CN114473263A - 蒙皮与加强框的激光焊接工装及使用其的激光焊接方法 - Google Patents

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马旭颐
段爱琴
芦伟
杨璟
王学东
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    • B23K26/20—Bonding
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Abstract

本发明涉及一种蒙皮与加强框的激光焊接工装及使用其的激光焊接方法，激光焊接工装包括：工装型面，激光焊接加工时，所述蒙皮用于铺设在所述工装型面上，所述加强框放置在所述蒙皮上端面；压梁板，所述压梁板设置在所述工装型面的上方；测量系统组件，所述测量系统组件用于测量所述加强框在所述蒙皮上的位置；卡板组件，所述卡板组件设置在所述压梁板上，所述卡板组件用于对所述加强框提供朝向所述蒙皮一侧的压紧力以定位所述加强框在所述蒙皮上的位置。本发明通过测量系统组件可实现加强框与蒙皮位置的精确测量，确保加强框的精确定位，可大大提高焊接精度。

Description

蒙皮与加强框的激光焊接工装及使用其的激光焊接方法
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，特别是涉及一种蒙皮与加强框的激光焊接工装及使用其的激光焊接方法。
背景技术
对于钛合金加强框与蒙皮激光填丝焊接而言，现有激光焊接技术通常采用双束激光两侧施焊的方法完成焊接，加强框与蒙皮相对位置精度通过焊接工装保证。由于加强框通常作用是防止薄壁构件发生失稳变形，保证结构刚性。由于没有装配关系，通常对加强框的位置精度要求并不高。
但是随着激光焊接带筋结构的使用日趋广泛，结构整体化需求不断提升，蒙皮、加强框与其他结构件的精密装配，使得对加强框的占位精度(占位精度包括轴向、横向及径向)要求不断提升。现有焊接工装通常采用定位孔结合卡板定位压紧的方式加以定位，定位精度往往依赖工装的制造精度，并且在实际工程应用中，受蒙皮型面精度和框装配精度影响较大，难以满足对加强框位置精度提出的苛刻要求。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例第一方面提供了一种蒙皮与加强框的激光焊接工装包括：工装型面、压梁板、测量系统组件和卡板组件，所述测量系统组件用于测量所述加强框在所述蒙皮上的位置，所述卡板组件设置在所述压梁板上。本发明通过测量系统组件可实现加强框与蒙皮位置的精确测量，确保加强框在三维空间内的精确定位，可大大提高焊接精度。
本发明实施例第二方面提供了一种蒙皮与加强框的激光焊接方法，包括如下步骤：步骤一：将激光焊接工装置于焊接工位；步骤二：将蒙皮安装压紧在工装型面上，通过测量系统组件进行测量，确保蒙皮安装位置；步骤三：安装加强框，通过测量系统组件测量蒙皮上不同位置的加强框位置的基准点，通过与实际测量值对比，调节加强框轴向、横向位置；固定压梁板，调节卡板组件对加强框的作用力方向及大小，使得加强框与蒙皮贴型，确保加强框不发生偏移；步骤四：实施加强框激光焊接；步骤五：重复步骤二至步骤四直至完成其余加强框焊接。本发明方法通过测量系统组件可实现加强框与蒙皮位置的精确测量，确保加强框在三维空间内的精确定位，可大大提高焊接精度。
(2)技术方案
本发明的实施例第一方面提出了一种蒙皮与加强框的激光焊接工装，所述激光焊接工装包括：
工装型面，激光焊接加工时，所述蒙皮用于铺设在所述工装型面上，所述加强框放置在所述蒙皮上端面；
压梁板，所述压梁板设置在所述工装型面的上方；
测量系统组件，所述测量系统组件用于测量所述加强框在所述蒙皮上的位置；
