CN210334661U - 一种用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，包括制冷单元、光纤耦合器、准直转向单元、旋转模块、三光斑光学模块、相机、转向模块、弹簧伸缩接触单元、焊丝引导模块和保护气单元，所述弹簧伸缩接触单元设置在转向模块的侧壁上，所述焊丝引导模块设置在弹簧伸缩接触单元上，所述焊丝引导模块上设有焊丝。本实用新型所述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，通过本实用新型设备，在焊接过程中，利用焊丝进行焊缝跟踪，通过气缸控制，保证加工轨迹永远处于待加工焊接位置，同时能够弥补工件的装配间隙，另外，与焊丝引导模块的相连接的弹簧伸缩单元，借助弹簧，保证焊丝与工作焦点永远处于同一平面，即工作平面。

Description

一种用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统

技术领域

本实用新型属于激光焊接技术领域，特别涉及一种用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统。

背景技术

在汽车车顶激光钎焊工艺中，激光焊接设备、侧围顶盖板件间的匹配状态、以及板件的材料等因素都会对焊缝质量产生较大的影响；另外，根据车身外观质量的设定，顶盖激光钎焊焊道为可视外观，这就对激光钎焊的焊接质量成型有着极高的要求。传统的焊接车顶激光焊接工具，很难形成质量较好，成型美观的焊缝。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服以上不足，本实用新型的目的是提供一种用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，解决了车顶焊接接头成型美观难，焊接形成的焊缝中会存在气孔和裂纹，以及焊接过程中产生飞溅等问题。

技术方案：一种用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，包括制冷单元、光纤耦合器、准直转向单元、旋转模块、三光斑光学模块、相机、转向模块、弹簧伸缩接触单元、焊丝引导模块和保护气单元，所述制冷单元设置在光纤耦合器上，所述光纤耦合器与准直转向单元连接，所述准直转向单元与旋转模块连接，所述旋转模块上设有光斑光学模块，所述光斑光学模块远离旋转模块的另一端设有转向模块，所述相机和保护气单元分别设置在转向模块的上下两端，所述弹簧伸缩接触单元设置在转向模块的侧壁上，所述焊丝引导模块设置在弹簧伸缩接触单元上，所述焊丝引导模块上设有焊丝。

进一步的，上述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，所述旋转模块上设有一组传感器。

进一步的，上述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，所述转向模块和保护气单元之间设有保护镜片模块。

进一步的，上述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，所述弹簧伸缩接触单元包括支撑架、盖板、滑块和弹簧，所述支撑架固定设置在转向模块上，并且支撑架的下端部位置低于转向模块的下端面设置的保护气单元的位置，所述盖板罩设在支撑架上，所述滑块和弹簧设置在盖板和支撑架所围腔体内，并且滑块和弹簧连接。

进一步的，上述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，所述旋转模块包括气缸、旋转块、转轴、安装支架、锁紧环、连接环和外罩壳，所述安装支架通过锁紧环罩设在外罩壳的开口端，所述气缸设置在外罩壳内，并且气缸和转轴连接，所述旋转块设置在外罩壳远离安装支架的侧壁上，并且旋转块与转轴连接，所述连接环设置在安装支架上，并且旋转模块通过连接环和准直转向单元连接。

进一步的，上述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，所述外罩壳的侧壁上设有机器人连接板，所述旋转模块通过机器人连接板与激光头和防碰撞传感器连接。

进一步的，上述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，所述保护镜片模块上设有监测器。

本实用新型还提供一种用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统的工作方法，包括以下步骤：

1）给气缸输入一个数值，让激光头处于一个自重的位置，旋转模块处于平衡的状态，即没有旋转角度；

2）在焊接过程中，首先让激光头处于固定平衡状态，在检测焊接轨迹无误后，焊接之前，给气缸输入一个数值，让激光头处于自由状态，通过旋转模块给激光头一个角度，用于定位和力学校准；

