CN107442933A - 焊接系统和焊接方法 - Google Patents

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张丹丹
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Tyco Electronics Shanghai Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种焊接系统，用于焊接第一和第二细长元件，包括：第一移动机构；第一夹具，适于夹持第一细长元件；第二移动机构；第二夹具，适于夹持第二细长元件；和激光焊接头，适于发射聚焦的激光束。第一夹具安装在第一移动机构上，第一移动机构适于移动安装在其上的第一夹具，以便使第一夹具上夹持的第一细长元件与第二夹具上夹持的第二细长元件对齐。第一移动机构和第二夹具安装在第二移动机构上，第二移动机构适于移动安装在其上的第一移动机构和第二夹具，以便使已对齐的第一细长元件和第二细长元件的理论焊接中心点与从激光焊接头发射出的激光束的聚焦点重合。因此，可以快速和精确地实现一对细长元件的对齐操作，提高了焊接效率和精度。

Description

焊接系统和焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接系统和焊接方法，尤其涉及一种适于将一对细长元件焊接在一起的焊接系统和焊接方法。
背景技术
在现有技术中，当需要将一对细长元件，例如，一对细长的导线，焊接在一起时，操作人员首先必须用手抓持住一对细长元件；然后，在显微放大镜下放大该对细长元件的将要焊接的端部，并使该对细长元件的将要焊接的端部相互对齐；最后，打开激光焊接头，用从激光焊接头发射出的聚焦的激光束将已对齐的一对细长元件焊接在一起。
很显然，在现有技术中，由于需要人工对齐一对细长元件，因此，焊接效率非常低。此外，由于在焊接过程中，激光束容易伤害到操作人员，存在一定的安全隐患。此外，焊接质量不能保证，因为人工对齐的精度不稳定。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
根据本发明的一个方面，提供一种焊接系统，用于焊接第一细长元件和第二细长元件。所述焊接系统包括：第一移动机构；第一夹具，适于夹持所述第一细长元件；第二移动机构；第二夹具，适于夹持所述第二细长元件；和激光焊接头，适于发射聚焦的激光束。所述第一夹具安装在所述第一移动机构上，所述第一移动机构适于移动安装在其上的第一夹具，以便使所述第一夹具上夹持的第一细长元件与所述第二夹具上夹持的第二细长元件对齐。所述第一移动机构和所述第二夹具安装在所述第二移动机构上，所述第二移动机构适于移动安装在其上的第一移动机构和第二夹具，以便使已对齐的第一细长元件和第二细长元件的理论焊接中心点与从所述激光焊接头发射出的激光束的聚焦点重合。
根据本发明的一个实例性的实施例，所述焊接系统还包括视觉装置，所述第一移动机构适于在所述视觉装置的引导下移动所述第一夹具上夹持的第一细长元件，直至所述第一细长元件与所述第二细长元件对齐。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第二移动机构适于在所述视觉装置的引导下移动已对齐的第一细长元件和第二细长元件，直至已对齐的第一细长元件和第二细长元件的理论焊接中心点与从所述激光焊接头发射出的激光束的聚焦点重合。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述焊接系统还包括保护气体喷射装置，所述保护气体喷射装置适于向所述第一细长元件和第二细长元件的焊接区域喷射保护气体，以防止在用所述激光束焊接所述第一细长元件和第二细长元件时所述第一细长元件和第二细长元件被氧化。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述保护气体喷射装置在打开所述激光焊接头之前打开，并在关闭所述激光焊接头之后关闭。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述焊接系统还包括控制器，所述控制器适于控制从所述激光焊接头发射出的激光束的功率和从所述保护气体喷射装置喷射出的保护气体的流量。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述视觉装置适于识别已对齐的第一细长元件和第二细长元件的理论焊接中心点的位置；所述控制器还适于根据所述视觉装置识别到的理论焊接中心点的位置，对所述第二移动机构进行闭环反馈控制，直至所述理论焊接中心点和所述激光束的聚焦点之间的位置误差为零。
