CN111468798A - 激光钎焊用的自适应接触式焊丝引导模块及焊缝跟踪系统 - Google Patents

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金亚娟
吴晓明
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Parnova Intelligent Technology (Suzhou) Co.,Ltd.
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金亚娟
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Abstract

本发明公开了一种激光钎焊用的自适应接触式焊丝引导模块及焊缝跟踪系统，焊丝引导模块包括送丝机构和焊缝跟踪模块，焊缝跟踪模块倾斜设置在送丝机构的前方，且两者的纵向剖面处于同一Z平面；焊缝跟踪模块的端部为锥形，该锥形端部和送丝机构的送丝嘴处于同一焊接工作面；所述送丝机构和焊缝跟踪模块安装在伸缩臂连接块上，所述伸缩臂连接块包括安装平台，安装平台上设置有与送丝模块和焊缝跟踪模块适配的通孔；一种焊缝跟踪系统，包括制冷单元、光纤耦合器、准直转向单元、旋转模块、光斑光学模块、相机、转向模块、弹簧伸缩接触单元、焊丝引导模块及保护气单元；本发明能够显著提高焊缝跟踪的精确度、有效的提高焊接质量及连接强度。

Description

激光钎焊用的自适应接触式焊丝引导模块及焊缝跟踪系统
技术领域
本发明涉及自动化激光焊接设备，尤其涉及一种用于激光钎焊的自适应机械接触式焊丝引导模块，同时还涉及一种焊缝跟踪系统。
背景技术
目前以焊丝为焊缝跟踪的设计，因为在长时间工作状态下，送丝嘴会受到焊丝的磨损，即送丝嘴的直径尺寸会变大，焊缝跟踪的精确度下降，影响激光光束跟踪的位置不在正确的待焊接位置，导致焊后焊缝表面出现假焊及焊不上等现象，特备是在用焊丝材料铝合金情况下，由于用材铝焊丝较软，对精确要求更高；另外，同时也替代来目前针状的引导设备，由于在汽车顶盖激光钎焊时，顶盖及侧围之间存在0.2mm间隙，针状的焊缝跟踪设备在工作时会出现针状设备断裂现象以及设备卡在工件之间，同样会影响焊接过程。
与传统焊接技术相比，激光焊接在焊接质量和生产效率等方面都具有明显优势。但是，由于激光束的光斑直径较小，使得激光束准确对中待焊接位置成为获得高质量焊缝的前提，另外，同时由于车身来件生产中存在差异性，也会影响其焊缝质量。因此，用准确的焊缝跟踪系统来保证焊缝和激光束的精确对中以获得良好的焊件是关键所在。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用于激光钎焊的自适应接触式焊丝引导模块，本发明的另一目的是提供一种包括自适应接触式焊丝引导模块的焊缝跟踪系统。
技术方案：一种用于激光钎焊的自适应接触式焊丝引导模块，包括送丝机构和焊缝跟踪模块，所述焊缝跟踪模块倾斜设置在送丝机构的前方，且两者的纵向剖面处于同一Z平面；所述焊缝跟踪模块的端部为锥形，该锥形端部和送丝机构的送丝嘴处于同一焊接工作面；
所述送丝机构和焊缝跟踪模块安装在伸缩臂连接块上，所述伸缩臂连接块包括安装平台，安装平台上设置有与送丝模块和焊缝跟踪模块适配的通孔。
进一步的，焊缝跟踪模块的端部和送丝嘴的中心距离为14mm—14.1mm；所述锥形端部的锥角为30°-45°，优选为33°。所述锥形端部的高度为11mm。
进一步的，所述焊缝跟踪模块的主体部分为圆柱体。
一种包括所述自适应接触式焊丝引导模块的焊缝跟踪系统：还包括制冷单元、光纤耦合器、准直转向单元、旋转模块、光斑光学模块、相机、转向模块、弹簧伸缩接触单元以及保护气单元；
所述制冷单元设置在光纤耦合器上，所述光纤耦合器与准直转向单元连接，所述准直转向单元与旋转模块连接，所述旋转模块上设有光斑光学模块，所述光斑光学模块远离旋转模块的另一端设有转向模块，所述相机和保护气单元分别设置在转向模块的上下两端，所述弹簧伸缩接触单元设置在转向模块的侧壁上，所述焊丝引导模块的送丝机构与焊缝跟踪模块通过连接块设置在弹簧伸缩接触单元上。
