CN107225327A - 一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊方法，包括：(1)采用定位模具装夹A金属立柱；(2)将A金属立柱的上端部加热至软化状态；(3)使被感应加热软化的A金属立柱的上端部插入B金属底座的仿形孔内，获得异种金属激光焊接预装配件；(4)启动与定位模具组件相连的超声波振动源；开启激光，在超声波振动复合能场的辅助作用下，使激光‑MIG复合焊接头沿A金属立柱和B金属底座的连接面轮廓线进行熔钎焊；(5)将异种金属激光焊接装配件移至传送带上，之后落入物料盒内。本发明可以实现大熔深、窄焊缝的焊接效果，获得具有更好冶金质量的焊接接头。本发明还提供了一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊装置。
Description
技术领域
本发明属于激光焊接领域，具体涉及一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊方法及装置。
背景技术
异种金属材料焊接是解决构件同时满足多方面性能要求的有效途径。焊接方法有多种，比如氩弧焊、电阻焊、摩擦焊、电子束焊以及激光焊等。与其他焊接方法相比，激光焊具有热源密度集中、焊缝深宽比大、热影响区小、可控性好等特点，而且相对电子束焊，激光焊接气氛要求低，通常不需要真空环境。
然而，激光焊接相对于传统电弧焊等焊接方法来说，由于其焊缝窄、熔深大，使得其对焊接装夹精度要求很高。尤其是对于装配件来说，如何针对激光焊接特点，通过合理的激光焊接结构设计、工艺方法设计来获得更好的焊接质量和焊接效率，一直是焊接领域的技术难题。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊方法；本发明同时还提供了一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊装置。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊方法，包括如下步骤：
(1)根据待焊的异种金属装配件结构特点，即采用带有与A金属立柱结构匹配的立柱定位槽的定位模具组件夹持待焊件之一的A金属立柱；所述A金属立柱为棱柱体结构，横截面为一多边形，材质为A金属；
(2)通过压紧组件将A金属立柱进行限位并保持固定，同时使高频感应组件向A金属立柱靠近，将A金属立柱的上端部加热至软化状态；
(3)通过吸盘组件将作为另一个待焊件的B金属底座移至A金属立柱正上方；所述B金属底座的材质为B金属，表面设置有用于与A金属立柱装配的仿形孔，同时还设置有三个定位通孔；以B金属底座的定位通孔为基准垂直落下，并将B金属底座压入A金属立柱，使得在步骤(2)中被感应加热软化的A金属立柱的上端部插入B金属底座的仿形孔内，同时保证B金属底座的端面与A金属立柱的端面平齐，实现两者的过盈配合压力装配，即获得异种金属激光焊接预装配件；
优选的，在A金属立柱和B金属底座完成两者的过盈配合压力装配后，通过高频感应加热组件对异种金属激光焊接预装配件的焊接位置进行再次加热，即实现焊接位置的预热效果，提升其可焊性；
(4)启动设置与定位模具组件相连的超声波振动源；开启激光，使激光-MIG复合焊接头在六轴机器人的驱动下沿A金属立柱和B金属底座的连接面轮廓线进行熔钎焊；在超声波振动复合能场的辅助作用下，钎料快速均匀渗透并润湿异种金属装配件的焊接部位界面，得到充分冶金反应，并在激光束移开后的冷却凝固阶段获得细晶强化效果，形成异种金属激光焊接装配件；
(5)通过真空吸盘吸附异种金属激光焊接装配件，将异种金属激光焊接装配件移至传送带上，之后沿滑槽落入物料盒内。
本发明还提供了一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊装置，包括A金属立柱上料组件、B金属底座上料组件、激光-MIG复合焊接组件、异种金属装配件下料组件、凸轮分割器组件和机架；
所述凸轮分割器组件包括定位模具组件、工作台、多通路气动旋转接头、凸轮分割器、同步轮组件、减速电机，所述工作台呈圆形，其上表面沿圆周方向均匀设置有四组定位模具组件；所述多通路气动旋转接头安装在工作台的中心位置；所述凸轮分割器设置在工作台下方中心处；所述同步轮组件包括两个主从动同步轮和一条同步带，其中从动同步轮安装在凸轮分割器的转轴上，主动同步轮安装在减速电机的转轴上，减速电机通过同步轮组件驱动凸轮分割器，进而驱动工作台转动；
所述定位模具组件包括限位固定阶梯轴、高频感应加热组件、定位模具、A金属立柱压紧块组件和超声波探头装置；
所述定位模具上设置有与A金属立柱结构匹配的立柱定位槽；所述限位固定阶梯轴有三根，每根轴上均套装有缓冲弹簧，三根限位固定阶梯轴均设置在定位模具的上表面，其位置与B金属底座上三个定位通孔的位置相匹配，用于在焊接时插入B金属底座上的三个定位通孔；所述超声波探头装置固定安装在定位模具底部中间位置；
所述高频感应加热组件有两组，对称设置在定位模具上立柱定位槽的两侧；所述高频感应加热组件具体包括第三紧凑型气缸、第二L形气缸安装板、高频感应加热丝安装板和高频感应加热丝，所述第三紧凑型气缸通过第二L形气缸安装板安装在定位模具上表面上，高频感应加热丝安装板与第三紧凑型气缸的活塞杆末端通过螺纹孔配合安装，高频感应加热丝则定位安装在高频感应加热丝安装板上；
所述A金属立柱压紧块组件设置在定位模具的侧面，用于压紧A金属立柱的平面端；所述A金属立柱压紧块组件具体包括第四紧凑型气缸、第三L形气缸安装板、弹簧和匸形压紧块，所述第四紧凑型气缸通过第三L形气缸安装板安装在工作台上表面，匸形压紧块与第四紧凑型气缸的活塞杆通过螺纹孔配合安装，弹簧与第四紧凑型气缸的活塞杆末端同轴配合安装；所述匸形压紧块的两臂之间的距离与A金属立柱的厚度匹配，当第四紧凑型气缸的活塞杆伸出时，匸形压紧块向A金属立柱方向靠近，直至A金属立柱插入匸形压紧块内与弹簧抵接，即实现了A金属立柱的压紧；
