本發(fā)明涉及一種激光焊接系統(tǒng)及方法，屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有激光焊接工藝中，待焊接的工件，特別是薄板工件之間的“對(duì)縫”存在對(duì)不齊、可靠性差、不穩(wěn)定、效率低等問(wèn)題，限制了激光焊接方法在薄板焊接中的應(yīng)用。薄板焊接在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中通常會(huì)采用氬弧焊、等離子焊工藝，相對(duì)于激光焊接工藝，存在熱影響區(qū)大、焊縫外觀(guān)差等問(wèn)題，尤其是在一些有較高外觀(guān)要求的產(chǎn)品上，存在明顯弊端。因此，如何實(shí)現(xiàn)快速、可靠的對(duì)縫，是薄板激光焊接在實(shí)際應(yīng)用中需突破的一道技術(shù)難關(guān)。常見(jiàn)的對(duì)縫不合格主要包括如圖1至圖4中所示的上下錯(cuò)邊、前后錯(cuò)邊、對(duì)縫喇叭口、對(duì)縫邊波浪形變形(存在這種情況的焊接材料應(yīng)直接剔除)等。如圖5中所示，合格的對(duì)縫在對(duì)縫寬度δ與工件厚度T值之間存在小于1(例如0.1)的比例關(guān)系。這個(gè)比例非常小，而薄板本身的厚度T通常也僅在0.3至3mm之間，因此，要達(dá)到這個(gè)比例是非常困難的。對(duì)縫不合格，將無(wú)法獲得可靠的焊接強(qiáng)度，對(duì)產(chǎn)品的焊接質(zhì)量存在嚴(yán)重隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種激光焊接系統(tǒng)及方法，以解決在現(xiàn)有激光焊接工藝中，對(duì)待焊接薄板工件進(jìn)行對(duì)縫中存在的上下錯(cuò)邊、前后錯(cuò)邊、對(duì)縫喇叭口等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)快速、可靠對(duì)邊，提高激光焊接生產(chǎn)效率。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明一方面提供一種激光焊接系統(tǒng)，包括激光裝置、工件定位裝置、伺服機(jī)構(gòu)，其中，

所述激光裝置用于對(duì)第一工件和第二工件進(jìn)行焊接；

所述工件定位裝置包括用于對(duì)所述第一工件和第二工件的位置進(jìn)行粗定位的定位塊和用于壓緊所述第一工件和第二工件的壓緊組件；

所述伺服機(jī)構(gòu)用于對(duì)所述第一工件和第二工件進(jìn)行精定位并控制所述激光裝置、工件定位裝置進(jìn)行動(dòng)作。

優(yōu)選地，所述定位塊呈楔形結(jié)構(gòu)，用于定位的部分一側(cè)為豎直面，另一側(cè)為斜面。

優(yōu)選地，所述豎直面和所述斜面之間形成45度夾角。

優(yōu)選地，在所述粗定位中，由所述伺服機(jī)構(gòu)首先控制所述第一工件抵近所述定位塊，使第一工件的對(duì)邊端面接觸所述豎直面，然后控制所述第二工件抵近所述定位塊，使第二工件的對(duì)邊端面接觸所述斜面。

優(yōu)選地，所述壓緊組件包括位于所述第一工件上方的第一壓塊、位于所述第二工件上方的第二壓塊和位于所述第一工件和第二工件下方的第三壓塊，其中，所述第一壓塊和第三壓塊相配合壓緊所述第一工件，所述第二壓塊和第三壓塊相配合壓緊所述第二工件。

優(yōu)選地，所述伺服機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)、控制器、傳感器、驅(qū)動(dòng)裝置，其中，所述控制器收到傳感器發(fā)送的信號(hào)后控制所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述第一工件、第二工件、激光裝置、第一壓塊、第二壓塊和/或定位塊進(jìn)行動(dòng)作。

