CN104174998A - 激光焊接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光焊接系统，其包括激光焊接设备和焊接控制系统。激光焊接设备包括可沿Z轴调节移动的激光焊接装置、定位激光焊接装置并供激光焊接装置沿Y轴移动的龙门架、穿设于龙门架下方的X轴移动轨道、设置在X轴移动轨道上的移动工作台以及设置在移动工作台上的工装夹具；焊接控制系统包括控制激光焊接装置和移动工作台的移动速度的数控控制器、控制激光焊接设备操作模式的上位机以及控制工装夹具工作状态的可编程逻辑控制器。数控控制器与上位机采用基于OPC方式的以太网通讯连接，上位机与可编程逻辑控制器采用基于DASever方式的以太网通讯连接，数控控制器与可编程逻辑控制器采用ProfibusDP通讯连接。

Description

激光焊接系统
技术领域
本发明涉及一种激光焊接技术领域，尤其涉及一种方便生产控制的激光焊接系统。
背景技术
激光拼焊是采用激光能源，将不同材质、不同厚度的钢材进行自动拼合和焊接，以满足不同强度的需要。拼焊板不仅能够降低整车的制造成本、整车重量、油耗和废品率，而且可以减少外围加强件数量，简化装配步骤，同时使车辆的碰撞能力、冲压成型率和抗腐能力提高，因此给汽车制造业带来巨大的经济效益。
随着汽车产业的迅速发展，高品质高性能的车型对拼接板的需求量也越来越大，为满足市场需求激光拼焊生产线也在不断的扩大。激光拼焊生产线对生产自动化和管理信息化水平也要求越来越高。
因此，有必要提供一种激光焊接系统以克服上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方便生产监控和控制的激光焊接系统。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种激光焊接系统，其包括激光焊接设备和控制激光焊接设备运行的焊接控制系统，所述激光焊接设备具有水平设置且相互垂直的X轴和Y轴以及上下设置的Z轴，并包括可沿Z轴调节移动的激光焊接装置、定位激光焊接装置并供激光焊接装置沿Y轴移动的龙门架、穿设于龙门架下方的X轴移动轨道、设置在X轴移动轨道上以承载待焊工件的移动工作台以及设置在移动工作台上的工装夹具；所述焊接控制系统包括控制激光焊接装置的移动和旋转速度以及移动工作台的移动速度的数控控制器、控制激光焊接设备操作模式并进行监控的上位机以及控制工装夹具工作状态的可编程逻辑控制器，所述数控控制器与上位机采用基于OPC方式的以太网通讯连接，上位机与可编程逻辑控制器采用基于DASever方式的以太网通讯连接，数控控制器与可编程逻辑控制器采用Profibus DP通讯连接。
作为本发明的进一步改进，所述激光焊接设备包括两组所述移动工作台和工装夹具，并沿X轴设置在龙门架的两侧以交替工作。
作为本发明的进一步改进，所述龙门架包括沿Y轴设置于X轴移动轨道上方的横梁、设置于横梁两侧且向下倾斜延伸的支撑梁、连接支撑梁下端内侧与X轴移动轨道两侧的连接梁，两个所述支撑梁相向倾斜延伸。
作为本发明的进一步改进，所述激光焊接装置具有闭环交流数字伺服电机、与闭环交流数字伺服电机连接的焊接激光头、相邻焊接激光头设置的激光跟踪器，所述闭环交流数字伺服电机驱动焊接激光头沿Y轴和Z轴移动，所述闭环交流数字伺服电机配置有旋转编码器。
作为本发明的进一步改进，所述激光焊接系统还包括设置在龙门架和部分X轴移动轨道周围的围墙、设置在围墙外侧的工作房；相对的所述围墙上设置有供移动工作台进出的开口，所述工作房设置在未设置有开口的围墙外侧；所述焊接控制系统设置在工作房内。
作为本发明的进一步改进，所述工作房内还设置有与激光焊接装置连接的激光发生器、激光发生器冷水机和空调器。
作为本发明的进一步改进，所述工作房和围墙外侧还设置有位于X轴移动轨道两侧的上料台、位于X轴移动轨道末端的下料台以及吊装待焊工件的悬臂吊。
