CN109676251A - 激光焊接设备及激光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光焊接设备及激光焊接方法。一种激光焊接设备，包括：装夹单元、控制单元和焊接机器人组件；装夹单元至少设置有两个，装夹单元包括第一输送组件、第一夹持组件和压紧组件，其中：第一夹持组件用于夹持工件，第一夹持组件设置于第一输送组件上；第一输送组件用于驱动第一夹持组件移动；压紧组件设置在第一夹持组件移动的轨迹上方；控制单元用于控制焊接机器人组件能够在不同的装夹单元上依次进行焊接操作。激光焊接方法，包括以下步骤：将工件在不同的装夹单元上装夹后向控制单元发送预约信号；控制单元根据接收到预约信号的先后顺序进行排序；根据排序的先后顺序依次在对应的装夹单元上进行焊接。具有焊接效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，特别是涉及一种激光焊接设备及激光焊接方法。
背景技术
激光焊接是一种新的焊接方法，具有焊接速度快、焊接效率高的优点。
例如，在汽车飞轮等工件的焊接工艺中，通过激光焊接能够很好的解决传统焊接工艺出现的焊缝偏熔、工件热影响区域大、工件变形大的问题，使飞轮焊接后动平衡性能更加优异。
但是由于飞轮大致呈圆柱状，在装夹过程中导致装夹速度慢，传统的焊接工艺在装夹完成后才能够进行焊接，导致工作效率低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种激光焊接设备及激光焊接方法，具有焊接效率高的优点。
一种激光焊接设备，包括：装夹单元、控制单元和焊接机器人组件；
所述装夹单元至少设置有两个，所述装夹单元包括第一输送组件、第一夹持组件和压紧组件，其中：
所述第一夹持组件用于夹持工件，所述第一夹持组件设置于所述第一输送组件上；
所述第一输送组件用于驱动所述第一夹持组件移动；
所述压紧组件设置在所述第一夹持组件移动的轨迹上方；
所述控制单元用于控制所述焊接机器人组件能够在不同的装夹单元上依次进行焊接操作。
在其中一个实施例中，所述第一夹持组件包括：
工作台；以及
卡盘组件，设于所述工作台上，用于夹持工件的弧形外表面。
在其中一个实施例中，所述卡盘组件包括：
卡块，所述卡块设有若干个，若干个卡块合围成用于放置工件的装夹工位；以及
卡盘驱动件，用于驱动若干卡块靠近或远离装夹工位，所述卡盘驱动件能够驱动所述卡块卡持在工件的侧周面。
在其中一个实施例中，所述第一夹持组件还包括设于所述工作台上的若干个下压组件，若干所述下压组件用于将工件压紧于所述工作台，所述下压组件包括：
旋转驱动件；以及
压头，所述压头包括压持端和固定端，所述固定端连接于所述旋转驱动件的输出端，所述旋转驱动件用于驱动所述压头旋转下降并压持在工件上表面，所述旋转驱动件还用于驱动所述压头旋转上升，所述压头上升时，所述压持端朝远离工件的正上方所在的区域运动。
在其中一个实施例中，所述压紧组件包括：
龙门架，横跨所述第一输送组件；以及
下压执行件，设于所述龙门架上，当所述第一输送组件驱动所述第一夹持组件移动至所述下压执行件正下方时，所述下压执行件能够下压以将工件压持于所述工作台上。
在其中一个实施例中，所述焊接机器人组件包括：
机器人主体；
焊接组件，设于所述机器人主体上，所述机器人主体用于驱动所述焊接组件在三维空间内运动；以及
送丝组件，包括送丝盘和送丝元件，所述送丝元件设于所述机器人主体上，所述送丝元件用于从所述送丝盘上拉出焊丝、并将所述焊丝送至所述焊接组件。
在其中一个实施例中，还包括变位机单元，所述变位机单元包括：
第二输送组件；
滑台支架，设于所述第二输送组件上，所述第二输送组件用于驱动所述滑台支架平移；
转动调节组件，设于所述滑台支架上；以及
第二夹持组件，设于所述转动调节组件上，所述夹持组件用于夹持样品件，所述转动调节组件用于驱动所述样品件绕第一轴向转动。
一种采用上述任意一项所述的激光焊接设备进行激光焊接的方法，包括以下步骤：
