CN106404909B - 激光焊系统的质量检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光焊系统的质量检测装置，包括支撑架、耦合剂喷涂单元、检测单元、控制单元；检测单元包括超声波发射单元和超声波接收单元，所述超声波发射单元包括超声波发生器和发射探头，超声波发射单元根据控制单元的发射指令将设定频率的超声波发射至焊缝内；超声波接收单元包括信号转换单元和接收探头，用于接收经由焊缝传送过来的超声波并将之转换成数字信号数据后反馈给控制单元；控制单元接收超声波接收单元传输的数字信号数据，对接收到的数字信号数据进行分析处理。本发明目的在于提供一种激光焊系统的质量检测装置，实现了实时检测焊件焊缝质量，及时发现生产问题，确保自动化生产顺利进行。

Description

激光焊系统的质量检测装置

技术领域

本发明涉及激光焊领域，具体而言涉及一种激光焊系统的质量检测装置。

背景技术

激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。激光焊发出的激光束强度高，局部温度高，一旦发生事故，造成的损伤很严重，另外，涉及到焊接工序的焊件较重，人工对位拼接耗时久，产能低下，现代化生产越来越多的采用自动化的激光焊系统，焊件在工作台上完成焊接，焊接完成后的焊件经由取件抓手移至下件台，再由下件抓手移至下件料箱，完成整个自动下件过程。

自动化生产由于人员参与率低，因此对产品质量的检测提出了更高的要求，一旦发生产品质量缺陷，若不能及时排查，容易造成比传统生产时更大范围的损失。

发明内容

本发明目的在于提供一种激光焊系统的质量检测装置，实现了实时检测焊件焊缝质量，及时发现生产问题，确保自动化生产顺利进行。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种激光焊系统的质量检测装置，该激光焊系统包括用于实施焊接的工作台、用于临时放置焊件的下件台以及用于将焊件由工作台移至下件台的取件抓手，下件台和工作台相邻放置，下件台临近工作台的一端边缘设置有一凹槽，焊缝的延伸线穿过该凹槽，其特征在于，所述质量检测装置安装在该凹槽内，包括支撑架、耦合剂喷涂单元、检测单元、控制单元；

所述支撑架安装在所述下件台的凹槽内；

所述耦合剂喷涂单元包括：

第一支撑臂，其安装在所述支撑架上；

耦合剂容纳腔，其安装在所述第一支撑臂上，耦合剂容纳腔朝向焊件底面的一端上设置有一喷头，该喷头位于焊缝正下方；

第一传感器，其安装在所述喷头临近工作台的一侧，与所述控制单元连接，控制单元被设置成响应于第一传感器探测到有焊件到达喷头上方，发送喷涂指令给气缸；

气缸，其与耦合剂容纳腔连接，被设置成根据控制单元的喷涂指令以推动活塞，使耦合剂容纳腔内的耦合剂经由喷头以喷涂在焊缝下表面；

所述检测单元包括第二传感器、超声波发射单元和超声波接收单元；

所述第二传感器安装在所述超声波发射单元临近工作台的一侧，与控制单元连接，控制单元响应于第二传感器探测到有焊件到达第二传感器上方，发送发射指令给所述超声波发射单元；

所述超声波发射单元安装在支撑架上，位于焊缝下表面的一侧，并且位于所述耦合剂喷涂单元远离工作台的一侧，包括相互连接的超声波发生器和M个发射探头，超声波发生器与控制单元连接，M个发射探头面朝焊缝内；

所述超声波发射单元根据控制单元的发射指令以通过M个发射探头将设定频率的超声波发射至焊缝内；

所述超声波接收单元安装在支撑架上，位于焊缝下表面的另一侧，并且位于所述耦合剂喷涂单元远离工作台的一侧，包括相互连接的信号转换单元和N个接收探头；

所述N个接收探头朝向焊缝，用于接收经由焊缝传送过来的所述超声波发射单元发射的超声波；信号转换单元与控制单元连接，用于将接收到的超声波信息转换成数字信号数据后反馈给控制单元；

