CN110919184A - 一种移动激光振镜焊接系统的补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动激光振镜焊接系统的补偿方法，应用于移动激光振镜焊接系统，补偿方法包括根据待焊产品预设定机械手的最优路径；给定振镜速度并计算机械手速度临界值；根据圆弧插补原理计算出机械手的位移补偿量；将位移补偿量转换得到机械手补偿后的点位并输入至控制器从而所述移动激光振镜焊接系统的补偿。本发明方法通过人为设置机械手焊接的最优路径，并根据圆弧插补原理进行移动激光振镜焊接过程的补偿，通过补偿机械手在匀速移动过程中固定时间内移动的位移量使其无需停留在待焊接工件位置加工，从而最大限度地消除每段焊接前不断重复定位造成的非生产性时间的浪费。

Description

一种移动激光振镜焊接系统的补偿方法

技术领域

本发明涉及激光精密加工设备技术领域，尤其涉及一种移动激光振镜焊接系统的补偿方法。

背景技术

在激光焊接领域，振镜激光焊接在精密焊接领域已经较为普遍，其振镜内部的振镜镜片依靠镜片偏摆的原理引导激光束运行到更广的平面位置，振镜的出现使得激光精密焊接的加工区域更加灵活，偏摆速度更快的特点使得加工速度得到了质的飞跃，但在实际生产过程中，由于加工量大，生产周期长的情况下，单纯的振镜焊接已经不能满足加工效率需求，产线的生产压力下需要重新构造出一种能够更加高效的焊接方法。以达到高效利用生产时间而提高出货量进而降低成本的目的。

在大批量的振镜焊接情况下，目前基本都采用了固定式的激光振镜焊接加工大批量电芯工件方法，使焊接加工自动化和可控化。通过激光器系统、视觉系统和振镜系统组成了锂电池电芯焊接的核心组成。降低了整套自动化设备的成本和实现了基本的激光振镜加工自动化设备功能。但此方法不能人为的控制机械手焊接最优路径，并且机械手在每段焊接前需不断重复定位，并在待焊接工件位置上停留等待，增加加工的非生产性时间，使得在大批量加工工件条件下的生产时间严重浪费。

发明内容

本发明为解决现有的激光振镜焊接技术需耗费较长的非生产性时间问题，提供了一种移动激光振镜焊接系统的补偿方法。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

一种移动激光振镜焊接系统的补偿方法，应用于移动激光振镜焊接系统，所述移动激光振镜焊接系统包括设有机械手的移动平台、视觉系统、振镜系统和控制器，所述控制器控制移动平台和振镜系统进行扫描动作，所述补偿方法包括以下步骤：

根据待焊产品预设定机械手的最优路径；

给定振镜速度并计算机械手速度临界值；

根据圆弧插补原理计算出机械手的位移补偿量；

将所述位移补偿量转换得到机械手补偿后的点位并输入至控制器从而完成所述移动激光振镜焊接系统的补偿。

上述方案中，人为设置机械手焊接的最优路径，并根据圆弧插补原理进行移动激光振镜焊接过程的补偿，通过补偿机械手在匀速移动过程中固定时间内移动的位移量，将此位移量补偿入振镜激光轨迹坐标中，即可使移动出光过程中，振镜激光所发射出来的激光焊接图形不会因为机械手动态移动原因而产生焊接图形的变形，以达到相对的静止状态。补偿后机械手无需停留在待焊接工件位置加工，从而最大限度地消除每段焊接前不断重复定位造成的非生产性时间的浪费。

优选的，所述待焊产品为锂电池电芯产品时，预设定所述移动激光振镜焊接系统包括两平行设置的焊接区域，所述机械手的最优路径为两焊接区域各相对应的中心点连线。在本优选方案中，可先根据待焊产品特点规划处最优焊接路径。

优选的，所述给定振镜速度并计算机械手速度临界值具体为：

其中V_振为已知的振镜速度；D为所述两个焊接区域相对应的中心点的距离，由待焊产品规格决定，根据以上公式及已知量求得机械手速度临界值V_机。在本优选方案中，计算机械手速度临界值用于防止振镜偏摆时间与机械手移动时间之间的临界值越界导致图形偏位现象。

