CN201702507U - 不锈钢或镍薄板激光拼焊对位装夹装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种不锈钢或镍薄板进行激光拼焊的对位装夹装置，包括XYZ三维平移RZ一维旋转运动机构、视频监测对位调整机构、磁铁气动装夹机构。不锈钢或镍薄板激光拼焊对位装夹装置采用XYZ三维平移RZ一维旋转运动机构和视频监测对位调整机构对薄板进行对位和定位，然后由磁铁气动装夹机构将不锈钢或镍薄板夹紧固定，实现不锈钢或镍薄板拼焊。本实用新型可解决厚度小于0.3mm不锈钢或镍薄板激光拼焊时由于薄板本身易变形和热应力导致薄板变形的焊接难问题，保证拼接焊缝的质量。

Description

不锈钢或镍薄板激光拼焊对位装夹装置

技术领域

本实用新型涉及一种不锈钢或镍薄板激光拼焊对位装夹装置，属于激光精细加工技术应用领域。

背景技术

激光焊接的应用越来越广，由于厚度小于0.3mm的不锈钢或镍板很薄，容易变形弯曲，两薄板拼焊的接触面又小，在激光焊接时受热后极易变形，且变形量大，给拼焊带来了相当大的难度，所以薄板拼焊时拼接位置的对准和薄板的定位装夹显得极为关键。而目前薄板拼焊焊缝的对位和定位主要还是依赖操作人员的经验，用眼睛判别来对准，用手工移动来调整焊接位置，再用压板和螺钉将薄板固定。其缺点是：1、随意性大，焊接位置难找，定位精度差，影响焊接质量；2、夹持薄板的托板和压板与薄板焊面间的相对位置不确定，造成批量生产时的焊缝不一致；3、夹持薄板的托板和压板边缘距薄板焊接缝距离大，由于板的厚度极薄，薄板焊接部位受热变形，无法保证焊接处全部缝的高质量和一致性。

申请号为200410015618.1的专利揭示了一种提供给激光薄板切割焊接机的工件夹紧装置，采用复数个电磁铁和复数个气动夹紧机构，在微机控制下工件自动夹紧定位的装置。虽然实现了自动化，但工件定位控制和图像处理过程复杂，且定位精度受摄入图像信号的影响。另外夹紧电磁铁和气动夹紧机构分布间隔大，焊接时薄板受热易变形，不能保证薄板尤其是厚度小于0.3m的薄板整条焊接边缘都被均匀夹持和焊接。

申请号为200820062771.3的专利所述的是用焊枪焊接薄板的夹具，尽管采用上下压板均匀压住两薄板，但两薄板待焊接边缘相距1.5-2毫米，焊缝宽，不加焊料是无法将其焊在一起的，不能满足薄板的拼焊要求。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有薄板拼焊时拼接位置的对准和薄板的定位装夹技术的缺点，提供一种不锈钢或镍薄板激光拼焊对位装夹装置。

本实用新型的技术方案是：一种不锈钢或镍薄板进行激光拼焊的对位装夹装置，特点是，它包括激光头、XYZ三维平移RZ一维旋转运动机构、视频监测对位调整机构和磁铁气动装夹机构，所述XYZ三维平移RZ一维旋转运动机构包括X轴水平平移台、Y轴水平平移台、Z轴垂直平移台和绕Z轴转动的RZ旋转台，X轴运动方向为第一块薄板和第二块薄板的拼接方向，Y轴与X轴正交，所述激光头与Z垂直平移台相连接；所述视频监测对位调整机构包括CCD摄像系统、十字叉丝、视频监视器、基板、定位销和对位块，定位销用于定位对位块，对位块定位第一真空吸盘托板和第二真空吸盘托板、第一磁性压板和第二磁性压板，对位块定位装夹第一块薄板和第二块薄板，十字叉丝和CCD摄像系统相连接，与对位块的对位面和第一块薄板和第二块薄板焊面在一个成像面上，所述视频监视器与CCD摄像系统连接，CCD摄像系统与激光头相连接；所述磁铁气动装夹机构包括第一真空吸盘托板和第二真空吸盘托板、第一磁性压板和第二磁性压板、水晶玻璃压板、第一气缸组和第二气缸组、侧向压紧板、由拉簧和压簧组成的弹性元件，由钢质材料制成的并在表面置有多个气孔的第一真空吸盘托板和第二真空吸盘托板与第一磁性压板和第二磁性压板相吸，由真空吸盘托板真空吸力和磁性压板磁力对需拼焊薄板夹持实现初压紧，通过弹性元件使第一块薄板和第二块薄板的缝压实，再用第一气缸组和第一气缸组压紧第一块薄板和第二块薄板，实现拼焊薄板的定位装夹。特别适合于厚度小于0.3mm的不锈钢或镍薄板在激光拼焊时拼焊位置的对准、定位和装夹。

