專(zhuān)利名稱(chēng)：一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接領(lǐng)域，特指一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)焊接和對(duì)焊縫的激光沖擊強(qiáng)化，而且工藝參數(shù)可調(diào)控制，特別適合于高質(zhì)量焊縫的自動(dòng)化焊接和強(qiáng)化。
背景技術(shù)：
對(duì)于厚板焊接結(jié)構(gòu)，無(wú)論是熱裂紋、殘余應(yīng)力引起的裂紋萌生和擴(kuò)展、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，還是疲勞損傷，究其原因還是因?yàn)槔瓚?yīng)力(主要體現(xiàn)為焊接殘余拉應(yīng)力)的存在，因此減小或消除焊接接頭殘余拉應(yīng)力的方法均可以提高焊接結(jié)構(gòu)的抗裂性能。目前，提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度和抗裂性能的方法大致分為后續(xù)熱處理和表面強(qiáng)化。大型分段焊后續(xù)熱處理需要大型熱處理設(shè)備，實(shí)施困難。表面強(qiáng)化方法多樣，主要有TIG (Tungsten Inert Gas)熔修、砂輪打磨、局部機(jī)械加工法、錘擊、噴丸、預(yù)過(guò)載、局部加熱、局部壓延、爆炸法。以上方法主要是通過(guò)改善焊縫的幾何外形(如增加焊趾處過(guò)渡半徑)來(lái)降低焊趾部位的應(yīng)力集中程度；或者通過(guò)調(diào)節(jié)焊接接頭表面應(yīng)力場(chǎng)，降低焊趾部位的殘余拉伸應(yīng)力產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。但是這些方法都具有各自的工藝適用范圍和限制，TIG熔修、錘擊、機(jī)加工等因勞動(dòng)強(qiáng)度大、有副作用、效果不穩(wěn)定，TIG熔修主要適合平焊位，對(duì)于立焊位的補(bǔ)焊及熔修都較困難，難以保證其焊縫質(zhì)量和焊縫形狀；相變應(yīng)力法還存在焊縫金屬韌性和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。另一方面，激光沖擊及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，為焊接結(jié)構(gòu)抗開(kāi)裂提供了手段，激光強(qiáng)化技術(shù)是利用高功率短脈沖激光輻照材料表面的能量轉(zhuǎn)換體，能量轉(zhuǎn)換體表層爆炸性氣化形成高溫高壓的等離子體，等離子體急劇膨脹爆炸產(chǎn)生沖擊波作用與材料表層，實(shí)現(xiàn)材料改性，從而提高材料的硬度、抗疲勞和耐磨性能。目前厚板焊接和強(qiáng)化都是分兩個(gè)工藝實(shí)現(xiàn)，焊件焊接完成后，再對(duì)焊接件進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，不僅工作量繁瑣，效率低下，還會(huì)帶來(lái)重新定位誤差和焊縫質(zhì)量的改變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)厚板焊接精度和性能要求，結(jié)合激光沖擊的優(yōu)點(diǎn)，提出一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，利用沖擊焊接裝置的焊接頭完成對(duì)焊件焊接的同時(shí)，激光頭能自動(dòng)跟蹤焊縫進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，提高效率的同時(shí)也保證了焊縫的質(zhì)量，能夠同時(shí)滿足自動(dòng)化要求高、高質(zhì)量焊接以及焊后強(qiáng)化的焊接需求。本發(fā)明采用的技術(shù)方案本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所涉及的系統(tǒng)包括其包括沖擊焊接裝置、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和系統(tǒng)控制；沖擊焊接裝置主要包括焊接頭、激光頭、焊接頭和激光頭的固定裝置、控制總線、智能位移傳感器、絲杠、導(dǎo)軌；機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括沖擊焊接跟隨裝置、沖擊焊接裝置的帶動(dòng)裝置、工作臺(tái)、導(dǎo)軌、絲杠、位移傳感器；系統(tǒng)控制包括總控制系統(tǒng)、參數(shù)選擇和輸入系統(tǒng)、激光與焊接參數(shù)匹配數(shù)據(jù)系統(tǒng)、激光參數(shù)控制系統(tǒng)、焊接參數(shù)控制系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)。