CN108406114A - 一种圆弧t型角接双面焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种圆弧T型角接双面焊接方法，包括如下步骤：1)圆弧工件固定；2)在焊缝两侧各设置一个焊接头，焊接头位置通过X\Y\Z轴调节机构和角度旋转调节机构进行调整，焊缝两侧设有电连接闭环控制系统的轨迹检测机构；3)检测焊缝信息并传输给闭环控制系统，闭环控制系统根据焊缝信息与理论信息的差异调整焊接头位置；4)焊接头位置调整后，圆弧工件沿焊缝轨迹运动，两个焊接头分别对焊缝两侧进行焊接加工。本发明通过采用双焊接头对圆弧工件焊缝两侧进行自动焊接，同时对焊缝位置进行实时检测并反馈至闭环控制系统来自动调整焊接头位置，从而实现对圆弧焊缝的自动检测定位加工，无需人工干预，且能满足圆弧焊缝焊接精度要求。
Description
一种圆弧T型角接双面焊接方法
技术领域
[0001] 本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种圆弧T型角接双面焊接方法。
背景技术
[0002] 针对双面焊缝，现有技术中有较多研宄，现阶段主要是用于厚板拼焊双面焊接及 直线T型角接焊缝，采用弧焊或激光焊接方式。然而对于圆弧形T型角接双面焊缝，现有公开 技术中未能找好相关内容，圆弧形T型角接双面焊缝主要指圆弧焊缝，包括规整圆弧或不规 整圆弧，圆弧包括封闭环圆弧或开放式圆弧段，通常两面圆弧轨迹相同，亦可不同，但必须 同时封闭或者断开，而采用现有的直线T型角接焊缝或厚板双拼拼焊的方式及装置来焊接 圆弧双面角接焊缝，则无法满足圆弧焊缝的焊接精度、焊接强度等多种焊接质量特性的要 求。
发明内容
[0003] 本发明的目的是克服现有直线T型角接焊缝或厚板双拼拼焊方法无法满足圆弧焊 缝的焊接精度要求的问题。
[0004] 为此，本发明实施例提供了一种圆弧T型角接双面焊接方法，包括如下步骤： 1) 将待焊接的圆弧工件通过工装夹具进行固定，且工装夹具与激光光束产生沿焊缝方 向相反的相对运动； 2) 在焊缝两侧各设置一个焊接头，且焊接头的激光光束对准焊缝，焊接头位置通过X\ Y\Z轴调节机构和角度旋转调节机构进行调整，焊缝两侧配置有用于实时检测焊缝位置的 轨迹检测机构，轨迹检测机构电连接闭环控制系统； 3) 轨迹检测机构检测工装夹具中圆弧工件的焊缝信息并传输给闭环控制系统，闭环控 制系统根据焊缝信息与理论信息的差异控制X\Y\Z轴调节机构和旋转调节机构动作来调整 焊接头位置至最佳焊接位置； 4) 焊接头的焊接位置调整完成后，工装夹具带动圆弧工件沿焊缝轨迹运动，两个焊接 头分别对焊缝两侧进行焊接加工。
[0005] 进一步的，所述工装夹具为两端顶紧式或气动卡爪式夹具或仿形面装夹定位式夹 具。
[0006] 进一步的，所述工装夹具为气动卡爪式夹具，且所述气动卡爪式夹具包括机座一 和两个旋转气动卡爪，两个所述旋转气动卡爪分别对称设置在所述机座一的两侧。
[0007] 进一步的，所述仿形面装夹定位式夹具包括机座二、两个移动工装支架以及设置 在移动工装支架上的仿形托板和夹钳，所述机座二两侧设有长导轨，两个所述移动工装支 架分别对称滑动连接在所述机座二的长导轨上，所述仿形托板位于移动工装支架的下部， 所述夹钳位于移动工装支架的上部，且所述仿形托板和夹钳相配合夹紧圆弧工件。
[0008] 进一步的，所述轨迹检测机构为气动回转顶针或视觉检测装置，所述轨迹检测机 构设置在焊接头上，且所述轨迹检测机构于所述圆弧工件上的检测点前置于所述焊接头于 所述圆弧工件上的激光光斑位置。
[0009] 进一步的，所述X\Y\Z轴调节机构包括X轴移动工作台、Y轴移动工作台以及Zl轴移 动工作台和Z2轴移动工作台，两个所述焊接头分别位于Zi轴移动工作台和z2轴移动工作台 上，所述Y轴移动工作台包括Yi移动工作台和Y2移动工作台，所述Yi移动工作台设置在X轴移 动工作台上，所述Y2移动工作台设置在h移动工作台上，所述Zl轴移动工作台设置在Yl移动 工作台上，所述Z2轴移动工作台设置在Y2移动工作台上。
[0010] 进一步的，所述步骤4)焊接焊缝过程中，两个焊接头同时出光或独立出光，或者采 用同一光源分光或各自采用独立光源控制。