所述的XYZ三维平移RZ一维旋转运动机构的结构是X轴平移台固定在装置的基座上，一维旋转平台固定在X轴平移台上，Y轴平移台固定在基座的龙门架横梁上，Z轴平移台固定在Y轴平移台上。

所述对位块两侧面呈凹字形，同时定位真空吸盘托板、薄板和磁性压板，一侧的两端侧边凹陷和凹字形的凹面凹陷0.5-1mm，是第一薄板和第二薄板拼接的焊缝位置，对位块两端的高度与第一薄板和第二薄板焊接面一致。

本实用新型的有益效果是：提供一种不锈钢或镍薄板激光拼焊对位装夹装置，特别对厚度小于0.3mm不锈钢或镍薄板激光拼焊时拼接位置的对准和薄板的定位装夹更有效，解决薄板本身易变形和焊接时热应力作用导致薄板变形的薄板拼焊难的问题，装置结构简单，定位精度高，夹持压力均匀可靠，可有效提高薄板拼焊的质量和成品率。

附图说明

图1薄板激光拼焊对位装夹装置框架图；

图2薄板激光拼焊对位装夹装置总体结构图示意图；

图3对位块结构示意图；

图4装在基板上的磁铁气动装夹机构结构示意图；

图5采用水晶玻璃压板的定位装夹结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

一种不锈钢或镍薄板进行激光拼焊的对位装夹装置，由图1、图2、图4、图5所示，它包括激光头8、XYZ三维平移RZ一维旋转运动机构1、视频监测对位调整机构2和磁铁气动装夹机构3，所述XYZ三维平移RZ一维旋转运动机构1包括X轴水平平移台4、Y轴水平平移台5、Z轴垂直平移台6和绕Z轴转动的RZ旋转台7，X轴运动方向为第一块薄板17和第二块薄板18的拼接方向，Y轴与X轴正交，所述激光头8与Z垂直平移台6相连接，当Z平移台6上下运动时，激光头8和CCD摄像系统9一起上下移动，用于调节CCD摄像系统9成像面和焊接点的位置。所述视频监测对位调整机构2包括CCD摄像系统9、十字叉丝10、视频监视器11、基板12、定位销13和对位块14，定位销13用于定位对位块14，对位块14定位第一真空吸盘托板15和第二真空吸盘托板16、第一磁性压板19和第二磁性压板20，对位块14定位装夹第一块薄板17和第二块薄板18，十字叉丝10和CCD摄像系统9相连接，与对位块14的对位面和第一块薄板17、第二块薄板18的焊面在一个成像面上，所述视频监视器11与CCD摄像系统9连接，CCD摄像系统9与激光头8相连接。

所述磁铁气动装夹机构3固定在视频对位调整机构2的基板12上，基板12固定在RZ一维转动平台7上。所述磁铁气动装夹机构3包括第一真空吸盘托板15和第二真空吸盘托板16、第一磁性压板19和第二磁性压板20、水晶玻璃压板24、第一气缸组25和第二气缸组26、侧向压紧板21、由拉簧22和压簧23组成的弹性元件，由钢质材料制成的并在表面置有多个气孔的第一真空吸盘托板15和第二真空吸盘托板16与第一磁性压板19和第二磁性压板20相吸，由真空吸盘托板真空吸力和磁性压板磁力对需拼焊薄板夹持实现初压紧，通过弹性元件使第一块薄板17和第二块薄板18的缝压实，再用第一气缸组25和第二气缸26组压紧第一块薄板17和第二块薄板18，实现拼焊薄板的定位装夹。

由图2所示，XYZ三维平移RZ一维旋转运动机构的结构是X轴平移台4固定在装置的基座27上，绕Z轴转动的RZ旋转台7固定在X轴平移台4上，Y轴平移台5固定在基座27的龙门架横梁28上，Z轴平移台6固定在Y轴平移台5上。

