一种激光焊接对接拼缝错边自动调整装置和方法与流程

1.本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种激光焊接对接拼缝错边自动调整装置和方法。


背景技术：

2.目前，激光焊接技术由于其能量密度高，焊接变形小，同时焊接过程易于集成化、自动化、柔性化，可高精度、高效焊接等优点，近年来在航空、航天、汽车等领域得到广泛应用。尤其是在高质量要求的航空、航天薄壁件中得到井喷式发展。
3.由于激光焊接技术其束流发散角很小，束流聚焦后光斑直径小，对焊接装配间隙、错边量等十分苛刻，一般要求焊缝间隙小于0.1mm、错边量小于0.1mm。尤其在航空、航天等高质量要求的零件中，对于焊前零件装配状态要求更为严格。
4.但是薄壁零件的激光焊接在加工时，特别是复杂的三维曲面拼接时，其对接错边量难以保证小于0.1mm。装配完成后在局部产生错边，焊后产生阶差，严重影响焊缝的外观质量与力学性能。因此，迫切需要一种焊接装配错边量的自动调整装置，来实现错边量的在线检测与控制。


技术实现要素：

5.(1)要解决的技术问题
6.本发明实施例提供了一种激光焊接对接拼缝错边自动调整装置和方法，解决了现有的激光焊接薄壁零件时，对接错边量难以保证，焊后产生阶差，严重影响焊缝的外观质量与力学性能的技术问题。
7.(2)技术方案
8.第一方面，本发明的实施例提出了一种激光焊接对接拼缝错边自动调整装置，该装置包括：压块，气缸和比例阀，所述压块设置在拼缝两侧的蒙皮上，且与所述气缸的输出轴相连，所述比例阀与所述气缸相连，用于调整气缸的压力；工业相机和激光线结构光源，所述工业相机和激光线结构光源均连接在焊接机器人上，用于采集拼缝的图像；工控机，所述工控机与所述比例阀和工业相机信号连接。
9.进一步地，该装置还包括压梁，所述压梁平行地设置在拼缝的两侧，多个所述气缸均匀地连接在所述压梁上，且两侧的压梁上所连接的气缸的位置相对应。。
10.进一步地，该装置还包括传感器，所述传感器设置在所述压块与所述气缸的输出轴的连接位置处，且与所述工控机信号连接。
11.第二方面，本发明还提供了一种激光焊接对接拼缝错边自动调整方法，该方法包括：
12.步骤s1，获取工业相机采集的激光线结构光源照射位置的包含拼缝的图像信息，所述工业相机、激光线结构光源按照一定角度安装在焊接机器人上，所述工业相机按照预先编制好的程序沿拼缝方向运动，采集激光线结构光源照射位置的包含拼缝的图像信息；
13.步骤s2，获取焊接机器人焊接头的空间坐标，以确定与所述坐标相对应的气缸，及与该气缸对应的比例阀；
14.步骤s3，根据所述图像信息获得拼缝的错边量，当错边量小于预设的阈值时，不做调整；当错边量大于预设的阈值时，进一步判断是左侧高还是右侧高，如果拼缝左侧高，则增大左侧气缸压力或减小右侧气缸压力，如果拼缝右侧高，则增大右侧气缸压力或减小左侧气缸压力；
15.步骤s4，调整完成后再进行检测，重复以上步骤，直到错边量小于预设的阈值。
16.进一步地，所述步骤s1中所述工业相机的图像采集速度为每秒30帧。
17.进一步地，所述步骤s3中预设的阈值为0.1mm。
18.综上，本方法采用激光线结构光扫描对接拼缝，通过工业相机采集扫描图像，判断拼缝状态，根据判断结果实时调整压紧气缸的压力，实现拼缝错边量的自动调整。本发明能够完全代替人工手动调整，大大提高了生产效率和拼接精度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明实施例的一种激光焊接对接拼缝错边自动调整装置的主视图。
21.图2是本发明实施例的一种激光焊接对接拼缝错边自动调整装置的侧视图。
22.图3是本发明实施例的一种激光焊接对接拼缝错边自动调整装置的压块示意图。
23.图4是本发明实施例的一种激光焊接对接拼缝错边自动调整方法的流程图。
24.图中：
25.1-胎膜；2-第一蒙皮；3-压块；4-传感器；5-气缸；6-压梁；7-焊接机器人；8-第二蒙皮
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本技术。