[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果:本发明提供的这种圆弧T型角接双面焊接方 法针对圆弧形双面角接焊缝，通过采用双焊接头同时对圆弧工件焊缝两侧进行自动焊接， 同时对焊缝位置进行实时检测并反馈至闭环控制系统来自动调整焊接头位置，从而实现在 焊接加工过程中对圆弧焊缝的自动检测定位加工，无需人工干预，且能满足圆弧焊缝的焊 接精度要求。
[0012] 以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
[0013] 图1是本发明中封闭结构的圆弧工件的结构示意图； 图2是本发明中分段结构的圆弧工件的结构示意图； 图3是实施例1中封闭结构的圆弧双面焊缝的焊接装置结构示意图； 图4是实施例2中分段结构的圆弧双面焊缝的焊接装置结构示意图； 图5是本发明中X\Y\Z轴调节机构的俯视图。
[0014] 附图标记说明：1、机座一;2、旋转气动卡爪;3、圆弧工件;4、X\Y\Z轴调节机构;5、 气动回转顶针;6、焊接头;7、角度旋转调节机构;8、闭环控制系统;9、机座二；10、移动工装 支架；11、仿形托板;I2、夹钳;I3、视觉检测装置;14、X轴移动工作台；15、Yi移动工作台；16、 Zji移动工作台；17、22轴移动工作台；18、Y2移动工作台。
具体实施方式
[0015]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的 方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0017] 术语“一”、“二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含 指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“一”、“二”的特征可以明示或者隐含地包括一 个或者更多个该特征;在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以 上。
[0018] 实施例1: 如图1和图3所示，本实施例提供了一种针对封闭结构的圆弧工件的圆弧T型角接双面 焊接方法，包括如下步骤： 首先，将待焊接的圆弧工件3通过工装夹具进行固定，且工装夹具与激光光束产生沿焊 缝方向相反的相对运动。其中，如图3所示，所述工装夹具为气动卡爪式夹具，包括凹型槽结 构的机座一 1和两个旋转气动卡爪2,两个所述旋转气动卡爪2分别对称设置在所述机座一 1 的两侧壁上，如图1所示的封闭结构的圆弧工件3的两端分别安装在该两个所述旋转气动卡 爪2中，通过旋转气动卡爪2将圆弧工件3夹紧，同时旋转气动卡爪2可带动圆弧工件3绕圆弧 工件的轴线36〇°旋转。当然，所述工装夹具还可采用两端顶紧式的夹具将圆弧工件3两端顶 紧。
[0019]然后，在焊缝两侧各设置一个焊接头6，且焊接头6的激光光束对准焊缝，焊接头6 位置通过X\Y\Z轴调节机构4和角度旋转调节机构7进行调整，焊缝两侧配置有用于实时检 测焊缝位置的轨迹检测机构，轨迹检测机构电连接闭环控制系统8。
[0020]具体的，本实施例中所述轨迹检测机构采用气动回转顶针5,在焊接过程中，气动 回转顶针5的顶针部分与圆弧工件3的回转轴部分接触，且顶针位置略微前置于焊接头6在 圆弧工件3上形成的激光光斑位置。如图5所示，所述X\Y\Z轴调节机构4包括X轴移动工作台 14、Y轴移动工作台以及Zi轴移动工作台16和Z2轴移动工作台17,两个所述焊接头6分别位于 Zi轴移动工作台16和Z2轴移动工作台17上，所述Y轴移动工作台包括Yi移动工作台15和Y2移 动工作台18，所述Yi移动工作台15设置在X轴移动工作台14上，所述Y2移动工作台18设置在 Yi移动工作台15上，Yi移动工作台15沿Y轴向运动，Y2移动工作台18可独立运动，同时Y2移动 工作台18随Yi移动工作台15的运动而运动，所述Zi轴移动工作台16设置在Yi移动工作台15 上，可跟随Yi移动工作台15运动，所述Z2轴移动工作台17设置在Y2移动工作台18上，可随Y2 移动工作台18运动。