CN113478082A - 一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于蒙皮‑桁条的柔性激光焊接方法及装置，包括：离线编程系统获取焊缝轨迹，激光焊接系统获取焊缝轨迹的间隙数据，焊前扫描系统建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系；中央控制系统判断装配条件是否满足激光焊接要求；在装配条件满足激光焊接要求时，工艺规划系统获取相关特征信息，并根据相关特征信息以及模型参数数据库获取点焊工艺方案；激光焊接系统根据点焊工艺方案，采用脉冲激光在焊接区域进行点焊，熔池监测系统对整个点焊过程进行实时观察记录。本发明对不同位置曲率时时变化的空间复杂曲线焊缝进行体系化分步焊接，达到降低工艺参数敏感性，避免未焊透、焊漏等缺陷的产生，提高焊接过程稳定性并改善焊缝质量的目的。

Description

一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接方法及装置

技术领域

本发明涉及激光焊接技术，尤其涉及一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接方法及装置。

背景技术

TC4钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性能优异等特点，经热处理加工后塑性良好、强度较高，表现出良好的综合力学性能，被广泛应用于航空航天领域。我国航空工业以大型化、轻量化、复杂化等作为主要发展方针，正处于前所未有的蓬勃发展阶段，基于此现实需求，作为一种重要轻质结构的钛合金蒙皮-桁条结构的应用愈加广泛。双激光束双侧同步焊接技术具有焊接速度高、热输入低、能量密度高等优点，其较低的热输入可以最大限度的减少变形并降低残余应力。此外，该技术不易破坏蒙皮外表面，适合应用于对结构完整性要求较高的领域。因此，双激光束双侧同步焊接是一种十分理想的用于连接钛合金蒙皮-桁条结构的焊接工艺。

然而，激光焊接是一个瞬变、高温且多重力场相互作用的过程，如何调控其焊接过程的稳定性一直是一个至关重要的研究内容。此外，钛合金蒙皮-桁条结构在航空工业实际应用过程中常出现在大型薄壁复杂焊接结构件中，其焊缝轨迹通常为空间复杂曲线且焊接距离较长，同时薄板焊接对于工艺参数更为敏感，这对如何实现薄壁钛合金蒙皮-长桁条空间复杂曲线焊缝的持续稳定焊接提出了更为严峻的挑战。

发明内容

本发明实施例提供一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接方法及装置，以实现对不同位置曲率时时变化的空间复杂曲线焊缝进行体系化分步焊接，达到降低工艺参数敏感性，避免未焊透、焊漏等缺陷的产生，提高焊接过程稳定性并改善焊缝质量的目的。

第一方面，本发明实施例提供一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接方法，包括：

离线编程系统获取焊缝轨迹，激光焊接系统获取所述焊缝轨迹的间隙数据，焊前扫描系统建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系；

中央控制系统判断装配条件是否满足激光焊接要求；

在装配条件满足激光焊接要求时，工艺规划系统获取相关特征信息，并根据所述相关特征信息以及模型参数数据库获取点焊工艺方案；

激光焊接系统根据所述点焊工艺方案，采用脉冲激光在焊接区域进行点焊，熔池监测系统对整个点焊过程进行实时观察记录，所述中央控制系统将熔池形态特征数据导入特征数据库，优化工艺参数预测模型，更新模型参数数据库；

所述工艺规划系统根据所述模型参数数据库以及所述点焊工艺方案，获取弥合焊工艺方案；

所述激光焊接系统根据所述弥合焊工艺方案，采用脉冲激光对全焊接区域开展弥合焊，所述熔池监测系统对整个弥合焊过程的熔池形态进行实时监测，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第一百分比时，所述中央控制系统调节焊接参数，获取弥合焊整体焊接过程焊缝形貌特征数据及损失值；

所述工艺规划系统根据所述模型参数数据库以及所述弥合焊工艺方案，获取正式焊工艺方案；

所述激光焊接系统根据所述正式焊工艺方案，采用连续激光对全焊接区域进行焊接，所述熔池监测系统实时监测整个焊接过程的熔池形态，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第二百分比时，所述中央控制系统调节所述焊接参数。