優(yōu)選地，在所述第三壓塊上設(shè)置焊接保護(hù)氣體通道，用于對(duì)焊接過(guò)程提供保護(hù)氣體。

優(yōu)選地，所述焊接保護(hù)氣體通道包括接氣口、儲(chǔ)氣槽、多個(gè)出氣通口、出氣槽，其中，所述多個(gè)出氣通口以等間距并行排列在所述儲(chǔ)氣槽和所述出氣槽之間，以連通所述儲(chǔ)氣槽和出氣槽。

優(yōu)選地，所述激光焊接系統(tǒng)還包括視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置，所述視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置設(shè)置在所述第一工件和第二工件之間形成的對(duì)縫上方，用于判斷對(duì)縫是否合格。

優(yōu)選地，所述激光焊接系統(tǒng)還包括導(dǎo)軌，其用于供所述激光裝置和視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置在對(duì)縫上方相對(duì)于所述對(duì)縫進(jìn)行移動(dòng)。

本發(fā)明另一方面提供一種激光焊接方法，使用如上所述的任意一種激光焊接系統(tǒng)，包括由伺服機(jī)構(gòu)控制進(jìn)行如下步驟：

步驟1：定位塊運(yùn)行至預(yù)定位置；

步驟2：第一工件從所述定位塊一側(cè)向所述定位塊運(yùn)動(dòng)，使第一工件的對(duì)邊端面接觸所述定位塊上用于定位的部分的一側(cè)表面；壓緊組件壓緊第一工件；

步驟3：第二工件從所述定位塊另一側(cè)向所述定位塊運(yùn)動(dòng)，使第二工件的對(duì)邊端面接觸所述定位塊上用于定位的部分的另一側(cè)表面；在第一工件的對(duì)邊端面和第二工件的對(duì)邊端面之間形成寬度為T(mén)的間隙，完成粗定位；

步驟4：移開(kāi)定位塊，使其恢復(fù)至初始狀態(tài)；

步驟5：第二工件向第一工件的方向運(yùn)行T值距離，完成精定位；

步驟6：壓緊組件壓緊第一工件和第二工件；

步驟7：?jiǎn)?dòng)激光裝置對(duì)所述第一工件和第二工件進(jìn)行激光焊接。

優(yōu)選地，當(dāng)在所述第一工件和第二工件下方設(shè)置焊接保護(hù)氣體通道時(shí)，在所述步驟1中，所述定位塊運(yùn)行至所述焊接氣體保護(hù)通道的中間位置。

優(yōu)選地，當(dāng)所述定位塊上用于定位的部分為由一側(cè)的豎直面和另一側(cè)的斜面形成的楔形結(jié)構(gòu)時(shí)，在所述步驟2中，所述第一工件接觸所述豎直面，在所述步驟3中，所述第二工件接觸所述斜面。

優(yōu)選地，當(dāng)所述激光焊接系統(tǒng)包括視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置時(shí)，在所述步驟6之后，首先由所述視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置檢測(cè)已壓緊的第一工件和第二工件之間的對(duì)縫是否合格，如判定合格，進(jìn)入步驟7；如判定不合格，發(fā)出警報(bào)，系統(tǒng)停止運(yùn)行，人工對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。

本發(fā)明提供的上述激光焊接系統(tǒng)和方法相對(duì)于在工件上增加工藝定位手工對(duì)縫的方式，可顯著的提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化焊接，適用于各種大規(guī)模的應(yīng)用，同時(shí)能夠確保焊接可靠性。

附圖說(shuō)明

下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是薄板焊接中出現(xiàn)的上下錯(cuò)邊對(duì)縫示意圖。

圖2是薄板焊接中出現(xiàn)的前后錯(cuò)邊對(duì)縫示意圖。

圖3是薄板焊接中出現(xiàn)的喇叭口對(duì)縫示意圖。

圖4是薄板焊接中出現(xiàn)的對(duì)縫邊波浪線(xiàn)變形示意圖。

圖5是薄板焊接對(duì)縫合格情況示意圖。

圖6本發(fā)明實(shí)施例提供的激光焊接系統(tǒng)整體示意圖。

圖7是圖6中A部分的局部放大示意圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例中所述的下壓塊和焊接氣體保護(hù)通道的立體示意圖。