所述A金属立柱上料组件包括振动盘、送料直板、定位板、导杆、直振器、型材架、A金属立柱移料组件、气爪组件和X向移动组件，其中，振动盘、送料直板和A金属立柱移料组件构成A金属立柱的输出单元，送料直板一侧连接振动盘，另一侧连接A金属立柱移料组件，底部设置了直振器，且A金属立柱移料组件与直振器均安装在型材架上；四根导杆安装在定位板底面上，将定位板支撑安装在送料直板上方；所述X向移动组件安装在定位板上；
所述X向移动组件包括X向气缸、X向定位板、直线轴承、X向光轴和X向移动板，其中，X向定位板固定安装在定位板上，X向气缸与X向定位板的中心通孔同轴配合安装，X向气缸的活塞杆一端连接X向移动板，两个直线轴承对称固定安装在X向定位板两侧，两根X向光轴分别与两个直线轴承同轴安装，X向光轴的末端安装在X向定位板对应的螺纹孔处，在X向气缸的驱动下，带动X向定位板进行往复运动；
所述气爪组件包括T形板、第一转接件、第二转接件、第一带杆气缸、气爪和气爪手指；所述T形板与X向定位板通过孔配合安装，第一转接件呈L形，一侧安装在T形板上，另一侧安装了第一带杆气缸，第二转接件也呈L形，一侧安装在第一带杆气缸的活塞杆端面上，另一侧安装了气爪，气爪手指为一对，通过孔配合对称安装在气爪上；
所述A金属立柱移料组件包括第一紧凑型气缸、第一气缸固定板、移料块、移料滑槽板、挡料板、移料弹簧和限位螺钉；其中，第一紧凑型气缸与第一气缸固定板的通孔同轴配合安装，移料块一侧为平面，另一侧与A金属立柱侧面轮廓共形，并通过螺纹孔安装在第一紧凑型气缸的活塞杆末端，挡料板、移料弹簧和限位螺钉构成缓冲压紧装置，移料弹簧一侧固定在挡料板上，另一侧与限位螺钉同轴配合安装；当A金属立柱经送料直板输出至移料滑槽板内时，移料块在第一紧凑型气缸驱动下将A金属立柱移至靠限位螺钉一侧，为气爪手指抓取做准备；
所述B金属底座上料组件包括储料组件、限位板、旋转工作台、电控旋转台、电控旋转台支架、升降模组组件、B金属底座移料组件和预压组件，其中储料组件与限位板共三组，均匀设置在旋转工作台圆周方向上，电控旋转台安装在电控旋转台支架上，并设置在旋转工作台下方，通过孔配合进行安装，升降模组组件和B金属底座移料组件分别设置在旋转工作台外围，预压组件安装在升降模组组件的型材架上；
所述储料组件包括限位杆、导柱、肘夹、升降板、储料底板和把手，所述限位杆共三个，通过螺纹孔配合安装在储料底板上，B金属底座通过其表面的三个定位通孔穿过限位杆并以多个为一组进行堆叠，B金属底座下方设有升降板，所述升降板四个顶角为内凹圆角，并分别与四根导柱同轴配合，两组肘夹对称设置在储料底板两侧并居中，用于压紧固定储料底板，两组把手对称设置在储料底板前后位置；
所述升降模组组件包括从动同步轮转轴组件、支撑板、从动同步轮、同步带、限位开关、升降滑块组件、加强筋、伺服马达、主动同步轮和导轨；支撑板与加强筋构成升降模组组件整体的安装结构，其中加强筋为一对，对称设置在支撑板后方底部，伺服马达也安装在支撑板后方底部，且位于一对加强筋之间，伺服马达的转轴与主动同步轮同轴配合安装，主动同步轮、同步带和从动同步轮构成带传动结构，其中从动同步轮设置在支撑板上方，并与从动同步轮转轴组件同轴配合安装，限位开关为一对，设置在支撑板同一侧面，用于限制的升降板运动的上下极限位置；
所述升降滑块组件包括凸形转接件、导轨滑块、同步带齿形夹板、挡片、直角板和顶块；升降滑块组件通过导轨滑块安装在导轨上，导轨滑块前端和侧面通过螺纹配合分别固定安装了凸形转接件与同步带齿形夹板，同步带穿过同步带齿形夹板并通过齿形配合和螺母进行压紧固定；直角板一面固定安装在凸形转接件上，另一面安装了顶块，挡片成N字形安装在直角板侧面；
所述B金属底座移料组件包括第一电动模组、第三转接件、上料真空吸盘组件、第一T形型材架和第一角座，第一电动模组安装在第一T形型材架上，上料真空吸盘组件通过第三转接件安装在第一电动模组丝杠螺母座上，在电机的驱动下上料真空吸盘组件实现直线往复运动；
所述上料真空吸盘组件包括第四转接件、第二带杆气缸、真空吸盘和定位圆盘，第四转接件呈L形，一面安装在第三转接件上，另一面安装有第二带杆气缸，定位圆盘设置在第二带杆气缸的活塞杆端面下方并通过孔配合实现安装定位，真空吸盘共三个，分别与定位圆盘的三个定位孔同轴配合安装；
所述预压组件包括L形型材架、第二角座、第一行程气缸、L形安装板、柱状卡件、定位卡块、滑轨组件和第二气缸固定板、铆压气缸和压块；第二角座设置在L形型材架直角处，L形安装板通过定位孔安装在L形型材架一端，第一行程气缸与L形型材架所开的通孔同轴配合安装，第一行程气缸活塞杆与柱状卡件螺纹配合安装，定位卡块呈T字形，其一端开有圆形凹槽，并与柱状卡件同轴间隙配合安装，滑轨组件为一对，对称安装在L形安装板U形通槽两侧，第二气缸固定板上表面与滑轨组件的滑块连接，下表面安装了铆压气缸，压块呈U形，其一端与铆压气缸的活塞杆螺纹配合安装，另一端下方设有两个圆形凸台，在第一行程气缸的驱动下，铆压气缸和压块被移至异种装配件上方；
所述激光-MIG复合焊接组件包括六轴机器人、送丝机支架、送丝机、复合焊接头支架、激光焊接头、MIG焊接头，其中送丝机通过送丝机支架安装在六轴机器人上，复合焊接头支架呈L形，其一端通过孔配合安装在六轴机器人第六关节上，另一端外侧安装有MIG焊接头，内侧安装了激光焊接头；
所述异种金属装配件下料组件包括第二电动模组、下料真空吸盘组件、第三角座、第二T形型材架、传送带、下料滑槽，其中第二电动模组固定在第二T形型材架上，下料真空吸盘组件安装在第二电动模组的丝杠螺母座上，传送带位于第二电动模组后方，其尾端设置了下料滑槽。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明根据异种金属装配件的结构特征与装配工序的要求，先将A金属立柱通过振动盘和气爪组件送至定位模具组件内，接着将B金属底座与A金属立柱通过高频感应加热和铆压的方法实现过盈配合装配，其工作原理主要是将A金属立柱感应加热至再结晶温度以上，待其软化后通过压力装配的方式实现过盈配合为高精密激光焊接提供条件，并可以实现大熔深、窄焊缝的焊接效果。由于其焊接结构直接利用了机械零部件的配合特性，使得其待焊部位的装夹精度(亦即配合精度)符合机械公差配合标准，即有了确定的表征方法和检测标准，从而使得激光焊缝的尺寸精度得到大大提高。
