CN115740672A - 一种激光填丝焊设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光焊接技术领域，具体公开了一种激光填丝焊设备及其使用方法。该激光填丝焊设备包括激光焊接装置、环形运动机构、竖直运动机构、送丝机构和识别装置；环形运动机构包括环形轨道和滑台组件，环形轨道设于激光焊接装置上，滑台组件滑动设于环形轨道上，且环形轨道围绕激光焊接装置设置；同时，竖直驱动机构设于滑台组件上，且送丝机构设于竖直驱动机构的驱动端；其中，识别装置设于激光焊接装置上。本发明中焊丝的送丝方向始终与待焊工件的焊接路径的曲率相切，以此能够提高激光填丝焊的灵活性和精密性，且送丝机构的空间姿态能够根据识别信息进行实时跟随变化，以此有效提高了复杂空间曲面焊接工件的焊接质量及生产效率。

Description

一种激光填丝焊设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种激光填丝焊设备及其使用方法。

背景技术

激光填丝焊是一种使用激光进行焊接的方式，其通过填丝的方法大大扩展了激光焊接技术的应用范围，填丝焊的优点主要包括以下几个方面：(1)降低对母材装配精度的要求，在母材存在间隙的情况下，熔化的焊丝流进母材间隙后可以防止激光从中穿过；(2)调控焊缝成分，通过焊丝加入所需的元素，调节焊缝的组织性能，减少裂纹等缺陷；(3)设备相对简单，在激光自熔焊设备上增加一个送丝装置即可实现。

大型的航空航天飞行器、舰船、汽车工业的焊接工作中薄壁组件焊前采用钣金成形和机械切割，导致待焊边沿区域直线度极差，装配后焊件的间隙均匀度和错边不满足要求，因此大量采用激光填丝焊满足间隙需求。然而，这些空间曲面焊缝不仅首尾段的空间焊缝曲率较大，而且焊接路径有许多呈“S”型，焊缝空间轨迹十分复杂。因此在激光填丝焊接过程中焊枪的空间姿态需要实时动态的跟随曲面焊缝进行变化，保证送丝方向与焊接路径的曲率相切，且焊丝与激光束的相交位置处于焊接路径的同一平面内。

现有技术中的焊枪调节装置还无法解决焊枪与焊接路径的动态调节，这将会使得送丝过程不稳定，导致产生焊漏、气孔和飞溅等缺陷，严重降低了焊接工件的质量，且生产的效率难以提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光填丝焊设备及其使用方法，以解决现有技术中送丝过程不稳定，导致产生焊漏、气孔和飞溅等缺陷，严重降低了焊接工件的质量的问题，以及生产的效率较低的问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种激光填丝焊设备，用于对待焊工件进行焊接，上述激光填丝焊设备包括：

激光焊接装置，上述激光焊接装置用于沿竖直方向发射激光束；

环形运动机构，上述环形运动机构包括环形轨道和滑台组件，上述环形轨道设于上述激光焊接装置上，上述滑台组件滑动设于上述环形轨道上；上述环形轨道围绕上述激光焊接装置设置，以使上述滑台组件能够围绕上述激光焊接装置在水平面内转动；

竖直驱动机构，上述竖直驱动机构设于上述滑台组件上；

送丝机构，上述送丝机构设于上述竖直驱动机构的驱动端，以使上述竖直驱动机构能够驱动上述送丝机构沿上述竖直方向移动；上述送丝机构用于输送焊丝，上述焊丝能够与上述激光束相交于上述待焊工件上；

识别装置，上述识别装置设于上述激光焊接装置上，用于识别上述待焊工件的焊接部位。

作为上述激光填丝焊设备的一种可选方案，上述滑台组件包括滑台本体、第一驱动电机和行星齿轮，上述滑台本体滑动设于上述环形轨道上；上述第一驱动电机设于上述滑台本体上，上述第一驱动电机的驱动端连接上述行星齿轮，用于驱动上述行星齿轮旋转；上述环形轨道的内侧设置有内圈齿轮，上述内圈齿轮能够与上述行星齿轮相啮合。

作为上述激光填丝焊设备的一种可选方案，上述环形轨道上设置有滑轨，上述滑台本体上设置有限位滑块，上述限位滑块滑动设于上述滑轨上；上述限位滑块能够沿水平方向抵接于上述滑轨的内外两侧，且上述限位滑块能够沿上述竖直方向抵接于上述滑轨的上下两侧。