作为本发明的进一步改进，所述工装夹具为一拼焊定位装置，用以对待焊板件进行拼接定位，所述拼焊定位装置包括焊接工作台及设置在焊接工作台上的定位机构，所述焊接工作台包括支架及固定在支架上以支撑待焊板件的支撑板，所述支撑板设有上下贯穿的穿孔，所述定位机构包括可自穿孔中伸出至支撑板上方或退回至支撑板下方的定位翻转机构，所述定位翻转机构具有用以抵持一待焊板件边缘以对待焊板件进行定位的抵持部。
作为本发明的进一步改进，所述定位翻转机构包括成弧形设置的连接臂、设置在连接臂上的转轴、以及驱动连接臂转动以自穿孔中伸出或退回的驱动机构，所述转轴通过固定块与支架相固定，所述抵持部设置在连接臂靠近支撑板的一端。
作为本发明的进一步改进，所述驱动机构为固定在支架上并与连接臂相对设置的气缸，所述定位翻转机构还具有与连接臂相连接并位于转轴下方的驱动轴，所述气缸的活塞杆与驱动轴沿驱动轴径向连接。
本发明的有益效果是：本发明激光焊接系统通过数控控制器、可编程逻辑控制器和以太网分别对激光焊接设备的各组件进行自动控制及监控，实现激光拼焊生产线的自动化生产控制、管理和监控，提高生产效率。
附图说明
图1是本发明激光焊接系统的整体布局图；
图2是本发明激光焊接系统中焊接控制系统的控制框图；
图3是本发明激光焊接设备中拼焊定位装置的立体图；
图4是图3中拼焊定位装置的去掉支撑翻转机构和定位翻转机构时的部分结构立体图；
图5是图3中拼焊定位装置的支撑翻转机构的立体图；
图6是图3中拼焊定位装置的定位翻转机构的立体图；
图7是图6中定位翻转机构另一角度的视图；
图8是图3中拼焊定位装置的剖视示意图，主要示意定位翻转机构与定位磁铁的设置关系。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
请参照图1至图8所示为本发明激光焊接系统900的较佳实施方式。结合图8所示，本发明激光焊接系统900包括激光焊接设备91和控制激光焊接设备91运行的焊接控制系统92。
所述激光焊接设备91具有水平设置且相互垂直的X轴和Y轴以及上下设置的Z轴，并包括可沿Z轴调节移动的激光焊接装置911、定位激光焊接装置911并供激光焊接装置911沿Y轴移动的龙门架912、穿设于龙门架912下方的X轴移动轨道913、设置在X轴移动轨道913上以承载待焊工件的移动工作台914以及设置在移动工作台914上的工装夹具100。在本实施方式中，所述激光焊接设备91包括两组所述移动工作台914和工装夹具100，并沿X轴设置在龙门架912的两侧以交替工作。所述移动工作台914与移动轨道913之间采用精密丝杠或齿条导轨移动，可达到准确定位及移动。
所述焊接控制系统92包括控制激光焊接装置911的移动和旋转速度以及移动工作台914的移动速度的数控控制器921、控制激光焊接设备91操作模式并进行监控的上位机922以及控制工装夹具100工作状态的可编程逻辑控制器923；所述数控控制器921与上位机922采用基于OPC方式的以太网通讯连接，上位机922与可编程逻辑控制器923采用基于DASever方式的以太网通讯连接，数控控制器921与可编程逻辑控制器923采用Profibus DP通讯连接。所述激光焊接设备91由数控控制器921和可编程逻辑控制器923控制工作状态的半自动工作模式，以及由上位机922发指令给数控控制器921和可编程逻辑控制器923、从而进行工作状态的控制的全自动工作模式。在全自动工作模式中，所述数控控制器921和可编程逻辑控制器923将激光焊接设备91的各部分工作状态发送给上位机922，上位机922中设置有组态软件，并根据接收到的数据产生不同的工作指令发送给数控控制器921和可编程逻辑控制器923。
实际使用时，可通过人工操作上位机922的人工操作台（未图示），通过在操作台的操作界面输入相应的产品号，切换到相应的产品生产界面，则会自动将上位机922上数据库内存储的相应生产轨迹发送给激光焊接设备91，进而自动调节位置状态进行焊接。