2、本发明根据异种金属装配件的焊接工艺要求，提出了一种超声辅助作用下的激光-MIG复合焊接方法，超声波振动复合能场的作用使得钎料快速均匀渗透并润湿异种金属装配件的焊接部位界面，得到充分冶金反应，并在激光束移开后的冷却凝固阶段获得细晶强化效果，即可使异种金属焊接接头的组织结晶细化，熔深更大，成型更好，焊接的力学性能得到显著提高。该方法具有普适性，可广泛应用于异种金属工件的高强度焊接，尤其是对常规焊接工艺兼容性较差的异种金属焊接，采用本发明基于金属材料冶金原理的超声辅助作用下的激光-MIG复合焊接方法，可以有效改善其焊接过程的冶金反应与凝固质量，获得更好冶金质量的焊接接头，另一方面亦即提高了对异种材料的焊接工艺兼容性。
3、本发明的异种金属装配件超声波辅助激光钎焊装置，通过巧妙、合理的激光焊接结构设计、工艺方法设计结构设计，使得在紧凑的空间内集成了高频感应热源、激光-MIG复合焊、超声波振动三个复合能场，通过工艺程序设计使得各自在焊前、焊中、焊后对焊接位置进行优化的加工处理，并且自动化程度高，实现了加工效率、焊接质量的同时兼顾。
附图说明
图1为本发明所述异种金属装配件的结构图；
图2为本发明所述异种金属装配件超声波辅助激光钎焊装置的总体结构图；
图3为凸轮分割器组件的结构图；
图4为定位模具组件的结构图；
图5为定位模具组件底部的结构图；
图6为高频感应加热组件的结构图；
图7为A金属立柱压紧块组件的结构图；
图8为A金属立柱上料组件的结构图；
图9为X向移动组件的结构图；
图10为气爪组件的结构图；
图11为A金属立柱移料组件的结构图；
图12为B金属底座上料组件的结构图；
图13为储料组件的结构图；
图14为升降模组组件的结构图；
图15为升降滑块组件的结构图；
图16为B金属底座移料组件的结构图；
图17为上料真空吸盘组件的结构图；
图18为预压组件的结构图；
图19为激光-MIG复合焊接组件的结构图；
图20为异种金属装配件下料组件的结构图；
图中标号的含义如下：
A金属立柱上料组件1、B金属底座上料组件2、激光-MIG复合焊接组件3、异种金属装配件下料组件4、凸轮分割器组件5、机架6、异种金属装配件7、振动盘101、送料直板102、定位板103、导杆104、直振器105、型材架106、A金属立柱移料组件107、气爪组件108、X向移动组件109、X向气缸1091、X向定位板1092、直线轴承1093、X向光轴1094、X向移动板1095、气爪组件108、T形板1081、第一转接件1082、第二转接件1083、第一带杆气缸1084、气爪1085、气爪手指1086、第一紧凑型气缸1071、第一气缸固定板1072、移料块1073、移料滑槽板1074、挡料板1075、移料弹簧1076、限位螺钉1077、储料组件201、限位板202、旋转工作台203、电控旋转台204、电控旋转台支架205、升降模组组件206、B金属底座移料组件207、预压组件208、限位杆2011、导柱2012、肘夹2013、升降板2014、储料底板2015、把手2016、从动同步轮转轴组件2061、支撑板2062、从动同步轮2063、同步带2064、限位开关2065、升降滑块组件2066、加强筋2067、伺服马达2068、主动同步轮2069、导轨20610、凸形转接件20661、导轨滑块20662、同步带齿形夹板20663、挡片20664、直角板20665、顶块20666、第一电动模组2071、第三转接件2072、上料真空吸盘组件2073、第一T形型材架2074、第一角座2075、第四转接件20731、第二带杆气缸20733、定位圆盘20734、L形型材架2081、第二角座2082、第一行程气缸2083、L形安装板2084、柱状卡件2085、定位卡块2086、滑轨组件2087、铆压气缸2089、压块20810、六轴机器人301、送丝机支架302、送丝机303、复合焊接头支架304、激光焊接头305、MIG焊接头306、第二电动模组401、下料真空吸盘组件402、第三角座403、第二T形型材架404、传送带405、下料滑槽406、定位模具组件501、工作台502、多通路气动旋转接头503、凸轮分割器504、同步轮505、减速电机506、限位固定阶梯轴5011、高频感应加热组件5012、定位模具5013、A金属立柱压紧块组件5014、超声波探头装置5015、第二紧凑型气缸50141、第一L形气缸安装板50142、弹簧50143、匸形压紧块50144、第三紧凑型气缸50121、第二L形气缸安装板50122、高频感应加热丝安装板50123、高频感应加热丝50124、A金属立柱701、B金属底座702。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，本发明所述的异种金属装配件7由A金属立柱701和B金属底座702组成，A金属立柱701和B金属底座702，以及两者装配焊接后形成的异种金属装配件7均为轴对称结构，所述A金属立柱701为棱柱体结构，横截面为一多边形，材质为A金属，比如其可以是紫铜立柱。所述B金属底座的材质为B金属，其与A金属立柱701的材质不同，比如其可以是黄铜底座。所述B金属底座702表面设置有用于与A金属立柱701装配的仿形孔，同时还设置有三个定位通孔。A金属立柱701的一个端部插入B金属底座702的仿形孔内，并与B金属底座702焊接在一起，实现可靠连接。
本发明提供了一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊方法，具体包括如下步骤：
(1)根据待焊的异种金属装配件结构特点，即采用带有与A金属立柱701结构匹配的立柱定位槽的定位模具组件夹持待焊件之一的A金属立柱701；所述A金属立柱701为棱柱体结构，横截面为一多边形，材质为A金属；
(2)通过压紧组件将A金属立柱701进行限位并保持固定，同时使高频感应组件向A金属立柱701靠近，将A金属立柱701的上端部加热至软化状态；