在進(jìn)行同步激光沖擊焊接時(shí)，首先通過(guò)系統(tǒng)控制中的參數(shù)選擇和輸入系統(tǒng)，確定合適的焊接參數(shù)和激光參數(shù)，再由機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的沖擊焊接跟隨裝置和系統(tǒng)控制中的激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)確定焊接頭與激光頭之間的位置及時(shí)序，系統(tǒng)控制在控制焊接的同時(shí)激光頭也同時(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行沖擊強(qiáng)化，在工作過(guò)程中，激光頭通過(guò)沖擊焊接跟隨裝置緊跟焊接頭，同時(shí)智能位移傳感器時(shí)刻檢測(cè)位置的變化經(jīng)比較放大器進(jìn)行調(diào)節(jié)，由激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)自適性激光沖擊焊接裝置對(duì)焊件邊焊邊強(qiáng)化的加工方法。所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法，可以過(guò)激光與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)和參數(shù)選擇和輸入系統(tǒng)，來(lái)滿足不同焊接材料、不同工藝和不同的焊縫質(zhì)量要求。當(dāng)焊接工藝發(fā)生變化，例如焊口發(fā)生變化，為了滿足焊接要求，只需要先調(diào)節(jié)焊接參數(shù)，通過(guò)激光與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)選擇合適的激光參數(shù)，也可以通過(guò)手動(dòng)輸入方式確定激光參數(shù)，參數(shù)確定以后由智能位移傳感器將焊接頭與激光頭的之間的距離傳給激光與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)，再由總控制系統(tǒng)結(jié)合激光與焊接工藝參數(shù)，選擇合適的焊接與激光沖擊的時(shí)差以及焊接與激光沖擊的相對(duì)位置，在各參數(shù)匹配完成以后，由機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)完成整個(gè)加工過(guò)程。針對(duì)不同的焊接材料要求的焊接參數(shù)和激光強(qiáng)化參數(shù)也不一樣，可以根據(jù)該焊接材料的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)和激光強(qiáng)化參數(shù)，通過(guò)參數(shù)修改完成對(duì)不同材料的焊接及激光沖擊強(qiáng)化。所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，其沖擊焊接跟隨裝置能夠保證激光頭和焊接頭的行進(jìn)軌跡相同，且激光頭和焊接頭之間的距離保持一致，其中激光頭和焊接頭之間的距離由智能位移傳感器和比較放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和保持。所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法，針對(duì)特定的焊接材料和焊接工藝參數(shù)，焊接移動(dòng)速度V是確定的，通過(guò)調(diào)節(jié)激光頭和焊接頭之間的距離d來(lái)實(shí)現(xiàn)激光沖擊和焊接時(shí)間間隔At的可控的性和時(shí)序的變化，具體表現(xiàn)為At = d/v。所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法，其沖擊焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)是可擴(kuò)展和可變的，可以通過(guò)修改添加的方法對(duì)激光和焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)進(jìn)行豐富，從而滿足新形勢(shì)下的出現(xiàn)的不斷出變化的焊接材料和焊接工藝使其適合新環(huán)境下的要求。因?yàn)楹附雍图す馔瑫r(shí)進(jìn)行是建立在沖擊焊接數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件基礎(chǔ)和自適性激光沖擊焊接裝置的硬件基礎(chǔ)之上，而且沖擊焊接數(shù)據(jù)庫(kù)和自適性激光沖擊焊接裝置都是柔性系統(tǒng)，可以根據(jù)需要進(jìn)行一個(gè)調(diào)節(jié)，所以本發(fā)明可以根據(jù)焊接材料的不同和焊接工藝要求不同選取合適的參數(shù)進(jìn)行加工。實(shí)施該方法的主要有沖擊焊接裝置、機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分和系統(tǒng)控制部分。沖擊焊接裝置主要包括焊接頭、激光頭、焊接頭和激光頭的固定裝置、控制總線、智能位移傳感器、絲杠、導(dǎo)軌；機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分依次包括沖擊焊接跟隨裝置、沖擊焊接裝置的帶動(dòng)裝置、工作臺(tái)、導(dǎo)軌、絲杠、位移傳感器。