圖9是本發(fā)明實(shí)施例中所述的下壓塊和焊接氣體保護(hù)通道的端面示意圖。

圖10是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光焊接方法框圖。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供的激光焊接系統(tǒng)整體上如圖6中所示，包括激光裝置9、工件定位裝置、伺服機(jī)構(gòu)、視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置10、焊接保護(hù)氣體通道7。

激光裝置9用于對(duì)第一工件1和第二工件2進(jìn)行焊接。激光裝置9可以固定在固定板12上，由伺服電機(jī)11驅(qū)動(dòng)沿著導(dǎo)軌13在焊縫上方相對(duì)于焊縫平行或垂直移動(dòng)。激光裝置9包括激光頭和設(shè)置在激光頭前方的聚焦透鏡。

工件定位裝置包括壓緊組件和定位塊6，壓緊組件包括第一壓塊3、第二壓塊4、第三壓塊5。其中，如圖6中所示，第一壓塊3位于第一工件1上方；第二壓塊4位于第二工件2上方；定位塊6位于第一工件和第二工件的對(duì)縫上方；第三壓塊5作為下壓塊，位于第一工件1和第二工件2及對(duì)縫的下方。優(yōu)選地，第一壓塊3和第二壓塊4相對(duì)的前端呈楔形，即二者前端接近定位塊6處均為尖角，以避免在定位過(guò)程中與定位塊6碰撞。

定位塊6、第一壓塊3、第二壓塊4、第三壓塊5與伺服機(jī)構(gòu)相配合在激光焊接前對(duì)第一工件1和第二工件2的位置進(jìn)行粗定位和精定位。定位塊6能夠在粗定位中限定第一工件1和第二工件2的水平位置；第一壓塊3、第二壓塊4和第三壓塊5能夠分別限定第一工件1和第二工件2的垂直位置。具體地，使用定位塊6對(duì)第一工件1和第二工件2的位置進(jìn)行第一次定位，即進(jìn)行粗定位；粗定位完成后使用伺服機(jī)構(gòu)控制第二工件2移動(dòng)確定的距離進(jìn)行精定位；使用第一壓塊3和第三壓塊5配合壓緊第一工件1；使用第二壓塊4和第三壓塊5配合壓緊第二工件2。

在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖7、圖8中所示，定位塊6整體上呈楔形結(jié)構(gòu)，在定位塊6的下端，即定位塊6的用于定位的部分一側(cè)為豎直面，另一側(cè)為斜面。在粗定位中，由伺服機(jī)構(gòu)首先控制第一工件1抵近定位塊6，使第一工件1的對(duì)邊端面接觸豎直面，然后控制第二工件2抵近定位塊6，使第二工件2的對(duì)邊端面接觸斜面。這種楔形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是整體上呈“楔形”，特別是在其下端由豎直面和斜面形成一定角度。定位塊6固定在固定機(jī)構(gòu)上，固定機(jī)構(gòu)可沿與垂直方向呈45度角布置的精密導(dǎo)軌移動(dòng)，從而帶動(dòng)定位塊6整體上與垂直方面呈一定角度滑動(dòng)，以達(dá)到避讓其它行走機(jī)構(gòu)的目的。豎直面和斜面之間優(yōu)選形成45度的角度。因此，利用等邊三角形的原理，在使用定位塊6進(jìn)行粗定位之后，第一工件1和第二工件2之間的距離與其厚度相等，即均為T(mén)值。因此，在對(duì)縫定位過(guò)程中，在粗定位中，使用楔形定位塊首先限定了第二工件與第一工件之間的距離為T(mén)，即使在接下來(lái)的精定位過(guò)程中，第二工件向第一工件移動(dòng)的距離不能準(zhǔn)確地達(dá)到T值，但也能保證二者之間的間隙一定小于T值，即保證δ值與T至之間的比例小于1，從而獲得合格的對(duì)縫。使用這種“楔形”定位結(jié)構(gòu)，完全避免對(duì)邊端面與楔形定位機(jī)構(gòu)發(fā)生相互碰撞變形的機(jī)率，同時(shí)提高一次性對(duì)縫的成功機(jī)率。

