CN111451634A - 激光焊接设备校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光焊接领域，提供了一种激光焊接设备校准方法。激光焊接设备校准方法包括：将所述激光焊接设备的激光头移动至检测工装上方，并使所述激光头朝向所述检测工装上的激光接收点；驱动所述激光头旋转同时使所述激光头朝向所述检测工装移动；基于在所述激光头朝向所述检测工装旋转移动的过程中，所述激光接收点接收到所述激光头的激光束的情况，确定所述激光头的位置准确度。在本发明提供的激光焊接设备校准方法中，当激光头旋转并同时朝向检测工装移动时，只需要关注激光接收点处接收到的激光束的情况(例如激光束的位置)，就可以准确且简便地获得激光头位置的准确度，从而实现对激光焊接设备进行有效校准。

Description

激光焊接设备校准方法

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，特别是涉及一种激光焊接设备校准方法。

背景技术

轨道车辆激光焊接设备具有体积、质量大，龙门高等特点，一般来说大型激光焊接设备长宽高可达30m×5m×5m。因激光焊缝成型稳定性需要，要求设备运行精度极高，焊接时离焦量与程序设定值偏差不超过1mm，运行轨迹与程序设定值偏差不超过1mm。这样能够保证激光焊焊缝质量的稳定，也能保证设备稳定运行，不与工装、工件发生碰撞。对于庞大的激光焊焊接设备而言，需要极高的运行稳定性。因此，需要开发用于检测激光焊接设备按程序运行的稳定性，保证激光焊焊缝质量和设备安全运行的校准方法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的实施例提供了激光焊接设备校准方法，以实现对激光焊接设备进行有效校准。

根据本发明的实施例，提供了一种激光焊接设备校准方法，包括：将所述激光焊接设备的激光头移动至检测工装上方，并使所述激光头朝向所述检测工装上的激光接收点；驱动所述激光头旋转同时使所述激光头朝向所述检测工装移动；基于在所述激光头朝向所述检测工装旋转移动的过程中，所述激光接收点接收到所述激光头的激光束的情况，确定所述激光头的位置准确度。

根据本发明的实施例，所述基于在所述激光头朝向所述检测工装旋转移动的过程中，所述激光接收点接收到所述激光头的激光束的情况，确定所述激光头的位置准确度的步骤，进一步包括：响应于所述激光接收点能够持续接收到所述激光头发出的激光束，确定所述激光头的位置准确。

根据本发明的实施例，所述基于在所述激光头朝向所述检测工装旋转移动的过程中，所述激光接收点接收到所述激光头的激光束的情况，确定所述激光头的位置准确度的步骤，进一步包括：响应于所述激光接收点无法持续接收到所述激光头发出的激光束，确定所述激光头的位置存在偏差。

根据本发明的实施例，所述驱动所述激光头旋转同时使所述激光头朝向所述检测工装移动的步骤，进一步包括：驱动所述激光头沿所述激光焊接设备的高度方向下降，同时使得所述激光头围绕自身与所述高度方向平行的轴线自转。

根据本发明的实施例，所述将所述激光焊接设备的激光头移动至检测工装上方，并使所述激光头朝向所述检测工装上的激光接收点的步骤，进一步包括：将所述激光头移动至位于所述检测工装上方的根据预设基准坐标确定的检测起始点。

根据本发明的实施例，所述驱动所述激光头旋转同时使所述激光头朝向所述检测工装移动的步骤，进一步包括：驱动所述激光头旋转同时移动至位于所述检测起始点正下方且位于所述检测工装上方的检测截止点。

根据本发明的实施例，激光焊接设备校准方法还包括：保持所述激光头停留在所述检测截止点，并检测所述激光头与所述检测工装之间的距离。

根据本发明的实施例，所述保持所述激光头停留在所述检测截止点，并检测所述激光头与所述检测工装之间的距离的步骤，进一步包括：响应于所述激光头与所述检测工装之间的距离与预设基准距离相同，确定所述激光头沿高度方向的位置准确。

根据本发明的实施例，所述保持所述激光头停留在所述检测截止点，并检测所述激光头与所述检测工装之间的距离的步骤，进一步包括：响应于所述激光头与所述检测工装之间的距离与预设基准距离不同，确定所述激光头沿高度方向的位置存在偏差。

根据本发明的实施例，所述将所述激光头移动至位于所述检测工装上方的根据预设基准坐标确定的检测起始点的步骤，进一步包括：驱动所述激光头以旋转及平移中的至少一种方式移动至所述检测起始点。

根据本发明的实施例，激光焊接设备校准方法还包括：响应于启动信号，连续执行移动所述激光头的步骤、驱动所述激光头旋转同时移动的步骤、以及确定所述激光头的位置准确度的步骤。

