CN114619145B - 一种薄壁零件激光焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁零件激光焊接装置及焊接方法，焊接装置包括底板、定龙门运动机构、工件旋转机构、外圈压紧机构、内圈压紧机构及光学部件、底板提供安装基础，定龙门运动结构、工件旋转机构和压紧机构协调配合作用保证零件的焊缝可以暴露在激光聚焦点的位置，光学部件实现激光出光的功能和从测量工作位置到规划工作路径等功能，光学部件的焊接头同轴影像用于跟踪焊接过程中焊缝的路径运动情况以及监视工件焊接情况，视觉定位识别和辅助光源提供定位功能，保证零件焊接位置与设定位置一致，该焊接装置采用压紧机构对零件内外局部压紧，利于图像技术进行轨迹规划和图像示教，可以直观编程，简化了操作者编程，定位稳定，焊接效率高质量好。

Description

一种薄壁零件激光焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其是一种薄壁零件激光焊接装置及焊接方法。

背景技术

目前的焊接工艺采用工装装夹的形式进行焊接，通过工装定位夹紧待焊接件，消除零件尺寸变形的影响，再用三爪卡盘夹紧工装进行旋转圆弧焊接。工装夹紧方式存在人工频繁拆卸和装配工装，焊接操作依赖于人工的操作经验和对焊接工艺的理解。这种工艺不便于量化和监测，同时生产效率低，难以扩大产能提升效率。此外，薄壁零件之间可能间隙较大的情况，焊接效果不佳，可能产生焊接缺陷，需要进行补焊工序。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种薄壁零件激光焊接装置及焊接方法，该焊接装置采用压紧机构对零件内外局部压紧，保证焊缝均匀，焊接质量佳，利于图像技术进行轨迹规划和图像示教，可以直观编程，简化了操作者编程，定位稳定，焊接效率高质量好。

一种薄壁零件激光焊接装置，包括底板、定龙门运动机构、工件旋转机构、外圈压紧机构、内圈压紧机构及光学部件；

所述定龙门运动机构包括定龙门架、X轴运动模块、Y轴运动模块及Z轴运动模块，所述定龙门架固定在底板上，所述X轴运动模块安装在定龙门架上，所述Y轴运动模块安装在底板上，所述Z轴运动模块安装在X轴运动模块上，所述Z轴运动模块上安装有旋转头，用于驱动光学部件旋转；

所述工件旋转机构安装在Y轴运动模块上，包括电机、减速机、旋转盘底座、旋转盘、三爪卡盘及气动旋转转接头，所述旋转盘底座通过电机和减速机配合驱动，旋转盘设于旋转盘底座上，所述三爪卡盘设置在旋转盘上，通过与减速机输出轴连接的气动旋转转接头进行驱动；

所述外圈压紧机构采用旋转压紧气缸，均匀设置在旋转盘上并位于三爪卡盘的外圈；

所述内圈压紧机构包括型材支架、旋转气缸、旋转臂、压紧气缸、活顶尖及活顶尖微调装置，所述型材支架固定在底板上，所述旋转气缸安装在型材支架的端部用于驱动旋转臂转动，所述压紧气缸固定在旋转臂端部，所述活顶尖安装在活顶尖微调装置上，通过压紧气缸调节，所述活顶尖设于三爪卡盘的上方；

所述光学部件包括激光焊接头、测距传感器、视觉定位相机及焊接头同轴影像，所述测距传感器、视觉定位相机及焊接头同轴影像通过支架安装于激光焊接头的周围。

作为上述技术方案的优选，所述X轴运动模块、Y轴运动模块及Z轴运动模块均包括电机、丝杆、导轨、及滑块，所述电机驱动丝杆旋转，所述滑块与丝杆螺纹连接，通过电机驱动丝杆旋转的同时沿着导轨滑动。

作为上述技术方案的优选，所述导轨上安装有光电开关，光电开关的安装位置用于预设滑块的零点位置并进行初始定位。

作为上述技术方案的优选，所述光学部件还包括辅助光源，所述辅助光源用于提高视觉定位相机的成像效果。

一种采用上述任意一项所述的薄壁零件激光焊接装置的薄壁零件激光焊接方法，步骤一：安装薄壁零件，将薄壁零件安装于工件旋转机构上，通过三爪卡盘进行初始定位；

步骤二，装夹薄壁零件，根据薄壁零件的具体构造选择外圈压紧机构、内圈压紧机构两种压紧机构中的任意一种或者同时选择两种压紧机构对薄壁零件进行装夹压紧；

步骤三，规划焊接路径，如果焊接路径是圆形或圆弧形，直接通过工件旋转机构旋转即可实现焊接路径，如果焊接路径是特殊轨迹路线，通过视觉定位相机和辅助光源配合进行路径识别和规划；

