CN108326484A - 可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统及焊接方法，焊接系统包括焊接部、激光清洗部、连接部、监测部、集成控制部和安全保护部，焊接部包括焊枪，激光清洗部包括激光清洗头，激光清洗部通过连接部与焊接部连接，连接部包括夹持焊枪的机械臂，套在所述机械臂上可绕机械臂旋转的旋转板、通过铰接组件与所述旋转板侧边铰接的角度翻转板、通过滑动组件滑动连接于角度翻转板上的激光清洗头紧固装置；监测部包括实时监测清洗状况的监测装置和实时监测激光清洗头与焊件上激光清洗点距离的距离传感器；集成控制部包括延时模块和清洗控制模块；安全保护部包括急停触发模块。该焊接系统实现了将激光清洗和焊接同时进行的集成控制。

Description

可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统及其焊接方法

技术领域

本发明涉及一种可实现焊前激光清洗处理的一体化焊接系统及其焊接方法，属于焊接及激光清洗技术领域。

背景技术

本世纪初，随着高速列车的飞速发展，列车产量大大增加。据最新消息，截止2017年底，中国高铁总里程达到2.3万公里，超全球六成。铝合金和钢作为高铁车体的主要材料，应用在高铁上时采用的连接方式主要为焊接。

为避免焊缝缺陷、提高焊接质量(特别是铝合金表面氧化膜的存在会使得焊缝中存在气孔缺陷，存在安全隐患)，通常在焊接前对焊接材料进行焊前清洗。目前较为传统的方法为机械打磨法。此种方法主要利用砂纸轮片对焊接材料表面进行打磨，以达到去除钢表面锈层、铝合金表面氧化膜的目的。但此种方法存在着效率低、耗材严重、粉尘大、损伤表面等缺点，随着高铁的飞速发展，环境保护法规越来越严苛的今天，机械打磨法越来越不能满足现今的生产要求。

激光清洗利用激光能量密度高、聚焦性强、方向性好等特点，通过透镜组合聚焦光束，把光束集中到一个很小的区域中，激光束使表面污垢层受热膨胀，从而克服基底物质对污垢粒子的吸附力(共价键、范德瓦耳斯力、氢键、静电力、毛细作用等)而脱离物体表面；同时，在固体表面产生力学共振现象，使表面污垢层或凝结物碎裂脱落；另外，激光束瞬间使污垢分子蒸发、热膨胀、汽化或分解。激光清洗技术正是利用激光脉冲的振动、分子的光分解或相变或它们的粒子联合作用等克服污物与基体表面之间的结合力，使污物脱离表面而达到清洗的目的。激光清洗作为21世纪最有前景的新型的清洗方法，以其高效、绿色无污染、无损伤、非接触式清洗等特点，完美弥补了化学试剂法污染环境、机械打磨法效率低下、耗材严重等缺点，未来将逐渐取代传统清洗方法，成为主要的清洗方式。目前，激光清洗已经逐渐开始运用于焊前的焊材表面去除，但清洗之后再焊接效率低，而且过长的时间间隔很容易使焊材表面重新形成氧化层，不利于焊接质量的提高。为了提高生产效率和焊接质量，国内外对于将激光清洗与焊接一前一后同时进行了做了相关研究。上海市激光技术研究所申请的专利申请《基于激光清洗前处理的激光焊接装置及方法》公开了一种基于激光清洗前处理的激光焊接装置及方法，该装置将激光清洗与激光焊接分成独立的两个工作区，利用传送带将两个区域连接起来，激光清洗与激光焊接各采用一个机械臂，设备投入较大；且激光清洗和激光焊接分为两个独立工作区，操作困难，装置复杂，占地面积广。

发明内容

本发明的目的是提供一种可实现焊前激光清洗处理的一体化焊接系统及其焊接方法。该焊接系统实现了将激光清洗和焊接同时进行的集成控制，使两者配合精确，整体操作简单、成本低，有利于工业上大规模应用。

本发明实现其发明目的首先提供了焊接系统的技术方案：

一种可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统，包括焊接部、激光清洗部、连接部、监测部、集成控制部和安全保护部，所述焊接部包括焊枪，激光清洗部包括激光清洗头，其结构特点是：所述激光清洗部通过连接部与焊接部连接，所述连接部包括夹持焊枪的机械臂，套在所述机械臂上可绕机械臂旋转的旋转板、通过铰接组件与所述旋转板侧边铰接的角度翻转板、通过滑动组件滑动连接于角度翻转板上的激光清洗头紧固装置；

所述铰接组件包括角度翻转板侧边固定连接的转轴，旋转板的侧边上设置的与所述转轴配合的轴孔以及可带动转轴转动的旋转电机；所述固定连接于角度翻转板上的转轴旋转穿过旋转板侧边上设置的轴孔；所述旋转电机安装于旋转板上，旋转电机的输出轴与所述转轴固定连接；

