CN103111767A - 一种激光-电弧复合焊接的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光-电弧复合焊接的控制方法，按以下步骤完成：1）对激光焊接头和焊缝跟踪器进行标定，并确定TCP点；2）校正焊枪位置；3）确定焊接路径，然后通过工控机对焊接工艺参数进行设置；4）便对焊缝进行实际焊接，在焊接过程中，通过提取电流、电压信号对光丝间距D_LA进行实时调节。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：大大简化焊接过程，快速的实现激光-电弧复合焊接各个工艺参数的数字化设置，对激光-电弧复合焊接过程更加精确的控制，提高复合焊接的自动化水平，提高焊接效率与适应性，光丝间距D_LA闭环控制系统保证了焊接过程的稳定性，焊缝跟踪器保证了焊接路径的准确性，实现了曲线焊缝的完美焊接。

Description

一种激光-电弧复合焊接的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及激光-电弧复合焊接领域，特别涉及一种激光-电弧复合焊接的控制方法及装置。

背景技术

激光-电弧复合焊接是一种新兴的特种焊接技术，相对于传统焊接方法具有巨大的优势，其特点主要包括：可以通过焊丝调整焊缝金属的成分，提高焊接接头的性能；可增大焊缝装配间隙的裕富度；有稳定焊接电弧的作用；提高电弧热的有效利用率；具有较高的焊接速度和较大的熔深；能降低焊接缺陷的形成等，激光-电弧复合焊接方法可以实现碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金、铜合金、铸铁及异种金属等的焊接，尤其在船舶制造、石油设备制造、核电设备制造等中厚板领域体现出其诸多独特的优势，然而，复合焊接的工艺参数较多，在实际生产中，工艺参数的设置准确性对焊接效果影响巨大。

在现代制造业中对自动化程度的要求越来越高，尤其是在复杂结构件的焊接中，采用六轴工业机器人搭载复合焊接头进行焊接是未来焊接技术发展的必然趋势，但旁轴激光-电弧复合焊接头具有方向性问题，在焊接复杂曲线时机器人需要变动较大的姿势，而且目前的焊缝跟踪系统只能校正机器人的位置坐标（X，Y，Z），无法校正姿态坐标（A，B，C），目前，工业六轴机器人的定位精度和大姿态小位移焊接过程中精度较低，本发明针对旁轴激光-电弧复合焊接头的方向性问题，通过焊缝跟踪器实现曲线焊缝的完美焊接。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速实现激光-电弧复合焊接各个工艺参数的数字化设置及曲线焊缝完美焊接的激光-电弧复合焊接的控制方法及装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种激光-电弧复合焊接的控制方法，按以下步骤完成：

1）首先将Z轴滑动导轨通过法兰与机器人相连接，对激光焊接头进行标定，选取一个基准平面，将激光束焦点置于基准面上，以激光束焦点为TCP点，通过机器人示教器对TCP点进行标定，标定完成后再对焊缝跟踪器进行标定，通过移动焊缝跟踪X轴滑动块对焊缝跟踪器位置进行校正，即确定TCP点与焊缝跟踪器的相对位置；

2）校正焊枪位置，将焊枪、激光焊接头和焊缝跟踪器置于统一平面内，如果焊丝在X轴方向发生偏移，通过移动焊枪X轴滑动块进行校正，并确定干伸长度的基准值；

3）标定与校正过程完成后，即可对所需焊缝进行简单示教，确定焊接路径，然后通过工控机对焊接工艺参数进行设置，激光-电弧复合焊接工艺参数主要包括：电压、电流、干伸长度、激光功率、离焦量、光丝间距D_LA和焊接速度，由于激光焊接头Z轴的轴向运动和焊枪Y轴的轴向运动分别采用伺服电机Ⅰ和伺服电机Ⅱ控制，故以上工艺参数均集成到工控机当中，并可根据焊接需要随时更改；

4）标定工作与工艺参数设置工作结束后，便对焊缝进行实际焊接，在焊接过程中，通过提取电流、电压信号对光丝间距D_LA进行实时调节，大大的保证了焊接过程的稳定性，焊缝跟踪器保证焊接路径的准确性，实现曲线焊缝的完美焊接。

一种激光-电弧复合焊接的控制方法所使用的装置，包括激光焊接头、摄像机模块、焊缝跟踪器和焊枪，所述的激光焊接头一侧与焊枪相连接，激光焊接头一侧与摄像机模块和焊缝跟踪器相连接。