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)絲杠帶動(dòng)沖擊焊接跟隨裝置運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)激光頭對(duì)激光頭的跟蹤，同時(shí)智能位移傳感器將信息反饋到控制系統(tǒng)與原有的信號(hào)進(jìn)行比較放大形成一個(gè)閉環(huán)回路。系統(tǒng)控制部分包括總控制系統(tǒng)、參數(shù)選擇和輸入系統(tǒng)、激光與焊接參數(shù)匹配數(shù)據(jù)系統(tǒng)、激光參數(shù)控制系統(tǒng)、焊接參數(shù)控制系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)。在進(jìn)行了參數(shù)選擇和輸入以后，通過(guò)激光與焊接參數(shù)匹配數(shù)據(jù)系統(tǒng)與激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)將最后的數(shù)據(jù)參數(shù)傳送給總控制系統(tǒng)，再由總控制系統(tǒng)對(duì)激光參數(shù)控制系統(tǒng)、焊接參數(shù)控制系統(tǒng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)對(duì)沖擊焊接跟隨裝置完成一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控。形成一個(gè)自動(dòng)化帶反饋回路的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明提出的一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，是以焊接和激光沖擊焊縫同時(shí)進(jìn)行為目地，由激光跟蹤焊接系統(tǒng)與裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)激光頭跟蹤焊接頭的實(shí)時(shí)控制。再有激光參數(shù)與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)參數(shù)選擇，結(jié)合激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)距離反饋信息來(lái)確定沖擊焊接裝置的焊接頭與激光頭之間的距離以及焊接和激光沖擊強(qiáng)化的時(shí)序，通過(guò)總的控制系統(tǒng)去控制沖擊焊接跟隨裝置的運(yùn)動(dòng)，以及激光參數(shù)控制器和焊接參數(shù)控制器的動(dòng)作。由于沖擊焊接跟隨裝置的調(diào)節(jié)是建立在伺服控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，故該裝置具有定位精確、實(shí)時(shí)性好、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。另外在適用范圍方面由于該裝置是建立在激光與焊接綜合控制系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，該系統(tǒng)含有激光與焊接參數(shù)匹配數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、焊接參數(shù)控制系統(tǒng)、激光參數(shù)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同焊接工藝參數(shù)的焊接及強(qiáng)化要求。具有適用范圍廣、活性好、高效率、高質(zhì)量的特點(diǎn)。適合與大批量好質(zhì)量焊接的需求。本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)(I)由于采用激光沖擊作為焊接強(qiáng)化的方式具有高壓、沖擊范圍小和加載時(shí)間可控的特點(diǎn)，對(duì)焊縫的沖擊效率高和精度高，加工環(huán)境安全、清潔。2.由于激光與焊接數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，焊接材料和焊接的工藝參數(shù)具有較大的調(diào)節(jié)范圍，適應(yīng)性強(qiáng)，具有較大的加工柔性，對(duì)各種金屬材料以及不同焊接工藝參數(shù)都可以進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化。3.焊接和激光沖擊的位置及時(shí)序不受限，只要不超過(guò)沖擊焊接裝置的范圍，就能夠滿足各種焊接和激光沖擊的位置及時(shí)序的要求。完成焊接與激光沖擊配合使用，得到高質(zhì)量強(qiáng)化焊縫。4.利用自適性激光沖擊焊接裝置和方法綜合性強(qiáng)，避免了焊接機(jī)和激光器的對(duì)焊接的分別加工和時(shí)間上的一個(gè)協(xié)調(diào)性，應(yīng)用范圍廣。5.