CN115781016A - 一种集成化脉冲光纤焊接激光器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成化脉冲光纤焊接激光器及其使用方法,具体涉及焊接激光器技术领域,包括机架,机架顶部设置有承载台,承载台顶部对应沉槽的位置处设置有隔挡机构,承载台顶部以及底部均设置有焊接机构,承载台一侧远离沉槽的一端贯穿开设有通道,承载台两侧对应通道靠近沉槽的一端均底部均设置有推进机构,通道内侧中部靠近沉槽的一端设置有限制机构。本发明通过利用隔挡机构来配合推进机构以及限位机构对待焊接的两段光纤进行精准对位,并自动间歇式启动激光器对目标光纤进行焊接;能够在机械结构保证精准对位以降低对零件装配间隙和错边量的要求的同时,以最低的激光器所需要的焊接能量完成零部件的焊接,便于激光加工实现柔性化。
Description
技术领域
本发明涉及焊接激光器技术领域,更具体地说,本发明涉及一种集成化脉冲光纤焊接激光器及其使用方法。
背景技术
如今汽车已经走进千家万户,成为日常出行常用的工具。汽车制造基本需要经过冲压、焊接、喷涂、总装等环节。汽车的车身焊接在汽车工业中占有重要地位,随着车身焊接技术的发展和新型汽车焊接技术在焊接生产线中的应用,汽车车身焊接的质量和生产效率都得到了明显的提高。由于汽车工业的不断发展,对汽车车身焊接提出更高的要求。
车身激光焊接主要分总成焊接、侧围与顶盖的焊接、后续焊,在汽车行业使用激光焊接一方面可以降低汽车的重量,提升汽车机动性能,同时降低油耗;另一方面提升产品的质量和技术先进性。
目前的车身焊接往往是采取电阻焊、电弧焊和激光焊等车身焊接技术,激光焊接技术在汽车制造领域得到了广泛应用,如变速器齿轮、尾气排放系统(岐管、排气管和消声器等)、变速器双联齿轮、减震器储油缸筒体、滤清器和车门铰链,尤其是在汽车车身、座椅金属件的制造中。汽车车身及其相关零部件采用激光焊接技术进行焊接,具有焊接部位几乎没有变形,焊接速度快,而且不需要焊后热处理等优势。目前激光焊接广泛用到变速器齿轮、气门挺杆、车门铰链、传动轴、转向轴、发动机排气管、离合器、增压器轮轴及底盘等汽车部件的制造中。
现有的焊接光纤用激光器在使用时,是通过人工上料并手动对位,存在较大的误差,大大影响光纤的焊接质量,且需要频繁手动启动激光器进行焊接。随着汽车焊接自动化技术的发展,现有技术中也有采用自动化控制的单片机控制激光焊接头对汽车车身和零部件进行焊接的技术,如申请号为201711342504.1的中国专利申请文件公开了一种新型的汽车零件加工用激光焊接机,其采用数据控制台控制机头移架和机头升降架沿三维空间的相互垂直的不同方向带动焊接机机头对定位板上的待焊接汽车零部件进行焊接,申请号为202121737087.2提供了一种汽车零件加工用激光焊接机,其也是通过设置固定块、传动装置和夹紧装置的配合使用,夹紧装置能够在固定块的内部移动,从而可以对汽车零件进行夹紧,实现焊缝。但是现有技术中的自动化激光焊接技术并不能够通过起到中央控制的单片机调节控制激光焊接头于垂直方向上相对于被焊接零件的高度距离,进而达到使焊接效果最优、保证焊接质量的同时使激光焊接所耗费的能量最小的技术效果。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷,本发明的实施例提供一种集成化脉冲光纤焊接激光器及其使用方法,通过利用隔挡机构来配合推进机构以及限位机构对待焊接的两段光纤进行精准对位,能够控制脉冲光纤激光焊接头在最优的待焊接零部件垂直上方和下方对其两面同时进行焊接,焊接能够通过单片机优化焊接头处于待焊接零部件上方的高度而达到最少的焊接所需能量,并自动间歇式启动激光器对待焊接零部件进行焊接,以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明提供如下技术方案:一种集成化脉冲光纤焊接激光器,包括机架,所述机架顶部设置有承载台,所述承载台顶部一端开设有沉槽,所述承载台顶部对应沉槽的位置处设置有隔挡机构,所述承载台顶部以及底部均设置有焊接机构,所述焊接机构包括有脉冲光纤激光焊接头和工件检测机构,所述承载台一侧远离沉槽的一端贯穿开设有通道,所述承载台两侧对应通道靠近沉槽的一端均底部均设置有推进机构,所述通道内侧中部靠近沉槽的一端设置有限制机构。
进一步地,每个所述焊接机构包括有固定设置于承载台表面的两个呈相对设置的L型板,两个L型板之间固定设有竖块,其中一个L型板的外侧固定设有横板,所述横板表面安装有第一步进电机,所述第一步进电机的输出轴端部固定连接有转筒,所述转筒周侧面开设有引导槽,所述竖块远离承载台的一侧中心位置开设有竖槽,且竖块表面开设有与竖槽相连通的穿槽,所述竖槽内部滑动连接有滑块,所述滑块面向穿槽的一侧固定设有L型块,所述L型块远离滑块的一端开设有柱槽,所述柱槽内腔端面固定连接有第二弹簧,所述第二弹簧另一端固定连接有凸杆,所述凸杆一端滑动连接于引导槽内部以及另一端活动插接于柱槽内部,所述滑块底部固定设有连杆,且连杆底端活动贯穿竖块并固定连接有安装板,所述连杆外周面位于竖槽内部的部分活动套设有第一弹簧,所述激光器安装于所述安装板底部上安装有激光器,所述脉冲光纤激光焊接头所述激光器安装于靠近所述承载台的一端,所述承载台表面对应所在位置的脉冲光纤激光焊接头位置处开设有与通道相连通的通孔,且承载台表面对应通孔的位置处固定设有护罩,所述脉冲光纤激光焊接头位于护罩内部,所述护罩远离承载台的一侧其中一边缘位置安装有控制开关,所述控制开关与控制设备激光焊接零部件的单片机电性连接。
