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CN109175686A - 一种激光焊接机及其焊接方法 - Google Patents

一种激光焊接机及其焊接方法 Download PDF

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CN109175686A
CN109175686A CN201811044813.5A CN201811044813A CN109175686A CN 109175686 A CN109175686 A CN 109175686A CN 201811044813 A CN201811044813 A CN 201811044813A CN 109175686 A CN109175686 A CN 109175686A
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China
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laser
laser welding
welding
driving motor
controller
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CN201811044813.5A
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English (en)
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胡佩佩
杨学勤
成群林
张登明
孙锡建
肖翔月
周改超
王业伟
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Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
Original Assignee
Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
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Abstract

本发明提供了一种激光焊接机及其焊接方法，包括激光焊接系统和控制系统，激光焊接系统包括激光焊接头，控制系统包括机器人和控制器，激光焊接头安装在机器人的端部，控制器和激光焊接系统通信连接；还包括水平旋转变位机，水平旋转变位机包括支撑架、驱动电机、盘面和夹具，夹具安装在盘面上，驱动电机连接在支撑架上并与盘面驱动连接。大幅度的减少了激光焊接头的焊接姿态调整工作量，并规避了水、电、气、光各管路在激光焊接头调节过程中可能存在的相互拉扯、干涉甚至限位问题；保证激光束始终垂直于焊缝；大幅度的提高了激光焊接头的可达范围，满足激光焊接头的大面积运动范围需求。