进一步地，离线编程系统获取焊缝轨迹，激光焊接系统获取所述焊缝轨迹的间隙数据，焊前扫描系统建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系，包括：

离线编程系统从待焊构件三维模型中提取焊缝轨迹；

激光焊接系统通过前置激光发生器沿所述焊缝轨迹扫描获取所述焊缝轨迹的间隙数据；

焊前扫描系统建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系。

进一步地，所述前置激光发生器输出激光线的宽度为15mm，激光功率大小为80mW。

进一步地，在所述中央控制系统判断装配条件是否满足激光焊接要求之后，还包括：

在装配条件不满足激光焊接要求时，所述焊前扫描系统对间隙宽度大于0.3mm的区域进行焊前修配，所述激光焊接系统通过所述前置激光发生器再次沿所述焊缝轨迹扫描，对间隙宽度大于0.2mm的区域进行标定。

进一步地，所述点焊工艺方案包括分段点焊，每段点焊的焊缝长度大于或者等于20mm且小于或者等于30mm，相邻段点焊的焊缝之间距离为100mm；

所述点焊工艺方案还包括：对间隙宽度大于0.2mm的区域进行额外点固。

进一步地，所述第一百分比大于或者等于25％且小于或者等于35％；

所述第二百分比大于或者等于85％且小于或者等于95％。

进一步地，所述相关特征信息包括焊缝轨迹、各个焊接位置的曲率以及焊接构件尺寸。

进一步地，所述损失值Y满足：

其中，n表示样本组数量，P表示T型接头桁条侧焊透深度的真实值、H表示蒙皮侧焊透深度的真实值、L表示焊缝表面宽度的真实值，W表示蒙皮侧焊缝宽度的真实值，

表示T型接头桁条侧焊透深度的标准值，

表示蒙皮侧焊透深度的标准值，

表示焊缝表面宽度的标准值，

表示蒙皮侧焊缝宽度的标准值。

进一步地，在离线编程系统获取焊缝轨迹，激光焊接系统获取所述焊缝轨迹的间隙数据，焊前扫描系统建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系之前，还包括：

开展多次以激光功率、离焦量、焊接速度和脉冲频率为变量的蒙皮-桁条结构双激光束双侧同步焊接实验，并利用CCD高速摄像机监测熔池形态，获取熔池形态特征数据；

进行多次相对应的模拟计算，与焊接实验结果开展验证以校准模型的准确性；

利用仿真手段获得多个特征数据，并建立特征数据库；

利用深度学习算法建立所述工艺参数预测模型，使用特征数据训练预测模型，得到最优模型参数，建立所述模型参数数据库。

第二方面，本发明实施例提供一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接装置，包括中央控制系统，以及与所述中央控制系统连接的离线编程系统、焊前扫描系统、工艺规划系统、熔池监测系统和激光焊接系统；

所述离线编程系统用于获取焊缝轨迹；

所述焊前扫描系统用于获取所述焊缝轨迹的间隙数据，建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系；

所述工艺规划系统，用于在装配条件满足激光焊接要求时，获取相关特征信息，并根据所述相关特征信息以及模型参数数据库获取点焊工艺方案，根据模型参数数据库以及所述点焊工艺方案，获取弥合焊工艺方案，根据所述模型参数数据库以及所述弥合焊工艺方案，获取正式焊工艺方案；

所述熔池监测系统，用于对整个点焊过程进行实时观察记录，对整个弥合焊过程的熔池形态进行实时监测；以及实时监测整个焊接过程的熔池形态；

所述激光焊接系统，用于根据所述点焊工艺方案，采用脉冲激光在焊接区域进行点焊，根据所述弥合焊工艺方案，采用脉冲激光对全焊接区域开展弥合焊，根据所述正式焊工艺方案，采用连续激光对全焊接区域进行焊接；

所述中央控制系统用于根据间隙宽度与焊缝长度的函数关系判断装配条件是否满足激光焊接要求，将熔池形态特征数据导入特征数据库，优化工艺参数预测模型，更新模型参数数据库，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第一百分比时，调节焊接参数，获取弥合焊整体焊接过程焊缝形貌特征数据及损失值，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第二百分比时，调节所述焊接参数。