进一步地,所述引导槽由两个关于转筒的竖直中心线呈中心对称的圆弧段以及两个分别连通两段圆弧段的相对端的竖直段组成。
进一步地,所述工件检测机构上设置有工件检测识别模块和用于实时监测激光头距离所述承载台的高度的位置传感器,所述工件检测识别模块与控制所述激光器的单片机、所述位置传感器以及所述激光器进行电通信连接;
所述单片机同步调节所述脉冲光纤激光焊接头距离承载台的垂直方向高度,进而最低的激光发射能量完成被焊接零件的焊接;所述单片机调节所述脉冲光纤激光焊接头距离承载台的垂直方向高度包括以下步骤:
S1:所述工件检测识别模块识别到目标被焊接零部件位置,所述单片机控制两个所述脉冲光纤激光焊接头向被焊接零部件发出激光,所述工件检测识别模块同时实时监测发出激光光斑半径,同时所述位置传感器实时监测所述脉冲光纤激光焊接头距离所述承载台的垂直方向高度;
S2:根据实时监测到的数据所述单片机的主控制模块构建激光发射能量优化模型:
其中,为所述脉冲光纤激光焊接头发出激光的实时激光发射能量,为所述脉冲光纤激光焊接头发出激光的频率,为由所述脉冲光纤激光焊接头发出激光的频率、距离承载台的实时高度以及发射至被焊接零部件表面的光斑实时半径影响的激光发射振幅,为激光器发射激光的功率谱影响系数;为所述脉冲光纤激光焊接头到达所述承载台的焊接工位处时距离所述承载台的垂直方向初始高度;i为虚数;
S3:采用遗传神经算法迭代优化所述步骤S2构建的激光发射能量优化模型,所述主控制模块构建优化适应度函数:
S4:判断t时刻的所述脉冲光纤激光焊接头距离所述承载台的垂直方向高度 处发出的激光能量是否使所述步骤S3构建的适应度函数的值大于0.75,若大于,则输出t时刻的所述脉冲光纤激光焊接头距离所述承载台的垂直方向高度为最优垂直高度,所述单片机控制两个所述第一步进电机分别带动两个所述脉冲光纤激光焊接头到达最优垂直高度 对待焊接零部件进行焊接;否则重复所述步骤S1-S3。
其中,c为光速,λ为所述脉冲光纤激光焊接头发出激光的波长,F为所述脉冲光纤激光焊接头的初始透镜焦距。
进一步地,所述隔挡机构包括有固定设置于承载台底端边缘位置的侧板和开设于沉槽内腔底端面中部的燕尾槽,所述侧板一侧安装有第二步进电机,所述第二步进电机的输出轴端部固定套设有圆盘,所述圆盘的外周面固定设有多个齿块,所述燕尾槽内腔底端面对应圆盘的位置处贯穿开设有通槽,燕尾槽内部滑动连接有燕尾块,所述燕尾块顶端面固定设有T型块以及底端面固定设有齿板,所述齿板活动穿设于通槽内部并与圆盘外周面的齿块相啮合,所述燕尾块靠近焊接机构的一端面与燕尾槽内腔所在侧之间固定连接有第三弹簧,所述沉槽内腔侧端面中部开设有与通道相连通的插槽,所述T型块表面对应插槽的位置处固定设有隔板,且隔板靠近插槽的一端活动插接于插槽内部。
进一步地,所述推进机构包括有固定安装于承载台侧面的电机,所述电机的输出轴端部固定设有圆板,所述圆板外周面固定套设有防滑圈,所述防滑圈外周面的最高点与通道的内腔底端面呈共面设置。
进一步地,所述限制机构包括有开设于通道内腔顶部以及底部的嵌槽,两个嵌槽内部均固定设有第一竖杆和第二竖杆,两个第一竖杆外周面均转动安装有偏转板,两个第二竖杆外周面均活动套设有扭簧。
进一步地,所述承载台顶部以及底部均设置有尾气处理机构,所述尾气处理机构包括有开设于护罩表面的第一穿孔和第二穿孔,所述第一穿孔正对所在位置的通孔,且激光器活动穿设于第一穿孔内部,所述第二穿孔内部固定嵌装有气泵,所述气泵的出气端连接有第一气管,所述第一气管远离气泵的一端设置有第二气管,所述第一气管与第二气管之间设置有净化器,所述净化器与第一气管之间以及所述净化器与所述第二气管之间均设置有连接套筒,且通过连接套筒可拆卸连接,所述通道内腔顶部以及底部均设置有空腔,所述第二气管远离第一气管的一端与所在位置的空腔相连通,所述空腔内腔靠近通道的一侧开设有多个与通道相连通的气道,所述气泵与控制开关电性连接;所述第一穿孔内周面固定设有密封圈,所述激光器外周面与密封圈内周面呈活动贴合设置;两个所述连接套筒外周面均开设有多个呈环形均匀分布的凹槽。
本发明还提供一种如上任一所述的集成化脉冲光纤焊接激光器的使用方法,包括如下操作步骤:
步骤一:将待焊接的两段光纤自承载台两侧的通道靠近沉槽的一端插入,并通过所述推进机构配合限制机构来驱动所在位置的待焊接零部件端部向所述隔挡机构运动;
