CN210755843U

CN210755843U - 一种可自动定位及检测的激光焊接设备

Info

Publication number: CN210755843U
Application number: CN201921314982.6U
Authority: CN
Inventors: 叶祖福; 陈云华; 周凯; 王熙泽; 游新; 朱传森; 吴苶
Original assignee: Huagong Farley Cutting and Welding System Engineering Co Ltd
Current assignee: Huagong Farley Cutting and Welding System Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2029-08-14

Abstract

本实用新型属于焊接技术领域，具体涉及一种可自动定位及检测的激光焊接设备，包括激光焊接头、控制器、用于对工件进行定位和质量检测的第一检测装置、用于对焊接位置进行定位的第二检测装置以及用于对焊缝质量进行实时监测的激光焊接实时监测系统；第一检测装置、第二检测装置和激光焊接实时监测系统均安装于激光焊接头上，第一检测装置、第二检测装置以及激光焊接实时监测系统均与控制器连接。本实用新型通过第一检测装置在焊接前对来料自动定位和质量检测，通过第二检测装置在焊接时对焊接位置定位，并通过激光焊接实时监测系统对焊接过程参数自动记录来对焊缝质量进行监控，提高了生产效率，生产过程可控，且对焊接质量可追溯。

Description

一种可自动定位及检测的激光焊接设备

技术领域

本实用新型属于焊接技术领域，具体涉及一种可自动定位及检测的激光焊接设备，可应用于工业热传导行业，如工业制冷、制热设备中的盘管散热器、板管散热器等产品的焊接。

背景技术

随着工业智能化的飞速发展，其在激光制造领域也得到广泛的应用。以热传导行业的管板焊接为例，目前，管板焊接都采用传统的氩弧焊工艺，工件焊接后变形大、效率不高，制约着此行业进一步发展。氩弧焊设备对操作人员技能水平要求高，需要操作人员实施观察焊接熔池，适时调整电流，否则易产生焊接缺陷。此外，氩弧焊的焊缝质量检测需要焊后通过试剂或超声波检测，焊接缺陷不易被发现。一旦缺陷遗漏至最终产品，流转到客户，不管是对公司声誉还是产品质保维修，都是巨大损失。随着客户对产品质量意识的提高，需要提供产品制造过程中的相关工艺数据，传统的氩弧焊工艺是很难满足的。

目前应用的数控机床式管板焊接系统，能降低工人劳动强度，实现焊接自动化，但无法满足氩弧焊焊接过程工艺参数实时记录的要求，以及无法解决焊缝质量需要专门检测的问题。因此，有必要提供一种可自动定位及检测的激光焊接设备以解决现有工艺的不足。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种可自动定位及检测的激光焊接设备，能够提高生产效率，且焊接数据可追溯，能自动判别焊接质量。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为一种可自动定位及检测的激光焊接设备，包括激光焊接头、控制器、用于对工件进行定位和质量检测的第一检测装置、用于对工件的焊接位置进行定位的第二检测装置以及用于对焊缝质量进行实时监测的激光焊接实时监测系统；所述第一检测装置、所述第二检测装置和所述激光焊接实时监测系统均安装于所述激光焊接头上，所述第一检测装置、所述第二检测装置以及所述激光焊接实时监测系统均与所述控制器连接。

进一步地，所述第一检测装置包括3D相机，所述3D相机固定于所述激光焊接头上，并与所述控制器连接；所述第二检测装置包括2D相机，所述2D相机固定于所述激光焊接头上，并与所述控制器连接。

进一步地，所述激光焊接设备还包括机器人、机器人行走轴和三轴模组，所述机器人行走轴设置于焊接平台的一侧，所述机器人滑动安装于所述机器人行走轴上，所述机器人的执行端安装有用于驱动所述激光焊接头沿X轴、Y轴、Z轴移动的三轴模组；所述机器人和所述三轴模组均与所述控制器连接。

进一步地，所述三轴模组包括用于驱动所述激光焊接头沿X轴方向移动的X轴模组、用于驱动所述激光焊接头沿Y轴方向移动的Y轴模组以及用于驱动所述激光焊接头沿Z轴方向移动的Z轴模组，所述X轴模组、所述Y轴模组以及所述Z轴模组均与所述控制器连接。