步骤四，焊接，定龙门运动机构驱动激光焊接头沿着步骤三中的焊接路径完成薄壁零件的焊接。

本发明的有益效果在于：

通过内圈压紧机构和外圈压紧机构分别对零件内、外圈进行气动压紧；可以更为方便地达到工件压紧的目的，通过气压调节还可以一定程度上保证压紧的力，对焊缝质量是具有一定的保证和可复制性，利于图像技术进行轨迹规划和图像示教，可以直观编程，简化了操作者编程，定位稳定，焊接效率高质量好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为工件旋转机构和外圈压紧机构的结构示意图。

图3为内圈压紧机构的结构示意图。

图4为光学部件的结构示意图。

图5为激光焊接流程图。

附图标记如下：1-底板、2-定龙门运动机构、201-定龙门架、202-X轴运动模块、203-Y轴运动模块、204-Z轴运动模块、3-工件旋转机构、301-电机、302-减速机、303-旋转盘底座、304-旋转盘、305-三爪卡盘、306-气动旋转转接头、4-外圈压紧机构、5-内圈压紧机构、501-型材支架、502-旋转气缸、503-旋转臂、504-压紧气缸、505-活顶尖、506-活顶尖微调装置、6-光学部件、601-激光焊接头、602-测距传感器、603-视觉定位相机、604-焊接头同轴影像、605-辅助光源、7-旋转头。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示的一种薄壁零件激光焊接装置，包括底板1、定龙门运动机构2、工件旋转机构3、外圈压紧机构4、内圈压紧机构5及光学部件6；

所述定龙门运动机构2包括定龙门架201、X轴运动模块202、Y轴运动模块203及Z轴运动模块204，所述定龙门架201固定在底板1上，所述X轴运动模块202安装在定龙门架201上，所述Y轴运动模块202安装在底板1上，所述Z轴运动模块204安装在X轴运动模块202上，所述Z轴运动模块204上安装有旋转头7，用于驱动光学部件6旋转；

所述工件旋转机构3安装在Y轴运动模块203上，包括电机301、减速机302、旋转盘底座303、旋转盘304、三爪卡盘305及气动旋转转接头306，所述旋转盘底座303通过电机301和减速机302配合驱动，旋转盘304设于旋转盘底座303上，所述三爪卡盘305设置在旋转盘304上，通过与减速机302输出轴连接的气动旋转转接头306进行驱动；

所述外圈压紧机构4采用旋转压紧气缸，均匀设置在旋转盘304上并位于三爪卡盘305的外圈；

所述内圈压紧机构5包括型材支架501、旋转气缸502、旋转臂503、压紧气缸504、活顶尖505及活顶尖微调装置506，所述型材支架501固定在底板1上，所述旋转气缸502安装在型材支架501的端部用于驱动旋转臂503转动，所述压紧气缸504固定在旋转臂503端部，所述活顶尖505安装在活顶尖微调装置506上，通过压紧气缸504调节，所述活顶尖505设于三爪卡盘305的上方；其中，活顶尖505和活顶尖微调装置506的结构和装配关系为本领域的常规技术手段，在此不做详细描述。

所述光学部件6包括激光焊接头601、测距传感器602、视觉定位相机603及焊接头同轴影像604，所述测距传感器602、视觉定位相机603及焊接头同轴影像604通过支架安装于激光焊接头601的周围。

在本实施例中，所述X轴运动模块202、Y轴运动模块203及Z轴运动模块504均包括电机、丝杆、导轨、及滑块，所述电机驱动丝杆旋转，所述滑块与丝杆螺纹连接，通过电机驱动丝杆旋转的同时沿着导轨滑动。

在本实施例中，所述导轨上安装有光电开关，光电开关的安装位置用于预设滑块的零点位置并进行初始定位。

在本实施例中，所述光学部件6还包括辅助光源606，所述辅助光源606用于提高视觉定位相机603的成像效果。

一种采用上述任意一项所述的薄壁零件激光焊接装置的薄壁零件激光焊接方法，步骤一：安装薄壁零件，将薄壁零件安装于工件旋转机构3上，通过三爪卡盘305进行初始定位；

步骤二，装夹薄壁零件，根据薄壁零件的具体构造选择外圈压紧机构4、内圈压紧机构5两种压紧机构中的任意一种或者同时选择两种压紧机构对薄壁零件进行装夹压紧；

步骤三，规划焊接路径，如果焊接路径是圆形或圆弧形，直接通过工件旋转机构3旋转即可实现焊接路径，如果焊接路径是特殊轨迹路线，通过视觉定位相机603和辅助光源605配合进行路径识别和规划；