作为上述激光填丝焊设备的一种可选方案，上述滑台本体上还设置有滚轮，上述滚轮能够沿上述水平方向滑动抵接于上述滑轨的内外两侧。

作为上述激光填丝焊设备的一种可选方案，上述竖直驱动机构包括支撑板、第二驱动电机、滚珠丝杆和支撑座，上述支撑板设于上述滑台组件上；上述第二驱动电机设于上述支撑板上，上述第二驱动电机的驱动端连接上述滚珠丝杆，用于驱动上述滚珠丝杆旋转；上述支撑座设于上述滚珠丝杆的驱动端，且上述支撑座沿上述竖直方向滑动设于上述支撑板上；上述支撑座连接有上述送丝机构。

作为上述激光填丝焊设备的一种可选方案，上述送丝机构摆动设于上述支撑座上，以使上述焊丝相对于上述激光束的夹角角度可调。

作为上述激光填丝焊设备的一种可选方案，上述识别装置为图像传感器。

另一方面，本发明提供一种激光填丝焊设备的使用方法，上述激光填丝焊设备的使用方法利用如上述的激光填丝焊设备完成，上述激光填丝焊设备的使用方法包括如下步骤：

通过上述识别装置对上述待焊工件的上述焊接部位进行识别以得到识别信息，将收集到的上述识别信息转换为上述焊接部位的空间曲率变化信息，再将上述空间曲率变化信息传递至上述环形运动机构和上述竖直驱动机构；

通过上述环形运动机构和上述竖直驱动机构对上述送丝机构的位置进行调整，以使上述送丝机构所输送的上述焊丝的送丝方向始终与上述待焊工件的焊接路径的曲率相切；

通过上述激光焊接装置发射与上述焊丝相交的上述激光束，以对上述待焊工件进行焊接。

作为上述激光填丝焊设备的使用方法的一种可选方案，在上述通过上述识别装置对上述待焊工件的上述焊接部位进行识别之前，还包括：根据上述待焊工件的上述焊接路径对上述激光填丝焊设备进行编程，以使上述激光束始终沿着上述焊接路径前进。

作为上述激光填丝焊设备的使用方法的一种可选方案，上述将收集到的上述识别信息转换为上述焊接部位的空间曲率变化信息，包括：通过工控机接收上述识别信息，并通过图像识别和算法处理将上述识别信息转换为上述焊接部位的上述空间曲率变化信息。

本发明的有益效果为：

该激光填丝焊设备包括激光焊接装置、环形运动机构、竖直运动机构、送丝机构和识别装置。激光焊接装置用于沿竖直方向发射激光束，送丝机构用于输送焊丝，且焊丝能够与激光束相交于待焊工件上，以此能够实现对待焊工件的焊接。环形运动机构包括环形轨道和滑台组件，环形轨道设于激光焊接装置上，滑台组件滑动设于环形轨道上，且环形轨道围绕激光焊接装置设置，以使滑台组件能够围绕激光焊接装置在水平面内转动，同时，竖直驱动机构设于滑台组件上，且送丝机构设于竖直驱动机构的驱动端，以使竖直驱动机构能够驱动送丝机构沿竖直方向移动，从而通过环形运动机构能够调整送丝机构相对于激光焊接装置的周向位置，通过竖直驱动机构能够调整送丝机构水平高度，以此能够调整焊丝的送丝方向，以保证焊丝的送丝方向始终与待焊工件的焊接路径的曲率相切，进而提高激光填丝焊的灵活性和精密性。其中，识别装置设于激光焊接装置上，用于识别待焊工件的焊接部位，使得送丝机构的空间姿态能够根据识别信息进行实时跟随变化，以此实现了焊接过程的自动化和智能化，有效提高了复杂空间曲面焊接工件的焊接质量及生产效率，并避免了送丝过程不稳定所产生焊漏、气孔和飞溅等缺陷。

本发明的激光填丝焊设备的使用方法用于如上述的激光填丝焊设备完成，该激光填丝焊设备的使用方法在使用操作上简单方便，将待焊工件放置在焊接工位上后，环形运动机构和竖直驱动机构能够根据识别装置对待焊工件的实时识别进行姿态调整，以使送丝机构所输送的焊丝的送丝方向始终与待焊工件的焊接路径的曲率相切，以此提高激光填丝焊的灵活性和精密性，实现了焊接过程的自动化和智能化，有效提高了复杂空间曲面焊接工件的焊接质量及生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例一所提供的激光填丝焊设备的结构示意图；

