一種激光焊接設(shè)備及激光焊接方法與流程

本發(fā)明實(shí)施例屬于技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光焊接設(shè)備及激光焊接方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種工業(yè)產(chǎn)品層出不窮，激光焊接設(shè)備在工業(yè)產(chǎn)品焊接等方便面應(yīng)用廣泛。

然而，現(xiàn)有的激光焊接設(shè)備需要依靠人工校準(zhǔn)焊接頭的位置，自動(dòng)化程度低、焊接精度低，無法對動(dòng)力電池等對焊接精度要求較高的產(chǎn)品進(jìn)行快速準(zhǔn)確的焊接，從而嚴(yán)重降低了激光焊接的焊接效率且增加了人工成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種激光焊接設(shè)備及激光焊接方法，通過視覺檢測系統(tǒng)獲取工件的圖像數(shù)據(jù)，以對工件上的焊縫進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并通過控制系統(tǒng)控制焊接頭快速移動(dòng)到焊縫位置，對工件進(jìn)行快速準(zhǔn)確的激光掃描焊接，可以大大提高激光焊接的焊接效率和精度，降低人工成本。

本發(fā)明實(shí)施例一方面提供一種激光焊接設(shè)備，其包括焊接設(shè)備主體、焊接臺、支架、動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)、視覺檢測系統(tǒng)、工件定位機(jī)構(gòu)、焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)；

所述焊接臺設(shè)置在所述焊接設(shè)備主體的一側(cè)，所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)通過所述支架支撐固定在所述焊接設(shè)備主體的上方，所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)上位于所述焊接臺正上方的一端設(shè)置有焊接頭，所述視覺檢測系統(tǒng)與所述焊接頭機(jī)械連接，所述工件定位機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述焊接臺上，所述焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述焊接頭機(jī)械連接，所述控制系統(tǒng)設(shè)置在所述焊接設(shè)備主體的一側(cè)并分別與所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)、所述視覺檢測系統(tǒng)、所述工件定位機(jī)構(gòu)和所述焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電性連接；

所述工件定位機(jī)構(gòu)用于對放置在所述焊接臺上的工件的位置進(jìn)行調(diào)整，并在將所述工件固定在所述視覺檢測系統(tǒng)的檢測范圍內(nèi)時(shí)，觸發(fā)所述視覺檢測系統(tǒng)啟動(dòng)；

所述視覺檢測系統(tǒng)用于在啟動(dòng)后實(shí)時(shí)獲取所述工件的圖像數(shù)據(jù)；

所述控制系統(tǒng)用于對所述工件的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析得到所述工件上的焊縫的位置信息；

所述焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于根據(jù)所述位置信息驅(qū)動(dòng)所述焊接頭運(yùn)動(dòng)到所述焊縫的上方，并對所述焊接頭的位置進(jìn)行微調(diào)，使所述焊接頭正對所述焊縫；

所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)用于在所述焊接頭正對所述焊縫時(shí)，以預(yù)設(shè)掃描頻率發(fā)射預(yù)設(shè)頻率和預(yù)設(shè)脈寬的激光脈沖對所述焊縫進(jìn)行激光掃描焊接，并在激光掃描焊接過程中對其發(fā)射的激光脈沖的離焦誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)激光脈沖的動(dòng)態(tài)聚焦；

所述控制系統(tǒng)還用于對所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)、所述視覺檢測系統(tǒng)、所述工件定位機(jī)構(gòu)和所述焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)進(jìn)行綜合控制。

優(yōu)選的，所述視覺檢測系統(tǒng)還用于在激光焊接過程中，實(shí)時(shí)獲取所述工件上完成激光掃描焊接部分的掃描圖形中焊接點(diǎn)的畸變量；

所述控制系統(tǒng)還用于對所述畸變量進(jìn)行分析處理得到所述掃描圖像中每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的二維平面函數(shù)，從而得到每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的畸變量，并根據(jù)所述每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的畸變量控制所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)對所述焊接頭的焊接位置進(jìn)行校正。

