CN106964898A - 单工位环形管件周向激光焊接机及方法 - Google Patents

单工位环形管件周向激光焊接机及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单工位环形管件周向激光焊接机，包括环形管件插接系统，设有用于定位环形管件的环形管件座、用于将接头插至环形管件的接头座及传动机构，环形管件座安装于传动机构上，传动机构用于带动环形管件座移动至与激光焊接系统相对应的位置，待环形管件焊接完毕之后再带动环形管件座复位；激光焊接系统，包括激光器、激光焊接筒及环形反射镜，激光焊接筒的一端安装激光器，激光焊接筒的另一端设有焊接工作孔，环形反射镜安装于焊接工作孔内；激光器发出的激光光束经环形反射镜反射后，照射于环形管件上，对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接。本发明插接接头方便、焊接精度高、速度快、能调整焊接长度、带有激光焊接保护。

Description

单工位环形管件周向激光焊接机及方法
技术领域
本发明涉及激光焊接设备技术领域，特别涉及单工位环形管件周向激光焊接机及方法。
背景技术
激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，通过使用激光束将两件工件熔合在一起。常规的激光焊接系统通过发射致密的光子束来产生精确的结合，该光子束熔化工件的靶向区域，使得两件工件熔合在一起成为一个单元。常规激光束的光射线是小的且聚集的。因此，这样的焊接系统以生产线所需的高体积产生精确的焊接。为此原因，焊接工业已经由于激光器的速度、精度和功率而利用激光器。然而，常规激光束通常具有线性轨迹，并且不容易弯曲以重定向光射线，因此，在环形管件进行周身激光焊接是非常困难的工作。
在现有技术中，对环形管件进行周向激光焊接的方法主要有两种：种是激光焊接头围绕环形管件旋转，实现对环形管件的焊接；第二种是激光焊接头固定不动，而是旋转环形管件，实现对环形管件的焊接。上述种激光焊接方法的缺点是：安装旋转式激光焊接头的激光焊接机结构复杂，稳定性差，环形管件的焊接长度难以调整。上述第二种激光焊接方法的缺点是：环形管件旋转比较困难，特别是具有较长长度的管状件（例如卡车尿素管）旋转起来非常困难，难以焊接，精度低，效率慢，稳定性差。
专利201580020173.2公开了使用光学反射器在工件上执行环形周向焊接的激光器装置，该激光器装置包括具有激光源的激光头，该激光头被配置用于发射激光束，以围绕所述工件的外部周向目标区域执行焊接。还包括的是光学反射器组件，该光学反射器组件具有与所述工件间隔开的至少两个光学反射器，以用于反射从所述激光头发射的激光束。所述反射器彼此间隔开，布置在所述工件的相对的横向侧上，并且相对于横向于所述工件的纵向轴线的轴线倾斜，使得由单个周期的所述激光束实现所述周向焊接。然而，该激光器装置具有如下缺失：其一、对于需要插接接头的环形管件来说，该激光器装置无法在焊接前对环形管件插接接头；其二、该激光器装置通过螺杆定位环形管件，精度低、效率慢；其三、该激光器装置不能调整环形管件的焊接长度；其四、该激光器装置无激光焊接保护，安全性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是根据上述现有技术的不足，提供一种插接接头方便、焊接精度高、速度快、能调整焊接长度、带有激光焊接保护的单工位环形管件周向激光焊接机；与此同时，本发明还要提供一种该激光焊接机的焊接方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种单工位环形管件周向激光焊接机，包括：
环形管件插接系统，包括用于定位环形管件的环形管件座、用于将接头插至环形管件的接头座及传动机构，所述环形管件座安装于传动机构上，所述传动机构用于带动环形管件座移动至与激光焊接系统相对应的位置，待环形管件焊接完毕之后再带动环形管件座复位；
激光焊接系统，包括激光器、激光焊接筒及环形反射镜，所述激光焊接筒的一端安装激光器，所述激光焊接筒的另一端设有焊接工作孔，所述环形反射镜安装于焊接工作孔内；所述激光器发出的激光光束经环形反射镜反射后，照射于环形管件上，对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接。