在本发明提供的激光焊接设备校准方法中，在将激光焊接设备的激光头移动至检测工装上方，并使激光头朝向检测工装上的激光接收点之后，可以驱动激光头旋转同时使激光头朝向检测工装移动。进而，基于在激光头朝向检测工装旋转移动的过程中，激光接收点接收到激光头的激光束的情况，就可以确定激光头的位置准确度。也就是说，当激光头旋转并同时朝向检测工装移动时，只需要关注激光接收点处接收到的激光束的情况(例如激光束的位置)，就可以准确且简便地获得激光头位置的准确度，从而实现对激光焊接设备进行有效校准。

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的附图。

图1是本发明激光焊接设备校准方法一个实施例的流程图；

图2是激光焊接设备一个实施例的立体图；

图3至图7是本发明激光焊接设备校准方法在校准过程中各示意性位置的立体图。

附图标记：

100：激光焊接设备校准方法；102～106：各步骤；200：激光焊接设备；202：龙门结构；204：激光头；300：检测工装；302：激光接收点；304：检测起始点；306：检测截止点。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

现参见图1至图7，对本发明实施例提供的激光焊接设备校准方法进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成任何特别限定。

如图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种激光焊接设备校准方法100。具体地，该激光焊接设备校准方法100总的来说可以包括以下步骤：

在步骤102处，将激光焊接设备的激光头移动至检测工装上方，并使激光头定位成朝向检测工装上的激光接收点。

接下来，在步骤104处，驱动激光头旋转同时使激光头朝向检测工装移动。也就是说，在该步骤中，驱动激光头并使得激光头一边旋转一边向检测工装移动。

然后，在步骤106处，基于在如上所述的激光头朝向检测工装旋转移动的过程中，检测工装上的激光接收点接收到激光头的激光束的情况，确定激光头的位置准确度。

具体来说，结合图1和图2，在本发明的实施例中，激光焊接设备200通常安装在大型龙门结构202上。在进行激光焊接操作过程中，激光焊接设备200能够在龙门结构202上沿着龙门结构202的长度方向(如图2中x轴所示方向)、宽度方向(如图2中y轴所示方向)以及高度方向(如图2中z轴所示方向)进行移动(例如平移)，从而对激光焊接设备200相对于龙门结构202的位置进行调整以执行焊接操作。

进一步地，激光焊接设备200自身又具有例如三个旋转轴线，例如图2中a、b、c所示的旋转轴线。激光焊接设备200在使用过程中，除了沿着如上所述的x、y、z轴所构成的坐标系进行移动之外，还可以围绕自身的旋转轴线a、b、c所构成的坐标系进行激光头204的旋转操作。也就是说，在激光焊接设备200的使用过程中包括在x、y、z坐标系中的诸如平移的运动操作、以及在旋转轴线a、b、c坐标系中的诸如旋转的运动操作。

在激光焊接设备200的使用过程中，如果激光头204在上述各个坐标系中的位置精确，则在具体焊接时激光头204的焊接不会出现偏差或误差，焊接质量和安全性均能够得到保证。但是，如果激光头204在上述任一坐标上出现偏差，则会导致焊接出现偏差或误差。因此，正如本发明所记载的，需要对激光焊接设备200在如上所述的各个坐标系中的位置进行有效地校准。

根据本发明实施例以上校准方法所记载的，如图3至图3A所示，在校准过程中，首先将激光焊接设备200的激光头204移动至检测工装300上方(例如沿图3中箭头所示的方向移动)，并使激光头204定位成朝向检测工装300上的激光接收点302。如图3所示，在进行校准操作之前，激光焊接设备200的激光头204在前次焊接操作完成后可能处于任何位置。此时则需要将其移动至检测工装300的上方(诸如沿图3中箭头方向)，例如可以驱动激光焊接设备200沿x、y、z坐标系和a、b、c坐标系进行平移和/或旋转动作，从而移动至图3A所示的位置。

当激光焊接设备200移动至图3A所示的位置之后，可以驱动激光头204旋转同时使激光头204朝向检测工装移动，例如如图4至图7所示的各个过程。在该过程中，驱动激光头204并使得激光头204一边旋转一边向检测工装移动，例如如图4至图6中箭头所示的方向进行移动和旋转。

在如上所述的运动过程中，可以检测工装上的激光接收点302接收到激光头204的激光束的情况，从而通过这种方式确定激光头204的位置准确度。

具体来说，在一种示例性的方案中，可以由技术人员在现场直接观察激光束在检测工装上的激光接收点302处的位置重合程度，进而来判断激光头204的位置准确度。在另一种示例性的方案中，也可以通过在激光接收点302处安装电子激光接收设备，进而通过电信号的形式来判断激光头204的位置准确度。但是应当理解的是，无论采用如上所述的何种方式，均不会对本发明的实施例构成任何限定；并且其他未在此处描述的实施例实质上也可以包含在本发明之中。