優(yōu)選的，所述視覺檢測系統(tǒng)包括第一攝像單元、第二攝像單元和機(jī)械運(yùn)動(dòng)單元；

所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)單元分別與所述第一攝像單元、所述第二攝像單元和所述控制模塊連接，用于驅(qū)動(dòng)所述第一攝像單元和所述第二攝像單元運(yùn)動(dòng)至指定的初始位置，以標(biāo)定所述第一攝像單元和所述第二攝像單元的初始位置；

所述第一攝像單元用于獲取所述工件上的第一標(biāo)記點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)；

所述第二攝像單元用于獲取所述工件上的第二標(biāo)記點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)，所述第一標(biāo)記點(diǎn)和所述第二標(biāo)記點(diǎn)分別位于所述待加工工件上的兩個(gè)對角點(diǎn)；

所述控制模塊還用于根據(jù)所述第一攝像單元的初始位置和當(dāng)前位置、所述第二攝像單元的初始位置和當(dāng)前位置、所述第一標(biāo)記點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)、所述第二標(biāo)記點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)以及所述工件的圖像數(shù)據(jù)，分析處理得到所述第一標(biāo)記點(diǎn)和第二標(biāo)記點(diǎn)在所述工件上的位置。

優(yōu)選的，所述激光焊接設(shè)備還包括冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)設(shè)置在所述焊接設(shè)備主體上靠近所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)的一側(cè)，與所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)的激光器機(jī)械連接并與所述控制系統(tǒng)電性連接。

優(yōu)選的，所述冷卻系統(tǒng)為外循環(huán)激光水冷機(jī)組，包括水箱、熱交換器、過濾器、磁性泵、水溫保護(hù)器和流量保護(hù)器；

所述熱交換器設(shè)置在所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)的激光器一側(cè)，其進(jìn)水口和出水口均與所述水箱連接，用于帶走所述激光器散發(fā)的熱量；

所述過濾器設(shè)置在所述熱交換器的進(jìn)水口，用于過濾流入所述熱交換器的冷卻水中的雜物；

所述磁性泵通過水循環(huán)管路連接在所述水箱和所述熱交換器之間，用于抽取并排出所述水循環(huán)管路中的水，以實(shí)現(xiàn)水循環(huán)；

所述水溫保護(hù)器設(shè)置在所述熱交換器的進(jìn)水口，用于在檢測到流入所述熱交換器的冷卻水的溫度大于預(yù)設(shè)溫度時(shí)發(fā)出超溫警報(bào)；

所述流量保護(hù)器設(shè)置在所述熱交換器的進(jìn)水口，用于在檢測到流入所述熱交換器的冷卻水的流量小于預(yù)設(shè)流量時(shí)發(fā)出欠流警報(bào)。

優(yōu)選的，所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)包括激光器和振鏡掃描系統(tǒng)；

所述激光器包括通過光纖依次同軸連接設(shè)置的導(dǎo)光系統(tǒng)、擴(kuò)束鏡、半反射鏡、激光諧振腔體、全反射鏡和激光校正機(jī)構(gòu)，所述激光器用于以預(yù)設(shè)掃描頻率發(fā)射預(yù)設(shè)頻率和預(yù)設(shè)脈寬的激光脈沖對所述焊縫進(jìn)行激光掃描焊接；

所述振鏡掃描系統(tǒng)包括高精度電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、反射鏡、f-θ透鏡和直流供給電源，所述振鏡掃描系統(tǒng)用于將所述激光器發(fā)射的激光脈沖聚焦于所述焊縫，并在激光掃描焊接過程中對所述激光器發(fā)射的激光脈沖的離焦誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)激光脈沖的動(dòng)態(tài)聚焦。

優(yōu)選的，所述焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括焊接頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和焊接頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