自適性激光沖擊焊接裝置硬件上簡(jiǎn)單明了，沖擊焊接跟隨系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)激光頭對(duì)焊接頭的自動(dòng)跟蹤，避免了焊接頭與激光頭運(yùn)動(dòng)軌跡的偏差，非常適合自動(dòng)化焊接。6.因?yàn)榧す馀c焊接參數(shù)精確可控，所以焊接與強(qiáng)化的可持續(xù)性和可重復(fù)性都能夠保證，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。7.焊接的焊縫質(zhì)量和外觀均有提高，可以直接在實(shí)際生產(chǎn)中使用，省去后續(xù)強(qiáng)化工作。8.本發(fā)明在自適性激光沖擊焊接裝置中用了伺服控制系統(tǒng)，運(yùn)用了比較放大器，且反饋系統(tǒng)與參數(shù)匹配系統(tǒng)相連完成了跟蹤裝置的調(diào)控，能在出現(xiàn)其它干擾因素的情況下調(diào)整過(guò)來(lái)，達(dá)到一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控和處理故障的能力，實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化控制。


圖1是激光跟蹤焊接設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2是激光跟蹤焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。圖3是激光焊接跟隨裝置簡(jiǎn)圖。(I)總控制系統(tǒng)(2)參數(shù)選擇和輸入系統(tǒng)(3)位移傳感器I (4)滑塊I (5)位移傳感器2 (6)電機(jī)I (7)氣缸(8)沖擊焊接裝置的帶動(dòng)裝置(9)沖擊焊接裝置
(10)焊接式樣固定裝置(11)工作臺(tái)(12)底座(13)焊接頭插孔(14)焊接頭固定裝置(15)智能位移傳感器(16)導(dǎo)軌I (17)驅(qū)動(dòng)器2 (18)電機(jī)2 (19)絲杠(20)激光頭插孔(21)激光頭固定裝置(22)導(dǎo)軌2 (23)機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(24)激光參數(shù)控制系統(tǒng)(25)焊接參數(shù)控制系統(tǒng)(26)激光與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)(27)激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)(28)焊接頭(29)激光頭(30)驅(qū)動(dòng)器I (31)控制總線(32)沖擊焊接跟隨裝置(33)比較放大器
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)圖1和圖2詳細(xì)說(shuō)明一種自適性激光沖擊焊接裝置的組成和運(yùn)行情況。一種自適性激光沖擊焊接裝置包括沖擊焊接裝置、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和系統(tǒng)控制三大部分；其中沖擊焊接裝置由焊接頭、激光頭、焊接頭和激光頭的固定裝置、控制總線、智能位移傳感器、絲杠、導(dǎo)軌組成；機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由沖擊焊接跟隨裝置、沖擊焊接裝置的帶動(dòng)裝置、工作臺(tái)、導(dǎo)軌、絲杠、位移傳感器組成；系統(tǒng)控制由總控制系統(tǒng)、參數(shù)選擇和輸入系統(tǒng)、激光與焊接參數(shù)匹配數(shù)據(jù)系統(tǒng)、激光參數(shù)控制系統(tǒng)、焊接參數(shù)控制系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)組成。主要過(guò)程是通過(guò)激光與焊接參數(shù)輸入及顯示系統(tǒng)選擇合適的參數(shù)，結(jié)合激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)，在激光與焊接參數(shù)匹配數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)數(shù)據(jù)匹配，匹配完成后通過(guò)焊接參數(shù)控制系統(tǒng)和激光參數(shù)控制系統(tǒng)對(duì)焊接進(jìn)行加工。結(jié)合圖2，總控制系統(tǒng)連接參數(shù)輸入及顯示系統(tǒng)、激光與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、焊接參數(shù)控制系統(tǒng)和激光參數(shù)控制系統(tǒng)，起到一個(gè)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換的作用。結(jié)合圖2，激光與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)將激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)和激光與焊接參數(shù)輸入及顯示系統(tǒng)聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)一個(gè)跟蹤裝置中的激光頭與焊接頭之間的距離以及時(shí)序的控制。