更进一步地，所述激光焊接头可移动地设置于所述Z轴模组上，所述Z轴模组可移动地设置于所述Y轴模组上，所述Y轴模组可移动地设置于所述X轴模组上，所述X轴模组通过焊接头连接座与所述机器人的执行端固定。

更进一步地，所述X轴模组包括X轴滑轨、X轴电机和X轴运动板，所述Y轴模组固定于所述X轴运动板，所述X轴电机通过X轴丝杆驱动所述X轴运动板沿X轴滑轨运动。

更进一步地，所述Y轴模组包括Y轴滑轨、Y轴电机和Y轴运动板，所述Z轴模组固定于所述Y轴运动板，所述Y轴电机通过Y轴丝杆驱动所述Y轴运动板沿Y轴滑轨运动。

更进一步地，所述Z轴模组包括Z轴滑轨、Z轴电机和Z轴运动板，所述激光焊接头固定于所述Z轴运动板，所述Z轴电机通过Z轴丝杆驱动所述Z轴运动板沿Z轴滑轨运动。

进一步地，所述机器人为六轴机器人，所述六轴机器人通过机器人底座滑动安装于所述机器人行走轴上。

进一步地，所述激光焊接实时监测系统包括用于实时监测激光背光反射、焊缝熔池温度以及熔池上方等离子体云的激光监测传感器，所述激光监测传感器与所述控制器连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型提供的激光焊接设备通过第一检测装置在焊接前对来料进行自动定位和质量检测，通过第二检测装置在焊接时对焊接位置进行定位，并通过激光焊接实时监测系统对焊接过程参数自动记录来对焊缝质量进行实时监控，使生产过程便得可控，对焊接过程质量可进行追溯；

（2）本实用新型提供的激光焊接设备可以解决现有氩弧焊无法对焊接过程进行参数记录追溯、焊接质量不可控的难题，同时实现焊接前对工件自动定位和质量检测，降低工艺难度，提高加工效率；

（3）本实用新型提供的激光焊接设备采用三轴模组与机器人配合画的轨迹精度更高，可以更好的保障焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的可自动定位及检测的激光焊接设备的结构示意图；

图2为图1中的A处的放大示意图；

图3为焊缝的示意图；

图中：1、焊接平台，2、机器人行走轴，3、机器人底座，4、旋转拖链，5、机器人，6、接线盒，7、光纤支架，8、焊接头连接座，9、Z轴模组，10、激光焊接实时监测系统，11、激光焊接头，12、第一检测装置，13、X轴模组，14、Y轴模组，15、第二检测装置，16、同轴保护气装置，17、换热管，18、管板，19、焊缝。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。

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。

如图1-图2所示，本实用新型实施例提供一种可自动定位及检测的激光焊接设备，包括激光焊接头11、控制器、用于对工件进行定位和质量检测的第一检测装置12、用于对工件的焊接位置进行定位的第二检测装置15以及用于对焊缝质量进行实时监测的激光焊接实时监测系统10；所述第一检测装置12、所述第二检测装置15和所述激光焊接实时监测系统10均安装于所述激光焊接头11上，所述第一检测装置12、所述第二检测装置15以及所述激光焊接实时监测系统10均与所述控制器连接。本实施例通过第一检测装置12在焊接前对来料进行自动定位和质量检测，通过第二检测装置15在焊接时对焊接位置进行定位，并通过激光焊接实时监测系统10对焊接过程参数自动记录来对焊缝质量进行实时监控，能够提高生产效率，使生产过程便得可控，对焊接过程质量可进行追溯。

进一步地，所述第一检测装置12包括3D相机和3D相机底座，所述3D相机固定于3D相机底座上，3D相机底座固定于激光焊接头11上，且3D相机与所述控制器连接；所述第二检测装置15包括2D相机和2D相机底座，所述2D相机固定于2D相机底座上，2D相机底座固定于激光焊接头11上，且2D相机与所述控制器连接；3D相机和2D相机将拍摄的图片信息实时传递给控制器，控制器根据该信息对工件进行定位和检测。

进一步地，所述激光焊接设备还包括机器人5、机器人行走轴2和三轴模组，所述机器人行走轴2设置于焊接平台1的一侧，所述机器人5滑动安装于所述机器人行走轴2上，所述机器人5的执行端安装有用于驱动所述激光焊接头11沿X轴、Y轴、Z轴移动的三轴模组；所述机器人5和所述三轴模组均与所述控制器连接。本实施例采用三轴模组与机器人5配合画的轨迹精度更高，可以更好的保障焊接质量。