由图3所示，对位块14两侧面呈凹字形，同时定位真空吸盘托板15、16、薄板17、18和磁性压板19、20，且三者边缘的相对位置保持在0.5-1mm之间平行，不需要调节间距和平行度，保证压力的均匀性和焊接的质量，实现对位和定位的一体化，一侧的两端侧边凹陷和凹字形的凹面凹陷0.5-1mm，是第一薄板17和第二薄板18拼接的焊缝位置，对位块14两端的高度与第一薄板17和第二薄板18焊接面一致。

利用上述不锈钢或镍薄板进行激光拼焊的对位装夹装置，对不锈钢和镍薄板进行激光拼焊的对位方法，包括如下步骤：

1）将两定位销13固定在基板12上，对位块14的右侧紧靠两定位销13，然后

用螺钉固定在基板12上。

2)将十字叉丝10与对位块14的对位面和薄板17和18的焊面放在一个成像面上，

通过Z平移台6移动可以上下调焦，通过CCD9，在视频监测器11上可以观测对位块14两端侧边和十字叉丝10交叉点的相对位置。转动RZ旋转平台7，移动Y轴平移台5，可以调整对位块14两端凹陷侧边和十字叉丝10的相对位置。来回移动X平移台4，反复微调RZ旋转平台7和Y平移台5，使对位块14两端凹陷侧边始终在十字叉丝10的交叉点上。锁定RZ旋转平台7和Y平移台5，完成薄板拼接缝的位置对准，保证激光焊点始终在两薄板的拼接缝上。

利用上述不锈钢或镍薄板进行激光拼焊的对位装夹装置，对不锈钢和镍薄板进行激光拼焊的定位装夹方法，采用二种方法：

1）定位装夹方法之一，如图4所示，包括如下步骤：

a)      将真空吸盘托板15的侧面紧贴对位块14有两端凹陷的一侧面，然后固定在

基板12上，薄板17置于真空吸盘托板15上紧贴对位块14的一侧面并被真空吸住。将磁性压板19置于薄板17上也紧贴对位块14的一侧面，并通过与钢质真空吸盘托板15间的磁力夹持住薄板17。因对位块14两侧面呈凹字形，薄板17突出真空吸盘托板15和磁性压板19侧边0.5-1mm，与对位块14的一侧边的凹陷尺寸一致，完成薄板17的初压紧。

b)      启动气缸组25，从上往下顶住磁性压板19，将薄板17压紧，完成薄板17

的定位装夹。

c)      真空吸盘托板16置于定位块14的另一侧，通过拉簧22固定在基板14上，

一侧紧贴对位块14的另一侧面，真空吸盘托板16的另一侧受压簧23侧向作用，使其紧靠对位块14。薄板18置于真空吸盘托板16上紧贴对位块14的另一侧面并被真空吸住。将磁性压板20置于薄板18上也紧贴对位块14的另一侧面，并通过与钢质真空吸盘托板16间的磁力夹持住薄板18。因对位块14两侧面呈凹字形，薄板18突出真空吸盘托板16和磁性压板20侧边0.5-1mm，与对位块14另一侧边的凹陷尺寸一致，完成薄板18的初压紧。

d)      抽去固定在基板12上的对位块14，真空吸盘托板16受压簧23的侧向作用，

使薄片18紧贴薄片17。压簧23的侧向作用力要小于真空吸盘托板16和磁性压板20对薄板18的夹持力，以确保薄板18与真空吸盘托板16和磁性压板20的相对位置保持不变。

e)      启动气缸组26，从上往下顶住磁性压板20，将薄板18压紧，完成薄板18

的定位装夹。

f) 开启激光和X平移台4，可实现X方向的激光薄板拼焊。

2）定位装夹方法之二，如图5所示，包括如下步骤：

a)      将真空吸盘托板15的侧面紧贴对位块14有两端凹陷的一侧面，然后固定在基

板12上，薄板17置于真空吸盘托板15上紧贴对位块14的一侧面并被真空吸住。将磁性压板19置于薄板17上，压住薄板17的外侧，并通过与钢质真空吸盘托板15间的磁力夹持住薄板17。因对位块14两侧面呈凹字形，薄板17突出真空吸盘托板15的侧边0.5-1mm，与对位块14的一侧边的凹陷尺寸一致，完成薄板17的初压紧。