(3)通过吸盘组件将作为另一个待焊件的B金属底座702移至A金属立柱701正上方；所述B金属底座702的材质为B金属，表面设置有用于与A金属立柱701装配的仿形孔，同时还设置有三个定位通孔；以B金属底座702的定位通孔为基准垂直落下，并将B金属底座702压入A金属立柱701，使得在步骤(2)中被感应加热软化的A金属立柱701的上端部插入B金属底座702的仿形孔内，同时保证B金属底座702的端面与A金属立柱701的端面平齐，实现两者的过盈配合压力装配，即获得异种金属激光焊接预装配件；
优选的，在A金属立柱701和B金属底座702完成两者的过盈配合压力装配后，通过高频感应加热组件对异种金属激光焊接预装配件的焊接位置进行再次加热，即实现焊接位置的预热效果，提升其可焊性；
(4)启动设置与定位模具组件相连的超声波振动源；开启激光，使激光-MIG复合焊接头在六轴机器人的驱动下沿A金属立柱701和B金属底座702的连接面轮廓线进行熔钎焊；在超声波振动复合能场的辅助作用下，钎料快速均匀渗透并润湿异种金属装配件的焊接部位界面，得到充分冶金反应，并在激光束移开后的冷却凝固阶段获得细晶强化效果，形成异种金属激光焊接装配件；
(5)通过真空吸盘吸附异种金属激光焊接装配件，将异种金属激光焊接装配件移至传送带上，之后沿滑槽落入物料盒内。
本发明还提供了一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊装置，其主体采用四分度凸轮分割器驱动，凸轮分割器工作台的外围依次设置了四个装配加工工位，每个装配加工工位上均设有相同的定位模具；所述四个装配加工工位分别为A金属立柱上料工位、B金属底座上料工位、激光-MIG复合焊接工位、异种金属装配件下料工位。
如图2-20所示，本发明所述异种金属装配件超声波辅助激光钎焊装置包括A金属立柱上料组件1、B金属底座上料组件2、激光-MIG复合焊接组件3、异种金属装配件下料组件4、凸轮分割器组件5和机架6。
所述凸轮分割器组件5包括定位模具组件501、工作台502、多通路气动旋转接头503、凸轮分割器504、同步轮组件505、减速电机506，所述工作台502呈圆形，其上表面沿圆周方向均匀设置有四组定位模具组件501；所述多通路气动旋转接头503安装在工作台502的中心位置；所述凸轮分割器504设置在工作台502下方中心处；所述同步轮组件505包括两个主从动同步轮和一条同步带，其中从动同步轮安装在凸轮分割器504的转轴上，主动同步轮安装在减速电机506的转轴上，减速电机506通过同步轮组件505驱动凸轮分割器504，进而驱动工作台502转动。
所述定位模具组件501包括限位固定阶梯轴5011、高频感应加热组件5012、定位模具5013、A金属立柱压紧块组件5014和超声波探头装置5015。
所述定位模具5013上设置有与A金属立柱701结构匹配的立柱定位槽；所述限位固定阶梯轴5011有三根，每根轴上均套装有缓冲弹簧，三根限位固定阶梯轴5011均设置在定位模具5013的上表面，其位置与B金属底座702上三个定位通孔的位置相匹配，用于在焊接时插入B金属底座702上的三个定位通孔。所述超声波探头装置5015固定安装在定位模具5013底部中间位置。
所述高频感应加热组件5012有两组，对称设置在定位模具5013上立柱定位槽的两侧。所述高频感应加热组件5012具体包括第三紧凑型气缸50121、第二L形气缸安装板50122、高频感应加热丝安装板50123和高频感应加热丝50124，所述第三紧凑型气缸50121通过第二L形气缸安装板50122安装在定位模具5013上表面上，高频感应加热丝安装板50123与第三紧凑型气缸50121的活塞杆末端通过螺纹孔配合安装，高频感应加热丝50124则定位安装在高频感应加热丝安装板50123上。
所述A金属立柱压紧块组件5014设置在定位模具5013的侧面，用于压紧A金属立柱701的平面端。所述A金属立柱压紧块组件5014具体包括第四紧凑型气缸50141、第三L形气缸安装板50142、弹簧50143和匸形压紧块50144，所述第四紧凑型气缸50141通过第三L形气缸安装板50142安装在工作台502上表面，匸形压紧块50144与第四紧凑型气缸50141的活塞杆通过螺纹孔配合安装，弹簧50143与第四紧凑型气缸50141的活塞杆末端同轴配合安装。所述匸形压紧块50144的两臂之间的距离与A金属立柱701的厚度匹配，当第四紧凑型气缸50141的活塞杆伸出时，匸形压紧块50144向A金属立柱701方向靠近，直至A金属立柱701插入匸形压紧块50144内与弹簧50143抵接，即实现了A金属立柱701的压紧。
所述A金属立柱上料组件1包括振动盘101、送料直板102、定位板103、导杆104、直振器105、型材架106、A金属立柱移料组件107、气爪组件108和X向移动组件109，其中，振动盘101、送料直板102和A金属立柱移料组件107构成A金属立柱的输出单元，送料直板102一侧连接振动盘101，另一侧连接A金属立柱移料组件107，底部设置了直振器105，且A金属立柱移料组件107与直振器105均安装在型材架106上。四根导杆104安装在定位板103底面上，将定位板103支撑安装在送料直板102上方；所述X向移动组件109安装在定位板103上。
所述X向移动组件109包括X向气缸1091、X向定位板1092、直线轴承1093、X向光轴1094和X向移动板1095，其中，X向定位板1092固定安装在定位板103上，X向气缸1091与X向定位板1092的中心通孔同轴配合安装，X向气缸1091的活塞杆一端连接X向移动板1095，两个直线轴承1093对称固定安装在X向定位板1092两侧，两根X向光轴1094分别与两个直线轴承1093同轴安装，X向光轴1094的末端安装在X向定位板1092对应的螺纹孔处，在X向气缸1091的驱动下，带动X向定位板1092进行往复运动。