根据本发明的另一个实例性的实施例，在所述第一细长元件和所述第二细长元件对齐之后，所述第一细长元件和所述第二细长元件具有共同的中心轴线，并且所述第一细长元件和所述第二细长元件的端面相互接触。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一移动机构和所述第二移动机构为适于在水平面内沿相互垂直的第一方向和第二方向移动的平面移动平台。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一移动机构包括适于沿所述第一方向移动的第一移动平台和适于沿所述第二方向移动的第二移动平台；并且所述第一移动机构的第二移动平台安装在第一移动平台上，所述第一夹具安装在所述第一移动机构的第二移动平台上。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第二移动机构包括适于沿所述第一方向移动的第一移动平台和适于沿所述第二方向移动的第二移动平台；并且所述第二移动机构的第二移动平台安装在一个基座上，所述第二移动机构的第一移动平台安装在所述第二移动机构的第二移动平台上，所述第一移动机构和所述第二夹具安装在所述第二移动机构的第一移动平台上。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一细长元件不同于所述第二细长元件，即，所述第一夹具和所述第二夹具适于夹持不同类型的细长元件。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一夹具适于同时夹持住多根所述第一细长元件，并且所述第二夹具适于同时夹持住多根所述第二细长元件。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一细长元件和所述第二细长元件为导线。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一移动机构和/或所述第二移动机构为具有至少两个自由度的机器人。
根据本发明的另一个方面，提供一种焊接方法，包括如下步骤：
S100：提供一个如权利要求-中任一项所述的焊接系统；
S200：将第一细长元件和第二细长元件分别夹持到所述第一夹具和所述第二夹具上；
S300：在视觉装置的引导下，通过所述第一移动机构移动所述第一夹具，直至所述第一细长元件与所述第二夹具上的第二细长元件对齐；
S400：在视觉装置的引导下，通过所述第二移动机构移动所述第一移动机构和所述第二夹具，直至已对齐的第一细长元件和第二细长元件的理论焊接中心点与从所述激光焊接头发射出的激光束的聚焦点重合；和
S500：打开所述激光焊接头，将所述第一细长元件和所述第二细长元件焊接在一起。
根据本发明的一个实例性的实施例，在用所述激光束对所述第一细长元件和所述第二细长元件进行焊接之前，向所述第一细长元件和第二细长元件的焊接区域喷射保护气体，以防止所述第一细长元件和第二细长元件在焊接时被氧化。
在根据本发明的前述各个实例性的实施例中，可以通过第一移动机构快速地实现一对细长元件的对齐操作，并且可以通过第二移动机构快速地将已对齐的一对细长元件的理论焊接中心点移动到从激光焊接头发射出的激光束的聚焦点处，因此，提高了一对细长元件的焊接效率。
此外，在本发明的一些实例性的实施例中，第一移动机构可以在视觉装置的引导下精确地实现一对细长元件的对齐操作，并且第二移动机构可以在视觉装置的引导下将已对齐的一对细长元件的理论焊接中心点精确地移动到从激光焊接头发射出的激光束的聚焦点处，因此，保证了一对细长元件的焊接精度。
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
附图说明
图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的焊接系统的立体示意图；
图2显示图1中的焊接系统的第一夹具、第二夹具、第一移动机构和第二移动机构的立体示意图；
图3显示已对齐的第一细长元件和第二细长元件以及激光焊接头的立体示意图，其中，显示出了已对齐的第一细长元件和第二细长元件的理论焊接中心点以及从激光焊接头发射出的激光束的聚焦点；和
图4显示将图3所示的已对齐的第一细长元件和第二细长元件的理论焊接中心点移动到从激光焊接头发射出的激光束的聚焦点处的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
根据本发明的一个总体技术构思，提供一种焊接系统，用于焊接第一细长元件和第二细长元件。所述焊接系统包括：第一移动机构；第一夹具，适于夹持所述第一细长元件；第二移动机构；第二夹具，适于夹持所述第二细长元件；和激光焊接头，适于发射聚焦的激光束。所述第一夹具安装在所述第一移动机构上，所述第一移动机构适于移动安装在其上的第一夹具，以便使所述第一夹具上夹持的第一细长元件与所述第二夹具上夹持的第二细长元件对齐。所述第一移动机构和所述第二夹具安装在所述第二移动机构上，所述第二移动机构适于移动安装在其上的第一移动机构和第二夹具，以便使已对齐的第一细长元件和第二细长元件的理论焊接中心点与从所述激光焊接头发射出的激光束的聚焦点重合。
图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的焊接系统的立体示意图；图2显示图1中的焊接系统的第一夹具410、第二夹具420、第一移动机构510和第二移动机构520的立体示意图。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，焊接系统用于焊接第一细长元件10和第二细长元件20，例如，用于焊接一对细长的导线。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，该焊接系统主要包括第一移动机构510、第一夹具410、第二移动机构520、第二夹具420和激光焊接头100。第一夹具410适于夹持第一细长元件10。第二夹具420适于夹持第二细长元件20。激光焊接头100适于发射聚焦的激光束110(参见图3和图4)。