結(jié)合圖2，焊接參數(shù)控制系統(tǒng)與焊接頭相連，起到控制焊接頭的作用，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制。結(jié)合圖2，激光參數(shù)控制系統(tǒng)與焊接頭相連，起到控制激光頭的作用，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制。結(jié)合圖2，機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)相連，起到不停對(duì)沖擊焊接跟隨裝置的運(yùn)動(dòng)情況的跟蹤，起到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的作用。結(jié)合圖2，激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)包括放大器、比較器、監(jiān)測(cè)器、驅(qū)動(dòng)器。構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，能夠在出現(xiàn)特殊情況下的一個(gè)矯正處理。根據(jù)圖1和2詳細(xì)說(shuō)明激光沖擊跟蹤裝置機(jī)械部分的組成和運(yùn)行情況。結(jié)合圖1和圖2，控制系統(tǒng)都集成在控制柜內(nèi)部，通過(guò)控制總線控制外部機(jī)械構(gòu)件。具體的機(jī)械控制過(guò)程先由參數(shù)選擇和輸入系統(tǒng)、激光與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)、激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)確定激光參數(shù)、焊接參數(shù)以及焊接頭與激光頭之間的距離和跟蹤時(shí)序。再有總控制系統(tǒng)將控制參數(shù)分別傳送給機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、焊接參數(shù)控制系統(tǒng)、激光參數(shù)控制系統(tǒng)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制滑塊4帶動(dòng)激光跟蹤裝置左右移動(dòng)，在左限位位置和右限位位置地方分別位移傳感器3和傳感器5，在滑塊4到達(dá)左右極限位置時(shí)由傳感器傳遞信號(hào)給工作系統(tǒng)控制滑塊的停止，氣缸7是通過(guò)沖擊焊接裝置的帶動(dòng)裝置8帶動(dòng)沖擊焊接裝置9上下運(yùn)動(dòng)，沖擊焊接裝置9內(nèi)部通過(guò)沖擊焊接跟隨裝置32實(shí)現(xiàn)一個(gè)激光頭對(duì)焊接頭的自動(dòng)跟蹤。焊接試樣固定裝置10完成對(duì)焊接的固定，工作臺(tái)11承載焊接和焊接試樣固定裝置10，底座12是是整個(gè)設(shè)備的與地面的穩(wěn)定裝置。圖3是對(duì)激光跟蹤裝置的構(gòu)成的一個(gè)描述。結(jié)合圖3，圖3是整個(gè)沖擊焊接裝置結(jié)構(gòu)描述，它含有電機(jī)18，絲杠19、驅(qū)動(dòng)器17、導(dǎo)軌16、激光頭插孔21、焊接頭插孔13、激光頭固定裝置21、焊接頭固定裝置13、焊接頭28、激光頭29、沖擊焊接跟隨裝置32以及智能位移傳感器15.在激光頭29和焊接頭28安裝在激光頭插孔21和焊接頭插孔13后，通過(guò)激光頭固定裝置21和焊接頭固定裝置13將其固定，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器17和電機(jī)18根據(jù)參數(shù)的匹配選擇的焊接頭與激光頭之間的距離進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲杠19帶動(dòng)激光頭29的運(yùn)動(dòng)，到達(dá)合適的位置后，由智能傳感器15對(duì)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在其它干擾情況的發(fā)生的同時(shí)，能夠即使檢測(cè)和處理。實(shí)現(xiàn)一個(gè)伺服閉環(huán)的精確控制。結(jié)合圖1、圖2和圖3，自適性激光沖擊焊接的方法如下首先，將激光頭29和焊接頭28安裝在激光頭插孔21和焊接頭插孔13后，通過(guò)激光頭固定裝置21和焊接頭固定裝置13將其固定。情況1:在激光和焊接參數(shù)確定的情況下，先在激光與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)26中進(jìn)行參數(shù)選擇，如果沒(méi)有可選的參數(shù)，可以通過(guò)參數(shù)選擇和輸入系統(tǒng)2進(jìn)行一個(gè)參數(shù)的手動(dòng)輸入，同時(shí)可以保存參數(shù)，方便下次使用。