雷射焊接系統的製作方法
2023-04-27 18:33:46
雷射焊接系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種雷射焊接系統，其包括雷射焊接設備和焊接控制系統。雷射焊接設備包括可沿Z軸調節移動的雷射焊接裝置、定位雷射焊接裝置並供雷射焊接裝置沿Y軸移動的龍門架、穿設於龍門架下方的X軸移動軌道、設置在X軸移動軌道上的移動工作檯以及設置在移動工作檯上的工裝夾具；焊接控制系統包括控制雷射焊接裝置和移動工作檯的移動速度的數控控制器、控制雷射焊接設備操作模式的上位機以及控制工裝夾具工作狀態的可編程邏輯控制器。數控控制器與上位機採用基於OPC方式的乙太網通訊連接，上位機與可編程邏輯控制器採用基於DASever方式的乙太網通訊連接，數控控制器與可編程邏輯控制器採用ProfibusDP通訊連接。
【專利說明】雷射焊接系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種雷射焊接【技術領域】，尤其涉及一種方便生產控制的雷射焊接系統。
【背景技術】
[0002]雷射拼焊是採用雷射能源，將不同材質、不同厚度的鋼材進行自動拼合和焊接，以滿足不同強度的需要。拼焊板不僅能夠降低整車的製造成本、整車重量、油耗和廢品率，而且可以減少外圍加強件數量，簡化裝配步驟，同時使車輛的碰撞能力、衝壓成型率和抗腐能力提高，因此給汽車製造業帶來巨大的經濟效益。
[0003]隨著汽車產業的迅速發展，高品質高性能的車型對拼接板的需求量也越來越大，為滿足市場需求雷射拼焊生產線也在不斷的擴大。雷射拼焊生產線對生產自動化和管理信息化水平也要求越來越高。
[0004]因此，有必要提供一種雷射焊接系統以克服上述問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種方便生產監控和控制的雷射焊接系統。
[0006]為實現上述發明目的，本發明提供了一種雷射焊接系統，其包括雷射焊接設備和控制雷射焊接設備運行的焊接控制系統，所述雷射焊接設備具有水平設置且相互垂直的X軸和Y軸以及上下設置的Z軸，並包括可沿Z軸調節移動的雷射焊接裝置、定位雷射焊接裝置並供雷射焊接裝置沿Y軸移動的龍門架、穿設於龍門架下方的X軸移動軌道、設置在X軸移動軌道上以承載待焊工件的移動工作檯以及設置在移動工作檯上的工裝夾具；所述焊接控制系統包括控制雷射焊接裝置的移動和旋轉速度以及移動工作檯的移動速度的數控控制器、控制雷射焊接設備操作模式並進行監控的上位機以及控制工裝夾具工作狀態的可編程邏輯控制器，所述數控控制器與上位機採用基於OPC方式的乙太網通訊連接，上位機與可編程邏輯控制器採用基於DASever方式的乙太網通訊連接，數控控制器與可編程邏輯控制器採用Profibus DP通訊連接。
[0007]作為本發明的進一步改進，所述雷射焊接設備包括兩組所述移動工作檯和工裝夾具，並沿X軸設置在龍門架的兩側以交替工作。
[0008]作為本發明的進一步改進，所述龍門架包括沿Y軸設置於X軸移動軌道上方的橫梁、設置於橫梁兩側且向下傾斜延伸的支撐梁、連接支撐梁下端內側與X軸移動軌道兩側的連接梁，兩個所述支撐梁相向傾斜延伸。
[0009]作為本發明的進一步改進，所述雷射焊接裝置具有閉環交流數字伺服電機、與閉環交流數字伺服電機連接的焊接雷射頭、相鄰焊接雷射頭設置的雷射跟蹤器，所述閉環交流數字伺服電機驅動焊接雷射頭沿Y軸和Z軸移動，所述閉環交流數字伺服電機配置有旋轉編碼器。