如图1和图2清楚地显示，在图示的实施例中，第一夹具410安装在第一移动机构510上。因此，第一移动机构510适于移动安装在其上的第一夹具410，以便使第一夹具410上夹持的第一细长元件10与第二夹具420上夹持的第二细长元件20对齐。
图3显示已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20以及激光焊接头100的立体示意图，其中，显示出了已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’以及从激光焊接头100发射出的激光束110的聚焦点C；和图4显示将图3所示的已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’移动到从激光焊接头100发射出的激光束110的聚焦点C处的示意图。
如图1和图2清楚地显示，在图示的实施例中，第一移动机构510和第二夹具420安装在第二移动机构520上。因此，如图1至图4所示，第二移动机构520适于移动安装在其上的第一移动机构510和第二夹具420，以便使已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’(参见图3和图4)与从激光焊接头100发射出的激光束110的聚焦点C(参见图3和图4)重合。
如图1和图2所示，在本发明的一个实例性的实施例中，焊接系统还包括视觉装置200。第一移动机构510适于在视觉装置200的引导下移动第一夹具410上夹持的第一细长元件10，直至第一细长元件10与第二细长元件20对齐。因此，第一移动机构510可以在视觉装置200的引导下自动地和精确地实现第一细长元件10与第二细长元件20的对齐。
如图1至图4所示，在本发明的一个实例性的实施例中，第二移动机构520适于在视觉装置200的引导下移动已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20，直至已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’与从激光焊接头100发射出的激光束110的聚焦点C重合。因此，第二移动机构520可以在视觉装置200的引导下自动地和精确地将已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’移动到从激光焊接头100发射出的激光束110的聚焦点C处，保证了焊接质量。
如图3和图4所示，在图示的实施例中，在第一细长元件10和第二细长元件20对齐之后，第一细长元件10和第二细长元件20具有共同的中心轴线X，并且第一细长元件10和第二细长元件20的端面相互接触。
尽管未图示，在本发明的一个实例性的实施例中，前述焊接系统还可以包括一个保护气体喷射装置。该保护气体喷射装置适于向第一细长元件10和第二细长元件20的焊接区域喷射保护气体，以防止在用激光束110焊接第一细长元件10和第二细长元件20时第一细长元件10和第二细长元件20被氧化。
在本发明的一个实例性的实施例中，前述保护气体喷射装置可以集成到激光焊接头100上。
在本发明的一个实例性的实施例中，为了更有效地保护第一细长元件10和第二细长元件20。保护气体喷射装置应当在打开激光焊接头100之前打开，并且应当在关闭激光焊接头100之后关闭。
如图1所示，在本发明的一个实例性的实施例中，焊接系统还可以包括控制器300。该控制器300适于控制从激光焊接头100发射出的激光束110的功率和从保护气体喷射装置喷射出的保护气体的流量。
如图3和图4所示，在图示的实施例中，第一细长元件10的直径小于第二细长元件20。因此，已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’位于第二细长元件20的内部，并且该理论焊接中心点C’应当位于第二细长元件20的中心轴线上、且与第二细长元件20的端面相距一个距离D。这个距离D可以根据第一细长元件10的直径和第二细长元件20的直径计算出。在实际应用中，如果这个距离D太大，会导致激光束不能熔化第一细长元件10，导致焊接失败。如果这个距离D太小，会导致第一细长元件10完全被激光束熔化，同样会导致焊接失败。只有当这个距离D合适时，才能够确保第一细长元件10和第二细长元件20的相对的端部被激光束110部分地熔化，这样，才能保证第一细长元件10和第二细长元件20被有效地焊接在一起。因此，已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’对于焊接质量非常重要。
因此，在本发明中，为了保证焊接质量，需要使从激光焊接头100发射出的激光束110的聚焦点(实际焊接中心点)C与已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’重合，即，需要将已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’精确地移动到从激光焊接头100发射出的激光束110的聚焦点(实际焊接中心点)C处。
