CN112975030A - 一种激光焊接装备的控制系统以及激光焊接装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光焊接装备的控制系统以及激光焊接装备，激光焊接装备的控制系统包括：总控单元、主控单元、运动轨迹控制单元以及焊接质量监控单元，总控单元用于向主控单元发送设定参数，并且能够显示待焊接物的焊接信息；主控单元根据接收到的设定参数控制焊接质量监控单元对待焊接物的焊接位置进行监控或者对待焊接物的焊缝进行检测，以及控制运动轨迹控制单元调整机器人的运动轨迹。本发明能够对焊缝进行实时跟踪，并且能实时监测整个焊接过程，以及在焊接完成后能够对焊缝进行检测，达到了能够实时监测焊接过程，且焊接姿态调整方便、焊接精准度高的技术效果。

Description

一种激光焊接装备的控制系统以及激光焊接装备

技术领域

本发明实施例涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种激光焊接装备的控制系统以及激光焊接装备。

背景技术

在飞机的机身筒段中存在大量的蒙皮-长桁结构形式，这种结构目前主要采用铆接方法进行连接。然而，铆接不仅生产效率低，工作环境的噪音也较大。因此，国内外大量开展了以双激光焊接和搅拌摩擦焊接为代表的先进焊接方式取代铆接壁板结构。采用双侧激光填丝焊接的工艺制造的壁板与传统铆接结构相比，能够在不降低结构强度的前提下，降低飞机金属机身重量同时提高生产效率。

但是，现有的激光焊接设备无法实时监测焊接过程，且设备结构复杂，焊接姿态调整难度高。

发明内容

本发明提供一种激光焊接装备的控制系统以及激光焊接装备，达到了能够实时监测焊接过程，且焊接姿态调整方便、焊接精准度高的技术效果。

本发明实施例提供了一种激光焊接装备的控制系统，包括：总控单元，用于向主控单元发送设定参数，采集并显示待焊接物的焊接信息，其中，所述焊接信息包括所述待焊接物的焊接过程；所述主控单元，用于根据接收到的所述设定参数控制焊接质量监控单元以及运动轨迹控制单元执行相应的动作；所述运动轨迹控制单元，包括至少两个机器人控制器；所述机器人控制器用于在所述主控单元的控制下调整机器人的运动轨迹；所述焊接质量监控单元，包括至少两个焊缝跟踪控制器以及至少两个焊缝检测控制器；所述焊缝跟踪控制器用于在所述主控单元的控制下控制焊缝跟踪模块对所述待焊接物的焊接位置进行监控，得到所述焊接信息；所述焊缝检测控制器用于在所述主控单元的控制下控制焊缝检测模块对所述待焊接物的焊缝进行检测，得到并保存焊缝检测信息。

进一步地，所述总控单元包括：总控PC机，至少两个监视器以及至少两个摄像头；所述监视器与所述总控PC机相连接，每个所述监视器对应连接一个所述摄像头；所述摄像头用于采集所述待焊接物的焊接信息；所述监视器用于显示所述待焊接物的焊接信息。

进一步地，所述主控单元包括主控PLC，以太网模块以及总线模块；所述以太网模块、所述总线模块均与所述主控PLC电连接；所述主控PLC基于所述总控单元发送的所述设定参数控制所述焊接质量监控单元以及所述运动轨迹控制单元执行相应的动作；所述主控单元通过所述以太网模块实现与所述总控单元之间的通信连接；所述主控单元通过所述总线模块实现与所述运动轨迹控制单元、所述焊接质量监控单元之间的通信连接。

进一步地，所述主控单元还包括位控模块：所述位控模块与所述主控PLC电连接，所述位控模块与伺服电机相连接；所述主控单元通过所述位控模块控制所述伺服电机为所述控制系统供电。

进一步地，所述运动轨迹控制单元还包括龙门定位控制器以及桁条定位控制器；所述龙门定位控制器用于在所述主控单元的控制下控制龙门架的运动轨迹；所述桁条定位控制器用于在所述主控单元的控制下控制桁条定位装置的运动轨迹。

进一步地，所述控制系统还包括工艺参数控制单元；所述工艺参数控制单元与所述主控单元之间通过现场总线实现通信连接；所述工艺参数控制单元包括至少两个激光器控制器以及至少两个送丝控制器；所述激光器控制器用于控制激光器的开启、关闭以及功率条件；所述送丝控制器用于调节激光焊接装备的送丝速度。

