CN103706949B - 焊接装置及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接装置及其焊接方法，该焊接装置包括机械臂和设置在机械臂上的激光焊接头、用于拍摄实时焊缝的红外光或紫外光第一三维成像仪、以及用于拍摄定型焊缝的可见光第二三维成像仪。该焊接方法包括步骤：①用激光焊接头在待加工材料上加工标准焊缝，智能主机对该标准焊缝的实时焊缝图像和定型焊缝图像进行数据分析处理并记录为标准参数；②进行激光焊接时，智能主机对第一三维成像仪获取的实时焊缝图像和第二三维成像仪获取的定型焊缝图像进行数据分析处理并记录为实时参数；③智能主机比较各实时参数与标准参数。本发明能普遍应用于各种材料的激光焊接生产中，有效判断实时焊缝是否合格。

Description

焊接装置及其焊接方法

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种焊接装置及其焊接方法。

背景技术

传统上，我国普遍采用人工焊接的方式进行焊缝施工，工人的劳动强度较大，且焊接质量和焊接效率较低，无法满足实际生产中对于焊接技术的要求。为降低工人的劳动强度，以及提高焊接质量和焊接效率，各种焊接设备应运而生，尤其是各种焊接机器人的开发和研制，推动了焊接技术的现代化发展进程。由于在焊接过程中工作对象的不同，焊接路径的复杂多变。为保证焊接的质量，一般情况下是在焊枪把持器上安装激光跟踪器，用以保证焊枪的实际焊接路径不偏离预设的焊接路径。

实际使用中，由于激光焊接过程中，会产生闪光和等离子体等可能伤害人体的现象，不能通过肉眼实时观测，所以如何在激光焊接过程中实时监测激光焊接质量，以减少焊后质量监测，保证产品质量，提高生产效率，长久以来一直是本领域的技术难题。

目前，已有的激光焊接实时监测的方法主要有：

1、光-声发射信号法：利用激光焊接过程中等离子体发出的特征光信号，和激光器谐振腔的部分反射镜上由于激光能量分布的变化而引起的声发射信号，来对焊接质量进行实时监测。但这种方法中，声发射传感器置于部分反射镜上而使信号的采取比较困难，同时声发射信号本身比较庞杂，难以进一步处理。

2、光信号法：利用激光焊接过程中等离子体发出的特征光信号的光强为标准来实时监测焊接质量。在这种方法中需要采用特殊焊接材料，一般采用磷青铜和塑料焊接的异种材料接头，因而光信号的特征容易确定，但不具有普适性；同时，该方法尽管对坏焊缝的接收概率较小，但对好焊缝的拒绝概率却较大，因而带来了二次检测的困难。

3、声信号法：以等离子体发出的特征声信号的声压为标准，来实时监测脉冲激光焊接质量，由于单一声信号易受环境噪音的影响，因而这种方法较难在实际生产中推广应用。

发明内容

本发明的目的就是为克服上述各种方法的不足之处，提供一种信号传感及处理方便、监测结果可靠性高的焊接装置，使得这种方法能普遍应用于各种材料的激光焊接生产中去。

本发明的另一个目的是提供上述焊接装置的一种焊接方法。

实现本发明第一个目的的技术方案是：一种焊接装置，包括机械臂、设置在机械臂上的激光焊接头、设置在机械臂上的用于拍摄实时焊缝的第一三维成像仪、以及用于拍摄定型焊缝的第二三维成像仪；所述第一三维成像仪是红外光或紫外光三维成像仪，所述第二三维成像仪是可见光三维成像仪。

上述技术方案中，所述激光焊接头、第一三维成像仪和第二三维成像仪各自通过具有两个自由度或三个自由度的腕部与机械臂连接。

上述技术方案中，第一三维成像仪和第二三维成像仪分居在激光焊接头的两侧。

上述技术方案中，第二三维成像仪的中心入射光线和第一三维成像仪的中心入射光线形成一夹角。

上述技术方案中，第二三维成像仪的中心入射光线和第一三维成像仪的中心入射光线各自与激光焊接头的激光发射方向形成一夹角。

上述技术方案中，还包括用于对第一三维成像仪和第二三维成像仪拍摄图像进行数据分析处理的智能主机。

实现本发明第二个目的的技术方案是：一种焊接方法，包括以下步骤：

①用激光焊接头在待加工材料上加工标准焊缝，用第一三维成像仪对正在加工成型中的焊缝拍照获取实时焊缝图像并上传给智能主机，用第二三维成像仪对加工完成的定型焊缝拍照获取定型焊缝图像并上传给智能主机，智能主机对该标准焊缝的实时焊缝图像和定型焊缝图像进行数据分析处理并记录为标准参数；