所述气爪组件108包括T形板1081、第一转接件1082、第二转接件1083、第一带杆气缸1084、气爪1085和气爪手指1086；所述T形板1081与X向定位板1092通过孔配合安装，第一转接件1082呈L形，一侧安装在T形板1081上，另一侧安装了第一带杆气缸1084，第二转接件1083也呈L形，一侧安装在第一带杆气缸1084的活塞杆端面上，另一侧安装了气爪1085，气爪手指1086为一对，通过孔配合对称安装在气爪1085上。
所述A金属立柱移料组件107包括第一紧凑型气缸1071、第一气缸固定板1072、移料块1073、移料滑槽板1074、挡料板1075、移料弹簧1076和限位螺钉1077；其中，第一紧凑型气缸1071与第一气缸固定板1072的通孔同轴配合安装，移料块1073一侧为平面，另一侧与A金属立柱701侧面轮廓共形，并通过螺纹孔安装在第一紧凑型气缸1071的活塞杆末端，挡料板1075、移料弹簧1076和限位螺钉1077构成缓冲压紧装置，移料弹簧1076一侧固定在挡料板1075上，另一侧与限位螺钉1077同轴配合安装。当A金属立柱701经送料直板102输出至移料滑槽板1074内时，移料块1073在第一紧凑型气缸1071驱动下将A金属立柱701移至靠限位螺钉1077一侧，为气爪手指1086抓取做准备。
所述B金属底座上料组件2包括储料组件201、限位板202、旋转工作台203、电控旋转台204、电控旋转台支架205、升降模组组件206、B金属底座移料组件207和预压组件208，其中储料组件201与限位板202共三组，均匀设置在旋转工作台203圆周方向上，电控旋转台204安装在电控旋转台支架205上，并设置在旋转工作台203下方，通过孔配合进行安装，升降模组组件206和B金属底座移料组件207分别设置在旋转工作台203外围，预压组件208安装在升降模组组件206的型材架上。
所述储料组件201包括限位杆2011、导柱2012、肘夹2013、升降板2014、储料底板2015和把手2016，所述限位杆2011共三个，通过螺纹孔配合安装在储料底板2015上，B金属底座702通过其表面的三个定位通孔穿过限位杆2011并以多个为一组进行堆叠，B金属底座702下方设有升降板2014，所述升降板2014四个顶角为内凹圆角，并分别与四根导柱2012同轴配合，两组肘夹2013对称设置在储料底板2015两侧并居中，用于压紧固定储料底板2015，两组把手2016对称设置在储料底板2015前后位置。
所述升降模组组件206包括从动同步轮转轴组件2061、支撑板2062、从动同步轮2063、同步带2064、限位开关2065、升降滑块组件2066、加强筋2067、伺服马达2068、主动同步轮2069和导轨20610。支撑板2062与加强筋2067构成升降模组组件206整体的安装结构，其中加强筋2067为一对，对称设置在支撑板2062后方底部，伺服马达2068也安装在支撑板2062后方底部，且位于一对加强筋2067之间，伺服马达2068的转轴与主动同步轮2069同轴配合安装，主动同步轮2069、同步带2064和从动同步轮2063构成带传动结构，其中从动同步轮2063设置在支撑板2062上方，并与从动同步轮转轴组件2061同轴配合安装，限位开关2065为一对，设置在支撑板2062同一侧面，用于限制的升降板2014运动的上下极限位置。
所述升降滑块组件2066包括凸形转接件20661、导轨滑块20662、同步带齿形夹板20663、挡片20664、直角板20665和顶块20666。升降滑块组件2066通过导轨滑块20662安装在导轨20610上，导轨滑块20662前端和侧面通过螺纹配合分别固定安装了凸形转接件20661与同步带齿形夹板20663，同步带2064穿过同步带齿形夹板20663并通过齿形配合和螺母进行压紧固定。直角板20665一面固定安装在凸形转接件20661上，另一面安装了顶块20666，挡片20664成N字形安装在直角板20665侧面。
所述B金属底座移料组件207包括第一电动模组2071、第三转接件2072、上料真空吸盘组件2073、第一T形型材架2074和第一角座2075，第一电动模组2071安装在第一T形型材架2074上，上料真空吸盘组件2073通过第三转接件2072安装在第一电动模组2071丝杠螺母座上，在电机的驱动下上料真空吸盘组件2073实现直线往复运动。
所述上料真空吸盘组件2073包括第四转接件20731、第二带杆气缸20732、真空吸盘20733和定位圆盘20734，第四转接件20731呈L形，一面安装在第三转接件2072上，另一面安装有第二带杆气缸20732，定位圆盘20734设置在第二带杆气缸20732的活塞杆端面下方并通过孔配合实现安装定位，真空吸盘20733共三个，分别与定位圆盘20734的三个定位孔同轴配合安装。
所述预压组件208包括L形型材架2081、第二角座2082、第一行程气缸2083、L形安装板2084、柱状卡件2085、定位卡块2086、滑轨组件2087和第二气缸固定板2088、铆压气缸2089和压块20810；第二角座2082设置在L形型材架2081直角处，L形安装板2084通过定位孔安装在L形型材架2081一端，第一行程气缸2083与L形型材架2081所开的通孔同轴配合安装，第一行程气缸2083活塞杆与柱状卡件2085螺纹配合安装，定位卡块2086呈T字形，其一端开有圆形凹槽，并与柱状卡件2085同轴间隙配合安装，滑轨组件2087为一对，对称安装在L形安装板2084U形通槽两侧，第二气缸固定板2088上表面与滑轨组件2087的滑块连接，下表面安装了铆压气缸2089，压块20810呈U形，其一端与铆压气缸2089的活塞杆螺纹配合安装，另一端下方设有两个圆形凸台，在第一行程气缸2083的驱动下，铆压气缸2089和压块20810被移至异种装配件上方；
所述激光-MIG复合焊接组件3包括六轴机器人301、送丝机支架302、送丝机303、复合焊接头支架304、激光焊接头305和MIG焊接头306，其中送丝机303通过送丝机支架302安装在六轴机器人301上，复合焊接头支架304呈L形，其一端通过孔配合安装在六轴机器人301第六关节上，另一端外侧安装有MIG焊接头306，内侧安装了激光焊接头305。