进一步地，所述控制系统还包括逻辑控制单元，气体流量控制模块；所述逻辑控制单元包括真空系统以及逻辑元件，所述真空系统用于控制激光焊接装备的真空吸附模胎执行相应的操作，所述逻辑元件用于设置所述激光焊接装备的长桁装夹定位装置的相关参数；所述气体流量控制模块用于设置所述激光焊接装备的保护气体的通断以及流量。

进一步地，所述控制系统还包括远程逻辑模块；所述远程逻辑模块用于控制所述逻辑控制单元以及所述气体流量控制模块执行相应的动作，以及，所述主控单元通过所述远程逻辑模块控制所述焊接质量监控单元中的焊缝检测控制器执行相应的动作。

本发明实施例还提供了一种激光焊接装备，包括上述实施例所述的激光焊接装备的控制系统，还包括：激光发生器与光路系统，焊接与送丝系统，运动轨迹控制系统，工装夹具系统以及焊缝跟踪及质量检测系统；所述激光发生器与光路系统、所述焊接与送丝系统、所述运动轨迹控制系统、所述工装夹具系统以及所述焊缝跟踪及质量检测系统均与所述激光焊接装备的控制系统电连接；所述激光发生器与光路系统包括激光器以及光纤；所述激光器用于产生激光，所述光纤实现激光器到焊接工作头之间的激光传输；所述焊接与送丝系统用于执行激光焊接装备的焊接动作和送丝动作，包括焊枪、焊缝跟踪传感器、焊缝质量检测传感器、送丝嘴以及拉丝机构；所述焊枪、所述焊缝跟踪传感器、所述焊缝质量检测传感器、所述送丝嘴以及所述拉丝机构均设置于所述机器人上；所述运动轨迹控制系统包括龙门架以及多个所述机器人，用于实现所述激光焊接装备中各部件的移动；所述工装夹具系统包括真空吸附模胎以及长桁装夹定位装置，用于夹紧待焊接物；所述焊缝跟踪及质量检测系统设置于所述运动轨迹控制系统中的所述机器人上，包括焊缝跟踪模块以及焊缝检测模块；所述焊缝跟踪模块用于对所述待焊接物的焊接位置进行监控，以获取所述待焊接物的焊接信息，并根据获取到的所述待焊接物的焊接信息对焊接位置进行实时调整；所述焊缝检测模块用于在完成焊接之后对所述待焊接物的焊缝进行检测，得到焊缝检测信息；所述激光焊接装备的控制系统用于控制所述激光焊接装备执行相应的动作。

进一步地，还包括安全防护系统；所述安全防护系统包括安全围栏和监控室；所述安全围栏用于将所述激光焊接装备中除所述激光焊接装备的控制系统外的其他各设施与周围环境隔绝开来；所述激光焊接装备的控制系统设置于所述监控室中，所述监控室用于实现实时观察对所述待焊接物的焊接过程。

本发明公开了一种激光焊接装备的控制系统以及激光焊接装备，激光焊接装备的控制系统包括：总控单元、主控单元、运动轨迹控制单元以及焊接质量监控单元，总控单元用于向主控单元发送设定参数，并且能够显示待焊接物的焊接信息；主控单元根据接收到的设定参数控制焊接质量监控单元对待焊接物的焊接位置进行监控或者对待焊接物的焊缝进行检测，以及控制运动轨迹控制单元调整机器人的运动轨迹。本发明能够对焊缝进行实时跟踪，并且能实时监测整个焊接过程，以及在焊接完成后能够对焊缝进行检测，达到了能够实时监测焊接过程，且焊接姿态调整方便、焊接精准度高的技术效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种激光焊接装备的控制系统的结构图；

图2是本发明实施例提供的又一种激光焊接装备的控制系统的结构图；

图3是本发明实施例提供的另一种激光焊接装备的控制系统的结构图；

图4是本发明实施例提供的一种激光焊接装备的结构图；

图5是本发明实施例提供的激光焊接装备的焊接流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。本发明下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本发明实施例对此不作具体限制。