②进行激光焊接时，用第一三维成像仪对加工过程中的实时焊缝拍照和用第二三维成像仪对定型焊缝拍照并上传给智能主机，智能主机对第一三维成像仪获取的实时焊缝图像和第二三维成像仪获取的定型焊缝图像进行数据分析处理并记录为实时参数；

③智能主机比较各实时参数与标准参数；当实时参数数据在标准参数的预设误差范围内，则判断该实时参数对应的实时焊缝和定型焊缝是合格焊缝；当实时参数数据超出标准参数的预设误差范围内，则判断该实时参数对应的实时焊缝和定型焊缝是不合格焊缝，并发出报警或提示信息。

上述技术方案中，第二三维成像仪的中心入射光线和第一三维成像仪的中心入射光线形成一夹角。

上述技术方案中，第二三维成像仪的中心入射光线和第一三维成像仪的中心入射光线各自与激光焊接头的激光发射方向形成一夹角。

本发明所述实时焊缝是指激光焊接头在工件上焊接成型中的高温焊缝，例如处于待焊材料熔化温度范围附近温度范围内的焊缝。所述定型焊缝是指激光焊接头在工件上焊接定型后并冷却至预设温度后的低温焊缝，例如冷却到不再散发等离子体的成型焊缝。

本发明通过在机械臂上同时设置激光焊接头、第一三维成像仪和第二三维成像仪，从而可以获取焊缝的实时图像信息，从而可以人工判断焊缝的工作状况；或者利用智能主机自动对其温度、高度、宽度进行实时分析，通过与标准参数对照，有效判断实时焊缝是否合格，具有较精准的准确性，有利于简化焊后的质量检验。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1所述焊接装置中第一三维成像仪的A向视图。

具体实施方式

（实施例1、焊接装置）

本实施例是一种焊接装置，见图1至图2所示，包括机械臂1、设置在机械臂上的激光焊接头2、设置在机械臂上的用于拍摄实时焊缝的第一三维成像仪3、以及用于拍摄定型焊缝的第二三维成像仪5；所述第一三维成像仪是红外光或紫外光三维成像仪，所述第二三维成像仪是可见光三维成像仪。所述第一三维成像仪和第二三维成像仪均包括两个镜头，同步获取的两个实时图像叠加后形成三维图像。该种三维图像获取的方法及具体结构早已是本领域的公知技术，本实施例不再对其进行一一描述。

所述激光焊接头、第一三维成像仪和第二三维成像仪各自通过具有两个自由度或三个自由度的腕部4与机械臂连接。这种结构使其各自具有较好自由转动角度，可以根据需要使得三维成像仪自动跟踪激光焊接头的焊接位置，从而获取准确的焊缝图像。

第一三维成像仪和第二三维成像仪分居在激光焊接头的两侧。第二三维成像仪的中心入射光线和第一三维成像仪的中心入射光线形成一夹角。进一步的优选方案是：第二三维成像仪的中心入射光线和第一三维成像仪的中心入射光线各自与激光焊接头的激光发射方向形成一夹角。从一定倾斜的角度拍摄焊缝的三维图像，可以更加准确的分析出焊缝的具体数据。

本实施例还包括用于对第一三维成像仪和第二三维成像仪拍摄图像进行数据分析处理的智能主机。

本实施例所获取的实时焊缝的三维图像可以通过智能主机对其进行数据分析自动化处理，也可让工作人员从智能主机的显示屏上实时观察焊缝的焊接状况，人工观察判断焊缝的焊接操作是否合格。