卡板组件，所述卡板组件设置在所述压梁板上，所述卡板组件用于对所述加强框提供朝向所述蒙皮一侧的压紧力以定位所述加强框在所述蒙皮上的位置。
进一步地，所述测量系统组件包括横向位移检测组件、径向位移检测组件和轴向位移检测组件；所述横向位移检测组件、所述径向位移检测组件和所述轴向位移检测组件分别从所述蒙皮的长度方向、宽度方向和垂直所述蒙皮所在平面方向测量所述加强框的位置。
进一步地，所述横向位移检测组件、所述径向位移检测组件和所述轴向位移检测组件均为激光位移传感器。
进一步地，所述横向位移检测组件和所述径向位移检测组件设置在所述工装型面上；所述轴向位移检测组件设置在所述卡板组件上。
进一步地，所述激光焊接工装还包括夹持组件，所述夹持组件连接在所述卡板组件上，所述夹持组件用于夹持所述加强框。
进一步地，所述激光焊接工装还包括压力传感器，所述压力传感器用于记录所述卡板组件传导至所述加强框上的压紧力。
进一步地，所述激光焊接工装还包括工作台，所述工装型面通过支撑座设置在所述工作台上。
进一步地，所述工作台上设有定位孔，所述定位孔用于定位所述工装型面在所述工作台上的安装位置。
本发明的实施例第二方面提出了一种蒙皮与加强框的激光焊接方法，其特征在于，采用本发明的实施例第一方面任一项所述的激光焊接工装，所述激光焊接方法包括如下步骤：
步骤一：将激光焊接工装置于焊接工位；
步骤二：将蒙皮安装压紧在工装型面上，通过测量系统组件进行测量，确保蒙皮安装位置；
步骤三：安装加强框，通过测量系统组件测量蒙皮上不同位置的加强框位置的基准点，通过与实际测量值对比，调节加强框轴向、横向位置；固定压梁板，调节卡板组件对加强框的作用力方向及大小，使得加强框与蒙皮贴型，确保加强框不发生偏移；
步骤四：实施加强框激光焊接；
步骤五：重复步骤二至步骤四直至完成其余加强框焊接。
进一步地，步骤三还包括：在压梁板上施加压紧力，读取测量系统组件的测量数据，施加的压紧力确保加强框在稳定压紧的情况下不发生位置偏移。
(3)有益效果
本发明通过测量系统组件可实现加强框与蒙皮位置的精确测量，确保加强框在三维空间内(轴向、横向及径向位置)的精确定位，降低传统仅仅依靠定位孔结合卡板定位准确性受制造精度、零件实际加工精度及人为操作误差(划线或捡验卡板校对)影响，可大大提高焊接精度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中激光焊接工装的结构示意图。
图2是本发明一实施例中激光焊接方法的流程示意图。
图中：工装型面1、压梁板2、卡板组件3、横向位移检测组件4、径向位移检测组件5、轴向位移检测组件6、夹持组件7、工作台8、支撑座9、定位孔10。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参照附图1-附图2并结合实施例来详细说明本申请。
根据本发明实施例第一方面的一种蒙皮与加强框的激光焊接工装，所述激光焊接工装包括：
工装型面1，激光焊接加工时，所述蒙皮用于铺设在所述工装型面1上，所述加强框放置在所述蒙皮上端面；
压梁板2，所述压梁板2设置在所述工装型面1的上方；
测量系统组件，所述测量系统组件用于测量所述加强框在所述蒙皮上的位置；
卡板组件3，所述卡板组件3设置在所述压梁板2上，所述卡板组件3用于对所述加强框提供朝向所述蒙皮一侧的压紧力以定位所述加强框在所述蒙皮上的位置。