将工件在不同的装夹单元上装夹后向控制单元发送预约信号；
所述控制单元根据接收到所述预约信号的先后顺序进行排序；
根据排序的先后顺序依次在对应的装夹单元上进行焊接。
在其中一个实施例中，包括在正式焊接前调整工艺参数的步骤：
焊接机器人组件根据初设程序移动并靠近样品件的焊接位置；
调整样品件的姿态，使样品件的焊接位置对准焊接机器人组件；
记录调整的样品件的位移量；
将位移量补偿入焊接机器人组件的初设程序后得到正式程序。
在其中一个实施例中，在调整样品件的姿态的步骤中，包括确定所述样品件移动量和转动量的步骤。
有益效果：
1、激光焊接设备的装夹单元至少设置有两个，将工件依次夹持在不同的装夹单元上，通过焊接机器人依次对装夹单元上的工件进行焊接，在其中一个装夹单元上焊接时，可以对另一个装夹单元上的工件进行装卸，提高了工作效率；
2、装夹单元能够将工件牢固夹持，提高工件焊接时的稳定性；
3、激光焊接方法中，通过预约信号进行排序，安装预约信号的顺序进行焊接，在其中一个装夹单元上焊接时，可以对另一个装夹单元上的工件进行装卸，提高了工作效率。
附图说明
图1为本申请一个实施例中的激光焊接设备的结构示意图；
图2为本申请一个实施例中的激光焊接设备的位于防护罩内部的一些组件的结构示意图；
图3为本申请一个实施例中的激光焊接设备的装夹单元的结构示意图；
图4为图3中A处的放大图；
图5为本申请一个实施例中的激光焊接设备的焊接机器人组件的结构示意图；
图6为本申请一个实施例中的激光焊接设备的变位机单元的结构示意图。
附图标记：100、焊接主机；110、工件；200、控制单元；300、装夹单元；310、第一输送组件；320、第一夹持组件；321、卡盘组件；3211、卡块；3212、弧形边；322、工作台；323、下压组件；3231、旋转驱动件；3232、压头；3233、压持端；3234、固定端；330、压紧组件；331、龙门架；332、下压执行件；3321、气缸；3322、压块；400、焊接机器人组件；410、机器人主体；420、焊接组件；430、送丝组件；431、送丝盘；432、送丝元件；440、保护气组件；450、除尘组件；500、变位机单元；510、第二输送组件；520、滑台支架；530、转动调节组件；531、手轮；540、第二夹持组件；610、稳压电源；620、电柜；630、激光器；640、冷水机；650、烟雾净化器。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明较佳实施例。但是，本发明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本发明公开内容的理解更佳透彻全面。
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。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。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。
如图1所示，图1为一个实施例中的激光焊接设备的结构示意图，激光焊接设备包括焊接主机100和控制单元200，控制单元200用于控制焊接主机100完成焊接步骤。焊接主机100包括防护罩以及设于防护罩内部的一些组件，防护罩合围成一个内部安全空间，以保证焊接过程的稳定。
如图2所示，图2示出了焊接主机100中位于防护罩内部的一些组件的结构示意图。如图2所示，激光焊接设备还包括装夹单元300和焊接机器人组件400。装夹单元300用于装夹工件110，焊接机器人组件400用于对装夹组件上的工件110进行焊接。工件110例如可以为飞轮类零部件，也可以为圆柱状或其他类似圆柱状的工件。