本发明实施例的有益效果在于：针对当前大型薄壁焊接结构件中蒙皮-桁条结构在双激光束双侧同步焊接过程中，由于焊缝曲率时时改变、轨迹复杂、板厚尺寸较小、整体间隙不均匀、熔池易受外界因素影响等问题所导致的焊缝质量对于工艺参数十分敏感且难以实现长焊缝持续稳定焊接的问题，通过建立由间隙扫描与标定、点焊工艺方案规划、点焊过程熔池信息监测与反馈、弥合焊工艺方案规划、弥合焊过程熔池信息监测与反馈、正式焊工艺方案规划与正式焊过程熔池信息监测与反馈所构成的体系化分步焊接方法，例如可以针对重熔性较好的钛合金材料在加工过程全生命周期实施多方面的优化措施以达到降低外界干扰因素影响、获得高质量激光焊接焊缝的目的。本发明实施例在实际应用过程中，利用不断获取的最新测量数据持续更新优化模型参数数据库，使得工艺方案的制定愈加合理。本发明实施例在点焊与弥合焊工序部分均采用脉冲激光工艺，能够在达到预焊工序目的的同时降低对接头微观组织与力学性能的影响。该方法能够增强工艺参数的兼容性，避免未焊透、焊漏等缺陷的产生，显著提高双激光束双侧同步焊接钛合金蒙皮-桁条空间复杂曲线焊缝的质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接的方法流程图；

图3为图1中步骤S101的方法流程图；

图4为本发明实施例提供的另一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接的方法流程图；

图5为本发明实施例提供的一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接装置的示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接装置的示意图；

图7为本发明实施例提供的钛合金蒙皮-桁条结构弥合焊示意图；

图8为本发明实施例提供的钛合金蒙皮-桁条结构正式焊示意图。

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。

本发明实施例提供的一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接的方法流程图，基于柔性激光焊接装置执行，参考图1，该方法包括：

S101、离线编程系统获取焊缝轨迹，激光焊接系统获取焊缝轨迹的间隙数据，焊前扫描系统建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系。

S102、中央控制系统判断装配条件是否满足激光焊接要求。

S103、在装配条件满足激光焊接要求时，工艺规划系统获取相关特征信息，并根据相关特征信息以及模型参数数据库获取点焊工艺方案。

可选地，相关特征信息包括焊缝轨迹、各个焊接位置的曲率以及焊接构件尺寸。

S104、激光焊接系统根据点焊工艺方案，采用脉冲激光在焊接区域进行点焊，熔池监测系统对整个点焊过程进行实时观察记录，中央控制系统将熔池形态特征数据导入特征数据库，优化工艺参数预测模型，更新模型参数数据库。

S105、工艺规划系统根据模型参数数据库以及点焊工艺方案，获取弥合焊工艺方案。

S106、激光焊接系统根据弥合焊工艺方案，采用脉冲激光对全焊接区域开展弥合焊，熔池监测系统对整个弥合焊过程的熔池形态进行实时监测，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第一百分比时，中央控制系统调节焊接参数，获取弥合焊整体焊接过程焊缝形貌特征数据及损失值。

可选地，第一百分比大于或者等于25％且小于或者等于35％。

可选地，损失值Y满足：

其中，n表示样本组数量，P表示T型接头桁条侧焊透深度的真实值、H表示蒙皮侧焊透深度的真实值、L表示焊缝表面宽度的真实值，W表示蒙皮侧焊缝宽度的真实值，

表示T型接头桁条侧焊透深度的标准值，

表示蒙皮侧焊透深度的标准值，

表示焊缝表面宽度的标准值，

表示蒙皮侧焊缝宽度的标准值。

分别可以为数据库依据待焊构件三维模型中获取的相关特征信息所输出的对应于P、H、L、W的标准值。

S107、工艺规划系统根据模型参数数据库以及弥合焊工艺方案，获取正式焊工艺方案。

S108、激光焊接系统根据正式焊工艺方案，采用连续激光对全焊接区域进行焊接，熔池监测系统实时监测整个焊接过程的熔池形态，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第二百分比时，中央控制系统调节焊接参数。