参阅附图1所示，在本发明实施例中，通过设置的工装型面1可以支撑蒙皮以及待焊接的加强框，当蒙皮放置在工装型面1上以后，可以通过测量系统组件确定蒙皮的位置，进而可以知晓蒙皮位置放置是否偏离预定位置，故在焊接前可以准确将蒙皮放置到待焊接部位。同时，本发明实施例的测量系统组件还可以测量待焊接的加强框的位置，进而可以根据测量结果调节加强框的位置，确保蒙皮与加强框焊接精度满足要求。当蒙皮准确放置到待焊接部位，加强框调节到与蒙皮预定位置以后，可以调节压梁板2、卡板组件3，卡板组件3对加强框施加朝向蒙皮一侧的压紧力，确保蒙皮与加强框的位置保持稳定、不变。当本发明实施例的激光焊接工装将蒙皮与加强框压紧以后，可以利用激光对蒙皮与加强框进行激光焊接操作，此时激光焊接过程中由于有工装型面1与压梁板2、卡板组件3从两侧对蒙皮与加强框的压紧，蒙皮与加强框之间的位置不会发生变化，焊接以后的结构精度会非常高，满足高精度焊接的要求。
综上所述，本发明实施例通过测量系统组件可实现加强框与蒙皮位置的精确测量，确保加强框在三维空间内(轴向、横向及径向位置)的精确定位，降低传统仅仅依靠定位孔结合卡板定位准确性受制造精度、零件实际加工精度及人为操作误差(划线或捡验卡板校对)影响，可大大提高焊接精度。
根据本发明第一方面的另一个实施例，参阅附图1所示，所述测量系统组件包括横向位移检测组件4、径向位移检测组件5和轴向位移检测组件6；所述横向位移检测组件4、所述径向位移检测组件5和所述轴向位移检测组件6分别从所述蒙皮的长度方向、宽度方向和垂直所述蒙皮所在平面方向测量所述加强框的位置。在本发明实施例中，横向位移检测组件4、径向位移检测组件5的设置可以在平面方向对蒙皮摆放在工装型面1的位置进行检测，进而可以准确将蒙皮摆放在工装型面1的基准位置处。横向位移检测组件4、径向位移检测组件5和轴向位移检测组件6的设置还可以从蒙皮的长度方向、宽度方向和垂直蒙皮所在平面方向测量加强框的位置，进而可以根据蒙皮与加强框的安装精度来调节加强框的位置，使得蒙皮与加强框的安装精度满足要求。因此，横向位移检测组件4、径向位移检测组件5和轴向位移检测组件6可以从三维空间范围内检测出蒙皮、加强框的位置，进而可以根据安装精度来调整蒙皮和/或加强框的位置，使蒙皮和加强框的位置精度达到焊接要求。
进一步地，根据本发明第一方面的一个实施例，所述横向位移检测组件4、所述径向位移检测组件5和所述轴向位移检测组件6均为激光位移传感器。激光位移传感器具有精度高、体积小、安装方便、使用方便的优点。
进一步地，根据本发明第一方面的一个实施例，参阅附图1所示，所述横向位移检测组件4和所述径向位移检测组件5设置在所述工装型面1上；所述轴向位移检测组件6设置在所述卡板组件3上。当横向位移检测组件4和径向位移检测组件5设置在工装型面1上，轴向位移检测组件6设置在卡板组件3上以后，一方面有利于横向位移检测组件4、径向位移检测组件5和轴向位移检测组件6保持稳定的安装位置，另一方面有利于横向位移检测组件4、径向位移检测组件5和轴向位移检测组件6的位置数据采集，由于横向位移检测组件4、径向位移检测组件5主要用于采集工装型面1上的蒙皮、加强框的横向和纵向的平面位移数据，因此，将其设置在工装型面1上可以便于数据采集，而轴向位移检测组件6一般用于采集加强框在垂直蒙皮所在平面方向的数据，因此将其设置在卡板组件3上可以便于数据采集。
根据本发明第一方面的又一个实施例，参阅附图1所示，所述激光焊接工装还包括夹持组件7，所述夹持组件7连接在所述卡板组件3上，所述夹持组件7用于夹持所述加强框。在本发明实施例中压梁板2可作为支撑装置，卡板组件3安装在压梁板2以后提供朝向蒙皮一侧的压紧力，夹持组件7的设置可以防止在夹持加强框，加强框出现径向偏摆，也就是说夹持组件7用于固定加强框，避免加强框出现转动，保证加强框不发生径向偏摆，有效降低了加强框的位置出现移动的情况，有效降低了传统方法中加强框径向偏摆不可测、不可控的问题。
根据本发明第一方面的一个实施例，参阅附图1所示，所述激光焊接工装还包括压力传感器，所述压力传感器用于记录所述卡板组件3传导至所述加强框上的压紧力。压力传感器用于记录所述卡板组件3传导至所述加强框上的压紧力，进而一方面可以根据蒙皮、加强框的承受力范围来调整卡板组件3的传导力大小，避免损坏蒙皮、加强框；另一方面可以用于记录、调节卡板组件3的压紧力，避免蒙皮、加强框在过大的压紧力作用下出现位置偏移而影响安装精度。因此，压力传感器可以在施加压紧力最优化的情况下确保安装精度不受影响。
