CN111992880B - 一种用于曲线轨迹激光焊接的柔性装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光焊接相关技术领域，其公开了一种用于曲线轨迹激光焊接的柔性装置，装置包括：底座；设于底座两端的第一支撑架和第二支撑架，其中，第一支撑架包括一端固定连接于底座的第一液压杆以及与第一液压杆另一端转动连接的第一导轨支撑架；第二支撑架包括一端转动连接于底座的第二液压杆以及与第二液压杆转动连接的第二导轨支撑架；第一同步带线性双联模组包括两端分别固定于第一导轨支撑架和第二导轨支撑架上的第一导轨以及第一伺服电机；第二同步带线性双联模组包括两个两端设于第一导轨并与第一导轨垂直的第二导轨以及第二伺服电机，第二导轨上设有装夹平台。该装置可实现多角度焊接，焊接方位灵活，普适性广。

Description

一种用于曲线轨迹激光焊接的柔性装置

技术领域

本发明属于激光焊接相关技术领域，更具体地，涉及一种用于曲线轨迹激光焊接的柔性装置。

背景技术

随着激光器技术的不断进步，利用高能激光束进行焊接已经广泛应用于工业生产中。很多高校及研究机构对激光焊接的研究日益增多，亟需一种灵活性高、功能性强的实验平台以满足各种复杂的实验需求。现有的焊接实验平台通常为固定平台，由固定的支架和面板组成，如果需要进行曲线焊接，只能依靠焊接臂带动激光焊接头进行曲线运动，且传感器的布置受到了限制；此外，水平的固定平台难以实现角度的调节，难以实现给定角度的倾斜焊接。综上所述，现有的平台灵活性不足，无法满足一些特殊的焊接条件。同时，在焊接实验过程中，需要对焊接实验中的各种信号进行采集和分析，以达到对焊接状态进行实时监测与诊断的目的。现代的激光焊接加工方式可以分为以下两种：“工件位置固定，使用自动化机械臂携持激光头完成焊接”以及“焊接点位置固定、焊接平台带动焊接工件运动”。对曲线焊接过程进行在线监测，若采用第一种焊接模式，传感器需要随激光头一起运动，产生平动及转动位移，会对监测点位置产生影响，从而影响数据采集精度。为了保证信号采集的稳定性与可靠性，通常采用第二种方式，且传感器只需保持静止即可。焊件上方的信号监测可以依赖于外部支架安装传感器，而焊接工件下方的信号监测往往容易受平台的约束从而难以实现。现有的焊接平台下方空间狭小，难以在焊接工件下方布置传感器对焊件底部进行准确监测。因此，亟需设计一种适用于曲线轨迹激光焊接过程的监测平台，以解决现有的焊接平台灵活性不足、监测设备难以布置的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于曲线轨迹激光焊接的柔性装置，该装置可以通过液压升降杆和连杆机构实现了对平台高度和倾斜角度调整，同时焊接件可以在第一同步带线性双联模组与第二同步带线性模组的驱动下实现平面内的任意移动，响应的可以有效解决焊接平台灵活性不足的问题，能够满足激光焊接实验的复杂需求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于曲线轨迹激光焊接的柔性装置，所述装置包括：底座；设于所述底座两端的第一支撑架和第二支撑架，其中，所述第一支撑架包括一端固定连接于所述底座的第一液压杆以及与所述第一液压杆另一端转动连接的第一导轨支撑架；所述第二支撑架包括一端转动连接于所述底座的第二液压杆以及与所述第二液压杆转动连接的第二导轨支撑架；第一同步带线性双联模组包括两端分别固定于所述第一导轨支撑架和第二导轨支撑架上的第一导轨以及第一伺服电机；第二同步带线性双联模组包括两个两端设于所述第一导轨并与所述第一导轨垂直的第二导轨以及第二伺服电机，所述第一伺服电机用于驱动所述第二导轨在所述第一导轨上滑动，每一所述第二导轨上设有装夹平台，所述装夹平台用于装载待焊件；所述第二伺服电机用于驱动所述装夹平台在所述第二导轨上滑动。