3）在焊接过程中，由气缸控制焊丝引导模块X方向焊缝的位置，能够精确的完成对焊缝偏移的补偿；

4）在焊接过程中，弹簧伸缩接触单元有一个自适应的功能，会进行Z轴方向位置的实时补偿，使焊丝尖端熔化的位置与焦点位置始终保持同一高度，保证焊后得到成型较好的焊缝。

本实用新型还提供一种用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统的工作方法，还包括以下步骤：

5）三光斑光学模块将激光器发出的光束分为三束激光光束，在焊缝间隙坡口内形成三个聚焦光斑，呈三角形排列；

本实用新型还提供一种用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统的工作方法，还包括以下步骤：

6）一组传感器中两边的两个传感器检测旋转模块的极限状态，焊缝容忍焊丝可达的极限位置，中间的传感器是反馈焊接过程中焊丝引导焊缝跟踪是否处于正常的工作状态。

上述技术方案可以看出，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型所述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，通过本实用新型设备，在焊接过程中，利用焊丝进行焊缝跟踪，通过气缸控制，保证加工轨迹永远处于待加工焊接位置，同时能够弥补工件的装配间隙，另外，与焊丝引导模块的相连接的弹簧伸缩单元，借助弹簧，保证焊丝与工作焦点永远处于同一平面，即工作平面。

附图说明

图1为本实用新型所述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型所述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统的爆炸图；

图3为本实用新型所述的弹簧伸缩接触单元和焊丝引导模块的爆炸图；

图4为本实用新型所述的旋转模块的爆炸图。

图中：制冷单元1、光纤耦合器2、准直转向单元3、旋转模块4、气缸41、旋转块42、转轴43、安装支架44、锁紧环45、连接环46、外罩壳47、机器人连接板48、三光斑光学模块5、相机6、转向模块7、弹簧伸缩接触单元8、支撑架81、盖板82、滑块83、焊丝引导模块9、保护气单元10、传感器20、保护镜片模块30。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。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。

实施例

如图1、2所示的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，包括制冷单元1、光纤耦合器2、准直转向单元3、旋转模块4、三光斑光学模块5、相机6、转向模块7、弹簧伸缩接触单元8、焊丝引导模块9和保护气单元10，所述制冷单元1设置在光纤耦合器2上，所述光纤耦合器2与准直转向单元3连接，所述准直转向单元3与旋转模块4连接，所述旋转模块4上设有光斑光学模块5，所述光斑光学模块5远离旋转模块4的另一端设有转向模块7，所述相机6和保护气单元10分别设置在转向模块7的上下两端，所述弹簧伸缩接触单元8设置在转向模块7的侧壁上，所述焊丝引导模块9设置在弹簧伸缩接触单元8上，所述焊丝引导模块9上设有焊丝。此外，旋转模块4上设有一组传感器20。一组传感器20设置的数目为3个，呈一列设置，两边的两个传感器检测旋转模块的极限状态，焊缝容忍焊丝可达的极限位置，中间的传感器是反馈信号是焊接过程中焊丝引导焊缝跟踪处于正常工作状态。上述连接结构中，通过光纤耦合器2连接光源的光纤电缆。准直转向单元3内置一个抛物状的镜片，实现从激光源发出的光束的两个功能，1.对发散角的激光进行发散角的压缩，使其从光缆中接收到的激光达到平行光传输的作用，并且获得更高的激光传输效率；2实现光束45°的偏转，进行45°方向的传输。三光斑光学模块5将激光器发出的光束分为三束激光光束，在焊缝间隙坡口内形成三个聚焦光斑，呈三角形排列。三个光斑的能量分布均可调，并且前置两个小光斑的位置也可调节，能量及位置的调节可以根据待焊接材料的本征特征及接头形式调节。此工艺一般用在白车身车顶，前后盖等部位，前置光斑可以在焊接过程中较好的达到预热的作用，并且同时能够去除车身用材上的锌层，较好的控制焊接过程中熔化的熔池液态金属的流动模式，防止焊接过程中出现飞溅等现象，焊后产生咬边，焊道凸起等缺陷，可以较好的改善焊缝成型。光学聚焦模块：光束整形模块，通过校准轮单向调整焦点。另外，转向模块7和保护气单元10之间设有保护镜片模块30。并且，保护镜片模块30上设有监测器。保护镜片模块30在焊接过程中，会产生飞溅的现象，或者被焊接材料的本征高反等现象，会污染镜组（聚焦镜），降低热源的输入以及烧损镜组，所以在光束方向即聚焦镜下面设有保护镜片模块，通过内置抽屉式的抽拉装置，便于快速更换保护镜片。另外，在抽屉式滑盖上装有监视器，通过温度及光反射光传感器反馈当前保护镜片的状态，设备设有预警值及警报值，将温度的变换以及镜片接收到的光的多少，定义为模拟信号0-10V内，通过传感器信号转化为模拟信号，反馈保护镜片的当前的时候用情况，是否需要更换。

