CN116618863A - 一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，它包括：CCD工业相机、振镜激光头反射镜、第一光电传感器、第二光电传感器、测温仪、第三光电传感器和第四光电传感器，通过振镜头中反射镜调整，实现复杂激光束扫描方式，采用双激光束，且两激光束的扫描方式可单独设置并叠加至焊缝路径中，在焊缝拐点以及折返位置能够较好的过渡，保证焊缝均匀和一致性，另外设置两激光束的焊接工序、焦点大小和焊接功率，实现材料焊前预热和焊后热处理，增大设备适用范围，减小焊接变形，提高焊接质量；双激光束相互配合提高焊接过程稳定性，克服了单激光束垂直焊接时能量分布不均而引起的熔深质量缺陷问题，改善焊接缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金激光自动化焊接技术领域,具体涉及一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统。
背景技术
汽车轻量化成为汽车工业发展的主要方向，由于汽车结构设计存在局限，轻质化材料和轻量化工艺技术是实现汽车轻量化的重要途径，基于汽车零部件对不同部位的材料强度和厚度个性化需求开发不等厚板，再经后续冲压工序形成变厚度零件，汽车结构件的轻量化设计应用不等厚铝板。
铝合金中厚壁构件具有密度小、比强度高等优点，传统熔焊工艺热输入量大，特别对于厚度较大的高温部件高温合金板材其焊透性差、焊缝背面易产生凹陷缺陷，产生的残余应力易致高温部件发生变形和焊缝热裂，难以保证修复精度和性能。超高功率激光焊接技术具有能量密度高、热输入小、柔性好等特点，为铝合金中厚壁构件的高效焊接提供了有效手段。然而，在汽车铝合金激光自动化焊接中，焊接过程存在气孔缺陷突出、铝合金焊缝气孔率高、自动化焊接中焊缝拐点和折返点不平滑以及单束激光焊接不稳定、效率偏低等问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，构思了一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，通过CCD工业相机、测温仪和光电传感器对焊接整个过程进行实时检测，并在激光脱离焊接预定轨迹、焊接温度异常变化以及焊漏等缺陷出现时自动报警，保障焊接过程和设备使用安全。
实现本发明采用的技术方案是：一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，其特征是，它包括：CCD工业相机1、振镜激光头反射镜4、第一光电传感器5、第二光电传感器6、测温仪7、第三光电传感器8和第四光电传感器9，在所述振镜激光头反射镜4的正前方设置CCD工业相机1，在所述振镜激光头反射镜4的外壳上分别设置第一光电传感器5、第二光电传感器6、第三光电传感器8和第四光电传感器9，所述第一光电传感器5和第二光电传感器6位于振镜激光头反射镜4左侧，所述第三光电传感器8和第四光电传感器9位于振镜激光头反射镜4右侧，在所述第三光电传感器8和第四光电传感器9下部设置测温仪7，所述的测温仪7与振镜激光头反射镜4外壳固连。
进一步，所述的CCD工业相机1为MER2-507-23GC。
进一步，所述的振镜激光头反射镜4包括：第一聚焦镜10、Y1反射镜11、第一激光发生器12、X1双面反射镜13、第二激光发生器14、Y2反射镜15和第二聚焦镜16，在所述X1双面反射镜13上部两侧分别设置第一激光发生器12和第二激光发生器14，在所述X1双面反射镜13下部两侧分别设置Y1反射镜11和Y2反射镜15，在所述Y1反射镜11的下部设置第一聚焦镜10，在所述Y2反射镜15的下部设置第二聚焦镜16；
所述的第一激光发生器12发出的激光的传播方向依次为：X1双面反射镜13、Y1反射镜11和第一聚焦镜10聚焦至待焊接工件；
所述的第二激光发生器14发出的激光的传播方向依次为：X1双面反射镜13、Y2反射镜15和第二聚焦镜16聚焦至待焊接工件。
进一步，所述的第一激光发生器12和第二激光发生器14发射激光频率为20～100Hz。
进一步，所述的第一激光发生器12和第二激光发生器14的激光束离焦量可选范围为-4～+4mm。
进一步，所述的第一激光发生器12和第二激光发生器14的激光斑点大小可调范围为0.1～2mm。
进一步，所述的第一激光发生器12和第二激光发生器14发射的激光束与焊接件夹角可调范围为60～90°。
本发明一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统的有益效果体现在：
1、一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，采用双激光束，为焊接方案提供了更多的选择，例如可以在增加焊接道数，减小每道焊缝热输入的同时保证生产效率，双激光束配合完成焊接加工；另外可以设置两激光束的焊接工序、焦点大小和焊接功率实现材料的焊前预热和焊后热处理，增大了设备的适用范围，减小焊接变形，提高焊接质量；其次，双激光束相互配合提高了焊接过程的稳定性，克服了单激光束垂直焊接时能量分布不均而引起的熔深质量缺陷问题，改善焊接缺陷；