所述控制单元接收所述超声波接收单元传输的数字信号数据，对接收到的数字信号数据进行分析处理；

所述M、N为正整数。

进一步的实施例中，所述第一传感器、第二传感器采用位置传感器、红外传感器、激光传感器中的任意一种

进一步的实施例中，所述耦合剂采用机油、变压器油、润滑脂、甘油、水玻璃或者工业胶水、化学浆糊中的任意一种。

进一步的实施例中，所述质量检测装置设置有报警单元，与控制单元连接，报警单元被设置成响应于控制单元分析结果异常，发出声光警报。

进一步的实施例中，所述控制单元具有存储单元，用于存储分析处理结果。

进一步的实施例中，所述质量检测装置还设置有显示器，与控制单元连接，用于实时显示控制单元的分析结果以及质量检测装置的运行状态。

进一步的实施例中，所述质量检测装置设置有耦合剂处理单元，其安装在所述支撑架上，位于超声波接收单元远离工作台的一侧，包括第二支撑臂、软质橡胶和回收容纳腔；

所述软质橡胶位于第二支撑臂顶端，和焊缝接触的端面设置成斜面；

所述回收容纳腔位于软质橡胶下方，具有一开口，软质橡胶通过该开口嵌入回收容纳腔内。

进一步的实施例中，所述质量检测装置设置有摄像组件，其安装在所述支撑架上，位于所述耦合剂喷涂单元临近工作台的一侧；

所述摄像组件与控制单元连接，被设置成根据控制单元的指令以拍摄焊缝图像，并将拍摄结果反馈给控制单元。

进一步的实施例中，所述摄像组件包括CCD摄像头和图像采集卡。

本发明还提及一种采用前述激光焊系统的质量检测装置的检测方法，包括：

焊件由工作台向下件台移动，控制单元发出检测指令给质量检测装置；

摄像组件拍摄焊缝图像，将拍摄结果反馈给控制单元，控制单元实时处理成像；

耦合剂喷涂单元喷涂耦合剂至焊缝下表面；

超声波发射单元通过发射探头将设定频率的超声波发射至焊缝内，超声波接收单元的接收探头接收经由焊缝传送过来的该超声波，将之转换成数字信号数据反馈给控制单元；

控制单元接收超声波接收单元传输的数字信号数据，进行分析处理。

由以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：

1、实时检测焊件焊缝质量，及时发现生产问题，确保自动化生产顺利进行。

2、耦合剂可以回收利用，减少环境污染，节约生产成本。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的用于激光焊系统的质量检测装置的结构示意图。

图2是本发明的检测单元的示意图。

图3是本发明的发射探头和接收探头的安装位置示意图。

图4是本发明的一种实施例的超声波路径示意图。

图5是本发明的另一种实施例的超声波路径示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1，本发明提供一种激光焊系统的质量检测装置，该激光焊系统包括用于实施焊接的工作台100、用于临时放置焊件9的下件台200以及用于将焊件9由工作台移至下件台的取件抓手，下件台200和工作台100相邻放置。

焊缝检测方法分为破坏性检测和无损检测，其中无损检测包括射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等，考虑到安全性和通用性，本发明采用超声波检测，即利用焊缝及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验焊缝内部缺陷，通过超声波检测可以快速确认焊缝以及焊缝的位置。

结合图1、图3，下件台200临近工作台100的一端边缘设置有一凹槽1，焊缝的延伸线穿过该凹槽1，其特征在于，所述质量检测装置安装在该凹槽1内，包括支撑架2、耦合剂喷涂单元7、检测单元3、控制单元4。

支撑架2安装在下件台的凹槽1内，耦合剂喷涂单元7、检测单元3安装在该支撑架2上，支撑架2可以选择通过连接件或者紧固件等安装在凹槽1内，可拆卸的安装方式便于质量检测装置的日常维护和故障检修。