装夹单元300至少设置有两个，在图2所示的实施例中，装夹单元300设置有三个。装夹的方式可以采用人工装夹或机器人自动装夹的方式。将工件110在一个装夹单元300上装夹好之后，向控制单元200发送预约信号，表示该装夹单元300上的工件110已经装夹好了，可以进行焊接步骤了。每一个装夹单元300装夹好之后均向控制单元200发送预约信号，控制单元200接收到预约信号之后，按照接收到预约信号的先后顺序进行排序，控制单元200根据排序的顺序控制焊接机器人组件400依次对不同的装夹单元300上的工件110进行焊接。类似飞轮类零件由于其特殊的结构导致装夹速度比较慢，若等待对应的工件110装夹好之后再进行焊接将大大降低工件110的加工效率，采用上述技术手段，在装夹单元300上进行装夹时，焊接机器人组件400可以在其他的装夹单元300上进行焊接，即装夹工件110的时间不占用焊接的时间，焊接过程不必等待，使不同工件110的焊接过程更加连续，从而提高了焊接效率。
如图3所示，图3示出了一个实施例中的装夹单元300的结构示意图。装夹单元300包括第一输送组件310、第一夹持组件320和压紧组件330。其中，第一输送组件310用于驱动第一夹持组件320移动，压紧组件330设置在第一夹持组件320移动的轨迹上方。例如，以图3所示的姿态，第一输送组件310将第一夹持组件320移动到压紧组件330右侧，此时可以将工件110在第一夹持组件320上进行装夹或拆卸，当工件110装夹在第一夹持组件320上之后，第一输送组件310驱动第一夹持组件320移动到压紧组件330正下方，压紧组件330下压将工件110牢固的压紧在第一夹持组件320上。夹紧之后可以向控制单元200发送预约信号。
如图3所示，第一夹持组件320包括卡盘组件321和工作台322。卡盘组件321设置在工作台322上，当工件110放置在工作台322上之后，通过卡盘组件321卡持在工件110的侧周以实现抱紧工件110。
在其中一个实施例中，如图4所示，图4为图3中A处的放大图，卡盘组件321包括卡块3211和卡盘驱动件(图中未示出)。卡块3211设有若干个，结合图3和图4，若干个卡块3211合围成用于放置工件110的装夹工位，卡块3211位于装夹工位的一侧的边为弧形边3212，将工件110放置在装夹工位上，弧形边3212能够贴合在工件110的侧周上。卡块3211能够在卡盘驱动件的驱动下靠近或远离装夹工位，也就是说，卡盘驱动件能够驱动卡块3211夹持在工件110的侧周面。例如，卡盘组件321的具体结构可以类似于传统的三爪卡盘，通过卡盘组件321对工件110进行定心夹持，实现工件110的精确定位。又如，卡盘驱动件还可以为气缸，通过若干气缸共同向装夹工位的方向推动卡块3211，从而使卡块3211抱紧工件110。
在一个实施例中，卡块3211的弧形边3212的弧度是对应着所夹紧的工件110的弧度设置的，从而能够使卡块3211与工件110的外周完美贴合。若工件110的侧周是非规则形状，例如工件110的侧周是异形弧面，可以对应的将卡块3211的弧形边3212也设置成能够贴合该异形侧边的形状，当卡盘驱动件驱动卡块3211夹持工件110时，能够使工件110牢固的夹持在工作台322上。在一个实施例中，卡块3211相对于工作台322是可拆卸的，例如，可以通过螺栓将卡块3211安装在卡盘驱动件的输出端，当更换不同规格或种类的工件110时，可以对应的更换卡块3211，从而使卡块3211与工件110侧周具有良好的贴合度。
在一个实施例中，如图3和图4所示，第一夹持组件320还包括设于工作台322上的若干下压组件323，下压组件323用于将工件110压紧于工作台322。如图4所示，下压组件323包括旋转驱动件3231和压头3232，旋转驱动件3231用于驱动压头3232升降，且旋转驱动件3231在压头3232升降的过程中还能够驱动压头3232旋转。例如，旋转驱动件3231可以采用转角气缸。
