ITTO20010102A1 - Sistema e metodo di saldatura laser remota. - Google Patents

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale ai sistemi di saldatura laser remota, con particolare riferimento alla saldatura di scocche per autoveicoli e relativi componenti.

Sistemi di saldatura laser remota attualmente noti comprendono un generatore di fascio laser ed un gruppo ottico costituito da un banco ottico includente mezzi di orientamento a specchio e mezzi di focalizzazione rispettivamente per dirigere e focalizzare il fascio laser all'interno di un tronco di piramide.

In siffatti sistemi di saldatura remota noti per orientare con il fascio laser entro il tronco di piramide sono generalmente previste due soluzioni: in un primo caso i suddetti mezzi di orientamento includono due specchi oscillanti intorno ad assi perpendicolari fra loro (ad esempio giacenti ciascuno sulla superficie del rispettivo specchio), mentre in un secondo caso tali mezzi di orientamento includono un solo specchio oscillante lungo due assi perpendicolari fra loro (e ad esempio giacenti entrambi sulla superficie dello specchio stesso). Le oscillazioni degli specchi sono generalmente comandate con sistemi galvanometrici.

Con queste soluzioni note l'orientamento spaziale del tronco di piramide, allo scopo di consentire la focalizzazione del fascio e quindi la saldatura in ambito tridimensionale (ovvero anche su superfici situate su piani non solo orizzontali ma anche giacenti su piani verticali o inclinati) comporta serie difficoltà tecniche, in quanto per ottenere tale effetto occorre necessariamente spostare angolarmente l'intero banco ottico o il particolare da saldare, oppure utilizzare più banchi ottici. Ciò comporta, oltre a complessità costruttive e difficoltà di realizzazione, la ridondanza di almeno un movimento, giacché lo spostamento angolare del o dei banchi ottici oppure del particolare da saldare avviene nello stesso piano di una delle due oscillazioni sopra descritte dei mezzi di orientamento a specchio dei sistemi noti.

Lo scopo della presente invenzione è quello di ovviare al suddetto inconveniente, e di realizzare un sistema di saldatura laser remota del tipo sopra definito che consenta di realizzare saldature in ambito tridimensionale senza la necessità di predisporre un ulteriore asse aggiuntivo di movimentazione del gruppo ottico costituito da un banco ottico, e ciò nondimeno con la massima precisione e affidabilità operativa.

Secondo l'invenzione questo scopo viene raggiunto essenzialmente grazie ad un sistema di saldatura laser remota così come definito nella rivendicazione 1.

Secondo una forma preferita di attuazione dell'invenzione i mezzi di orientamento includono uno specchio stazionario per deviare il fascio laser da una direzione verticale ad una direzione orizzontale, ed uno specchio mobile oscillante intorno ad un primo asse orizzontale disposto nel piano di detto specchio mobile ortogonalmente a detta direzione orizzontale del fascio laser nonché girevole intorno ad un secondo asse orizzontale coincidente con detta direzione orizzontale del fascio laser, e mezzi attuatori ad alta dinamica per

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comandare gli spostamenti angolari di detto specchio mobile rispettivamente intorno a detto primo e a detto secondo asse.

In pratica nel sistema di saldatura laser remota secondo l'invenzione la rotazione dello specchio mobile intorno al secondo asse orizzontale coincidente con l'asse del fascio laser incidente genera il settore spaziale, convenientemente costituito da un settore di corona sferica anziché dal tradizionale tronco di piramide, contemporaneamente orientandolo a piacere in un piano verticale. Con ciò si ottiene una notevole semplificazione in relazione all'orientamento spaziale del settore spaziale, grazie al fatto che si evita la necessità di predisporre un ulteriore asse controllato di spostamento dell'intero gruppo ottico o del particolare da saldare.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione i suddetti mezzi di focalizzazione includono una lente focalizzatrice spostabile verticalmente a monte di detto specchio stazionario.

Questa soluzione consente vantaggiosamente di evitare variazioni dello spot laser focalizzato sulla zona da saldare, assicurando al tempo stesso una notevole rapidità di focalizzazione.