优选地，所述第一液压杆与所述第二液压杆为升降型液压杆。

优选地，所述底座上设有多个卡槽，所述卡槽用于安装升降杆，所述升降杆的顶部用于安装监测装置。

优选地，所述升降杆的顶部设有安装板，所述安装板与所述升降杆转动连接，所述监测装置安装于所述安装板上。

优选地，所述监测装置包括CCD相机、高温计或光电传感器中的一种或多种组合。

优选地，所述装夹平台上开有通槽，所述通槽内设有至少一个夹具，所述夹具用于固定所述待焊件。

优选地，所述第一导轨上还设有两个第一同步带，所述第二导轨的两端分别设于两个第一同步带上，以使所述第二导轨的两端运动同步；每一所述第二导轨上均设有第二同步带，以使跨连于两所述第二导轨上的装夹平台滑动块运动同步。

优选地，所述装置还包括角度监测装置和高度监测装置，其中，所述角度监测装置用于监测所述装夹平台的倾斜角度，所述高度监测装置用于监测所述第一液压杆、第二液压杆以及升降杆的高度。

优选地，所述装置还包括与所述第一伺服电机和第二伺服电机电连接的控制面板以及与所述第一液压杆、第二液压杆和/或升降杆连接的液压站。

优选地，所述第一导轨支撑架和第二导轨支撑架为Y字形，所述第一导轨包括两平行固定连接的导轨，每一所述导轨的两端分别设于所述Y字形第一导轨支撑架和第二导轨支撑架的一顶端。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种用于曲线轨迹激光焊接的柔性装置至少具有如下有益效果：

1.第一液压杆与底座固定连接，第二液压杆与底座转动连接，第一导轨支撑架与第一液压杆转动连接，第二导轨支撑架与第二液压杆转动连接，可以实现焊接平台任意角度的倾斜，实现对焊件角度控制的灵活性；

2.第一导轨与第二导轨相互垂直，实现焊接在焊接平台上的水平运动；

3.底座上设有多个卡槽，可以用于安置各种监测装置，实现对焊接件的全方位监测；

4.第一液压杆和第二液压杆可升降，实现焊接平台高度方向的控制；

5.装夹平台上设有通槽，通槽内设有多个夹角，多个夹角之间的位置没有限定，可根据待焊件的尺寸进行自适应调节，对于宽度较窄的焊接工件，也能实现焊接的装夹和固定，相较于焊接试验平台更加方便可靠；

6.通过液压升降机构和连杆传动原理，实现焊接平台的升降调节与倾斜角度的调节，焊接平台的灵活性大大提高，可实现一定范围内的任意倾斜角度焊接，还可以设置数显角度计实现显示平台倾斜角度的直观显示；

7.通过第一同步直线运动模组和第二同步直线运动模组，实现待焊件在水平方向的运动实现平面曲线焊接，且非常适用于“焊接点与传感器位置固定、焊接平台带动焊接工件运动”的焊接方式，以实现焊接信号的定点采集；

8.在底座上设置可调节升降杆，可以按照多种焊缝底部监测传感器以及其他的一些小型仪器及设备，且设备的安装拥有足够的布置空间，不会与上方的运动平台产生干扰，在进行多次实验时，能保证监测的位置始终与焊接位置保持不变。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例的用于曲线轨迹激光焊接的柔性装置水平焊接时结构示意图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的用于曲线轨迹激光焊接的柔性装置倾斜焊接时结构示意图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的第一同步带线性双联模组以及第二同步带线性双联模组部分结构的俯视图；

图4示意性示出了根据本公开实施例的装夹平台的俯视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-底座、2-第一液压杆、3-第一导轨支撑架、4-第一伺服电机、5-第一同步带线性双联模组、6-第二伺服电机、7-第二同步带线性双联模组、8-第一同步带、9-第一导轨、10-第二导轨、11-第二同步带、12-滑动块、13-第一装夹平台、20-第二装夹平台、14-夹具、15-待焊件、16-角度监测装置、17-同步支撑架、18-激光焊接头、19-激光束、21-第二导轨支撑架、22-第二液压杆、23-升降杆、24-安装板、25-CCD相机、26-高温计、27-光电传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1及图2，本发明提供了一种用于曲线轨迹激光焊接的柔性装置，所述装置包括底座1、第一支撑架、第二支撑架、第一同步带线性双联模组5、以及第二同步带线性双联模组7。