在其中一个实施例中，如图4所示，压头3232包括压持端3233和固定端3234，固定端3234连接于旋转驱动件3231的输出端，旋转驱动件3231能够驱动压头3232旋转下降，以使压持端3233压持在工件110的上表面。图4中的实线部分和虚线部分分别示出了压头3232的两个不同的工作状态，即通过旋转驱动件3231能够驱动压头3232升降，压头3232在升降的过程中还能够相对于固定端3234转动，旋转驱动件3231驱动压头3232旋转上升时，压持端3233朝远离工件110的正上方所在的区域转动，这样可以方便工件110从工作台322上取出。例如，压头3232可以为T形或其他形状，以使压头3232的压持端3233与工件110有较大的接触面积，使压头3232牢靠的将工件110压紧在工作台322上。
如图3所示，下压组件323可以设置有六组，六组下压组件323沿着圆周方向均匀排布，从而使工件110牢靠的压紧在工作台322上。
在一个实施例中，工作台322是可以绕着竖直轴m转动的，以方便工作台322在焊接时调整工件110的姿态。
如图3所示，在一个实施例中，第一输送组件310为沿直线进行输送的输送模组。在其他实施例中，第一输送组件310还可以为沿着弧线进行输送的输送模组。
如图3所示，在一个实施例中，压紧组件330包括龙门架331和下压执行件332。龙门架331横跨第一输送组件310，下压执行件332设置在龙门架331上。当第一输送组件310驱动第一夹持组件320移动至下压执行件332正下方时，下压执行件332能够下压以将工件110压持于工作台322上。例如，在一个实施例中，下压执行件332可以包括气缸3321和压块3322，气缸3321驱动压块3322升降，通过压块3322压持在工件110的中心部分，从而进一步的使工件110牢固的固定在工作台322上，防止焊接过程中工件110发生位移，提高了焊接精度。
如图5所示，图5为一个实施例中的焊接机器人组件400的结构示意图。焊接机器人组件400包括机器人主体410、焊接组件420和送丝组件430。其中，焊接组件420设于机器人主体410上，机器人主体410用于驱动焊接组件420在三维空间内运动，送丝组件430用于为焊接组件420提供焊丝。如图2所示，三个装夹单元300围绕焊接机器人组件400排布，机器人主体410能够驱动焊接组件420依次运动到每个装夹单元300上以在该装夹单元300上对工件110进行焊接。
如图5所示，在一个实施例中，送丝组件430包括送丝盘431和送丝元件432。例如，送丝盘431设于机器人主体410上，送丝元件432设于机器人主体410上，送丝元件432用于从送丝盘431上拉出焊丝、并将焊丝送至焊接组件420。焊接组件420利用送丝元件432提供的焊丝，对工件110进行焊接。
如图5所示，在一个实施例中，焊接机器人组件400还包括设于机器人主体410上的保护气组件440和除尘组件450。焊接组件420通过焊丝对工件110进行填丝焊接时，保护气组件440吹出惰性气体，惰性气体在焊接位置形成保护层，使焊接过程稳定高效。除尘组件450在焊接过程中，对焊接区域附近进行抽风除尘，保护工件110表面不受污染。
如图2所示，在一个实施例中，激光焊接设备还包括变位机单元500。变位机单元500在焊接前为焊接工艺确定工艺参数，以使焊接机器人组件400能够准确的运行到预定的位置对装夹单元300上的工件110进行焊接。例如，在焊接之前，变位机单元500夹持样品件。在正式批量焊接之前，焊接机器人组件400是难以准确的运动到焊接位置的，通过预先在焊接机器人组件400中输入一段位移程序，使焊接机器人组件400大致运动到靠近变位机单元500的位置。通过调整变位机单元500以使样品件移动到准确的焊接位置，记录变位机单元500的移动量，将该移动量补偿入焊接机器人组件400中去，以使焊接机器人能够准确的运动到设定的焊接位置。