所述焊接頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與所述焊接頭機(jī)械連接并與所述控制系統(tǒng)電性連接，用于對所述焊接頭的位置進(jìn)行垂直于所述焊接臺平面的垂直方向調(diào)節(jié)和平行于所述焊接臺平面的水平方向調(diào)節(jié)；

所述焊接頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述焊接頭機(jī)械連接并與所述控制系統(tǒng)電性連接，用于根據(jù)所述工件上的焊縫的位置信息驅(qū)動(dòng)所述焊接頭運(yùn)動(dòng)到正對所述焊縫的位置。

優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)包括控制主機(jī)和顯示單元；

所述控制主機(jī)與所述顯示單元電性連接，用于對所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并對所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)、所述視覺檢測系統(tǒng)、所述工件定位機(jī)構(gòu)和所述焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)進(jìn)行綜合控制；

所述顯示單元用于顯示所述控制主機(jī)的處理分析結(jié)果并輸入對所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)、所述視覺檢測系統(tǒng)、所述工件定位機(jī)構(gòu)或所述焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)進(jìn)行綜合控制的控制指令。

本發(fā)明實(shí)施例另一方面還提供一種激光焊接方法，其基于上述的激光焊接設(shè)備實(shí)現(xiàn)，所述激光焊接方法包括：

控制工件定位機(jī)構(gòu)調(diào)整放置在焊接臺上的工件的位置，使所述工件固定在視覺檢測系統(tǒng)的檢測范圍內(nèi)；

觸發(fā)所述視覺檢測系統(tǒng)啟動(dòng)，以實(shí)時(shí)獲取所述工件的圖像數(shù)據(jù)；

對所述工件的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析得到所述工件上的焊縫的位置信息；

控制焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)所述位置信息驅(qū)動(dòng)所述焊接頭運(yùn)動(dòng)到所述焊縫的上方，并對所述焊接頭的位置進(jìn)行微調(diào)，使所述焊接頭正對所述焊縫；

控制動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)以預(yù)設(shè)掃描頻率發(fā)射預(yù)設(shè)頻率和預(yù)設(shè)脈寬的激光脈沖對所述焊縫進(jìn)行激光掃描焊接，并在激光掃描焊接過程中對其發(fā)射的激光脈沖的離焦誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)激光脈沖的動(dòng)態(tài)聚焦。

優(yōu)選的，所述激光焊接方法還包括：

在激光焊接過程中，通過所述視覺檢測系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取所述工件上完成激光掃描焊接部分的掃描圖形中焊接點(diǎn)的畸變量；

對所述畸變量進(jìn)行分析處理得到所述掃描圖像中每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的二維平面函數(shù)，從而得到每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的畸變量；

根據(jù)所述每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的畸變量控制所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)對所述焊接頭的焊接位置進(jìn)行校正。

本發(fā)明實(shí)施例通過視覺檢測系統(tǒng)獲取工件的圖像數(shù)據(jù)，以對工件上的焊縫進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并通過控制系統(tǒng)控制焊接頭快速移動(dòng)到焊縫位置，使動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)發(fā)射激光脈沖對工件進(jìn)行快速準(zhǔn)確的激光掃描焊接，同時(shí)在激光掃描焊接過程中，通過動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)對其發(fā)射的激光脈沖的離焦誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)激光脈沖的動(dòng)態(tài)聚焦，可以大大提高激光焊接的焊接效率和精度，降低人工成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1和2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的激光焊接設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的激光焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的激光焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“包括”以及它們?nèi)魏巫冃?，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含一系列步驟或單元的過程、方法或系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備沒有限定于已列出的步驟或單元，而是可選地還包括沒有列出的步驟或單元，或可選地還包括對于這些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。此外，術(shù)語“第一”、“第二”和“第三”等是用于區(qū)別不同對象，而非用于描述特定順序。

如圖1和2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種激光焊接設(shè)備100，其包括焊接設(shè)備主體101、焊接臺102、支架103、動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)10、視覺檢測系統(tǒng)20、工件定位機(jī)構(gòu)30、焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40和控制系統(tǒng)50。