步骤二:控制启动所述隔挡机构工作,使在所述承载台上的待焊接零部件不被隔档,然后控制启动所述焊接机构工作,驱动焊接机构用于焊接零部件的脉冲光纤激光焊接头达到最优垂直方向位置后,控制停止所述焊接机构工作,同时启动所述推进机构工作,所述推进机构驱动待焊接零部件贴合在一起,控制所述焊接机构的所述脉冲光纤激光焊接头在所述最优垂直方向 对处于所述承载台的待焊区对贴合在一起的待焊接零部焊接;
步骤三:将所述通道内部完成焊接并经冷却后的零部件沿通道抽离。
本发明的有益效果为:
1、本发明通过利用隔挡机构来配合推进机构以及限位机构对待焊接的两段光纤进行精准对位,避免了人工手动上料并对位时所产生的误差,从而提高光纤的焊接质量,与此同时,还可以利用转动的转筒来间歇式自启动激光器进行焊接工作,无需频繁手动启动激光器进行焊接,降低了工作人员的工作强度。
2、本发明通过将焊接点设置在闭合环境内,既可以避免焊接时的高温对工作人员的影响,又能避免强光对工作人员眼睛的伤害,实用性强。
3、本发明通过设置尾气处理机构,可在启动激光器进行焊接的同时,同步启动气泵工作,以利用气泵将焊接过程中产生的烟气抽吸至第一气管内部,并输送至净化器内进行净化处理,而后由第二气管输送至空腔内部,最后经气道排出来加速通道内部的气流流动,实现对前序完成焊接的光纤的焊接位置进行快速降温。
4、本发明提供的集成化脉冲光纤焊接激光器采用了与光纤耦合的脉冲激光焊接技术,借助光纤对输入的激光进行时间分割和功率分割多路系统,可以方便地将一束激光形成多个光斑并列的激光焊接熔融区域,通过对加工光源光斑形状和尺寸的改变,通过工件检测机构上设置的工件识别检测模块对激光器的脉冲光纤激光焊接头发出的光斑的实时半径的信息采集,通过构建由所述脉冲光纤激光焊接头发出激光的频率 、距离承载台的实时高度 以及发射至被焊接零部件表面的光斑实时半径 影响的激光发射振幅,以及激光器发射激光的功率谱影响系数,考虑光斑实时半径以及两个焊接头距离承载台的实时高度对整个激光器焊接的能量的影响,能够在机械结构保证精准对位以降低对零件装配间隙和错边量的要求的同时,还可以增大焊接过程的灵活性,改善焊接质量,提高焊接过程的稳定性,以最低的激光器所需要的焊接能量完成零部件的焊接,便于激光加工实现柔性化。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的图1中A部分放大图。
图3为本发明的图1中B部分放大图。
图4为本发明的焊接机构局部结构剖面图。
图5为本发明的护罩半剖图。
图6为本发明的L型块结构示意图。
图7为本发明的承载台半剖图。
图8为本发明的圆盘与齿块装配图。
图9为本发明的T型块与燕尾块以及齿条的装配图。
图10为本发明的图1中C部分放大图。
图11为本发明的限制机构结构示意图。
图中:1、机架;2、承载台;3、沉槽;4、焊接机构;41、L型板;42、竖块;43、横板;44、第一步进电机;45、转筒;46、引导槽;47、竖槽;48、穿槽;49、滑块;410、L型块;411、凸杆;412、连杆;413、第一弹簧;414、安装板;415、激光器;416、脉冲光纤激光焊接头;417、护罩;418、控制开关;419、柱槽;420、第二弹簧;5、隔挡机构;51、侧板;52、第二步进电机;53、圆盘;54、齿块;55、燕尾槽;56、通槽;57、燕尾块;58、T型块;59、齿板;510、第三弹簧;511、隔板;512、插槽;6、尾气处理机构;61、第一气管;62、第一穿孔;63、第二穿孔;64、气泵;65、第二气管;66、连接套筒;67、净化器;68、空腔;69、气道;7、推进机构;71、电机;72、圆板;73、防滑圈;8、限制机构;81、嵌槽;82、第一竖杆;83、第二竖杆;84、偏转板;85、扭簧;9、密封圈;10、凹槽;11、通道。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的范例;相反,提供这些示例实施方式使得本公开的描述将更加全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解,并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。
此外,所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多示例实施方式中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本公开的示例实施方式的充分理解。然而,本领域技术人员将意识到,可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多,或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下,不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