其中，底座1上设有多个卡槽，该卡槽可以用于设固定升降杆23，升降杆23的顶部可以用于安装监测装置。由于不同的安装监测装置的连接结构和连接位置不同，为了实现安装的普适性，可以在升降杆23的顶端设置一安装板24，该安装板24与升降杆23顶部可旋转连接，例如可为万向转动轴连接，实现安装板24多方向的转动，安装板24上设有与监测装置配合的接口，实现对监测装置的安装，例如，如图1所示，安装板24上可以安装CCD相机25、高温计23、光电传感器27等。该升降杆23的高度可以调节，实现不同监测设备的高度的需求。

第一支撑架和第二支撑架对应设于底座1的两端。其中，所述第一支撑架包括一端固定连接于所述底座1的第一液压杆2以及与所述第一液压杆2另一端转动连接的第一导轨支撑架3，以使第一导轨支撑架3可以绕第一液压杆2转动。所述第二支撑架包括一端转动连接于所述底座1的第二液压杆22以及与所述第二液压杆22转动连接的第二导轨支撑架21，由于第二液压杆22转动连接于所述底座1，因此，第二液压杆22可以绕底座1转动，同时第二导轨支撑架21可以绕第二液压杆22转动。第一液压杆2与第二液压杆22的高度调节优选为液压控制。

所述第一导轨支撑架3和第二导轨支撑架21优选为Y字形，所述第一导轨9包括两平行固定连接的导轨，每一所述导轨的两端分别设于所述Y字形第一导轨支撑架3和第二导轨支撑架21的一顶端。

第一同步带线性双联模组5包括两端分别固定于所述第一导轨支撑架3和第二导轨支撑架21上的第一导轨9以及第一伺服电机4。

第二同步带线性双联模组7包括两个两端设于所述第一导轨9并与所述第一导轨9垂直的第二导轨10以及第二伺服电机6。所述第一伺服电机4用于驱动所述第二导轨10在所述第一导轨9上滑动，所述第二导轨10上设有装夹平台13，20，所述装夹平台13，20用于装载待焊件，激光焊接头18设于装夹平台13，20的下方，其发出激光束19对待焊件进行焊接，第二导轨10上还可以设置有滑动块12，装夹平台13，20设于所述滑动块上；所述第二伺服电机6用于驱动所述装夹平台13，20或滑动块12在所述第二导轨10上滑动。第一伺服电机4的功率优选为400W～600W，第二伺服电机6的功率为100W～300W。

所述装夹平台13，20上开有通槽，所述通槽内设有至少一个夹具14，所述夹具14用于固定所述待焊件，如图4所示。可以通过调节同一通槽内夹具14间的距离实现对不同尺寸待焊件的固定。如图3所示，两个第二导轨10的其中一个还可以设置为同步支撑架17，同步支撑架17上设有滑轨。装夹平台13，20包括第一装夹平台13以及第二装夹平台20，第一装夹平台13固定于滑动块12上，第二装夹平台20在同步支撑架17的滑轨上滑动连接。焊接件的两端可以通过夹具14固定于第一装夹平台13和第二装夹平台20上，未安装焊接件时，同步支撑架17可以朝靠近或远离滑动块12的方向自由移动，以适应不同长度尺寸的焊接件。

所述第一导轨9上还设有两个第一同步带8，所述第二导轨10的两端分别设于两个第一同步带8上，以使所述第二导轨10的两端运动同步；每一所述第二导轨10上均设有第二同步带11，以使两所述第二导轨10上的滑动块12运动同步。

第一导轨9和第二导轨10上还设有限位块，以限制第一导轨9和第二导轨10上滑动物体的滑动范围。

第二导轨10上还可以设置有角度监测装置16，用于监测装夹平台13，20的倾斜角度。

所述装置还包括高度监测装置，与所述第一伺服电机4和第二伺服电机6电连接的控制面板以及与所述第一液压杆2、第二液压杆22和/或升降杆23连接的液压站。所述高度监测装置用于监测所述第一液压杆2、第二液压杆22以及升降杆23的高度。控制面板用于控制第一同步带线性双联模组5以及第二同步带线性双联模组7的移动方向、位移和速度。