实施例一：

图1是本发明实施例提供的一种激光焊接装备的控制系统的结构图。

如图1所示，该激光焊接装备的控制系统包括：总控单元11，用于向主控单元12发送设定参数，采集并显示待焊接物的焊接信息，其中，焊接信息包括待焊接物的焊接过程；主控单元12，用于根据接收到的设定参数控制焊接质量监控单元13以及运动轨迹控制单元14执行相应的动作；运动轨迹控制单元14，包括至少两个机器人控制器141；机器人控制器141用于在主控单元12的控制下调整机器人的运动轨迹；焊接质量监控单元13，包括至少两个焊缝跟踪控制器131以及至少两个焊缝检测控制器132；焊缝跟踪控制器131用于在主控单元12的控制下控制焊缝跟踪模块对待焊接物的焊接位置进行监控，得到焊接信息；焊缝检测控制器132用于在主控单元12的控制下控制焊缝检测模块对待焊接物的焊缝进行检测，得到并保存焊缝检测信息。

具体地，总控单元11用于整体协调控制和监测焊接过程中的稳定性，总控单元11与主控单元12之间通过以太网实现通信连接；主控单元12以现场总线的方式，与焊接质量监控单元13以及运动轨迹控制单元14之间形成通信连接，焊接质量监控单元13中包括至少两个焊缝跟踪控制器131以及至少两个焊缝检测控制器132，运动轨迹控制单元14中包括至少两个机器人控制器141；参见图1，焊缝跟踪控制器131的数量与机器人控制器141的数量相等，每个焊缝跟踪控制器131与一个机器人控制器141相连接，焊缝跟踪控制器131与机器人控制器141之间通过实时以太网实现通信连接。

操作人员可以通过总控单元11实时监测焊接过程，并通过总控单元11向主控单元12发送设定参数，例如调整机器人焊接姿态的轨迹参数等。主控单元12在接收到设定参数之后，基于设定参数进一步控制焊接质量监控单元13或者运动轨迹控制单元14执行相应的动作，例如，控制焊接质量监控单元13中的焊缝跟踪控制器131对焊缝跟踪模块进行控制，以使焊缝跟踪模块对待焊接物的焊接位置进行跟踪监控，得到焊接信息，并将焊接信息传送至总控单元11出进行显示，操作人员可以在总控单元11出实时检测焊接过程，一旦发现有任何问题，则可以实时调整机器人的焊接姿态，调整操作较为方便。又如，控制焊接质量监控单元13中的焊缝检测控制器132在焊接完成之后对焊缝进行检测，得到焊缝检测信息，并储存焊缝检测信息待用。

示例性地，参见图1，主控单元12基于设定参数对焊接质量监控单元13中的焊缝跟踪控制器131进行控制，焊缝跟踪控制器131在主控单元12的控制下能够控制焊缝跟踪模块对待焊接物的焊接位置进行跟着监控，在检测到焊接轨迹有问题时，会以实时以太网的通信方式向机器人控制器141反馈相应的控制信号，机器人控制器141在接收到该控制信号之后可以实时调整机器人的运动轨迹，从而保证焊接精度。

本发明公开了一种激光焊接装备的控制系统包括：总控单元、主控单元、运动轨迹控制单元以及焊接质量监控单元，总控单元用于向主控单元发送设定参数，并且能够显示待焊接物的焊接信息；主控单元根据接收到的设定参数控制焊接质量监控单元对待焊接物的焊接位置进行监控或者对待焊接物的焊缝进行检测，以及控制运动轨迹控制单元调整机器人的运动轨迹。本发明能够对焊缝进行实时跟踪，并且能实时监测整个焊接过程，以及在焊接完成后能够对焊缝进行检测，达到了能够实时监测焊接过程，且焊接姿态调整方便、焊接精准度高的技术效果。

图2是本发明实施例提供的又一种激光焊接装备的控制系统的结构图。

可选地，如图2所示，总控单元11包括：总控PC机111，至少两个监视器112以及至少两个摄像头113；监视器112与总控PC机111相连接，每个监视器112对应连接一个摄像头113；摄像头113用于采集待焊接物的焊接信息；监视器112用于显示待焊接物的焊接信息。

具体地，总控PC机111上设置有显示器，操作人员可以通过显示器对整个焊接过程进行整体协调控制；总控单元11中的监视器112的数量与摄像头113的数量相等，且一个监视器112对应连接一个摄像头113。摄像头112设置于焊缝跟踪模块上，当焊缝跟踪控制器131在主控单元12的控制下控制焊缝跟踪模块对待焊接物的焊接位置进行跟踪监控时，摄像头113会随着焊缝跟踪模块移动，对焊接过程进行实时采集，得到焊接信息，并将焊接信息通过监视器112显示出来供操作人员查看。每个机器人上均设置有一个焊缝跟踪模块，每个焊缝跟踪模块对应连接一个焊缝跟踪控制器131，每个焊缝跟踪控制器131对应连接一个机器人控制器141。