如图1-4和图6-11所示,为本发明提供的一种集成化脉冲光纤焊接激光器,包括机架1,机架1顶部设置有承载台2,承载台2顶部一端开设有沉槽3,承载台2顶部对应沉槽3的位置处设置有隔挡机构5,承载台2顶部以及底部均设置有焊接机构4,焊接机构4包括有脉冲光纤激光焊接头416和工件检测机构,承载台2一侧远离沉槽3的一端贯穿开设有通道11,承载台2两侧对应通道11靠近沉槽3的一端均底部均设置有推进机构7,通道11内侧中部靠近沉槽3的一端设置有限制机构8。
作为本发明的一个优选实施例,每个焊接机构4包括有固定设置于承载台2表面的两个呈相对设置的L型板41,两个L型板41之间固定设有竖块42,其中一个L型板41的外侧固定设有横板43,横板43表面安装有第一步进电机44,第一步进电机44的输出轴端部固定连接有转筒45,转筒45周侧面开设有引导槽46,竖块42远离承载台2的一侧中心位置开设有竖槽47,且竖块42表面开设有与竖槽47相连通的穿槽48,竖槽47内部滑动连接有滑块49,滑块49面向穿槽48的一侧固定设有L型块41,L型块41远离滑块49的一端开设有柱槽419,柱槽419内腔端面固定连接有第二弹簧420,第二弹簧420另一端固定连接有凸杆411,凸杆411一端滑动连接于引导槽46内部以及另一端活动插接于柱槽419内部,滑块49底部固定设有连杆412,且连杆412底端活动贯穿竖块42并固定连接有安装板414,连杆412外周面位于竖槽47内部的部分活动套设有第一弹簧413,激光器415安装于安装板414底部上安装有激光器415,脉冲光纤激光焊接头416激光器415安装于靠近承载台2的一端,承载台2表面对应所在位置的脉冲光纤激光焊接头416位置处开设有与通道11相连通的通孔,且承载台2表面对应通孔的位置处固定设有护罩417,脉冲光纤激光焊接头416位于护罩417内部,护罩417远离承载台2的一侧其中一边缘位置安装有控制开关418,控制开关418与控制设备激光焊接零部件的单片机电性连接。
进一步优选地,本发明提供的集成化脉冲光纤焊接激光器的引导槽46由两个关于转筒45的竖直中心线呈中心对称的圆弧段以及两个分别连通两段圆弧段的相对端的竖直段组成。
需要说明的是,引导槽46由两个关于转筒45的竖直中心线呈中心对称的圆弧段以及两个分别连通两段圆弧段的相对端的竖直段组成,使得激光器415在完成焊接后能够自动复位至初始位置准备下一轮的焊接工作;为了提高焊接速度和效果,当单片机收到工件检测识别模块识别到承载台上有待焊接零件后,单片机开启位于承载台2上下两侧的脉冲光纤激光焊接头416发出激光,并通过工件检测识别模块实时识别发出激光的光斑半径,同时利用单片机启动并控制两个同步工作的第一步进电机44驱动对应位置的转筒45转动,由于凸杆411远离L型块410的一端滑动连接于引导槽46内部,使得随着转筒45的转动时,凸杆411会沿着引导槽46上圆弧段的最高点向最低点滑动,从而带动L型块410沿着穿槽48竖直向下运动,进而带动滑块49同步下移,并压缩第一弹簧413,且连杆412在随滑块49同步下移时,会带动激光器415向待焊接零部件处运动,根据单片机优化得到的能够以最低的激光发射能量完成被焊接零件的焊接时的脉冲光纤激光焊接头416距离承载台2的最优垂直方向高度 ,进而通过识别脉冲光纤激光焊接头416距离承载台2的高度的位置传感器的实时监测信号,当识别到脉冲光纤激光焊接头416到达最优垂直方向高度 时,停止两个第一步进电机44的运转,进而当脉冲光纤激光焊接头416停留在最优垂直方向高度 处时,单片机向激光器415发出指令,激光器415向脉冲光纤激光焊接头416发出指令,在最优垂直反向高度以最低的激光发射能量焊接零部件,进而激光器415完成对待焊接零部件的焊接当凸杆411沿着引导槽46圆弧段运动至最低点时,安装板414恰好运动至与护罩417远离承载台2的一侧贴合,可以启动控制开关418并向单片机发出信号反馈,需要单片机控制两个第一步进电机44反向旋转进而使两个脉冲光纤激光焊接头416向上移动,避免进一步向下运动所导致的脉冲激光焊接头416与被焊接零部件的挤压碰撞,进而避免损坏被焊接零部件和脉冲激光焊接头416,在第一弹簧413的回复力作用下,凸杆411会沿着引导槽46上的竖直段瞬间运动至最高点,从而带动L型块410沿着穿槽48瞬间恢复至初始位置,并切断激光器415的上电,准备下一轮的焊接工作。
作为本发明的另一个优选实施例,工件检测机构上设置有工件检测识别模块和用于实时监测激光头距离承载台2的高度的位置传感器,工件检测识别模块与控制激光器415的单片机、位置传感器以及激光器415进行电通信连接;
单片机同步控制两个第一步进电机44,进而调节脉冲光纤激光焊接头416距离承载台2的垂直方向高度,进而最低的激光发射能量完成被焊接零件的焊接;单片机调节脉冲光纤激光焊接头416距离承载台2的垂直方向高度包括以下步骤:
S1:工件检测识别模块识别到目标被焊接零部件位置,单片机控制两个脉冲光纤激光焊接头416向被焊接零部件发出激光,工件检测识别模块同时实时监测发出激光光斑半径,同时位置传感器实时监测脉冲光纤激光焊接头416距离承载台2的垂直方向高度;
单片机用于控制激光器415以最少能量发出激光达到最优激光焊接效果;
