CN105171234B - 机器人激光焊接离焦量自动调整装置及其自动调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机器人激光焊接离焦量自动调整装置及其方法，该装置包括第一伺服电机、激光发射枪、第二伺服电机、激光位移传感器以及控制系统；本装置对钢板进行焊接时，首先利用激光位移传感器对待焊接钢板的焊接缝隙的轮廓进行扫描，获取焊接缝隙的焦距变化情况，并根据相应的焦距变化情况调整激光发射枪的位置，以保持离焦量保持稳定，从而本装置对表面凹凸不平或坑坑洼洼的钢板进行焊接时，也保证离焦量保持稳定，保证了焊接的质量；对钢板进行焊接时，不会对钢板造成挤压，美化焊缝。

Description

机器人激光焊接离焦量自动调整装置及其自动调整方法

技术领域

本发明涉及激光焊接设备，具体涉及机器人激光焊接离焦量自动调整装置；同时本发明还涉及激光焊接离焦量自动调整的方法。

发明内容

离焦量就是焦点离作用物质间的距离，离焦量对焊接质量的影响很大。激光焊接通常需要一定的离焦量，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔，适合用于切割。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。

当激光发射枪在上下行走中，实际激光焦点会与激光焦点原点距离（离焦量）出现正负偏差。也就是说离焦量会变。

申请号为CN 201120034656.7公开了“一种激光焊机离焦量调整机构”，

该技术是使用百分表对移动过程中的离焦量进行测量并矫正，使用过程采用需与焊接材料接触，对焊接环境，焊接材料的长度、均匀性均要求较高，及时性不能保证。

发明内容

针对上述缺陷，本发明目的在于提供一种可保持离焦量稳定的机器人激光焊接离焦量自动调整装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

机器人激光焊接离焦量自动调整装置，包括第一伺服电机、激光发射枪、第二伺服电机、激光位移传感器以及控制系统；其中，

第一伺服电机安装于机器人上，用于驱动激光发射枪；

在激光发射枪的表面上连接安装有第二伺服电机，用于驱动激光位移传感器；

控制系统分别与第一伺服电机、第二伺服电机、激光位移传感器以及机器人信号连接；

控制系统包括运动控制模块，用于控制第一伺服电机、第二伺服电机及机器人的运动；数据存储模块，存储有焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值；焊接效果分析模块，用于分析钢板焊接效果，并根据焊接效果，更新调整数据存储模块中所存储的焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值。

作为本发明机器人激光焊接离焦量自动调整装置的一种改进，所述控制系统还包括显示模块，用于显示焊接效果分析模块所分析的钢板焊接效果情况。

作为本发明机器人激光焊接离焦量自动调整装置的另一种改进，所述显示模块中设置有报警单元。

作为本发明机器人激光焊接离焦量自动调整装置的再一种改进，所述显示模块为LED显示屏幕。

利用上述机器人激光焊接离焦量自动调整装置实现焊接离焦量自动调整的方法，包括如下步骤：

S1、机器人带动激光位移传感器对待焊接钢板的焊接缝隙的轮廓进行扫描，获取焊接缝隙的焦距变化情况，并将相应的焦距变化情况信息传送至控制系统中；

S2、控制系统中的运动控制模块根据步骤S1中的焦距变化情况信息，控制第一伺服电机的移动，带动激光发射枪上升或下降，使离焦量保持稳定；

S3、激光位移传感器测定待焊接钢板的厚度，并将相应厚度的值传送至控制系统中；

S4、控制系统中的数据存储模块根据步骤S3中传送来的厚度值，选择出焊接该厚度钢板所需的离焦量以及能量值；

S5、机器人带动激光位移传感器横向扫描，将获得的待焊接钢板之间的放置情况以及焊缝连接处的对齐情况信息传送至控制系统中；

S6、控制系统中的运动控制模块根据步骤S5中传送来的待焊接钢板之间的放置情况以及焊缝连接处的对齐情况信息，调整机器人的运动，带动激光发射枪对焊缝进行焊接；

S7、焊接完成后，机器人带动激光位移传感器，获得焊缝连接情况，并将相应的焊缝连接情况信息传送至控制系统中；

S8、控制系统中的焊接效果分析模块根据步骤S7中传送来的焊缝连接情况信息分析钢板的焊接效果，并根据焊接效果，更新调整数据存储模块中所存储的焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值。

上述的实现焊接离焦量自动调整的方法的步骤S5和S6之间还包括如下步骤：

S5’、控制系统中的运动控制模块控制第二伺服电机移动，调整激光位移传感器的激光发射角度，使激光位移传感器所发出的激光与激激光发射枪所发出的激光相交，相交点在焦点上，设定最初离焦量。