上述结构中，焊丝引导模块用于固定焊丝，定义引导焊丝的加工位置，设置焊丝前段的长度。在焊接前，由于工件的尺寸偏差导致工件装配时待焊焊缝前后轨迹在坐标上有数值偏差，另外面对较复杂的不在一条直线上或者带有较大弧度的曲线的焊缝，利用此焊接工艺，可以获得成型较好的焊缝。固定焊丝，定义引导焊丝的加工位置，设置焊丝前段的长度。

制冷单元1可以保护光学模块，模块内装有光纤端的保护镜片。保护镜片上有一定尺寸厚度的镀膜，在工作的过程中，光纤传输激光的通过此镜片时，镀膜会吸收部分能量，使保护镜片产生一定的温度，高于镜片正常的工作温度，从而影响光束传输的路径及光束质量。所以制冷单元内部外壳及保护镜片之间安装有圆环金属，外部安装有循环水，通过冷却金属元件从而降低保护镜片的温度。

保护气单元10在焊接过程中，由于工作环境及焊接飞溅，会污染保护激光头的光学部分，通过横向气体的保护，延长保护镜片的使用寿命，另外保证有效激光功率的传输。

如图3所示的弹簧伸缩接触单元8包括支撑架81、盖板82、滑块83和弹簧（图中省略未示出），所述支撑架81固定设置在转向模块7上，并且支撑架81的下端部位置低于转向模块7的下端面设置的保护气单元10的位置，所述盖板82罩设在支撑架81上，所述滑块83和弹簧设置在盖板82和支撑架81所围腔体内，并且滑块83和弹簧连接。在焊接过程中，由于焊件本身的平整度及焊接过程中由于焊接较小的热变形，会影响激光光束焦点位置在Z轴方向产生少许的位移偏差，在焊接过程中，弹簧伸缩单元有一个自适应的功能，会进行Z轴方向位置的实时补偿，使焊丝尖端熔化的位置与焦点位置始终保持同一高度，保证焊后得到成型较好的焊缝。

如图4所示的旋转模块4包括气缸41、旋转块42、转轴43、安装支架44、锁紧环45、连接环46和外罩壳47，所述安装支架44通过锁紧环45罩设在外罩壳47的开口端，所述气缸41设置在外罩壳47内，并且气缸41和转轴43连接，所述旋转块42设置在外罩壳47远离安装支架44的侧壁上，并且旋转块42与转轴43连接，所述连接环46设置在安装支架44上，并且旋转模块4通过连接环46和准直转向单元3连接。此外，外罩壳47的侧壁上设有机器人连接板48，所述旋转模块4通过机器人连接板48与激光头和防碰撞传感器连接。前部组件相对于后补组件的摆动，另外通过气缸控制，给气缸输入一个数值，让激光头处于一个自重的位置，旋转单元处于平衡的状态，即没有旋转角度。在焊接过程中，首先让激光头处于固定平衡状态，有利于机器人焊前示教，在检测焊接轨迹无误后，焊接之前，给气缸输入一个数值，让激光头处于自由状态，通过旋转模块给激光头一个角度，用于定位和力学校准，在焊接过程中，由气缸控制焊丝引导机构X方向焊缝的位置，能够精确的完成对焊缝偏移的补偿。

基于上述结构的基础上，本实用新型一种用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统的工作方法，包括以下步骤：

1）给气缸41输入一个数值，让激光头处于一个自重的位置，旋转模块4处于平衡的状态，即没有旋转角度；

2）在焊接过程中，首先让激光头处于固定平衡状态，在检测焊接轨迹无误后，焊接之前，给气缸41输入一个数值，让激光头处于自由状态，通过旋转模块4给激光头一个角度，用于定位和力学校准；