所述滑动组件包括设置于角度翻转板上的滑动轨道，设置于激光清洗头紧固装置上与所述滑动轨道配合的滑杆以及可带动所述滑杆在滑动轨道上滑动的滑动驱动组件；所述滑动轨道方向与激光清洗头出射激光方向平行；

所述监测部包括实时监测清洗状况的监测装置和实时监测激光清洗头与焊件上激光清洗点距离的距离传感器；监测装置和距离传感器均可布置在激光清洗头紧固装置上；为了实时监测激光清洗头与焊件上激光清洗点距离，距离传感器与激光清洗头在同一水平面上，且测量方向与激光清洗头发出的激光束方向平行；同时，为了实现判定激光清洗部何时停止工作，应保证距离传感器测量点与激光清洗点同时达到焊件沿焊接方向的前边缘。

所述激光清洗部、焊接部、机械臂、旋转电机、滑动驱动组件的控制端、监测部的输出端均与集成控制部连接；所述集成控制部包括控制焊接部和激光清洗部之间延时的延时模块和根据监测部得到的数据控制激光清洗部、旋转电机和滑动驱动组件工作的清洗控制模块；

所述安全保护部与距离传感器的输出端和集成控制部的控制端连接；安全保护部包括在有危险状况出现时，触发一体化焊接系统停止工作的急停触发模块，所述急停触发模块中预设激光清洗头与激光清洗点之间的安全距离上限阈值d_y+与安全距离下限阈值d_y-；所述危险状况是指当距离传感器测得的激光清洗头与激光清洗点之间的距离大于安全距离上限阈值d_y+或小于安全距离下限阈值d_y-。当距离传感器测得的激光清洗头与激光清洗点之间的距离大于安全距离上限阈值d_y+或小于安全距离下限阈值d_y-时，急停触发模块触发一体化焊接系统停止工作。安全距离上限阈值d_y+和安全距离下限阈值d_y可根据激光有效作用范围设定，二者应当在激光有效作用范围外。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、通过连接部实现了激光清洗与焊接一体化，激光清洗与焊接可以一前一后同时进行作业，实现焊前清洗，且本发明焊接系统的连接部设计简单，操作简单方便，有利于在自动化焊接焊前清洗方面大量应用。

二、在进行焊接前，可以通过调整机械臂调整焊枪位置，通过旋转板在所述机械臂上的位置、角度翻转板与旋转板之间的角度、激光清洗头紧固装置所述角度翻转板上的位置，调整激光清洗头相对于焊枪的位置和激光清洗的偏转角度。

三、监测部可实时监测清洗效果，清洗控制模块可根据监测部得到的数据调节激光清洗参数。

四、铰接组件的驱动电机可调整激光清洗头的角度，从而在激光清洗时，根据监测部的反馈，自动调整激光清洗的偏转角度。

五、滑动驱动组件可调整激光清洗头紧固装置在角度翻转板的滑动轨道上的位置调节激光清洗头位置，从而在激光清洗时，根据监测部的反馈，自动调节激光清洗的离焦量。

六、延时模块可控制焊接部和激光清洗部之间的延时，这样通过关联将激光清洗和焊接变成一个触发，使激光清洗和焊接配合更加精确、操作更加简单。

七、安全保护部可确保操作人员的安全，避免对激光清洗器本身造成损伤；如果工作过程中存在不当操作或者编程有误，激光对准其他物体、人体或与物体距离太近，急停触发模块触发一体化焊接系统停止工作(焊接部和激光清洗部均停止工作)，既保证人员安全，又避免对激光清洗器本身造成损伤。

进一步，本发明系统所述监测装置包括对准激光清洗点的摄像头与声发射仪。

摄像头可实时监测清洗画面，声发射仪可通过声音回波信号判定清洗点的状态与清洗效果，结合摄像头和声发射仪，可全面而准确地监测清洗状态，判定清洗效果，为调节清洗参数、激光清洗工艺参数的优化等方面提供可靠依据。

进一步，本发明系统所述角度翻转板为长方形结构，角度翻转板的上侧边与所述旋转板铰接，所述角度翻转板上的滑动轨道方向平行于所述角度翻转板的左右两侧边。

更进一步，本发明所述滑动驱动组件包括设置于激光清洗头紧固装置上平行于滑动方向的螺纹通孔，与所述螺纹通孔配合的平行于滑动轨道的滑动螺杆以及可带动螺杆转动的滑动电机；所述滑动螺杆螺纹旋转通过螺纹通孔，所述滑动电机安装于角度翻转板上，滑动电机的输出轴与所述滑动螺杆固定连接；滑动电机的控制端与集成控制部连接。

进一步，本发明系统所述延时模块的具体工作方式是：延时模块中预设焊接和激光清洗之间的延时时间T；激光清洗开始后经过延时时间T，延时模块控制焊接部的焊枪开始工作；激光清洗结束后经过延时时间T，延时模块控制焊接部的焊枪结束工作；