2、一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，通过振镜头中反射镜的调整可实现复杂的激光束扫描方式，且两激光束的扫描方式可单独设置并叠加至焊缝路径中，这使得在焊缝拐点以及折返位置能够较好的过渡，从而保证焊缝的均匀和一致性。
附图说明
图1是一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统工作示意图；
图2是图1中件4的构造示意图；
图3是激光扫描方式与焊接路径叠加示意图；
图中：1.CCD工业相机，2.焊缝，3.待焊接工件，4.振镜激光头反射镜，5.第一光电传感器，6.第二光电传感器，7.测温仪，8.第三光电传感器，9.第四光电传感器，10.第一聚焦镜，11.Y1反射镜，12.第一激光发生器，13.X1双面反射镜，14.第二激光发生器，15.Y2反射镜，16.第二聚焦镜。
具体实施方式
以下结合附图1～3和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明，为使实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，此处所描述的具体实方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的范围。
如附图1所示，一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，它包括：CCD工业相机1、振镜激光头反射镜4、第一光电传感器5、第二光电传感器6、测温仪7、第三光电传感器8和第四光电传感器9，在所述振镜激光头反射镜4的正前方设置CCD工业相机1，在所述振镜激光头反射镜4的外壳上分别设置第一光电传感器5、第二光电传感器6、第三光电传感器8和第四光电传感器9，所述第一光电传感器5和第二光电传感器6位于振镜激光头反射镜4左侧，所述第三光电传感器8和第四光电传感器9位于振镜激光头反射镜4右侧，在所述第三光电传感器8和第四光电传感器9下部设置测温仪7，所述的测温仪7与振镜激光头反射镜4外壳固连，所述的CCD工业相机1为MER2-507-23GC。
如附图2所示，所述的振镜激光头反射镜4包括：第一聚焦镜10、Y1反射镜11、第一激光发生器12、X1双面反射镜13、第二激光发生器14、Y2反射镜15和第二聚焦镜16，在所述X1双面反射镜13上部两侧分别设置第一激光发生器12和第二激光发生器14，在所述X1双面反射镜13下部两侧分别设置Y1反射镜11和Y2反射镜15，在所述Y1反射镜11的下部设置第一聚焦镜10，在所述Y2反射镜15的下部设置第二聚焦镜16；所述的第一激光发生器12发出的激光的传播方向依次为：X1双面反射镜13、Y1反射镜11和第一聚焦镜10聚焦至待焊接工件；所述的第二激光发生器14发出的激光的传播方向依次为：X1双面反射镜13、Y2反射镜15和第二聚焦镜16聚焦至待焊接工件；所述的第一激光发生器12和第二激光发生器14发射激光频率为20～100Hz；所述的第一激光发生器12和第二激光发生器14的激光束离焦量可选范围为-4～+4mm；所述的第一激光发生器12和第二激光发生器14的激光斑点大小可调范围为0.1～2mm；所述的第一激光发生器12和第二激光发生器14发射的激光束与焊接件夹角可调范围为60～90°。
一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，可用于铝合金自动焊接，最大焊接板厚8mm，可实现焊接接头包括对接接头、搭接接头等；焊接路径的自动扫描，以长直焊缝为例，扫描步骤包括：焊缝自动识别、焊接起始点的定位、焊接终止点的定位；激光束扫描方式包括圆形、椭圆形、星形线、伯努利双纽线形等；测温仪用于焊接过程实时焊接温度检测，光电传感器用于焊接过程检测焊接缺陷。
一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统工作过程：Step1、焊接板件进行焊前清洗并放置在夹具上夹装固定；
Step2、设定双激光束焊接参数，包括两激光束激光频率、焊接路径、焊接速度、激光功率、离焦量以及两激光束扫描方式及激光斑点大小；
Step3、开启激光扫描设备和焊接过程控制硬件，激光扫描进行自动焊缝识别和寻位定点，按照设定好的激光工艺参数进行加工，其间CCD工业相机、测温仪和光电传感器对焊接过程质量进行实时监控，完成自动化焊接。
实施例1：
参照附图1-3，一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，包括以下步骤：
1)将经无水乙醇擦拭的两块4mm厚5A06铝合金板夹装在焊接平面上，对接间隙为0.5mm；
2)设定双激光束焊接参数，包括两激光束激光频率、焊接路径、焊接速度、激光功率、离焦量以及两激光束扫描方式及激光斑点大小，通过调整振镜头设定焊接起始点和终止点，激光工艺参数如下：激光束1参数：激光频率70Hz，激光入射角度70°，激光功率4000W，焊接速度8mm/s，激光斑点直径1.5mm，激光扫描方式为圆形，离焦量0mm；激光束2参数：激光频率70Hz，激光入射角度80°，激光功率3500W，焊接速度8mm/s，激光斑点直径1.5mm，激光扫描方式为圆形，离焦量0mm。两激光束分布于焊缝两侧；