伺服機(jī)構(gòu)用于控制第一工件1、第二工件2、激光裝置9、工件定位裝置的動(dòng)作。伺服機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)11、控制器、傳感器、驅(qū)動(dòng)裝置，其中，所述控制器收到傳感器發(fā)送的信號(hào)后控制所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述第一工件、第二工件、激光裝置、第一壓塊、第二壓塊和/或定位塊進(jìn)行動(dòng)作。伺服電機(jī)11可以固定在固定板12上。驅(qū)動(dòng)裝置可以包括用于夾持第一工件并移動(dòng)第一工件的第一工件夾持裝置、用于夾持第二工件并移動(dòng)第二工件的第二工件夾持裝置、用于驅(qū)動(dòng)和移動(dòng)激光驅(qū)動(dòng)裝置9的激光裝置驅(qū)動(dòng)裝置、用于移動(dòng)和壓緊第一壓塊3的第一壓塊驅(qū)動(dòng)裝置、用于移動(dòng)和壓緊第二壓塊4的第二壓塊驅(qū)動(dòng)裝置、用于移動(dòng)定位塊6的定位塊驅(qū)動(dòng)裝置。

在優(yōu)選實(shí)施例中，第三壓塊7中設(shè)置焊接保護(hù)氣體通道7，用于對(duì)焊接過(guò)程提供例如氬氣的保護(hù)氣體。如圖8、圖9中所示，焊接保護(hù)氣體7通道包括接氣口14、儲(chǔ)氣槽15、多個(gè)出氣通口16和出氣槽17。多個(gè)出氣通口16以等間距(J值)并行排列在儲(chǔ)氣槽15和出氣槽17之間。儲(chǔ)氣槽15和儲(chǔ)氣槽17的寬度大于出氣通口16的直徑(Q值)，在三者之間形成一種H形結(jié)構(gòu)。這種“H形焊接保護(hù)氣通道”不僅可以滿(mǎn)足焊接需要，在確保氣體保護(hù)焊接的同時(shí)可以節(jié)省保護(hù)氣體的用量，降低實(shí)際生產(chǎn)成本。其中，J值和Q值可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，以達(dá)到既保證焊接質(zhì)量由節(jié)省氣體的最優(yōu)供氣量。

在優(yōu)選實(shí)施例中，在激光焊接系統(tǒng)中可以設(shè)置視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置10，例如單筒望遠(yuǎn)鏡。視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置10設(shè)置在第一工件1和第二工件2之間形成的對(duì)縫上方，用于判斷對(duì)縫是否合格。視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置10可以與激光裝置9固定在一起，也可以單獨(dú)設(shè)置。視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置10可以和激光裝置9一起在伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下沿著導(dǎo)軌13平行于焊縫移動(dòng)。采用“視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置”能夠提高對(duì)縫的可靠性，從而確保焊接質(zhì)量。

本發(fā)明實(shí)施例另一方面提供一種激光焊接方法，使用如上所述的激光焊接系統(tǒng)，包括由伺服機(jī)構(gòu)控制進(jìn)行如下步驟：

步驟1：定位塊6運(yùn)行至預(yù)定位置，例如第三壓塊5的上表面；

步驟2：第一工件1從定位塊6的一側(cè)向所述定位塊6運(yùn)動(dòng)，使第一工件的對(duì)邊端面接觸所述定位塊上用于定位的部分的一側(cè)表面；壓緊組件壓緊第一工件；