可选地，第二百分比大于或者等于85％且小于或者等于95％。

针对当前大型薄壁焊接结构件中蒙皮-桁条结构在双激光束双侧同步焊接过程中，由于焊缝曲率时时改变、轨迹复杂、板厚尺寸较小、整体间隙不均匀、熔池易受外界因素影响等问题所导致的焊缝质量对于工艺参数十分敏感且难以实现长焊缝持续稳定焊接的问题，通过建立由间隙扫描与标定、点焊工艺方案规划、点焊过程熔池信息监测与反馈、弥合焊工艺方案规划、弥合焊过程熔池信息监测与反馈、正式焊工艺方案规划与正式焊过程熔池信息监测与反馈所构成的体系化分步焊接方法，例如可以针对重熔性较好的钛合金材料在加工过程全生命周期实施多方面的优化措施以达到降低外界干扰因素影响、获得高质量激光焊接焊缝的目的。本发明实施例在实际应用过程中，利用不断获取的最新测量数据持续更新优化模型参数数据库，使得工艺方案的制定愈加合理。本发明实施例在点焊与弥合焊工序部分均采用脉冲激光工艺，能够在达到预焊工序目的的同时降低对接头微观组织与力学性能的影响。该方法能够增强工艺参数的兼容性，避免未焊透、焊漏等缺陷的产生，显著提高双激光束双侧同步焊接钛合金蒙皮-桁条空间复杂曲线焊缝的质量。

参考图2、图5-图8，用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接的方法包括：

S201、模型参数数据库建立。

S202、间隙扫描与标定。

本步骤中，离线编程系统2自待焊构件三维模型中提取焊缝轨迹并导入中央控制系统1，激光焊接系统6操控前部激光发生器沿焊缝轨迹扫描整体间隙情况，利用焊前扫描系统2建立间隙大小与焊缝长度的函数关系。

S203、判断装配条件是否满足激光焊接要求。

在装配条件满足激光焊接要求时，执行步骤S204；在装配条件不满足激光焊接要求时，执行步骤S212。

S204、点焊工艺方案规划。

本步骤中，中央控制系统1将待焊构件三维模型中获取的相关特征信息导入工艺规划系统4，工艺规划系统4在此基础上结合已有模型参数数据库输出合理的点焊工艺方案，该点焊工艺方案主要包含激光功率、离焦量、焊接速度、脉冲频率等参数。

可选地，点焊工艺方案包括分段点焊，每段点焊的焊缝长度大于或者等于20mm且小于或者等于30mm，相邻段点焊的焊缝之间距离为100mm。点焊工艺方案还包括：对间隙宽度大于0.2mm的区域进行额外点固。

S205、点焊过程熔池信息监测与反馈。

本步骤中，参考图6，采用脉冲激光在焊接区域进行点焊，并利用熔池监测系统5对整个点焊过程进行实时观察记录，将相关熔池形态特征数据导入特征数据库，用于进一步优化工艺参数预测模型。

S206、弥合焊工艺方案规划。

本步骤中，工艺规划系统4利用已更新的模型参数数据库，在上述点焊工艺方案的基础上优化得到弥合焊工艺方案并导入中央控制系统1。

S207、弥合焊过程熔池信息监测与反馈。

本步骤中，参考图7，采用脉冲激光对全焊接区域开展弥合焊，并对整个弥合焊过程的熔池形态进行实时监测，当蒙皮侧焊透深度H偏离蒙皮厚度D的25％-35％时(即满足步骤S208中的判断条件25％D≤H≤35％D)，利用中央控制系统1对工艺方案进行调节，最后将所获得的弥合焊整体焊接过程焊缝形貌特征数据及损失值Y导入中央控制系统1。

步骤S208、是否满足25％D≤H≤35％D。

如果满足25％D≤H≤35％D，则执行步骤S209；如果不满足25％D≤H≤35％D，则执行步骤S206。

S209、正式焊工艺方案规划。

本步骤中，基于弥合焊过程所上传的结果数据，利用工艺规划系统4结合模型参数数据库制定正式焊工艺方案并导入中央控制系统1。

S210、正式焊过程熔池信息监测与反馈。

本步骤中，参考图8，采用连续激光对全焊接区域进行焊接试验，实时监测整个焊接过程的熔池形态，当蒙皮侧焊透深度H偏离蒙皮厚度D的85％-95％时(即满足步骤S211中的判断条件85％D≤H≤95％D)，利用中央控制系统1对工艺方案进行调节。

