CN107914084A - 曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统。上述的曲面薄板的激光焊接方法包括：对曲面薄板进行扫描，得到曲面薄板的曲面的点云数据；对点云数据进行处理，得到曲面的焊接路径的多个坐标数据；对多个坐标数据进行拟合，得到曲面的焊接路径曲线；控制激光焊接头沿焊接路径曲线对曲面薄板进行焊接。上述的曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统，调节激光焊接头与曲面薄板的距离，从而使激光焊接头与曲面薄板的焊缝相适应，使曲面薄板的焊缝的焊接精度较高，解决了曲面薄板的焊接精度较差的问题。

Description

曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统

技术领域

本发明涉及激光加工的技术领域，特别是涉及一种曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统。

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。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。激光焊接应用于各个行业领域之中，如手机领域中的手机壳的制造。

传统的激光焊接方法对曲面薄板的焊缝的各个位置的平面度不均衡，使曲面薄板的焊接精度较差。

发明内容

基于此，有必要针对曲面薄板的焊接精度较差的问题，提供一种曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统。

一种曲面薄板的激光焊接方法，包括：

对所述曲面薄板进行扫描，得到所述曲面薄板的曲面的点云数据；

对所述点云数据进行处理，得到所述曲面的焊接路径的多个坐标数据；

对多个所述坐标数据进行拟合，得到所述曲面的焊接路径曲线；

控制所述激光焊接头沿所述焊接路径曲线对所述曲面薄板进行焊接。

上述的曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统，首先对曲面薄板进行扫描，得到曲面薄板的曲面的点云数据；然后对点云数据进行处理，得到曲面的焊接路径的多个坐标数据；然后对多个坐标数据进行拟合，得到曲面的焊接路径曲线；最后控制激光焊接头沿焊接路径的曲线对曲面薄板进行焊接，调节激光焊接头与曲面薄板的距离，从而使激光焊接头与曲面薄板的焊缝相适应，使曲面薄板的焊缝的焊接精度较高，解决了曲面薄板的焊接精度较差的问题。

在其中一个实施例中，对所述曲面薄板进行扫描，之前还包括步骤：

将所述曲面薄板定位于焊接平台上，避免曲面薄板相对于焊接平台滑动，提高了曲面薄板的焊接精度。

在其中一个实施例中，将所述曲面薄板定位于焊接平台上，之前还包括步骤：

对所述曲面薄板进行清洗，以免碎屑影响曲面薄板的焊缝的焊接精度。

在其中一个实施例中，对所述曲面薄板进行扫描的步骤具体为：

通过相机系统对所述曲面薄板进行扫描，以得到曲面薄板的曲面的点云数据。

在其中一个实施例中，在对所述点云数据进行处理之前，以及在对所述曲面薄板进行扫描之后，还包括步骤：

对所述点云数据进行过滤，使曲面的点云数据的数目较小，使多个坐标数据快速拟合。

在其中一个实施例中，对所述点云数据进行处理的步骤包括：

去除所述点云数据的噪音，以免点云数据中的噪音影响拟合得到的焊接路径曲线的精度；

对去除噪音后的点云数据进行拼接，以得到所述曲面的焊接路径的多个坐标数据。

在其中一个实施例中，对多个所述坐标数据进行拟合的步骤具体为：

通过最小二乘法对多个所述坐标数据进行拟合，以得到曲面的焊接路径曲线。

在其中一个实施例中，多个所述坐标数据沿所述焊接路径间隔分布，使拟合后的焊接路径曲线与曲面薄板的实际焊接路径相符合。

一种曲面薄板，应用上述任一实施例所述的曲面薄板的激光焊接方法进行加工。

一种激光焊接系统，根据上述任一实施例所述的曲面薄板的激光焊接方法对所述曲面薄板进行焊接。

附图说明

图1为一实施例的曲面薄板的激光焊接方法的流程图；

图2为图1所示曲面薄板的激光焊接方法的另一流程图；

图3为图1所示曲面薄板的激光焊接方法的又一流程图；

图4为图1所示曲面薄板的激光焊接方法的再一流程图；

图5为图1所示曲面薄板的激光焊接方法的步骤S103的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统进行更全面的描述。附图中给出了曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统的首选实施例。但是，曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