步驟3：第二工件2從所述定位塊6另一側(cè)向所述定位塊6運(yùn)動(dòng)，使第二工件2的對(duì)邊端面接觸所述定位塊上用于定位的部分的另一側(cè)表面；在第一工件1的對(duì)邊端面和第二工件2的對(duì)邊端面之間形成寬度為T(mén)的間隙，完成粗定位；

步驟4：移開(kāi)定位塊6，使其恢復(fù)至初始狀態(tài)；

步驟5：第二工件2向第一工件1的方向運(yùn)行T值距離，完成精定位；

步驟6：壓緊組件壓緊第一工件和第二工件；

步驟7：?jiǎn)?dòng)激光裝置對(duì)第一工件1和第二工件2進(jìn)行激光焊接。

優(yōu)選地，在上述方法中，當(dāng)在第一工件1和第二工件2下方設(shè)置焊接保護(hù)氣體通道時(shí)，在所述步驟1中，定位塊6運(yùn)行至焊接氣體保護(hù)通道7的中間位置，以便將第一工件和第二工件對(duì)邊端面之間形成的對(duì)縫確定在焊接氣體保護(hù)通道7的中間。

優(yōu)選地，在上述方法中，當(dāng)定位塊6上用于定位的部分，例如其下端為由一側(cè)的豎直面和另一側(cè)的斜面形成的楔形結(jié)構(gòu)時(shí)，在步驟2中，第一工件1會(huì)抵住或接觸定位塊6下端的豎直面，在步驟4中，第二工件2會(huì)抵住或接觸定位塊6下端的斜面。通過(guò)楔形定位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第一工件和第二工件對(duì)縫的粗定位。

優(yōu)選地，在上述方法中，當(dāng)所述激光焊接系統(tǒng)包括視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置時(shí)，在所述步驟6之后，首先由所述視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置檢測(cè)已壓緊的第一工件和第二工件直徑的對(duì)縫是否合格，如判定合格，進(jìn)入步驟7；如判定不合格，發(fā)出警報(bào)，系統(tǒng)停止運(yùn)行，人工對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。

在其他優(yōu)選實(shí)施例提供的方法中，在激光薄板焊接中使用“粗定位”和“精定位”思路，先采用點(diǎn)預(yù)壓，后使用面預(yù)壓的方式，先定其一側(cè)，作為另一側(cè)對(duì)邊的參考基準(zhǔn)。如圖10中所示，所述方法包括如下步驟：

步驟1、“定位塊”運(yùn)行至“下壓塊”的“氬氣槽”中間位置；

步驟2、“右側(cè)料”在伺服機(jī)構(gòu)夾持下，抵近“定位塊”右側(cè)平面；

步驟3、位于“右壓塊”上方的“氣缸”向下壓緊“右側(cè)料”；其中，氣缸穿透右壓塊壓在右側(cè)料上，根據(jù)右側(cè)料寬度，可設(shè)置多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)壓；

步驟4、“左側(cè)料”在伺服結(jié)構(gòu)夾持下，抵近“定位塊”左側(cè)的斜面，完成“粗定位”；此時(shí)，“左側(cè)料”的“對(duì)邊端面a”與“右側(cè)料”的“對(duì)邊端面b”之間有一個(gè)間隙T值；

步驟5、“定位塊”回復(fù)到初始狀態(tài)；

步驟6、“左側(cè)料”在伺服機(jī)構(gòu)夾持下，向右行走T值，完成“精定位”

步驟7、“左壓塊”、“右壓塊”由于氣缸的滑塊鎖在一起，同時(shí)動(dòng)作壓緊“左側(cè)料”和“右側(cè)料”，起到壓緊作用；

步驟8、“視覺(jué)對(duì)縫光學(xué)檢測(cè)裝置”判定對(duì)縫是否合格；

步驟9、判定對(duì)縫合格，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)“激光頭”沿導(dǎo)軌軌跡運(yùn)行，完成焊接；判定對(duì)縫不合格直接報(bào)警停機(jī)，人工干預(yù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾，因此，本發(fā)明保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本發(fā)明權(quán)利要求所涵蓋。