S2:根据实时监测到的数据单片机的主控制模块构建激光发射能量优化模型:
其中,为脉冲光纤激光焊接头416发出激光的实时激光发射能量, 为脉冲光纤激光焊接头416发出激光的频率,为由脉冲光纤激光焊接头416发出激光的频率、距离承载台的实时高度以及发射至被焊接零部件表面的光斑实时半径影响的激光发射振幅,为激光器发射激光的功率谱影响系数;为脉冲光纤激光焊接头416到达承载台2的焊接工位处时距离承载台2的垂直方向初始高度;i为虚数
S3:采用遗传神经算法迭代优化步骤S2构建的激光发射能量优化模型,主控制模块构建优化适应度函数:
S4:判断t时刻的脉冲光纤激光焊接头416距离承载台2的垂直方向高度处发出的激光能量是否使步骤S3构建的适应度函数的值大于0.75,若大于0.75,则输出t时刻的脉冲光纤激光焊接头416距离承载台2的垂直方向高度为最优垂直高度 ,单片机控制两个第一步进电机44分别带动两个脉冲光纤激光焊接头416到达最优垂直高度对待焊接零部件进行焊接;否则重复步骤S1-S3。
工件检测识别模块可以是红外线摄像头、图像设备传感器等具有图像采集功能的检测传感器;通过S3步骤构建的适应度函数,可以将被监测时间范围T内的每个时刻t的实时激光发射能量的占整个被监测时间范围内T的激光发射能量的平均值的比值转化为[0,1]范围内的取值,当计算得到的适应度函数值越大,该表明该时刻比值越小,则表明该时刻的激光发生能量占整体平均值的比重越小,因此该激光发射能量相较于整体平均值来说是较优越的,因此当t时刻脉冲光纤激光焊接头416距离承载台2的实时高度的优化适应度函数值大于适应度阈值0.75时,则表明可以在遗传神经算法优化迭代中选择该迭代结果作为最优结果并输送给单片机,由单片机控制焊接机构4的第一步进电机44驱动脉冲光纤激光焊接头416距离承载台2的高度为最优垂直方向高度 ,并在隔板机构撤离后,推进机构将待焊接的两个零部件贴合后,再次开启脉冲光纤激光焊接头416对待焊接零部件进行焊接。因此,可以提高焊接的准确率,能够在机械结构保证精准对位以降低对零件装配间隙和错边量的要求的同时,还可以增大焊接过程的灵活性,改善焊接质量,提高焊接过程的稳定性,以最低的激光器所需要的焊接能量完成零部件的焊接。
其中,c为光速,λ为脉冲光纤激光焊接头416发出激光的波长,F为脉冲光纤激光焊接头416的初始透镜焦距。
需要说明的是,上述优化过程中的光速c为本领域技术人员一般采用的光的传播速度,脉冲光纤激光焊接头发出激光的波长λ、脉冲光纤激光焊接头416的初始透镜焦距F以及脉冲光纤激光焊接头416发出激光的频率均为根据采用的不同的脉冲光纤激光焊接头的设备出厂参数可以得到。
作为本发明的另一个优选实施例,本发明提供的集成化脉冲光纤焊接激光器的隔挡机构5包括有固定设置于承载台2底端边缘位置的侧板51和开设于沉槽3内腔底端面中部的燕尾槽55,侧板51一侧安装有第二步进电机52,第二步进电机52的输出轴端部固定套设有圆盘53,圆盘53的外周面固定设有多个齿块54,燕尾槽55内腔底端面对应圆盘53的位置处贯穿开设有通槽56,燕尾槽55内部滑动连接有燕尾块57,燕尾块57顶端面固定设有T型块58以及底端面固定设有齿板59,齿板59活动穿设于通槽56内部并与圆盘53外周面的齿块54相啮合,燕尾块57靠近焊接机构4的一端面与燕尾槽55内腔所在侧之间固定连接有第三弹簧510,沉槽3内腔侧端面中部开设有与通道11相连通的插槽512,T型块58表面对应插槽512的位置处固定设有隔板511,且隔板511靠近插槽512的一端活动插接于插槽512内部。
需要说明的是,隔板511远离T型块58的一端始终保持插接于插槽512内部,且第三弹簧510处于自然状态时,隔板511位于插槽512内部的一端恰好将通道11内放置待焊接零部件的区域分成两部分,其中,在开始焊接前,第三弹簧510处于自然状态,将两段待焊接的光纤从通道11的两侧插入后,利用通道11两侧的推进机构7推动两段待焊接零部件发生相向运动,直至两个待焊接零部件的相对端均与隔板511表面相贴合,随后,利用第二步进电机52带动圆盘53转动一个单程,由于齿板59与圆盘53外周面的齿块54相啮合,使得圆盘53在转动时,会驱动燕尾块57向远离隔板511的一侧运动,并拉伸第三弹簧510,使隔板511撤离通道11,两个待焊接零部件会在推进机构7的驱动作用下完成精准对位并等待焊接,待圆盘53转动非齿块区与齿板59即将相对时,当前位置焊接工作已完成,且将完成焊接的零部件越过限制机构8,当圆盘53转动非齿块区与齿板59相对时,隔板511在第三弹簧510的回复力作用下瞬间复位,并将通道11内放置待焊接零部件的区域再次分成两部分,等待下一轮的投料;
在隔挡机构5运转的过程中,激光器415在启动前,隔板511会完成隔板511撤离通道11的过程中,而隔板511的复位则是在当前位置焊接工作已完成,且将完成焊接的零部件越过限制机构8之后。