例如，一种曲面薄板的激光焊接方法包括：例如，对所述曲面薄板进行扫描，得到所述曲面薄板的曲面的点云数据；例如，对所述点云数据进行处理，得到所述曲面的焊接路径的多个坐标数据；例如，对多个所述坐标数据进行拟合，得到所述曲面的焊接路径曲线；例如，控制所述激光焊接头沿所述焊接路径曲线对所述曲面薄板进行焊接。例如，一种曲面薄板的激光焊接方法包括：对所述曲面薄板进行扫描，得到所述曲面薄板的曲面的点云数据；对所述点云数据进行处理，得到所述曲面的焊接路径的多个坐标数据；对多个所述坐标数据进行拟合，得到所述曲面的焊接路径曲线；控制所述激光焊接头沿所述焊接路径曲线对所述曲面薄板进行焊接。

如图1所示，一实施例的曲面薄板的激光焊接方法包括：

S101，对所述曲面薄板进行扫描，得到所述曲面薄板的曲面的点云数据，其中，点云数据为以点数据的形式组成曲面薄板的局部轮廓；

S103，对所述点云数据进行处理，得到所述曲面的焊接路径的多个坐标数据；

S105，对多个所述坐标数据进行拟合，得到所述曲面的焊接路径曲线；

S106，控制所述激光焊接头沿所述焊接路径曲线对所述曲面薄板进行焊接。例如，控制所述激光焊接头沿所述焊接路径曲线对所述曲面薄板进行焊接具体为：控制所述激光焊接头沿所述焊接路径曲线移动同时调节激光焊接头沿垂直于焊接路径曲线的切线的方向运动，即控制所述激光焊接头沿所述焊接路径曲线移动同时调节激光焊接头与焊接路径曲线之间的高度，使激光焊接头沿焊接路径曲线移动的过程中始终与焊接路径曲线的距离相适应。

首先对曲面薄板进行扫描，得到曲面薄板的曲面的点云数据；然后对点云数据进行处理，得到曲面的焊接路径的多个坐标数据；然后对多个坐标数据进行拟合，得到曲面的焊接路径曲线；最后控制激光焊接头沿焊接路径的曲线对曲面薄板进行焊接，调节激光焊接头与曲面薄板的距离，从而使激光焊接头与曲面薄板的焊缝相适应，使曲面薄板的焊缝的焊接精度较高，解决了曲面薄板的焊接精度较差的问题。

同时参见图2，在其中一个实施例中，对所述曲面薄板进行扫描，之前还包括步骤：

S100，将所述曲面薄板定位于焊接平台上，避免焊接过程中曲面薄板相对于焊接平台滑动，提高了曲面薄板的焊接精度。例如，通过夹具将曲面薄板固定于焊接平台上，使曲面薄板定位于焊接平台上。

同时参见图3，在其中一个实施例中，将所述曲面薄板定位于焊接平台上，之前还包括步骤：

S099，对所述曲面薄板进行清洗，以免碎屑影响曲面薄板的焊缝的焊接精度。

在其中一个实施例中，对所述曲面薄板进行扫描的步骤S101具体为：

通过相机系统对所述曲面薄板进行扫描，以得到曲面薄板的曲面的点云数据。

同时参见图4，在其中一个实施例中，在对所述点云数据进行处理之前，以及在对所述曲面薄板进行扫描之后，还包括步骤：

S104，对所述点云数据进行过滤，使曲面的点云数据的数目较小，使多个坐标数据快速拟合。例如，对所述曲面薄板进行扫描的步骤S101具体为：通过相机系统对所述曲面薄板进行扫描，以得到曲面薄板的曲面的点云数据。在对所述点云数据进行处理之前，以及在通过相机系统对所述曲面薄板进行扫描之后，还包括步骤：S104，对所述点云数据进行过滤，使曲面的点云数据的数目较小，使多个坐标数据快速拟合。