更进一步地，所述三轴模组包括用于驱动所述激光焊接头11沿X轴方向移动的X轴模组13、用于驱动所述激光焊接头11沿Y轴方向移动的Y轴模组14以及用于驱动所述激光焊接头11沿Z轴方向移动的Z轴模组9，所述X轴模组13、所述Y轴模组14以及所述Z轴模组9均与所述控制器连接。更进一步地，所述激光焊接头11可移动地设置于所述Z轴模组9上，所述Z轴模组9可移动地设置于所述Y轴模组14上，所述Y轴模组14可移动地设置于所述X轴模组13上，所述X轴模组13通过焊接头连接座8与所述机器人5的执行端固定。作为一种实施方式，所述X轴模组13包括X轴滑轨、X轴电机和X轴运动板，所述Y轴模组14固定于所述X轴运动板，所述X轴电机通过X轴丝杆驱动所述X轴运动板沿X轴滑轨运动；所述Y轴模组14包括Y轴滑轨、Y轴电机和Y轴运动板，所述Z轴模组9固定于所述Y轴运动板，所述Y轴电机通过Y轴丝杆驱动所述Y轴运动板沿Y轴滑轨运动；所述Z轴模组9包括Z轴滑轨、Z轴电机和Z轴运动板，所述激光焊接头11固定于所述Z轴运动板，所述Z轴电机通过Z轴丝杆驱动所述Z轴运动板沿Z轴滑轨运动；X轴电机、Y轴电机和Z轴电机均与控制器连接，控制器根据相机获取的位置信息控制电机驱使激光焊接头11移动到相应地位置，实现精确定位。本实施例中X轴模组13、Y轴模组14和Z轴模组9还可以采用其他可以实现的形式。

进一步地，所述机器人5为六轴机器人，所述六轴机器人通过机器人底座3滑动安装于所述机器人行走轴2上。进一步地，所述机器人行走轴2包括行走导轨以及用于驱动机器人5沿所述行走导轨移动的驱动机构，所述驱动机构与所述控制器连接，通过控制器控制驱动机构驱使机器人5沿行走导轨移动。机器人底座3上还安装有选装拖链4，在机器人5第一轴运动时保护光纤不被折断，光纤要求弯曲半径大于200mm。机器人5的顶部设有接线盒6用于连接通讯信号线，转接信号。激光焊接头11通过光纤与激光发生器连接；机器人5的执行端设有光纤支架7，保证光纤与激光焊接头11的连接位置处光纤的弯曲半径大于200。

进一步地，所述激光焊接实时监测系统10包括用于实时监测激光背光反射、焊缝熔池温度以及熔池上方等离子体云的激光监测传感器，所述激光监测传感器与所述控制器连接，激光监测传感器将获取的焊缝的信息输送给控制器。

进一步地，所述激光焊接头11上还设有同轴保护气装置16，在熔覆过程中引入同轴气体保护，可以使熔池处于惰性气体保护中，保证熔覆层的性能。

采用本实施例提供的激光焊接设备对管板换热器进行焊接，焊接平台1为工作位，当工件落位在焊接平台1上，通过焊接平台1上的定位块初定位后，所有人员退出焊接工作位至围栏外。启动设备，机器人5带着3D相机对工件位置精确定位，确定工件所需焊接范围及工件质量，如果工件尺寸超出机器人5本身的可达范围，则由机器人行走轴2移动来实现机器人5工作半径补偿，工件质量检测主要是检测换热管17壁与管板18的间隙、换热管17端面与管板18面高度差，如图3所示；对装配不合格的单元记录标识并停止对其进行下一步拍照定位及焊接动作，自动跳过装配不合格的单元；检测焊接单元满足焊接条件后，由2D相机对焊接单元进行拍照，确定焊接位置坐标，然后设备自动调用三轴模组（X轴、Y轴、Z轴）进行激光焊接圆形焊缝。使用三轴模组配合机器人5进行圆形焊缝焊接相较于机器人5本身走圆形轨迹精度要高，特别是在圆的直径小于φ12的情况下，三轴模组通过数控走插补的形式，画的轨迹精度更高，可以更好的保障焊接质量。本实施例的管板18换热器工件有若干焊接单元组成，智能化焊接设备根据程序轨迹重复以上流程动作，实现整个产品的焊接。