所述激光焊接系统9还包括设置在龙门架912和部分X轴移动轨道913周围的围墙93、设置在围墙93外侧的工作房94。相对的所述围墙93上设置有供移动工作台914进出的开口931。所述工作房94设置在未设置有开口931的围墙93外侧；所述焊接控制系统92设置在工作房94内。所述工作房94内还设置有与激光焊接装置911连接的激光发生器941、激光发生器冷水机942和空调器943等。所述工作房94和围墙93外侧还设置有位于X轴移动轨道913两侧的上料台95、位于X轴移动轨道913末端的下料台96以及吊装待焊工件的悬臂吊97。
所述激光焊接设备91中，龙门架912包括沿Y轴设置于X轴移动轨道913上方的横梁9121、设置于横梁9121两侧且向下倾斜延伸的支撑梁（未图示）、连接支撑梁下端内侧与X轴移动轨道913两侧的连接梁（未图示），两个所述支撑梁相向倾斜延伸，从而使得龙门架912大致呈倒梯形设置。
所述激光焊接装置911具有活动固定在龙门架912上的机床、固定在机床上的闭环交流数字伺服电机、与闭环交流数字伺服电机连接的焊接激光头、相邻焊接激光头设置的激光跟踪器，所述闭环交流数字伺服电机驱动焊接激光头沿Y轴和Z轴移动，所述闭环交流数字伺服电机配置有旋转编码器。加工时，所述焊接激光头和激光跟踪器的定位、移动和旋转由机床带动完成；焊接时，待焊工件的焊缝跟踪和检测有激光跟踪器完成，由此可实现机床定位，运动中产生的偏差也可由激光跟踪器进行补偿，从而保证焊缝的焊接质量。
所述工装夹具100为一拼焊定位装置，用以对待焊板件进行拼接定位。所述拼焊定位装置100包括焊接工作台1、设置在焊接工作台1上的定位机构2、除尘机构5、调节焊接工作台1的放置稳定状态的落位导向机构6、以及可用以增大焊接工作台1的支撑面的支撑翻转机构7。
参照图3至图5所示，所述焊接工作台1包括支架11及固定在支架11上以支撑待焊板件的支撑板12。所述支撑板12设有上下贯穿的穿孔120。在本实施方式中，所述支撑板12包括水平设置在两侧的两组宽板121、以及设置在两组宽板121内侧的两组窄板122。两组窄板122之间形成有收容腔（未标号）。所述宽板121与窄板122之间设置有窄槽124。每组宽板121及每组窄板122均分别沿其纵长方向排布放置，并且在宽板121上设置有若干支撑滚轮（未图示），以使得在放置待焊板件时方便对其位置进行调整。
结合图3至图7所示，所述定位机构2包括可自穿孔120中伸出至支撑板12上方或退回至支撑板12下方的定位翻转机构3，所述定位翻转机构3具有用以抵持一待焊板件边缘以对待焊板件进行定位的抵持部30。本实施方式中主要是通过旋转伸出或退回的方式设置所述定位翻转机构3，使得伸出至支撑板12上方的抵持部30可沿上下方向与穿孔120错开，方便操作者在穿孔120的外侧预设待焊板件边缘的对准线；并且通过将定位翻转机构3翻转伸出至支撑板12上方后，可通过抵持部30对其中一待焊板件进行定位，使该待焊板件的边缘放置在预订位置处，然后将定位翻转机构3退回至支撑板12下方，可进行另一待焊板件的相对放置，进而可实现一对待焊板件的精确定位，提高焊缝的焊接效果。
在本实施方式中，所述定位翻转机构3包括成弧形设置的连接臂31、设置在连接臂31上的转轴32、以及驱动连接臂31转动以自穿孔120中伸出或退回的驱动机构33。所述转轴32通过固定块34与支架11相固定，并位于支撑板12的下方，以使得定位翻转机构3绕转轴32转动，从而可使弧形的连接臂31穿过穿孔120而突伸至支撑板12上方，反向旋转时则可使定位翻转机构3退回至支撑板12下方。所述抵持部30设置在连接臂31靠近支撑板12的一端，以使得定位翻转机构3突伸至支撑板12上方后可抵持待焊板件的边缘，进而对其进行定位。所述连接臂31包括相对设置的两个弧形支臂311及连接在两个弧形支臂311之间的中心轴312。