另外需要指出的是，在激光焊接设备200的检测过程中，如果激光头204在旋转移动过程中在如上所述的各个坐标系中的位置是准确的，那么在上述检测工装300上的激光接收点302则能够始终接收到激光头204所发出的激光束。换句话说，对于本发明的检测方法而言，如果激光接收点302在激光头204旋转移动的检测过程中能够始终接收到激光头204所发出的激光束，则可以说明激光头204至少在x、y、a、b、c坐标上的定位是准确的。通过这种方式，本发明实施例所提供的检测方法只需要关注激光接收点处接收到的激光束的情况(例如激光束的位置)，就可以准确且简便地获得激光头204位置的准确度，从而实现对激光焊接设备进行有效校准。

进一步地，在本发明的一个实施例中，对于确定激光头204的位置准确度的步骤而言，可以通过以下方式进行：

例如，如上所述的，响应于激光接收点302能够持续接收到激光头204发出的激光束，则可以确定激光头204的位置准确；但是，如果响应于激光接收点302无法持续接收到激光头204发出的激光束(例如断续接收到或者无法接收到激光束)，则可以确定激光头204的位置存在偏差。也就是说，如果激光头204出现了偏差，则当激光头204旋转并移动时，其激光束在检测工装300上的激光点有可能在旋转移动的过程中移出至激光接收点302之外。此时，激光接收点302可能完全无法接收到激光束或者仅能够断续接收到激光束，那么在这种情况下就可以判断激光头204存在偏差，需要进行调校。但是，如果激光接收点302在激光头204旋转移动的过程中始终能够保持接收到激光束，则可以说明激光头204的位置是准确的。

在一个实施例中，如图所示，驱动激光头204旋转同时使激光头204朝向检测工装300移动的步骤可以进一步包括驱动激光头204沿激光焊接设备的高度方向下降，同时使得激光头204围绕自身与高度方向平行的轴线自转。也即，激光焊接设备200的激光头204在测试过程中一边绕自身的轴线进行自转(例如围绕旋转轴b进行自转)，一边能够在高度方向z上进行下降。

如图3至图3A所示，本发明实施例提供的激光焊接设备校准方法100还可以包括以下步骤：将激光焊接设备200的激光头204移动至位于检测工装300上方的根据预设基准坐标确定的检测起始点304。

进一步地，在一个实施例中，该过程可以由以下步骤执行：驱动激光头204以旋转及平移中的至少一种方式移动至检测起始点304。

具体来说，该检测起始点304并非是在检测过程中实际存在的点，而是根据预设的基准坐标所确定的点。对于该检测起始点304而言，其预设基准坐标可以确定为：当不存在偏差或误差的激光头204由该点开始旋转下降时，激光接收点302能够始终接收到激光头204所发出的激光束。也就是说，该检测起始点304是根据无偏差或无误差的激光头204所确定的，也可以称为无误差或无偏差的标准点。

在激光焊接设备200的实际运行过程中，激光头204有可能出现偏差或者误差；在进行检测时，仍然驱动激光焊接设备200移动至该标准点处进行检测。此时，虽然激光焊接设备200移动到了该预设的标准点，但是由于存在误差，那么激光焊接设备200的激光头204当前所处的实时位置实际上并不在该预设的标准点上，也即实际位置与预设位置其实并不是重合的。因为，当无偏差的激光头204从预设的检测起始点304的位置进行旋转下降时，激光接收点302是能够保证始终接收到激光束的；那么由于实际位置并不与预设位置重合，则在激光头204出现偏差时，激光接收点302是无法始终接收到激光束的。由此，通过这种方式可以检测出激光头204的位置准确性。

进一步地，在一个实施例中，驱动激光头204旋转同时使激光头204朝向检测工装移动的步骤还可以进一步包括：驱动激光头204旋转同时移动至位于检测起始点正下方且位于检测工装上方的检测截止点306。也就是说，激光头204从检测起始点304开始进行旋转下降动作，直至移动至检测截止点306为止。在这个过程中，能够对激光头204在x、y、a、b、c坐标上的位置准确度进行检测。

在一个实施例中，当激光头204移动到检测截止点306时，可以保持激光头204停留在该检测截止点306一定时间(可以根据需要设定)，并检测激光头204与检测工装300之间的距离。在该实施例中，激光焊接设备200上可以自带诸如高度传感器的设备，来对z轴方向上的位置精度情况进行判断。在实际检测过程中，检测截止点306到检测工装300之间可以提前设定好预设距离。如果激光头204在z方向上出现偏差，则激光头204移动到检测截止点306时检测出的实际距离会不同于预设距离，此时则可以证明激光头204在z方向上出现了偏差或误差，需要进行校准。