由于超声波遇到空气会反射，通常在检测焊缝9a之前先在焊缝9a上喷涂耦合剂，帮助超声波进入焊缝9a。因此，我们在检测单元3和工作台100之间设置了自动喷涂耦合剂的耦合剂喷涂单元7。

耦合剂喷涂单元7包括第一支撑臂、耦合剂容纳腔、气缸和第一传感器。

第一支撑臂，其安装在支撑架2上。

耦合剂容纳腔，其安装在第一支撑臂上，耦合剂容纳腔朝向焊件9底面的一端上设置有一喷头，该喷头位于焊缝9a正下方，耦合剂容纳腔内装有足量的耦合剂，通过喷头喷涂在焊缝9a上。

气缸，其与耦合剂容纳腔连接，根据控制单元4的喷涂指令以推动活塞，使耦合剂容纳腔内的耦合剂经由喷头以喷涂在焊缝9a下表面。

第一传感器，其安装在喷头临近工作台100的一侧，控制单元4与第一传感器连接，响应于第一传感器探测到有焊件9到达喷头上方，发送喷涂指令给气缸，气缸推动活塞，使耦合剂容纳腔内的耦合剂经由喷头喷涂在焊缝9a下表面。

耦合剂采用机油、变压器油、润滑脂、甘油、水玻璃(硅酸钠Na2SiO3)或者工业胶水、化学浆糊中的任意一种。

第一传感器采用位置传感器、红外传感器、激光传感器中的任意一种。

结合图1、图2、图3，检测单元3包括第二传感器、超声波发射单元和超声波接收单元。

第二传感器安装在超声波发射单元临近工作台100的一侧，与控制单元4连接，控制单元4响应于第二传感器探测到有焊件9到达第二传感器上方，发送发射指令给超声波发射单元。

第二传感器采用位置传感器、红外传感器、激光传感器中的任意一种。

超声波发射单元安装在支撑架2上，位于焊缝9a下表面的一侧，并且位于耦合剂喷涂单元7远离工作台100的一侧，包括相互连接的超声波发生器和M个发射探头3a，超声波发生器与控制单元连接，M个发射探头3a面朝焊缝9a内。

超声波发射单元根据控制单元4的发射指令以通过M个发射探头3a将设定频率的超声波发射至焊缝9a内。

超声波接收单元安装在支撑架2上，位于焊缝9a下表面的另一侧，并且位于耦合剂喷涂单元7远离工作台100的一侧，包括相互连接的信号转换单元和N个接收探头3b。

N个接收探头3b朝向焊缝9a，用于接收经由焊缝9a传送过来的超声波发射单元发射的超声波；信号转换单元与控制单元4连接，用于将接收到的超声波信息转换成数字信号数据后反馈给控制单元4。

控制单元4接收超声波接收单元传输的数字信号数据，对接收到的数字信号数据进行分析处理。

M、N为正整数。

设置多个发射探头和多个接收探头的目的是尽量大范围的探测焊缝内的缺陷，为了达到这个目的，发射探头的角度和位置、接收探头的角度和位置均具有多样性。

发射探头3a发射的超声波以一定的角度进入焊缝9a，接收探头3b位于焊缝9a的另一侧，超声波分为两部分，一部分通过焊缝9a下表面传输至接收探头3b，这部分超声波被定义成直通波，另一部分穿过焊缝9a到达焊缝9a上表面，由于焊缝9a上表面之上是空气层，这部分超声波在焊缝9a上表面经反射后被接收探头3b接收，这部分超声波被定义成底面反射波。无缺陷的焊缝9a，接收探头接收这两部分超声波后，信号转换单元将之转换成数字信号数据后反馈给控制单元4，控制单元4分析处理后形成谱图，谱图上在设定位置出现直通波和底面反射波的弦波图形。