所述在延时模块中预设的焊接和激光清洗之间的延时时间T是根据设置的激光清洗点与焊接点之间的距离a和焊接速度v确定的，T＝a/v。

这样，通过简单的方式，实现了通过一个触发同时控制激光清洗和焊接，使激光清洗和焊接配合更加精确、操作更加简单。

进一步，本发明系统所述清洗控制模块的具体工作方式是：根据监测装置实时监测的清洗状况和距离传感器测得的激光清洗头与焊件上激光清洗点之间的距离，调节激光清洗参数、判定激光清洗部何时停止工作；

所述调节激光清洗参数具体包括：调节激光清洗头的激光输出功率；通过旋转电机调节角度翻转板与旋转板之间的角度，从而调节激光清洗的偏转角度；通过滑动驱动组件驱动激光清洗头在所述角度翻转板上滑动，从而调节激光清洗所用的激光离焦量；

所述判定激光清洗部何时停止工作的具体方法是：

在清洗控制模块内预设激光清洗头与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x和距离传感器数据采集的时间间隔Δt；

焊接系统启动后，距离传感器实时监测激光清洗头与焊件上激光清洗点之间的距离，当距离传感器测得的t时刻激光清洗头与激光清洗点之间的距离d_t与t+Δt时刻激光清洗头与激光清洗点之间的距离d_t+Δt之差Δd的绝对值大于预设的激光清洗头与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x时，即|Δd|≥d_x时，激光清洗部停止工作。

这样，不仅可根据监测部的反馈实时调整激光清洗的各种参数，保证更好的清洗效果，而且可通过距离传感器测量的距离，智能判断激光清洗加工过程中的结束点使焊接系统更加智能。

本发明实现其发明目的还提供了一种可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统的焊接方法，其步骤如下：

s1、设置参数，包括：焊接参数和激光清洗的初始激光输出功率、初始偏转角度和初始激光离焦量；焊接速度v；激光清洗点与焊接点之间的距离a；激光清洗头与激光清洗点之间的距离d；激光清洗头与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x；距离传感器数据采集的时间间隔Δt；焊接和激光清洗之间的延时时间T，T＝a/v，并将设置的参数输入集成控制部；

s2、根据预设的焊枪位置和步骤s1所设置的参数，调整焊接部的焊枪位置和激光清洗部的激光清洗头位置，具体包括通过调整机械臂调整焊枪位置，通过调整旋转板在所述机械臂上的位置、角度翻转板与旋转板之间的角度(通过铰接组件的旋转电机调整角度翻转板与旋转板之间的角度)、激光清洗头紧固装置在所述角度翻转板上的位置(通过滑动驱动组件调整激光清洗头紧固装置在所述角度翻转板上的位置)，从而调整激光清洗头的位置和激光清洗的偏转角度；

s3、集成控制部将步骤s1所设置的参数输入焊接部和激光清洗部，启动焊接系统：激光清洗头开始清洗，机械臂按照设定的焊接速度v带动焊枪和激光清洗部沿设定的焊接轨迹行进；

在焊接和激光清洗过程中，集成控制部的延时模块控制焊接部和激光清洗部之间的延时；集成控制部的清洗控制模块根据监测部得到的数据控制激光清洗部、旋转电机和滑动驱动组件工作；安全保护部的急停触发模块根据距离传感器实时监测的距离数据，判断是否存在危险状况并做出相应动作，即当距离传感器测得的激光清洗头与激光清洗点之间的距离大于安全距离上限阈值d_y+或小于安全距离下限阈值d_y-时，急停触发模块触发一体化焊接系统停止工作；如果距离传感器测得的激光清洗头与激光清洗点之间的距离在安全距离上限阈值d_y+和安全距离下限阈值d_y-之间，急停触发模块不工作。

进一步，本发明方法所述步骤s3中延时模块的具体工作方式是：延时模块中预设焊接和激光清洗之间的延时时间T；激光清洗开始后经过延时时间T，延时模块控制焊接部的焊枪开始工作；激光清洗结束后经过延时时间T，延时模块控制焊接部的焊枪结束工作。

进一步，本发明方法所述步骤s3中清洗控制模块的具体工作方式是：根据监测装置实时监测的清洗状况和距离传感器测得的激光清洗头与焊件上激光清洗点之间的距离，调节激光清洗参数、判定激光清洗部何时停止工作；

所述调节激光清洗参数具体包括：调节激光清洗头的激光输出功率；通过旋转电机调节角度翻转板与旋转板之间的角度，从而调节激光清洗的偏转角度；通过滑动驱动组件驱动激光清洗头在所述角度翻转板上滑动，从而调节激光清洗所用的激光离焦量；