上述的实现焊接离焦量自动调整的方法的步骤S8之后还包括如下步骤：

S9、将步骤S8中的钢板焊接效果传送至显示模块中，以供操作人员参考，决定是否保留该焊接钢板。

本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：

本发明的机器人激光焊接离焦量自动调整装置对表面凹凸不平或坑坑洼洼的钢板进行焊接时，也保证离焦量保持稳定，保证了焊接的质量；对钢板进行焊接时，不会对钢板造成挤压，美化焊缝。

附图说明

图1为本发明机器人激光焊接离焦量自动调整装置的结构示意图；

图2为控制系统的结构意图；

图中：1、机器人；2、控制系统；3、第一伺服电机；4、激光发射枪；5、焦点；6、第二伺服电机；7、激光位移传感器；20、运动控制模块；21、数据存储模块；22、焊接效果分析模块；23、显示模块；230、报警单元。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面将结合本发明中的说明书附图，对发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明较佳实施例的机器人激光焊接离焦量自动调整装置的结构示意图，包括第一伺服电机3、激光发射枪4、第二伺服电机6、激光位移传感器7以及控制系统2；其中，

第一伺服电机3安装于机器人1上，第一伺服电机3上连接安装有激光发射枪4，以对激光发射枪4进行驱动；

在激光发射枪4的表面上连接安装有第二伺服电机6，第二伺服电机6上连接安装有激光位移传感器7，以对激光位移传感器7进行驱动；

控制系统2分别与第一伺服电机3、第二伺服电机6、激光位移传感器7以及机器人1信号连接。

如图2所示，该控制系统2包括运动控制模块20，用于控制第一伺服电机3第二伺服电机6以及机器人1的运动；数据存储模块21，存储有焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值；焊接效果分析模块22，用于分析钢板焊接效果，并根据焊接效果，更新调整数据存储模块21中所存储的焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值。

其中上述的控制系统2还包括显示模块23，用于显示焊接效果分析模块22所分析的钢板焊接效果情况；显示模块23中设置有报警单元230，当钢板焊接效果不及格时，报警单元230则发出警报，提醒操作人员；

该显示模块23可以为LED显示屏幕，但不仅仅限于LED显示屏幕，只要满足显示的功能即可。

利用上述机器人激光焊接离焦量自动调整装置实现焊接离焦量自动调整的方法，包括如下步骤：

S1、机器人1带动激光位移传感器7对待焊接钢板的焊接缝隙的轮廓进行扫描，获取焊接缝隙的焦距变化情况，并将相应的焦距变化情况信息传送至控制系统2中；

S2、控制系统2中的运动控制模块20根据步骤S1中的焦距变化情况信息，控制第一伺服电机3的移动，带动激光发射枪4上升或下降，使离焦量保持稳定；

经过步骤S1和S2的操作后，本装置对表面凹凸不平或坑坑洼洼的钢板进行焊接时，也保证离焦量保持稳定，保证了焊接的质量；

S3、激光位移传感器7测定待焊接钢板的厚度，并将相应厚度的值传送至控制系统2中；

S4、控制系统中2的数据存储模块21根据步骤S3中传送来的厚度值，选择出焊接该厚度钢板所需的离焦量以及能量值，从而在提高焊接质量的同时可以减少调节时间；

S5、机器人1带动激光位移传感器7横向扫描，将获得的待焊接钢板之间的放置情况以及焊缝连接处的对齐情况信息传送至控制系统2中；

S6、控制系统2中的运动控制模块20根据步骤S5中传送来的待焊接钢板之间的放置情况以及焊缝连接处的对齐情况信息，调整机器人1的运动，带动激光发射枪4对焊缝进行焊接；

经过步骤S5和步骤S6的操作，激光发射枪4即可根据焊缝的情况进行精确焊接，提高焊接质量；

S7、焊接完成后，机器人1带动激光位移传感器7，获得焊缝连接情况，并将相应的焊缝连接情况信息传送至控制系统2中；

S8、控制系统2中的焊接效果分析模块22根据步骤S7中传送来的焊缝连接情况信息分析钢板的焊接效果，并根据焊接效果，更新调整数据存储模块21中所存储的焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值；从而可以及时地反馈不同厚度范围的钢板所述的离焦量以及能量的参考值，提高了本装置的稳定性；

其中，焊接效果分析模块22主要是通过将步骤S7中传来的焊缝连接情况信息拟合成函数，求取该函数的斜率，斜率越小代表焊接效果越好，但斜率的值大于设定的值时，则代表焊接效果不及格。