II sistema di saldatura laser remota secondo l'invenzione è particolarmente idoneo per 1'applicazione a robot cartesiani per la saldatura di scocche di autoveicoli. In siffatte applicazioni il robot, ad esempio del tipo a portale, si comporta come posizionatore della testa ottica, mentre il pezzo in lavorazione rimane fisso, e inseguendo con continuità il punto focalizzato durante le fasi di saldatura, rende il processo più veloce dato che i riposizionamenti della testa ottica avvengono contemporaneamente alle fasi di saldatura. Grazie alla possibilità di dirigere il fascio laser focalizzato all'interno del settore spaziale orientabile in ambito tridimensionale, il sistema di saldatura laser remota secondo l'invenzione è in grado di operare saldature complesse anche lungo superfici verticali o comunque su superfici orientate spazialmente.

L'invenzione verrà ora descritta dettagliatamente con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, nei quali:

- la Figura 1 è una vista schematica in sezione verticale di una testa ottica che costituisce parte di un sistema di saldatura laser remota secondo l'invenzione, e

- la Figura 2 è una rappresentazione prospettica schematica di uno dei componenti della testa ottica della figura 1 che ne esemplifica il funzionamento.

Riferendosi inizialmente alla figura 1, con 1 è indicata nel suo insieme una testa ottica di un sistema di saldatura laser remota secondo l'invenzione. Come già detto in precedenza, la testa ottica 1 è convenientemente predisposta per l'applicazione ad un robot cartesiano per la saldatura di scocche di autoveicoli e relativi componenti .

Tale testa ottica 1 comprende una struttura cava a colonna verticale 2 spostabile verticalmente (asse Z) tramite mezzi noti al tecnico del ramo, ed all'interno della quale è inserito un gruppo di orientamento e focalizzazione di un fascio laser P prodotto, pure in modo noto, da un generatore laser non illustrato.

Il fascio laser P viene inviato all'interno della colonna 2 in direzione verticale (asse Z) ed intercetta un primo specchio di riflessione 3, normalmente stazionario, che lo devia in direzione orizzontale (asse B).

Il fascio laser P intercetta quindi un secondo specchio di riflessione o specchio mobile 4 alloggiato in una porzione orizzontale 5 del corpo 2 della testa 1, il quale è oscillante intorno ad un asse orizzontale contenuto nel proprio piano e disposto perpendicolarmente alla direzione orizzontale B del fascio laser P. Tale asse di oscillazione è indicato con S. Come è ben visibile nella figura 1, il fascio laser P così deviato dallo specchio mobile 4 in uscita dalla porzione orizzontale 5 può ruotare, ad esempio, di un angolo dell'ordine di ± 15° rispetto alla verticale.

Secondo la caratteristica fondamentale dell'invenzione, lo specchio mobile 4 è inoltre girevole (autonomamente oppure insieme con l'intera porzione orizzontale 5) intorno all'asse orizzontale B, coincidente con la direzione orizzontale del fascio laser P riflesso dallo specchio stazionario 3. Grazie a tale rotazione, la cui ampiezza teoricamente illimitata- potrà essere ad esempio dell'ordine di ± 140°, il gruppo di orientamento ottico costituito dagli specchi 3, 4 della testa ottica 1 consente di dirigere il fascio laser P entro un settore spaziale, esemplificato con T nella figura 2, orientandolo a piacere e senza limitazione in un piano verticale.

L'oscillazione dello specchio 4 intorno all'asse S e la sua rotazione intorno all'asse B sono comandate, anziché tramite un sistema galvanometrico convenzionale, mediante un sistema di motorizzazione ad alta dinamica (a titolo di semplice esempio costituito da motori elettrici diretti).

Con una siffatta realizzazione il settore spaziale T presenta una conformazione geometrica sostanzialmente a settore di corona sferica. Tale conformazione potrebbe tuttavia essere diversa, ad esempio a tronco di cono.

All'interno del settore spaziale T, il fascio laser P viene focalizzato a distanze diverse per l'effettuazione della saldatura, convenientemente tramite una lente di focalizzazione 6 ad asse verticale, situata entro la colonna 2 a monte dello specchio stazionario 3. La lente focalizzatrice 6 è spostabile lungo una direzione L parallela all'asse verticale Z.

La testa ottica 1 è inoltre a sua volta spostabile lungo l'asse verticale Z in modo tale da muovere verticalmente il vertice del settore spaziale T e consentire così di raggiungere la zona da saldare anche quando essa si trovi ad esempio all'interno di una concavità.