如图5所示，在其中一个实施例中，对所述点云数据进行处理的步骤S103包括：

S103A，去除所述点云数据的噪音，以免点云数据中的噪音影响拟合得到的焊接路径曲线的精度；

S103B，对去除噪音后的点云数据进行拼接，以得到所述曲面的焊接路径的多个坐标数据。

在其中一个实施例中，对多个所述坐标数据进行拟合的步骤S105具体为：

通过最小二乘法对多个所述坐标数据进行拟合，以得到曲面的焊接路径曲线。

在其中一个实施例中，多个所述坐标数据沿所述焊接路径间隔分布，使拟合后的焊接路径曲线与曲面薄板的实际焊接路径相符合。

本发明还提供一种曲面薄板，应用上述任一实施例所述的曲面薄板的激光焊接方法进行加工。

本发明还提供一种激光焊接系统，根据上述任一实施例所述的曲面薄板的激光焊接方法对所述曲面薄板进行焊接。

例如，焊接设备包括机架、焊接工作台、移动机构、激光焊接头、相机系统和控制器；所述焊接工作台连接于机架上，所述焊接工作台用于承载曲面薄板；所述移动机构设于机架上，所述激光焊接头和所述相机系统均设于所述移动机构的动力输出端上，移动机构的动力输出端用于带动所述激光焊接头和所述相机系统相对于所述焊接工作台运动；激光焊接头用于产生激光束；所述相机系统用于拍摄所述曲面薄板，得到曲面薄板的焊接路径数据；所述控制器分别与所述相机系统、所述移动机构的控制端和所述激光焊接头的控制端通信连接；所述控制器根据相机系统采集的数据控制移动机构和激光焊接头动作，使移动机构驱动激光焊接头相对于曲面薄板移动，且激光焊接头同时对曲面薄板的焊缝进行焊接。

又如，激光焊接头包括玻璃管、第一谐振腔架、输出端电极、第二谐振腔架、反射端电极、散热管道、多个散热鳍片以及鼓风机。所述玻璃管设于移动机构的动力输出端上，所述玻璃管上开设有空腔、第一连接腔和第二连接腔，所述空腔分别与所述第一连接腔和所述第二连接腔连通，且所述第一连接腔和所述第二连接腔分别开设于所述玻璃管的两端；所述第一谐振腔架封堵于所述第一连接腔；所述输出端电极位于所述第一连接腔内并与所述第一谐振腔架连接；所述第二谐振腔架封堵于所述第二连接腔；所述发射端电极位于所述第二连接腔内并与所述第二谐振腔架连接；所述散热管道环绕于所述玻璃管的外壁上，且所述散热管道与所述玻璃管抵接，所述散热管道呈螺旋状；多个所述散热鳍片沿所述散热管道的延伸方向分布；所述鼓风机设于所述玻璃管上，所述鼓风机与所述散热管道连通，所述鼓风机用于将外界的空气泵入所述散热管道内。

空腔分别与第一连接腔和第二连接腔连通，且第一连接腔和第二连接腔分别开设于玻璃管的两端，第一谐振腔架封堵于第一连接腔内，第二谐振腔架封堵于第二连接腔内，输出端电极位于第一连接腔内并与第一谐振腔架连接，反射端电极位于第二连接腔内并与第二谐振腔架连接，输出端电极和反射端电极分别与电源的正负极电连接，通电后的输出端电极和反射端电极对空腔内的空气产生电离，以产生二氧化碳激光束；由于散热管道环绕于玻璃管的外壁上，且散热管道与玻璃管抵接，散热管道呈螺旋状，使玻璃管的热量传导至散热管道上，鼓风机设于玻璃管上，且鼓风机与散热管道连通，使鼓风机将外界打开空气泵入散热管道内，使空气将散热管道上的热量带走，又由于多个散热鳍片沿散热管道的延伸方向上分布，使散热管道上的部分热量通过散热鳍片与外界的空气进行热交换，提高了散热管道的散热效率，从而使激光焊接头的玻璃管的散热效果较好；上述的激光焊接头规避了传统的水冷式的冷却方式，使激光焊接头的体积较小且不会出现漏水短路的问题。

