專利名稱：定位格架的焊接設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及定位格架的焊接設備，具體地說涉及在焊接作業(yè)過程中，拍 攝焊點影像，并利用上述影像準確掌握焊點位置，從而進行精密焊接的焊接 設備。
背景技術：
近來，用于支撐并固定核燃料的定位格架，主要如韓國專利申請第10-1983-0004399號所公示，主要將長鋯板縱橫交錯后，焊接成格子形狀而 成。具體說明為，每塊板上都形成了槽，能夠收容相互直角交叉的板，通過 相互結(jié)合方式固定這些槽后，對直角交叉的板塊的交點進行焊接，形成定位格架。定位格架制造上的缺陷由組成定位格架的板塊材料缺陷、焊接板的固定 缺陷、焊接時激光缺陷及焊接作業(yè)過程中將定位格架的組分固定的固定帶的 固定缺陷等多種原因綜合作用造成，并以定位格架的焊接缺陷形式體現(xiàn)。針對上述各種原因，有多種方法能夠?qū)⒍ㄎ桓窦芎附尤毕萁档偷阶钚〕?度，其中，為最小化焊接缺陷，最重要的是事先準確找到焊接時成為焊點的 交叉板塊的交點進行焊接，完成作業(yè)后準確掌握焊接后的焊接狀態(tài)，對焊接 不合格的部分進行重新焊接。特別是，組成定位格架的板塊上為了插入交叉 的板塊而形成的槽，在相互插入時仍有一定的公差，從而使整體焊點形成得 不規(guī)則，出現(xiàn)些許誤差，因此事先掌握準確的焊點位置就顯得尤為重要。為了防止這樣的焊接缺陷，近來在焊接作業(yè)前拍攝定位格架的影像，事 先掌握整體焊點后實施焊接作業(yè)，之后以手工作業(yè)確認焊接狀態(tài)后，對焊接 狀態(tài)不合格的定位格架重新進行焊接作業(yè)。
但是，上述方法不僅在進行定位格架焊接作業(yè)前需要消耗很長的時間， 而且對焊接時出現(xiàn)的瑕疵也不能即時處理，從而降低了工作效率。另一方面，與一般電弧焊不同，定位格架需要進行激光焊接，溫度達到3000攝氏度以上，比電弧焊高得多。因此，為了縮短焊接作業(yè)所需時間，在 焊接作業(yè)途中或焊接結(jié)束后立即拍攝定位格架影像時，則會因為上述高溫使 影像出現(xiàn)熱點現(xiàn)象，從而很難判別影像。即，為了提高定位格架焊接作業(yè)效 率，需要有相關輔助技術，能夠從焊接途中或焊接結(jié)束后立即拍攝的影像中 消除熱點或使其最小化。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決上述問題而提出，其目的是提供與焊接作業(yè)并行地獲得定 位格架影像，從而能夠即時確認焊接后的焊接狀態(tài)，判斷是否需要重新焊接 的焊接設備。本發(fā)明目的還在于提供即使與焊接作業(yè)并行地拍攝定位格架的影像，也 能夠最小化熱點現(xiàn)象的焊接設備。為達到上述目的，本發(fā)明涉及的用于對定位格架進行焊接的焊接設備是激光焊接設備，該設備包括脈沖激光發(fā)生器、伺服電機、光束分離器、攝 像傳感器及焊接控制裝置。伺服電機能夠在X-Y平面上移動上述脈沖激光發(fā)生器。光束分離器能夠從上述激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光光路中分離出從定位格 架的焊接部反射的反射光的光路。攝像傳感器在上述脈沖激光發(fā)生器處于"關閉"狀態(tài)時，能夠接收到從 定位格架的焊點反射并被上述光束分離器分離出來的光，從而檢測并保存定 位格架的影像。焊接控制裝置中保存了焊點的位置信息和各焊點的焊接順序，能夠控制 攝像傳感器拍攝定位格架的影像，并從上述攝像傳感器接收該影像，計算出 下一個焊點的準確位置，對上述焊點位置信息進行修正，根據(jù)計算出的坐標 值控制伺服電機，使上述脈沖激光發(fā)生器能夠準確校準下一個焊點。此外，本發(fā)明涉及的激光焊接設備還可以包括焊接狀態(tài)判別裝置。上述 焊接狀態(tài)判別裝置將從上述攝像傳感器傳送的定位格架影像與焊接狀態(tài)相 關的圖像分析數(shù)據(jù)庫進行比較，從而判別焊接部分的焊接狀態(tài)。此外，當本發(fā)明涉及的激光焊接設備的焊接控制裝置從上述焊接狀態(tài)判 別裝置接收到前一個焊接部位焊接不合格的判定信號時，會將上述焊點重新 列入焊接對象。