如图1至图4所示，在本发明的一个实例性的实施例中，视觉装置200适于识别已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’的位置。前述控制器300还适于根据视觉装置200识别到的理论焊接中心点C’的位置，对第二移动机构520进行闭环反馈控制，直至将已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’精确地移动到从激光焊接头100发射出的激光束110的聚焦点(实际焊接中心点)C处，即，直至理论焊接中心点C’和激光束110的聚焦点C之间的位置误差为零。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，第一移动机构510为适于在水平面内沿相互垂直的第一方向X和第二方向Y移动的平面移动平台。第一移动机构510包括适于沿第一方向X移动的第一移动平台511和适于沿第二方向Y移动的第二移动平台512；并且第一移动机构510的第二移动平台512安装在第一移动平台511上，第一夹具410安装在第一移动机构510的第二移动平台512上。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，第二移动机构520为适于在水平面内沿相互垂直的第一方向X和第二方向Y移动的平面移动平台。第二移动机构520包括适于沿第一方向X移动的第一移动平台521和适于沿第二方向Y移动的第二移动平台522；并且第二移动机构520的第二移动平台522安装在一个基座600上，第二移动机构520的第一移动平台521安装在第二移动机构520的第二移动平台522上，第一移动机构510和第二夹具420安装在第二移动机构520的第一移动平台521上。
如图1至图4所示，在图示的实施例中，第一细长元件10不同于第二细长元件20，即，第一夹具410和第二夹具420适于夹持不同类型的细长元件。
在本发明的一个实例性的实施例中，第一夹具410可以适于同时夹持住多根第一细长元件10，并且第二夹具420可以适于同时夹持住多根第二细长元件20。这样，可以用第一移动机构410同时实现多根第一细长元件10与多根第二细长元件20的对齐，这有利于进一步提高焊接效率。
在图示的前述实施例中，第一移动机构510和第二移动机构520均为适于在水平面内沿相互垂直的第一方向X和第二方向Y移动的平面移动平台。但是，本发明不局限于此，第一移动机构510和/或第二移动机构520可以为具有至少两个自由度的机器人。
在本发明的另一个实例性的实施例中，还公开了一种焊接方法。如图1至图4所示，该焊接方法包括如下步骤：
S100：提供一个如图1至图4所示的焊接系统；
S200：将第一细长元件10和第二细长元件20分别夹持到第一夹具410和第二夹具420上；
S300：在视觉装置200的引导下，通过第一移动机构510移动第一夹具410，直至第一细长元件10与第二夹具420上的第二细长元件20对齐；
S400：在视觉装置200的引导下，通过第二移动机构520移动第一移动机构510和第二夹具420，直至已对齐的第一细长元件10和第二细长元件20的理论焊接中心点C’与从激光焊接头100发射出的激光束110的聚焦点C重合；和
S500：打开激光焊接头100，将第一细长元件10和第二细长元件20焊接在一起。
在前述焊接方法中，在用激光束110对第一细长元件10和第二细长元件20进行焊接之前，向第一细长元件10和第二细长元件20的焊接区域喷射保护气体，以防止第一细长元件10和第二细长元件20在焊接时被氧化。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

Claims (17)

1.一种焊接系统，用于焊接第一细长元件(10)和第二细长元件(20)，其特征在于，所述焊接系统包括：
第一移动机构(510)；
第一夹具(410)，适于夹持所述第一细长元件(10)；
第二移动机构(520)；
第二夹具(420)，适于夹持所述第二细长元件(20)；和
激光焊接头(100)，适于发射聚焦的激光束(110)，
其中，
所述第一夹具(410)安装在所述第一移动机构(510)上，所述第一移动机构(510)适于移动安装在其上的第一夹具(410)，以便使所述第一夹具(410)上夹持的第一细长元件(10)与所述第二夹具(420)上夹持的第二细长元件(20)对齐，
所述第一移动机构(510)和所述第二夹具(420)安装在所述第二移动机构(520)上，所述第二移动机构(520)适于移动安装在其上的第一移动机构(510)和第二夹具(420)，以便使已对齐的第一细长元件(10)和第二细长元件(20)的理论焊接中心点(C’)与从所述激光焊接头(100)发射出的激光束(110)的聚焦点(C)重合。
2.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：
所述焊接系统还包括视觉装置(200)，所述第一移动机构(510)适于在所述视觉装置(200)的引导下移动所述第一夹具(410)上夹持的第一细长元件(10)，直至所述第一细长元件(10)与所述第二细长元件(20)对齐。
3.根据权利要求2所述的焊接系统，其特征在于：
所述第二移动机构(520)适于在所述视觉装置(200)的引导下移动已对齐的第一细长元件(10)和第二细长元件(20)，直至已对齐的第一细长元件(10)和第二细长元件(20)的理论焊接中心点(C’)与从所述激光焊接头(100)发射出的激光束(110)的聚焦点(C)重合。
4.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：