[0010]作為本發明的進一步改進，所述雷射焊接系統還包括設置在龍門架和部分X軸移動軌道周圍的圍牆、設置在圍牆外側的工作房；相對的所述圍牆上設置有供移動工作檯進出的開口，所述工作房設置在未設置有開口的圍牆外側；所述焊接控制系統設置在工作房內。
[0011]作為本發明的進一步改進，所述工作房內還設置有與雷射焊接裝置連接的雷射發生器、雷射發生器冷水機和空調器。
[0012]作為本發明的進一步改進，所述工作房和圍牆外側還設置有位於X軸移動軌道兩側的上料臺、位於X軸移動軌道末端的下料臺以及吊裝待焊工件的懸臂吊。
[0013]作為本發明的進一步改進，所述工裝夾具為一拼焊定位裝置，用以對待焊板件進行拼接定位，所述拼焊定位裝置包括焊接工作檯及設置在焊接工作檯上的定位機構，所述焊接工作檯包括支架及固定在支架上以支撐待焊板件的支撐板，所述支撐板設有上下貫穿的穿孔，所述定位機構包括可自穿孔中伸出至支撐板上方或退回至支撐板下方的定位翻轉機構，所述定位翻轉機構具有用以抵持一待焊板件邊緣以對待焊板件進行定位的抵持部。
[0014]作為本發明的進一步改進，所述定位翻轉機構包括成弧形設置的連接臂、設置在連接臂上的轉軸、以及驅動連接臂轉動以自穿孔中伸出或退回的驅動機構，所述轉軸通過固定塊與支架相固定，所述抵持部設置在連接臂靠近支撐板的一端。
[0015]作為本發明的進一步改進，所述驅動機構為固定在支架上並與連接臂相對設置的氣缸，所述定位翻轉機構還具有與連接臂相連接並位於轉軸下方的驅動軸，所述氣缸的活塞杆與驅動軸沿驅動軸徑向連接。
[0016]本發明的有益效果是:本發明雷射焊接系統通過數控控制器、可編程邏輯控制器和乙太網分別對雷射焊接設備的各組件進行自動控制及監控，實現雷射拼焊生產線的自動化生產控制、管理和監控，提高生產效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明雷射焊接系統的整體布局圖；
圖2是本發明雷射焊接系統中焊接控制系統的控制框圖；
圖3是本發明雷射焊接設備中拼焊定位裝置的立體圖；
圖4是圖3中拼焊定位裝置的去掉支撐翻轉機構和定位翻轉機構時的部分結構立體圖；
圖5是圖3中拼焊定位裝置的支撐翻轉機構的立體圖；
圖6是圖3中拼焊定位裝置的定位翻轉機構的立體圖；
圖7是圖6中定位翻轉機構另一角度的視圖；
圖8是圖3中拼焊定位裝置的剖視示意圖，主要示意定位翻轉機構與定位磁鐵的設置關係。
【具體實施方式】
[0018]以下將結合附圖所示的各實施方式對本發明進行詳細描述。但這些實施方式並不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護範圍內。
[0019]請參照圖1至圖8所示為本發明雷射焊接系統900的較佳實施方式。結合圖8所示，本發明雷射焊接系統900包括雷射焊接設備91和控制雷射焊接設備91運行的焊接控制系統92。
[0020]所述雷射焊接設備91具有水平設置且相互垂直的X軸和Y軸以及上下設置的Z軸，並包括可沿Z軸調節移動的雷射焊接裝置911、定位雷射焊接裝置911並供雷射焊接裝置911沿Y軸移動的龍門架912、穿設於龍門架912下方的X軸移動軌道913、設置在X軸移動軌道913上以承載待焊工件的移動工作檯914以及設置在移動工作檯914上的工裝夾具100。在本實施方式中，所述雷射焊接設備91包括兩組所述移動工作檯914和工裝夾具100，並沿X軸設置在龍門架912的兩側以交替工作。所述移動工作檯914與移動軌道913之間採用精密絲槓或齒條導軌移動，可達到準確定位及移動。