所述异种金属装配件下料组件4包括第二电动模组401、下料真空吸盘组件402、第三角座403、第二T形型材架404、传送带405、下料滑槽406，其中第二电动模组401固定在第二T形型材架404上，下料真空吸盘组件402安装在第二电动模组401的丝杠螺母座上，传送带405位于第二电动模组401后方，其尾端设置了下料滑槽406。
上述异种金属装配件超声波辅助激光钎焊装置的工作过程为：
首先，在A金属立柱上料工位，A金属立柱701经振动盘101、直振器105、送料直板102等装置输送至A金属立柱移料组件107，A金属立柱701输出至移料滑槽板1074内时，在第一紧凑型气缸1071的驱动下，A金属立柱701被移至靠限位螺钉1077一侧，气爪手指1086下落并夹取A金属立柱107并在X向移动组件109的作用下移至定位模具5013上方，气爪手指1086下落并将A金属立柱701平稳放置在定位模具5013内，接着被A金属立柱压紧块装置5014限位在定位模具5013内并保持固定。
然后凸轮分割器组件5工作，使第二个定位模具5013进入A金属立柱上料工位；此时，第一个定位模具5013进入B金属底座上料工位，电控旋转工作台204将储料组件201旋转至升降模组组件206上方，在伺服马达2068的驱动下顶块20666接触升降板2014并将其沿导柱2012向上抬升，吸盘组件2073在第一电动模组2071驱动下移至储料组件201正上方，在第二带杆气缸20732作用下真空吸盘下移并吸附B金属底座702，接着第二带杆气缸20732复位，B金属底座702脱离储料组件201，并在第一电动模组2071驱动下到达A金属立柱701正上方，同时高频感应加热组件5012向A金属立柱701靠近，将其感应加热至软化状态，然后B金属底座702在吸盘组件2073作用下以定位孔为基准沿限位固定阶梯轴5011垂直落下，吸盘组件2073复位并重复上述动作。在第一行程气缸2083驱动下，铆压气缸2089被移至B金属底座702的上方，在铆压气缸作用2089下压块20810的两个前后设置的圆形凸台接触B金属底座702表面并将其压入A金属立柱701，实现过盈配合压力装配。
接着凸轮分割器组件5工作，使第三个定位模具5013进入A金属立柱上料工位；第二个定位模具5013进入B金属底座上料工位；此时第一个定位模具进入激光-MIG复合焊接工位，高频感应加热组件5012对压力装配后的工件再次加热，同时定位模具5013下方的超声波探头5015按预设频率启动，惰性气体喷嘴308吹气，激光-MIG复合焊接头在六轴机器人301的驱动下沿A金属立柱701和B金属底座702异形孔的交接面轮廓线且靠A金属立柱701一侧进行熔钎焊；在超声波振动复合能场的辅助作用下，钎料快速均匀渗透并润湿异种金属装配件的焊接部位界面，得到充分冶金反应，并在激光束移开后的冷却凝固阶段获得细晶强化效果，形成异种金属激光焊接装配件。
焊接完毕后，凸轮分割器组件5工作，使第四个定位模具5013进入A金属立柱上料工位；第三个定位模具进入B金属底座上料工位进行工件的过盈配合压力装配；第二个定位模具5013进入激光-MIG复合焊接工位进行焊接；此时第一个定位模具5013进入异种金属装配件下料工位，下料真空吸盘组件402下移吸附异种金属装配件7，接着A金属立柱压紧块装置5014与高频感应加热组件5012复位，在第二电动模组401作用下，异种金属装配件7离开定位模具5013并被移至传送带405上，在传送带末端沿滑槽406落入物料盒内。
最后，凸轮分割器5继续工作，使四个定位模具5013依次进入对应的工位，不断循环。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (3)
1.一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据待焊的异种金属装配件结构特点，即采用带有与A金属立柱结构匹配的立柱定位槽的定位模具组件夹持待焊件之一的A金属立柱；所述A金属立柱为棱柱体结构，横截面为一多边形，材质为A金属；
(2)通过压紧组件将A金属立柱进行限位并保持固定，同时使高频感应组件向A金属立柱靠近，将A金属立柱的上端部加热至软化状态；
(3)通过吸盘组件将作为另一个待焊件的B金属底座移至A金属立柱正上方；所述B金属底座的材质为B金属，表面设置有用于与A金属立柱装配的仿形孔，同时还设置有三个定位通孔；以B金属底座的定位通孔为基准垂直落下，并将B金属底座压入A金属立柱，使得在步骤(2)中被感应加热软化的A金属立柱的上端部插入B金属底座的仿形孔内，同时保证B金属底座的端面与A金属立柱的端面平齐，实现两者的过盈配合压力装配，即获得异种金属激光焊接预装配件；
(4)启动设置与定位模具组件相连的超声波振动源；开启激光，使激光-MIG复合焊接头在六轴机器人的驱动下沿A金属立柱和B金属底座的连接面轮廓线进行熔钎焊；在超声波振动复合能场的辅助作用下，钎料快速均匀渗透并润湿异种金属装配件的焊接部位界面，得到充分冶金反应，并在激光束移开后的冷却凝固阶段获得细晶强化效果，形成异种金属激光焊接装配件；
(5)通过真空吸盘吸附异种金属激光焊接装配件，将异种金属激光焊接装配件移至传送带上，之后沿滑槽落入物料盒内。
2.根据权利要求1所述的异种金属装配件超声波辅助激光钎焊方法，其特征在于，步骤(2)中在A金属立柱和B金属底座完成两者的过盈配合压力装配后，通过高频感应加热组件对异种金属激光焊接预装配件的焊接位置进行再次加热，即实现焊接位置的预热效果。
3.一种异种金属装配件超声波辅助激光钎焊装置，其特征在于，包括A金属立柱上料组件(1)、B金属底座上料组件(2)、激光-MIG复合焊接组件(3)、异种金属装配件下料组件(4)、凸轮分割器组件(5)和机架(6)；