所述判定激光清洗部何时停止工作的具体方法是：

在清洗控制模块内预设激光清洗头与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x和距离传感器数据采集的时间间隔Δt；

焊接系统启动后，距离传感器实时监测激光清洗头与焊件上激光清洗点之间的距离，当距离传感器测得的t时刻激光清洗头与激光清洗点之间的距离d_t与t+Δt时刻激光清洗头与激光清洗点之间的距离d_t+Δt之差Δd的绝对值大于预设的激光清洗头与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x时，即|Δd|≥d_x时，激光清洗部停止工作。

附图说明

图1为本发明实施例整体连接结构示意图。

图2为本发明实施例连接部和监测部结构示意图。

图3为本发明实施例焊接点、激光清洗点与距离传感器测量点在焊件上的位置示意图。

图4为本发明实施例延时模块控制焊接部的焊枪开始工作的示意图。

图5为本发明实施例清洗控制模块判定激光清洗部何时停止工作的示意图。

具体实施方式

实施例

图1示出，本发明的一种具体实施方式是：一种可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统，包括焊接部1.0、激光清洗部2.0、连接部3.0、监测部4.0、集成控制部5.0和安全保护部6.0，所述焊接部1.0包括焊枪1.1，激光清洗部2.0包括激光清洗头2.1，其结构特点是：所述激光清洗部2.0通过连接部3.0与焊接部1.0连接，图2为本发明实施例连接部和监测部结构示意图；所述连接部3.0包括夹持焊枪1.1的机械臂3.1(图2中省略了机械臂3.1)，套在所述机械臂3.1上可绕机械臂3.1旋转的旋转板3.2(通过图2中旋转板3.2上的大圆形孔3.2a将旋转板3.2套在机械臂3.1上，也可根据实际工况下不同机械臂的形状对旋转板3.2上的大圆形孔进行修改，不限于此图中的圆形)、通过铰接组件3.3与所述旋转板3.2侧边铰接的角度翻转板3.4、通过滑动组件3.5滑动连接于角度翻转板3.4上的激光清洗头紧固装置3.6；

所述铰接组件3.3包括角度翻转板3.4侧边固定连接的转轴，旋转板3.2的侧边上设置的与所述转轴配合的轴孔以及可带动转轴转动的旋转电机3.3a；所述固定连接于角度翻转板3.4上的转轴旋转穿过旋转板3.2侧边上设置的轴孔；所述旋转电机3.3a安装于旋转板3.2上，旋转电机3.3a的输出轴与所述转轴固定连接；如图2所示，角度翻转板3.4上侧边为凸形(中间部位凸出)，转轴固定在角度翻转板3.4凸出处的相对侧面上，转轴平行于角度翻转板3.4上侧边，旋转板3.2与角度翻转板3.4铰接的侧边为与角度翻转板3.4上侧边凸形配合的凹形，旋转板3.2凹形侧边上设置有与转轴配合的两个轴孔，轴孔内光滑，转轴在轴孔内自由转动带动角度翻转板3.4相对于旋转板3.2侧边转动。旋转电机3.3a固定安装于旋转板3.2上，旋转电机3.3a的输出轴与所述转轴固定连接，旋转电机3.3a可驱动转轴转动，从而带动角度翻转板3.4相对于旋转板3.2侧边转动。

所述滑动组件3.5包括设置于角度翻转板3.4上的滑动轨道3.5a，设置于激光清洗头紧固装置3.6上与所述滑动轨道3.5a配合的滑杆3.5b以及可带动所述滑杆3.5b在滑动轨道3.5a上滑动的滑动驱动组件3.7；所述滑动轨道3.5a方向与激光清洗头2.1出射激光方向平行；

所述监测部4.0包括实时监测清洗状况的监测装置4.1和实时监测激光清洗头2.1与焊件上激光清洗点距离的距离传感器4.2；本例中距离传感器4.2与激光清洗头2.1在同一水平面上，且测量方向与激光清洗头2.1发出的激光束方向平行；同时，为了实现判定激光清洗部何时停止工作，需要保证距离传感器测量点与激光清洗点同时达到焊件沿焊接方向的前边缘；本例中焊件沿焊接方向的前边缘为不垂直于焊缝方向的斜线，距离传感器4.2在焊件上的测量点与激光清洗点之间的连线平行于焊件沿焊接方向的前边缘。图3为本实施例焊接点、激光清洗点与距离传感器测量点在焊件上的位置示意图，图中，p为激光清洗点、q为距离传感器测量点、o为焊接点。

所述激光清洗部2.0、焊接部1.0、机械臂3.1、旋转电机3.3a、滑动驱动组件3.7的控制端、监测部4.0的输出端均与集成控制部5.0连接；所述集成控制部5.0包括控制焊接部1.0和激光清洗部2.0之间延时的延时模块和根据监测部4.0得到的数据控制激光清洗部2.0、旋转电机3.3a和滑动驱动组件3.7工作的清洗控制模块；