如果，待焊接的材料是一些特殊的材料，数据存储模块21并没有存储该材料不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值时，则需要人工设定最初的离焦量值，因此在步骤S5和S6之间还可以包括如下步骤：

S5’、控制系统2中的运动控制模块20控制第二伺服电机6移动，调整激光位移传感器7的激光发射角度，使激光位移传感器7所发出的激光与激激光发射枪4所发出的激光相交，相交点在焦点5上，设定最初离焦量；

当需要调节激光发射枪4离焦点距离焊缝位置时，激光位移传感器7发出的一排激光光可作为定位标识，方便人肉眼去看焦点5所在位置，方便设定最初离焦量。

其中，在上述的步骤S8后，还包括步骤：

S9、将步骤S8中的钢板焊接效果传送至显示模块23中，以供操作人员参考，决定是否保留该焊接钢板；

同时如焊接效果不及格时，显示模块23的报警单元230则发出警报提醒操作人员是否保留该焊接钢板。

综上所述，即为发明实施例内容，而显然发明的实施方式并不仅限于此，其可根据不同应用环境，利用发明的功能实现相应的需求。

Claims (7)

1.机器人激光焊接离焦量自动调整装置，其特征在于，包括第一伺服电机、激光发射枪、第二伺服电机、激光位移传感器以及控制系统；其中，

第一伺服电机安装于机器人上，用于驱动激光发射枪；

在激光发射枪的表面上连接安装有第二伺服电机，用于驱动激光位移传感器；

控制系统分别与第一伺服电机、第二伺服电机、激光位移传感器以及机器人信号连接；

控制系统包括运动控制模块，用于控制第一伺服电机、第二伺服电机及机器人的运动；数据存储模块，存储有焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值；焊接效果分析模块，用于分析钢板焊接效果，并根据焊接效果，更新调整数据存储模块中所存储的焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值。

2.如权利要求1所述的机器人激光焊接离焦量自动调整装置，其特征在于，所述控制系统还包括显示模块，用于显示焊接效果分析模块所分析的钢板焊接效果情况。

3.如权利要求2所述的机器人激光焊接离焦量自动调整装置，其特征在于，所述显示模块中设置有报警单元。

4.如权利要求2或3所述的机器人激光焊接离焦量自动调整装置，所述显示模块为LED显示屏幕。

5.利用如权利要求1所述的机器人激光焊接离焦量自动调整装置实现焊接离焦量自动调整的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、机器人带动激光位移传感器对待焊接钢板的焊接缝隙的轮廓进行扫描，获取焊接缝隙的焦距变化情况，并将相应的焦距变化情况信息传送至控制系统中；

S2、控制系统中的运动控制模块根据步骤S1中的焦距变化情况信息，控制第一伺服电机的移动，带动激光发射枪上升或下降，使离焦量保持稳定；

S3、激光位移传感器测定待焊接钢板的厚度，并将相应厚度的值传送至控制系统中；

S4、控制系统中的数据存储模块根据步骤S3中传送来的厚度值，选择出焊接该厚度钢板所需的离焦量以及能量值；

S5、机器人带动激光位移传感器横向扫描，将获得的待焊接钢板之间的放置情况以及焊缝连接处的对齐情况信息传送至控制系统中；

S6、控制系统中的运动控制模块根据步骤S5中传送来的待焊接钢板之间的放置情况以及焊缝连接处的对齐情况信息调整机器人的运动，带动激光发射枪对焊缝进行焊接；

S7、焊接完成后，机器人带动激光位移传感器，获得焊缝连接情况，并将相应的焊缝连接情况信息传送至控制系统中；

S8、控制系统中的焊接效果分析模块根据步骤S7中传送来的焊缝连接情况信息分析钢板的焊接效果，并根据焊接效果，更新调整数据存储模块中所存储的焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值。

6.如权利要求5所述的实现焊接离焦量自动调整的方法，其特征在于，在步骤S5和步骤S6之间还包括如下步骤：

S5’、控制系统中的运动控制模块控制第二伺服电机移动，调整激光位移传感器的激光发射角度，使激光位移传感器所发出的激光与激光发射枪所发出的激光相交，相交点在焦点上，设定最初离焦量。

7.如权利要求5或6所述的实现焊接离焦量自动调整的方法，其特征在于，在步骤S8后还包括如下步骤：

S9、将步骤S8中的钢板焊接效果传送至显示模块中，以供操作人员参考，决定是否保留该焊接钢板。