假如最后形成的谱图上出现了其他的弦波图形，或者直通波、底面反射波出现的位置和设定位置不一致，则说明焊缝存在质量问题。下面通过两个实施例来具体说明该检测原理。

其中一个实施例，结合图3、图4，假如焊缝9a内存在缺陷9b，该缺陷9b为空隙，经过该缺陷9b的超声波同样会发生反射，被接收探头3b接收后形成谱图，谱图上除了直通波和底面反射波之外，还有另外两个弦波图形，该弦波图形就是由缺陷9b造成，我们还可以通过谱图确认该缺陷9b的上端点和下端点位置。

另一个实施例，结合图5，假如焊缝9a的下表面没有被焊接到，原本存在的底面反射波中断，超声波在缺陷的上尖端处发生反射，被接收探头3b接收后形成谱图，谱图上没有底面反射波，反而在缺陷上尖端处出现了新的弦波图形。

结合图1，质量检测装置设置有报警单元5，与控制单元连接，报警单元5被设置成响应于控制单元4分析结果异常，发出声光警报。

控制单元具有存储单元，用于存储分析处理结果。

质量检测装置还设置有显示器6，与控制单元4连接，用于实时显示控制单元4的分析结果以及质量检测装置的运行状态。

结合图1，质量检测装置设置有耦合剂处理单元8，其安装在支撑架2上，位于超声波接收单元远离工作台100的一侧，包括第二支撑臂、软质橡胶8a和回收容纳腔8b。

软质橡胶8a位于第二支撑臂顶端，和焊缝9a接触的端面设置成斜面，便于刮除焊缝9a下表面的耦合剂。

回收容纳腔8b位于软质橡胶8a下方，具有一开口，软质橡胶8a通过该开口嵌入回收容纳腔8b内，使得软质橡胶8a从焊缝9a上刮除下来的耦合剂流入回收容纳腔8b内。

质量检测装置设置有摄像组件，其安装在支撑架2上，位于耦合剂喷涂单元7临近工作台100的一侧。

摄像组件与控制单元4连接，被设置成根据控制单元4的指令以拍摄焊缝图像，并将拍摄结果反馈给控制单元4。

摄像组件包括CCD摄像头和图像采集卡。

本发明还提出一种采用前述激光焊系统的质量检测装置的检测方法，包括：

焊件由工作台向下件台移动，控制单元发出检测指令给质量检测装。

摄像组件拍摄焊缝图像，将拍摄结果反馈给控制单元，控制单元实时处理成像。

耦合剂喷涂单元喷涂耦合剂至焊缝下表面。

超声波发射单元通过发射探头将设定频率的超声波发射至焊缝内，超声波接收单元的接收探头接收经由焊缝传送过来的该超声波，将之转换成数字信号数据反馈给控制单元。

控制单元接收超声波接收单元传输的数字信号数据，进行分析处理。

本发明提供的激光焊系统的质量检测装置，实现了实时检测焊件焊缝质量，及时发现生产问题，确保自动化生产顺利进行。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种激光焊系统的质量检测装置，该激光焊系统包括用于实施焊接的工作台、用于临时放置焊件的下件台以及用于将焊件由工作台移至下件台的取件抓手，下件台和工作台相邻放置，下件台临近工作台的一端边缘设置有一凹槽，焊缝的延伸线穿过该凹槽，其特征在于，所述质量检测装置安装在该凹槽内，包括支撑架、耦合剂喷涂单元、检测单元、控制单元；

所述支撑架安装在所述下件台的凹槽内；

所述耦合剂喷涂单元包括：

第一支撑臂，其安装在所述支撑架上；

耦合剂容纳腔，其安装在所述第一支撑臂上，耦合剂容纳腔朝向焊件底面的一端上设置有一喷头，该喷头位于焊缝正下方；

第一传感器，其安装在所述喷头临近工作台的一侧，与所述控制单元连接，控制单元被设置成响应于第一传感器探测到有焊件到达喷头上方，发送喷涂指令给气缸；

气缸，其与耦合剂容纳腔连接，被设置成根据控制单元的喷涂指令以推动活塞，使耦合剂容纳腔内的耦合剂经由喷头以喷涂在焊缝下表面；

所述检测单元包括第二传感器、超声波发射单元和超声波接收单元；

所述第二传感器安装在所述超声波发射单元临近工作台的一侧，与控制单元连接，控制单元响应于第二传感器探测到有焊件到达第二传感器上方，发送发射指令给所述超声波发射单元；