所述安全保护部6.0与距离传感器4.2的输出端和集成控制部5.0的控制端连接；安全保护部6.0包括在有危险状况出现时，触发一体化焊接系统停止工作的急停触发模块，所述急停触发模块中预设激光清洗头2.1与激光清洗点之间的安全距离上限阈值d_y+与安全距离下限阈值d_y-；所述危险状况是指当距离传感器4.2测得的激光清洗头2.1与激光清洗点之间的距离大于安全距离上限阈值d_y+或小于安全距离下限阈值d_y-。当距离传感器4.2测得的激光清洗头2.1与激光清洗点之间的距离大于安全距离上限阈值d_y+触发一体化焊接系统停止工作是防止工作过程中不当操作或者编程有误，激光对准其他物体或人体；当距离传感器4.2测得的激光清洗头2.1与激光清洗点之间的距离小于安全距离下限阈值d_y-触发一体化焊接系统停止工作是防止物体、人体距离出射激光出太近，对物体、人体以及激光镜面本身造成损伤。

本例中所述监测装置4.1包括对准激光清洗点的摄像头与声发射仪。

本例中所述角度翻转板3.4为长方形结构，角度翻转板3.4的上侧边与所述旋转板3.2铰接，所述角度翻转板3.4上的滑动轨道3.5a方向平行于所述角度翻转板3.4的左右两侧边。如图2所示，本例中角度翻转板3.4为长方框形结构，滑动轨道3.5a即为角度翻转板3.4的左右两侧边上开有的通槽，滑杆3.5b设置于激光清洗头紧固装置3.6左右两相对侧面上，本例中滑杆3.5b末端膨大为圆球状，可保证激光清洗头紧固装置3.6位置的稳定，同时可减滑动时的摩擦。

图2示出，本例中所述滑动驱动组件3.7包括设置于激光清洗头紧固装置3.6上平行于滑动方向的螺纹通孔，与所述螺纹通孔配合的平行于滑动轨道3.5a的滑动螺杆3.7b以及可带动螺杆转动的滑动电机3.7a；所述滑动螺杆3.7b螺纹旋转通过螺纹通孔，所述滑动电机安装于角度翻转板3.4上，滑动电机3.7a的输出轴与所述滑动螺杆3.7b固定连接；滑动电机3.7a的控制端与集成控制部5.0连接。

图1为本实施例整体连接结构示意图，图中仅表示焊接系统的主要部分，省略转轴、轴孔、螺纹通孔等细节。

本例中所述延时模块的具体工作方式是：延时模块中预设焊接和激光清洗之间的延时时间T；激光清洗开始后经过延时时间T，延时模块控制焊接部1.0的焊枪1.1开始工作；激光清洗结束后经过延时时间T，延时模块控制焊接部1.0的焊枪1.1结束工作；

所述在延时模块中预设的焊接和激光清洗之间的延时时间T是根据设置的激光清洗点与焊接点之间的距离a和焊接速度v确定的，T＝a/v。图4为本实施例延时模块控制焊接部的焊枪开始工作的示意图，图4中X代表激光清洗光束、Y代表焊接焊枪(本图仅是为了表示激光清洗和焊接相对位置的示意图，不代表激光束方向、焊接输出方向、焊接种类和实际焊枪形状)，t₀为激光清洗开始时的时刻，激光清洗开始后经过延时时间T，焊枪正好开始对准焊件的焊接起始点，延时模块控制焊接部1.0的焊枪1.1开始工作。

本例中所述清洗控制模块的具体工作方式是：根据监测装置4.1实时监测的清洗状况和距离传感器4.2测得的激光清洗头2.1与焊件上激光清洗点之间的距离，调节激光清洗参数、判定激光清洗部2.0何时停止工作；

所述调节激光清洗参数具体包括：调节激光清洗头2.1的激光输出功率；通过旋转电机3.3a调节角度翻转板3.4与旋转板3.2之间的角度，从而调节激光清洗的偏转角度；通过滑动驱动组件3.7驱动激光清洗头2.1在所述角度翻转板3.4上滑动，从而调节激光清洗所用的激光离焦量；

所述判定激光清洗部2.0何时停止工作的具体方法是：

在清洗控制模块内预设激光清洗头2.1与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x和距离传感器数据采集的时间间隔Δt；

