CN111283325A - 激光焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光焊接设备，包括工作台、焊接头、载料平台、识别组件和控制器，焊接头安装于工作台并用于与激光器相连并出射激光器所产生的激光束；载料平台用于承载工件并移动工件，识别组件安装于焊接头并用于对位于焊接区的工件的待焊接区域进行识别，以获得与焊缝相对应的焊接轨迹信息；控制器与激光器和识别组件信号相连，并能够根据识别组件所获得的焊接轨迹信息控制载料平台运动，以使得焊接头所出射的激光束沿焊缝移动，以提高焊接精度。

Description

激光焊接设备

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及激光焊接设备。

背景技术

随着社会的不断发展，手机在众多移动通讯设备中脱颖而出，已成为人们生活中必不可少的一部分，其发展迅速且朝着大屏幕、轻薄化方向发展。手机中框并不是简单的一个长方形框体，它是整个手机的支撑及核心部件的承载，随着5G时代的来临，去金属化的发展方向对手机中框提出了更加严苛的加工要求，在手机行业急需一种高效、快速、高精度金属中框生产方式。

目前，金属中框的制造一般采用纯CNC或锻造与CNC结合的加工方式，具有生产周期长，能耗高、效率低，工艺复杂等特点。激光焊接手机中框时，由于零件小，实际焊缝轨迹与理论焊缝轨迹存在较大误差，影响焊接质量。

发明内容

基于此，有必要提供一种激光焊接设备，以提高焊接精度。

本发明提供一种激光焊接设备，用于对工件的待焊接区域进行焊接，所述待焊接区域具有至少一个焊缝，所述激光焊接设备包括：

工作台，具有上下料区和焊接区；

焊接头，安装于所述焊接区并用于与激光器相连并出射所述激光器所产生的激光束；

载料平台，用于承载所述工件在所述上下料区和所述焊接区之间平移运动，且当所述载料平台带动所述工件位于所述焊接区时，所述载料平台能够带动所述工件相对所述焊接头移动，以使得所述焊接头所出射的激光束入射至所述工件的待焊接区域；

识别组件，安装于所述焊接头并用于对位于所述焊接区的工件的待焊接区域进行识别，以获得与所述焊缝相对应的焊接轨迹信息；

控制器，与所述激光器和所述识别组件信号相连，并能够根据所述识别组件所获得的所述焊接轨迹信息控制所述载料平台运动，以使得所述焊接头所出射的激光束沿所述焊缝移动。

在其中一个实施例中，所述激光焊接设备包括至少2个载料平台，所述至少2个载料平台用于在所述控制器的调控下交替地在所述上下料区和所述焊接区之间转移工件。

在其中一个实施例中，所述载料平台包括载料治具、X轴平移机构和Y轴平移机构，所述载料治具用于承载所述工件，所述X轴平移机构用于驱使所述载料治具沿X轴方向平移运动，所述Y轴平移机构用于驱使所述载料治具沿Y轴方向平移运动。

在其中一个实施例中，所述X轴平移机构包括安装座、导轨、齿条、齿轮和驱动电机，所述载料治具安装于所述安装座，所述安装座与所述导轨滑动连接，所述导轨和所述齿条平行地固定于所述工作台上并沿X轴方向延伸，所述齿轮与所述齿条相啮合，所述驱动电机安装于所述安装座并能够驱使所述齿轮转动，以在所述齿轮与所述齿条的配合下带动所述安装座沿所述导轨移动。

在其中一个实施例中，所述载料平台为2个，所述上下料区包括第一上下料区和第二上下料区，在沿X轴方向上，所述第一上下料区和所述第二上下料区位于所述焊接区的相对两侧，2个所述载料平台其中之一用于承载工件在所述第一上下料区和所述焊接区之间平移运动，其中之另一用于承载工件在所述第一上下料区和所述焊接区之间平移运动。

在其中一个实施例中，2个所述载料平台的X轴平移机构共用一组导轨和齿条，且彼此的安装座上设置有感应开关，所述感应开关与所述控制器电性连接，并用于检测2个所述载料平台的安装座之间的相对位置。

在其中一个实施例中，所述识别组件包括CCD相机、发光件和调节支架，所述CCD相机固定于所述焊接头的侧边，所述发光件通过所述调节支架与所述焊接头相连接，且所述发光件在所述调节支架的调节下能够改变光照方向，以使得发光件所出射的光束照射工件，所述焊缝位于所述发光件的照射区域。