总控PC机111上可以安装中文Windows XP操作系统或其他方便工作人员使用的PC机操作系统。通过总控PC机111可以设定自动、手动、补焊三种操作模式，分别对应相应的控制程序。自动模式时，各设备由焊接程序控制，无法人工操作；手动模式时，操作人员可以手动操作各设备的运行，这一模式一般在调试时使用；补焊模式为专用模式，只适合于补焊时使用，通过对应的补焊程序可以控制激光焊接装备到达焊缝断点位置，实现断点续焊。

可选地，如图2所示，主控单元12包括主控PLC 121，以太网模块122以及总线模块123；以太网模块122、总线模块123均与主控PLC 121电连接；主控PLC 121基于总控单元11发送的设定参数控制焊接质量监控单元13以及运动轨迹控制单元14执行相应的动作；主控单元12通过以太网模块122实现与总控单元11之间的通信连接；主控单元12通过总线模块123实现与运动轨迹控制单元14、焊接质量监控单元13之间的通信连接。

可选地，主控单元12还包括位控模块124：位控模块124与主控PLC 121电连接，位控模块124与伺服电机10相连接，主控单元12通过位控模块124控制伺服电机10为控制系统供电。

具体地，主控单元12中设置有主控PLC(可编程逻辑控制器)121，以太网模块122、总线模块123以及位控模块124，主控单元12与总控单元11之间通过以太网模块122实现通信连接，主控单元12与焊接质量监控单元13、运动轨迹控制单元14之间通过总线模块123实现通信连接，主控单元12中的位控模块124用于控制伺服电机10，从而使得伺服电机10为激光焊接装备的控制系统供电。

可选地，如图2所示，运动轨迹控制单元14还包括龙门定位控制器142以及桁条定位控制器143；龙门定位控制器142用于在主控单元12的控制下控制龙门架的运动轨迹；桁条定位控制器143用于在主控单元12的控制下控制桁条定位装置的运动轨迹。

具体地，龙门定位控制器142以及长桁定位控制器143分别用于龙门架以及长桁装夹定位装置的运动轨迹控制。

图3是本发明实施例提供的另一种激光焊接装备的控制系统的结构图。

可选地，如图3所示，该激光焊接装备的控制系统还包括工艺参数控制单元15；工艺参数控制单元15与主控单元12之间通过现场总线实现通信连接；工艺参数控制单元15包括至少两个激光器控制器151以及至少两个送丝控制器152；激光器控制器151用于控制激光器的开启、关闭以及功率条件；送丝控制器152用于调节激光焊接装备的送丝速度。

可选地，如图3所示，该激光焊接装备的控制系统还包括逻辑控制单元16，气体流量控制模块17；逻辑控制单元16包括真空系统161以及逻辑元件162，真空系统161用于控制激光焊接装备的真空吸附模胎执行相应的操作，逻辑元件162用于设置激光焊接装备的长桁装夹定位装置的相关参数；气体流量控制模块17用于设置激光焊接装备的保护气体的通断以及流量。

可选地，如图3所示，该激光焊接装备的控制系统还包括远程逻辑模块18；远程逻辑模块18用于控制逻辑控制单元16以及气体流量控制模块17执行相应的动作，以及，所述主控单元12通过所述远程逻辑模块18控制所述焊接质量监控单元13中的焊缝检测控制器132执行相应的动作。

具体地，远程逻辑模块18用于控制焊接质量监控单元13中的两个焊缝检测控制器132、气体流量控制模块17以及逻辑控制单元16中的真空系统161、逻辑元件162。其中，两个焊缝检测控制器132在远程逻辑模块18的控制下对焊缝检测模块进行控制，以得到焊缝检测信息，并将焊缝检测信息分别显示在总控单元11的两个监视器112中，气体流量控制模块17在远程逻辑模块18的控制下完成保护气体的开闭以及流量设置，真空系统161远程逻辑模块18的控制下完成对真空吸附模胎的操作控制。

实施例二：

本发明实施例还提供了一种激光焊接装备，图4是本发明实施例提供的一种激光焊接装备的结构图。

如图4所示，该激光焊接装备包括上述实施例所述的激光焊接装备的控制系统46，还包括：激光发生器与光路系统41，焊接与送丝系统42，运动轨迹控制系统43，工装夹具系统44以及焊缝跟踪及质量检测系统45；激光发生器与光路系统41、焊接与送丝系统42、运动轨迹控制系统43、工装夹具系统44以及焊缝跟踪及质量检测系统45均与激光焊接装备的控制系统46电连接。