更进一步的，所述光斑光学模块为双光斑模块，其将从激光源发出的光束分为两束内外镶嵌的激光光束。所述双光斑模块内包括多个不同角度的棱镜，双光斑模块下方设有聚焦镜；光束通过准直平行后进入双光斑模块，被双光斑模块内带有不同角度的棱镜打散，再经过聚焦镜后形成双光斑。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：1、本发明的自适应接触式焊丝引导模块，更新了目前以焊丝为焊缝跟踪的设计，能够显著提高焊缝跟踪的精确度。2、将双光斑模块集成于激光钎焊工具中，用于车身用材铝合金双光斑激光钎焊工艺。通过双光斑模块将从激光源发出的光束分为两束激光光束，内外镶嵌。内侧小光斑0.4-0.8mm可调，通过较小的光斑集中激光密度，使铝合金容易形成“小孔效应”，外侧大光斑1.5mm，用于铝合金焊缝表面的平整、光滑作用。另外，由于两个光源的作用，造成小孔开口较大有利于内部金属蒸气逸出，也有利于小孔的稳定，从而能减少焊缝气孔，有效的提高焊接质量及连接强度。
附图说明
图1为自适应接触式焊丝引导模块的结构示意图；
图2为本发明实施例的焊丝引导模块尺寸示意图；
图3为包括图1所示焊丝引导模块的焊缝跟踪系统结构图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1-图2所示，一种用于激光钎焊的自适应接触式焊丝引导模块，包括送丝机构1和焊缝跟踪模块2，焊缝跟踪模块2倾斜设置在送丝机构的前方，图中箭头所指方向为焊缝跟踪方向，即为本发明所述的“前方”。送丝机构1和焊缝跟踪模块2的纵向剖面处于同一Z平面，焊缝跟踪模块2的端部201为锥形，该锥形端部和送丝机构的送丝嘴101处于同一焊接工作面上，沿焊缝方向移动；焊缝跟踪模块2的材质为氧化铝陶瓷。
送丝机构1和焊缝跟踪模块2安装在伸缩臂连接块3上，伸缩臂连接块3包括安装平台301，安装平台301上设置有与送丝模块和焊缝跟踪模块适配的通孔。
焊缝跟踪模块的端部201和送丝嘴101的中心距离为14mm—14.1mm，焊缝跟踪模块的锥形端部的锥角为30°-45°；在实际应用时，需根据焊缝的大小以及精确要求确定具体的参数取值。图2所示实施例中，中心距离是14.1mm，锥角为33°，锥形端部的为11mm。进一步的，锥形端部后部的焊缝跟踪模块的主体部分为圆柱体，锥形端部和圆柱体部分的高度为21mm。
如图3所示，一种包括所述自适应接触式焊丝引导模块的焊缝跟踪系统，还包括制冷单元4、光纤耦合器5、准直转向单元6、旋转模块7、光斑光学模块8、相机9、转向模块10、弹簧伸缩接触单元11以及保护气单元12。
制冷单元4设置在光纤耦合器5上，光纤耦合器5与准直转向单元6连接，准直转向单元6与旋转模块7连接，旋转模块7上设有光斑光学模块8，光斑光学模块8远离旋转模块7的另一端设有转向模块10，相机9和保护气单元12分别设置在转向模块10的上下两端，弹簧伸缩接触单元11设置在转向模块10的侧壁上，送丝机构1与焊缝跟踪模块2兼与激光头上的伸缩臂通过伸缩臂连接块3连接在一起。
优选的，光斑光学模块为双光斑模块，本发明的双光斑模块集成于激光钎焊工具中，用于车身用材铝合金双光斑激光钎焊工艺。双光斑模块包括多个不同角度的棱镜，双光斑模块下方设有聚焦镜；光束通过准直平行后形成平行光，平行光进入双光斑模块，被双光斑模块内带有不同角度的棱镜打散，再经过聚焦镜，形成双光斑。由此通过双光斑模块将从激光源发出的光束分为两束激光光束。
此外，旋转模块7上设有一组传感器20。传感器20设置的数目为3个，呈一列设置，两边的两个传感器检测旋转模块的极限状态，焊缝容忍焊丝可达的极限位置，中间的传感器是反馈信号是焊接过程中焊丝引导焊缝跟踪处于正常工作状态。上述连接结构中，通过光纤耦合器5连接光源的光纤电缆。准直转向单元6内置一个抛物状的镜片，实现从激光源发出的光束的两个功能，1、对发散角的激光进行发散角的压缩，使其从光缆中接收到的激光达到平行光传输的作用，并且获得更高的激光传输效率；2、实现光束45°的偏转，进行45°方向的传输。双光斑光学模块8将激光器发出的光束分为两束激光光束，内外镶嵌。内侧小光斑0.4-0.8mm可调，通过较小的光斑集中激光密度，使铝合金容易形成“小孔效应”，外侧大光斑1.5mm，用于铝合金焊缝表面的平整、光滑作用。另外，由于两个光源的作用，造成小孔开口较大有利于内部金属蒸气逸出，也有利于小孔的稳定，从而能减少焊缝气孔，有效的提高焊接质量及连接强度。