在其中一个实施例中，所述发光件的出光侧设有防护镜片。

在其中一个实施例中，所述调节支架包括固定座、第一连接架和第二连接架，所述第一连接架与所述固定座相连，所述第二连接架可转动地连接于所述第一连接架，所述发光件连接于所述第二连接架的远离所述固定座的一侧。

在其中一个实施例中，所述第一连接架和第二连接架均包括连接片以及连接于所述连接片两端的支臂，所述第一连接架的支臂与所述第二连接架的支臂相连接，所述第一连接架的连接片与所述固定座相连接，所述第二连接架的连接片与所述发光件相连接。

在其中一个实施例中，所述固定座包括呈角度连接的第一连接片和第二连接片，所述第一连接片与所述焊接头相连接，所述第二连接片与第一连接架的连接片相连接，所述第一连接片和/或第二连接片上开设有长圆形的凹槽，沿所述凹槽沿的侧边设有刻度线；

和/或，所述第一连接架和所述第二连接架的其中之一的支臂设有圆弧槽，其中之另一的支臂设有紧固件，所述紧固件穿设所述圆弧槽，并用于选择性锁紧或松开所述第一连接架和所述第二连接架的相对转角，沿所述圆弧槽延伸的侧边设有刻度线。

在其中一个实施例中，所述识别组件包括2个或2个以上的调节支架，每个调节支架分别将对应的发光件安装于所述焊接头的出射激光束方向的周侧。

本发明的激光焊接设备，包括工作台、焊接头、载料平台、识别组件和控制器，焊接头安装于工作台并用于与激光器相连并出射激光器所产生的激光束；载料平台用于承载工件并移动工件，识别组件安装于焊接头并用于对位于焊接区的工件的待焊接区域进行识别，以获得与焊缝相对应的焊接轨迹信息；控制器与激光器和识别组件信号相连，并能够根据识别组件所获得的焊接轨迹信息控制载料平台运动，以使得焊接头所出射的激光束沿焊缝移动，以确保焊接精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为一实施例的激光焊接设备的结构示意图；

图2为一实施例的激光焊接设备中，焊接头及识别组件的结构示意图；

图3为一实施例中，识别组件对工件的焊缝识别示意图；

图4为一实施例的激光焊接设备中，调节支架及发光件的安装结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将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的较佳实施方式。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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

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。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1和图2所示，本发明提供一种激光焊接设备100，用于对工件50的待焊接区域进行焊接，待焊接区域具有至少一个焊缝。工件50可以是电子产品的金属壳体，也可以是其他金属构件，例如，在一些实施方式中，激光焊接设备100用于焊接手机的中框，具体地，中框大致呈矩形框状，可以是由多个条形结构的工件50焊接而成。激光焊接设备100还可以用于对其他工件50进行焊接，在此不作限定。

激光焊接设备100包括工作台10、焊接头20、载料平台30、识别组件40和控制器。其中，工作台10具有上下料区和焊接区，可以理解的，上下料区是激光焊接设备100进行上下料的区域。具体的，待加工的工件50在该区域进行上料，以加工好的工件50在该区域进行下料；相应的，焊接区是激光焊接设备100对工件50进行焊接加工时，工件50在工作台10上的位置。

工作台10的结构可以具有多种形式，在一些实施方式中，工作台10设置在激光焊接设备100的机柜上方。机柜用于设置激光焊接设备100的电器元件，如在一些实施例中，机柜内可以收容空压机和稳压电源等结构。对于激光焊接设备100的电气部分在此不作赘述。

焊接头20安装于焊接区并用于与激光器相连并出射激光器所产生的激光束。焊接头20可以通过光纤与激光器相连接，例如，焊接头20连接光纤的一端，光纤的另一端与激光器相连接，激光器所产生的激光经光纤传输至焊接头20，激光经过焊接头20的聚焦，利用焊接头20可以输出不同光斑直径的激光束。

载料平台30用于承载工件50在上下料区和焊接区之间平移运动，且当载料平台30带动工件50位于焊接区时，载料平台30能够带动工件50相对焊接头20移动，以使得焊接头20所出射的激光束入射至工件50的待焊接区域。识别组件40安装于焊接头20并用于对位于焊接区的工件50的待焊接区域进行识别，以获得与焊缝相对应的焊接轨迹信息。