如图6所示，图6为一个实施例中的变位机单元500的结构示意图。变位机单元500包括第二输送组件510、滑台支架520、转动调节组件530和第二夹持组件540。滑台支架520设置在第二输送组件510上，第二输送组件510用于驱动滑台支架520平移。转动调节组件530设置在滑台支架520上，第二夹持组件540设置在转动调节组件530上，第二夹持组件540用于夹持样品件。通过第二输送组件510驱动滑台支架520平移，滑台支架520上的样品件即可以进行平移移动；通过转动调节组件530驱动第二夹持组件540转动，使得第二夹持组件540夹持的样品件也能够转动。例如，转动调节组件530能够驱动样品件绕第一轴向n转动，第一轴向n例如可以为水平轴向，或近似于水平轴向。
如图6所示，在一个实施例中，第二输送组件510的结构类似第一输送组件310，能够沿直线或曲线进行运动。例如，第二输送组件510可以为由伺服电机驱动的丝杆机构，从而实现高精度的位移，进一步地，第二输送组件510的位移可以被准确的获知，从而可以将该位移补偿到焊接机器人组件400中。
在一个实施例中，转动调节组件530设置在滑台支架520上，转动调节组件530可以为由手轮531驱动的蜗轮蜗杆机构，通过手轮531联动蜗轮蜗杆机构从而使第二夹持组件540绕第一轴向n转动。在一个实施例中，第二夹持组件540可以为三爪卡盘，通过三爪卡盘夹持样品件，来对样品件的焊接工艺进行研究，最终确定准确的焊接位置等工艺参数，方便后续在装夹单元300上进行批量焊接。
在一个实施例中，提供一种激光焊接方法，该激光焊接方法利用上述任意一个实施例中的激光焊接设备进行激光焊接。该激光焊接方法包括以下步骤：
S100、将工件在不同的装夹单元上装夹后向控制单元发送预约信号。
S200、控制单元根据接收到预约信号的先后顺序进行排序。
S300、根据排序的先后顺序依次在对应的装夹单元上进行焊接。
例如，如图2所示，将工件110依次装夹在三个装夹单元300上，每一个装夹单元300装夹好工件110之后都向控制单元200发送预约信号，该预约信号可以通过感应器实现，例如设置光线感应器，当光线感应器感应到装夹单元300装夹好工件110之后自动向控制单元200发送预约信号。又如，该预约信号可以通过操作开关实现，当装夹好工件110后，按动装夹单元300对应的开关，从而向控制单元200发送预约信号，以表示该装夹单元300上的工件110装夹完毕，可以进行焊接了。焊接机器人组件400根据预约信号发送的先后顺序在不同的装夹单元300依次进行焊接。当其中一个装夹单元300上的工件110焊接完毕后，焊接机器人组件400对另一个装夹单元300上的工件110进行焊接。此时，可以将焊接完毕后的工件110从装夹单元300上拆卸，然后更换新的工件110，继续向控制单元200发送预约信号。
在一个实施例中，激光焊接方法还包括以下步骤，S10、在正式焊接前调整工艺参数的步骤。
具体地，S10包括以下步骤：
S11、调整样品件的姿态，使样品件的焊接位置对准焊接机器人组件。例如，通过变位机单元调整样品件的姿态，使样品件的焊接位置对准焊接机器人组件。
S12、记录调整的样品件的位移量。例如，记录变位机单元调整的样品件的位移量。
S13、将位移量补偿入焊接机器人组件的初设程序后的正式程序。
例如，在正式的批量焊接之前，在焊接机器人组件400中输入初设程序，焊接机器人组件400根据初设程序进行位移，并靠近变位单元上装夹的样品件的焊接位置，但是不同的样品件的焊接位置不同，难以通过初设程序准确确定。通过变位机单元500夹持样品件并调整样品件的姿态或位置，以确定样品件的准确焊接位置，并记录变位机在调整过程中的位移量，将该位移量补偿入焊接机器人组件400的初设程序中得到正式程序，那么焊接机器人根据正式程序即可准确的找到焊接位置。
在一些实施例中，在调整样品件的姿态的步骤中，包括确定所述样品件移动量和转动量的步骤。例如，通过变位机单元500来确定样品件移动量和转动量。
在一些实施例中，如图1所示，激光焊接设备还包括稳压电源610、电柜620、激光器630、冷水机640、烟雾净化器650等组件，以保证焊接过程的稳定。
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)
