CN111702331A

CN111702331A - 一种激光焊接功率控制方法及应用该方法的控制系统

Info

Publication number: CN111702331A
Application number: CN202010555037.6A
Authority: CN
Inventors: 陈信宇; 李鹏举; 陆康帆; 唐元克; 徐银丽
Original assignee: Syntec Technology Suzhou Co Ltd
Current assignee: Syntec Technology Suzhou Co Ltd
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2020-09-25

Abstract

本发明公开了一种激光焊接功率控制方法，在起弧阶段按照第一时间功率曲线或第一距离功率曲线增加激光器的功率，在加工阶段按照速度功率曲线实时控制激光功率，在收弧阶段按照第二时间功率曲线或第二距离功率曲线减小激光器的功率。本方法将时间或距离功率曲线与速度功率曲线相结合，即在起弧和收弧阶段，采用时间或距离功率曲线实现对焊接起弧和收弧的控制，而在其他阶段，速度功率曲线生效，保证焊缝均匀，避免过焊缺陷。

Description

一种激光焊接功率控制方法及应用该方法的控制系统

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，特别涉及一种激光焊接系统及功率控制方法。

背景技术

在现有的激光焊接系统和方法中，用户向激光焊接系统导入激光器的扫描路径、设定速度和设定功率。焊接系统控制激光器沿扫描路径以设定速度移动。激光器扫描过程可分成起弧、加工和收弧三个阶段。在起弧阶段，激光器的移动速度从0增加到设定速度，激光器的功率也从0增加到设定功率。在收弧结束时，激光器的移动速度和实时功率减为0。在加工阶段，在焊缝的直线段，激光器可以一直以设定速度移动，但是遇到焊缝转角时，激光器必须要减速，而此时激光器依然以恒定的设定功率焊接，容易造成转角处过焊，导致焊缝不均匀。

发明内容

为解决现有技术的上述缺陷，本发明提供一种激光焊接功率控制方法。

根据本公开的一个方面，提供一种激光焊接功率控制方法，在起弧阶段按照第一时间功率曲线或第一距离功率曲线增加激光器的功率，在加工阶段按照速度功率曲线实时控制激光功率，在收弧阶段按照第二时间功率曲线或第二距离功率曲线减小激光器的功率。

本实施方式的有益效果在于：将时间或距离功率曲线与速度功率曲线相结合，即在起弧和收弧阶段，采用时间或距离功率曲线实现对焊接起弧和收弧的控制，而在其他阶段，速度功率曲线生效，保证焊缝均匀，避免过焊缺陷。

在某些实施方式中，第一时间功率曲线的横轴为时间轴，横轴最大值为700ms，纵轴为激光器的实时功率与设定功率的比值，第一时间功率曲线通过连接坐标点(0，0)、(100，20％)、(300，50％)、(500，70％)和(700，100％)形成。本实施方式提供了一种第一时间功率曲线，该实施方式700ms完成起弧，在起弧过程中，逐步增加激光器的功率。

在某些实施方式中，速度功率曲线的横轴为激光器的实时速度与设定速度的比值，纵轴为激光器的实时功率与设定功率的比值，速度功率曲线通过连接坐标点(0，0)、(5％，5％)(10％，10％)、(15％，15％)、(20％，20％)、(25％，25％)、(30％，30％)、(35％，35％)、(40％，40％)、(45％，45％)、(50％，50％)、(55％，55％)、(60％，60％)、(65％，65％)、(70％，70％)、(75％，75％)、(80％，80％)、(85％，85％)、(90％，90％)、(95％，95％)、(100％，100％)形成。本实施方式提供了一种速度功率曲线，根据减速比例，按比例减小激光器的实时功率，按此曲线执行，能够有效地避免遇转角减速导致的过焊问题，保证了焊缝的均匀。

在某些实施方式中，第二时间功率曲线的横轴为时间轴，横轴最大值为500ms，纵轴为激光器的实时功率与设定功率的比值，第二时间功率曲线通过连接坐标点(0，100％)和(500，0)形成。本实施方式提供了一种第二时间功率曲线，该实施方式500ms完成收弧。