在本实施例中通过X轴移动工作台14在X轴向上移动而带动焊接头6移 动至圆弧工件3的焊缝处，且两个焊接头6分别位于焊缝两侧，与此同时，在Y轴向上，Y轴移 动工作台驱动两个焊接头6沿Y轴方向移动至圆弧工件3的轴线上，具体的，通过心移动工作 台15和¥2移动工作台18的移动，实现两个焊接头6焊接焦点到圆弧工件3轴线上Y轴方向进 给距离的调整，而且Y2移动工作台18可保证焊缝两侧焊接焦点在Y轴方向距离与焊缝宽度 的匹配，能够保证两侧同时焊接时焊缝不错位;在Z轴向上，Zi轴移动工作台16和Z2轴移动工 作台17保证两个焊接头6与圆弧工件3在Z轴方向上的垂直距离，确定好焊接时的距离，优选 的，Z2轴移动工作台17还可通过设置X向驱动模组，使其在Z轴向上移动的同时还可沿X轴向 在小范围内移动，进一步保证两个焊接头6焊接焦点之间的距离;另外，通过角度旋转机构7 调整两个焊接头6与圆弧工件3之间的夹角，使焊接时焊接头6发射出的激光光束与圆弧工 件3角接面能够到达最佳焊接角度，作用于焊缝位置;其中，本实施例中以水平方向为X轴 向，竖直方向为Z轴向，以水平垂直于X轴向的方向为Y轴向;X轴移动工作台14、Y轴移动工作 台以及Zi轴移动工作台16和22轴移动工作台17的移动均各自通过驱动电机提供动力来实 现，且驱动电机与闭环控制系统8电连接。
[0021] 轨迹检测机构检测工装夹具中圆弧工件3的焊缝信息并传输给闭环控制系统8,闭 环控制系统8根据焊缝信息与理论信息的差异控制X\Y\Z轴调节机构4和角度旋转调节机构 7动作来调整焊接头6位置至最佳焊接位置。具体的，当旋转气动卡爪2带动圆弧工件3回转 时，气动回转顶针5的顶针位移数据变化，传输至闭环控制系统8,闭环控制系统8对数据进 行处理,转换成焊接头6的离焦量、功率、速度、保护气等相关参数变化信息，再通过X\Y\Z轴 调节机构4和角度旋转调节机构7进行调整对焊接头6位置进行调整，使得激光光束与圆弧 工件3角接面成一定角度，作用于焊缝位置。
[0022]焊接头6的焊接位置调整完成后，旋转气动卡爪2带动圆弧工件3绕圆弧工件3的轴 线旋转一周，两个焊接头6分别对焊缝两侧进行焊接加工，而在此焊接加工过程中，两个焊 接头6可同时出光或独立出光，或者采用同一光源分光或各自采用独立光源控制，这样封闭 结构的圆弧工件焊接完成，无需人工干预。
[0023] 实施例2: 如图2和图4所示，本实施例提供了一种针对分段结构的圆弧工件的圆弧T型角接双面 焊接方法，包括如下步骤： 首先，将待焊接的圆弧工件3通过工装夹具进行固定，且工装夹具能带动圆弧工件3沿 焊缝轨迹运动。而对于如图2所示的分段结构的圆弧工件3，在本实施例中，所述工装夹具为 仿形面装夹定位式夹具，包括凹型槽结构的机座二9、两个移动工装支架10以及设置在移动 工装支架10上的仿形托11板和夹钳12,所述机座二9两侧壁上设有长导轨，两个所述移动工 装支架10分别对称滑动连接在所述机座二9的长导轨上，所述仿形托板11位于移动工装支 架10的下部，所述夹钳12位于移动工装支架10的上部，且所述仿形托板11和夹钳12相配合 夹紧圆弧工件3,如图2所示的分段结构的圆弧工件3的底板两端分别放置在仿形托板11上， 夹钳12下压与仿形托板11配合夹紧圆弧工件3的底板，而由于分段结构的圆弧工件3通常在 正式焊接前会采用点焊方式固定，因此可不对该圆弧工件3的竖直板进行固定;在焊接加工 过程中，移动工装支架10以一定的速度带动圆弧工件3在机座二9上移动。
[0024] 然后，在焊缝两侧各设置一个焊接头6，且焊接头6的激光光束对准焊缝，焊接头6 位置通过X\Y\Z轴调节机构4和角度旋转调节机构7进行调整，焊缝两侧配置有用于实时检 测焊缝位置的轨迹检测机构，轨迹检测机构电连接闭环控制系统8。
[0025] 具体的，本实施例中所述轨迹检测机构采用视觉检测装置13,该视觉检测装置13 是用工业相机代替人眼睛去完成识别、测量、定位等功能。一般包括相机、镜头、光源，可以 代替人工完成条码字符、裂痕、包装、表面图层是否完整、凹陷等检测，使用视觉检测系统能 有效的提高生产流水线的检测速度和精度;本实施例中的视觉检测装置13为现有技术产 品，其具体结构在此不再赘述。而此实施例中的X\Y\Z轴调节机构4和角度旋转调节机构7的 具体结构以及其对焊接头6位置调整的具体过程与实施例1中一致。
[0026]在焊接过程中，视觉检测装置13先对焊缝进行视觉检测，将X\Y\Z轴三个方向的数 据信号记录并传输至闭环控制系统8,经过闭环控制系统8数据处理后，与理论数据比对进 程补偿纠偏，形成焊接头6的运动轨迹，焊接头6位置调整通过X\Y\Z轴调节机构4和角度旋 转调节机构7实现。