焊接系统启动后，距离传感器4.2实时监测激光清洗头2.1与焊件上激光清洗点之间的距离，当距离传感器4.2测得的t时刻激光清洗头2.1与激光清洗点之间的距离d_t与t+Δt时刻激光清洗头2.1与激光清洗点之间的距离d_t+Δt之差Δd的绝对值大于预设的激光清洗头2.1与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x时，即|Δd|≥d_x时，激光清洗部2.0停止工作。图5为本发明实施例清洗控制模块判定激光清洗部何时停止工作的示意图，图中，X代表激光清洗光束、Y代表焊接的焊枪(本图仅是为了表示激光清洗和焊接相对位置的示意图，不代表激光束方向、焊接输出方向、焊接种类和实际焊枪形状)，t时刻激光清洗光束正好对准焊件的焊接结束点，此时距离传感器4.2测得的激光清洗头2.1与激光清洗点之间的距离为d_t。在t+Δt时刻，激光清洗光束刚好离开焊件，此时距离传感器4.2测得的激光清洗头2.1与激光清洗点之间的距离为d_t+Δt；距离d_t与距离d_t+Δt之差Δd＝d_t+Δt-d_t的绝对值大于预设的激光清洗头2.1与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x，激光清洗部2.0停止工作。需要说明的是，Δt越小，则判定越精确。Δt与实际采用的距离传感器4.2和集成控制部5.0有关、d_x与用户自己想要的停止条件有关(比如试件厚度不同)和实际采用的激光器的激光作用范围有关，用户可根据实际需要设置。本实施例中焊接速度为15mm/s，Δt设置为0.1s(经计算，最大误差距离为1.5mm)；待焊试件为10mm厚，考虑试件厚度尺寸误差、测量误差等各方面因素，d_x设置为7mm。

本例的可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统的焊接方法的步骤如下：

s1、设置参数，包括：焊接参数和激光清洗的初始激光输出功率、初始偏转角度和初始激光离焦量；焊接速度v；激光清洗点与焊接点之间的距离a；激光清洗头2.1与激光清洗点之间的距离d；激光清洗头2.1与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x；距离传感器4.2数据采集的时间间隔Δt；焊接和激光清洗之间的延时时间T，T＝a/v，并将设置的参数输入集成控制部5.0；

s2、根据预设的焊枪1.1位置和步骤s1所设置的参数，调整焊接部1.0的焊枪1.1位置和激光清洗部2.0的激光清洗头2.1位置，具体包括通过调整机械臂3.1调整焊枪1.1位置，通过调整旋转板3.2在所述机械臂3.1上的位置、角度翻转板3.4与旋转板3.2之间的角度、激光清洗头紧固装置3.6在所述角度翻转板3.4上的位置，从而调整激光清洗头2.1的位置和激光清洗的偏转角度；

s3、集成控制部5.0将步骤s1所设置的参数输入焊接部1.0和激光清洗部2.0，启动焊接系统：激光清洗头2.1开始清洗，机械臂3.1按照设定的焊接速度v带动焊枪1.1和激光清洗部2.0沿设定的焊接轨迹行进；

在焊接和激光清洗过程中，集成控制部5.0的延时模块控制焊接部1.0和激光清洗部2.0之间的延时；集成控制部5.0的清洗控制模块根据监测部4.0得到的数据控制激光清洗部2.0、旋转电机3.3a和滑动驱动组件3.7工作；安全保护部6.0的急停触发模块根据距离传感器4.2实时监测的距离数据，判断是否存在危险状况并做出相应动作。

上述方法的步骤s3中延时模块的具体工作方式是：延时模块中预设焊接和激光清洗之间的延时时间T；激光清洗开始后经过延时时间T，延时模块控制焊接部1.0的焊枪1.1开始工作；激光清洗结束后经过延时时间T，延时模块控制焊接部1.0的焊枪1.1结束工作。

上述方法的所述步骤s3中清洗控制模块的具体工作方式是：根据监测装置4.1实时监测的清洗状况和距离传感器4.2测得的激光清洗头2.1与焊件上激光清洗点之间的距离，调节激光清洗参数、判定激光清洗部2.0何时停止工作；

所述调节激光清洗参数具体包括：调节激光清洗头2.1的激光输出功率；通过旋转电机3.3a调节角度翻转板3.4与旋转板3.2之间的角度，从而调节激光清洗的偏转角度；通过滑动驱动组件3.7驱动激光清洗头2.1在所述角度翻转板3.4上滑动，从而调节激光清洗所用的激光离焦量；

所述判定激光清洗部2.0何时停止工作的具体方法是：

在清洗控制模块内预设激光清洗头2.1与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x和距离传感器4.2数据采集的时间间隔Δt；

焊接系统启动后，距离传感器4.2实时监测激光清洗头2.1与焊件上激光清洗点之间的距离，当距离传感器4.2测得的t时刻激光清洗头2.1与激光清洗点之间的距离d_t与t+Δt时刻激光清洗头2.1与激光清洗点之间的距离d_t+Δt之差Δd的绝对值大于预设的激光清洗头2.1与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x时，即|Δd|≥d_x时，激光清洗部2.0停止工作。

Claims (9)