[0021]所述焊接控制系統92包括控制雷射焊接裝置911的移動和旋轉速度以及移動工作檯914的移動速度的數控控制器921、控制雷射焊接設備91操作模式並進行監控的上位機922以及控制工裝夾具100工作狀態的可編程邏輯控制器923 ;所述數控控制器921與上位機922採用基於OPC方式的乙太網通訊連接，上位機922與可編程邏輯控制器923採用基於DASever方式的乙太網通訊連接，數控控制器921與可編程邏輯控制器923採用ProfibusDP通訊連接。所述雷射焊接設備91由數控控制器921和可編程邏輯控制器923控制工作狀態的半自動工作模式，以及由上位機922發指令給數控控制器921和可編程邏輯控制器923、從而進行工作狀態的控制的全自動工作模式。在全自動工作模式中，所述數控控制器921和可編程邏輯控制器923將雷射焊接設備91的各部分工作狀態發送給上位機922，上位機922中設置有組態軟體，並根據接收到的數據產生不同的工作指令發送給數控控制器921和可編程邏輯控制器923。
[0022]實際使用時，可通過人工操作上位機922的人工操作臺(未圖示)，通過在操作臺的操作界面輸入相應的產品號，切換到相應的產品生產界面，則會自動將上位機922上資料庫內存儲的相應生產軌跡發送給雷射焊接設備91，進而自動調節位置狀態進行焊接。
[0023]所述雷射焊接系統9還包括設置在龍門架912和部分X軸移動軌道913周圍的圍牆93、設置在圍牆93外側的工作房94。相對的所述圍牆93上設置有供移動工作檯914進出的開口 931。所述工作房94設置在未設置有開口 931的圍牆93外側；所述焊接控制系統92設置在工作房94內。所述工作房94內還設置有與雷射焊接裝置911連接的雷射發生器941、雷射發生器冷水機942和空調器943等。所述工作房94和圍牆93外側還設置有位於X軸移動軌道913兩側的上料臺95、位於X軸移動軌道913末端的下料臺96以及吊裝待焊工件的懸臂吊97。
[0024]所述雷射焊接設備91中，龍門架912包括沿Y軸設置於X軸移動軌道913上方的橫梁9121、設置於橫梁9121兩側且向下傾斜延伸的支撐梁(未圖示)、連接支撐梁下端內側與X軸移動軌道913兩側的連接梁(未圖示)，兩個所述支撐梁相向傾斜延伸，從而使得龍門架912大致呈倒梯形設置。
[0025]所述雷射焊接裝置911具有活動固定在龍門架912上的工具機、固定在工具機上的閉環交流數字伺服電機、與閉環交流數字伺服電機連接的焊接雷射頭、相鄰焊接雷射頭設置的雷射跟蹤器，所述閉環交流數字伺服電機驅動焊接雷射頭沿Y軸和Z軸移動，所述閉環交流數字伺服電機配置有旋轉編碼器。加工時，所述焊接雷射頭和雷射跟蹤器的定位、移動和旋轉由工具機帶動完成；焊接時，待焊工件的焊縫跟蹤和檢測有雷射跟蹤器完成，由此可實現工具機定位，運動中產生的偏差也可由雷射跟蹤器進行補償，從而保證焊縫的焊接質量。
[0026]所述工裝夾具100為一拼焊定位裝置，用以對待焊板件進行拼接定位。所述拼焊定位裝置100包括焊接工作檯1、設置在焊接工作檯I上的定位機構2、除塵機構5、調節焊接工作檯I的放置穩定狀態的落位導向機構6、以及可用以增大焊接工作檯I的支撐面的支撐翻轉機構7。