具体地，如图4所示，激光焊接装备的主体结构包括高架式三维移动龙门和三个机器人，龙门Z轴侧壁上悬挂两台对称布置的机器人，两台机器人各夹持一个焊接工作头，焊接与送丝系统42、焊缝跟踪及质量检测系统45都集成在焊接工作头上，能实现双侧的填丝焊接以及焊缝的跟踪和检测功能；龙门Z轴正下方悬挂一个桁条定位工作头(即下述桁条定位装置)，用于桁条的定位和导向；三个机器人下方配备具有真空吸附功能的全型面模胎夹具(即下述真空吸附模胎)，夹具可以通过导轨移出工作区域进行上下料；两台激光器布置于龙门架单侧，输出的光束通过光纤传输，经焊接工作头聚焦后作用于工件表面；总控系统(即激光焊接装备的控制系统46)布置于模胎正前方，通过安全防护系统隔离，能直接观察到整个焊接过程。

下面对激光焊接装备作具体介绍。

可选地，激光发生器与光路系统41包括激光器以及光纤；激光器用于产生激光，光纤实现激光器到焊接工作头之间的激光传输。

具体地，激光发生器与光路系统41包括2台光纤激光发生器(即上述激光器)，2套水冷机，1台稳压电源以及2根传输光纤。激光发生器是功率为4KW的光纤激光器，冷水机用于激光器的冷却；稳压电源用于防止电压波动导致2台激光器故障；传输光纤，用于激光发生器到焊接工作头之间激光的传输。光纤全部通过拖链导向和定位，无外漏，同时保证光纤不会被过度弯折损坏。

在本发明实施例中，激光发生器与光路系统41选用的激光器为光纤固体激光器，该激光器具有光电转换效率高，几乎没有耗材等特点。光路系统为配套传输的光纤。光纤传输的柔性更强，光束指向稳定性好。传统的二氧化碳激光器只能通过硬光路，采用镜片折转反射的方式传输激光，光束传输路径受机械运动、环境温湿度等因素的影响会发生改变。特别是采用硬光路时工作头无法沿Z轴方向整体移动，为了适应焦点位置变化的要求，只有将聚焦镜与工作头分离，通过聚焦镜的单独运动来实现焦点位置的变化。而光纤传输则可以避免这一问题，且采用一体式工作头，光束质量稳定性更强。

可选地，焊接与送丝系统42用于执行激光焊接装备的焊接动作和送丝动作，包括焊枪、焊缝跟踪传感器、焊缝质量检测传感器、送丝嘴以及拉丝机构；焊枪、焊缝跟踪传感器、焊缝质量检测传感器、送丝嘴以及拉丝机构均设置于机器人上。

具体地，焊接与送丝系统42主要包括：焊枪、焊缝跟踪传感器、焊缝质量检测传感器、送丝嘴和拉丝机构。这些装置集成安装在两个对称的6自由度机器人上，机器人对称倒挂于Z轴两侧。通过机器人的运动，焊接工作头可实现6自由度调节。

在本发明实施例中，焊接与送丝系统42采用紧凑结构的一体化焊接工作头。对于飞机的蒙皮-长桁结构壁板，一体化焊接工作头能兼顾长桁间距干涉、铝合金送丝稳定性、两侧同步焊接对称性等特点，保证焊接过程稳定可控。

可选地，运动轨迹控制系统43包括龙门架以及多个机器人，用于实现激光焊接装备中各部件的移动。

具体地，对于运动轨迹控制系统43的控制是激光焊接装备的控制系统46的核心功能。运动轨迹控制系统43包括三位移动龙门、双机器人和工装移动装置4个部分，龙门Z轴正下方悬挂设置有桁条定位装置，运动轨迹控制系统43共20根运动轴，包括龙门的4个直线轴、桁条定位装置的3个旋转轴、双机器人的12根轴、工装移动装置的1根直线轴。飞机壁板焊接时要求龙门与桁条定位装置，以及龙门和双机器人之间都能协调运动。可以将桁条定位装置和龙门组合为一个非标准的多轴机器人，实现桁条定位装置和龙门之间的协调运动。