工作过程中，通过液压站控制第一液压杆2、第二液压杆22的高度，例如，将第一导轨支撑架3升高，将第二导轨支撑架21降低，可实现焊接工件正向倾斜，倾斜角度可根据平台上安装的水平角度计16获得；同理将第一导轨支撑架3降低，将第二导轨支撑架21升高，可实现焊接工件负向倾斜，本发明可实现倾斜角度范围为-45°～45°。控制面板可以控制第一同步带线性双联模组5和第二同步带线性双联模组7在水平方向的运动，以此方式可以实现焊接件各个方向的焊接要求，焊接灵活，普适性广。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于曲线轨迹激光焊接的柔性装置，其特征在于，所述柔性装置包括：

底座（1），所述底座（1）上设有多个卡槽，所述卡槽用于安装升降杆（23），所述升降杆（23）的顶部用于安装监测装置，所述监测装置位于待焊件的下方，用于对待焊件的下方进行监测；

设于所述底座（1）两端的第一支撑架和第二支撑架，其中，所述第一支撑架包括一端固定连接于所述底座（1）的第一液压杆（2）以及与所述第一液压杆（2）另一端转动连接的第一导轨支撑架（3）；所述第二支撑架包括一端转动连接于所述底座（1）的第二液压杆（22）以及与所述第二液压杆（22）转动连接的第二导轨支撑架（21），所述第一导轨支撑架（3）和第二导轨支撑架（21）为Y字形，所述第一导轨（9）包括两平行固定连接的导轨，每一所述导轨的两端分别设于所述Y字形第一导轨支撑架（3）和第二导轨支撑架（21）的一顶端；

第一同步带线性双联模组（5）包括两端分别固定于所述第一导轨支撑架（3）和第二导轨支撑架（21）上的第一导轨（9）以及第一伺服电机（4）；

第二同步带线性双联模组（7）包括两个两端设于所述第一导轨（9）并与所述第一导轨（9）垂直的第二导轨（10）以及第二伺服电机（6），所述第一伺服电机（4）用于驱动所述第二导轨（10）在所述第一导轨（9）上滑动，所述第二导轨（10）上设有装夹平台（13,20），所述装夹平台（13,20）用于装载待焊件；所述第二伺服电机（6）用于驱动所述装夹平台（13,20）在所述第二导轨（10）上滑动。

2.根据权利要求1所述的柔性装置，其特征在于，所述第一液压杆（2）与所述第二液压杆（22）为升降型液压杆。

3.根据权利要求1所述的柔性装置，其特征在于，所述升降杆（23）的顶部设有安装板（24），所述安装板（24）与所述升降杆（23）转动连接，所述监测装置安装于所述安装板（24）上。

4.根据权利要求1或3所述的柔性装置，其特征在于，所述监测装置包括CCD相机（25）、高温计（26）或光电传感器（27）中的一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的柔性装置，其特征在于，所述装夹平台（13,20）上开有通槽，所述通槽内设有至少一个夹具（14），所述夹具（14）用于固定所述待焊件。

6.根据权利要求1所述的柔性装置，其特征在于，所述第一导轨（9）上还设有两个第一同步带（8），所述第二导轨（10）的两端分别设于两个第一同步带（8）上，以使所述第二导轨（10）的两端运动同步；每一所述第二导轨（10）上均设有第二同步带（11），以使跨连于两所述第二导轨（10）上的装夹平台（13,20）的两端运动同步。

7.根据权利要求1所述的柔性装置，其特征在于，所述柔性装置还包括角度监测装置和高度监测装置，其中，所述角度监测装置用于监测所述装夹平台（13,20）的倾斜角度，所述高度监测装置用于监测所述第一液压杆（2）、第二液压杆（22）以及升降杆（23）的高度。

8.根据权利要求1所述的柔性装置，其特征在于，所述柔性装置还包括与所述第一伺服电机（4）和第二伺服电机（6）电连接的控制面板以及与所述第一液压杆（2）、第二液压杆（22）和/或升降杆（23）连接的液压站。

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