (17) y estando orientado el colimador

(9) de forma que los rayos láser (11) salen de la carcasa (18) exclusivamente a través de la ranura de salida (17) ,

caracterizado porque

- el láser es un láser de fibra que comprende una fibra (8) para la conducción de la luz, una óptica para el acoplamiento de la radiación láser de una fuente de radiación en la fibra (8) y el colimador (9) conectado con la fibra para la focalización del trazado del rayo láser (11) ,

- en la carcasa (18) está dispuesto un elemento de conmutación, que al descansar la ranura de salida (17) sobre una de las piezas de trabajo (10) conecta el suministro de energía del láser de fibra.

2. Útil de soldadura por láser de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la carcasa (18) se estrecha en forma de embudo en la dirección de la ranura de salida (17) .

3. Útil de soldadura por láser de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el útil de soldadura por láser está configurado como pinza de soldadura (1) con un bastidor de pinza (2) , un útil inferior (3) dispuesto en el bastidor de pinza (2) y una unidad de desplazamiento (6) que mueve la carcasa (18) respecto al bastidor de pinza (2) , encontrándose una pieza de presión (5) en el extremo libre del útil inferior (3) y pudiéndose mover la pieza de presión (5) y la abertura de salida (17) alineada con ésta una hacia otra y alejarse una de otra mediante la unidad de desplazamiento (6) .

4. Útil de soldadura por láser de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la pieza de presión (5) se corresponde con la forma de la ranura de salida (17) .

5. Útil de soldadura por láser de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, caracterizado porque la unidad de desplazamiento (6) presenta un accionamiento de ajuste (23) sujeto en el bastidor de pinza (2) , un alojamiento de carcasa (24) así como una guía lineal (25) para el alojamiento de carcasa (24) .

6. Útil de soldadura por láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el accionamiento lineal (12) para el colimador (9) presenta un carro lineal (14) de un eje que está unido a un accionamiento de ajuste (16) .

7. Útil de soldadura por láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el bastidor de pinza (2) está dispuesto en un módulo de compensación (33) que permite ligeros movimientos de compensación del bastidor de pinza (2) respecto a un brazo de robot (34) para el movimiento del útil de soldadura por láser.

8. Útil de soldadura por láser de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el módulo de compensación

(33) presenta un bastidor base de compensación (36) para la fijación en el brazo de robot (34) , una guía lineal (37) para el bastidor de pinza (2) , con dirección de movimiento correspondiente a la guía lineal (25) para el alojamiento de carcasa (24) , está dispuesta en el bastidor base de compensación (36) , y el módulo de compensación (33) presenta un accionamiento lineal de carrera corta (39) que actúa en el bastidor de pinza (2) , en cuyo flujo de fuerza que actúa de forma rectilínea está conectada una unidad de presión por resorte (41) .