作为本发明的另一个优选实施例,本发明提供的集成化脉冲光纤焊接激光器的推进机构7包括有固定安装于承载台2侧面的电机71,电机71的输出轴端部固定设有圆板72,圆板72外周面固定套设有防滑圈73,防滑圈73外周面的最高点与通道11的内腔底端面呈共面设置。
需要说明的是,为了增强防滑圈73与待焊接光纤表面的接触摩擦力,本发明可以经一部优选地在防滑圈73的外周面增加橡胶凸起;通道11两侧的防滑圈73与待焊接光纤外表面之间的接触摩擦力相同,其中,在推动待焊接光纤向焊接点方向运动的过程中,是利用电机71来驱动圆板72转动,利用防滑圈73与光纤外表面之间的接触摩擦力来推动光纤向焊接点方向运动。
作为本发明的另一个优选实时例,如图11所示,本发明提供的集成化脉冲光纤焊接激光器的限制机构8包括有开设于通道11内腔顶部以及底部的嵌槽81,两个嵌槽81内部均固定设有第一竖杆82和第二竖杆83,两个第一竖杆82外周面均转动安装有偏转板84,两个第二竖杆83外周面均活动套设有扭簧85。
需要说明的是,扭簧85处于自然状态时,两个偏转板84恰好呈垂直方向上的共线设置,其中,在零部件完成焊接后,直接将焊接后的零部件沿通道11向通道11的开口端运动,此过程中,焊接后的零部件会挤压两个偏转板84,使两个偏转板84以第一竖杆82为中心轴向扭簧85的一侧偏转,让偏转板84隐至对应位置的嵌槽81内部,让完成焊接的光纤通过限制机构8,此外,在插入待焊接零部件的过程中,还可以利用限制机构8将待焊接零部件限制在焊接区域内。
作为本发明的另一种优选实时方案,参照说明书附图1、图3、图5和图7,本发明提供的一种集成化脉冲光纤焊接激光器在承载台2顶部以及底部均设置有尾气处理机构6,尾气处理机构6包括有开设于护罩417表面的第一穿孔62和第二穿孔63,第一穿孔62正对激光器415所在位置的通孔,且激光器415活动穿设于第一穿孔62内部,第二穿孔63内部固定嵌装有气泵64,气泵64的出气端连接有第一气管61,第一气管61远离气泵64的一端设置有第二气管65,第一气管61与第二气管65之间设置有净化器67,净化器67与第一气管61之间以及净化器67与第二气管65之间均设置有连接套筒66,且通过连接套筒66可拆卸连接,通道11内腔顶部以及底部均设置有空腔68,第二气管65远离第一气管61的一端与所在位置的空腔68相连通,空腔68内腔靠近通道11的一侧开设有多个与通道11相连通的气道69,气泵64与控制开关418电性连接。
需要说明的是,第一穿孔62内周面固定设有密封圈9,激光器415外周面与密封圈9内周面呈活动贴合设置,可以防止焊接过程中产生的废气从第一穿孔62处逸散出来;净化器67采用的是市面上现有的焊接烟气处理用净化设备,其中,在安装板414随连杆412向下运动至其与护罩417远离承载台2的一侧贴合时,并启动控制开关418,从而控制激光器415以及气泵64同时工作,使得激光器415在进行焊接时产生的烟气会气泵64抽吸至第一气管61内部,并输送至净化器67内进行净化处理,而后由第二气管65输送至空腔68内部,最后经气道69排出来加速通道11内部的气流流动,实现对前序完成焊接的光纤的焊接位置进行快速降温;
当需要更换净化器67时,只需拧动连接套筒66来解除第一气管61和第二气管65与净化器67之间的连接,拆装方便快捷。
在本实施例中,两个连接套筒66外周面均开设有多个呈环形均匀分布的凹槽10,需要说明的是,连接套筒66与第一气管61、第二气管65以及净化器的两端之间均采用螺纹连接的方式连接,并在连接处增设密封垫圈,其中,可以在每个凹槽10内部增设防滑垫,使得在转动连接套筒66的过程中不会出现滑脱的情况。
本发明还提供了上述实施例提供的任意一种集成化脉冲光纤焊接激光器的使用方法,具体包括如下操作步骤:
步骤一:将待焊接的两段光纤自承载台2两侧的通道11靠近沉槽3的一端插入,并通过推进机构7的相向转动的两个圆板72配合限制机构8来驱动所在位置的待焊接零部件端部向隔挡机构5运动,通过运动至与隔板511贴合实现待焊接零部件的隔档;
步骤二:单片机控制启动隔挡机构5的第二步进电机52工作,使第二步进电机52驱动隔板511抽离通道11,使在承载台2上的待焊接零部件不被隔档,然后单片机控制启动焊接机构4的第一步进电机44工作,驱动焊接机构4用于焊接零部件的脉冲光纤激光焊接头416达到最优垂直方向位置后,,单片机控制停止焊接机构4的第一步进电机44工作,同时启动推进机构7的电机71工作,电机71带动两个圆板72相向转动,并在两个圆板72的相向转动下,驱动待焊接零部件贴合在一起,单片机控制焊接机构4的两个脉冲光纤激光焊接头416在最优垂直方向对处于承载台2的待焊区对贴合在一起的待焊接零部焊接;
步骤三:将通道11内部放置在为其尾气机构6的气道69区域处的完成焊接并经冷却后的零部件沿通道抽离。
优选地,本发明提供的方法还可以利用上述优选实施例中的尾气处理机构6在进行焊接的同时,气泵64会随之启动,将焊接过程中产生的烟气抽吸至净化器67内进行净化后输入空腔,并由气道69处吹出,利用后续焊接过程中产生的烟气对前序完成焊接的光纤焊接区进行冷却。