作为对本发明的进一步阐述：
所述环形管件座包括夹管基座及安装于夹管基座上的固定夹管块、滑动夹管块和夹管气缸，所述固定夹管块与滑动夹管块的位置相对，所述夹管气缸与滑动夹管块相连接，以带动滑动夹管块滑向固定夹管块，使滑动夹管块与固定夹管块相互配合夹紧环形管件。
所述固定夹管块及滑动夹管块分别设有夹管块快换插销，通过插拨夹管块快换插销，能快速更换固定夹管块或滑动夹管块。
所述固定夹管块及滑动夹管块分别设有耐磨聚氨酯垫片。
所述滑动夹管块设有复位弹簧及手柄，所述夹管气缸设有电磁开关；在未夹持环形管件时，复位弹簧拉着滑动夹管块处于松开复位状态，在需要夹持环形管件时，先通过手柄拉动滑动夹管块滑向固定夹管块，在即将闭合的时候，触动所述电磁开关，夹管气缸工作，推动滑动夹管块夹紧环形管件。
所述接头座包括插管基座及安装于插管基座上的固定仿形块、移动仿形块、升降气缸机构和电机压合机构；所述升降气缸机构与移动仿形块相连接，以带动移动仿形块上升，使移动仿形块与固定仿形块相配合夹持接头，或者带动移动仿形块下降，打开移动仿形块对接头的水平限制；所述电机压合机构用于推动固定仿形块与移动仿形块向环形管件座方向移动，使夹持的接头与环形管件相插接。
所述接头座还设有到位判断压力传感器，该到位判断压力传感器与固定仿形块相接触配合，在到位判断压力传感器感应到固定仿形块的压力达到所设定的压力值时，到位判断压力传感器判断接头与环形管件插接成功；所述电机压合机构包括伺服电机、减速机及丝杆，所述伺服电机经减速机后，驱动丝杆旋转，进而通过丝杆驱动固定仿形块与移动仿形块相对于环形管件座做往返运动。
所述激光焊接筒内远离焊接工作孔的一端设有X-Y振镜，用于偏转调整激光器发出的激光光束，使激光光束沿着环形反射镜周身移动，对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接；所述激光焊接系统还包括焊接电机、焊接减速机及焊接丝杆，所述焊接电机经焊接减速机后，驱动焊接丝杆旋转，进而通过焊接丝杆驱动激光焊接筒按照环形管件的长度方向往返移动，使激光焊接筒的焊接工作孔能套设于接头与环形管件的插接处之外。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：一种单工位环形管件周向激光焊接机的焊接方法，步骤如下：
a.将环形管件移送至环形管件座的固定夹管块上，并通过夹管气缸推动滑动夹管块夹紧环形管件；
b.将接头移送至接头座的固定仿形块上，并通过升降气缸机构推动移动仿形块上升，使移动仿形块与固定仿形块相配合夹持接头；
c.在电机压合机构的推动下，固定仿形块与移动仿形块向环形管件座方向移动，使夹持的接头与环形管件相插接；
d.升降气缸机构带动移动仿形块下降，打开移动仿形块对接头的水平限制，传动机构带动环形管件座移动至与激光焊接系统相对应的位置，接头座复位；
e.焊接电机驱动激光焊接筒按照环形管件的长度方向移动，使激光焊接筒的焊接工作孔套设于接头与环形管件的插接处之外；
f.激光器工作，发出的激光光束先经X-Y振镜偏转调整，再经环形反射镜反射并沿着环形反射镜周身移动，对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接；
g.激光焊接系统复位，传动机构带动环形管件座复位，等待下一工作循环。
所述激光焊接系统对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接之时，激光焊接筒根据环形管件在环形管件座上的定位位置执行位移补偿方法，当环形管件的定位位置向前/向后多移动某一距离时，激光焊接筒也相对应地向前/向后补偿某一距离。
本发明的有益效果是：本发明设置环形管件插接系统，能够实现环形管件与接头的快速插接，并传送至激光焊接系统，其插接接头方便、快速；本发明激光焊接系统的激光器发出的激光光束经环形反射镜反射后，照射于环形管件上，对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接，无需旋转激光焊接头或环形管件，焊接精度高，能调整焊接长度；本发明激光焊接系统能焊接直径小于焊接工作孔的多型号的环形管件，激光焊接筒具有保护作用，安全性高。
附图说明
图1为本发明的整体结构图。
图2为本发明移除机器外壳、显示器及键鼠模块后的整体结构图。