[0027]开始焊接时，闭环控制系统8先确定焊接头6的起始位置，焊接头6的激光器出光对 焊缝位置进行焊接，随后移动工装支架10以一定速度在机座二9的长导轨上移动，同时焊接 头6根据检测信号实时调整位置，实现随动补偿纠偏，闭环控制系统8根据工艺信息调整工 艺参数，进而实现对该分段结构的圆弧工件3焊缝的焊接，无需人工干预。当然，在焊接过程 中，两个焊接头6可同时出光或独立出光，或者采用同一光源分光或各自采用独立光源控 市IJ，m忏；fcTTO鈿恂U、」圆m丄仵3焊接完成，无需人工干预。
[0028]综上所述，本发明提供的这种圆弧7型角接双面焊接方法通过采用双焊接头同时 对圆弧工件焊缝两侧进行自动焊接，同时对焊缝位置进行实时检测并反馈至闭环控制系统 来自动调整焊接头位置，从而实现在焊接加工过程中对圆弧焊缝的自动检测定位加工，无 需人工干预，且能满足圆弧焊缝的焊接精度要求。
[0029]以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡 是与本发明相同或相似的设计均属于本的保护范围之内。 ’
Claims (7)
1. 一种圆弧T型角接双面焊接方法，其特征在于:包括如下步骤： 1) 将待焊接的圆弧工件通过工装夹具进行固定，且工装夹具与激光光束产生沿焊缝方 向相反的相对运动； 2) 在焊缝两侧各设置一个焊接头，且焊接头的激光光束对准焊缝，焊接头位置通过x\ Y\Z轴调节机构和角度旋转调节机构进行调整，焊缝两侧配置有用于实时检测焊缝位置的 轨迹检测机构，轨迹检测机构电连接闭环控制系统； 3) 轨迹检测机构检测工装夹具中圆弧工件的焊缝信息并传输给闭环控制系统，闭环控 制系统根据焊缝信息与理论信息的差异控制X\Y\Z轴调节机构和旋转调节机构动作来调整 焊接头位置至最佳焊接位置； 4) 焊接头的焊接位置调整完成后，工装夹具带动圆弧工件沿焊缝轨迹运动，两个焊接 头分别对焊缝两侧进行焊接加工。
2.如权利要求1所述的圆弧T型角接双面焊接方法，其特征在于：所述工装夹具为两端 顶紧式或气动卡爪式夹具或仿形面装夹定位式夹具。
3.如权利要求2所述的圆弧T型角接双面焊接方法，其特征在于:所述工装夹具为气动 卡爪式夹具，且所述气动卡爪式夹具包括机座一和两个旋转气动卡爪，两个所述旋转气动 卡爪分别对称设置在所述机座一的两侧。
4. 如权利要求2所述的圆弧T型角接双面焊接方法，其特征在于：所述仿形面装夹定位 式夹具包括机座二、两个移动工装支架以及设置在移动工装支架上的仿形托板和夹钳，所 述机座二两侧设有长导轨，两个所述移动工装支架分别对称滑动连接在所述机座二的长导 轨上，所述仿形托板位于移动工装支架的下部，所述夹钳位于移动工装支架的上部，且所述 仿形托板和夹钳相配合夹紧圆弧工件。
5. 如权利要求1所述的圆弧T型角接双面焊接方法，其特征在于:所述轨迹检测机构为 气动回转顶针或视觉检测装置，所述轨迹检测机构设置在焊接头上，且所述轨迹检测机构 于所述圆弧工件上的检测点前置于所述焊接头于所述圆弧工件上的激光光斑位置。
6. 如权利要求1所述的圆弧T型角接双面焊接方法，其特征在于:所述X\Y\Z轴调节机构 包括X轴移动工作台、Y轴移动工作台以及Zji移动工作台和Z2轴移动工作台，两个所述焊接 头分别位于Zji移动工作台和Z2轴移动工作台上，所述Y轴移动工作台包括h移动工作台和 Y2移动工作台，所述Yi移动工作台设置在X轴移动工作台上，所述Y2移动工作台设置在¥1移 动工作台上，所述Zi轴移动工作台设置在Yi移动工作台上，所述Z2轴移动工作台设置在Y2移 动工作台上。
7. 如权利要求1所述的圆弧T型角接双面焊接方法，其特征在于:所述步骤4)焊接焊缝 过程中，两个焊接头同时出光或独立出光，或者采用同一光源分光或各自采用独立光源控 制。
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- 2018-01-30 CN CN201810086164.9A patent/CN108406114B/zh active Active
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