在本发明实施例中，运动轨迹控制系统43通过激光焊接装备的控制系统46总控，解决了桁条定位运动、多个机器人运动以及轨道运动等三个运动轨迹控制系统的协调配合，通过协调运动软件把三者有机的结合在一起，共同完成桁条的焊接，以实现对复杂双曲率壁板中蒙皮和长桁的精确定位以及高速、稳定的运行。其中，多个机器人中，三个机器人工作头能各自独立运动，两个焊接机器人也可通过激光焊接装备的控制系统46的控制同步对称运动，用于桁条与蒙皮的焊接。

工装夹具系统44包括真空吸附模胎以及长桁装夹定位装置，用于夹紧待焊接物。

在本发明实施例中，工装夹具系统44包括具有导轨移动的真空吸附模胎以及长桁装夹定位装置，其中，真空吸附模胎为蒙皮夹具，它按照蒙皮尺寸数模选用铝合金材料精密加工而成，整个真空吸附模胎安装在移动导轨上，便于移出工作区域进行蒙皮的上下料，由于真空吸附模胎采用了具备导轨的全型面铝合金模胎对蒙皮进行真空吸附，因此具有重量轻、散热速度快、导热均匀、避免热积累、有效控制焊接变形等特点。

长桁装夹定位装置为桁条夹具，安装于具备X、Y、Z3轴旋转的机器人上，桁条夹具包括压紧装置和导向装置，压紧装置为前后布置的两个压紧滚轮，方向沿着长桁方向，通过激光焊接装备的控制系统46发出电信号由气缸驱动，实现蒙皮与桁条结构的压紧，压力值能在激光焊接装备的控制系统46中根据需求设置；导向装置设置于压紧装置前面，用于桁条在焊接过程的精确定位。导向装置对称分布于桁条两侧，且每侧至少设置2个滚轮。通过轨迹离线编程控制桁条定位工作头轨迹，实现其6自由度调节，能实现空间曲线桁条的定位和导向。

工装夹具系统44具有较好的通用性和适应性，工作范围大，适用于不同尺寸长桁的装夹压紧和导向功能；可调节的运动轨迹和焊接姿态丰富，除了可以满足桁条双侧激光焊接外，还可进行蒙皮对接及空间复杂曲线焊缝等多种形式的激光焊接。

可选地，焊缝跟踪及质量检测系统45设置于运动轨迹控制系统43中的机器人上，包括焊缝跟踪模块以及焊缝检测模块；焊缝跟踪模块用于对待焊接物的焊接位置进行监控，以获取待焊接物的焊接信息，并根据获取到的待焊接物的焊接信息对焊接位置进行实时调整；焊缝检测模块用于在完成焊接之后对待焊接物的焊缝进行检测，得到焊缝检测信息。

具体地，焊缝跟踪及质量检测系统45和焊接与送丝系统42一起安装在运动轨迹控制系统43中的6自由度机器人上，形成一体式焊接工作头。焊缝跟踪及质量检测系统45包括焊缝跟踪模块以及焊缝检测模块，其中，焊缝跟踪模块能保证焊接过程中焊接工作头实时精确调节，保证焊接位置的准确性。通过高速通信软件以及实时以太网接口与机器人控制器连接，高速通讯，满足高速焊接的跟踪需要，并且以坐标映射的方式控制机器人进行位置校正，无跟踪盲区、精确度高；焊缝检测模块用于焊接完成后，对两侧焊缝的外形轮廓尺寸信息(角焊缝焊脚尺寸、焊缝余高)和缺陷(焊接咬边)的实时提取，即提取焊缝检测信息，提取的各项信息能在激光焊接装备的控制系统46的监视器中显示、统计和查询。

在本发明实施例中，由于零件公差、装配公差、焊接过程加热变形及机械变形等都会导致在焊接过程中光束运动轨迹偏离实际焊接位置，因此在桁条两侧各配备一套焊缝跟踪模块，实现两侧光束单独跟踪与实时调节；焊缝跟踪模块采用多纹激光跟踪，冗余设计，识别率高；通过滤波、频闪等特殊手段适应高反射铝合金跟踪。另外，桁条两侧各集成一套焊缝检测模块，焊缝检测模块为实时在线检测装置，分别检测两侧焊缝的外观形貌、尺寸和表面缺陷等质量信息，以便对焊缝质量进行实时检测，获取焊缝截面的轮廓信息。

可选地，激光焊接装备的控制系统46用于控制激光焊接装备执行相应的动作。

在本发明实施例中，激光焊接装备的控制系统46采用一体式集成操作控制，具有操作设置方便，有效控制等特点。

具体地，激光焊接装备的控制系统46包括总控单元、主控单元、运动轨迹控制单元、焊接质量监控单元、工艺参数控制单元、远程逻辑模块、气体流量控制模块以及逻辑控制单元。其中，总控单元包括总控PC机、至少两台监视器以及至少两个摄像头，用于整体协调控制和监测焊接过程中的稳定性，总控单元与主控单元的通讯方式为以太网。