图3为本发明环形管件插接系统及激光焊接系统的整体结构图之一。
图4为本发明环形管件插接系统及激光焊接系统的整体结构图之二。
图5为本发明激光焊接系统的分散结构图之一。
图6为本发明激光焊接系统的分散结构图之二。
图7为本发明激光焊接系统的光路结构示意图之一。
图8为本发明激光焊接系统的光路结构示意图之二。
图中：100.环形管件；200.接头；1.机器架体；2.机器外壳；3.控制系统；4.显示器；5.键鼠模块；6.环形管件插接系统；61.环形管件座；611.夹管基座；612.固定夹管块；613.滑动夹管块；614.夹管气缸；615.手柄；616.夹管块快换插销；617.耐磨聚氨酯垫片；62.接头座；621.插管基座；622.固定仿形块；623.移动仿形块；624.升降气缸机构；625.电机压合机构；626.到位判断压力传感器；63.传动机构；7.激光焊接系统；71.激光器；72.激光焊接筒；73.环形反射镜；74.焊接工作孔；75.X-Y振镜；76.焊接电机；77.焊接减速机；78.焊接丝杆；79.光学镜片组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
实施例一
如图1和图2所示，单工位环形管件周向激光焊接机所焊接的产品为卡车尿素管，但本发明不限于焊接卡车尿素管，对于直径小于本发明最大焊接直径规格的环形管件均能进行周向激光焊接。
如图1～图7所示，本发明单工位环形管件周向激光焊接机包括：机器架体1，机器架体1之外的机器外壳2，机器架体1下端的控制系统3，机器外壳2一侧的显示器4和键鼠模块5，以及机器架体1上端的环形管件插接系统6与激光焊接系统7，其中：
环形管件插接系统6，包括用于定位环形管件100的环形管件座61、用于将接头200插至环形管件100的接头座62及传动机构63，所述环形管件座61安装于传动机构63上，所述传动机构63用于带动环形管件61座移动至与激光焊接系统8相对应的位置，待环形管件100焊接完毕之后再带动环形管件座61复位；
激光焊接系统7，包括激光器71、激光焊接筒72及环形反射镜73，所述激光焊接筒72的一端安装激光器71，所述激光焊接筒72的另一端设有焊接工作孔74，所述环形反射镜73安装于焊接工作孔74内；所述激光器71发出的激光光束经环形反射镜73反射后，照射于环形管件100上，对环形管件100与接头200的插接处进行周向激光焊接。
所述控制系统3用于控制环形管件插接系统6及激光焊接系统7工作；所述显示器4用于显示激光焊接机的参数信息；所述键鼠模块5用于输入程序命令及设置参数。
如图3和图4所示，所述环形管件座61包括夹管基座611及安装于夹管基座611上的固定夹管块612、滑动夹管块613和夹管气缸614，所述固定夹管块612与滑动夹管块613的位置相对，所述夹管气缸614与滑动夹管块613相连接，以带动滑动夹管块613滑向固定夹管块612，使滑动夹管块613与固定夹管块612相互配合夹紧环形管件100。
如图3和图4所示，所述固定夹管块612及滑动夹管块613分别设有夹管块快换插销616，通过插拨夹管块快换插销616，能快速更换固定夹管块612或滑动夹管块613。
如图3和图4所示，所述固定夹管块612及滑动夹管块613分别设有耐磨聚氨酯垫片617，夹管力大且不损伤环形管件100。
如图3和图4所示，所述滑动夹管块613设有复位弹簧（图中未示出）及手柄615，所述夹管气缸614设有电磁开关（图中未示出）；在未夹持环形管件100时，复位弹簧拉着滑动夹管块613处于松开复位状态，在需要夹持环形管件100时，先通过手柄615拉动滑动夹管块613滑向固定夹管块612，在即将闭合的时候，触动所述电磁开关，夹管气缸614工作，推动滑动夹管块613夹紧环形管件100。
如图3和图4所示，所述接头座62包括插管基座621及安装于插管基座621上的固定仿形块622、移动仿形块623、升降气缸机构624和电机压合机构625；所述升降气缸机构624与移动仿形块623相连接，以带动移动仿形块623上升，使移动仿形块623与固定仿形块622相配合夹持接头200，或者带动移动仿形块623下降，打开移动仿形块623对接头200的水平限制；所述电机压合机构625用于推动固定仿形块622与移动仿形块623向环形管件座61方向移动，使夹持的接头200与环形管件100相插接。
