CN110548990B - 一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制方法及系统 - Google Patents

一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制方法及系统,采用光学系统控制激光进行焊接,方法包括:获取动力电池精密结构件的焊接位置的情况;获取光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离;光学系统根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,动态调节激光的光束尺寸和焦点深度;光学系统根据所确定的光束尺寸和焦点深度对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接,避免了传统焊接技术中激光光束对动力电池精密结构件的作用不均匀的问题,进一步避免了焊接过程中使焊接位置材质出现不连续、微裂纹的情况,从而有效提高了对动力电池精密结构件的焊接效果。

Description

一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制方法及系统
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域,特别涉及一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制方法及系统。
背景技术
随着科技的发展,激光越来越被各行各业所认知。在工业加工领域,激光技术的应用越来越广泛,例如焊接、切割以及3D打印等。激光具有许多其它手段不可替代的优势,比如灵活柔性、非接触作用、无刀具耗材、易于远程智能控制等。
将激光焊接技术应用到动力电池精密结构件的焊接时,当高密度的激光光束投射到动力电池精密结构件上可以进行精准焊接,然而也伴随着局部高温而引起高温度梯度和高应力梯度效应,使得激光对动力电池精密结构件的作用不均匀,出现焊接位置材质不连续和微裂纹等情况,严重影响了对动力电池精密结构件的焊接效果。
因此,提出一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制方法及系统。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制方法及系统,用以解决传统技术中激光光束对动力电池精密结构件的作用不均匀的问题。
本发明实施例中提供了一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制方法,采用光学系统控制激光进行焊接,所述方法包括:
获取所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况;
获取所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离;
所述光学系统根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况和所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,动态调节所述激光的光束尺寸和焦点深度;
所述光学系统根据所确定的所述光束尺寸和所述焦点深度对所述动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接。
在一个实施例中,所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况,包括所述动力电池精密结构件的焊接位置的材料信息、所述动力电池精密结构件的焊接位置的尺寸信息和所述动力电池精密结构件的焊接位置的温度信息。
在一个实施例中,所述步骤:获取所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,包括如下步骤:
向所述动力电池精密结构件的焊接位置发射激光信号,并接收反射回的激光信号;
获取发射的所述激光信号与接收到反射回的激光信号的时间间隔;
根据所述发射的激光信号、所述反射回的激光信号和所述时间间隔,获取所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离。
在一个实施例中,所述光学系统根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况和所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,动态调节所述激光的光束尺寸和焦点深度,包括如下步骤:
所述光学系统,包括激光器;
所述激光器根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况和所述激光器与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,自动调节所述激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数;
通过对所述激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数调节,实现了对所述激光器发射的激光的光束尺寸和焦点深度的动态调节。
在一个实施例中,所述步骤:所述光学系统根据所确定的所述光束尺寸和所述焦点深度对所述动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接,包括如下步骤:
根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况,获取所述动力电池精密结构件焊接后的模型信息;
根据所述动力电池精密结构件焊接后的模型信息,获取所述光学系统的作业工序;
准备焊接光源;
所述光学系统根据所述光束尺寸和所述焦点深度将所述焊接光源产生的光束进行聚焦,所述光束聚焦后,将所述光束分为两束光束;
所述光学系统根据获取的所述作业工序对所述动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接;
所述光学系统还能够根据所述动力电池精密结构件的所述焊接位置的情况和所述距离信息对激光焊接路径进行智能控制,从而减少焊接时的气孔,以提高焊接质量,其中所述对焊接路径进行智能控制包括如下步骤:
步骤A1、获取环境温度,激光焊接焊接处的温度,并利用如下公式计算焊接对流换热量;
其中,Td为焊接对流换热量,Th为环境温度,Tj为激光焊接焊接处的温度,k为预设的对流换热系数;
步骤A2、利用焊接对流换热量以及所述激光器的基础信息,确定焊接时的偏转角度;
其中,θ为焊接时的偏转角度,R为焊接时激光的有效半径,s为激光的搅拌振幅,q为预设激光热集中度系数,u为预设的焊接材料对激光的反射率,P为激光的输出功率;
步骤A3、以焊接位置的左下角作为焊接的原点,以向右为横轴,向上为纵轴,预设长度为单位长度,构建焊接坐标系;
步骤A4、确定焊接轨迹;
其中,Xt为t时刻时,激光焊接的横轴坐标点,x0为焊接时激光初始位置对应的横坐标的值,v为焊接速度,t为焊接轨迹的自变量,K为光束搅拌的频率,Yt为t时刻时,激光焊接的纵轴坐标点,y0为焊接时激光初始位置对应的纵坐标的值;
步骤A5、Xt、Yt形成的轨迹则为激光焊接路径。
一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制系统,采用光学系统控制激光进行焊接,所述系统包括:监测模块、测距模块、处理模块和焊接模块,其中:
所述监测模块,用于对动力电池精密结构件的焊接位置进行监测,获取所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况,并将所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况向所述处理模块传输;
所述测距模块,用于测量所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,并将测量获取的距离信息向所述处理模块传输;
所述处理模块,用于根据所述监测模块传输的所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况和所述测距模块传输的所述距离信息,动态调节所述激光的光束尺寸和焦点深度,并将所述光束尺寸和焦点深度向所述焊接模块传输;
所述焊接模块,用于控制所述光学系统按照所述光束尺寸和所述焦点深度对所述动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接。
在一个实施例中,所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况,包括所述动力电池精密结构件的焊接位置的材料信息、所述动力电池精密结构件的焊接位置的尺寸信息和所述动力电池精密结构件的焊接位置的温度信息。
在一个实施例中,所述测距模块,包括激光发射单元、激光接收单元、计时单元和信号处理单元;
所述激光发射单元,用于向所述动力电池精密结构件的焊接位置发射激光信号;所述激光接收单元,用于接收所述动力电池精密结构件的焊接位置反射回的激光信号;所述计时单元,用于获取所述激光发射单元发射的所述激光信号与所述激光接收单元接收到反射回的所述激光信号的时间间隔;
所述信号处理单元,用于根据所述激光发射单元发射的所述激光信号、所述激光接收单元接收到的所述激光信号和所述计时单元获取的所述时间间隔,获取所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离。
在一个实施例中,所述光学系统,包括激光器;
所述处理模块,根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况和所述激光器与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,自动调节所述激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数;
通过所述处理模块对所述激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数调节,实现了对所述激光器发射的激光的光束尺寸和焦点深度的动态调节。
在一个实施例中,所述焊接模块,包括建模单元、工序单元和光源单元;
所述建模单元,用于根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况,获取所述动力电池精密结构件焊接后的模型信息,并将所述模型信息向所述工序单元传输;
所述工序单元,用于根据所述动力电池精密结构件焊接后的模型信息,获取所述光学系统的作业工序,并将所述作业工序向所述光学系统传输;
所述光源单元,用于准备焊接光源,并将所述焊接光源产生的光束向所述光学系统传输;
所述光学系统,用于根据所述光束尺寸和所述焦点深度将所述光源单元传输的光束进行聚焦;在所述光束聚焦后,将所述光束分为两束光束;
所述光学系统,还用于根据所述工序单元传输的所述作业工序对所述动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接。