在本實(shí)施例中，焊接設(shè)備主體是用于將焊接臺、動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)、視覺檢測系統(tǒng)、工件定位機(jī)構(gòu)、焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)通過機(jī)械連接方式固定在一起的由金屬材質(zhì)或復(fù)合材料制成的殼體，其可以根據(jù)實(shí)際需要制造成任意的符合激光焊接要求的形狀構(gòu)造，本實(shí)施例中，不對焊接設(shè)備主體的形狀和結(jié)構(gòu)作特別限定。

如圖1和2所示，焊接臺102設(shè)置在焊接設(shè)備主體101的一側(cè)，用于承載需要被焊接的工件。

在具體應(yīng)用中，焊接臺的尺寸大小可根據(jù)需要被焊接的工件的尺寸進(jìn)行合理設(shè)置。本實(shí)施例所提供的激光焊接設(shè)備由于其焊接精度高速度快，主要用于對動(dòng)力電池極耳等對焊接精度要求較高的工件進(jìn)行焊接。在一個(gè)具體實(shí)例中，焊接臺的尺寸具體可以設(shè)置為長1.4米(m)、寬1米(m)、高0.8米(m)。

動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)10通過支架103支撐固定在焊接設(shè)備主體101的上方，用于以預(yù)設(shè)掃描頻率發(fā)射預(yù)設(shè)頻率和預(yù)設(shè)脈寬的激光脈沖對工件上的焊縫進(jìn)行激光掃描焊接，并在激光掃描焊接過程中對其發(fā)射的激光脈沖的離焦誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)激光脈沖的動(dòng)態(tài)聚焦。

在具體應(yīng)用中，預(yù)設(shè)掃描頻率、預(yù)設(shè)頻率和預(yù)設(shè)脈寬可以根據(jù)焊接精度和焊接速度要求進(jìn)行設(shè)置。在一個(gè)具體實(shí)例，對動(dòng)力電池極耳進(jìn)行焊接時(shí)，預(yù)設(shè)掃描頻率可以為200個(gè)每小時(shí)，即每小時(shí)可以完成200個(gè)動(dòng)力電池極耳的焊接，對應(yīng)的，焊接速度為1～20點(diǎn)每秒，即每秒可以完成對動(dòng)力電池極耳上1～20個(gè)焊點(diǎn)的焊接。

在具體應(yīng)用中，動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)具體可為常用的激光振鏡系統(tǒng)，通常包括激光器、振鏡、擴(kuò)束鏡、x-y光學(xué)掃描頭、光學(xué)反射鏡片、激光光路系統(tǒng)等。本實(shí)施例中不對動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)作特別限定。

如圖3所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)10包括激光器11、振鏡掃描系統(tǒng)12和焊接頭13，其中，激光器11具體包括通過光纖111依次同軸連接設(shè)置的導(dǎo)光系統(tǒng)112、擴(kuò)束鏡113、半反射鏡114、激光諧振腔體115、全反射鏡116和激光校正機(jī)構(gòu)117。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，振鏡掃描系統(tǒng)具體可以由高精度電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、反射鏡、f-θ透鏡及直流供給電源組成。其中f-θ透鏡的焦距f＝100mm(或160mm)，工作幅面為110mm×110mm。

在具體應(yīng)用中，支架的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置成任意形狀構(gòu)造，只要能夠起到將動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)支撐固定在焊接設(shè)備主體的上方，且保證動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)的焊接頭與放置在焊接臺上之間間隔一定的有效距離便于發(fā)射激光脈沖即可。本實(shí)施例中，支架103由六根圓柱形支撐住構(gòu)成。

如圖1和2所示，焊接頭104設(shè)置在動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)10上位于焊接臺102正上方的一端。