28.本发明实施例提供了一种激光对接拼缝错边自动调整装置，如图1～图3所示，该装置包括：
29.压块3、气缸5和比例阀(图中未示出)，所述压块3设置在拼缝两侧的第一蒙皮2(第二蒙皮8)上，且与所述气缸5的输出轴相连，在操作时，第一蒙皮2和第二蒙皮8放置在焊接工装的胎膜1上。所述比例阀与所述气缸5相连，用于调整气缸5的压力；工业相机(图中未示出)和激光线结构光源(图中未示出)，所述工业相机和激光线结构光源均连接在焊接机器
人7上(通常是设置在焊接机器人7的焊接头上)，用于采集拼缝的图像；工控机(图中未示出)，所述工控机与所述比例阀和工业相机信号连接。在本发明实施例的一个方面，所述的激光对接拼缝错边自动调整装置还包括：压梁6，所述压梁6平行地设置在拼缝的两侧，多个所述气缸5均匀地连接在所述压梁6上，且两侧的压梁6上所连接的气缸5的位置相对应。
30.需要说明的是：气缸5采用的是smc公司rhcb32-50；比例阀采用的是smc公司itv3010-01；压块是3自制件，采用黄铜材料，参见图3所示。
31.在本发明实施例的一个方面，所述的激光对接拼缝错边自动调整装置还包括：传感器4，所述传感器4设置在所述压块3与所述气缸5的输出轴的连接位置处，且与所述工控机信号连接。
32.需要说明的是，本发明的装置采用激光线结构光扫描对接拼缝，通过工业相机采集扫描图像，判断拼缝状态，根据判断结果实时调整压紧气缸的压力，实现拼缝错边量的自动调整。本发明能够完全代替人工手动调整，大大提高了生产效率和拼接精度。
33.本发明实施例还提供了一种激光对接拼缝错边自动调整的方法，如图4所示，包括：
34.步骤s1，获取工业相机采集的激光线结构光源照射位置的包含拼缝的图像信息，所述工业相机、激光线结构光源按照一定角度安装在焊接机器人上，所述工业相机按照预先编制好的程序沿拼缝方向运动，采集激光线结构光源照射位置的包含拼缝的图像信息；
35.步骤s2，获取焊接机器人焊接头的空间坐标，以确定与所述坐标相对应的气缸，及与该气缸对应的比例阀；
36.步骤s3，根据所述图像信息获得拼缝的错边量，当错边量小于预设的阈值时，不做调整；当错边量大于预设的阈值时，进一步判断是左侧高还是右侧高，如果拼缝左侧高，则增大左侧气缸压力或减小右侧气缸压力，如果拼缝右侧高，则增大右侧气缸压力或减小左侧气缸压力；
37.步骤s4，调整完成后再进行检测，重复以上步骤，直到错边量小于预设的阈值。
38.在本发明实施例的一个方面，所述步骤s1中所述工业相机的图像采集速度为每秒30帧。
39.在本发明实施例的一个方面，所述步骤s3中预设的阈值为0.1mm。
40.本发明中，对接拼缝采用两边压紧，通过调整两边压紧的压力来保证对接拼缝的错边量，本发明中在零件两侧采用多个气缸压紧零件，气缸气压通过比例阀调整，达到自动调整压紧力的目的。
41.工业相机、激光线结构光源按照适应工作的角度安装在焊接机器人上，确保工业相机可以采集到线结构光照射的区域，工业相机按照预先编制好的程序沿拼缝方向运动，按每秒30帧的速度采集激光线结构光照射的包含拼缝的图像信息。同时获取机器人的空间坐标，以确定相应调整的气缸。
42.获取拼缝错边量后，如果拼缝错边量＜0.1mm，则拼接合格，系统不做调整，机器人继续向前检测，如果拼缝错边量＞0.1mm，系统进一步判断是左侧高还是右侧高，如果拼缝左侧高，则增大左侧气缸压力或减小右侧气缸压力，如果拼缝右侧高，则增大右侧气缸压力或减小左侧气缸压力，调整完成后再进行检测，直到检测结果合格。
43.本发明采用激光线结构光扫描对接拼缝，通过工业相机采集扫描图像，判断拼缝
状态，根据判断结果实时调整压紧气缸的压力，实现拼缝错边量的自动调整，能够完全代替人工手动调整，大大提高了生产效率和拼接精度。
44.需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
45.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不限制于本技术。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围内。