Riassumendo, la testa ottica 1 così descritta è quindi in pratica costituita da una colonna-testa a 4 assi (Z-L-B-S), i cui spostamenti sono comandati tramite un sistema a controllo numerico in grado di

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coordinare in modo programmabile il sistema di oscillazione e rotazione dello specchio mobile 4 ed il sistema di traslazione della lente focalizzatrice 6 con le movimentazioni del robot cartesiano sul quale la testa ottica 1 è vantaggiosamente applicata. Come già spiegato, in una tale applicazione il robot, ad esempio del tipo a portale, si comporta come posizionatore della testa ottica, mentre il pezzo in lavorazione rimane fisso, e inseguendo con continuità il punto focalizzato durante le fasi di saldatura, rende il processo più veloce dato che i riposizionamenti della testa ottica avvengono contemporaneamente alle fasi di saldatura .

A puro titolo di esempio, nel caso dell'applicazione descritta il volume di lavoro del settore spaziale T potrà presentare un lato di base compreso fra 900 e 1500 mm, ed un'altezza dell'ordine di 400 mm.

Naturalmente i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. Così, ad esempio, la testa ottica 1 a 4 assi (Z-L-B-S) potrebbe anche essere fatta ruotare intorno all'asse verticale Z,in modo tale da orientare il settore sferico T non soltanto illimitatamente nel piano verticale definito dagli assi Z e B, ma anche in un piano qualsiasi del fascio di piani aventi in comune l'asse Z stesso portando l'asse del fascio laser a raggiungere qualsiasi punto della sfera con centro coincidente con quello dello specchio 3.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di saldatura laser remota comprendente un generatore di fascio laser ed un gruppo ottico (1) includente mezzi di orientamento a specchio (3, 4) e mezzi di focalizzazione (6) del fascio laser (P) rispettivamente per dirigere e focalizzare detto fascio laser (P) all'interno di un settore spaziale (T), caratterizzato dal fatto che detto gruppo ottico (1) è costituito da una testa ottica e detti mezzi di orientamento (3, 4) sono inoltre predisposti per orientare detto settore spaziale (T) in un piano verticale.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di orientamento includono uno specchio stazionario (3) per deviare il fascio laser (P) da una direzione verticale (Z) ad una direzione orizzontale (B) ed uno specchio mobile (4) oscillante intorno ad un primo asse orizzontale (S) disposto nel piano di detto specchio mobile (4) ortogonalmente a detta direzione orizzontale (Z) del fascio laser (P) nonché girevole intorno ad un secondo asse orizzontale (B) coincidente con detta direzione orizzontale del fascio laser (P), e mezzi attuatori ad alta dinamica per comandare gli spostamenti angolari di detto specchio mobile (4) rispettivamente intorno a detto primo e a detto secondo asse (S, B).
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal_ fatto che l'angolo di oscillazione intorno a detto primo asse (S) è dell'ordine di 15°.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'angolo di rotazione intorno a detto secondo asse (B) è dell'ordine di ± 140°.
5. 5. Sistema di saldatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di focalizzazione includono una lente focalizzatrice (6) spostabile verticalmente a monte di detto specchio stazionario (3).
6. 6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto settore spaziale è un settore di corona sferica (T).
7. 7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta testa ottica (1) è traslabile lungo un asse verticale (Z).
8. 8. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta testa ottica (1) è applicata ad un robot per la saldatura di scocche e particolari di autoveicoli .
9. 9. Metodo di saldatura laser remota comprendente le fasi di generare un fascio laser (P) e di orientare e focalizzare detto fascio laser all'interno di un un settore spaziale (T) sulla zona da saldare, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre la fase di orientare detto settore spaziale (T) in un piano verticale.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto fascio laser (P) viene deviato da una direzione verticale di arrivo (Z) ad una direzione orizzontale (B) e quindi orientato intorno ad un primo asse orizzontale (S) ortogonale a detta direzione orizzontale (B) nonché intorno ad un secondo asse orizzontale (B) coincidente con detta direzione.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta direzione orizzontale (B) è spostabile verticalmente.
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 10 o 11, caratterizzato dal fatto che detta direzione orizzontale (B) è girevole intorno a detta direzione verticale (Z).
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto che detto settore spaziale è un settore di corona sferica (T).
14. 14. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazione 9 a 13, caratterizzato dal fatto che è applicato alla saldatura di scocche e particolari di autoveicoli tramite un robot cartesiano che realizza l'inseguimento continuo del punto focalizzato durante le fasi di saldatura, mentre il pezzo in lavorazione rimane fisso.
15. 15. Sistema e metodo sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.