S211、是否满足85％D≤H≤95％D。

如果满足85％D≤H≤95％D，则结束正式焊过程；如果不满足85％D≤H≤95％D，则执行步骤S209。

S212、重新修配。

本步骤中，在装配条件不满足激光焊接要求时，焊前扫描系统3对间隙宽度大于0.3mm的区域进行焊前修配，激光焊接系统6通过前置激光发生器再次沿焊缝轨迹扫描，对间隙宽度大于0.2mm的区域进行标定。

参考图1-图3，在一实施方式中，上述步骤S101还可以进一步地细化为：

S1011、离线编程系统从待焊构件三维模型中提取焊缝轨迹。

S1012、激光焊接系统通过前置激光发生器沿焊缝轨迹扫描获取焊缝轨迹的间隙数据。

可选地，前置激光发生器输出激光线的宽度为15mm，激光功率大小为80mW。

S1013、焊前扫描系统建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系。

参考图1、图4-图8，在步骤S101之前，用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接的方法还包括：

S301、开展多次以激光功率、离焦量、焊接速度和脉冲频率为变量的蒙皮-桁条结构双激光束双侧同步焊接实验，并利用CCD高速摄像机监测熔池形态，获取熔池形态特征数据。

S302、进行多次相对应的模拟计算，与焊接实验结果开展验证以校准模型的准确性。

S303、利用仿真手段获得多个特征数据，并建立特征数据库。

S304、利用深度学习算法建立工艺参数预测模型，使用特征数据训练预测模型，得到最优模型参数，建立模型参数数据库。

参考图5-图8，用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接装置包括中央控制系统1以及与中央控制系统连接1的离线编程系统2、焊前扫描系统3、工艺规划系统4、熔池监测系统5和激光焊接系统6。其中，离线编程系统2用于获取焊缝轨迹。焊前扫描系统3用于获取焊缝轨迹的间隙数据，建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系。工艺规划系统4用于在装配条件满足激光焊接要求时，获取相关特征信息，并根据相关特征信息以及模型参数数据库获取点焊工艺方案，根据模型参数数据库以及点焊工艺方案，获取弥合焊工艺方案，根据模型参数数据库以及弥合焊工艺方案，获取正式焊工艺方案。熔池监测系统5用于对整个点焊过程进行实时观察记录，对整个弥合焊过程的熔池形态进行实时监测，以及实时监测整个焊接过程的熔池形态。激光焊接系统6用于根据点焊工艺方案，采用脉冲激光在焊接区域进行点焊，根据弥合焊工艺方案，采用脉冲激光对全焊接区域开展弥合焊，根据正式焊工艺方案，采用连续激光对全焊接区域进行焊接。中央控制系统1用于根据间隙宽度与焊缝长度的函数关系判断装配条件是否满足激光焊接要求，将熔池形态特征数据导入特征数据库，优化工艺参数预测模型，更新模型参数数据库，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第一百分比时，调节焊接参数，获取弥合焊整体焊接过程焊缝形貌特征数据及损失值，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第二百分比时，调节焊接参数。

本发明实施例提供的柔性激光焊接装置用于执行上述实施例中的柔性激光焊接方法，因此具有上述实施例中柔性激光焊接方法的有益效果。即，对不同位置曲率时时变化的空间复杂曲线焊缝进行体系化分步焊接，达到降低工艺参数敏感性，避免未焊透、焊漏等缺陷的产生，提高焊接过程稳定性并改善焊缝质量的目的。