Description

一种激光焊接机及其焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接领域，具体地，涉及一种激光焊接机及其焊接方法。
背景技术
激光焊接技术作为一种精密、高效、快速的焊接方法，尤其是与机器人结合以后，其灵活、高速、优质的焊接质量特点和效率优势得到了极大的发挥，在航空航天等高端制造领域得到了越来越广泛的应用，获得了工业界的普遍好评。随着激光焊接技术应用的深入，各式各样的复杂结构件也期望采用先进的激光焊接技术，相应的，对机器人激光焊接技术的提出了更高的要求。
美国SpaceX的研究表明，返回式火箭运载系统是可行的，在返回过程中，需要用到较大尺寸的高性能钛合金格栅舵面，采用整体铸造方案，目前国内还没有研制先例。研究表明，采用激光焊接结构具有明显的成本、周期和性能优势，但激光焊接工艺对焊接装备提出了三个方面的要求：一是格栅舵面水平放置，焊缝均为竖直状态，需要采用立焊工位；二是格栅结构的焊缝朝向多个方向，每个方向的焊缝都需要焊接；三是格栅舵面的尺寸较大，激光束的可达范围需要全面覆盖整个舵面。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种激光焊接机及其焊接方法。
根据本发明提供的一种激光焊接机，包括激光焊接系统(1)和控制系统(2)，所述激光焊接系统(1)包括激光焊接头(102)，所述控制系统(2)包括机器人(201)和控制器(202)，所述激光焊接头(102)安装在所述机器人(201)的端部，所述控制器(202)和所述激光焊接系统(1)通信连接；
还包括水平旋转变位机(3)，所述水平旋转变位机(3)包括支撑架(301)、驱动电机(302)、盘面(303)和夹具(304)，所述夹具(304)安装在盘面(303)上，所述驱动电机(302)连接在所述支撑架(301)上并与所述盘面(303)驱动连接。
较佳的，激光束(101)在激光焊接头(102)内的方向与射出激光焊接头(102)的方向垂直。
较佳的，所述驱动电机(302)的轴线呈竖直状态，盘面(303)呈水平状态，所述驱动电机(302)与所述控制器(202)通信连接，驱动电机(302)作为机器人(201)外部轴联动控制。
较佳的，所述夹具(304)的结构包括按照格栅的叶片和边框水平截面形式，在一块钢板上机铣出预定深度的网格槽。
较佳的，还包括导轨座(4)，所述导轨座(4)包括导轨(401)、驱动电机(402)和底座(403)，所述的机器人(201)安装在底座(403)上，所述底座(403)通过所述驱动电机(402)在所述导轨(401)上来回移动。
较佳的，所述驱动电机(402)与所述控制器(202)通信连接，所述驱动电机(402)作为机器人(201)外部轴联动控制。
根据本发明提供的一种激光焊接机的焊接方法，包括步骤：
S1、通过控制器(202)控制或独立控制，驱动电机(302)把盘面(303)上的夹具(304)旋转到指定位置；
S2、通过控制器(202)控制或独立控制，导轨座(4)把机器人(201)移动到指定位置；
S3、通过控制器(202)控制或独立控制，机器人(201)把激光焊接头(102)送到指定位置，并调整激光焊接头(102)到指定姿态；
S4、通过控制器(202)控制，激光束(101)通过激光焊接头(102)照射到焊接位置并完成一条焊缝的焊接；
S5、重复S1至S4，完成所有焊缝的焊接。
较佳的，还包括将所有焊缝的焊接过程编制成程序。
较佳的，激光束(101)在激光焊接头(102)内的方向与射出激光焊接头(102)的方向垂直。
较佳的，所述夹具(304)的结构包括按照格栅的叶片和边框水平截面形式，在一块钢板上机铣出预定深度的网格槽。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、通过增加水平旋转变位机3，将格栅的竖直状态焊缝均朝向一个方向，这样机器人201上的激光焊接头102朝向可以简化为一个，大幅度的减少了激光焊接头102的焊接姿态调整工作量，并规避了水、电、气、光各管路在激光焊接头102调节过程中可能存在的相互拉扯、干涉甚至限位问题；
2、通过特殊光路激光焊接头或者使用90°的特殊焊接头，激光束101进入激光焊接头102的方向与射出的方向垂直，解决了常规焊接头立焊工位时，其他格栅叶片对激光焊接头102的干涉，并保证激光束始终垂直于焊缝；
3、通过增加导轨座4，将机器人201安装在底座403上，机器人201在底座403上的运动通过机器人201控制外部轴驱动电机402而实现，大幅度的提高了激光焊接头102的可达范围，满足激光焊接头102的大面积运动范围需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图；
图中：
1-激光焊接系统；101-激光束；102-激光焊接头；2-控制系统；201-机器人；202-控制器；3-水平旋转变位机；301-支撑架；302-驱动电机；303-盘面；304-夹具；4-导轨座；401-导轨；402-驱动电机；403-底座。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种激光焊接机，包括激光焊接系统(1)、控制系统(2)、水平旋转变位机(3)和导轨座(4)。
激光焊接系统(1)包括激光焊接头(102)，控制系统(2)包括机器人(201)和控制器(202)，激光焊接头(102)安装在机器人(201)的端部，控制器(202)和激光焊接系统(1)通信连接。