此外，本發(fā)明涉及的激光焊接設備還可以包括衰減濾波器。衰減濾波器 能夠?qū)⒍ㄎ桓窦芊瓷涞姆瓷涔獾膹姸冉档偷秸障鄼C能夠識別的程度后傳遞 給攝像傳感器。此外，本發(fā)明涉及的激光焊接設備還可以包括帶通濾波器。帶通濾波器能夠在定位格架反射的反射光中選擇性地只讓波長在770nm-790nm范圍內(nèi) 的光線透過，并傳遞給攝像傳感器。不僅如此，本發(fā)明涉及的激光焊接設備的攝像傳感器在上述脈沖激光發(fā) 生器處于"關閉"狀態(tài)的時間內(nèi)，只在低溫區(qū)間接收定位格架的焊接部反射 的光線，從而檢測并保存定位格架影像。另一方面，本發(fā)明涉及的激光焊接設備的攝像傳感器在脈沖激光發(fā)生器 處于"關閉"狀態(tài)的時間內(nèi)進行連續(xù)拍攝，從中只對熱點造成的失真現(xiàn)象低 于基準值的相應幀進行接收及保存。由于本發(fā)明的組成具有上述特征，本發(fā)明涉及的焊接方法能夠縮短焊接 作業(yè)所需的啟動時間，從而提高工作效率。此外，本發(fā)明涉及的焊接方法在焊接作業(yè)途中提供拍攝的影像，能夠即 時確認焊接狀態(tài)，無需完成作業(yè)后確認焊接狀態(tài)，從而提高了整體工作效率。
本發(fā)明在定位格架焊接過程中，在熱點造成的影像失真現(xiàn)象最小時期拍 攝影像，同時還能最大限度地從拍攝的影像中消除熱點造成的影像失真現(xiàn) 象。


圖1是本發(fā)明涉及的激光焊接設備的整體結(jié)構(gòu)模塊圖；圖2是本發(fā)明除伺服電機以外的焊接部示意圖；圖3是熱點發(fā)出的光譜按波長分布表示的曲線；圖4是脈沖激光的振幅隨時間變化表示的曲線；圖5是焊點溫度隨脈沖激光變化的曲線；圖6是焊點的理論位置的示意圖；圖7是焊點的實際位置的示意圖。
附圖標記
5:焊接部 20:攝像傳感器21:衰減濾波器 22:帶通濾波器40:控制部 41:焊接控制裝置 42:焊接狀態(tài)判別裝置。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明實施例進行說明。
實施例1
參照圖l，本實施例涉及的激光焊接設備大體可以分為控制部40和焊接部5。首先，參照圖1及圖2對焊接部5進行說明。
焊接部5在由伺服電機、脈沖激光發(fā)生器、校準透鏡及聚焦透鏡組成的 公知的激光焊接設備的基礎上，還包括光束分離器、攝像傳感器、衰減濾波 器及帶通濾波器。伺服電機如以往所述能夠在X-Y平面上移動焊接部5。另一方面，在定位格架焊接過程中，為了充分確保焊接深度、防止焊接 缺陷，激光需要使用如圖4所示的"開啟"狀態(tài)和"關閉"狀態(tài)交替的脈沖 激光。為方便起見，本實施例的激光假定使用定位格架焊接中使用的頻率為 15Hz的脈沖激光。這樣，脈沖激光的周期約為70ms，其中，脈沖開啟時間 約為7ms ，關閉時間約為63ms 。脈沖激光發(fā)生器10中產(chǎn)生激光后，通過光纖ll、校準透鏡30、光束分 離器32及聚焦透鏡31將激光照射到焊點。此時，光束分離器32將從上述脈沖激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光光路中分離 出定位格架焊接部反射的反射光的光路。為了分離照射激光和焊點的反射光 的光路，光束分離器32可以使用冷光鏡或熱光鏡。對于圖2所示的情形， 采用了冷光鏡作為光束分離器，冷光鏡使激光直接透過，而焊點反射的光則 被反射回去，將光路改變到攝像傳感器20側(cè)。被定位格架焊接部反射并通過上述光束分離器32分離光路的光首先通 過過濾層，本實施例中過濾層由衰減濾波器21和帶通濾波器22組成。衰減濾波器用于整體降低透射光的強度，如上所述，由于定位格架焊點 溫度很高，因此反射光強度很大，而衰減濾波器的作用就是將透射光的強度 降低到攝像傳感器20能夠識別的程度。另一方面，載有定位格架影像信息并能夠被肉眼或照相機識別的波長范 圍是包括可見光和部分紅外線在內(nèi)的500nm-800nm。圖3所示為焊接過程中或焊接作業(yè)剛剛結(jié)束時焊點的熱點產(chǎn)生的光譜按波長分布表示的曲線，從圖 中可以看出，大約在780nm波長附近，其透射率最小。相關準確數(shù)值會隨著 焊接對象一定位格架的材質(zhì)不同而有所變化，對于近來主要使用的定位格架