步骤四，焊接，定龙门运动机构2驱动激光焊接头601沿着步骤三中的焊接路径完成薄壁零件的焊接。

其中，底板1提供安装基础，定龙门运动结构2、工件旋转机构3和压紧机构协调配合作用保证零件的焊缝可以暴露在激光聚焦点的位置；光学部件6实现激光出光的功能和从测量工作位置到规划工作路径等功能，焊接头同轴影像604用于跟踪焊接过程中焊缝的路径运动情况以及监视工件焊接情况，视觉定位识别603和辅助光源605提供定位功能(含软件)，保证零件焊接位置与设定位置一致。

首先，工件来料，将工件固定在三抓卡盘305上，根据工艺要求进行内圈或者外圈的焊接；

情况1外圈焊接，由于工件外圈焊接都是整圆的焊缝；判断是否需要进行内圈进行压紧，如果是，则利用所述内圈压紧机构5进行压紧，否则可以调节激光焊接头601位置，启动焊接流程。

情况2内圈焊接，首先判断是否需要进行外圈压紧，根据实际需求进行压紧；

判断是圆弧状焊缝还是特种形状焊缝，圆弧焊接可以进行整圆周的旋转焊接或进行分段的圆弧焊接，启动焊接流程；特种形状焊缝，则用视觉定位相机603识别所需要的焊接路径或者用导入\编辑cad图形的方式进行路径规划，待焊接路径规划完成后，启动焊接流程，该激光焊接装置的焊接流程如图5所示。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种薄壁零件激光焊接装置，其特征在于：包括底板、定龙门运动机构、工件旋转机构、外圈压紧机构、内圈压紧机构及光学部件；

所述定龙门运动机构包括定龙门架、X轴运动模块、Y轴运动模块及Z轴运动模块，所述定龙门架固定在底板上，所述X轴运动模块安装在定龙门架上，所述Y轴运动模块安装在底板上，所述Z轴运动模块安装在X轴运动模块上，所述Z轴运动模块上安装有旋转头，用于驱动光学部件旋转；

所述工件旋转机构安装在Y轴运动模块上，包括电机、减速机、旋转盘底座、旋转盘、三爪卡盘及气动旋转转接头，所述旋转盘底座通过电机和减速机配合驱动，旋转盘设于旋转盘底座上，所述三爪卡盘设置在旋转盘上，通过与减速机输出轴连接的气动旋转转接头进行驱动；

所述外圈压紧机构采用旋转压紧气缸，均匀设置在旋转盘上并位于三爪卡盘的外圈；

所述内圈压紧机构包括型材支架、旋转气缸、旋转臂、压紧气缸、活顶尖及活顶尖微调装置，所述型材支架固定在底板上，所述旋转气缸安装在型材支架的端部用于驱动旋转臂转动，所述压紧气缸固定在旋转臂端部，所述活顶尖安装在活顶尖微调装置上，通过压紧气缸调节，所述活顶尖设于三爪卡盘的上方；

所述光学部件包括激光焊接头、测距传感器、视觉定位相机及焊接头同轴影像，所述测距传感器、视觉定位相机及焊接头同轴影像通过支架安装于激光焊接头的周围。

2.根据权利要求1所述的薄壁零件激光焊接装置，其特征在于：所述X轴运动模块、Y轴运动模块及Z轴运动模块均包括电机、丝杆、导轨、及滑块，所述电机驱动丝杆旋转，所述滑块与丝杆螺纹连接，通过电机驱动丝杆旋转的同时沿着导轨滑动。

3.根据权利要求2所述的薄壁零件激光焊接装置，其特征在于：所述导轨上安装有光电开关，光电开关的安装位置用于预设滑块的零点位置并进行初始定位。

4.根据权利要求1所述的薄壁零件激光焊接装置，其特征在于：所述光学部件还包括辅助光源，所述辅助光源用于提高视觉定位相机的成像效果。

5.一种采用权利要求1-4任意一项所述的薄壁零件激光焊接装置的薄壁零件激光焊接方法，其特征在于：

步骤一：安装薄壁零件，将薄壁零件安装于工件旋转机构上，通过三爪卡盘进行初始定位；

步骤二，装夹薄壁零件，根据薄壁零件的具体构造选择外圈压紧机构、内圈压紧机构两种压紧机构中的任意一种或者同时选择两种压紧机构对薄壁零件进行装夹压紧；

步骤三，规划焊接路径，如果焊接路径是圆形或圆弧形，直接通过工件旋转机构旋转即可实现焊接路径，如果焊接路径是特殊轨迹路线，通过视觉定位相机和辅助光源配合进行路径识别和规划；

步骤四，焊接，定龙门运动机构驱动激光焊接头沿着步骤三中的焊接路径完成薄壁零件的焊接。