根据本发明第一方面的另一个实施例，参阅附图1所示，所述激光焊接工装还包括工作台8，所述工装型面1通过支撑座9设置在所述工作台8上。在本发明实施例中，工作台8的设置可以便于将本发明实施例的激光焊接工装安装到激光焊接装置上，且工装型面1通过支撑座9设置在工作台8上有利于通过工作台8调整工装型面1在激光焊接装置上的位置。
进一步地，根据本发明第一方面的又一个实施例，参阅附图1所示，所述工作台8上设有定位孔10，所述定位孔10用于定位所述工装型面1在所述工作台8上的安装位置。定位孔10的设置可以方便地将工作台8定位在需要安装的位置上，便于定位工装型面1与激光焊接装置的距离。在实际定位过程中，可以向定位孔10内插入定位销(图中未示出)，移动工作台8靠近定位销，确定工作台8在工装型面1上的位置后再进行锁紧即可。
参阅附图2所示，根据本发明第二方面的一种蒙皮与加强框的激光焊接方法，采用本发明第一方面的任一项所述的激光焊接工装，所述激光焊接方法包括如下步骤：
步骤一：将激光焊接工装置于焊接工位；
步骤二：将蒙皮安装压紧在工装型面1上，通过测量系统组件进行测量，确保蒙皮安装位置；
步骤三：安装加强框，通过测量系统组件测量蒙皮上不同位置的加强框位置的基准点，通过与实际测量值对比，调节加强框轴向、横向位置；固定压梁板2，调节卡板组件3对加强框的作用力方向及大小，使得加强框与蒙皮贴型，确保加强框不发生偏移；
步骤四：实施加强框激光焊接；
步骤五：重复步骤二至步骤四直至完成其余加强框焊接。
在本发明实施例中，首先将激光焊接工装置于焊接工位；然后将蒙皮安装压紧在工装型面1上，通过测量系统组件进行测量，确保蒙皮安装位置。参阅附图1所示，在本发明实施例中，通过设置的工装型面1可以支撑蒙皮以及待焊接的加强框，当蒙皮放置在工装型面1上以后，可以通过测量系统组件确定蒙皮的位置，进而可以知晓蒙皮位置放置是否偏离预定位置，故在焊接前可以准确将蒙皮放置到待焊接部位。接着，安装加强框，通过测量系统组件测量蒙皮上不同位置的加强框位置的基准点，通过与实际测量值对比，调节加强框轴向、横向位置；固定压梁板2，调节卡板组件3对加强框的作用力方向及大小，使得加强框与蒙皮贴型，确保加强框不发生偏移，本发明实施例的测量系统组件可以测量待焊接的加强框的位置，进而可以根据测量结果调节加强框的位置，确保蒙皮与加强框焊接精度满足要求。当蒙皮准确放置到待焊接部位，加强框调节到与蒙皮预定位置以后，可以调节压梁板2、卡板组件3，卡板组件3对加强框施加朝向蒙皮一侧的压紧力，确保蒙皮与加强框的位置保持稳定、不变。最后，当蒙皮与加强框的位置保持稳定、不变以后，开始实施加强框激光焊接，此时激光焊接过程中由于有工装型面1与压梁板2、卡板组件3从两侧对蒙皮与加强框的压紧，蒙皮与加强框之间的位置不会发生变化，焊接以后的结构精度会非常高，满足高精度焊接的要求。
因此，根据上述步骤可以对其余的加强框实施焊接，直至完成所有的焊接任务为止。
综上所述，本发明实施例的激光焊接方法采用本发明第一方面的激光焊接工装，通过测量系统组件可实现加强框与蒙皮位置的精确测量，确保加强框在三维空间内(轴向、横向及径向位置)的精确定位，降低传统仅仅依靠定位孔结合卡板定位准确性受制造精度、零件实际加工精度及人为操作误差(划线或捡验卡板校对)影响，可大大提高焊接精度。