图2为本发明实施例一所提供的环形运动机构的结构示意图；

图3为本发明实施例一所提供的部分竖直驱动机构的结构示意图；

图4为本发明实施例二所提供的激光填丝焊设备的使用方法的流程示意图。

图中：

1、激光焊接装置；11、激光束；2、环形运动机构；21、环形轨道；211、内圈齿轮；212、滑轨；22、滑台组件；221、滑台本体；2211、限位滑块；2212、滚轮；222、第一驱动电机；223、行星齿轮；3、竖直驱动机构；31、支撑板；32、第二驱动电机；33、滚珠丝杆；34、支撑座；4、送丝机构；41、焊丝；5、识别装置；6、待焊工件；61、焊接路径。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

本实施例提供一种激光填丝焊设备，用于对待焊工件6进行焊接。

如图1～图3所示，该激光填丝焊设备包括激光焊接装置1、环形运动机构2、竖直运动机构、送丝机构4和识别装置5。激光焊接装置1用于沿竖直方向发射激光束11，送丝机构4用于输送焊丝41，且焊丝41能够与激光束11相交于待焊工件6上，以此能够实现对待焊工件6的焊接。可选地，待焊工件6的焊接路径61为直线型或曲线型。当然，待焊工件6的焊接路径61也可以为其它形状，本实施例不作具体限定。

环形运动机构2包括环形轨道21和滑台组件22，环形轨道21设于激光焊接装置1上，滑台组件22滑动设于环形轨道21上，且环形轨道21围绕激光焊接装置1设置，以使滑台组件22能够围绕激光焊接装置1在水平面内转动，同时，竖直驱动机构3设于滑台组件22上，且送丝机构4设于竖直驱动机构3的驱动端，以使竖直驱动机构3能够驱动送丝机构4沿竖直方向移动，从而通过环形运动机构2能够调整送丝机构4相对于激光焊接装置1的周向位置，通过竖直驱动机构3能够调整送丝机构4水平高度，以此能够调整焊丝41的送丝方向，以保证焊丝41的送丝方向始终与待焊工件6的焊接路径61的曲率相切，进而提高激光填丝焊的灵活性和精密性。

其中，识别装置5设于激光焊接装置1上，用于识别待焊工件6的焊接部位，使得送丝机构4的空间姿态能够根据识别信息进行实时跟随变化，以此实现了焊接过程的自动化和智能化，有效提高了复杂空间曲面焊接工件的焊接质量及生产效率，并避免了送丝过程不稳定所产生焊漏、气孔和飞溅等缺陷。可选地，待焊工件6的焊接部位为待焊工件6的焊缝。进一步可选地，识别装置5为图像传感器，图像传感器能够实时识别焊接过程中待焊工件6的图像，以方便后续对图像进行图像识别和算法处理得出待焊工件6焊缝的空间曲率变化。

如图2所示，滑台组件22包括滑台本体221、第一驱动电机222和行星齿轮223，滑台本体221滑动设于环形轨道21上，从而滑台本体221能够沿环形轨道21的轨道方向滑动，其中，第一驱动电机222设于滑台本体221上，第一驱动电机222的驱动端连接行星齿轮223，用于驱动行星齿轮223旋转，且环形轨道21的内侧设置有内圈齿轮211，内圈齿轮211能够与行星齿轮223相啮合，从而通过第一驱动电机222对行星齿轮223的驱动，以及行星齿轮223与内圈齿轮211的啮合传动，能够使得滑台本体221在环形轨道21上移动，以此实现滑台本体221移动的自动化。具体地，环形轨道21上设置有滑轨212，滑台本体221上设置有限位滑块2211，限位滑块2211滑动设于滑轨212上，限位滑块2211能够沿水平方向抵接于滑轨212的内外两侧，且限位滑块2211能够沿竖直方向抵接于滑轨212的上下两侧，使得滑台本体221在环形轨道21上的移动平稳，避免滑台本体221在环形轨道21上进行移动时出现偏差而造成焊接精度的降低，同时能够避免滑台本体221出现抖动后造成待焊工件6的损坏。可选地，滑台本体221上还设置有滚轮2212，滚轮2212能够沿水平方向滑动抵接于滑轨212的内外两侧，以此能够进一步地提高滑台本体221在环形轨道21上移动的稳定性。