Claims (10)

1.一种激光钎焊用的自适应接触式焊丝引导模块，其特征在于：包括送丝机构和焊缝跟踪模块，所述焊缝跟踪模块倾斜设置在送丝机构的前方，且两者的纵向剖面处于同一Z平面；所述焊缝跟踪模块的端部为锥形，该锥形端部和送丝机构的送丝嘴处于同一焊接工作面；
所述送丝机构和焊缝跟踪模块安装在伸缩臂连接块上，所述伸缩臂连接块包括安装平台，安装平台上设置有与送丝模块和焊缝跟踪模块适配的通孔。
2.根据权利要求1所述的自适应接触式焊丝引导模块，其特征在于：所述焊缝跟踪模块的材质为氧化铝陶瓷。
3.根据权利要求1所述的自适应接触式焊丝引导模块，其特征在于：焊缝跟踪模块的端部和送丝嘴的中心距离为14mm—14.1mm。
4.根据权利要求1所述的自适应接触式焊丝引导模块，其特征在于：所述锥形端部的锥角为30°-45°。
5.根据权利要求4所述的自适应接触式焊丝引导模块，其特征在于：所述锥角为33°。
6.根据权利要求1所述的自适应接触式焊丝引导模块，其特征在于：所述锥形端部的高度为11mm。
7.根据权利要求1所述的自适应接触式焊丝引导模块，其特征在于：所述焊缝跟踪模块的主体部分为圆柱体。
8.一种包括如权利要求1-7任一所述自适应接触式焊丝引导模块的焊缝跟踪系统，其特征在于：还包括制冷单元、光纤耦合器、准直转向单元、旋转模块、光斑光学模块、相机、转向模块、弹簧伸缩接触单元以及保护气单元；
所述制冷单元设置在光纤耦合器上，所述光纤耦合器与准直转向单元连接，所述准直转向单元与旋转模块连接，所述旋转模块上设有光斑光学模块，所述光斑光学模块远离旋转模块的另一端设有转向模块，所述相机和保护气单元分别设置在转向模块的上下两端，所述弹簧伸缩接触单元设置在转向模块的侧壁上，所述焊丝引导模块的送丝机构与焊缝跟踪模块通过连接块设置在弹簧伸缩接触单元上。
9.根据权利要求8所述的焊缝跟踪系统，其特征在于：所述光斑光学模块为双光斑模块，其将从激光源发出的光束分为两束内外镶嵌的激光光束。
10.根据权利要求9所述的焊缝跟踪系统，其特征在于：所述双光斑模块内包括多个不同角度的棱镜，双光斑模块下方设有聚焦镜；光束通过准直平行后进入双光斑模块，被双光斑模块内带有不同角度的棱镜打散，再经过聚焦镜后形成双光斑。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112496540A (zh) * 2020-11-19 2021-03-16 帕诺瓦智能科技(苏州)有限公司 一种具有自适应焊缝跟踪的激光钎焊和激光熔焊一体装置

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