在參數(shù)選擇完成以后，根據(jù)智能傳感器15傳送過(guò)來(lái)的位置距離，結(jié)合激光與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)26中所確定的參數(shù)由總控制系統(tǒng)I確定激光頭29距離焊接頭28的一個(gè)位置距離，位置確定后將位置信號(hào)傳送給激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)27通過(guò)激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)27控制驅(qū)動(dòng)器17，使電機(jī)18根據(jù)已經(jīng)確定的激光頭29距離焊接頭28的位置距離進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲杠19帶動(dòng)激光頭29的運(yùn)動(dòng)，到達(dá)合適的位置。位置到達(dá)以后，將焊件固定在工作臺(tái)11上，通過(guò)焊接試樣固定裝置10完成對(duì)焊件的固定，再由機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)23控制電機(jī)6帶動(dòng)滑塊4在導(dǎo)軌22上運(yùn)動(dòng)到焊接起始位置。在這一些列的準(zhǔn)備工作完成以后，我們通過(guò)控制界面按下啟動(dòng)按鈕，整個(gè)設(shè)備開(kāi)始工作，首先焊接參數(shù)控系統(tǒng)25打開(kāi)焊接頭28對(duì)焊件進(jìn)行焊接，同時(shí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)23通過(guò)電機(jī)控制滑塊4在導(dǎo)軌上左右移動(dòng)，再由激光參數(shù)控制系統(tǒng)24結(jié)合總控制系統(tǒng)I選擇相關(guān)時(shí)序使激光頭29進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化過(guò)程，在沖擊過(guò)程中如果如果激光頭29位置和焊接頭28的位置發(fā)生偏差時(shí)，智能傳感器15能夠自動(dòng)檢測(cè)到距離的變法并通過(guò)比較放大后激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)27對(duì)沖擊焊接跟隨裝置32的電機(jī)18運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。情況2 :在激光和焊接參數(shù)不確定的情況下，首先在可以通過(guò)該裝置進(jìn)行一個(gè)實(shí)驗(yàn)得到相關(guān)的激光和焊接參數(shù)以后在按照實(shí)驗(yàn)一的步驟去加工零件。該裝置用做測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以不停地對(duì)激光頭29和焊接頭28的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)也可以對(duì)焊接和激光沖擊的時(shí)序進(jìn)行調(diào)整，在不同情況下得到一個(gè)關(guān)于焊縫質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)。綜上所述，本發(fā)明所涉及的一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，將激光沖擊強(qiáng)化和焊接技術(shù)相結(jié)合同時(shí)應(yīng)用到對(duì)焊件的焊接和強(qiáng)化上，能夠?qū)讣附拥耐瑫r(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行一個(gè)激光沖擊強(qiáng)化處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊縫進(jìn)行一個(gè)強(qiáng)化處理的同時(shí)提高了對(duì)焊縫處理的效率和質(zhì)量，解決了對(duì)焊件焊接完成以后需搬運(yùn)到激光加工機(jī)上去激光沖擊強(qiáng)化的繁瑣步驟，同時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤裝置保證了焊接和強(qiáng)化的同時(shí)進(jìn)行，保證了焊接的質(zhì)量。由于激光與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)的建立，能夠針對(duì)不同情況下的焊接，包括不同焊件材料、不同的焊接工藝要求下的一個(gè)焊接和強(qiáng)化。