[0027]參照圖3至圖5所示，所述焊接工作檯I包括支架11及固定在支架11上以支撐待焊板件的支撐板12。所述支撐板12設有上下貫穿的穿孔120。在本實施方式中，所述支撐板12包括水平設置在兩側的兩組寬板121、以及設置在兩組寬板121內側的兩組窄板122。兩組窄板122之間形成有收容腔(未標號)。所述寬板121與窄板122之間設置有窄槽124。每組寬板121及每組窄板122均分別沿其縱長方向排布放置，並且在寬板121上設置有若干支撐滾輪(未圖示)，以使得在放置待焊板件時方便對其位置進行調整。
[0028]結合圖3至圖7所示，所述定位機構2包括可自穿孔120中伸出至支撐板12上方或退回至支撐板12下方的定位翻轉機構3，所述定位翻轉機構3具有用以抵持一待焊板件邊緣以對待焊板件進行定位的抵持部30。本實施方式中主要是通過旋轉伸出或退回的方式設置所述定位翻轉機構3，使得伸出至支撐板12上方的抵持部30可沿上下方向與穿孔120錯開，方便操作者在穿孔120的外側預設待焊板件邊緣的對準線；並且通過將定位翻轉機構3翻轉伸出至支撐板12上方後，可通過抵持部30對其中一待焊板件進行定位，使該待焊板件的邊緣放置在預訂位置處，然後將定位翻轉機構3退回至支撐板12下方，可進行另一待焊板件的相對放置，進而可實現一對待焊板件的精確定位，提高焊縫的焊接效果。
[0029]在本實施方式中，所述定位翻轉機構3包括成弧形設置的連接臂31、設置在連接臂31上的轉軸32、以及驅動連接臂31轉動以自穿孔120中伸出或退回的驅動機構33。所述轉軸32通過固定塊34與支架11相固定，並位於支撐板12的下方，以使得定位翻轉機構3繞轉軸32轉動，從而可使弧形的連接臂31穿過穿孔120而突伸至支撐板12上方，反向旋轉時則可使定位翻轉機構3退回至支撐板12下方。所述抵持部30設置在連接臂31靠近支撐板12的一端，以使得定位翻轉機構3突伸至支撐板12上方後可抵持待焊板件的邊緣，進而對其進行定位。所述連接臂31包括相對設置的兩個弧形支臂311及連接在兩個弧形支臂311之間的中心軸312。
[0030]在本實施方式中，所述驅動機構33為固定在支架11上並與連接臂31相對設置的氣缸，所述定位翻轉機構3還具有與連接臂31相連接並位於轉軸32下方的驅動軸35，所述氣缸33的活塞杆與驅動軸35沿驅動軸35徑向連接。在氣缸33推動驅動軸35向外移動時，連接臂31可繞轉軸32向上翻轉，從而使抵持部30突伸至支撐板12上方，進而可將其中一待焊板件通過該抵持部30進行定位。在對其中一待焊板件定位完成後，通過氣缸33反向拉動驅動軸35，使得連接臂31繞轉軸32反向旋轉而退回至支撐板12下方。當然，所述驅動機構33也可為通過轉軸32與連接臂31直接固定的電機，並通過電機正轉或反轉達成定位翻轉機構3的伸出或退回，同樣也可達成本發明的目的。
[0031]在本實施方式中，所述定位翻轉機構3還包括設置在連接臂31遠離轉軸32 —端的擋條36，所述抵持部30可直接設置在擋條36上；但是，本實施方式中，所述擋條36上還設置有可沿擋條36長度方向滑動設置的抵持塊37，所述抵持部30設置在抵持塊37上。所述擋條36上設有沿其長度方向設置的滑條361，所述抵持塊37設有與滑條361配合的滑槽371，通過抵持塊37在滑槽371上滑動，可使得抵持塊37將待焊板件的邊緣進行矯正調整。
[0032]結合圖3、圖4及圖8所示，為方便對已經放置到位的待焊板件進行固定，所述定位機構2還包括設置在支撐板12之間的收容腔內的定位磁鐵4、以及設置在窄槽124內的若干定位柱8。