控制器与激光器和识别组件40信号相连，并能够根据识别组件40所获得的焊接轨迹信息控制载料平台30运动，以使得焊接头20所出射的激光束沿焊缝移动。这样，焊接头20出射的激光束能够精准地沿焊缝对工件50进行焊接，以确保焊接精度。

在其中一个实施例中，激光焊接设备100包括至少2个载料平台30，至少2个载料平台30用于在控制器的调控下交替地在上下料区和焊接区之间转移工件50，这种交替上下料的方式可以降低待料时间，提高自动化焊接效率。

下面以激光焊接设备100包括2个载料平台30为例对激光焊接设备100作进一步说明。

在一些实施例中，载料平台30为2个上下料区包括第一上下料区和第二上下料区，在沿X轴方向上，第一上下料区和第二上下料区位于焊接区的相对两侧，2个载料平台30其中之一用于承载工件50在第一上下料区和焊接区之间平移运动，其中之另一用于承载工件50在第一上下料区和焊接区之间平移运动。

载料平台30包括载料治具31、X轴平移机构32和Y轴平移机构33。载料治具31用于承载工件50，X轴平移机构32用于驱使载料治具31沿X轴方向平移运动，Y轴平移机构33用于驱使载料治具31沿Y轴方向平移运动。

对于激光焊接设备100具有2个或2个以上的载料平台30而言，由于载料平台30之间可以交替的转移工件50，从而可以有效的提升激光焊接设备100的焊接效率。

为了便于理解，将2个载料平台30分别称为“第一载料平台301”和“第二载料平台302”，2个载料平台30在功能上对等的，可以采取相同的结构，也即第一载料平台301和第二载料平台302包括载料治具31、X轴平移机构32和Y轴平移机构33。当第一载料平台301将第一上下料区的工件50转移至焊接区进行焊缝识别或焊接的过程中，第二载料平台302在第二上下料区进行上下料动作。当第一载料平台301上的工件50完成焊接后，向控制器返回完成焊接的信号，控制器便控制第二载料平台302的X轴平移机构32和Y轴平移机构33驱使载料治具31平移运动，将工件50从第二上下料区转移至焊接区。当第二载料平台302上的工件50完成识别、焊接后，在向第二上下料区返回时，第一载料平台301承载工件50由第一上下料区转移至焊接区，从而实现交替地向焊接区供给工件50，提升激光焊接设备100的整体焊接效率。

在一些实施例中，X轴平移机构32包括安装座、导轨、齿条、齿轮和驱动电机，载料治具31安装于安装座，安装座与导轨滑动连接，导轨和齿条平行地固定于工作台10上并沿X轴方向延伸，齿轮与齿条相啮合，驱动电机安装于安装座并能够驱使齿轮转动，以在齿轮与齿条的配合下带动安装座沿导轨移动。

在载料平台30为2个的实施例中，2个载料平台30的X轴平移机构32共用一组导轨和齿条，从而减少导轨和齿条的设置数量，提高结构复用率，简化激光焊接设备100的结构。2个载料平台30的X轴平移机构32彼此的安装座上设置有感应开关，感应开关与控制器电性连接，并用于检测2个载料平台30的安装座之间的相对位置，从而避免2个载料平台30沿X轴移动时发生撞击。

Y轴平移机构33可以是采用滚珠丝杆、导轨及伺服电机等结构组成，以便配合X轴平机构实现载料治具31在X-Y二维平面移动，满足工件50的焊接及上下料需要。

需要说明的是，在一些实施例中，工作台10上设有立柱101，焊接头20通过Z轴升降机构201安装于该立柱101上，从而在Z轴升降机构201的驱使下，焊接头20能够相对工作台10升降运动，以调整焊接头20所出射的激光束的聚焦高度，进而适应多种规格尺寸的工件50焊接需要。对于焊接同一规格的工件50而言，焊接头20在Z轴升降机构201下升降至合适高度后保持，也即焊接头20在焊接工件50时，保持固定的焊接高度。Z轴升降机构201可以是采用滚珠丝杆、导轨及伺服电机等结构组成，在此不作赘述。