如图1和图3所示，竖直驱动机构3包括支撑板31、第二驱动电机32、滚珠丝杆33和支撑座34，支撑板31设于滑台组件22上，第二驱动电机32设于支撑板31上，第二驱动电机32的驱动端连接滚珠丝杆33，用于驱动滚珠丝杆33旋转，支撑座34设于滚珠丝杆33的驱动端，且支撑座34沿竖直方向滑动设于支撑板31上，从而通过第二驱动电机32对滚珠丝杆33的驱动，以及滚珠丝杆33的传动，能够使得支撑座34在支撑板31上沿竖直方向移动，以此实现支撑座34移动的自动化。其中，支撑座34连接有送丝机构4，进而送丝机构4能够跟随支撑座34沿竖直方向移动。可选地，送丝机构4摆动设于支撑座34上，以使焊丝41相对于激光束11的夹角角度可调，以此根据实际工况需求对送丝机构4进行调整后，能够进一步地提高激光填丝焊设备的焊接精度。同时，竖直驱动机构3还包括固定件，固定件用于将进行摆动后的送丝机构4固定连接于支撑座34上。进一步可选地，焊丝41相对于激光束11的夹角角度范围为20°～60°。

实施例二

本实施例提供一种激光填丝焊设备的使用方法，该激光填丝焊设备的使用方法利用如实施例一中的激光填丝焊设备完成，如图4所示，激光填丝焊设备的使用方法包括如下步骤：

通过识别装置5对待焊工件6的焊接部位进行识别以得到识别信息，将收集到的识别信息转换为焊接部位的空间曲率变化信息，再将空间曲率变化信息传递至环形运动机构2和竖直驱动机构3；

通过环形运动机构2和竖直驱动机构3对送丝机构4的位置进行调整，以使送丝机构4所输送的焊丝41的送丝方向始终与待焊工件6的焊接路径61的曲率相切；

通过激光焊接装置1发射与焊丝41相交的激光束11，以对待焊工件6进行焊接。

本实施例提供的激光填丝焊设备的使用方法在使用操作上简单方便，将待焊工件6放置在焊接工位上后，环形运动机构2和竖直驱动机构3能够根据识别装置5对待焊工件6的实时识别进行姿态调整，以使送丝机构4所输送的焊丝41的送丝方向始终与待焊工件6的焊接路径61的曲率相切，以此提高激光填丝焊的灵活性和精密性，实现了焊接过程的自动化和智能化，有效提高了复杂空间曲面焊接工件的焊接质量及生产效率。

进一步地，在通过识别装置5对待焊工件6的焊接部位进行识别之前，还包括根据待焊工件6的焊接路径61对激光填丝焊设备进行编程，以使激光束11始终沿着焊接路径61前进，以此实现激光填丝焊设备对焊接路径61上的焊接部位进行焊接，避免出现产生焊漏、气孔和飞溅等缺陷。

进一步地，将收集到的识别信息转换为焊接部位的空间曲率变化信息，包括通过工控机接收识别信息，并通过图像识别和算法处理将识别信息转换为焊接部位的空间曲率变化信息，以此能够实现识别信息到空间曲率变化信息的转换，方便工控机通过内置运动控制卡发出运动指令并传递给第一驱动电机222和第二驱动电机32后，对送丝机构4的位置进行调整。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光填丝焊设备，用于对待焊工件(6)进行焊接，其特征在于，所述激光填丝焊设备包括：

激光焊接装置(1)，所述激光焊接装置(1)用于沿竖直方向发射激光束(11)；

环形运动机构(2)，所述环形运动机构(2)包括环形轨道(21)和滑台组件(22)，所述环形轨道(21)设于所述激光焊接装置(1)上，所述滑台组件(22)滑动设于所述环形轨道(21)上；所述环形轨道(21)围绕所述激光焊接装置(1)设置，以使所述滑台组件(22)能够围绕所述激光焊接装置(1)在水平面内转动；