所述焊接系统还包括保护气体喷射装置，所述保护气体喷射装置适于向所述第一细长元件(10)和第二细长元件(20)的焊接区域喷射保护气体，以防止在用所述激光束(110)焊接所述第一细长元件(10)和第二细长元件(20)时所述第一细长元件(10)和第二细长元件(20)被氧化。
5.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：
所述保护气体喷射装置在打开所述激光焊接头(100)之前打开，并在关闭所述激光焊接头(100)之后关闭。
6.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：
所述焊接系统还包括控制器(300)，所述控制器(300)适于控制从所述激光焊接头(100)发射出的激光束(110)的功率和从所述保护气体喷射装置喷射出的保护气体的流量。
7.根据权利要求6所述的焊接系统，其特征在于：
所述视觉装置(200)适于识别已对齐的第一细长元件(10)和第二细长元件(20)的理论焊接中心点(C’)的位置；
所述控制器(300)还适于根据所述视觉装置(200)识别到的理论焊接中心点(C’)的位置，对所述第二移动机构(520)进行闭环反馈控制，直至所述理论焊接中心点(C’)和所述激光束(110)的聚焦点(C)之间的位置误差为零。
8.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：
在所述第一细长元件(10)和所述第二细长元件(20)对齐之后，所述第一细长元件(10)和所述第二细长元件(20)具有共同的中心轴线(X)，并且所述第一细长元件(10)和所述第二细长元件(20)的端面相互接触。
9.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：
所述第一移动机构(510)和所述第二移动机构(520)为适于在水平面内沿相互垂直的第一方向(X)和第二方向(Y)移动的平面移动平台。
10.根据权利要求9所述的焊接系统，其特征在于：
所述第一移动机构(510)包括适于沿所述第一方向(X)移动的第一移动平台(511)和适于沿所述第二方向(Y)移动的第二移动平台(512)；并且
所述第一移动机构(510)的第二移动平台(512)安装在第一移动平台(511)上，所述第一夹具(410)安装在所述第一移动机构(510)的第二移动平台(512)上。
11.根据权利要求10所述的焊接系统，其特征在于：
所述第二移动机构(520)包括适于沿所述第一方向(X)移动的第一移动平台(521)和适于沿所述第二方向(Y)移动的第二移动平台(522)；并且
所述第二移动机构(520)的第二移动平台(522)安装在一个基座(600)上，所述第二移动机构(520)的第一移动平台(521)安装在所述第二移动机构(520)的第二移动平台(522)上，所述第一移动机构(510)和所述第二夹具(420)安装在所述第二移动机构(520)的第一移动平台(521)上。
12.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：
所述第一细长元件(10)不同于所述第二细长元件(20)，即，所述第一夹具(410)和所述第二夹具(420)适于夹持不同类型的细长元件。
13.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：
所述第一夹具(410)适于同时夹持住多根所述第一细长元件(10)，并且所述第二夹具(420)适于同时夹持住多根所述第二细长元件(20)。
14.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：所述第一细长元件(10)和所述第二细长元件(20)为导线。
15.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于：
所述第一移动机构(510)和/或所述第二移动机构(520)为具有至少两个自由度的机器人。
16.一种焊接方法，包括如下步骤：
S100：提供一个如权利要求1-15中任一项所述的焊接系统；
S200：将第一细长元件(10)和第二细长元件(20)分别夹持到所述第一夹具(410)和所述第二夹具(420)上；
S300：在视觉装置(200)的引导下，通过所述第一移动机构(510)移动所述第一夹具(410)，直至所述第一细长元件(10)与所述第二夹具(420)上的第二细长元件(20)对齐；
S400：在视觉装置(200)的引导下，通过所述第二移动机构(520)移动所述第一移动机构(510)和所述第二夹具(420)，直至已对齐的第一细长元件(10)和第二细长元件(20)的理论焊接中心点(C’)与从所述激光焊接头(100)发射出的激光束(110)的聚焦点(C)重合；和
S500：打开所述激光焊接头(100)，将所述第一细长元件(10)和所述第二细长元件(20)焊接在一起。
17.根据权利要求16所述的焊接方法，其特征在于：
在用所述激光束(110)对所述第一细长元件(10)和所述第二细长元件(20)进行焊接之前，向所述第一细长元件(10)和第二细长元件(20)的焊接区域喷射保护气体，以防止所述第一细长元件(10)和第二细长元件(20)在焊接时被氧化。
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