结合图2所示，在一些实施例中，识别组件40包括CCD相机41、发光件42和调节支架43，CCD相机41固定于焊接头20的侧边，发光件42通过调节支架43与焊接头20相连接，且发光件42在调节支架43的调节下能够改变光照方向，以使得发光件42所出射的光束照射工件50，焊缝位于发光件42的照射区域，以便CCD相机41准确的识别焊缝，将识别的影像反馈给控制器，以便控制器控制载料平台30移动而使得焊接头20出射的激光束准确的沿焊缝移动，确保工件50的焊接精度。

结合图3所示，以工件50包括2个子件51、52为例，激光焊接设备100将2个子件51、52焊接在一起时，需要焊接的位置即为焊缝。由于工件50的结构形态具有多种情形，下面仅以2个子件51、52的接触面呈平面为例对焊接过程加以说明。由于2个子件51、52的接触面呈平面，所以焊接头20对2个子件51、52焊接时，焊缝呈直线状。沿焊缝的延伸方向，2个子件51、52其中之一的长边与其中之另一的长边部分重合，也即2个子件51、52中，至少有个子件的短边与另一子件的长边相交。以图3所示，长边较短的子件52的两短边S1、S2分别与长边较长的子件51的长边L相交于交叉点a、b。从而CCD相机41进行识别时，CCD相机41通过判定视野内形成该交叉点a、b的两短边S1、S2与长边L，并能够准确获取交叉点a、b的位置，ab线即为识别的焊缝位置，这种方式下，可以避免工件50来料多种多样而细节部分差异所引起的焊缝位置难以识别的问题。

在其中一个实施例中，发光件42的出光侧设有防护镜片，可以有效减少焊接飞溅、烟尘损害发光件42，可有效延长发光件42使用寿命。发光件42可以是LED。

结合图4所示，调节支架43包括固定座431、第一连接架432和第二连接架433，第一连接架432与固定座431相连，第二连接架433可转动地连接于第一连接架432，以便调整第一连接架432和第二连接架433的相对转角，发光件42连接于第二连接架433的远离固定座431的一侧，这样，发光件42便能够随第二连接架433相对第一连接架432转动，从而调整出光方向。

第一连接架432和第二连接架433均包括连接片以及连接于连接片两端的支臂。第一连接架432的支臂与第二连接架433的支臂相连接，第一连接架432的连接片与固定座431相连接，第二连接架433的连接片与发光件42相连接。

在其中一个实施例中，固定座431包括呈角度连接的第一连接片431a和第二连接片431b，例如第一连接片431a和第二连接片431b垂直。第一连接片431a与焊接头20相连接，第二连接片431b与第一连接架432的连接片相连接，第一连接片431a和/或第二连接片431b上开设有长圆形的凹槽4311，沿凹槽4311沿的侧边设有刻度线。螺钉或螺栓等锁紧件能够穿过凹槽4311将第一连接片431a和第二连接片431b与相应的结构相连接，利用刻度线能够更方便的对发光件42的安装位置进行精确调整，使得发光件42的所发出的光线能够更好地照射工件50，提高CCD相机41对工件50上的焊缝的成像效果，进而维持较佳的加工精度。

在一些实施方式中，第一连接架432和第二连接架433的其中之一的支臂设有圆弧槽4312，其中之另一的支臂设有螺栓或螺丝等紧固件4313，紧固件4313穿设圆弧槽4312，并用于选择性锁紧或松开第一连接架432和第二连接架433的相对转角，沿圆弧槽4312延伸的侧边设有刻度线，利用该刻度线能够精确的调整第二连接架433相对第一连接架432的安装角度，以提升对工件50的焊缝的光照效果，从而改善CCD相机41对焊缝的成像质量。

在其中一个实施例中，识别组件40包括2个或2个以上的调节支架43，每个调节支架43分别将对应的发光件42安装于焊接头20的出射激光束方向的周侧，从而利用多个发光件42满足对工件50的焊缝多方向光照需要。

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 (12)

1.一种激光焊接设备，用于对工件的待焊接区域进行焊接，所述待焊接区域具有至少一个焊缝，其特征在于，所述激光焊接设备包括：

工作台，具有上下料区和焊接区；

焊接头，安装于所述焊接区并用于与激光器相连并出射所述激光器所产生的激光束；

载料平台，用于承载所述工件在所述上下料区和所述焊接区之间平移运动，且当所述载料平台带动所述工件位于所述焊接区时，所述载料平台能够带动所述工件相对所述焊接头移动，以使得所述焊接头所出射的激光束入射至所述工件的待焊接区域；