在本实施方式中，所述驱动机构33为固定在支架11上并与连接臂31相对设置的气缸，所述定位翻转机构3还具有与连接臂31相连接并位于转轴32下方的驱动轴35，所述气缸33的活塞杆与驱动轴35沿驱动轴35径向连接。在气缸33推动驱动轴35向外移动时，连接臂31可绕转轴32向上翻转，从而使抵持部30突伸至支撑板12上方，进而可将其中一待焊板件通过该抵持部30进行定位。在对其中一待焊板件定位完成后，通过气缸33反向拉动驱动轴35，使得连接臂31绕转轴32反向旋转而退回至支撑板12下方。当然，所述驱动机构33也可为通过转轴32与连接臂31直接固定的电机，并通过电机正转或反转达成定位翻转机构3的伸出或退回，同样也可达成本发明的目的。
在本实施方式中，所述定位翻转机构3还包括设置在连接臂31远离转轴32一端的挡条36，所述抵持部30可直接设置在挡条36上；但是，本实施方式中，所述挡条36上还设置有可沿挡条36长度方向滑动设置的抵持块37，所述抵持部30设置在抵持块37上。所述挡条36上设有沿其长度方向设置的滑条361，所述抵持块37设有与滑条361配合的滑槽371，通过抵持块37在滑槽371上滑动，可使得抵持块37将待焊板件的边缘进行矫正调整。
结合图3、图4及图8所示，为方便对已经放置到位的待焊板件进行固定，所述定位机构2还包括设置在支撑板12之间的收容腔内的定位磁铁4、以及设置在窄槽124内的若干定位柱8。
所述定位磁铁4成对相对设置，并分别位于窄板122的内侧，以对待焊板件的焊接边缘位置进行定位，防止放置好的待焊板件移位。所述定位翻转结构3在伸出至支撑板12上方时，抵持部30位于定位磁铁4之间的上方。另外，在本实施方式中，相对设置的定位磁铁4之间设置有间隙41，所述间隙41边缘可预设为待焊板件的边缘对准线，所述抵持部30具有可向下伸入间隙41内的尖端部301，使得抵持块37移动时可同时沿该间隙41进行移动，进一步提高对待焊板件位置调整的精确度。
此外，所述定位磁铁4的相对面具有向外倾斜延伸的倾斜面42，所述间隙42自上向下逐渐增大，所述除尘机构5具有相对设置在间隙41两端的吸尘管51，以通过吸尘管51将与间隙41对准的待焊板件的焊接边缘的异物除去，防止影响焊接效果。
所述定位机构2中的定位柱8设置为可在窄槽124内滑动，以对不同宽度的待焊板件的两侧部进行定位；即在待焊板件放置好后，通过将定位柱8移动至待焊板件的两侧外缘，并采用螺钉或螺孔对其进行锁定后，可进一步防止待焊板件的偏移，提高定位效果。
所述支撑翻转机构7具有可与支撑板12的外缘对接以共同支撑待焊板件的延伸架71及根据需求调节延伸架71的升起或落下状态的调节机构72。所述调节机构72具有垂直固定在支撑板12下方的若干支柱721、沿支撑板12长度方向固定在支柱71之间下侧的固定轴722、连接固定轴722与延伸架71的可折叠撑杆723以及用以调节延伸架71与支撑板12对接后的平面度的若干组张紧元件724。
所述可折叠撑杆723的一端连接在固定轴722上，另一端连接在延伸架71在宽度方向上的中间位置。在可折叠撑杆723打开时，可将延伸架71支撑起来而使其与支撑板12位于同一平面上，进而有效支撑较宽的待焊板件。
所述延伸架71具有三个沿其长度方向延伸的横梁711以及垂直连接在横梁711间的连杆712。每组所述张紧元件724具有垂直固定在延伸架71远离支撑板12一侧的两个横梁711间的导引柱7241、套设在导引柱7241上的弹性元件7242、连接设置在两个导引柱7241之间并与弹性元件7242相抵持的拉杆7243、设置在延伸架71靠近支撑板12一侧缘的线轮7244、固定至固定轴72上的调节杆7245、以及与拉杆7243相连接并穿过延伸架71及线轮7244而连接至调节杆7245上的拉绳7246。通过将调节杆7245绕固定轴722向下旋转一定角度，即可通过拉绳7246调节延伸架71与支撑板12对接后的平面度，防止延伸架71外侧下沉而导致待焊板件放置不平稳，进而影响焊接效果。