所述的激光焊接头通过Z轴滑动导轨和Z轴滑动块与机器人相连接，激光焊接头通过螺纹、定位销结构与Z轴滑动块相连接，Z轴滑动导轨顶部通过轴承连接件与环形滚珠轴承相连接，并确定环形滚珠轴承与激光束同心。

所述的焊枪上部通过通过焊枪X轴滑动导轨和焊枪X轴滑动块与环形滚珠轴承相连接，焊枪X轴滑动块一侧通过焊枪Y轴滑动导轨和焊枪Y轴滑动块与焊枪下部相连接。

所述的焊缝跟踪器通过焊缝跟踪X轴滑动导轨和焊缝跟踪X轴滑动块与激光焊接头相连接。

所述的Z轴滑动导轨和Z轴滑动块为导轨丝杠结构，通过伺服电机Ⅰ驱动，伺服电机Ⅰ将信号集成到工控机中，实现激光焊接头沿Z轴向精确运动。

所述的焊枪X轴滑动导轨与焊枪X轴滑动块为燕尾槽结构，并配置丝杠节机构，实现焊枪在X轴方向手动精确调节。

所述的焊枪Y轴滑动导轨和焊枪Y轴滑动块为导轨丝杠结构，通过伺服电机Ⅱ驱动，伺服电机Ⅱ将信号集成到工控机中，实现焊枪沿Y轴精确运动，从而实现光丝间距D_LA精确控制与调节；所述的焊枪Y轴滑动块同时也是焊枪的轴向滑动导轨，焊枪轴向滑动导轨与焊枪轴向滑动块为导轨丝杠结构，焊枪轴向滑动块与焊枪夹持环相连接，通过伺服电机Ⅱ驱动，实现焊枪沿着轴向精确运动，从而实现干伸长度的精确控制与调节。

所述的焊缝跟踪X轴滑动导轨与焊缝跟踪X轴滑动块为燕尾槽结构，并配置丝杠调节机构，实现焊缝跟踪器在X轴方向手动精确调节。

所述的Z轴滑动导轨上设有伺服电机Ⅰ和伺服电机Ⅱ，伺服电机Ⅱ一端通过皮带传动机构与环形滚珠轴承相连接，实现焊枪以激光束轴线为中心旋转，从而解决了旁轴激光-电弧复合焊接在复杂曲线焊接中的方向性问题。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

一种激光-电弧复合焊接的控制方法及装置，只需进行一次TCP点标定和焊缝跟踪器位置标定，改变工艺参数不影响机器人焊接路径，大大简化焊接过程，适合焊接复杂曲线焊缝，快速的实现激光-电弧复合焊接各个工艺参数的数字化设置，对激光-电弧复合焊接过程更加精确的控制，提高复合焊接的自动化水平，提高焊接效率与适应性，光丝间距D_LA闭环控制系统保证了焊接过程的稳定性，焊缝跟踪器保证了焊接路径的准确性，实现了曲线焊缝的完美焊接。

附图说明

图1 是本发明的结构图；

图2 是本发明图1的后视图；

图3 是本发明的使用示意图；

图4 是本发明的控制流程图。

1—激光焊接头  2—摄像机模块  3—焊缝跟踪X轴滑动导轨4—焊缝跟踪X轴滑动块  5—焊缝跟踪器  6—伺服电机Ⅰ  7—轴承连接件  8—环形滚珠轴承  9—焊枪X轴滑动导轨  10—焊枪X轴滑动块  11—焊枪  12—伺服电机  13—焊枪Y轴滑动导轨  14—焊枪Y轴滑动块  15—焊枪夹持环  16—Z轴滑动导轨17—皮带传动机构  18—焊枪轴向滑动块