1.一种可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统，包括焊接部(1.0)、激光清洗部(2.0)、连接部(3.0)、监测部(4.0)、集成控制部(5.0)和安全保护部(6.0)，所述焊接部(1.0)包括焊枪(1.1)，激光清晰部(2.0)包括激光清洗头(2.1)，其特征在于：所述激光清洗部(2.0)通过连接部(3.0)与焊接部(1.0)连接，所述连接部(3.0)包括夹持焊枪(1.1)的机械臂(3.1)，套在所述机械臂(3.1)上可绕机械臂(3.1)旋转的旋转板(3.2)、通过铰接组件(3.3)与所述旋转板(3.2)侧边铰接的角度翻转板(3.4)、通过滑动组件(3.5)滑动连接于角度翻转板(3.4)上的激光清洗头紧固装置(3.6)；

所述铰接组件(3.3)包括角度翻转板(3.4)侧边固定连接的转轴，旋转板(3.2)的侧边上设置的与所述转轴配合的轴孔以及可带动转轴转动的旋转电机(3.3a)；所述固定连接于角度翻转板(3.4)上的转轴旋转穿过旋转板(3.2)侧边上设置的轴孔；所述旋转电机(3.3a)安装于旋转板(3.2)上，旋转电机(3.3a)的输出轴与所述转轴固定连接；

所述滑动组件(3.5)包括设置于角度翻转板(3.4)上的滑动轨道(3.5a)，设置于激光清洗头紧固装置(3.6)上与所述滑动轨道(3.5a)配合的滑杆(3.5b)以及可带动所述滑杆(3.5b)在滑动轨道(3.5a)上滑动的滑动驱动组件(3.7)；所述滑动轨道(3.5a)方向与激光清洗头(2.1)出射激光方向平行；

所述监测部(4.0)包括实时监测清洗状况的监测装置(4.1)和实时监测激光清洗头(2.1)与焊件上激光清洗点距离的距离传感器(4.2)；

所述激光清洗部(2.0)、焊接部(1.0)、机械臂(3.1)、旋转电机(3.3a)、滑动驱动组件(3.7)的控制端、监测部(4.0)的输出端均与集成控制部(5.0)连接；所述集成控制部(5.0)包括控制焊接部(1.0)和激光清洗部(2.0)之间延时的延时模块和根据监测部(4.0)得到的数据控制激光清洗部(2.0)、旋转电机(3.3a)和滑动驱动组件(3.7)工作的清洗控制模块；

所述安全保护部(6.0)与距离传感器(4.2)的输出端和集成控制部(5.0)的控制端连接；安全保护部(6.0)包括在有危险状况出现时，触发一体化焊接系统停止工作的急停触发模块，所述急停触发模块中预设激光清洗头(2.1)与激光清洗点之间的安全距离上限阈值d_y+与安全距离下限阈值d_y-；所述危险状况是指当距离传感器(4.2)测得的激光清洗头(2.1)与激光清洗点之间的距离大于安全上限阈值d_y+或小于安全距离下限阈值d_y-。

2.根据权利要求1所述的一种可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统，其特征在于：所述监测装置(4.1)包括对准激光清洗点的摄像头与声发射仪。

3.根据权利要求1所述的一种可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统，其特征在于：所述角度翻转板(3.4)为长方形结构，角度翻转板(3.4)的上侧边与所述旋转板(3.2)铰接，所述角度翻转板(3.4)上的滑动轨道(3.5a)方向平行于所述角度翻转板(3.4)的左右两侧边。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统，其特征在于：所述滑动驱动组件(3.7)包括设置于激光清洗头紧固装置(3.6)上平行于滑动方向的螺纹通孔，与所述螺纹通孔配合的平行于滑动轨道(3.5a)的滑动螺杆(3.7b)以及可带动螺杆转动的滑动电机(3.7a)；所述滑动螺杆(3.7b)螺纹旋转通过螺纹通孔，所述滑动电机安装于角度翻转板(3.4)上，滑动电机(3.7a)的输出轴与所述滑动螺杆(3.7b)固定连接；滑动电机(3.7a)的控制端与集成控制部(5.0)连接。

5.根据权利要求1所述的一种可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统，其特征在于：所述延时模块的具体工作方式是：延时模块中预设焊接和激光清洗之间的延时时间T；激光清洗开始后经过延时时间T，延时模块控制焊接部(1.0)的焊枪(1.1)开始工作；激光清洗结束后经过延时时间T，延时模块控制焊接部(1.0)的焊枪(1.1)结束工作；

所述在延时模块中预设的焊接和激光清洗之间的延时时间T是根据设置的激光清洗点与焊接点之间的距离a和焊接速度v确定的，T＝a/v。

6.根据权利要求1所述的一种可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统，其特征在于：所述清洗控制模块的具体工作方式是：根据监测装置(4.1)实时监测的清洗状况和距离传感器(4.2)测得的激光清洗头(2.1)与焊件上激光清洗点之间的距离，调节激光清洗参数、判定激光清洗部(2.0)何时停止工作；