在某些实施方式中，第一距离功率曲线通过第一时间功率曲线及激光器的移动速度换算得到，第二距离功率曲线通过第二时间功率曲线及激光器的移动速度换算得到。

根据本公开的另一方面，提供一种激光焊接系统，包括：

激光器，用于生成激光，激光器能够沿一扫描路径运动；

存储模块，用以存储加工文件，第一时间功率曲线或第一距离功率曲线，速度功率曲线，第二时间功率曲线或第二距离功率曲线；

控制模块，用于读取加工文件形成扫描路径，控制激光器沿扫描路径运动和调变激光器的功率。

在某些实施方式中，加工文件包含扫描路径、设定速度和设定功率。

附图说明

图1为本公开一实施方式的激光焊接系统示意图。

图2为本公开一实施方式的第一时间功率曲线图。

图3为本发明一实施方式的速度功率曲线图。

图4为本发明一实施方式的第二时间功率曲线图。

图5为本发明一应用场景中的焊缝形状示意图。

图6为本发明另一应用场景中的焊缝形状示意图。

图7为本发明一实施方式的激光焊接系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

根据本公开的一方面，提供一种激光焊接功率控制方法，实时调整激光焊接过程中功率值，解决焊缝均匀性的问题。请参考图1，本方法包括以下内容：在起弧阶段按照第一时间功率曲线或第一距离功率曲线增加激光器的功率，在加工阶段按照速度功率曲线实时控制激光功率，在收弧阶段按照第二时间功率曲线或第二距离功率曲线减小激光器的功率。

可选地，在某些实施方式中，请参考图1，本方法包括以下步骤：

S1：提供加工文件、第一时间功率曲线、速度功率曲线和第二时间功率曲线曲线，其中加工文件包含激光器的扫描路径、设定功率以及设定速度；

S2：起弧，按照第一时间功率曲线增加激光器的功率；

S3：加工，按照速度功率曲线实时调变激光功率；

S4：收弧，按照第二时间功率曲线减小激光器的功率。

加工文件包含扫描路径，其中扫描路径可以是位图、向量图或纯文本形式。加工文件还包含设定速度和设定功率，一般由焊接工程师根据焊接材质、工件厚度、性能要求等确定。其中设定速度为正常加工时的速度，设定功率为正常加工时的激光器功率，例如，在焊缝的直线段，通常激光器的移动速度为设定速度，功率为设定功率，而在转角处，激光器必须减速到设定速度以下的某个值，相应地，在本公开的方法中，激光器功率也会按照速度功率曲线调减到适当的数值。

激光器从扫描路径的起点开始起弧，在起弧阶段，激光器的实时速度和实时功率逐渐增加，并在起弧结束时增加至设定速度和设定功率，其中实时功率按照第一时间功率曲线增加。当起弧结束后，进入正常加工阶段，立即将功率控制曲线切变到速度功率曲线，并按照速度功率曲线实时调变激光器的功率。在收弧阶段，激光器的实时速度和实时功率均降为0，其中实时功率按照第二时间功率曲线减小。

请参考图2，第一时间功率曲线的横轴代表激光器的开光时间，横轴的最大值T₁表示从开光到起弧结束所用时间，纵轴为激光的实时功率与设定功率的比值，以百分比表示，纵轴的最大值是100％。激光器开光后经过的某个特定时间及该时刻所对应的激光器实时功率与设定功率百分比形成散点图，再以直线连接相邻点形成第一时间功率曲线。第一时间功率曲线表示从激光器开光开始，随着时间的变化实时调节功率，实现激光功率的逐步变化，并在起弧结束即T₁时刻，激光实时功率增加到设定功率。举例而言，在图2所示的第一时间功率曲线中，在横轴值为0时，第一时间功率曲线的纵轴值为0；在横轴值为100ms时，第一时间功率曲线的纵轴值为20％，在横轴值为300ms时，第一时间功率曲线的纵轴值为50％，在横轴为500ms时，第一时间功率曲线的纵轴值为70％；在横轴值为700ms时，第一时间功率曲线的纵轴值为100％，用直线依次连接上述各点得到图2所示的第一时间功率曲线。在应用第一时间功率曲线时，某时刻第一时间功率曲线上的纵轴值乘以设定功率得到该时刻应该调变的实时功率。