如图3和图4所示，所述接头座62还设有到位判断压力传感器626，该到位判断压力传感器626与固定仿形块622相接触配合，在到位判断压力传感器626感应到固定仿形块622的压力达到所设定的压力值时，到位判断压力传感器626判断接头200与环形管件100插接成功；所述电机压合机构625包括伺服电机、减速机及丝杆，所述伺服电机经减速机后，驱动丝杆旋转，进而通过丝杆驱动固定仿形块622与移动仿形块623相对于环形管件61座做往返运动。
如图5～图7所示，并结合参考如图3、图4，所述激光焊接筒72内远离焊接工作孔74的一端设有X-Y振镜75，用于偏转调整激光器71发出的激光光束，使激光光束沿着环形反射镜73周身移动，对环形管件100与接头200的插接处进行周向激光焊接；所述激光焊接系统还包括焊接电机76、焊接减速机77及焊接丝杆78，所述焊接电机76经焊接减速机77后，驱动焊接丝杆78旋转，进而通过焊接丝杆78驱动激光焊接筒72按照环形管件100的长度方向往返移动，使激光焊接筒72的焊接工作孔74能套设于接头200与环形管件100的插接处之外。
如图7和图8所示，激光光束S先经X-Y振镜75进行偏转调整，再经光学镜片组79将倾斜的激光调整为与激光焊接筒长度方向相平行的激光，并打在环形反射镜73上，接着环形反射镜73对激光进行反射，最后激光打在环形管件100与接头200的插接处，实现对环形管件100与接头200的激光焊接。如图7所示，环形管件与接头的最大直径L1应小于焊接工作孔74的直径；而激光在环形管件与接头上的焊接长度L2为环形反射镜73的高度，并可进行上下调整。
实施例二
一种单工位环形管件周向激光焊接机的焊接方法，步骤如下：
a.将环形管件移送至环形管件座的固定夹管块上，并通过夹管气缸推动滑动夹管块夹紧环形管件；
b.将接头移送至接头座的固定仿形块上，并通过升降气缸机构推动移动仿形块上升，使移动仿形块与固定仿形块相配合夹持接头；
c.在电机压合机构的推动下，固定仿形块与移动仿形块向环形管件座方向移动，使夹持的接头与环形管件相插接；
d.升降气缸机构带动移动仿形块下降，打开移动仿形块对接头的水平限制，传动机构带动环形管件座移动至与激光焊接系统相对应的位置，接头座复位；
e.焊接电机驱动激光焊接筒按照环形管件的长度方向移动，使激光焊接筒的焊接工作孔套设于接头与环形管件的插接处之外；
f.激光器工作，发出的激光光束先经X-Y振镜偏转调整，再经环形反射镜反射并沿着环形反射镜周身移动，对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接；
g.激光焊接系统复位，传动机构带动环形管件座复位，等待下一工作循环；
所述激光焊接系统对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接之时，激光焊接筒根据环形管件在环形管件座上的定位位置执行位移补偿方法，当环形管件的定位位置向前/向后多移动某一距离时，激光焊接筒也相对应地向前/向后补偿某一距离。
以上所述，仅是本发明较佳实施方式，凡是依据本发明的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.单工位环形管件周向激光焊接机，其特征在于，包括：
环形管件插接系统，包括用于定位环形管件的环形管件座、用于将接头插至环形管件的接头座及传动机构，所述环形管件座安装于传动机构上，所述传动机构用于带动环形管件座移动至与激光焊接系统相对应的位置，待环形管件焊接完毕之后再带动环形管件座复位；
激光焊接系统，包括激光器、激光焊接筒及环形反射镜，所述激光焊接筒的一端安装激光器，所述激光焊接筒的另一端设有焊接工作孔，所述环形反射镜安装于焊接工作孔内；所述激光器发出的激光光束经环形反射镜反射后，照射于环形管件上，对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接。
2.根据权利要求1所述的单工位环形管件周向激光焊接机，其特征在于：
所述环形管件座包括夹管基座及安装于夹管基座上的固定夹管块、滑动夹管块和夹管气缸，所述固定夹管块与滑动夹管块的位置相对，所述夹管气缸与滑动夹管块相连接，以带动滑动夹管块滑向固定夹管块，使滑动夹管块与固定夹管块相互配合夹紧环形管件。
3.根据权利要求2所述的单工位环形管件周向激光焊接机，其特征在于：所述固定夹管块及滑动夹管块分别设有夹管块快换插销，通过插拨夹管块快换插销，能快速更换固定夹管块或滑动夹管块。