优选的，所述根据圆弧插补原理计算出机械手的位移补偿量具体为：

所述移动激光振镜焊接系统基于圆弧插补原理实现圆形激光轨迹；

根据圆弧插补原理计算插补圆的插补边长：

其中V_进为进给速度，即振镜系统的振镜偏摆速度；T为插补周期，由插补圆周长给出；

根据插补边长N计算机械手的位移补偿量：

走过插补边长N所需的时间为：

机械手在时间t_振内所运行的位移为：x_机＝V_机t_振，即为机械手的位移补偿量。

优选的，所述的将所述位移补偿量转换得到机械手补偿后的点位具体为：计算插补圆上任意点的坐标表达式，并基于所述位移补偿量在坐标表达式的X方向进行补偿。在本优选方案中，由于机械手为水平运动，因此只需在其X方向进行补偿即可，如需增加Y方向的运动，则根据实际情况增加即可。

优选的，所述的将所述位移补偿量转换得到机械手补偿后的点位的具体步骤包括：

根据所述插补边长N表示出所述插补圆中相邻两点的增量角关系：

其中R为插补圆半径；

根据所述插补圆中相邻两点的增量角关系以及插补圆半径，得到所述插补圆任意一点的坐标表达式P(x_t，y_t)；

对于该任意一点的下一点，其坐标表达式为P_t+1(x_t+1,y_t+1)；

根据圆心角度公式Δβ＝β_t+1-β_t，则坐标表达式P_t+1(x_t+1,y_t+1)简化为：

机械手补偿后的点位为：

在本优选方案中，补偿机械手X方向上位移补偿量后通过实际实验验证，机械手移动出光焊接生产过程中，焊接图形不会产生畸变。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明的移动激光振镜焊接系统的补偿方法首先人为设置机械手焊接的最优路径，并根据圆弧插补原理进行移动激光振镜焊接过程的补偿，通过补偿机械手在匀速移动过程中固定时间内移动的位移量使其无需停留在待焊接工件位置加工，从而最大限度地消除每段焊接前不断重复定位造成的非生产性时间的浪费。本发明方法能够大幅度增加固定位置的振镜激光焊接效率，以满足大批量加工产品的客户需求。

附图说明

图1为实施例中移动激光振镜焊接系统的结构示意图。

图2为实施例中移动激光振镜焊接系统的俯视图。

图3为实施例中插补圆在坐标系中的示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

一种移动激光振镜焊接系统的补偿方法，应用于移动激光振镜焊接系统，如图1和2所示，所述移动激光振镜焊接系统包括设有机械手的移动平台1、视觉系统2、振镜系统3和控制器，所述控制器控制移动平台1和振镜系统3进行扫描动作，这些组件均为常规移动激光振镜焊接系统的标准组件，因此在本实施例中未对其结构、型号和工作原理等进行说明；移动激光振镜焊接系统的补偿方法包括以下步骤：

根据待焊产品4预设定机械手的最优路径；本实施例的待焊产品4为锂电池电芯产品4时，预设定所述移动激光振镜焊接系统包括两平行设置的焊接区域5，所述机械手的最优路径为两焊接区域5各相对应的中心点连线。在焊接前，需要调试标记所有的中心点空间坐标存入机械手坐标系中，在每次到达此坐标时，机械手设备给出I/O信号传给上位机的激光控制软件，已达到激光出光时坐标准确性。

在此基础上，给定振镜速度并计算机械手速度临界值，防止振镜偏摆时间与机械手移动时间之间的临界值越界导致图形偏位现象。机械手速度临界值的计算为：

其中V_振为已知的振镜速度，将影响焊接质量，为激光工艺效果打样得出；D为所述两个焊接区域5相对应的中心点的距离，由待焊产品4规格决定，根据以上公式及已知量求得机械手速度临界值V_机，以防止越界偏位现象。

如图3所示，所述移动激光振镜焊接系统采用计算机数字控制方法，基于圆弧插补原理实现圆形激光轨迹，由圆弧插补原理可知，插补圆所分成的每一段N边长长度可由插补圆周长和焊接速度条件求得；