b)      真空吸盘托板16置于定位块14的另一侧，通过拉簧22固定在基板12上，一

侧紧贴对位块14的另一侧面，真空吸盘托板16的另一侧受压簧23侧向作用，使其紧靠对位块1。薄板18置于真空吸盘托板16上紧贴对位块14的另一侧面并被真空吸住。将磁性压板20置于薄板18上，压住薄板18的外侧，并通过与钢质真空吸盘托板16间的磁力夹持住薄板18。也紧贴对位块14的另一侧面，并通过与钢质真空吸盘托板16间的磁力夹持住薄板18。因对位块14两侧面呈凹字形，薄板18突出真空吸盘托板16的侧边0.5-1mm，与对位块14另一侧边的凹陷尺寸一致，完成薄板18的初压紧。

c)      抽去固定在基板12上的对位块14，真空吸盘托板16受压簧23的侧向作用，

使薄片18紧贴薄片17。压簧23的侧向作用力要小于真空吸盘托板16和磁性压板20对薄板18的夹持力，以确保薄板18与真空吸盘托板16和磁性压板20的相对位置保持不变。

d)      将一块宽度尺寸小于两磁性压板19和20间距的水晶玻璃板24置于两薄板17

和18上，启动气缸组25和26，从上往下顶住水晶玻璃板24两边，将两薄板17和18同时压紧，完成两薄板17和18的定位装夹。

e)      开启激光和X平移台4，可实现X方向的激光薄板拼焊。

定位装夹方法二采用水晶玻璃板和气缸组压紧两薄板，使两薄板拼接边缘被完

全压平，避免薄板拼接时受热变形而影响焊缝质量。

不锈钢或镍薄板拼焊的对位装夹方法在批量加工时，完成第一次对位后，锁定RZ转动平台和与拼焊方向垂直的Y平移台，以后每次装夹薄板不再需要对位，只需定位就可以。

Claims (3)

1.一种不锈钢或镍薄板激光拼焊对位装夹装置，其特征在于，它包括激光头、XYZ

三维平移RZ一维旋转运动机构、视频监测对位调整机构和磁铁气动装夹机构，所述XYZ三维平移RZ一维旋转运动机构包括X轴水平平移台、Y轴水平平移台、Z轴垂直平移台和绕Z轴转动的RZ旋转台，X轴运动方向为第一块薄板和第二块薄板的拼接方向，Y轴与X轴正交，所述激光头与Z垂直平移台相连接；所述视频监测对位调整机构包括CCD摄像系统、十字叉丝、视频监视器、基板、定位销和对位块，定位销用于定位对位块，对位块定位第一真空吸盘托板和第二真空吸盘托板、第一磁性压板和第二磁性压板，对位块定位装夹第一块薄板和第二块薄板，十字叉丝和CCD摄像系统相连接，与对位块的对位面和第一块薄板和第二块薄板焊面在一个成像面上，所述视频监视器与CCD摄像系统连接，CCD摄像系统与激光头相连接；所述磁铁气动装夹机构包括第一真空吸盘托板和第二真空吸盘托板、第一磁性压板和第二磁性压板、水晶玻璃压板、第一气缸组和第二气缸组、侧向压紧板、由拉簧和压簧组成的弹性元件，由钢质材料制成的并在表面置有多个气孔的第一真空吸盘托板和第二真空吸盘托板与第一磁性压板和第二磁性压板相吸，由真空吸盘托板真空吸力和磁性压板磁力对需拼焊薄板夹持实现初压紧，通过弹性元件使第一块薄板和第二块薄板的缝压实，再用第一气缸组和第一气缸组压紧第一块薄板和第二块薄板，实现拼焊薄板的定位装夹。

2.根据权利要求1所述的不锈钢或镍薄板激光拼焊对位装夹装置，其特征在于，所述的XYZ三维平移RZ一维旋转运动机构的结构是X轴平移台固定在装置的基座上，一维旋转平台固定在X轴平移台上，Y轴平移台固定在基座的龙门架横梁上，Z轴平移台固定在Y轴平移台上。

3. 根据权利要求1所述的不锈钢或镍薄板激光拼焊对位装夹装置，其特征在于，所述对位块两侧面呈凹字形，同时定位真空吸盘托板、薄板和磁性压板，一侧的两端侧边凹陷凹字形的凹面凹陷0.5-1mm，是第一薄板和第二薄板拼接的焊缝位置，对位块两端的高度与第一薄板和第二薄板焊接面一致。

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