1.一种激光焊接设备，其特征在于，包括：装夹单元、控制单元和焊接机器人组件；
所述装夹单元至少设置有两个，所述装夹单元包括第一输送组件、第一夹持组件和压紧组件，其中：
所述第一夹持组件用于夹持工件，所述第一夹持组件设置于所述第一输送组件上；
所述第一输送组件用于驱动所述第一夹持组件移动；
所述压紧组件设置在所述第一夹持组件移动的轨迹上方；
所述控制单元用于控制所述焊接机器人组件能够在不同的装夹单元上依次进行焊接操作。
2.根据权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于，所述第一夹持组件包括：
工作台；以及
卡盘组件，设于所述工作台上，用于夹持工件的弧形外表面。
3.根据权利要求2所述的激光焊接设备，其特征在于，所述卡盘组件包括：
卡块，所述卡块设有若干个，若干个卡块合围成用于放置工件的装夹工位；以及
卡盘驱动件，用于驱动若干卡块靠近或远离装夹工位，所述卡盘驱动件能够驱动所述卡块卡持在工件的侧周面。
4.根据权利要求2所述的激光焊接设备，其特征在于，所述第一夹持组件还包括设于所述工作台上的若干个下压组件，若干所述下压组件用于将工件压紧于所述工作台，所述下压组件包括：
旋转驱动件；以及
压头，所述压头包括压持端和固定端，所述固定端连接于所述旋转驱动件的输出端，所述旋转驱动件用于驱动所述压头旋转下降并压持在工件上表面，所述旋转驱动件还用于驱动所述压头旋转上升，所述压头上升时，所述压持端朝远离工件的正上方所在的区域运动。
5.根据权利要求2所述的激光焊接设备，其特征在于，所述压紧组件包括：
龙门架，横跨所述第一输送组件；以及
下压执行件，设于所述龙门架上，当所述第一输送组件驱动所述第一夹持组件移动至所述下压执行件正下方时，所述下压执行件能够下压以将工件压持于所述工作台上。
6.根据权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于，所述焊接机器人组件包括：
机器人主体；
焊接组件，设于所述机器人主体上，所述机器人主体用于驱动所述焊接组件在三维空间内运动；以及
送丝组件，包括送丝盘和送丝元件，所述送丝元件设于所述机器人主体上，所述送丝元件用于从所述送丝盘上拉出焊丝、并将所述焊丝送至所述焊接组件。
7.根据权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于，还包括变位机单元，所述变位机单元包括：
第二输送组件；
滑台支架，设于所述第二输送组件上，所述第二输送组件用于驱动所述滑台支架平移；
转动调节组件，设于所述滑台支架上；以及
第二夹持组件，设于所述转动调节组件上，所述夹持组件用于夹持样品件，所述转动调节组件用于驱动所述样品件绕第一轴向转动。
8.一种采用如权利要求1-7任意一项所述的激光焊接设备进行激光焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将工件在不同的装夹单元上装夹后向控制单元发送预约信号；
所述控制单元根据接收到所述预约信号的先后顺序进行排序；
根据排序的先后顺序依次在对应的装夹单元上进行焊接。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，包括在正式焊接前调整工艺参数的步骤：
焊接机器人组件根据初设程序移动并靠近样品件的焊接位置；
调整样品件的姿态，使样品件的焊接位置对准焊接机器人组件；
记录调整的样品件的位移量；
将所述位移量补偿入焊接机器人组件的初设程序后得到正式程序。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在调整样品件的姿态的步骤中，包括确定所述样品件移动量和转动量的步骤。
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