4.根据权利要求2所述的单工位环形管件周向激光焊接机，其特征在于：所述固定夹管块及滑动夹管块分别设有耐磨聚氨酯垫片。
5.根据权利要求2所述的单工位环形管件周向激光焊接机，其特征在于：所述滑动夹管块设有复位弹簧及手柄，所述夹管气缸设有电磁开关；在未夹持环形管件时，复位弹簧拉着滑动夹管块处于松开复位状态，在需要夹持环形管件时，先通过手柄拉动滑动夹管块滑向固定夹管块，在即将闭合的时候，触动所述电磁开关，夹管气缸工作，推动滑动夹管块夹紧环形管件。
6.根据权利要求1所述的单工位环形管件周向激光焊接机，其特征在于：所述接头座包括插管基座及安装于插管基座上的固定仿形块、移动仿形块、升降气缸机构和电机压合机构；所述升降气缸机构与移动仿形块相连接，以带动移动仿形块上升，使移动仿形块与固定仿形块相配合夹持接头，或者带动移动仿形块下降，打开移动仿形块对接头的水平限制；所述电机压合机构用于推动固定仿形块与移动仿形块向环形管件座方向移动，使夹持的接头与环形管件相插接。
7.根据权利要求6所述的单工位环形管件周向激光焊接机，其特征在于：所述接头座还设有到位判断压力传感器，该到位判断压力传感器与固定仿形块相接触配合，在到位判断压力传感器感应到固定仿形块的压力达到所设定的压力值时，到位判断压力传感器判断接头与环形管件插接成功；所述电机压合机构包括伺服电机、减速机及丝杆，所述伺服电机经减速机后，驱动丝杆旋转，进而通过丝杆驱动固定仿形块与移动仿形块相对于环形管件座做往返运动。
8.根据权利要求1所述的单工位环形管件周向激光焊接机，其特征在于：所述激光焊接筒内远离焊接工作孔的一端设有X-Y振镜，用于偏转调整激光器发出的激光光束，使激光光束沿着环形反射镜周身移动，对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接；所述激光焊接系统还包括焊接电机、焊接减速机及焊接丝杆，所述焊接电机经焊接减速机后，驱动焊接丝杆旋转，进而通过焊接丝杆驱动激光焊接筒按照环形管件的长度方向往返移动，使激光焊接筒的焊接工作孔能套设于接头与环形管件的插接处之外。
9.一种单工位环形管件周向激光焊接机的焊接方法，其特征在于，步骤如下：
a.将环形管件移送至环形管件座的固定夹管块上，并通过夹管气缸推动滑动夹管块夹紧环形管件；
b.将接头移送至接头座的固定仿形块上，并通过升降气缸机构推动移动仿形块上升，使移动仿形块与固定仿形块相配合夹持接头；
c.在电机压合机构的推动下，固定仿形块与移动仿形块向环形管件座方向移动，使夹持的接头与环形管件相插接；
d.升降气缸机构带动移动仿形块下降，打开移动仿形块对接头的水平限制，传动机构带动环形管件座移动至与激光焊接系统相对应的位置，接头座复位；
e.焊接电机驱动激光焊接筒按照环形管件的长度方向移动，使激光焊接筒的焊接工作孔套设于接头与环形管件的插接处之外；
f.激光器工作，发出的激光光束先经X-Y振镜偏转调整，再经环形反射镜反射并沿着环形反射镜周身移动，对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接；
g.激光焊接系统复位，传动机构带动环形管件座复位，等待下一工作循环。
10.根据权利要求9所述单工位环形管件周向激光焊接机的焊接方法，其特征在于：所述激光焊接系统对环形管件与接头的插接处进行周向激光焊接之时，激光焊接筒根据环形管件在环形管件座上的定位位置执行位移补偿方法，当环形管件的定位位置向前/向后多移动某一距离时，激光焊接筒也相对应地向前/向后补偿某一距离。
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Effective date of registration: 20200224

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Pledgee: Dongguan branch of Bank of Dongguan Co., Ltd

Pledgor: DONGGUAN GLORYSTAR LASER TECHNOLOGY COMPANY LIMITED

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