在具體應(yīng)用中，焊接頭的焊接芯梁可以采用矩形芯梁，矩形芯梁其上設(shè)置有銅襯墊并在銅襯墊上加工成型槽，可以保證在工件焊接過程中，對焊縫的雙面成型和散熱，激光脈沖與工件接觸面采用平面形式，保證激光脈沖與工件焊縫的良好接觸。

如圖1和2所示，視覺檢測系統(tǒng)20與焊接頭104機(jī)械連接，用于在啟動(dòng)后實(shí)時(shí)獲取工件的圖像數(shù)據(jù)。

在具體應(yīng)用中，視覺檢測系統(tǒng)包括至少一個(gè)攝像單元用于獲取工件的圖像數(shù)據(jù)，攝像單元具體可以是ccd攝像機(jī)，其必然還包括相應(yīng)的圖像傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像采集卡等。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，視覺檢測系統(tǒng)包括第一攝像單元、第二攝像單元和機(jī)械運(yùn)動(dòng)單元，其中，機(jī)械運(yùn)動(dòng)單元分別與第一攝像單元、第二攝像單元和控制模塊連接，用于驅(qū)動(dòng)第一攝像單元和第二攝像單元運(yùn)動(dòng)至指定的初始位置，以標(biāo)定第一攝像單元和第二攝像單元的初始位置；第一攝像單元用于獲取工件上的第一標(biāo)記點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)；第二攝像單元用于獲取工件上的第二標(biāo)記點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)，第一標(biāo)記點(diǎn)和第二標(biāo)記點(diǎn)分別位于待加工工件上的兩個(gè)對角點(diǎn)；控制模塊用于根據(jù)第一攝像單元的初始位置和當(dāng)前位置、第二攝像單元的初始位置和當(dāng)前位置、第一標(biāo)記點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)、第二標(biāo)記點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)以及工件的圖像數(shù)據(jù)，分析處理得到第一標(biāo)記點(diǎn)和第二標(biāo)記點(diǎn)在工件上的位置。

如圖2所示，工件定位機(jī)構(gòu)30設(shè)置在焊接臺102上，用于對放置在焊接臺102上的工件的位置進(jìn)行調(diào)整，以將工件扶正固定在視覺檢測系統(tǒng)20的檢測范圍內(nèi)，并在工件被扶正固定在視覺檢測系統(tǒng)20的檢測范圍內(nèi)時(shí)，觸發(fā)視覺檢測系統(tǒng)20啟動(dòng)。

在具體應(yīng)用中，工件定位機(jī)構(gòu)可以采用一邊固定，另一邊氣動(dòng)壓緊的方式將工件扶正固定，以方便工件上的焊縫對準(zhǔn)視覺檢測系統(tǒng)的檢測范圍內(nèi)，從而獲取工件的圖像數(shù)據(jù)。

如圖2所示，焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40與焊接頭104機(jī)械連接，用于驅(qū)動(dòng)焊接頭104運(yùn)動(dòng)到焊縫的上方，并對焊接頭104的位置進(jìn)行微調(diào)，使焊接頭104正對工件的焊縫。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括焊接頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和焊接頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中，焊接頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與焊接頭機(jī)械連接并與控制系統(tǒng)電性連接，用于對焊接頭的位置進(jìn)行垂直于焊接臺平面的垂直方向調(diào)節(jié)和平行于焊接臺平面的水平方向調(diào)節(jié)；焊接頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與焊接頭機(jī)械連接并與控制系統(tǒng)電性連接，用于根據(jù)工件上的焊縫的位置信息驅(qū)動(dòng)焊接頭運(yùn)動(dòng)到正對焊縫的位置。