在上述方案中,涉及到电路、电子元器件和控制模块均为现有技术,本领域技术人员完全可以实现,无需赘言,本发明所要保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例,毋庸置疑,对于本领域的普通技术人员,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此,上述附图和描述在本质上是说明性的,不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
最后应说明的几点是:首先,在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变,则相对位置关系可能发生改变;
其次:本发明公开实施例附图中,只涉及到与本公开实施例涉及到的结构,其他结构可参考通常设计,在不冲突情况下,本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合;
最后:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,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 (10)
1.一种集成化脉冲光纤焊接激光器,包括机架(1),所述机架(1)顶部设置有承载台(2),其特征在于:所述承载台(2)顶部一端开设有沉槽(3),所述承载台(2)顶部对应沉槽(3)的位置处设置有隔挡机构(5),所述承载台(2)顶部以及底部均设置有焊接机构(4),所述焊接机构(4)包括有脉冲光纤激光焊接头(416)和工件检测机构,所述承载台(2)一侧远离沉槽(3)的一端贯穿开设有通道(11),所述承载台(2)两侧对应通道(11)靠近沉槽(3)的一端均底部均设置有推进机构(7),所述通道(11)内侧中部靠近沉槽(3)的一端设置有限制机构(8)。
2.根据权利要求1所述的一种集成化脉冲光纤焊接激光器,其特征在于:每个所述焊接机构(4)包括有固定设置于承载台(2)表面的两个呈相对设置的L型板(41),两个L型板(41)之间固定设有竖块(42),其中一个L型板(41)的外侧固定设有横板(43),所述横板(43)表面安装有第一步进电机(44),所述第一步进电机(44)的输出轴端部固定连接有转筒(45),所述转筒(45)周侧面开设有引导槽(46),所述竖块(42)远离承载台(2)的一侧中心位置开设有竖槽(47),且竖块(42)表面开设有与竖槽(47)相连通的穿槽(48),所述竖槽(47)内部滑动连接有滑块(49),所述滑块(49)面向穿槽(48)的一侧固定设有L型块(410),所述L型块(410)远离滑块(49)的一端开设有柱槽(419),所述柱槽(419)内腔端面固定连接有第二弹簧(420),所述第二弹簧(420)另一端固定连接有凸杆(411),所述凸杆(411)一端滑动连接于引导槽(46)内部以及另一端活动插接于柱槽(419)内部,所述滑块(49)底部固定设有连杆(412),且连杆(412)底端活动贯穿竖块(42)并固定连接有安装板(414),所述连杆(412)外周面位于竖槽(47)内部的部分活动套设有第一弹簧(413),所述激光器(415)安装于所述安装板(414)底部上安装有激光器(415),所述脉冲光纤激光焊接头(416)所述激光器(415)安装于靠近所述承载台(2)的一端,所述承载台(2)表面对应所在位置的脉冲光纤激光焊接头(416)位置处开设有与通道(11)相连通的通孔,且承载台(2)表面对应通孔的位置处固定设有护罩(417),所述脉冲光纤激光焊接头(416)位于护罩(417)内部,所述护罩(417)远离承载台(2)的一侧其中一边缘位置安装有控制开关(418),所述控制开关(418)与控制设备激光焊接零部件的单片机电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种集成化脉冲光纤焊接激光器,其特征在于:所述引导槽(46)由两个关于转筒(45)的竖直中心线呈中心对称的圆弧段以及两个分别连通两段圆弧段的相对端的竖直段组成。
4.根据权利要求1所述的一种集成化脉冲光纤焊接激光器,其特征在于:所述工件检测机构上设置有工件检测识别模块和用于实时监测激光头距离所述承载台(2)的高度的位置传感器,所述工件检测识别模块与控制所述激光器(415)的单片机、所述位置传感器以及所述激光器(415)进行电通信连接;
所述单片机同步调节所述脉冲光纤激光焊接头(416)距离承载台(2)的垂直方向高度,进而最低的激光发射能量完成被焊接零件的焊接;所述单片机调节所述脉冲光纤激光焊接头(416)距离承载台(2)的垂直方向高度包括以下步骤:
S1:所述工件检测识别模块识别到目标被焊接零部件位置,所述单片机控制两个所述脉冲光纤激光焊接头(416)向被焊接零部件发出激光,所述工件检测识别模块同时实时监测发出激光光斑半径,同时所述位置传感器实时监测所述脉冲光纤激光焊接头(416)距离所述承载台(2)的垂直方向高度 ;