所述调节激光清洗参数具体包括：调节激光清洗头(2.1)的激光输出功率；通过旋转电机(3.3a)调节角度翻转板(3.4)与旋转板(3.2)之间的角度，从而调节激光清洗的偏转角度；通过滑动驱动组件(3.7)驱动激光清洗头(2.1)在所述角度翻转板(3.4)上滑动，从而调节激光清洗所用的激光离焦量；

所述判定激光清洗部(2.0)何时停止工作的具体方法是：

在清洗控制模块内预设激光清洗头(2.1)与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x和距离传感器数据采集的时间间隔△t；

焊接系统启动后，距离传感器(4.2)实时监测激光清洗头(2.1)与焊件上激光清洗点之间的距离，当距离传感器测得的t时刻激光清洗头(2.1)与激光清洗点之间的距离d_t与t+△t时刻激光清洗头(2.1)与激光清洗点之间的距离d_t+△t之差Δd的绝对值大于预设的激光清洗头(2.1)与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x时，即∣Δd∣≥d_x时，激光清洗部(2.0)停止工作。

7.一种权利要求1所述的可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统的焊接方法，其步骤如下：

s1、设置参数，包括：焊接参数和激光清洗的初始激光输出功率、初始偏转角度和初始激光离焦量；焊接速度v；激光清洗点与焊接点之间的距离a；激光清洗头(2.1)与激光清洗点之间的距离d；激光清洗头(2.1)与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x；距离传感器数据采集的时间间隔△t；；焊接和激光清洗之间的延时时间T，T＝a/v，并将设置的参数输入集成控制部(5.0)；

s2、根据预设的焊枪(1.1)位置和步骤s1所设置的参数，调整焊接部(1.0)的焊枪(1.1)位置和激光清洗部(2.0)的激光清洗头(2.1)位置，具体包括通过调整机械臂(3.1)调整焊枪(1.1)位置，通过调整旋转板(3.2)在所述机械臂(3.1)上的位置、角度翻转板(3.4)与旋转板(3.2)之间的角度、激光清洗头紧固装置(3.6)在所述角度翻转板(3.4)上的位置，从而调整激光清洗头(2.1)的位置和激光清洗的偏转角度；

s3、集成控制部(5.0)将步骤s1所设置的参数输入焊接部(1.0)和激光清洗部(2.0)，启动焊接系统：激光清洗头(2.1)开始清洗，机械臂(3.1)按照设定的焊接速度v带动焊枪(1.1)和激光清洗部(2.0)沿设定的焊接轨迹行进；

在焊接和激光清洗过程中，集成控制部(5.0)的延时模块控制焊接部(1.0)和激光清洗部(2.0)之间的延时；集成控制部(5.0)的清洗控制模块根据监测部(4.0)得到的数据控制激光清洗部(2.0)、旋转电机(3.3a)和滑动驱动组件(3.7)工作；安全保护部(6.0)的急停触发模块根据距离传感器(4.2)实时监测的距离数据，判断是否存在危险状况并做出相应动作。

8.根据权利要求7所述的可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统的焊接方法，其特征在于：所述步骤s3中延时模块的具体工作方式是：延时模块中预设焊接和激光清洗之间的延时时间T；激光清洗开始后经过延时时间T，延时模块控制焊接部(1.0)的焊枪(1.1)开始工作；激光清洗结束后经过延时时间T，延时模块控制焊接部(1.0)的焊枪(1.1)结束工作。

9.根据权利要求7或8所述的可实现焊前激光清洗的一体化焊接系统的焊接方法，其特征在于：所述步骤s3中清洗控制模块的具体工作方式是：根据监测装置(4.1)实时监测的清洗状况和距离传感器(4.2)测得的激光清洗头(2.1)与焊件上激光清洗点之间的距离，调节激光清洗参数、判定激光清洗部(2.0)何时停止工作；

所述调节激光清洗参数具体包括：调节激光清洗头(2.1)的激光输出功率；通过旋转电机(3.3a)调节角度翻转板(3.4)与旋转板(3.2)之间的角度，从而调节激光清洗的偏转角度；通过滑动驱动组件(3.7)驱动激光清洗头(2.1)在所述角度翻转板(3.4)上滑动，从而调节激光清洗所用的激光离焦量；

所述判定激光清洗部(2.0)何时停止工作的具体方法是：

在清洗控制模块内预设激光清洗头(2.1)与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x和距离传感器数据采集的时间间隔△t；

焊接系统启动后，距离传感器实时监测激光清洗头(2.1)与焊件上激光清洗点之间的距离，当距离传感器测得的t时刻激光清洗头(2.1)与激光清洗点之间的距离d_t与t+△t时刻激光清洗头(2.1)与激光清洗点之间的距离d_t+△t之差Δd的绝对值大于预设的激光清洗头(2.1)与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值d_x时，即∣Δd∣≥d_x时，激光清洗部(2.0)停止工作。