具体来说，以上的判断过程可以由以下步骤来执行：响应于激光头204与检测工装300之间的距离与预设基准距离相同，则可以确定激光头204沿高度方向的位置准确；或者响应于激光头204与检测工装300之间的距离与预设基准距离不同，则可以确定激光头204沿高度方向的位置存在偏差。

至此，整个检测过程到此结束。激光焊接设备200在x、y、z、a、b、c共6个轴位置精度得到全面检测。检测完成后可进行正常激光焊接工作，确保设备不会因机械轴自身变化带来激光焊接质量问题。

另外，在本发明的一个实施例中，激光焊接设备校准方法100还可以包括以下步骤：响应于启动信号，连续执行如上所述的移动激光头的步骤、驱动激光头旋转同时移动的步骤、以及确定激光头的位置准确度的步骤。换句话说，本发明如上所述的各个步骤均可以通过操作人员触发启动信号之后，来自动地连续执行，从而能够实现激光焊接设备校准方法的“一键”检测执行。

综上所述，本发明实施例所提供的激光焊接设备校准方法涉及并用于轨道车辆激光焊接部件的精密制造。该校准方法能够保证激光焊接设备运行过程位置的准确性、保证激光焊接设备在工件、工装设备准确装配时安全运行、保证激光焊接过程的精确定位、保证激光焊接焊缝的稳定成型。同时，还能够实现“一键”检测激光焊接设备位置准确性的功能。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种激光焊接设备校准方法，其特征在于，包括：

将所述激光焊接设备的激光头移动至检测工装上方，并使所述激光头朝向所述检测工装上的激光接收点；

驱动所述激光头旋转同时使所述激光头朝向所述检测工装移动；

基于在所述激光头朝向所述检测工装旋转移动的过程中，所述激光接收点接收到所述激光头的激光束的情况，确定所述激光头的位置准确度。

2.根据权利要求1所述的激光焊接设备校准方法，其特征在于，所述基于在所述激光头朝向所述检测工装旋转移动的过程中，所述激光接收点接收到所述激光头的激光束的情况，确定所述激光头的位置准确度的步骤，进一步包括：

响应于所述激光接收点能够持续接收到所述激光头发出的激光束，确定所述激光头的位置准确。

3.根据权利要求2所述的激光焊接设备校准方法，其特征在于，所述基于在所述激光头朝向所述检测工装旋转移动的过程中，所述激光接收点接收到所述激光头的激光束的情况，确定所述激光头的位置准确度的步骤，进一步包括：

响应于所述激光接收点无法持续接收到所述激光头发出的激光束，确定所述激光头的位置存在偏差。

4.根据权利要求1所述的激光焊接设备校准方法，其特征在于，所述驱动所述激光头旋转同时使所述激光头朝向所述检测工装移动的步骤，进一步包括：

驱动所述激光头沿所述激光焊接设备的高度方向下降，同时使得所述激光头围绕自身与所述高度方向平行的轴线自转。

5.根据权利要求1所述的激光焊接设备校准方法，其特征在于，所述将所述激光焊接设备的激光头移动至检测工装上方，并使所述激光头朝向所述检测工装上的激光接收点的步骤，进一步包括：

将所述激光头移动至位于所述检测工装上方的根据预设基准坐标确定的检测起始点。

6.根据权利要求5所述的激光焊接设备校准方法，其特征在于，所述驱动所述激光头旋转同时使所述激光头朝向所述检测工装移动的步骤，进一步包括：

驱动所述激光头旋转同时移动至位于所述检测起始点正下方且位于所述检测工装上方的检测截止点。

7.根据权利要求6所述的激光焊接设备校准方法，其特征在于，还包括：

保持所述激光头停留在所述检测截止点，并检测所述激光头与所述检测工装之间的距离。

8.根据权利要求7所述的激光焊接设备校准方法，其特征在于，所述保持所述激光头停留在所述检测截止点，并检测所述激光头与所述检测工装之间的距离的步骤，进一步包括：

响应于所述激光头与所述检测工装之间的距离与预设基准距离相同，确定所述激光头沿高度方向的位置准确。

9.根据权利要求8所述的激光焊接设备校准方法，其特征在于，所述保持所述激光头停留在所述检测截止点，并检测所述激光头与所述检测工装之间的距离的步骤，进一步包括：

响应于所述激光头与所述检测工装之间的距离与预设基准距离不同，确定所述激光头沿高度方向的位置存在偏差。

10.根据权利要求5所述的激光焊接设备校准方法，其特征在于，所述将所述激光头移动至位于所述检测工装上方的根据预设基准坐标确定的检测起始点的步骤，进一步包括：

驱动所述激光头以旋转及平移中的至少一种方式移动至所述检测起始点。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的激光焊接设备校准方法，其特征在于，还包括：

响应于启动信号，连续执行移动所述激光头的步骤、驱动所述激光头旋转同时移动的步骤、以及确定所述激光头的位置准确度的步骤。

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