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

如图1和图2所示，本发明一种激光-电弧复合焊接的控制方法所使用的装置，包括激光焊接头1、摄像机模块2、焊缝跟踪器5和焊枪11，所述的激光焊接头1一侧与焊枪11相连接，激光焊接头1一侧与摄像机模块2和焊缝跟踪器5相连接；所述的激光焊接头1通过Z轴滑动导轨16和Z轴滑动块与机器人相连接，激光焊接头1通过螺纹、定位销结构与Z轴滑动块相连接，Z轴滑动导轨16顶部通过轴承连接件7与环形滚珠轴承8相连接，并确定环形滚珠轴承8与激光束同心；所述的焊枪11上部通过通过焊枪X轴滑动导轨9和焊枪X轴滑动块10与环形滚珠轴承8相连接，焊枪X轴滑动块10一侧通过焊枪Y轴滑动导轨13和焊枪Y轴滑动块14与焊枪11下部相连接；所述的焊缝跟踪器5通过焊缝跟踪X轴滑动导轨3和焊缝跟踪X轴滑动块4与激光焊接头1相连接；所述的Z轴滑动导轨16和Z轴滑动块为导轨丝杠结构，通过伺服电机Ⅰ6驱动，伺服电机Ⅰ6将信号集成到工控机中，实现激光焊接头1沿Z轴向精确运动；所述的焊枪X轴滑动导轨9与焊枪X轴滑动块10为燕尾槽结构，并配置丝杠节机构，实现焊枪11在X轴方向手动精确调节；所述的焊枪Y轴滑动导轨13和焊枪Y轴滑动块14为导轨丝杠结构，通过伺服电机Ⅱ12驱动，伺服电机Ⅱ12将信号集成到工控机中，实现焊枪11沿Y轴精确运动，从而实现光丝间距D_LA精确控制与调节；所述的焊枪Y轴滑动块14同时也是焊枪的轴向滑动导轨，焊枪Y轴滑动块14与焊枪轴向滑动块18为导轨丝杠结构，焊枪轴向滑动块18与焊枪夹持环15相连接，通过伺服电机Ⅱ12驱动，实现焊枪11沿着轴向精确运动，从而实现干伸长度的精确控制与调节；所述的焊缝跟踪X轴滑动导轨3与焊缝跟踪X轴滑动块4为燕尾槽结构，并配置丝杠调节机构，实现焊缝跟踪器5在X轴方向手动精确调节；所述的Z轴滑动导轨16上设有伺服电机Ⅰ6和伺服电机Ⅱ12，伺服电机Ⅱ12一端通过皮带传动机构17与环形滚珠轴承8相连接，实现焊枪11以激光束轴线为中心旋转，从而解决了旁轴激光-电弧复合焊接在复杂曲线焊接中的方向性问题。

如图3和图4所示，使用本发明时，按以下步骤完成：

1）首先将Z轴滑动导轨16通过法兰与机器人相连接，对激光焊接头1进行标定，选取一个基准平面，将激光束焦点置于基准面上，以激光束焦点为TCP点，通过机器人示教器对TCP点进行标定，标定完成后再对焊缝跟踪器5进行标定，通过移动焊缝跟踪X轴滑动块4对焊缝跟踪器5位置进行校正，即确定TCP点与焊缝跟踪器5的相对位置；

2）校正焊枪11位置，将焊枪11、激光焊接头1和焊缝跟踪器5置于统一平面内，如果焊丝在X轴方向发生偏移，通过移动焊枪X轴滑动块10进行校正，并确定干伸长度的基准值；

3）标定与校正过程完成后，即可对所需焊缝进行简单示教，确定焊接路径，然后通过工控机对焊接工艺参数进行设置，激光-电弧复合焊接工艺参数主要包括：电压、电流、干伸长度、激光功率、离焦量、光丝间距D_LA和焊接速度，由于激光焊接头1Z轴的轴向运动和焊枪11Y轴的轴向运动分别采用伺服电机Ⅰ6和伺服电机Ⅱ12控制，故以上工艺参数均集成到工控机当中，并可根据焊接需要随时更改；

4）标定工作与工艺参数设置工作结束后，便对焊缝进行实际焊接，在焊接过程中，通过提取电流、电压信号对光丝间距D_LA进行实时调节，大大的保证了焊接过程的稳定性，焊缝跟踪器5保证焊接路径的准确性，实现曲线焊缝的完美焊接。

上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。

Claims (10)

1.一种激光-电弧复合焊接的控制方法，其特征在于，按以下步骤完成：

1）首先将Z轴滑动导轨通过法兰与机器人相连接，对激光焊接头进行标定，选取一个基准平面，将激光束焦点置于基准面上，以激光束焦点为TCP点，通过机器人示教器对TCP点进行标定，标定完成后再对焊缝跟踪器进行标定，通过移动焊缝跟踪X轴滑动块对焊缝跟踪器位置进行校正，即确定TCP点与焊缝跟踪器的相对位置；