所述超声波发射单元安装在支撑架上，位于焊缝下表面的一侧，并且位于所述耦合剂喷涂单元远离工作台的一侧，包括相互连接的超声波发生器和M个发射探头，超声波发生器与控制单元连接，M个发射探头面朝焊缝内；

所述超声波发射单元根据控制单元的发射指令以通过M个发射探头将设定频率的超声波发射至焊缝内；

所述超声波接收单元安装在支撑架上，位于焊缝下表面的另一侧，并且位于所述耦合剂喷涂单元远离工作台的一侧，包括相互连接的信号转换单元和N个接收探头；

所述质量检测装置设置有耦合剂处理单元，其安装在所述支撑架上，位于超声波接收单元远离工作台的一侧，包括第二支撑臂、软质橡胶和回收容纳腔；

所述软质橡胶位于第二支撑臂顶端，和焊缝接触的端面设置成斜面；

所述回收容纳腔位于软质橡胶下方，具有一开口，软质橡胶通过该开口嵌入回收容纳腔内；

所述N个接收探头朝向焊缝，用于接收经由焊缝传送过来的所述超声波发射单元发射的超声波并将之传输给信号转换单元；信号转换单元与控制单元连接，用于将接收到的超声波信息转换成数字信号数据后反馈给控制单元；

所述控制单元接收所述超声波接收单元传输的数字信号数据，对接收到的数字信号数据进行分析处理；

所述M、N为正整数。

2.根据权利要求1所述的激光焊系统的质量检测装置，其特征在于，所述第一传感器、第二传感器采用位置传感器、红外传感器、激光传感器中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的激光焊系统的质量检测装置，其特征在于，所述耦合剂采用机油、变压器油、润滑脂、甘油、水玻璃或者工业胶水、化学浆糊中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的激光焊系统的质量检测装置，其特征在于，所述质量检测装置设置有报警单元，与控制单元连接，报警单元被设置成响应于控制单元分析结果异常，发出声光警报。

5.根据权利要求1所述的激光焊系统的质量检测装置，其特征在于，所述控制单元具有存储单元，用于存储分析处理结果。

6.根据权利要求1所述的激光焊系统的质量检测装置，其特征在于，所述质量检测装置还设置有显示器，与控制单元连接，用于实时显示控制单元的分析结果以及质量检测装置的运行状态。

7.根据权利要求1-6任意一项中所述的激光焊系统的质量检测装置，其特征在于，所述质量检测装置设置有摄像组件，其安装在所述支撑架上，位于所述耦合剂喷涂单元临近工作台的一侧；

所述摄像组件与控制单元连接，被设置成根据控制单元的指令以拍摄焊缝图像，并将拍摄结果反馈给控制单元。

8.根据权利要求7所述的激光焊系统的质量检测装置，其特征在于，所述摄像组件包括CCD摄像头和图像采集卡。

9.一种采用权利要求7所述的激光焊系统的质量检测装置的检测方法，其特征在于，包括：

焊件由工作台向下件台移动，控制单元发出检测指令给质量检测装置；

摄像组件拍摄焊缝图像，将拍摄结果反馈给控制单元，控制单元实时处理成像；

耦合剂喷涂单元喷涂耦合剂至焊缝下表面；

超声波发射单元通过发射探头将设定频率的超声波发射至焊缝内，超声波接收单元的接收探头接收经由焊缝传送过来的该超声波，将之转换成数字信号数据反馈给控制单元；

控制单元接收超声波接收单元传输的数字信号数据，进行分析处理。