根据圆弧插补原理计算插补圆的插补边长：

其中V_进为进给速度，即振镜系统3的振镜偏摆速度；T为插补周期，由插补圆周长给出；

得到合适加工精度的插补边长N后，由于插补轨迹近似为匀速运动，则可按以下方式计算机械手的位移补偿量：

走过插补边长N所需的时间为：

机械手在时间t_振内所运行的位移为：x_机＝V_机t_振，即为机械手的位移补偿量。

将所述位移补偿量转换得到机械手补偿后的点位并输入至控制器从而完成所述移动激光振镜焊接系统的补偿；由于机械手为水平运动，因此只需在其X方向进行补偿即可，Y方向补偿值为0，补偿方法即在静止状态下的振镜激光坐标减去机械手的位移补偿量，故需求出静止下的振镜轨迹坐标表达式，具体如下：

根据所述插补边长N表示出所述插补圆中相邻两点的增量角关系：

其中R为插补圆半径；

根据所述插补圆中相邻两点的增量角关系以及插补圆半径，得到图3所示的插补圆中任意一点的坐标表达式P(x_t，y_t)；

对于该任意一点的下一点，其坐标表达式为P_t+1(x_t+1,y_t+1)；

根据圆心角度公式Δβ＝β_t+1-β_t，则坐标表达式P_t+1(x_t+1,y_t+1)简化为：

以上为最终的P_t+1(x_t+1,y_t+1)表达式，在此基础上，补偿机械手X方向的位移补偿量，使得其移动时焊接图形不会产生畸变，在激光软件中，圆形焊接图形的起始点P₁即为X轴正方向的圆周上的点，即P₁(R,0)，机械手补偿后的点位由P₁(R-V_机t_振,0)得出，即机械手补偿后的点位为：

将机械手补偿后的点位输入至控制器从而完成所述移动激光振镜焊接系统的补偿。

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种移动激光振镜焊接系统的补偿方法，应用于移动激光振镜焊接系统，所述移动激光振镜焊接系统包括设有机械手的移动平台、视觉系统、振镜系统和控制器，所述控制器控制移动平台和振镜系统进行扫描动作，其特征在于，所述补偿方法包括以下步骤：

根据待焊产品预设定机械手的最优路径；

给定振镜速度并计算机械手速度临界值；

根据圆弧插补原理计算出机械手的位移补偿量；

将所述位移补偿量转换得到机械手补偿后的点位并输入至控制器从而完成所述移动激光振镜焊接系统的补偿。

2.根据权利要求1所述的移动激光振镜焊接系统的补偿方法，其特征在于，所述待焊产品为锂电池电芯产品时，预设定所述移动激光振镜焊接系统包括两平行设置的焊接区域，所述机械手的最优路径为两焊接区域各相对应的中心点连线。

3.根据权利要求2所述的移动激光振镜焊接系统的补偿方法，其特征在于，所述给定振镜速度并计算机械手速度临界值具体为：

其中V_振为已知的振镜速度；D为所述两个焊接区域相对应的中心点的距离，由待焊产品规格决定，根据以上公式及已知量求得机械手速度临界值V_机。

4.根据权利要求3所述的移动激光振镜焊接系统的补偿方法，其特征在于，所述根据圆弧插补原理计算出机械手的位移补偿量具体为：

所述移动激光振镜焊接系统基于圆弧插补原理实现圆形激光轨迹；

根据圆弧插补原理计算插补圆的插补边长：

其中V_进为进给速度，即振镜系统的振镜偏摆速度；T为插补周期，由插补圆周长给出；

根据插补边长N计算机械手的位移补偿量：

走过插补边长N所需的时间为：

机械手在时间t_振内所运行的位移为：x_机＝V_机t_振，即为机械手的位移补偿量。

5.根据权利要求4所述的移动激光振镜焊接系统的补偿方法，其特征在于，所述的将所述位移补偿量转换得到机械手补偿后的点位具体为：计算插补圆上任意点的坐标表达式，并基于所述位移补偿量在坐标表达式的X方向进行补偿。

6.根据权利要求5所述的移动激光振镜焊接系统的补偿方法，其特征在于，所述的将所述位移补偿量转换得到机械手补偿后的点位的具体步骤包括：

根据所述插补边长N表示出所述插补圆中相邻两点的增量角关系：

其中R为插补圆半径；

根据所述插补圆中相邻两点的增量角关系以及插补圆半径，得到所述插补圆任意一点的坐标表达式P(x_t，y_t)；

对于该任意一点的下一点，其坐标表达式为P_t+1(x_t+1,y_t+1)；

根据圆心角度公式Δβ＝β_t+1-β_t，则坐标表达式P_t+1(x_t+1,y_t+1)简化为：

机械手补偿后的点位为：

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