水平旋转变位机(3)包括支撑架(301)、驱动电机(302)、盘面(303)和夹具(304)，夹具(304)安装在盘面(303)上，驱动电机(302)连接在支撑架(301)上并与盘面(303)驱动连接。
导轨座(4)包括导轨(401)、驱动电机(402)和底座(403)，的机器人(201)安装在底座(403)上，底座(403)通过驱动电机(402)在导轨(401)上来回移动。
激光束(101)在激光焊接头(102)内的方向与射出激光焊接头(102)的方向垂直。
驱动电机(302)的轴线呈竖直状态，盘面(303)呈水平状态，驱动电机(302)可以与控制器(202)通信连接，驱动电机(302)作为机器人(201)外部轴联动控制。
夹具(304)的结构包括按照格栅的叶片和边框水平截面形式，在一块钢板上机铣出预定深度的网格槽。
驱动电机(402)可以与控制器(202)通信连接，驱动电机(402)作为机器人(201)外部轴联动控制。
通过特殊光路激光焊接头，解决了常规焊接头立焊工位时，其他格栅叶片对激光焊接头的干涉，并保证了激光束始终垂直于焊缝；通过增加水平旋转变位机，将格栅的竖直状态焊缝均朝向一个方向，大幅减少了激光焊接头的焊接姿态调整工作量，并规避了水、电、气、光各管路在激光焊接头调节过程中可能存在的相互拉扯、干涉甚至限位问题；通过增加导轨座，大幅度的提高了激光焊接头的可达范围，满足了激光焊接头大面积运动范围需求；通过控制系统对焊接运动过程和热输入过程的集成控制方法，大幅提高了自动化作业水平，特别适合大尺寸的钛合金格栅舵面的激光焊接。
在上述一种激光焊接机的焊接机的基础上，本发明还提供一种激光焊接机的焊接方法，包括步骤：
S1、通过控制器(202)控制或独立控制，驱动电机(302)把盘面(303)上的夹具(304)旋转到指定位置，比如将夹具水平旋转变位到与导轨平行的位置，使格栅舵面的待焊夹角朝向一个统一的方向。
S2、通过控制器(202)控制或独立控制，导轨座(4)把机器人(201)移动到指定位置，比如把机器人移动到离旋转变位机最近的位置。
S3、通过控制器(202)控制或独立控制，机器人(201)把激光焊接头(102)送到指定位置，并调整激光焊接头(102)到指定姿态；
S4、通过控制器(202)控制，激光束(101)通过激光焊接头(102)照射到焊接位置并完成一条焊缝的焊接；
S5、重复S1至S4，完成所有焊缝。
此外，还可以将所有焊缝的焊接过程编制成程序，一次焊接完成所有焊缝。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种激光焊接机，包括激光焊接系统(1)和控制系统(2)，所述激光焊接系统(1)包括激光焊接头(102)，所述控制系统(2)包括机器人(201)和控制器(202)，所述激光焊接头(102)安装在所述机器人(201)的端部，所述控制器(202)和所述激光焊接系统(1)通信连接；
其特征在于，还包括水平旋转变位机(3)，所述水平旋转变位机(3)包括支撑架(301)、驱动电机(302)、盘面(303)和夹具(304)，所述夹具(304)安装在盘面(303)上，所述驱动电机(302)连接在所述支撑架(301)上并与所述盘面(303)驱动连接。
2.根据权利要求1所述的激光焊接机，其特征在于，激光束(101)在激光焊接头(102)内的方向与射出激光焊接头(102)的方向垂直。
3.根据权利要求1所述的激光焊接机，其特征在于，所述驱动电机(302)的轴线呈竖直状态，盘面(303)呈水平状态，所述驱动电机(302)与所述控制器(202)通信连接，驱动电机(302)作为机器人(201)外部轴联动控制。
4.根据权利要求1所述的激光焊接机，其特征在于，所述夹具(304)的结构包括按照格栅的叶片和边框水平截面形式，在一块钢板上机铣出预定深度的网格槽。
5.根据权利要求1所述的激光焊接机，其特征在于，还包括导轨座(4)，所述导轨座(4)包括导轨(401)、驱动电机(402)和底座(403)，所述的机器人(201)安装在底座(403)上，所述底座(403)通过所述驱动电机(402)在所述导轨(401)上来回移动。
6.根据权利要求5所述的激光焊接机，其特征在于，所述驱动电机(402)与所述控制器(202)通信连接，所述驱动电机(402)作为机器人(201)外部轴联动控制。
7.一种激光焊接机的焊接方法，其特征在于，包括步骤：
S1、通过控制器(202)控制或独立控制，驱动电机(302)把盘面(303)上的夹具(304)旋转到指定位置；
S2、通过控制器(202)控制或独立控制，导轨座(4)把机器人(201)移动到指定位置；
S3、通过控制器(202)控制或独立控制，机器人(201)把激光焊接头(102)送到指定位置，并调整激光焊接头(102)到指定姿态；
S4、通过控制器(202)控制，激光束(101)通过激光焊接头(102)照射到焊接位置并完成一条焊缝的焊接；
S5、重复S1至S4，完成所有焊缝的焊接。
8.根据权利要求7所述的激光焊接机的焊接方法，其特征在于，还包括将所有焊缝的焊接过程编制成程序。
9.根据权利要求7所述的激光焊接机的焊接方法，其特征在于，激光束(101)在激光焊接头(102)内的方向与射出激光焊接头(102)的方向垂直。
10.根据权利要求7所述的激光焊接机的焊接方法，其特征在于，所述夹具(304)的结构包括按照格栅的叶片和边框水平截面形式，在一块钢板上机铣出预定深度的网格槽。
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