例如，第一谐振腔架和第二谐振腔架可拆卸连接于玻璃管的两端，使激光焊接头的谐振腔架可以快速拆装于玻璃管上，方便使用。例如，散热管道上开设有主通风孔和多个分支孔，所述主通风孔分别与多个分支孔连通，鼓风机与主通风孔连通，使鼓风机将外界的空气泵入主通风孔内，由于主通风孔分别与多个分支孔连通，使泵入主通风孔内的空气部分由分支孔排出，使散热管道的散热效果较好。又如，多个分支孔沿散热管道的延伸方向间隔分布，使主通风孔内的空气通过多个分支孔排出，且将散热管道的各处的热量通过空气快速散发，提高了散热管道的散热效率。又如，散热管道包括管道本体和多个挡风板，管道本体与玻璃管抵接，主通风孔和多个分支孔均开设于管道本体上，多个挡风板均位于主通风孔内并与管道本体连接，每个挡风板邻近每个分支孔，挡风板用于将主通风孔内的空气挡入相应的分支孔内，使主通风孔内的空气快速通过分支孔内，提高了散热管道的散热效率；多个散热鳍片均设置于管道本体的外壁上，使管道本体的热量部分通过鼓风机泵入的空气快速散发，部分通过散热鳍片与管道本体外部的空气进行热交换，使散热管道的散热效率较高。

在其中一个实施例中，所述空腔的内壁上设置有吸热层，使空腔内的气体电离时产生的热量吸附于吸热层上，可以提高玻璃管的导热效率。在其中一个实施例中，所述吸热层的厚度为2mm～3mm，使吸热层具有较高的导热效率。例如，散热管道上开设有主通风孔和多个分支孔，所述主通风孔分别与多个分支孔连通，鼓风机与主通风孔连通，使鼓风机将外界的空气泵入主通风孔内，由于主通风孔分别与多个分支孔连通，使泵入主通风孔内的空气部分由分支孔排出，使散热管道的散热效果较好；所述空腔的内壁上设置有吸热层，使空腔内的气体电离时产生的热量吸附于吸热层上，可以提高玻璃管的导热效率，由于散热管道与玻璃管抵接，且散热管道具有较好的散热效果，使玻璃管上的热量通过散热管道快速散发至空气中。又如，多个分支孔沿散热管道的延伸方向间隔分布，使主通风孔内的空气通过多个分支孔排出，且将散热管道的各处的热量通过空气快速散发，提高了散热管道的散热效率。又如，散热管道包括管道本体和多个挡风板，管道本体与玻璃管抵接，主通风孔和多个分支孔均开设于管道本体上，多个挡风板均位于主通风孔内并与管道本体连接，每个挡风板邻近每个分支孔，挡风板用于将主通风孔内的空气挡入相应的分支孔内，使主通风孔内的空气快速通过分支孔内，提高了散热管道的散热效率；多个散热鳍片均设置于管道本体的外壁上，使管道本体的热量部分通过鼓风机泵入的空气快速散发，部分通过散热鳍片与管道本体外部的空气进行热交换，使散热管道的散热效率较高。

在其中一个实施例中，多个所述散热鳍片沿所述散热管道的延伸方向间隔分布，使散热管道的每个位置的热量均能通过散热鳍片快速散发至空气中，避免散热管道出现局部过热的情形。在其中一个实施例中，每个所述散热鳍片与所述玻璃管的延伸方向之间存在夹角，使多个散热鳍片沿玻璃管的延伸方向合理分布，从而使激光焊接头的结构较为紧凑。在其中一个实施例中，所述夹角为30°～60°，使多个散热鳍片沿玻璃管的延伸方向的分布更加合理，从而使玻璃管具有更好的散热效果。在本实施例中，所述夹角为45°，使多个散热鳍片沿玻璃管的延伸方向的分布较佳，从而使玻璃管具有较佳的散热效果。

在其中一个实施例中，所述散热管道与所述玻璃管一体成型，使激光焊接头的结构较为紧凑。在其他实施例中，散热管道和玻璃管可以各自成型，并通过焊接连接于一起。例如，所述散热管道焊接于所述玻璃管的外壁上，使散热管道与玻璃管的外壁紧密接触，提高散热管道与玻璃管之间的导热效果。