请参考图3，速度功率曲线的横轴是激光器移动的实时速度与设定速度的比值，纵轴代表激光器的实时功率与设定功率的比值，横轴和纵轴均以百分比表示，横轴和纵轴的最大值都是100％。某些典型的实时速度与设定速度的百分比及其所对应的实时功率与设定功率的百分比确定了散点图，再以直线连接相邻点形成速度功率曲线。举例而言，在图3所示的速度功率曲线中，具有21个散布点，其坐标分别是(0，0)、(5％，5％)(10％，10％)、(15％，15％)、(20％，20％)、(25％，25％)、(30％，30％)、(35％，35％)、(40％，40％)、(45％，45％)、(50％，50％)、(55％，55％)、(60％，60％)、(65％，65％)、(70％，70％)、(75％，75％)、(80％，80％)、(85％，85％)、(90％，90％)、(95％，95％)、(100％，100％)，用直线连接相邻点形成速度功率曲线。具体而言，在当激光器扫描到移动路径上的某个点(x，y)时，计算该坐标点所对应的实时速度V_(x，y)与设定速度的比值，并用该比值乘以设定功率，得到点(x，y)处应该调变的实时功率。

请参考图4，第二时间功率曲线的横轴代表进入收弧阶段后所经过的时间，横轴的最大值T₂表示从开始收弧到收弧结束所用时间，纵轴为激光的实时功率与设定功率的比值，以百分比表示，纵轴的最大值是100％。从开始收弧起，经过某个特定时间及该时刻所对应的激光器实时功率值形成散点图，再以直线连接相邻点形成第二时间功率曲线。第二时间功率曲线表示随着时间的变化实时调节功率，实现激光功率的逐步减小，并在收弧结束即T₂时刻，激光实时功率减小为0。举例而言，在图4所示的第二时间功率曲线中，在横轴值为0时，第二时间功率曲线的纵轴值为100％，在横轴值为500ms时，第二时间功率曲线的纵轴值为0，连接该两个点得到图4所示的第二时间功率曲线。在应用第二时间功率曲线时，某时刻第二时间功率曲线上的纵轴值乘以设定功率得到该时刻应该调变的实时功率。

在某些实施方式中，在起弧阶段按照第一距离功率曲线增加激光器的功率直至为设定功率，在加工阶段按照速度功率曲线实时调变激光功率，在收弧阶段按照第二距离功率曲线减小激光器的功率直至为0。已知激光器的移动速度，可将第一距离功率曲线和第二距离功率曲线分别转换成第一距离功率曲线和第二距离功率曲线。

实施例1

在本实施例中，请参考图5，扫描路径自起点A沿直线延伸到终点B。激光器从起点A扫描到终点B，整个扫描过程分成三个阶段，即起弧阶段、加工阶段和收弧阶段。在起弧阶段，激光器开光后，系统开始计时，激光器10在起弧时间700ms内速度增加到最大移动速度，激光器按照第一时间功率曲线连续增加到设定功率。当开光时间达到起弧时间700ms时，调用速度功率曲线。在本实施例中，由于扫描路径为直线，因此激光器不需要减速，即能够以恒定的最大移动速度扫描，所以在加工阶段激光器的功率不需要调减，而以设定功率加工。在收弧阶段，调用第二时间功率曲线。在收弧时间500ms内激光器的功率匀速减小为0。

实施例2

在本实施例中，请参考图6，扫描路径自起点A'沿直线延伸到中间位置B'，再从中间位置B'沿直线延伸到终点C'，因此形成L形或V形的扫描路径，该扫描路径具有转角，激光器10运动到转角处时需要减速。在起弧阶段，激光器开光后，系统开始计时，激光器10在起弧时间700ms内速度增加到最大移动速度，激光器10按照第一时间功率曲线连续增加到设定功率。当开光时间达到起弧时间700ms时，调用速度功率曲线，按照速度功率曲线调变激光器10的实时功率。具体而言，在起弧结束位置到中间位置B'之间焊缝呈直线，激光器10以设定速度运动，在这个阶段激光器10以设定功率进行加工；当激光器10在转弯时，激光器10的运动速度小于设定速度，此时根据速度功率曲线调变激光器10的实时功率。在在进入在收弧阶段，调用第二时间功率曲线。在收弧时间500ms内，激光器10的功率匀速减小为0。