在具體應(yīng)用中，垂直方向調(diào)節(jié)主要是調(diào)節(jié)鎢極端頭與工件之間的間距，即設(shè)定焊接電弧的長度，確立焊接電弧的電壓；水方向調(diào)節(jié)主要是調(diào)節(jié)鎢極尖端使其與焊縫對正。為便于工件的裝卸，焊接頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為氣動(dòng)進(jìn)槍裝置，在焊接時(shí)，焊接頭自動(dòng)下降到焊接位置，焊接完畢后，焊接頭自動(dòng)回歸到原始位置。焊接頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括交流變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于在焊接過程中，驅(qū)動(dòng)焊接頭快速準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)到焊縫位置，其可實(shí)現(xiàn)對焊接頭移動(dòng)速度的無級調(diào)速，可空程快速回車。

如圖4所示，控制系統(tǒng)50分別與動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)10、視覺檢測系統(tǒng)20、工件定位機(jī)構(gòu)30和焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40電性連接，用于對工件的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析得到工件上的焊縫的位置信息，還用于對動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)10、視覺檢測系統(tǒng)20、工件定位機(jī)構(gòu)30和焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40的工作狀態(tài)進(jìn)行綜合控制。

在具體應(yīng)用中，控制系統(tǒng)50具體可以選用pc機(jī)或plc工控機(jī)，也可以通過通用集成電路，例如cpu(centralprocessingunit，中央處理器)，或通過asic(applicationspecificintegratedcircuit，專用集成電路)來實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)部寫入相應(yīng)的算法程序，可以對圖像數(shù)據(jù)分析、處理和識別得到工件的位置信息，從而實(shí)現(xiàn)對工件的定位。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，視覺檢測系統(tǒng)還用于在激光焊接過程中，實(shí)時(shí)獲取工件上完成激光掃描焊接部分的掃描圖形中焊接點(diǎn)的畸變量；

控制系統(tǒng)還用于對畸變量進(jìn)行分析處理得到掃描圖像中每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的二維平面函數(shù)，從而得到每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的畸變量，并根據(jù)每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的畸變量控制動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)對焊接頭的焊接位置進(jìn)行校正。

如圖2所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)50包括控制主機(jī)51和顯示單元52；其中，控制主機(jī)51與顯示單元52電性連接，用于對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并對動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)、視覺檢測系統(tǒng)、工件定位機(jī)構(gòu)和焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)進(jìn)行綜合控制；顯示單元52用于顯示控制主機(jī)51的處理分析結(jié)果并輸入對動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)、視覺檢測系統(tǒng)、工件定位機(jī)構(gòu)或焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)進(jìn)行綜合控制的控制指令。

在具體應(yīng)用中，顯示單元具體可以為觸控顯示屏，控制系統(tǒng)也可以相應(yīng)配置鍵盤、鼠標(biāo)、控制按鈕等控制指令輸入設(shè)備。

在具體應(yīng)用中，激光加工系統(tǒng)必然還可以包括用于在各模塊之間傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)線以及對應(yīng)設(shè)置在各模塊上的數(shù)據(jù)接口，也可以采用無線傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)，本實(shí)施例中不對數(shù)據(jù)傳輸方式作特別限定。

本發(fā)明實(shí)施例通過視覺檢測系統(tǒng)獲取工件的圖像數(shù)據(jù)，以對工件上的焊縫進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并通過控制系統(tǒng)控制焊接頭快速移動(dòng)到焊縫位置，使動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)發(fā)射激光脈沖對工件進(jìn)行快速準(zhǔn)確的激光掃描焊接，同時(shí)在激光掃描焊接過程中，通過動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)對其發(fā)射的激光脈沖的離焦誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)激光脈沖的動(dòng)態(tài)聚焦，可以大大提高激光焊接的焊接效率和精度，降低人工成本。

如圖5所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，激光焊接設(shè)備100還包括冷卻系統(tǒng)60，冷卻系統(tǒng)60設(shè)置在焊接設(shè)備主體101上靠近動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)10的一側(cè)，與動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)10的激光器機(jī)械連接并與控制系統(tǒng)50電性連接。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)具體可以為外循環(huán)激光水冷機(jī)組，其包括水箱、熱交換器、過濾器、磁性泵、水溫保護(hù)器和流量保護(hù)器。