材料一鋯合金而言，激光焊接過程中具有最小透射率的波長為780nm。透射 率高的波長區(qū)域說明焊點的熱點發(fā)出的信號較強。這同時也表明熱點的影像 失真大小，因此，使CCD攝像機獲得失真影像的概率也相應較高。因此， 如果只關注透射率較小的波長，將能夠獲得沒有失真的最接近實際情形的影 像。艮P，如果只選擇使用780nm波長，將能夠最大程度地消除焊接時焊點 發(fā)出的紅外線及不必要的噪聲，從而使熱點造成的失真現(xiàn)象最小化，得到最 接近實物的定位格架影像。出于這個目的，帶通濾波器230將只選擇透過波 長在770nm-790nm范圍內(nèi)的光線。雖然只讓780nm波長的光線透過效果最 佳，但考慮到機械結(jié)構(gòu)及實際組成中的誤差等因素，從而選擇了以上范圍。下面，參照圖2及圖5對攝像傳感器20進行說明。通過過濾層的光線將照射到攝像傳感器20。攝像傳感器20將會在上述 脈沖激光發(fā)生器10的關閉時間(參照圖3)內(nèi)將抵達攝像傳感器20的光線 作為影像保存。如圖5所示，定位格架溫度在脈沖激光發(fā)生器10剛要進入 開啟時間時顯示為最低值。因此，最好是能夠在剛要進入開啟時間時保存影 像，但考慮到機械反應速度等因素， 一般在關閉時間末期的大約與25%的關 閉時間相當?shù)?7ms (以下，定義為低溫區(qū)間)內(nèi)保存影像。下面參照圖1對控制部40進行說明?？刂撇?0由焊接控制裝置41和焊接狀態(tài)判別裝置42組成。控制部40 可以通過結(jié)合具有下述功能的軟件和能夠運行上述軟件的一般計算機系統(tǒng) 或焊接作業(yè)專用的計算設備來實現(xiàn)。概括而言，焊接控制裝置41是總體控制焊接部5整體運行的部分。艮口， 焊接控制裝置41中保存了焊點的位置信息和各焊點焊接順序，能夠控制伺 服電機9，按焊接順序移動焊接部5，并調(diào)節(jié)激光的開啟或關閉時間。此外， 還控制攝像傳感器20在激光關閉時間范圍的低溫區(qū)間內(nèi)拍攝定位格架影像。焊接作業(yè)前保存在焊接控制裝置41內(nèi)的各焊點的位置(WP)，理論上
應該如圖6所示，正確形成在組成定位格架1的各板塊的交點上。但是，組 成定位格架1的各板塊為了能夠相互交叉插入，形成了一定間隔的槽，由于這些槽的公差和其它各種物理原因，焊點位置如圖7所示，將會與實際焊點 沿Y軸有YG的誤差，且沿X軸有XG的誤差。為了修正上述實際存在的誤差，焊接控制裝置41在從攝像傳感器20接 收到拍攝的影像后，就會計算出焊點的準確位置，對焊接控制裝置41內(nèi)保 存的焊點位置信息進行修正，并根據(jù)修正后的坐標值，控制焊接部5進行焊 接作業(yè)。另一方面，如果焊接控制裝置41接收到后述的焊接狀態(tài)不合格的信號， 就會將相關不合格焊點位置重新編入焊接對象列表，對其重新進行焊接。焊接狀態(tài)判別裝置42用于確認己焊接部分的焊接狀態(tài)。焊接狀態(tài)判別 裝置42將從拍攝傳感器20傳送的定位格架圖像中檢測拍攝前焊接部分的焊 接狀態(tài)。焊接狀態(tài)判別裝置42包括存有與各種缺陷原因?qū)膱D像數(shù)據(jù)的 數(shù)據(jù)庫，通過將拍攝的影像與數(shù)據(jù)庫中保存的焊接缺陷圖像進行比較，實現(xiàn) 焊接狀態(tài)判別功能。當判定焊接狀態(tài)不合格吋，將向焊接控制裝置41發(fā)送 焊接不合格信號。實施例2實施例2與實施例1相比，差別主要在于攝像傳感器20的影像獲取方式。對于實施例1，只在低溫區(qū)間(關閉時間的最后17ms區(qū)間)內(nèi)保存影 像，但實施例2則在整個關閉時間內(nèi)連續(xù)拍攝影像，并檢測熱點造成的影像 失真程度，將其中失真程度低于基準值的幀作為影像保存。以上對本發(fā)明優(yōu)先實施例進行了說明，但本發(fā)明技術思想并不局限于上 述優(yōu)選實施例，在不脫離權(quán)利要求范圍具體列出的本發(fā)明技術思想的范疇 內(nèi)，可以體現(xiàn)為多種形式的能夠掌握準確位置并進行精密焊接的焊接設備及 方法。
權(quán)利要求