在一个实施例中,所述处理模块还能够根据所述监测模块传输的动力电池精密结构件的所述焊接位置的情况和所述测距模块传输的所述距离信息对激光焊接路径进行智能控制,从而减少焊接时的气孔,以提高焊接质量,其中所述对焊接路径进行智能控制包括如下步骤:
步骤A1、获取环境温度,激光焊接焊接处的温度,并利用如下公式计算焊接对流换热量;
其中,Td为焊接对流换热量,Th为环境温度,Tj为激光焊接焊接处的温度,k为预设的对流换热系数;
步骤A2、利用焊接对流换热量以及所述激光器的基础信息,确定焊接时的偏转角度;
其中,θ为焊接时的偏转角度,R为焊接时激光的有效半径,s为激光的搅拌振幅,q为预设激光热集中度系数,u为预设的焊接材料对激光的反射率,P为激光的输出功率;
步骤A3、以焊接位置的左下角作为焊接的原点,以向右为横轴,向上为纵轴,预设长度为单位长度,构建焊接坐标系;
步骤A4、确定焊接轨迹;
其中,Xt为t时刻时,激光焊接的横轴坐标点,x0为焊接时激光初始位置对应的横坐标的值,v为焊接速度,t为焊接轨迹的自变量,K为光束搅拌的频率,Yt为t时刻时,激光焊接的纵轴坐标点,y0为焊接时激光初始位置对应的纵坐标的值;
步骤A5、Xt、Yt形成的轨迹则为激光焊接路径。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明所提供一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制方法的示意图;
图2为本发明所提供一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制方法,采用光学系统控制激光进行焊接,如图1所示,方法包括:
获取动力电池精密结构件的焊接位置的情况;
获取光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离;
光学系统根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,动态调节激光的光束尺寸和焦点深度;
光学系统根据所确定的光束尺寸和焦点深度对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接。
上述方法的工作原理在于:获取动力电池精密结构件的焊接位置的情况;获取光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离;光学系统根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,动态调节激光的光束尺寸和焦点深度;光学系统根据光束尺寸和焦点深度对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接。
上述方法的有益效果在于:上述方法中根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,实现了对激光的光束尺寸和焦点深度的动态调节;并通过光学系统根据光束尺寸和焦点深度对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接,从而实现了对动力电池精密结构件的焊接位置的焊接;并且在焊接过程中,根据焊接位置的情况,通过调节激光的光束尺寸和焦点深度,实现了对焊接熔池大小和焊接熔深的控制;与传统技术相比,上述方法采用激光焊接不仅可以实现对动力电池精密结构件的精准焊接,并且光学系统根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离获取的光束尺寸和焦点深度,对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接,避免了传统焊接技术中激光光束对动力电池精密结构件的作用不均匀的问题,进一步避免了焊接过程中使焊接位置的材质出现不连续、微裂纹的情况,从而有效提高了对动力电池精密结构件的焊接效果。
在一个实施例中,动力电池精密结构件的焊接位置的情况,包括动力电池精密结构件的焊接位置的材料信息、动力电池精密结构件的焊接位置的尺寸信息和动力电池精密结构件的焊接位置的温度信息。上述技术方案中通过对动力电池精密结构件的材料信息、尺寸信息和温度信息的监测,实现了对动力电池精密结构件的焊接位置的情况的获取。
在一个实施例中,步骤:获取光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,包括如下步骤:
向动力电池精密结构件的焊接位置发射激光信号,并接收反射回的激光信号;
获取发射的激光信号与接收到反射回的激光信号的时间间隔;
根据发射的激光信号、反射回的激光信号和时间间隔,获取光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离。上述技术方案中通过向动力电池精密结构件的焊接位置发射激光信号,并接收反射回的激光信号,获取时间间隔;并根据发射的激光信号、反射回的激光信号和时间间隔,实现了对光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离的获取。
在一个实施例中,光学系统根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,动态调节激光的光束尺寸和焦点深度,包括如下步骤:
光学系统,包括激光器;
激光器根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和激光器与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,自动调节激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数;