故本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、靈活可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、質(zhì)量 高，而且適合批量生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，其包括沖擊焊接裝置、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和系統(tǒng)控制；沖擊焊接裝置主要包括焊接頭、激光頭、焊接頭和激光頭的固定裝置、控制總線、智能位移傳感器、絲杠、導(dǎo)軌；機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括沖擊焊接跟隨裝置、沖擊焊接裝置的帶動(dòng)裝置、工作臺(tái)、導(dǎo)軌、絲杠、位移傳感器；系統(tǒng)控制包括總控制系統(tǒng)、參數(shù)選擇和輸入系統(tǒng)、激光與焊接參數(shù)匹配數(shù)據(jù)系統(tǒng)、激光參數(shù)控制系統(tǒng)、焊接參數(shù)控制系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)；其特征在于通過(guò)激光與焊接參數(shù)匹配數(shù)據(jù)系統(tǒng)確定合適的焊接參數(shù)和激光參數(shù)以后，再由沖擊焊接跟隨裝置和激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)確定焊接頭與激光頭之間的位置及時(shí)序，系統(tǒng)控制在控制焊接頭焊接的同時(shí)激光頭也同時(shí)沖擊強(qiáng)化，在工作過(guò)程中，激光頭通過(guò)沖擊焊接跟隨裝置緊跟焊接頭，同時(shí)激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)時(shí)刻檢測(cè)焊接頭和激光頭位置的變化經(jīng)比較放大電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法，其特征在于針對(duì)不同焊接材料、不同工藝和不同的焊縫質(zhì)量要求，可以通過(guò)激光與焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)和參數(shù)選擇和輸入系統(tǒng)來(lái)滿足焊件焊縫要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，其特征在于沖擊焊接跟隨裝置，該裝置能夠保證激光頭和焊接頭的行進(jìn)軌跡相同，且激光頭和焊接頭之間的距離保持一致，其中激光頭和焊接頭之間的距離由智能位移傳感器和比較放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和保持。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法，其特征在于針對(duì)特定的焊接材料和焊接工藝參數(shù)，焊接移動(dòng)速度V是確定的，通過(guò)調(diào)節(jié)激光頭和焊接頭之間的距離d 來(lái)實(shí)現(xiàn)激光沖擊和焊接時(shí)間間隔At的可控的性和時(shí)序的變化，具體表現(xiàn)為At = d/v。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適性激光沖擊焊接的方法，其特征在于沖擊焊接參數(shù)匹配系統(tǒng)是可擴(kuò)展和可變的，焊接新材料的不斷出現(xiàn)和焊接工藝變化，可以修改對(duì)應(yīng)新焊接材料和新焊接工藝的沖擊焊接參數(shù)匹配，使其適合新環(huán)境下的要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及焊接領(lǐng)域，特指一種自適性激光沖擊焊接的方法和裝置，其適用于金屬焊接及焊縫強(qiáng)化。本發(fā)明包括參數(shù)輸入系統(tǒng)、激光與焊接參數(shù)匹配數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、機(jī)器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、焊接參數(shù)控制系統(tǒng)、激光參數(shù)控制系統(tǒng)、焊接裝置、機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置、激光跟蹤焊接伺服系統(tǒng)、激光焊接綜合控制系統(tǒng)和工作臺(tái)十部分組成。本發(fā)明對(duì)焊件邊焊邊沖，通過(guò)激光與焊接參數(shù)匹配數(shù)據(jù)庫(kù)選擇匹配參數(shù)，由控制系統(tǒng)控制工藝參數(shù)，根據(jù)激光沖擊的時(shí)差和焊接與激光沖擊的相對(duì)位置同時(shí)完成對(duì)焊件的焊接和激光沖擊強(qiáng)化。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)焊接與激光沖擊強(qiáng)化同時(shí)進(jìn)行，且能夠調(diào)節(jié)激光沖擊和焊接的時(shí)序以及位置，因此可以滿足各種不同工藝參數(shù)條件下的激光跟蹤焊接。
文檔編號(hào)B23K26/42GK103008886SQ201210578858
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者王勻, 殷蘇民, 張超, 許楨英, 江文林, 孫全平, 蔣素琴, 陸廣華 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)