3)开启激光扫描设备和焊接过程控制硬件，激光扫描进行自动焊缝识别和寻位定点，按照设定好的激光工艺参数进行加工，其间CCD工业相机、测温仪和光电传感器对焊接过程质量进行实时监控，开启CCD工业相机并跟随振镜激光焊接头移动实现焊接过程的实时质量检测，开启测温仪和光电传感器对准焊缝熔池，保证焊缝质量，完成自动化焊接。
实施例2
参照附图1-3，一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，包括以下步骤：
1)将经无水乙醇擦拭的两块3.5mm厚5A06铝合金板夹装在焊接平面上，焊接接头为搭接接头；
2)设定双激光束焊接参数，包括两激光束激光频率、焊接路径、焊接速度、激光功率、离焦量以及两激光束扫描方式及激光斑点大小，通过调整振镜头设定焊接起始点和终止点，激光工艺参数如下：激光束1参数：激光频率65Hz，激光入射角度60°，激光功率6000W，焊接速度6mm/s，激光斑点直径1.5mm，激光扫描方式为圆形，离焦量0mm；激光束2参数：激光频率65Hz，激光入射角度80°，激光功率5500W，焊接速度8mm/s，激光斑点直径1.5mm，激光扫描方式为椭圆形，离焦量0mm。两激光束分布于搭接接头同一侧；
3)开启激光扫描设备和焊接过程控制硬件，激光扫描进行自动焊缝识别和寻位定点，按照设定好的激光工艺参数进行加工，其间CCD工业相机、测温仪和光电传感器对焊接过程质量进行实时监控，开启CCD工业相机并跟随振镜激光焊接头移动实现焊接过程的实时质量检测，开启测温仪和光电传感器对准焊缝熔池，保证焊缝质量，完成自动化焊接。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，其特征是，它包括：CCD工业相机(1)、振镜激光头反射镜(4)、第一光电传感器(5)、第二光电传感器(6)、测温仪(7)、第三光电传感器(8)和第四光电传感器(9)，在所述振镜激光头反射镜(4)的正前方设置CCD工业相机(1)，在所述振镜激光头反射镜(4)的外壳上分别设置第一光电传感器(5)、第二光电传感器(6)、第三光电传感器(8)和第四光电传感器(9)，所述第一光电传感器(5)和第二光电传感器(6)位于振镜激光头反射镜(4)左侧，所述第三光电传感器(8)和第四光电传感器(9)位于振镜激光头反射镜(4)右侧，在所述第三光电传感器(8)和第四光电传感器(9)下部设置测温仪(7)，所述的测温仪(7)与振镜激光头反射镜(4)外壳固连。
2.根据权利要求1所述的一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，其特征是，所述的CCD工业相机(1)为MER2-507-23GC。
3.根据权利要求1所述的一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，其特征是，所述的振镜激光头反射镜(4)包括：第一聚焦镜(10)、Y1反射镜(11)、第一激光发生器(12)、X1双面反射镜(13)、第二激光发生器(14)、Y2反射镜(15)和第二聚焦镜(16)，在所述X1双面反射镜(13)上部两侧分别设置第一激光发生器(12)和第二激光发生器(14)，在所述X1双面反射镜(13)下部两侧分别设置Y1反射镜(11)和Y2反射镜(15)，在所述Y1反射镜(11)的下部设置第一聚焦镜(10)，在所述Y2反射镜(15)的下部设置第二聚焦镜(16)；
所述的第一激光发生器(12)发出的激光的传播方向依次为：X1双面反射镜(13)、Y1反射镜(11)和第一聚焦镜(10)聚焦至待焊接工件；
所述的第二激光发生器(14)发出的激光的传播方向依次为：X1双面反射镜(13)、Y2反射镜(15)和第二聚焦镜(16)聚焦至待焊接工件。
4.根据权利要求2所述的一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，其特征是，所述的第一激光发生器(12)和第二激光发生器(14)发射激光频率为20～100Hz。
5.根据权利要求2所述的一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，其特征是，所述的第一激光发生器(12)和第二激光发生器(14)的激光束离焦量可选范围为-4～+4mm。
6.根据权利要求2所述的一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，其特征是，所述的第一激光发生器(12)和第二激光发生器(14)的激光斑点大小可调范围为0.1～2mm。
7.根据权利要求2所述的一种可叠加扫描模式与焊接轨迹的双激光扫描焊接系统，其特征是，所述的第一激光发生器(12)和第二激光发生器(14)发射的激光束与焊接件夹角可调范围为60～90°。
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