所述凸轮分割器组件(5)包括定位模具组件(501)、工作台(502)、多通路气动旋转接头(503)、凸轮分割器(504)、同步轮组件(505)、减速电机(506)，所述工作台(502)呈圆形，其上表面沿圆周方向均匀设置有四组定位模具组件(501)；所述多通路气动旋转接头(503)安装在工作台(502)的中心位置；所述凸轮分割器(504)设置在工作台(502)下方中心处；所述同步轮组件(505)包括两个主从动同步轮和一条同步带，其中从动同步轮安装在凸轮分割器(504)的转轴上，主动同步轮安装在减速电机(506)的转轴上，减速电机(506)通过同步轮组件(505)驱动凸轮分割器(504)，进而驱动工作台(502)转动；
所述定位模具组件(501)包括限位固定阶梯轴(5011)、高频感应加热组件(5012)、定位模具(5013)、A金属立柱压紧块组件(5014)和超声波探头装置(5015)；
所述定位模具(5013)上设置有与A金属立柱(701)结构匹配的立柱定位槽；所述限位固定阶梯轴(5011)有三根，每根轴上均套装有缓冲弹簧，三根限位固定阶梯轴(5011)均设置在定位模具(5013)的上表面，其位置与B金属底座(702)上三个定位通孔的位置相匹配，用于在焊接时插入B金属底座(702)上的三个定位通孔；所述超声波探头装置(5015)固定安装在定位模具(5013)底部中间位置；
所述高频感应加热组件(5012)有两组，对称设置在定位模具(5013)上立柱定位槽的两侧；所述高频感应加热组件(5012)具体包括第三紧凑型气缸(50121)、第二L形气缸安装板(50122)、高频感应加热丝安装板(50123)和高频感应加热丝(50124)，所述第三紧凑型气缸(50121)通过第二L形气缸安装板(50122)安装在定位模具(5013)上表面上，高频感应加热丝安装板(50123)与第三紧凑型气缸(50121)的活塞杆末端通过螺纹孔配合安装，高频感应加热丝(50124)则定位安装在高频感应加热丝安装板(50123)上；
所述A金属立柱压紧块组件(5014)设置在定位模具(5013)的侧面，用于压紧A金属立柱(701)的平面端；所述A金属立柱压紧块组件(5014)具体包括第四紧凑型气缸(50141)、第三L形气缸安装板(50142)、弹簧(50143)和形压紧块(50144)，所述第四紧凑型气缸(50141)通过第三L形气缸安装板(50142)安装在工作台(502)上表面，形压紧块(50144)与第四紧凑型气缸(50141)的活塞杆通过螺纹孔配合安装，弹簧(50143)与第四紧凑型气缸(50141)的活塞杆末端同轴配合安装；所述形压紧块(50144)的两臂之间的距离与A金属立柱(701)的厚度匹配，当第四紧凑型气缸(50141)的活塞杆伸出时，形压紧块(50144)向A金属立柱(701)方向靠近，直至A金属立柱(701)插入形压紧块(50144)内与弹簧(50143)抵接，即实现了A金属立柱(701)的压紧；
所述A金属立柱上料组件(1)包括振动盘(101)、送料直板(102)、定位板(103)、导杆(104)、直振器(105)、型材架(106)、A金属立柱移料组件(107)、气爪组件(108)和X向移动组件(109)，其中，振动盘(101)、送料直板(102)和A金属立柱移料组件(107)构成A金属立柱的输出单元，送料直板(102)一侧连接振动盘(101)，另一侧连接A金属立柱移料组件(107)，底部设置了直振器(105)，且A金属立柱移料组件(107)与直振器(105)均安装在型材架(106)上；四根导杆(104)安装在定位板(103)底面上，将定位板(103)支撑安装在送料直板(102)上方；所述X向移动组件(109)安装在定位板(103)上；
所述X向移动组件(109)包括X向气缸(1091)、X向定位板(1092)、直线轴承(1093)、X向光轴(1094)和X向移动板(1095)，其中，X向定位板(1092)固定安装在定位板(103)上，X向气缸(1091)与X向定位板(1092)的中心通孔同轴配合安装，X向气缸(1091)的活塞杆一端连接X向移动板(1095)，两个直线轴承(1093)对称固定安装在X向定位板(1092)两侧，两根X向光轴(1094)分别与两个直线轴承(1093)同轴安装，X向光轴(1094)的末端安装在X向定位板(1092)对应的螺纹孔处，在X向气缸(1091)的驱动下，带动X向定位板(1092)进行往复运动；
所述气爪组件(108)包括T形板(1081)、第一转接件(1082)、第二转接件(1083)、第一带杆气缸(1084)、气爪(1085)和气爪手指(1086)；所述T形板(1081)与X向定位板(1092)通过孔配合安装，第一转接件(1082)呈L形，一侧安装在T形板(1081)上，另一侧安装了第一带杆气缸(1084)，第二转接件(1083)也呈L形，一侧安装在第一带杆气缸(1084)的活塞杆端面上，另一侧安装了气爪(1085)，气爪手指(1086)为一对，通过孔配合对称安装在气爪(1085)上；
所述A金属立柱移料组件(107)包括第一紧凑型气缸(1071)、第一气缸固定板(1072)、移料块(1073)、移料滑槽板(1074)、挡料板(1075)、移料弹簧(1076)和限位螺钉(1077)；其中，第一紧凑型气缸(1071)与第一气缸固定板(1072)的通孔同轴配合安装，移料块(1073)一侧为平面，另一侧与A金属立柱(701)侧面轮廓共形，并通过螺纹孔安装在第一紧凑型气缸(1071)的活塞杆末端，挡料板(1075)、移料弹簧(1076)和限位螺钉(1077)构成缓冲压紧装置，移料弹簧(1076)一侧固定在挡料板(1075)上，另一侧与限位螺钉(1077)同轴配合安装；当A金属立柱(701)经送料直板(102)输出至移料滑槽板(1074)内时，移料块(1073)在第一紧凑型气缸(1071)驱动下将A金属立柱(701)移至靠限位螺钉(1077)一侧，为气爪手指(1086)抓取做准备；
所述B金属底座上料组件(2)包括储料组件(201)、限位板(202)、旋转工作台(203)、电控旋转台(204)、电控旋转台支架(205)、升降模组组件(206)、B金属底座移料组件(207)和预压组件(208)，其中储料组件(201)与限位板(202)共三组，均匀设置在旋转工作台(203)圆周方向上，电控旋转台(204)安装在电控旋转台支架(205)上，并设置在旋转工作台(203)下方，通过孔配合进行安装，升降模组组件(206)和B金属底座移料组件(207)分别设置在旋转工作台(203)外围，预压组件(208)安装在升降模组组件(206)的型材架上；