2）校正焊枪位置，将焊枪、激光焊接头和焊缝跟踪器置于统一平面内，如果焊丝在X轴方向发生偏移，通过移动焊枪X轴滑动块进行校正，并确定干伸长度的基准值；

3）标定与校正过程完成后，即可对所需焊缝进行简单示教，确定焊接路径，然后通过工控机对焊接工艺参数进行设置，激光-电弧复合焊接工艺参数主要包括：电压、电流、干伸长度、激光功率、离焦量、光丝间距D_LA和焊接速度，由于激光焊接头Z轴的轴向运动和焊枪Y轴的轴向运动分别采用伺服电机Ⅰ和伺服电机Ⅱ控制，故以上工艺参数均集成到工控机当中，并可根据焊接需要随时更改；

4）标定工作与工艺参数设置工作结束后，便对焊缝进行实际焊接，在焊接过程中，通过提取电流、电压信号对光丝间距D_LA进行实时调节，大大的保证了焊接过程的稳定性，焊缝跟踪器保证焊接路径的准确性，实现曲线焊缝的完美焊接。

2.根据权利要求1所述的一种激光-电弧复合焊接的控制方法所使用的装置，其特征在于，包括激光焊接头、摄像机模块、焊缝跟踪器和焊枪，所述的激光焊接头一侧与焊枪相连接，激光焊接头一侧与摄像机模块和焊缝跟踪器相连接。

3.根据权利要求2所述的一种激光-电弧复合焊接的控制方法所使用的装置，其特征在于，所述的激光焊接头通过Z轴滑动导轨和Z轴滑动块与机器人相连接，激光焊接头通过螺纹、定位销结构与Z轴滑动块相连接，Z轴滑动导轨顶部通过轴承连接件与环形滚珠轴承相连接，并确定环形滚珠轴承与激光束同心。

4.根据权利要求2或3所述的一种激光-电弧复合焊接的控制方法所使用的装置，其特征在于，所述的焊枪上部通过通过焊枪X轴滑动导轨和焊枪X轴滑动块与环形滚珠轴承相连接，焊枪X轴滑动块一侧通过焊枪Y轴滑动导轨和焊枪Y轴滑动块与焊枪下部相连接。

5.根据权利要求2所述的一种激光-电弧复合焊接的控制方法所使用的装置，其特征在于，所述的焊缝跟踪器通过焊缝跟踪X轴滑动导轨和焊缝跟踪X轴滑动块与激光焊接头相连接。

6.根据权利要求3所述的一种激光-电弧复合焊接的控制方法所使用的装置，其特征在于，所述的Z轴滑动导轨和Z轴滑动块为导轨丝杠结构，通过伺服电机Ⅰ驱动，伺服电机Ⅰ将信号集成到工控机中，实现激光焊接头沿Z轴向精确运动。

7.根据权利要求4所述的一种激光-电弧复合焊接的控制方法所使用的装置，其特征在于，所述的焊枪X轴滑动导轨与焊枪X轴滑动块为燕尾槽结构，并配置丝杠节机构，实现焊枪在X轴方向手动精确调节。

8.根据权利要求4所述的一种激光-电弧复合焊接的控制方法所使用的装置，其特征在于，所述的焊枪Y轴滑动导轨和焊枪Y轴滑动块为导轨丝杠结构，通过伺服电机Ⅱ驱动，伺服电机Ⅱ将信号集成到工控机中，实现焊枪沿Y轴精确运动，从而实现光丝间距D_LA精确控制与调节；所述的焊枪Y轴滑动块同时也是焊枪的轴向滑动导轨，焊枪Y轴滑动块与焊枪轴向滑动块为导轨丝杠结构，焊枪轴向滑动块与焊枪夹持环相连接，通过伺服电机Ⅱ驱动，实现焊枪沿着轴向精确运动，从而实现干伸长度的精确控制与调节。

9.根据权利要求5所述的一种激光-电弧复合焊接的控制方法所使用的装置，其特征在于，所述的焊缝跟踪X轴滑动导轨与焊缝跟踪X轴滑动块为燕尾槽结构，并配置丝杠调节机构，实现焊缝跟踪器在X轴方向手动精确调节。

10.根据权利要求3所述的一种激光-电弧复合焊接的控制方法所使用的装置，其特征在于，所述的Z轴滑动导轨上设有伺服电机Ⅰ和伺服电机Ⅱ，伺服电机Ⅱ一端通过皮带传动机构与环形滚珠轴承相连接，实现焊枪以激光束轴线为中心旋转，从而解决了旁轴激光-电弧复合焊接在复杂曲线焊接中的方向性问题。

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