竖直驱动机构(3)，所述竖直驱动机构(3)设于所述滑台组件(22)上；

送丝机构(4)，所述送丝机构(4)设于所述竖直驱动机构(3)的驱动端，以使所述竖直驱动机构(3)能够驱动所述送丝机构(4)沿所述竖直方向移动；所述送丝机构(4)用于输送焊丝(41)，所述焊丝(41)能够与所述激光束(11)相交于所述待焊工件(6)上；

识别装置(5)，所述识别装置(5)设于所述激光焊接装置(1)上，用于识别所述待焊工件(6)的焊接部位。

2.根据权利要求1所述的激光填丝焊设备，其特征在于，所述滑台组件(22)包括滑台本体(221)、第一驱动电机(222)和行星齿轮(223)，所述滑台本体(221)滑动设于所述环形轨道(21)上；所述第一驱动电机(222)设于所述滑台本体(221)上，所述第一驱动电机(222)的驱动端连接所述行星齿轮(223)，用于驱动所述行星齿轮(223)旋转；所述环形轨道(21)的内侧设置有内圈齿轮(211)，所述内圈齿轮(211)能够与所述行星齿轮(223)相啮合。

3.根据权利要求2所述的激光填丝焊设备，其特征在于，所述环形轨道(21)上设置有滑轨(212)，所述滑台本体(221)上设置有限位滑块(2211)，所述限位滑块(2211)滑动设于所述滑轨(212)上；所述限位滑块(2211)能够沿水平方向抵接于所述滑轨(212)的内外两侧，且所述限位滑块(2211)能够沿所述竖直方向抵接于所述滑轨(212)的上下两侧。

4.根据权利要求3所述的激光填丝焊设备，其特征在于，所述滑台本体(221)上还设置有滚轮(2212)，所述滚轮(2212)能够沿所述水平方向滑动抵接于所述滑轨(212)的内外两侧。

5.根据权利要求1所述的激光填丝焊设备，其特征在于，所述竖直驱动机构(3)包括支撑板(31)、第二驱动电机(32)、滚珠丝杆(33)和支撑座(34)，所述支撑板(31)设于所述滑台组件(22)上；所述第二驱动电机(32)设于所述支撑板(31)上，所述第二驱动电机(32)的驱动端连接所述滚珠丝杆(33)，用于驱动所述滚珠丝杆(33)旋转；所述支撑座(34)设于所述滚珠丝杆(33)的驱动端，且所述支撑座(34)沿所述竖直方向滑动设于所述支撑板(31)上；所述支撑座(34)连接有所述送丝机构(4)。

6.根据权利要求5所述的激光填丝焊设备，其特征在于，所述送丝机构(4)摆动设于所述支撑座(34)上，以使所述焊丝(41)相对于所述激光束(11)的夹角角度可调。

7.根据权利要求1所述的激光填丝焊设备，其特征在于，所述识别装置(5)为图像传感器。

8.一种激光填丝焊设备的使用方法，其特征在于，所述激光填丝焊设备的使用方法利用如权利要求1～7任一项所述的激光填丝焊设备完成，所述激光填丝焊设备的使用方法包括如下步骤：

通过所述识别装置(5)对所述待焊工件(6)的所述焊接部位进行识别以得到识别信息，将收集到的所述识别信息转换为所述焊接部位的空间曲率变化信息，再将所述空间曲率变化信息传递至所述环形运动机构(2)和所述竖直驱动机构(3)；

通过所述环形运动机构(2)和所述竖直驱动机构(3)对所述送丝机构(4)的位置进行调整，以使所述送丝机构(4)所输送的所述焊丝(41)的送丝方向始终与所述待焊工件(6)的焊接路径(61)的曲率相切；

通过所述激光焊接装置(1)发射与所述焊丝(41)相交的所述激光束(11)，以对所述待焊工件(6)进行焊接。

9.根据权利要求8所述的激光填丝焊设备的使用方法，其特征在于，在所述通过所述识别装置(5)对所述待焊工件(6)的所述焊接部位进行识别之前，还包括：根据所述待焊工件(6)的所述焊接路径(61)对所述激光填丝焊设备进行编程，以使所述激光束(11)始终沿着所述焊接路径(61)前进。

10.根据权利要求8所述的激光填丝焊设备的使用方法，其特征在于，所述将收集到的所述识别信息转换为所述焊接部位的空间曲率变化信息，包括：通过工控机接收所述识别信息，并通过图像识别和算法处理将所述识别信息转换为所述焊接部位的所述空间曲率变化信息。

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