实施例1和实施例2仅仅是本公开的激光焊接功率控制方法的示意实施例，其所应用的焊缝形状或扫描路径形状并不限于实施例1和实施例2所公开的形状。

根据本公开的另一个方面，提供一种激光焊接系统，请参考图7，该系统包括：

激光器10，能够生成激光，激光器10能够沿扫描路径运动；

存储模块20，用以存储加工文件，第一时间功率曲线或第一距离功率曲线，速度功率曲线，第二时间功率曲线或第二距离功率曲线；

控制模块30，用于读取加工文件形成扫描路径，控制激光器沿扫描路径运动和调变激光器的功率。

激光器10被配置为能够在水平面上沿相互垂直的两个方向运动，激光器10还被配置为能够升降运动。举例而言，激光器10可以装配在机器人上，激光器10也可以安装在线性模组上。

存储模块20中存储加工文件，加工文件包含扫描路径，其中扫描路径可以是位图、向量图或纯文本形式。加工文件还包含设定速度和设定功率，一般根据焊接材质、工件厚度、性能要求等确定。存储模块20中存储了第一时间功率曲线或第一距离功率曲线，速度功率曲线，第二时间功率曲线或第二距离功率曲线。加工文件为根据焊缝形状具体确定，在焊接时临时存储到存储模块20中，而第一时间功率曲线或第一距离功率曲线，速度功率曲线，第二时间功率曲线或第二距离功率曲线可以预存到存储模块20中。

控制模块30调用存储模块20中的加工文件，并依据加工文件生成路径速度对照表，路径速度对照表包含了扫描路径上的坐标(x，y)以及该坐标下的瞬时速度V_(x，y)，控制模块30按照所生成的包含x、y及V_(x，y)的表控制激光器10的移动路径和瞬时速度。控制模块30依次按照第一时间功率曲线、速度功率曲线和第二时间功率曲线调变激光器10的功率。

工作时，在起弧阶段，控制模块30按照第一时间功率曲线或第一距离功率曲线增加激光器10的功率，直至激光器10的功率增加到设定功率。当起弧结束时，然后控制模块30立即调用速度功率曲线。在速度功率曲线控制阶段，当激光器10的实时速度小于设定速度时，控制模块30按照速度功率曲线减小激光器10的功率。当正常加工结束后，激光器10进入收弧阶段，控制模块30立即调用第二时间功率曲线或第二距离功率曲线。本公开的激光焊接系统将时间控制或距离控制和速度控制相结合，能够实时控制激光器10的功率，防止工件过熔缺陷。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。

Claims

1.一种激光焊接功率控制方法，其特征在于，在起弧阶段按照第一时间功率曲线或第一距离功率曲线增加激光器的功率，在加工阶段按照速度功率曲线实时控制激光功率，在收弧阶段按照第二时间功率曲线或第二距离功率曲线减小激光器的功率。

2.根据权利要求1所述的激光焊接功率控制方法，其特征在于，所述第一时间功率曲线的横轴为时间轴，横轴最大值为700ms，纵轴为激光器的实时功率与设定功率的比值，所述第一时间功率曲线通过连接坐标点(0，0)、(100，20％)、(300，50％)、(500，70％)和(700，100％)形成。

3.根据权利要求1所述的激光焊接功率控制方法，其特征在于，所述速度功率曲线的横轴为激光器的实时速度与设定速度的比值，纵轴为激光器的实时功率与设定功率的比值，所述速度功率曲线通过连接坐标点(0，0)、(5％，5％)(10％，10％)、(15％，15％)、(20％，20％)、(25％，25％)、(30％，30％)、(35％，35％)、(40％，40％)、(45％，45％)、(50％，50％)、(55％，55％)、(60％，60％)、(65％，65％)、(70％，70％)、(75％，75％)、(80％，80％)、(85％，85％)、(90％，90％)、(95％，95％)、(100％，100％)形成。

4.根据权利要求1所述的激光焊接功率控制方法，其特征在于，所述第二时间功率曲线的横轴为时间轴，横轴最大值为500ms，纵轴为激光器的实时功率与设定功率的比值，所述第二时间功率曲线通过连接坐标点(0，100％)和(500，0)形成。

5.根据权利要求1所述的激光焊接功率控制方法，其特征在于，所述第一距离功率曲线通过第一时间功率曲线及激光器的移动速度换算得到，所述第二距离功率曲线通过第二时间功率曲线及激光器的移动速度换算得到。

6.应用权利要1-5任一项所述激光焊接功率控制方法的激光焊接系统，其特征在于，包括：

激光器，用于生成激光，所述激光器能够沿一扫描路径运动；

7.根据权利要求6所述的激光焊接系统，其特征在于，所述加工文件包含扫描路径、设定速度和设定功率。