主控单元以现场总线的方式，与运动轨迹控制单元，工艺参数控制单元，远程逻辑模块实现通讯连接。其中，运动轨迹控制单元包括：龙门定位控制器、至少两个机器人控制器以及桁条定位控制器，分别控制龙门架、机器人、长桁装夹定位装置的运动轨迹控制，其中两台机器人控制器分别以实时以太网的通讯方式与焊接质量控制单元中的两台焊缝跟踪控制器相连，并根据焊缝跟踪反馈的结果实时调整机器人运动姿态；工艺参数控制单元包括：两台激光器控制器和两台送丝机控制器，能完成激光器开启、关闭、激光功率调节、以及送丝速度调节等功能。远程逻辑模块用于在主控单元的控制下控制焊接质量检测单元中的两个焊缝检测控制器、气体流量控制模块、逻辑控制单元中的真空系统以及逻辑元件执行相应的动作，其中，气体流量控制模块能完成保护气体开闭以及流量设置，真空系统主要用于完成真空吸附模胎的操作控制。

可选地，该激光焊接装备还包括安全防护系统47；安全防护系统47包括安全围栏和监控室；安全围栏用于将激光焊接装备中除激光焊接装备的控制系统46外的其他各设施与周围环境隔绝开来；激光焊接装备的控制系统46设置于监控室中，监控室用于实现实时观察对待焊接物的焊接过程。

在本发明实施例中，安全防护系统47主要用于防止激光反射等问题造成的意外。安全防护系统47包括安全围栏和监控室，其中除激光焊接装备的控制系统46以外的各设施设备均通过安全围栏与外围四周隔绝，安全围栏顶部敞开，便于行车装卸零件和工装。激光焊接装备的控制系统46放置在监控室，在监控室能直接观察焊接过程，配合激光焊接装备的控制系统46中的监视器和总控PC机，能实现焊接过程中的观察和焊缝检测以及应急操作功能。

图5是本发明实施例提供的激光焊接装备的焊接流程图。

在使用该激光焊接装备焊接机身壁板零件时，具体包括以下流程，如图5所示，步骤S501，将各个分控制的子程序编制完成并进行设定；步骤S502，在真空吸附模胎上完成蒙皮的定位安装；步骤S503，开启真空吸附；步骤S504，完成单根长桁的装配定位，随后进行步骤S505焊接；步骤S506，焊接完成后检查焊缝质量是否符合要求，不符合要求的零件执行步骤S507，即判断能否进行补焊，能补焊的零件执行步骤S508，即进行补焊，不能补焊的零件报废，重新执行步骤S502，进行蒙皮的装配定位；焊缝质量符合要求的，需要执行步骤S509，判断是否完成整个零件的焊接，未完成的零件还需返回执行步骤S504,即单根长桁的装配定位流程；完成的零件执行步骤S510，即进行卸件处理。

需要指出的是，由于本焊接装备采用了较多柔性设计，本装备不仅仅适用于机身壁板蒙皮长桁的角焊缝焊接；单个机器人或多个机器人还可完成其他对接结构、搭接结构、多层多道焊等多种结构形式的焊接。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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中的具体含义。

最后应说明的是，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种激光焊接装备的控制系统，其特征在于，包括：

总控单元，用于向主控单元发送设定参数，采集并显示待焊接物的焊接信息，其中，所述焊接信息包括所述待焊接物的焊接过程；

所述主控单元，用于根据接收到的所述设定参数控制焊接质量监控单元以及运动轨迹控制单元执行相应的动作；

所述运动轨迹控制单元，包括至少两个机器人控制器；所述机器人控制器用于在所述主控单元的控制下调整机器人的运动轨迹；

所述焊接质量监控单元，包括至少两个焊缝跟踪控制器以及至少两个焊缝检测控制器；所述焊缝跟踪控制器用于在所述主控单元的控制下控制焊缝跟踪模块对所述待焊接物的焊接位置进行监控，得到所述焊接信息；所述焊缝检测控制器用于在所述主控单元的控制下控制焊缝检测模块对所述待焊接物的焊缝进行检测，得到并保存焊缝检测信息。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述总控单元包括：总控PC机，至少两个监视器以及至少两个摄像头；