熱交換器設(shè)置在動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)的激光器一側(cè)，其進(jìn)水口和出水口均與水箱連接，用于帶走激光器散發(fā)的熱量。

過濾器設(shè)置在熱交換器的進(jìn)水口，用于過濾流入熱交換器的冷卻水中的雜物。

磁性泵通過水循環(huán)管路連接在水箱和熱交換器之間，用于抽取并排出水循環(huán)管路中的水，以實(shí)現(xiàn)水循環(huán)。

水溫保護(hù)器設(shè)置在熱交換器的進(jìn)水口，用于在檢測到流入熱交換器的冷卻水的溫度大于預(yù)設(shè)溫度時(shí)發(fā)出超溫警報(bào)。

流量保護(hù)器設(shè)置在熱交換器的進(jìn)水口，用于在檢測到流入熱交換器的冷卻水的流量小于預(yù)設(shè)流量時(shí)發(fā)出欠流警報(bào)。

在具體應(yīng)用中，水溫保護(hù)器和流量保護(hù)器均可以包括語音報(bào)警單元，語音報(bào)警單元具體可以是蜂鳴器或由語音芯片和喇叭組成的語音播報(bào)裝置。水溫保護(hù)器和流量保護(hù)器還可以分別與控制系統(tǒng)電性連接，以發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)警信號的形式向控制系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，以使控制系統(tǒng)的顯示單元可以顯示相應(yīng)的報(bào)警信息。

本發(fā)明實(shí)施例通過設(shè)置具有超溫報(bào)警和欠流報(bào)警功能的水冷系統(tǒng)，能夠保證激光焊接設(shè)備在長時(shí)間工作的情況下依然可以正常運(yùn)行，減少設(shè)備故障的發(fā)生，提高焊接效率。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例還提供一種激光焊接方法，其基于上述的激光焊接設(shè)備100實(shí)現(xiàn)，所述激光焊接方法包括：

控制工件定位機(jī)構(gòu)調(diào)整放置在焊接臺上的工件的位置，使所述工件固定在視覺檢測系統(tǒng)的檢測范圍內(nèi)；

觸發(fā)所述視覺檢測系統(tǒng)啟動(dòng)，以實(shí)時(shí)獲取所述工件的圖像數(shù)據(jù)；

對所述工件的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析得到所述工件上的焊縫的位置信息；

控制焊接頭調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)所述位置信息驅(qū)動(dòng)所述焊接頭運(yùn)動(dòng)到所述焊縫的上方，并對所述焊接頭的位置進(jìn)行微調(diào)，使所述焊接頭正對所述焊縫；

控制動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)以預(yù)設(shè)掃描頻率發(fā)射預(yù)設(shè)頻率和預(yù)設(shè)脈寬的激光脈沖對所述焊縫進(jìn)行激光掃描焊接，并在激光掃描焊接過程中對其發(fā)射的激光脈沖的離焦誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)激光脈沖的動(dòng)態(tài)聚焦。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述激光焊接方法還包括：

在激光焊接過程中，通過所述視覺檢測系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取所述工件上完成激光掃描焊接部分的掃描圖形中焊接點(diǎn)的畸變量；

對所述畸變量進(jìn)行分析處理得到所述掃描圖像中每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的二維平面函數(shù)，從而得到每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的畸變量；

根據(jù)所述每一個(gè)預(yù)設(shè)失真范圍的畸變量控制所述動(dòng)態(tài)聚焦振鏡焊接系統(tǒng)對所述焊接頭的焊接位置進(jìn)行校正。

在具體應(yīng)用中，上述激光焊接方法可以由控制系統(tǒng)50來執(zhí)行，上述方法步驟具體可以是控制系統(tǒng)50中的軟件程序。

本發(fā)明實(shí)施例方法中的步驟可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行順序調(diào)整、合并和刪減。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機(jī)存儲記憶體(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。