示例性地，参考图6-图8，中央控制系统1，用于连接独立的离线编程系统3、焊前扫描系统2、工艺规划系统4、熔池监测系统5与激光焊接系统6，实现资源共享，进行集中管理和控制。离线编程系统3，用于自待焊构件三维模型中提取构件的相关特征信息并传输至中央控制系统1，生成机器人运动路径，确定不同焊接位置机器人的合理姿态。焊前扫描系统2，用于扫描整体焊接区域的间隙情况，基于激光焊接所要求的间隙阈值对不满足焊接需求的区域进行标定，并将所建立的有关间隙大小与焊缝长度的函数关系传输至中央控制系统1。工艺规划系统4，用于制定焊接工艺方案，利用前期所建立的模型参数数据库确定焊接过程所采用的激光功率、离焦量、焊接速度、脉冲频率等参数并传输至中央控制系统1。熔池监测系统5，用于对整个焊接过程的熔池形态进行实时监测，并将所获取的熔池形态特征数据反馈至中央控制系统1。激光焊接系统6，用于对钛合金蒙皮-桁条空间复杂曲线焊缝进行焊接。激光焊接系统6包括：激光器7、两台悬挂式六轴机器人9、两个激光头10、两套排管式保护气装置11与分光单元8。其中，分光单元8用于自一台激光器7输出两个能量强度相同的激光热源。

示例性地，参考图6-图8，本发明实施例中的蒙皮13和桁条12材料均为TC4钛合金，焊前均对表面进行酸洗处理，其中桁条12试片件的尺寸为1000mm×50mm×1.2mm。蒙皮13试片件的尺寸为1000mm×80mm×1.2mm。桁条12上所加工的两侧凸台宽度以及高度尺寸均为0.8mm，长度尺寸为1000mm。具体结构如图6所示。针对上述材料开展双激光束双侧同步体系化焊接实验，激光由一台12000W碟片式激光器7产出，通过分光单元8分别传输到两个激光头10，行走执行机构为导轨龙门系统，配有两台悬挂式六轴机器人9。示例性地，参考图6，点焊工艺方案包括：采用脉冲激光在焊接区域每间隔100mm长位置处进行多段点焊，每段点焊焊缝14长30mm，其中最大激光功率为650W，离焦量为0mm，焊接速度为1.32m/min，脉冲激光频率为25Hz，激光入射角度为30°。示例性地，参考图7，弥合焊工艺方案包括：最大激光功率为680W，离焦量为0mm，焊接速度为1.32m/min，脉冲激光频率为25Hz，激光入射角度为30°，对弥合焊焊缝15进行焊接。示例性地，参考图8，正式焊工艺方案包括：采用连续激光对全焊接区域进行焊接试验，激光功率为1600W，离焦量为0mm，焊接速度为1.32m/min，激光入射角度为30°，对正式焊焊缝15进行焊接。

注意，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、相互结合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)

1.一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接方法，其特征在于，包括：

离线编程系统获取焊缝轨迹，激光焊接系统获取所述焊缝轨迹的间隙数据，焊前扫描系统建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系；

中央控制系统判断装配条件是否满足激光焊接要求；

在装配条件满足激光焊接要求时，工艺规划系统获取相关特征信息，并根据所述相关特征信息以及模型参数数据库获取点焊工艺方案；

激光焊接系统根据所述点焊工艺方案，采用脉冲激光在焊接区域进行点焊，熔池监测系统对整个点焊过程进行实时观察记录，所述中央控制系统将熔池形态特征数据导入特征数据库，优化工艺参数预测模型，更新模型参数数据库；

所述工艺规划系统根据所述模型参数数据库以及所述点焊工艺方案，获取弥合焊工艺方案；

所述激光焊接系统根据所述弥合焊工艺方案，采用脉冲激光对全焊接区域开展弥合焊，所述熔池监测系统对整个弥合焊过程的熔池形态进行实时监测，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第一百分比时，所述中央控制系统调节焊接参数，获取弥合焊整体焊接过程焊缝形貌特征数据及损失值；

所述工艺规划系统根据所述模型参数数据库以及所述弥合焊工艺方案，获取正式焊工艺方案；

所述激光焊接系统根据所述正式焊工艺方案，采用连续激光对全焊接区域进行焊接，所述熔池监测系统实时监测整个焊接过程的熔池形态，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第二百分比时，所述中央控制系统调节所述焊接参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，离线编程系统获取焊缝轨迹，激光焊接系统获取所述焊缝轨迹的间隙数据，焊前扫描系统建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系，包括：