所述储料组件(201)包括限位杆(2011)、导柱(2012)、肘夹(2013)、升降板(2014)、储料底板(2015)和把手(2016)，所述限位杆(2011)共三个，通过螺纹孔配合安装在储料底板(2015)上，B金属底座(702)通过其表面的三个定位通孔穿过限位杆(2011)并以多个为一组进行堆叠，B金属底座(702)下方设有升降板(2014)，所述升降板(2014)四个顶角为内凹圆角，并分别与四根导柱(2012)同轴配合，两组肘夹(2013)对称设置在储料底板(2015)两侧并居中，用于压紧固定储料底板(2015)，两组把手(2016)对称设置在储料底板(2015)前后位置；
所述升降模组组件(206)包括从动同步轮转轴组件(2061)、支撑板(2062)、从动同步轮(2063)、同步带(2064)、限位开关(2065)、升降滑块组件(2066)、加强筋(2067)、伺服马达(2068)、主动同步轮(2069)和导轨(20610)；支撑板(2062)与加强筋(2067)构成升降模组组件(206)整体的安装结构，其中加强筋(2067)为一对，对称设置在支撑板(2062)后方底部，伺服马达(2068)也安装在支撑板(2062)后方底部，且位于一对加强筋(2067)之间，伺服马达(2068)的转轴与主动同步轮(2069)同轴配合安装，主动同步轮(2069)、同步带(2064)和从动同步轮(2063)构成带传动结构，其中从动同步轮(2063)设置在支撑板(2062)上方，并与从动同步轮转轴组件(2061)同轴配合安装，限位开关(2065)为一对，设置在支撑板(2062)同一侧面，用于限制的升降板(2014)运动的上下极限位置；
所述升降滑块组件(2066)包括凸形转接件(20661)、导轨滑块(20662)、同步带齿形夹板(20663)、挡片(20664)、直角板(20665)和顶块(20666)；升降滑块组件(2066)通过导轨滑块(20662)安装在导轨(20610)上，导轨滑块(20662)前端和侧面通过螺纹配合分别固定安装了凸形转接件(20661)与同步带齿形夹板(20663)，同步带(2064)穿过同步带齿形夹板(20663)并通过齿形配合和螺母进行压紧固定；直角板(20665)一面固定安装在凸形转接件(20661)上，另一面安装了顶块(20666)，挡片(20664)成N字形安装在直角板(20665)侧面。
所述B金属底座移料组件(207)包括第一电动模组(2071)、第三转接件(2072)、上料真空吸盘组件(2073)、第一T形型材架(2074)和第一角座(2075)，第一电动模组(2071)安装在第一T形型材架(2074)上，上料真空吸盘组件(2073)通过第三转接件(2072)安装在第一电动模组(2071)丝杠螺母座上，在电机的驱动下上料真空吸盘组件(2073)实现直线往复运动；
所述上料真空吸盘组件(2073)包括第四转接件(20731)、第二带杆气缸(20732)、真空吸盘(20733)和定位圆盘(20734)，第四转接件(20731)呈L形，一面安装在第三转接件(2072)上，另一面安装有第二带杆气缸(20732)，定位圆盘(20734)设置在第二带杆气缸(20732)的活塞杆端面下方并通过孔配合实现安装定位，真空吸盘(20733)共三个，分别与定位圆盘(20734)的三个定位孔同轴配合安装。
所述预压组件(208)包括L形型材架(2081)、第二角座(2082)、第一行程气缸(2083)、L形安装板(2084)、柱状卡件(2085)、定位卡块(2086)、滑轨组件(2087)和第二气缸固定板(2088)、铆压气缸(2089)和压块(20810)；第二角座(2082)设置在L形型材架(2081)直角处，L形安装板(2084)通过定位孔安装在L形型材架(2081)一端，第一行程气缸(2083)与L形型材架(2081)所开的通孔同轴配合安装，第一行程气缸(2083)活塞杆与柱状卡件(2085)螺纹配合安装，定位卡块(2086)呈T字形，其一端开有圆形凹槽，并与柱状卡件(2085)同轴间隙配合安装，滑轨组件(2087)为一对，对称安装在L形安装板(2084)U形通槽两侧，第二气缸固定板(2088)上表面与滑轨组件(2087)的滑块连接，下表面安装了铆压气缸(2089)，压块(20810)呈U形，其一端与铆压气缸(2089)的活塞杆螺纹配合安装，另一端下方设有两个圆形凸台，在第一行程气缸(2083)的驱动下，铆压气缸(2089)和压块(20810)被移至异种装配件上方；
所述激光-MIG复合焊接组件(3)包括六轴机器人(301)、送丝机支架(302)、送丝机(303)、复合焊接头支架(304)、激光焊接头(305)和MIG焊接头(306)，所述送丝机(303)通过送丝机支架(302)安装在六轴机器人(301)上，复合焊接头支架(304)呈L形，其一端通过孔配合安装在六轴机器人(301)第六关节上，另一端外侧安装有MIG焊接头(306)，内侧安装有激光焊接头(305)；
所述异种金属装配件下料组件(4)包括第二电动模组(401)、下料真空吸盘组件(402)、第三角座(403)、第二T形型材架(404)、传送带(405)、下料滑槽(406)，其中第二电动模组(401)固定在第二T形型材架(404)上，下料真空吸盘组件(402)安装在第二电动模组(401)的丝杠螺母座上，传送带(405)位于第二电动模组(401)后方，其尾端设置了下料滑槽(406)。
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| GR01 | Patent grant | ||
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