识别组件，安装于所述焊接头并用于对位于所述焊接区的工件的待焊接区域进行识别，以获得与所述焊缝相对应的焊接轨迹信息；

控制器，与所述激光器和所述识别组件信号相连，并能够根据所述识别组件所获得的所述焊接轨迹信息控制所述载料平台运动，以使得所述焊接头所出射的激光束沿所述焊缝移动。

2.根据权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于，所述激光焊接设备包括至少2个载料平台，所述至少2个载料平台用于在所述控制器的调控下交替地在所述上下料区和所述焊接区之间转移工件。

3.根据权利要求1或2所述的激光焊接设备，其特征在于，所述载料平台包括载料治具、X轴平移机构和Y轴平移机构，所述载料治具用于承载所述工件，所述X轴平移机构用于驱使所述载料治具沿X轴方向平移运动，所述Y轴平移机构用于驱使所述载料治具沿Y轴方向平移运动。

4.根据权利要求3所述的激光焊接设备，其特征在于，所述X轴平移机构包括安装座、导轨、齿条、齿轮和驱动电机，所述载料治具安装于所述安装座，所述安装座与所述导轨滑动连接，所述导轨和所述齿条平行地固定于所述工作台上并沿X轴方向延伸，所述齿轮与所述齿条相啮合，所述驱动电机安装于所述安装座并能够驱使所述齿轮转动，以在所述齿轮与所述齿条的配合下带动所述安装座沿所述导轨移动。

5.根据权利要求4所述的激光焊接设备，其特征在于，所述载料平台为2个，所述上下料区包括第一上下料区和第二上下料区，在沿X轴方向上，所述第一上下料区和所述第二上下料区位于所述焊接区的相对两侧，2个所述载料平台其中之一用于承载工件在所述第一上下料区和所述焊接区之间平移运动，其中之另一用于承载工件在所述第一上下料区和所述焊接区之间平移运动。

6.根据权利要求5所述的激光焊接设备，其特征在于，2个所述载料平台的X轴平移机构共用一组导轨和齿条，且彼此的安装座上设置有感应开关，所述感应开关与所述控制器电性连接，并用于检测2个所述载料平台的安装座之间的相对位置。

7.根据权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于，所述识别组件包括CCD相机、发光件和调节支架，所述CCD相机固定于所述焊接头的侧边，所述发光件通过所述调节支架与所述焊接头相连接，且所述发光件在所述调节支架的调节下能够改变光照方向，以使得发光件所出射的光束照射工件，所述焊缝位于所述发光件的照射区域。

8.根据权利要求7所述的激光焊接设备，其特征在于，所述发光件的出光侧设有防护镜片。

9.根据权利要求7所述的激光焊接设备，其特征在于，所述调节支架包括固定座、第一连接架和第二连接架，所述第一连接架与所述固定座相连，所述第二连接架可转动地连接于所述第一连接架，所述发光件连接于所述第二连接架的远离所述固定座的一侧。

10.根据权利要求9所述的激光焊接设备，其特征在于，所述第一连接架和第二连接架均包括连接片以及连接于所述连接片两端的支臂，所述第一连接架的支臂与所述第二连接架的支臂相连接，所述第一连接架的连接片与所述固定座相连接，所述第二连接架的连接片与所述发光件相连接。

11.根据权利要求10所述的激光焊接设备，其特征在于，所述固定座包括呈角度连接的第一连接片和第二连接片，所述第一连接片与所述焊接头相连接，所述第二连接片与第一连接架的连接片相连接，所述第一连接片和/或第二连接片上开设有长圆形的凹槽，沿所述凹槽沿的侧边设有刻度线；

和/或，所述第一连接架和所述第二连接架的其中之一的支臂设有圆弧槽，其中之另一的支臂设有紧固件，所述紧固件穿设所述圆弧槽，并用于选择性锁紧或松开所述第一连接架和所述第二连接架的相对转角，沿所述圆弧槽延伸的侧边设有刻度线。

12.根据权利要求10所述的激光焊接设备，其特征在于，所述识别组件包括2个或2个以上的调节支架，每个调节支架分别将对应的发光件安装于所述焊接头的出射激光束方向的周侧。

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