（实施例2、焊接方法）

本实施例是实施例1所述的焊接装置的焊接方法，包括以下步骤：

①用激光焊接头2在待加工材料上加工标准焊缝，用第一三维成像仪3对正在加工成型中的焊缝拍照获取实时焊缝图像并上传给智能主机，用第二三维成像仪5对加工完成的定型焊缝拍照获取定型焊缝图像并上传给智能主机，智能主机对该标准焊缝的实时焊缝图像和定型焊缝图像进行数据分析处理并记录为标准参数；

具体来说，智能主机依据获取的实时图像分析图像中某处焊缝的温度、长度、宽度及焊缝边缘的平整度，并可以将各数据及图像获取时间记录下来，并根据预设的误差数据，自动设置一个标准化操作的具有误差范围的标准参数。

②进行激光焊接时，用第一三维成像仪对加工过程中的实时焊缝拍照和用第二三维成像仪对定型焊缝拍照并上传给智能主机，智能主机对第一三维成像仪获取的实时焊缝图像和第二三维成像仪获取的定型焊缝图像进行数据分析处理并记录为实时参数；

具体来说，智能主机依据获取的实时图像分析图像中某处焊缝的温度、长度、宽度及焊缝边缘的平整度，并可以将各数据及图像获取时间记录下来。

③智能主机比较各实时参数与标准参数；当实时参数数据在标准参数的预设误差范围内，则判断该实时参数对应的实时焊缝和定型焊缝是合格焊缝；当实时参数数据超出标准参数的预设误差范围内，则判断该实时参数对应的实时焊缝和定型焊缝是不合格焊缝，并发出报警或提示信息。

第二三维成像仪的中心入射光线和第一三维成像仪的中心入射光线形成一夹角。进一步的优选是：第二三维成像仪的中心入射光线和第一三维成像仪的中心入射光线各自与激光焊接头的激光发射方向形成一夹角。从一定倾斜的角度拍摄焊缝的三维图像，可以更加准确的分析出焊缝的具体数据。

本实施例所述的实时焊缝是指激光焊接头焊接成型中的高温焊缝，例如处于待焊材料熔化温度范围附近温度范围内的焊缝。实施例1和实施例2所述的定型焊缝是指激光焊接头焊接定型后并冷却至预设温度后的低温焊缝，例如冷却到不再散发等离子体的成型焊缝。

本实施例通过设置三维成像仪，从而可以获取实时焊缝的图像信息，从而可以在智能主机上对其温度、高度、宽度进行实时分析，通过与标准参数对照，有效判断实时焊缝是否合格，具有较精准的准确性，有利于简化焊后的质量检验。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种焊接方法，包括以下步骤：

①用激光焊接头在待加工材料上加工标准焊缝，用第一三维成像仪对正在加工成型中的焊缝拍照获取实时焊缝图像并上传给智能主机，用第二三维成像仪对加工完成的定型焊缝拍照获取定型焊缝图像并上传给智能主机，第二三维成像仪的中心入射光线和第一三维成像仪的中心入射光线各自与激光焊接头的激光发射方向形成一夹角；智能主机对该标准焊缝的实时焊缝图像和定型焊缝图像进行数据分析处理，分析图像中某处焊缝的温度、长度、宽度及焊缝边缘的平整度，并将各数据及图像获取时间记录下来，并根据预设的误差数据，自动设置一个标准化操作的具有误差范围的标准参数；

②进行激光焊接时，用第一三维成像仪对加工过程中的实时焊缝拍照和用第二三维成像仪对定型焊缝拍照并上传给智能主机，第二三维成像仪的中心入射光线和第一三维成像仪的中心入射光线各自与激光焊接头的激光发射方向形成一夹角；智能主机对第一三维成像仪获取的实时焊缝图像和第二三维成像仪获取的定型焊缝图像进行数据分析处理，分析图像中某处焊缝的温度、长度、宽度及焊缝边缘的平整度，并可以将各数据及图像获取时间记录下来；

③智能主机比较各实时参数与标准参数；当实时参数数据在标准参数的预设误差范围内，则判断该实时参数对应的实时焊缝和定型焊缝是合格焊缝；当实时参数数据超出标准参数的预设误差范围内，则判断该实时参数对应的实时焊缝和定型焊缝是不合格焊缝，并发出报警或提示信息。