通过对激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数调节,实现了对激光器发射的激光的光束尺寸和焦点深度的动态调节。上述技术方案中激光器根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和激光器与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,自动调节激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数,从而实现了对激光的光束尺寸和焦点深度的动态调节,进一步实现了在焊接过程中,根据焊接位置的情况,通过调节激光的光束尺寸和焦点深度,实现了对焊接熔池大小和焊接熔深的控制。
在一个实施例中,步骤:光学系统根据所确定的光束尺寸和焦点深度对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接,包括如下步骤:
根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况,获取动力电池精密结构件焊接后的模型信息;
根据动力电池精密结构件焊接后的模型信息,获取光学系统的作业工序;
准备焊接光源;
光学系统根据光束尺寸和焦点深度将焊接光源产生的光束进行聚焦,光束聚焦后,将光束分为两束光束;
光学系统根据获取的作业工序对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接。上述技术方案中根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况,实现了对动力电池精密结构件焊接后的模型信息获取;并根据所获取的模型信息,实现了对光学系统的作业工序的获取;光学系统将焊接光源传输的光束进行聚焦,光束聚焦后,将光束分为两束光束,再根据作业工序对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接,从而实现了光学系统对动力电池精密结构件的焊接位置的焊接。
在一个实施例中,光学系统还能够根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和距离信息对激光焊接路径进行智能控制,从而减少焊接时的气孔,以提高焊接质量,其中对焊接路径进行智能控制包括如下步骤:
步骤A1、获取环境温度,激光焊接焊接处的温度,并利用如下公式计算焊接对流换热量;
其中,Td为焊接对流换热量,Th为环境温度,Tj为激光焊接焊接处的温度,k为预设的对流换热系数;
步骤A2、利用焊接对流换热量以及激光器的基础信息,确定焊接时的偏转角度;
其中,θ为焊接时的偏转角度,R为焊接时激光的有效半径,s为激光的搅拌振幅,q为预设激光热集中度系数,u为预设的焊接材料对激光的反射率,P为激光的输出功率;
步骤A3、以焊接位置的左下角作为焊接的原点,以向右为横轴,向上为纵轴,预设长度为单位长度,构建焊接坐标系;
步骤A4、确定焊接轨迹;
其中,Xt为t时刻时,激光焊接的横轴坐标点,x0为焊接时激光初始位置对应的横坐标的值,v为焊接速度,t为焊接轨迹的自变量,K为光束搅拌的频率,Yt为t时刻时,激光焊接的纵轴坐标点,y0为焊接时激光初始位置对应的纵坐标的值;
步骤A5、Xt、Yt形成的轨迹则为激光焊接路径。上述技术方案能够根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和距离信息对激光焊接路径进行智能控制,使得所述路径能够综合考虑激光的有效半径、焊接速度、光束搅拌的频率、激光焊接焊接处的温度等指标综合的调整焊接路径,使得激光搅拌焊接热损伤减小,同时可以有效的减小铝合金焊缝的气孔缺陷,使得焊接效果更好,同时在焊接时,利用公式计算得到焊接时的偏转角度,而非主观预设,使得偏转角度的值更可靠。
一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制系统,如图2所示,采用光学系统控制激光进行焊接,系统包括:监测模块21、测距模块22、处理模块23和焊接模块24,其中:
监测模块21,用于对动力电池精密结构件的焊接位置进行监测,获取动力电池精密结构件的焊接位置的情况,并将动力电池精密结构件的焊接位置的情况向处理模块23传输;
测距模块22,用于测量光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,并将测量获取的距离信息向处理模块23传输;
处理模块23,用于根据监测模块21传输的动力电池精密结构件的焊接位置的情况和测距模块22传输的距离信息,动态调节激光的光束尺寸和焦点深度,并将光束尺寸和焦点深度向焊接模块24传输;
焊接模块24,用于控制光学系统按照光束尺寸和焦点深度对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接。
上述系统的工作原理在于:监测模块21将获取的动力电池精密结构件的焊接位置的情况向处理模块23传输;测距模块22将获取的光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离向处理模块23传输;处理模块23根据监测模块21传输的动力电池精密结构件的焊接位置的情况和测距模块22传输的距离信息,动态调节激光的光束尺寸和焦点深度,并将光束尺寸和焦点深度向焊接模块24传输;焊接模块24控制光学系统根据光束尺寸和焦点深度对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接。