综上所述，本发明激光焊接系统900通过数控控制器921、可编程逻辑控制器923和上位机922分别对激光焊接设备91的各组件进行自动控制及监控，实现激光拼焊生产线的自动化生产控制、管理和监控，提高生产效率。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光焊接系统，其特征在于：所述激光焊接系统包括激光焊接设备和控制激光焊接设备运行的焊接控制系统，所述激光焊接设备具有水平设置且相互垂直的X轴和Y轴以及上下设置的Z轴，并包括可沿Z轴调节移动的激光焊接装置、定位激光焊接装置并供激光焊接装置沿Y轴移动的龙门架、穿设于龙门架下方的X轴移动轨道、设置在X轴移动轨道上以承载待焊工件的移动工作台以及设置在移动工作台上的工装夹具；所述焊接控制系统包括控制激光焊接装置的移动和旋转速度以及移动工作台的移动速度的数控控制器、控制激光焊接设备操作模式并进行监控的上位机以及控制工装夹具工作状态的可编程逻辑控制器，所述数控控制器与上位机采用基于OPC方式的以太网通讯连接，上位机与可编程逻辑控制器采用基于DASever方式的以太网通讯连接，数控控制器与可编程逻辑控制器采用Profibus DP通讯连接。
2.根据权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于：所述激光焊接设备包括两组所述移动工作台和工装夹具，并沿X轴设置在龙门架的两侧以交替工作。
3.根据权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于：所述龙门架包括沿Y轴设置于X轴移动轨道上方的横梁、设置于横梁两侧且向下倾斜延伸的支撑梁、连接支撑梁下端内侧与X轴移动轨道两侧的连接梁，两个所述支撑梁相向倾斜延伸。
4.根据权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于：所述激光焊接装置具有闭环交流数字伺服电机、与闭环交流数字伺服电机连接的焊接激光头、相邻焊接激光头设置的激光跟踪器，所述闭环交流数字伺服电机驱动焊接激光头沿Y轴和Z轴移动，所述闭环交流数字伺服电机配置有旋转编码器。
5.根据权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于：所述激光焊接系统还包括设置在龙门架和部分X轴移动轨道周围的围墙、设置在围墙外侧的工作房；相对的所述围墙上设置有供移动工作台进出的开口，所述工作房设置在未设置有开口的围墙外侧；所述焊接控制系统设置在工作房内。
6.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于：所述工作房内还设置有与激光焊接装置连接的激光发生器、激光发生器冷水机和空调器。
7.根据权利要求5所述的激光焊接系统，其特征在于：所述工作房和围墙外侧还设置有位于X轴移动轨道两侧的上料台、位于X轴移动轨道末端的下料台以及吊装待焊工件的悬臂吊。
8.根据权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于：所述工装夹具为一拼焊定位装置，用以对待焊板件进行拼接定位，所述拼焊定位装置包括焊接工作台及设置在焊接工作台上的定位机构，所述焊接工作台包括支架及固定在支架上以支撑待焊板件的支撑板，所述支撑板设有上下贯穿的穿孔，所述定位机构包括可自穿孔中伸出至支撑板上方或退回至支撑板下方的定位翻转机构，所述定位翻转机构具有用以抵持一待焊板件边缘以对待焊板件进行定位的抵持部。
9.根据权利要求8所述的激光焊接系统，其特征在于：所述定位翻转机构包括成弧形设置的连接臂、设置在连接臂上的转轴、以及驱动连接臂转动以自穿孔中伸出或退回的驱动机构，所述转轴通过固定块与支架相固定，所述抵持部设置在连接臂靠近支撑板的一端。
10.根据权利要求9所述的激光焊接系统，其特征在于：所述驱动机构为固定在支架上并与连接臂相对设置的气缸，所述定位翻转机构还具有与连接臂相连接并位于转轴下方的驱动轴， 所述气缸的活塞杆与驱动轴沿驱动轴径向连接。
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