3）在焊接过程中，由气缸41控制焊丝引导模块9X方向焊缝的位置，能够精确的完成对焊缝偏移的补偿；

4）在焊接过程中，弹簧伸缩接触单元8有一个自适应的功能，会进行Z轴方向位置的实时补偿，使焊丝尖端熔化的位置与焦点位置始终保持同一高度，保证焊后得到成型较好的焊缝。

上述工作方法还包括以下步骤：

5）三光斑光学模块5将激光器发出的光束分为三束激光光束，在焊缝间隙坡口内形成三个聚焦光斑，呈三角形排列；

6）一组传感器20中两边的两个传感器检测旋转模块4的极限状态，焊缝容忍焊丝可达的极限位置，中间的传感器是反馈焊接过程中焊丝引导焊缝跟踪是否处于正常的工作状态。

焊丝引导模块9上的焊丝有两个作用：1）作为钎料通过激光源熔化焊丝，填充焊缝，形成焊接接头；2）由于工件的尺寸偏差，导致工件装配时在待焊焊缝前后轨迹会在坐标上有数值偏差，另外面对较复杂的不在一条直线上或者带有较大弧度的曲线的焊缝，用焊丝作引导，利用气缸控制的原理控制（具体为旋转模块4的工作原理），让激光发出的工作光斑永远在焊接的正确位置。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，其特征在于：包括制冷单元（1）、光纤耦合器（2）、准直转向单元（3）、旋转模块（4）、三光斑光学模块（5）、相机（6）、转向模块（7）、弹簧伸缩接触单元（8）、焊丝引导模块（9）和保护气单元（10），所述制冷单元（1）设置在光纤耦合器（2）上，所述光纤耦合器（2）与准直转向单元（3）连接，所述准直转向单元（3）与旋转模块（4）连接，所述旋转模块（4）上设有光斑光学模块（5），所述光斑光学模块（5）远离旋转模块（4）的另一端设有转向模块（7），所述相机（6）和保护气单元（10）分别设置在转向模块（7）的上下两端，所述弹簧伸缩接触单元（8）设置在转向模块（7）的侧壁上，所述焊丝引导模块（9）设置在弹簧伸缩接触单元（8）上，所述焊丝引导模块（9）上设有焊丝。

2.根据权利要求1所述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，其特征在于：所述旋转模块（4）上设有一组传感器（20）。

3.根据权利要求1或2所述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，其特征在于：所述转向模块（7）和保护气单元（10）之间设有保护镜片模块（30）。

4.根据权利要求3所述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，其特征在于：所述弹簧伸缩接触单元（8）包括支撑架（81）、盖板（82）、滑块（83）和弹簧，所述支撑架（81）固定设置在转向模块（7）上，并且支撑架（81）的下端部位置低于转向模块（7）的下端面设置的保护气单元（10）的位置，所述盖板（82）罩设在支撑架（81）上，所述滑块（83）和弹簧设置在盖板（82）和支撑架（81）所围腔体内，并且滑块（83）和弹簧连接。

5.根据权利要求3所述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，其特征在于：所述旋转模块（4）包括气缸（41）、旋转块（42）、转轴（43）、安装支架（44）、锁紧环（45）、连接环（46）和外罩壳（47），所述安装支架（44）通过锁紧环（45）罩设在外罩壳（47）的开口端，所述气缸（41）设置在外罩壳（47）内，并且气缸（41）和转轴（43）连接，所述旋转块（42）设置在外罩壳（47）远离安装支架（44）的侧壁上，并且旋转块（42）与转轴（43）连接，所述连接环（46）设置在安装支架（44）上，并且旋转模块（4）通过连接环（46）和准直转向单元（3）连接。

6.根据权利要求5所述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，其特征在于：所述外罩壳（47）的侧壁上设有机器人连接板（48），所述旋转模块（4）通过机器人连接板（48）与激光头和防碰撞传感器连接。

7.根据权利要求3所述的用于激光钎焊的焊丝引导的焊缝跟踪系统，其特征在于：所述保护镜片模块（30）上设有监测器。

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