上述系统的有益效果在于:处理模块根据监测模块传输的动力电池精密结构件的焊接位置的情况和光学系统与测距模块传输的动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,实现了对激光的光束尺寸和焦点深度的获取;并通过焊接模块控制光学系统根据光束尺寸和焦点深度对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接,从而实现了系统对动力电池精密结构件的焊接位置的焊接;并且在焊接过程中,根据焊接位置的情况,通过调节激光的光束尺寸和焦点深度,实现了对焊接熔池大小和焊接熔深的控制;与传统技术相比,上述系统采用激光焊接不仅可以实现对动力电池精密结构件的精准焊接,并且光学系统根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离获取的光束尺寸和焦点深度,对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接,避免了传统焊接技术中激光光束对动力电池精密结构件的作用不均匀的问题,进一步避免了焊接过程中使焊接位置材质出现不连续、微裂纹的情况,从而有效提高了对动力电池精密结构件的焊接效果。
在一个实施例中,动力电池精密结构件的焊接位置的情况,包括动力电池精密结构件的焊接位置的材料信息、动力电池精密结构件的焊接位置的尺寸信息和动力电池精密结构件的焊接位置的温度信息。上述技术方案中通过对动力电池精密结构件的材料信息、尺寸信息和温度信息的监测,实现了对动力电池精密结构件的焊接位置的情况的获取。
在一个实施例中,测距模块,包括激光发射单元、激光接收单元、计时单元和信号处理单元;
激光发射单元,用于向动力电池精密结构件的焊接位置发射激光信号;激光接收单元,用于接收动力电池精密结构件的焊接位置反射回的激光信号;计时单元,用于获取激光发射单元发射的激光信号与激光接收单元接收到反射回的激光信号的时间间隔;
信号处理单元,用于根据激光发射单元发射的激光信号、激光接收单元接收到的激光信号和计时单元获取的时间间隔,获取光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离。上述技术方案中通过激光发射单元向动力电池精密结构件的焊接位置发射激光信号,并通过激光接收单元接收反射回的激光信号;通过计时单元,实现了对时间间隔的获取;信号处理单元根据激光发射单元发射的激光信号、激光接收单元反射回的激光信号和计时单元获取的时间间隔,实现了对光学系统与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离的获取。
在一个实施例中,光学系统,包括激光器;
处理模块,根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和激光器与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,自动调节激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数;
通过处理模块对激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数调节,实现了对激光器发射的激光的光束尺寸和焦点深度的动态调节。上述技术方案中处理模块根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况和激光器与动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,自动调节激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数,从而实现了对激光的光束尺寸和焦点深度的动态调节,进一步实现了在焊接过程中,根据焊接位置的情况,通过调节激光的光束尺寸和焦点深度,实现了对焊接熔池大小和焊接熔深的控制。
在一个实施例中,焊接模块,包括建模单元、工序单元和光源单元;
建模单元,用于根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况,获取动力电池精密结构件焊接后的模型信息,并将模型信息向工序单元传输;
工序单元,用于根据动力电池精密结构件焊接后的模型信息,获取光学系统的作业工序,并将作业工序向光学系统传输;
光源单元,用于准备焊接光源,并将焊接光源产生的光束向光学系统传输;
光学系统,用于根据光束尺寸和焦点深度将光源单元传输的光束进行聚焦;在光束聚焦后,将光束分为两束光束;
光学系统,还用于根据工序单元传输的作业工序对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接。上述技术方案中建模单元根据动力电池精密结构件的焊接位置的情况,实现了对动力电池精密结构件焊接后的模型信息获取;并通过工序单元,实现了根据模型信息对光学系统的作业工序的获取;光学系统将光源单元传输的光束进行聚焦,光束聚焦后,将光束分为两束光束,再根据作业工序对动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接,从而实现了光学系统对动力电池精密结构件的焊接位置的焊接。
在一个实施例中,所述处理模块还能够根据所述监测模块传输的动力电池精密结构件的所述焊接位置的情况和所述测距模块传输的所述距离信息对激光焊接路径进行智能控制,从而减少焊接时的气孔,以提高焊接质量,其中所述对焊接路径进行智能控制包括如下步骤:
步骤A1、获取环境温度,激光焊接焊接处的温度,并利用如下公式计算焊接对流换热量;
其中,Td为焊接对流换热量,Th为环境温度,Tj为激光焊接焊接处的温度,k为预设的对流换热系数;
步骤A2、利用焊接对流换热量以及所述激光器的基础信息,确定焊接时的偏转角度;
其中,θ为焊接时的偏转角度,R为焊接时激光的有效半径,s为激光的搅拌振幅,q为预设激光热集中度系数,u为预设的焊接材料对激光的反射率,P为激光的输出功率;
其中,q的预设值一般为1,u的预设值一般为19%。
步骤A3、以焊接位置的左下角作为焊接的原点,以向右为横轴,向上为纵轴,预设长度为单位长度,构建焊接坐标系;
步骤A4、确定焊接轨迹;
其中,Xt为t时刻时,激光焊接的横轴坐标点,x0为焊接时激光初始位置对应的横坐标的值,v为焊接速度,t为焊接轨迹的自变量,K为光束搅拌的频率,Yt为t时刻时,激光焊接的纵轴坐标点,y0为焊接时激光初始位置对应的纵坐标的值;
t取值从零开始,即开始焊接时为0,(x0,y0)为焊接开始时的坐标;
步骤A5、Xt、Yt形成的轨迹则为激光焊接路径。
有益效果:
利用上述技术能够根据监测模块传输的动力电池精密结构件的焊接位置的情况和测距模块传输的距离信息对激光焊接路径进行智能控制,使得所述路径能够综合考虑激光的有效半径、焊接速度、光束搅拌的频率、激光焊接焊接处的温度等指标综合的调整焊接路径,使得激光搅拌焊接热损伤减小,同时可以有效的减小铝合金焊缝的气孔缺陷,使得焊接效果更好,同时在焊接时,利用公式计算得到焊接时的偏转角度,而非主观预设,使得偏转角度的值更可靠。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制方法,其特征在于,采用光学系统控制激光进行焊接,所述方法包括:
获取所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况;
获取所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离;
所述光学系统根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况和所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,动态调节所述激光的光束尺寸和焦点深度;
所述光学系统根据所确定的所述光束尺寸和所述焦点深度对所述动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接;
所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况,包括所述动力电池精密结构件的焊接位置的材料信息、所述动力电池精密结构件的焊接位置的尺寸信息和所述动力电池精密结构件的焊接位置的温度信息;
所述光学系统根据所确定的所述光束尺寸和所述焦点深度对所述动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接,包括如下步骤:
根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况,获取所述动力电池精密结构件焊接后的模型信息;
根据所述动力电池精密结构件焊接后的模型信息,获取所述光学系统的作业工序;
准备焊接光源;
所述光学系统根据所述光束尺寸和所述焦点深度将所述焊接光源产生的光束进行聚焦,所述光束聚焦后,将所述光束分为两束光束;
所述光学系统根据获取的所述作业工序对所述动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接;
所述光学系统还能够根据所述动力电池精密结构件的所述焊接位置的情况和所述距离信息对激光焊接路径进行智能控制,从而减少焊接时的气孔,以提高焊接质量,其中对焊接路径进行智能控制包括如下步骤:
步骤A1、获取环境温度,激光焊接焊接处的温度,并利用如下公式计算焊接对流换热量;
其中,Td为焊接对流换热量,Th为环境温度,Tj为激光焊接焊接处的温度,k为预设的对流换热系数;
步骤A2、利用焊接对流换热量以及激光器的基础信息,确定焊接时的偏转角度;
其中,θ为焊接时的偏转角度,R为焊接时激光的有效半径,s为激光的搅拌振幅,q为预设激光热集中度系数,u为预设的焊接材料对激光的反射率,P为激光的输出功率;
步骤A3、以焊接位置的左下角作为焊接的原点,以向右为横轴,向上为纵轴,预设长度为单位长度,构建焊接坐标系;
步骤A4、确定焊接轨迹;
其中,Xt为t时刻时,激光焊接的横轴坐标点,x0为焊接时激光初始位置对应的横坐标的值,v为焊接速度,t为焊接轨迹的自变量,K为光束搅拌的频率,Yt为t时刻时,激光焊接的纵轴坐标点,y0为焊接时激光初始位置对应的纵坐标的值;
步骤A5、Xt、Yt形成的轨迹则为激光焊接路径。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述获取所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,包括如下步骤:
向所述动力电池精密结构件的焊接位置发射激光信号,并接收反射回的激光信号;
获取发射的所述激光信号与接收到反射回的激光信号的时间间隔;
根据所述发射的激光信号、所述反射回的激光信号和所述时间间隔,获取所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述光学系统根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况和所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,动态调节所述激光的光束尺寸和焦点深度,包括如下步骤:
所述光学系统,包括激光器;
所述激光器根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况和所述激光器与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,自动调节所述激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数;
通过对所述激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数调节,实现了对所述激光器发射的激光的光束尺寸和焦点深度的动态调节。
4.一种动力电池精密结构件激光焊接的光束控制系统,其特征在于,采用光学系统控制激光进行焊接,所述系统包括:监测模块、测距模块、处理模块和焊接模块,其中:
所述监测模块,用于对动力电池精密结构件的焊接位置进行监测,获取所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况,并将所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况向所述处理模块传输;
所述测距模块,用于测量所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,并将测量获取的距离信息向所述处理模块传输;
所述处理模块,用于根据所述监测模块传输的所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况和所述测距模块传输的所述距离信息,动态调节所述激光的光束尺寸和焦点深度,并将所述光束尺寸和焦点深度向所述焊接模块传输;
所述焊接模块,用于控制所述光学系统按照所述光束尺寸和所述焦点深度对所述动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接;
所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况,包括所述动力电池精密结构件的焊接位置的材料信息、所述动力电池精密结构件的焊接位置的尺寸信息和所述动力电池精密结构件的焊接位置的温度信息;
所述焊接模块,包括建模单元、工序单元和光源单元;
所述建模单元,用于根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况,获取所述动力电池精密结构件焊接后的模型信息,并将所述模型信息向所述工序单元传输;
所述工序单元,用于根据所述动力电池精密结构件焊接后的模型信息,获取所述光学系统的作业工序,并将所述作业工序向所述光学系统传输;
所述光源单元,用于准备焊接光源,并将所述焊接光源产生的光束向所述光学系统传输;
所述光学系统,用于根据所述光束尺寸和所述焦点深度将所述光源单元传输的光束进行聚焦;在所述光束聚焦后,将所述光束分为两束光束;
所述光学系统,还用于根据所述工序单元传输的所述作业工序对所述动力电池精密结构件的焊接位置进行焊接;
所述处理模块还能够根据所述监测模块传输的动力电池精密结构件的所述焊接位置的情况和所述测距模块传输的所述距离信息对激光焊接路径进行智能控制,从而减少焊接时的气孔,以提高焊接质量,其中对焊接路径进行智能控制包括如下步骤:
步骤A1、获取环境温度,激光焊接焊接处的温度,并利用如下公式计算焊接对流换热量;
其中,Td为焊接对流换热量,Th为环境温度,Tj为激光焊接焊接处的温度,k为预设的对流换热系数;
步骤A2、利用焊接对流换热量以及激光器的基础信息,确定焊接时的偏转角度;
其中,θ为焊接时的偏转角度,R为焊接时激光的有效半径,s为激光的搅拌振幅,q为预设激光热集中度系数,u为预设的焊接材料对激光的反射率,P为激光的输出功率;
步骤A3、以焊接位置的左下角作为焊接的原点,以向右为横轴,向上为纵轴,预设长度为单位长度,构建焊接坐标系;
步骤A4、确定焊接轨迹;
其中,Xt为t时刻时,激光焊接的横轴坐标点,x0为焊接时激光初始位置对应的横坐标的值,v为焊接速度,t为焊接轨迹的自变量,K为光束搅拌的频率,Yt为t时刻时,激光焊接的纵轴坐标点,y0为焊接时激光初始位置对应的纵坐标的值;
步骤A5、Xt、Yt形成的轨迹则为激光焊接路径。
5.如权利要求4所述的系统,其特征在于,
所述测距模块,包括激光发射单元、激光接收单元、计时单元和信号处理单元;
所述激光发射单元,用于向所述动力电池精密结构件的焊接位置发射激光信号;所述激光接收单元,用于接收所述动力电池精密结构件的焊接位置反射回的激光信号;所述计时单元,用于获取所述激光发射单元发射的所述激光信号与所述激光接收单元接收到反射回的所述激光信号的时间间隔;
所述信号处理单元,用于根据所述激光发射单元发射的所述激光信号、所述激光接收单元接收到的所述激光信号和所述计时单元获取的所述时间间隔,获取所述光学系统与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离。
6.如权利要求4所述的系统,其特征在于,
所述光学系统,包括激光器;
所述处理模块,根据所述动力电池精密结构件的焊接位置的情况和所述激光器与所述动力电池精密结构件的焊接位置之间的距离,自动调节所述激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数;
通过所述处理模块对所述激光器的光纤芯径、准直镜焦距以及聚焦镜焦距的参数调节,实现了对所述激光器发射的激光的光束尺寸和焦点深度的动态调节。
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