[0033]所述定位磁鐵4成對相對設置，並分別位於窄板122的內側，以對待焊板件的焊接邊緣位置進行定位，防止放置好的待焊板件移位。所述定位翻轉結構3在伸出至支撐板12上方時，抵持部30位於定位磁鐵4之間的上方。另外，在本實施方式中，相對設置的定位磁鐵4之間設置有間隙41，所述間隙41邊緣可預設為待焊板件的邊緣對準線，所述抵持部30具有可向下伸入間隙41內的尖端部301，使得抵持塊37移動時可同時沿該間隙41進行移動，進一步提聞對待焊板件位置調整的精確度。
[0034]此外，所述定位磁鐵4的相對面具有向外傾斜延伸的傾斜面42，所述間隙42自上向下逐漸增大，所述除塵機構5具有相對設置在間隙41兩端的吸塵管51，以通過吸塵管51將與間隙41對準的待焊板件的焊接邊緣的異物除去，防止影響焊接效果。
[0035]所述定位機構2中的定位柱8設置為可在窄槽124內滑動，以對不同寬度的待焊板件的兩側部進行定位；即在待焊板件放置好後，通過將定位柱8移動至待焊板件的兩側外緣，並採用螺釘或螺孔對其進行鎖定後，可進一步防止待焊板件的偏移，提高定位效果。
[0036]所述支撐翻轉機構7具有可與支撐板12的外緣對接以共同支撐待焊板件的延伸架71及根據需求調節延伸架71的升起或落下狀態的調節機構72。所述調節機構72具有垂直固定在支撐板12下方的若干支柱721、沿支撐板12長度方向固定在支柱71之間下側的固定軸722、連接固定軸722與延伸架71的可摺疊撐杆723以及用以調節延伸架71與支撐板12對接後的平面度的若干組張緊元件724。
[0037]所述可摺疊撐杆723的一端連接在固定軸722上，另一端連接在延伸架71在寬度方向上的中間位置。在可摺疊撐杆723打開時，可將延伸架71支撐起來而使其與支撐板12位於同一平面上，進而有效支撐較寬的待焊板件。
[0038]所述延伸架71具有三個沿其長度方向延伸的橫梁711以及垂直連接在橫梁711間的連杆712。每組所述張緊元件724具有垂直固定在延伸架71遠離支撐板12 —側的兩個橫梁711間的導引柱7241、套設在導引柱7241上的彈性元件7242、連接設置在兩個導引柱7241之間並與彈性元件7242相抵持的拉杆7243、設置在延伸架71靠近支撐板12 —側緣的線輪7244、固定至固定軸72上的調節杆7245、以及與拉杆7243相連接並穿過延伸架71及線輪7244而連接至調節杆7245上的拉繩7246。通過將調節杆7245繞固定軸722向下旋轉一定角度，即可通過拉繩7246調節延伸架71與支撐板12對接後的平面度，防止延伸架71外側下沉而導致待焊板件放置不平穩，進而影響焊接效果。
[0039]綜上所述，本發明雷射焊接系統900通過數控控制器921、可編程邏輯控制器923和上位機922分別對雷射焊接設備91的各組件進行自動控制及監控，實現雷射拼焊生產線的自動化生產控制、管理和監控，提高生產效率。
[0040]應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