所述监视器与所述总控PC机相连接，每个所述监视器对应连接一个所述摄像头；

所述摄像头用于采集所述待焊接物的焊接信息；

所述监视器用于显示所述待焊接物的焊接信息。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述主控单元包括主控PLC，以太网模块以及总线模块；

所述以太网模块、所述总线模块均与所述主控PLC电连接；

所述主控PLC基于所述总控单元发送的所述设定参数控制所述焊接质量监控单元以及所述运动轨迹控制单元执行相应的动作；

所述主控单元通过所述以太网模块实现与所述总控单元之间的通信连接；

所述主控单元通过所述总线模块实现与所述运动轨迹控制单元、所述焊接质量监控单元之间的通信连接。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述主控单元还包括位控模块：所述位控模块与所述主控PLC电连接，所述位控模块与伺服电机相连接；所述主控单元通过所述位控模块控制所述伺服电机为所述控制系统供电。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述运动轨迹控制单元还包括龙门定位控制器以及桁条定位控制器；

所述龙门定位控制器用于在所述主控单元的控制下控制龙门架的运动轨迹；

所述桁条定位控制器用于在所述主控单元的控制下控制桁条定位装置的运动轨迹。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括工艺参数控制单元；所述工艺参数控制单元与所述主控单元之间通过现场总线实现通信连接；

所述工艺参数控制单元包括至少两个激光器控制器以及至少两个送丝控制器；

所述激光器控制器用于控制激光器的开启、关闭以及功率条件；

所述送丝控制器用于调节激光焊接装备的送丝速度。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括逻辑控制单元，气体流量控制模块；

所述逻辑控制单元包括真空系统以及逻辑元件，所述真空系统用于控制激光焊接装备的真空吸附模胎执行相应的操作，所述逻辑元件用于设置所述激光焊接装备的长桁装夹定位装置的相关参数；

所述气体流量控制模块用于设置所述激光焊接装备的保护气体的通断以及流量。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括远程逻辑模块；

所述远程逻辑模块用于控制所述逻辑控制单元以及所述气体流量控制模块执行相应的动作，以及，所述主控单元通过所述远程逻辑模块控制所述焊接质量监控单元中的焊缝检测控制器执行相应的动作。

9.一种激光焊接装备，其特征在于，包括上述权利要求1-8中任一所述的激光焊接装备的控制系统，还包括：激光发生器与光路系统，焊接与送丝系统，运动轨迹控制系统，工装夹具系统以及焊缝跟踪及质量检测系统；

所述激光发生器与光路系统、所述焊接与送丝系统、所述运动轨迹控制系统、所述工装夹具系统以及所述焊缝跟踪及质量检测系统均与所述激光焊接装备的控制系统电连接；

所述激光发生器与光路系统包括激光器以及光纤；所述激光器用于产生激光，所述光纤实现激光器到焊接工作头之间的激光传输；

所述焊接与送丝系统用于执行激光焊接装备的焊接动作和送丝动作，包括焊枪、焊缝跟踪传感器、焊缝质量检测传感器、送丝嘴以及拉丝机构；所述焊枪、所述焊缝跟踪传感器、所述焊缝质量检测传感器、所述送丝嘴以及所述拉丝机构均设置于机器人上；

所述运动轨迹控制系统包括龙门架以及多个所述机器人，用于实现所述激光焊接装备中各部件的移动；

所述工装夹具系统包括真空吸附模胎以及长桁装夹定位装置，用于夹紧待焊接物；

所述焊缝跟踪及质量检测系统设置于所述运动轨迹控制系统中的所述机器人上，包括焊缝跟踪模块以及焊缝检测模块；所述焊缝跟踪模块用于对所述待焊接物的焊接位置进行监控，以获取所述待焊接物的焊接信息，并根据获取到的所述待焊接物的焊接信息对焊接位置进行实时调整；所述焊缝检测模块用于在完成焊接之后对所述待焊接物的焊缝进行检测，得到焊缝检测信息；

所述激光焊接装备的控制系统用于控制所述激光焊接装备执行相应的动作。

10.根据权利要求9所述的激光焊接装备，其特征在于，还包括安全防护系统；

所述安全防护系统包括安全围栏和监控室；

所述安全围栏用于将所述激光焊接装备中除所述激光焊接装备的控制系统外的其他各设施与周围环境隔绝开来；

所述激光焊接装备的控制系统设置于所述监控室中，所述监控室用于实现实时观察对所述待焊接物的焊接过程。

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