在激光焊接过程中，激光焊接实时监测系统10对焊接质量进行实时记录并判断其参数是否与设定参数超差，该系统通过激光监测传感器实时监测焊接的激光背光反射、焊缝熔池温度以及熔池上的等离子体云，来计算实际输入工件的激光功率，从而判断焊缝的质量是否合格。对功率异常的焊接单元，则在单元显眼位置通过小功率激光打标，予以标识，并按照设定规则记录每个焊接单元的实时焊接信息，为实现焊接过程质量监控提供了保障。本实施例中所采用的控制器为现有的控制器，通过拍照信息对工件定位及质量检测、对焊接位置定位以及对焊缝进行质量检测，不涉及对PLC程序的改进。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种可自动定位及检测的激光焊接设备，其特征在于：包括激光焊接头、控制器、用于对工件进行定位和质量检测的第一检测装置、用于对工件的焊接位置进行定位的第二检测装置以及用于对焊缝质量进行实时监测的激光焊接实时监测系统；所述第一检测装置、所述第二检测装置和所述激光焊接实时监测系统均安装于所述激光焊接头上，所述第一检测装置、所述第二检测装置以及所述激光焊接实时监测系统均与所述控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种可自动定位及检测的激光焊接设备，其特征在于：所述第一检测装置包括3D相机，所述3D相机固定于所述激光焊接头上，并与所述控制器连接；所述第二检测装置包括2D相机，所述2D相机固定于所述激光焊接头上，并与所述控制器连接。

3.如权利要求1所述的一种可自动定位及检测的激光焊接设备，其特征在于：还包括机器人、机器人行走轴和三轴模组，所述机器人行走轴设置于焊接平台的一侧，所述机器人滑动安装于所述机器人行走轴上，所述机器人的执行端安装有用于驱动所述激光焊接头沿X轴、Y轴、Z轴移动的三轴模组；所述机器人和所述三轴模组均与所述控制器连接。

4.如权利要求3所述的一种可自动定位及检测的激光焊接设备，其特征在于：所述三轴模组包括用于驱动所述激光焊接头沿X轴方向移动的X轴模组、用于驱动所述激光焊接头沿Y轴方向移动的Y轴模组以及用于驱动所述激光焊接头沿Z轴方向移动的Z轴模组，所述X轴模组、所述Y轴模组以及所述Z轴模组均与所述控制器连接。

5.如权利要求4所述的一种可自动定位及检测的激光焊接设备，其特征在于：所述激光焊接头可移动地设置于所述Z轴模组上，所述Z轴模组可移动地设置于所述Y轴模组上，所述Y轴模组可移动地设置于所述X轴模组上，所述X轴模组通过焊接头连接座与所述机器人的执行端固定。

6.如权利要求4或5所述的一种可自动定位及检测的激光焊接设备，其特征在于：所述X轴模组包括X轴滑轨、X轴电机和X轴运动板，所述Y轴模组固定于所述X轴运动板，所述X轴电机通过X轴丝杆驱动所述X轴运动板沿X轴滑轨运动。

7.如权利要求4或5所述的一种可自动定位及检测的激光焊接设备，其特征在于：所述Y轴模组包括Y轴滑轨、Y轴电机和Y轴运动板，所述Z轴模组固定于所述Y轴运动板，所述Y轴电机通过Y轴丝杆驱动所述Y轴运动板沿Y轴滑轨运动。

8.如权利要求4或5所述的一种可自动定位及检测的激光焊接设备，其特征在于：所述Z轴模组包括Z轴滑轨、Z轴电机和Z轴运动板，所述激光焊接头固定于所述Z轴运动板，所述Z轴电机通过Z轴丝杆驱动所述Z轴运动板沿Z轴滑轨运动。

9.如权利要求3所述的一种可自动定位及检测的激光焊接设备，其特征在于：所述机器人为六轴机器人，所述六轴机器人通过机器人底座滑动安装于所述机器人行走轴上。

10.如权利要求1所述的一种可自动定位及检测的激光焊接设备，其特征在于：所述激光焊接实时监测系统包括用于实时监测激光背光反射、焊缝熔池温度以及熔池上方等离子体云的激光监测传感器，所述激光监测传感器与所述控制器连接。