S2:根据实时监测到的数据所述单片机的主控制模块构建激光发射能量优化模型:
其中, 为所述脉冲光纤激光焊接头(416)发出激光的实时激光发射能量,为所述脉冲光纤激光焊接头(416)发出激光的频率,为由所述脉冲光纤激光焊接头(416)发出激光的频率、距离承载台的实时高度以及发射至被焊接零部件表面的光斑实时半径影响的激光发射振幅,为激光器发射激光的功率谱影响系数;为所述脉冲光纤激光焊接头(416)到达所述承载台(2)的焊接工位处时距离所述承载台(2)的垂直方向初始高度;i为虚数
S3:采用遗传神经算法迭代优化所述步骤S2构建的激光发射能量优化模型,所述主控制模块构建优化适应度函数:
6.根据权利要求1所述的一种集成化脉冲光纤焊接激光器,其特征在于:所述隔挡机构(5)包括有固定设置于承载台(2)底端边缘位置的侧板(51)和开设于沉槽(3)内腔底端面中部的燕尾槽(55),所述侧板(51)一侧安装有第二步进电机(52),所述第二步进电机(52)的输出轴端部固定套设有圆盘(53),所述圆盘(53)的外周面固定设有多个齿块(54),所述燕尾槽(55)内腔底端面对应圆盘(53)的位置处贯穿开设有通槽(56),燕尾槽(55)内部滑动连接有燕尾块(57),所述燕尾块(57)顶端面固定设有T型块(58)以及底端面固定设有齿板(59),所述齿板(59)活动穿设于通槽(56)内部并与圆盘(53)外周面的齿块(54)相啮合,所述燕尾块(57)靠近焊接机构(4)的一端面与燕尾槽(55)内腔所在侧之间固定连接有第三弹簧(510),所述沉槽(3)内腔侧端面中部开设有与通道(11)相连通的插槽(512),所述T型块(58)表面对应插槽(512)的位置处固定设有隔板(511),且隔板(511)靠近插槽(512)的一端活动插接于插槽(512)内部。
7.根据权利要求1所述的一种集成化脉冲光纤焊接激光器,其特征在于:所述推进机构(7)包括有固定安装于承载台(2)侧面的电机(71),所述电机(71)的输出轴端部固定设有圆板(72),所述圆板(72)外周面固定套设有防滑圈(73),所述防滑圈(73)外周面的最高点与通道(11)的内腔底端面呈共面设置。
8.根据权利要求1所述的一种集成化脉冲光纤焊接激光器,其特征在于:所述限制机构(8)包括有开设于通道(11)内腔顶部以及底部的嵌槽(81),两个嵌槽(81)内部均固定设有第一竖杆(82)和第二竖杆(83),两个第一竖杆(82)外周面均转动安装有偏转板(84),两个第二竖杆(83)外周面均活动套设有扭簧(85)。
9.根据权利要求2所述的一种集成化脉冲光纤焊接激光器,其特征在于:所述承载台(2)顶部以及底部均设置有尾气处理机构(6),所述尾气处理机构(6)包括有开设于护罩(417)表面的第一穿孔(62)和第二穿孔(63),所述第一穿孔(62)正对所在位置的通孔,且激光器(415)活动穿设于第一穿孔(62)内部,所述第二穿孔(63)内部固定嵌装有气泵(64),所述气泵(64)的出气端连接有第一气管(61),所述第一气管(61)远离气泵(64)的一端设置有第二气管(65),所述第一气管(61)与第二气管(65)之间设置有净化器(67),所述净化器(67)与第一气管(61)之间以及所述净化器(67)与所述第二气管(65)之间均设置有连接套筒(66),且通过连接套筒(66)可拆卸连接,所述通道(11)内腔顶部以及底部均设置有空腔(68),所述第二气管(65)远离第一气管(61)的一端与所在位置的空腔(68)相连通,所述空腔(68)内腔靠近通道(11)的一侧开设有多个与通道(11)相连通的气道(69),所述气泵(64)与控制开关(418)电性连接;所述第一穿孔(62)内周面固定设有密封圈(9),所述激光器(415)外周面与密封圈(9)内周面呈活动贴合设置;两个所述连接套筒(66)外周面均开设有多个呈环形均匀分布的凹槽(10)。
10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的集成化脉冲光纤焊接激光器的使用方法,其特征在于:包括如下操作步骤:
步骤一:将待焊接的两段光纤自承载台(2)两侧的通道(11)靠近沉槽(3)的一端插入,并通过所述推进机构(7)配合限制机构(8)来驱动所在位置的待焊接零部件端部向所述隔挡机构(5)运动;
步骤二:控制启动所述隔挡机构(5)工作,使在所述承载台(2)上的待焊接零部件不被隔档,然后控制启动所述焊接机构(4)工作,驱动焊接机构(4)用于焊接零部件的脉冲光纤激光焊接头(416)达到最优垂直方向位置后,控制停止所述焊接机构(4)工作,同时启动所述推进机构(7)工作,所述推进机构(7)驱动待焊接零部件贴合在一起,控制所述焊接机构(4)的所述脉冲光纤激光焊接头(416)在所述最优垂直方向 对处于所述承载台(2)的待焊区对贴合在一起的待焊接零部焊接;
步骤三:将所述通道(11)内部完成焊接并经冷却后的零部件沿通道抽离。
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