离线编程系统从待焊构件三维模型中提取焊缝轨迹；

激光焊接系统通过前置激光发生器沿所述焊缝轨迹扫描获取所述焊缝轨迹的间隙数据；

焊前扫描系统建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述前置激光发生器输出激光线的宽度为15mm，激光功率大小为80mW。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述中央控制系统判断装配条件是否满足激光焊接要求之后，还包括：

在装配条件不满足激光焊接要求时，所述焊前扫描系统对间隙宽度大于0.3mm的区域进行焊前修配，所述激光焊接系统通过所述前置激光发生器再次沿所述焊缝轨迹扫描，对间隙宽度大于0.2mm的区域进行标定。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述点焊工艺方案包括分段点焊，每段点焊的焊缝长度大于或者等于20mm且小于或者等于30mm，相邻段点焊的焊缝之间距离为100mm；

所述点焊工艺方案还包括：对间隙宽度大于0.2mm的区域进行额外点固。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一百分比大于或者等于25％且小于或者等于35％；

所述第二百分比大于或者等于85％且小于或者等于95％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相关特征信息包括焊缝轨迹、各个焊接位置的曲率以及焊接构件尺寸。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述损失值Y满足：

其中，n表示样本组数量，P表示T型接头桁条侧焊透深度的真实值、H表示蒙皮侧焊透深度的真实值、L表示焊缝表面宽度的真实值，W表示蒙皮侧焊缝宽度的真实值，

表示T型接头桁条侧焊透深度的标准值，

表示蒙皮侧焊透深度的标准值，

表示焊缝表面宽度的标准值，

表示蒙皮侧焊缝宽度的标准值。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在离线编程系统获取焊缝轨迹，激光焊接系统获取所述焊缝轨迹的间隙数据，焊前扫描系统建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系之前，还包括：

开展多次以激光功率、离焦量、焊接速度和脉冲频率为变量的蒙皮-桁条结构双激光束双侧同步焊接实验，并利用CCD高速摄像机监测熔池形态，获取熔池形态特征数据；

进行多次相对应的模拟计算，与焊接实验结果开展验证以校准模型的准确性；

利用仿真手段获得多个特征数据，并建立特征数据库；

利用深度学习算法建立所述工艺参数预测模型，使用特征数据训练预测模型，得到最优模型参数，建立所述模型参数数据库。

10.一种用于蒙皮-桁条的柔性激光焊接装置，其特征在于，包括中央控制系统，以及与所述中央控制系统连接的离线编程系统、焊前扫描系统、工艺规划系统、熔池监测系统和激光焊接系统；

所述离线编程系统用于获取焊缝轨迹；

所述焊前扫描系统用于获取所述焊缝轨迹的间隙数据，建立间隙宽度与焊缝长度的函数关系；

所述工艺规划系统，用于在装配条件满足激光焊接要求时，获取相关特征信息，并根据所述相关特征信息以及模型参数数据库获取点焊工艺方案，根据模型参数数据库以及所述点焊工艺方案，获取弥合焊工艺方案，根据所述模型参数数据库以及所述弥合焊工艺方案，获取正式焊工艺方案；

所述熔池监测系统，用于对整个点焊过程进行实时观察记录，对整个弥合焊过程的熔池形态进行实时监测；以及实时监测整个焊接过程的熔池形态；

所述激光焊接系统，用于根据所述点焊工艺方案，采用脉冲激光在焊接区域进行点焊，根据所述弥合焊工艺方案，采用脉冲激光对全焊接区域开展弥合焊，根据所述正式焊工艺方案，采用连续激光对全焊接区域进行焊接；

所述中央控制系统用于根据间隙宽度与焊缝长度的函数关系判断装配条件是否满足激光焊接要求，将熔池形态特征数据导入特征数据库，优化工艺参数预测模型，更新模型参数数据库，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第一百分比时，调节焊接参数，获取弥合焊整体焊接过程焊缝形貌特征数据及损失值，当蒙皮侧焊透深度偏离蒙皮厚度的第二百分比时，调节所述焊接参数。

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