[0041]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，它們並非用以限制本發明的保護範圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種雷射焊接系統，其特徵在於:所述雷射焊接系統包括雷射焊接設備和控制雷射焊接設備運行的焊接控制系統，所述雷射焊接設備具有水平設置且相互垂直的X軸和Y軸以及上下設置的Z軸，並包括可沿Z軸調節移動的雷射焊接裝置、定位雷射焊接裝置並供雷射焊接裝置沿Y軸移動的龍門架、穿設於龍門架下方的X軸移動軌道、設置在X軸移動軌道上以承載待焊工件的移動工作檯以及設置在移動工作檯上的工裝夾具；所述焊接控制系統包括控制雷射焊接裝置的移動和旋轉速度以及移動工作檯的移動速度的數控控制器、控制雷射焊接設備操作模式並進行監控的上位機以及控制工裝夾具工作狀態的可編程邏輯控制器，所述數控控制器與上位機採用基於OPC方式的乙太網通訊連接，上位機與可編程邏輯控制器採用基於DASever方式的乙太網通訊連接，數控控制器與可編程邏輯控制器採用Profibus DP通訊連接。
2.根據權利要求1所述的雷射焊接系統，其特徵在於:所述雷射焊接設備包括兩組所述移動工作檯和工裝夾具，並沿X軸設置在龍門架的兩側以交替工作。
3.根據權利要求1所述的雷射焊接系統，其特徵在於:所述龍門架包括沿Y軸設置於X軸移動軌道上方的橫梁、設置於橫梁兩側且向下傾斜延伸的支撐梁、連接支撐梁下端內側與X軸移動軌道兩側的連接梁，兩個所述支撐梁相向傾斜延伸。
4.根據權利要求1所述的雷射焊接系統，其特徵在於:所述雷射焊接裝置具有閉環交流數字伺服電機、與閉環交流數字伺服電機連接的焊接雷射頭、相鄰焊接雷射頭設置的雷射跟蹤器，所述閉環交流數字伺服電機驅動焊接雷射頭沿Y軸和Z軸移動，所述閉環交流數字伺服電機配置有旋轉編碼器。
5.根據權利要求1所述的雷射焊接系統，其特徵在於:所述雷射焊接系統還包括設置在龍門架和部分X軸移動軌道周圍的圍牆、設置在圍牆外側的工作房；相對的所述圍牆上設置有供移動工作檯進出的開口，所述工作房設置在未設置有開口的圍牆外側；所述焊接控制系統設置在工作房內。
6.根據權利要求5所述的雷射焊接系統，其特徵在於:所述工作房內還設置有與雷射焊接裝置連接的雷射發生器、雷射發生器冷水機和空調器。
7.根據權利要求5所述的雷射焊接系統，其特徵在於:所述工作房和圍牆外側還設置有位於X軸移動軌道兩側的上料臺、位於X軸移動軌道末端的下料臺以及吊裝待焊工件的懸臂吊。
8.根據權利要求1所述的雷射焊接系統，其特徵在於:所述工裝夾具為一拼焊定位裝置，用以對待焊板件進行拼接定位，所述拼焊定位裝置包括焊接工作檯及設置在焊接工作檯上的定位機構，所述焊接工作檯包括支架及固定在支架上以支撐待焊板件的支撐板，所述支撐板設有上下貫穿的穿孔，所述定位機構包括可自穿孔中伸出至支撐板上方或退回至支撐板下方的定位翻轉機構，所述定位翻轉機構具有用以抵持一待焊板件邊緣以對待焊板件進行定位的抵持部。
9.根據權利要求8所述的雷射焊接系統，其特徵在於:所述定位翻轉機構包括成弧形設置的連接臂、設置在連接臂上的轉軸、以及驅動連接臂轉動以自穿孔中伸出或退回的驅動機構，所述轉軸通過固定塊與支架相固定，所述抵持部設置在連接臂靠近支撐板的一端。
10.根據權利要求9所述的雷射焊接系統，其特徵在於:所述驅動機構為固定在支架上並與連接臂相對設置的氣缸，所述定位翻轉機構還具有與連接臂相連接並位於轉軸下方的驅動軸，所述氣缸的活塞杆與驅動軸沿驅動軸徑向連接。
【文檔編號】B23K37/047GK104174998SQ201410467644
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】郭敬, 於麟, 李定坤, 候寶輝, 林濤, 倪廣明, 朱振友 申請人:北人機器人系統（蘇州）有限公司, 上海寶鋼阿賽洛雷射拼焊有限公司