根据本发明第一方面的又一个实施例，步骤三还包括：在压梁板2上施加压紧力，读取测量系统组件的测量数据，施加的压紧力确保加强框在稳定压紧的情况下不发生位置偏移。具体地，可以在压梁板2或卡板组件3上设置压力传感器，用于记录所述卡板组件3传导至所述加强框上的压紧力，进而一方面可以根据蒙皮、加强框的承受力范围来调整卡板组件3的传导力大小，避免损坏蒙皮、加强框；另一方面可以用于记录、调节卡板组件3的压紧力，避免蒙皮、加强框在过大的压紧力作用下出现位置偏移而影响安装精度。因此，压力传感器可以在施加压紧力最优化的情况下确保安装精度不受影响。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种蒙皮与加强框的激光焊接工装，其特征在于，所述激光焊接工装包括：
工装型面(1)，激光焊接加工时，所述蒙皮用于铺设在所述工装型面(1)上，所述加强框放置在所述蒙皮上端面；
压梁板(2)，所述压梁板(2)设置在所述工装型面(1)的上方；
测量系统组件，所述测量系统组件用于测量所述加强框在所述蒙皮上的位置；
卡板组件(3)，所述卡板组件(3)设置在所述压梁板(2)上，所述卡板组件(3)用于对所述加强框提供朝向所述蒙皮一侧的压紧力以定位所述加强框在所述蒙皮上的位置。
2.根据权利要求1所述的一种蒙皮与加强框的激光焊接工装，其特征在于，所述测量系统组件包括横向位移检测组件(4)、径向位移检测组件(5)和轴向位移检测组件(6)；所述横向位移检测组件(4)、所述径向位移检测组件(5)和所述轴向位移检测组件(6)分别从所述蒙皮的长度方向、宽度方向和垂直所述蒙皮所在平面方向测量所述加强框的位置。
3.根据权利要求2所述的一种蒙皮与加强框的激光焊接工装，其特征在于，所述横向位移检测组件(4)、所述径向位移检测组件(5)和所述轴向位移检测组件(6)均为激光位移传感器。
4.根据权利要求2所述的一种蒙皮与加强框的激光焊接工装，其特征在于，所述横向位移检测组件(4)和所述径向位移检测组件(5)设置在所述工装型面(1)上；所述轴向位移检测组件(6)设置在所述卡板组件(3)上。
5.根据权利要求1所述的一种蒙皮与加强框的激光焊接工装，其特征在于，所述激光焊接工装还包括夹持组件(7)，所述夹持组件(7)连接在所述卡板组件(3)上，所述夹持组件(7)用于夹持所述加强框。
6.根据权利要求1所述的一种蒙皮与加强框的激光焊接工装，其特征在于，所述激光焊接工装还包括压力传感器，所述压力传感器用于记录所述卡板组件(3)传导至所述加强框上的压紧力。
7.根据权利要求1所述的一种蒙皮与加强框的激光焊接工装，其特征在于，所述激光焊接工装还包括工作台(8)，所述工装型面(1)通过支撑座(9)设置在所述工作台(8)上。
8.根据权利要求7所述的一种蒙皮与加强框的激光焊接工装，其特征在于，所述工作台(8)上设有定位孔(10)，所述定位孔(10)用于定位所述工装型面(1)在所述工作台(8)上的安装位置。
9.一种蒙皮与加强框的激光焊接方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的激光焊接工装，所述激光焊接方法包括如下步骤：
步骤一：将激光焊接工装置于焊接工位；
步骤二：将蒙皮安装压紧在工装型面(1)上，通过测量系统组件进行测量，确保蒙皮安装位置；
步骤三：安装加强框，通过测量系统组件测量蒙皮上不同位置的加强框位置的基准点，通过与实际测量值对比，调节加强框轴向、横向位置；固定压梁板(2)，调节卡板组件(3)对加强框的作用力方向及大小，使得加强框与蒙皮贴型，确保加强框不发生偏移；
步骤四：实施加强框激光焊接；
步骤五：重复步骤二至步骤四直至完成其余加强框焊接。
10.根据权利要求9所述的一种蒙皮与加强框的激光焊接方法，其特征在于，步骤三还包括：在压梁板(2)上施加压紧力，读取测量系统组件的测量数据，施加的压紧力确保加强框在稳定压紧的情况下不发生位置偏移。
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