1、一種定位格架焊接設備，其特征是，該定位格架焊接設備是具有脈沖激光發(fā)生器、校準透鏡及聚焦透鏡的用于對定位格架進行焊接的激光焊接設備，該焊接設備還包括伺服電機、光束分離器、攝像傳感器、焊接控制裝置；其中，所述伺服電機用于在X-Y平面上移動所述脈沖激光發(fā)生器；所述光束分離器用于從所述激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光光路中分離出從定位格架的焊接部反射的反射光的光路；所述攝像傳感器在所述脈沖激光發(fā)生器處于關閉狀態(tài)時，能夠接收到從定位格架的焊點反射并被所述光束分離器分離出來的光，從而檢測并保存定位格架的影像；所述焊接控制裝置中保存了焊點的位置信息和各焊點的焊接順序，能夠控制攝像傳感器拍攝定位格架影像，并從所述攝像傳感器接收影像，計算出下一個焊點的準確位置，對所述焊點位置信息進行修正，根據(jù)計算出的坐標值控制所述伺服電機，使所述脈沖激光發(fā)生器能夠準確校準下一個焊點。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位格架焊接設備，其特征是，該焊接設備 還包括焊接狀態(tài)判別裝置，該焊接狀態(tài)判別裝置用于將從所述攝像傳感器傳 送的定位格架影像與焊接狀態(tài)相關的圖像分析數(shù)據(jù)庫進行比較，從而判別焊 接部分的焊接狀態(tài)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的定位格架焊接設備，其特征是，當所述焊接 控制裝置從所述焊接狀態(tài)判別裝置接收到前一個焊接部位焊接不合格的判 定信號時，將所述焊點重新列入焊接對象。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位格架焊接設備，其特征是，該焊接設備 還包括衰減濾波器，該衰減濾波器用于將定位格架反射的反射光的強度降低 到照相機能夠識別的程度后傳遞給攝像傳感器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位格架焊接設備，其特征是，該焊接設備 還包括帶通濾波器，該帶通濾波器用于在定位格架反射的反射光中選擇性地只讓波長在770納米-790納米范圍內(nèi)的光線透過，并傳遞給攝像傳感器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項權(quán)利要求所述的定位格架焊接設備，其 特征是，所述攝像傳感器在所述脈沖激光發(fā)生器處于關閉狀態(tài)的時間內(nèi)，只 在低溫區(qū)間接收定位格架的焊接部反射的光線，從而檢測并保存定位格架影
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任-一項權(quán)利要求所述的定位格架焊接設備，其 特征是，所述攝像傳感器在所述脈沖激光發(fā)生器處于關閉狀態(tài)的時間內(nèi)進行 連續(xù)拍攝，從中只對熱點造成的失真現(xiàn)象低于基準值的相應幀進行檢測及保 存。
全文摘要
本發(fā)明涉及定位格架的焊接設備及方法，具體地說涉及在焊接作業(yè)過程中，拍攝焊點影像，并根據(jù)上述影像準確掌握焊點位置，從而進行精密焊接的焊接設備及方法。本發(fā)明涉及的激光焊接設備包括脈沖激光發(fā)生器、伺服電機、光束分離器、攝像傳感器及焊接控制裝置。由于本發(fā)明組成具有上述特征，因此本發(fā)明在焊接激光處于“關閉”狀態(tài)時拍攝焊點的影像，并與焊接作業(yè)并行完成，因此能夠縮短焊接作業(yè)所需的啟動時間，從而提高工作效率。此外，本發(fā)明涉及的焊接方法在焊接作業(yè)途中提供拍攝的影像，能夠即時確認焊接狀態(tài)，無需完成作業(yè)后確認焊接狀態(tài)，從而提高了整體工作效率。本發(fā)明同時還能最大限度地從拍攝的影像中消除熱點造成的影像失真現(xiàn)象。
文檔編號B23K26/20GK101396769SQ20081000705
公開日2009年4月1日 申請日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者吳明浩, 吳炳殷, 張興淳, 樸學范, 林尚賢, 金龍寬, 黃昌煥 申請人:韓電原子力燃料株式會社