在其中一个实施例中，所述散热鳍片呈直角梯形状。在其他实施例中，散热鳍片还可以呈树叶状或其他形状，使散热鳍片与空气接触的面积较大。例如，所述散热鳍片呈直角梯形状，使散热鳍片与空气接触的面积较大且容易制造；所述散热管道与所述玻璃管一体成型，使激光焊接器的结构较为紧凑。在其中一个实施例中，所述散热鳍片的厚度为1mm～2mm。在本实施例中，所述散热鳍片的厚度为1mm。进一步地，所述散热鳍片上间隔开设有若干并排设置的V形槽，所述V形槽具有V型或三角形横截面，且各所述V形槽的延伸方向与所述玻璃管的延伸方向成82～88度角，例如85或86度角，这种情况下，在微观环境形成了若干比表面积较大的近乎垂直但不是垂直的大量细微风道，使得空气对于各所述散热鳍片来说不仅具有较大的交换比表面积，并且能够收到斜拉向助力以提升空气对流散热的效果，比所述V形槽的延伸方向与所述玻璃管的延伸方向相垂直的散热效果大约能够提升8％～11％。

上述的曲面薄板及其激光焊接方法、激光焊接系统，首先对曲面薄板进行扫描，得到曲面薄板的曲面的点云数据；然后对点云数据进行处理，得到曲面的焊接路径的多个坐标数据；然后对多个坐标数据进行拟合，得到曲面的焊接路径曲线；最后控制激光焊接头沿焊接路径的曲线对曲面薄板进行焊接，调节激光焊接头与曲面薄板的距离，从而使激光焊接头与曲面薄板的焊缝相适应，使曲面薄板的焊缝的焊接精度较高，解决了曲面薄板的焊接精度较差的问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种曲面薄板的激光焊接方法，其特征在于，包括：

对所述曲面薄板进行扫描，得到所述曲面薄板的曲面的点云数据；

对所述点云数据进行处理，得到所述曲面的焊接路径的多个坐标数据；

对多个所述坐标数据进行拟合，得到所述曲面的焊接路径曲线；

控制所述激光焊接头沿所述焊接路径曲线对所述曲面薄板进行焊接。

2.根据权利要求1所述的曲面薄板的激光焊接方法，其特征在于，对所述曲面薄板进行扫描，之前还包括步骤：

将所述曲面薄板定位于焊接平台上。

3.根据权利要求2所述的曲面薄板的激光焊接方法，其特征在于，将所述曲面薄板定位于焊接平台上，之前还包括步骤：

对所述曲面薄板进行清洗。

4.根据权利要求1所述的曲面薄板的激光焊接方法，其特征在于，对所述曲面薄板进行扫描的步骤具体为：

通过相机系统对所述曲面薄板进行扫描。

5.根据权利要求1所述的曲面薄板的激光焊接方法，其特征在于，在对所述点云数据进行处理之前，以及在对所述曲面薄板进行扫描之后，还包括步骤：

对所述点云数据进行过滤。

6.根据权利要求1所述的曲面薄板的激光焊接方法，其特征在于，对所述点云数据进行处理的步骤包括：

去除所述点云数据的噪音；

对去除噪音后的点云数据进行拼接，以得到所述曲面的焊接路径的多个坐标数据。

7.根据权利要求1所述的曲面薄板的激光焊接方法，其特征在于，对多个所述坐标数据进行拟合的步骤具体为：

通过最小二乘法对多个所述坐标数据进行拟合。

8.根据权利要求1所述的曲面薄板的激光焊接方法，其特征在于，多个所述坐标数据沿所述焊接路径间隔分布。

9.一种曲面薄板，其特征在于，应用权利要求1至8中任一项所述的曲面薄板的激光焊接方法进行加工。

10.一种激光焊接系统，其特征在于，根据权利要求1至8中任一项所述的曲面薄板的激光焊接方法对所述曲面薄板进行焊接。