光丝间距调节系统及其调节方法与流程

1.本发明涉及材料加工工程技术领域，尤其涉及一种光丝间距调节系统及其调节方法。


背景技术：

2.激光-电弧复合焊和激光填丝焊接均为优质且高效的新型焊接方法，其利用激光及电弧双热源或单激光作用熔化母材实现金属间的连接。光丝间距是焊接过程中的一项关键工艺参数，其对焊接的稳定性及焊缝的质量等起到决定性的作用。目前，通常是通过人工手动调节光丝间距。如光丝间距不符合要求，则人工手动拆除激光头或焊枪固定螺栓，将激光头或焊枪调整至所需位置后再进行固定安装。这种调整方式的效率较低且精度较差。


技术实现要素：

3.本发明提供一种光丝间距调节系统及其调节方法，用以解决现有光丝间距调整方法的效率较低且精度较差的问题。
4.本发明一方面实施例提供一种光丝间距调节系统，包括：
5.焊接模块；
6.光丝间距检测模块，所述光丝间距检测模块用于检测所述焊接模块的光丝间距的实际值；
7.光丝间距调节模块，所述光丝间距调节模块与所述焊接模块连接，用于调节所述光丝间距的大小；
8.控制模块，所述控制模块分别与所述光丝间距检测模块和所述光丝间距调节模块连接，用于控制所述光丝间距调节模块将所述光丝间距的实际值调整至目标值。
9.根据本发明的一个实施例，所述焊接模块包括激光头和焊枪。所述焊枪的端部安装有焊丝。
10.所述光丝间距调节模块与所述焊枪连接，并用于调节所述焊枪的位置。
11.根据本发明的一个实施例，所述焊接模块、所述光丝间距检测模块和所述光丝间距调节模块均处于同一三维笛卡尔坐标系内。所述光丝间距检测模块包括方形检测块。所述方形检测块包括检测参考点和探测面。
12.其中，所述方形检测块的各顶点均可设为所述检测参考点。所述激光焦点为tcp点。任一所述检测参考点作为tcp初始点。所述探测面包括xy探测面、xz探测面和yz探测面，所述xy探测面与所述三维笛卡尔坐标系中的xy平面平行；所述xz探测面与所述三维笛卡尔坐标系中的xz平面平行；所述yz探测面与所述三维笛卡尔坐标系中的yz平面平行。
13.根据本发明的一个实施例，所述光丝间距检测模块还包括机械臂。所述机械臂与所述激光头和所述焊枪连接。所述机械臂能够带动所述激光头和所述焊枪同步移动，以使所述tcp点与所述tcp初始点重合；或者，使所述焊丝分别移动至触碰所述xy探测面、所述xz探测面和所述yz探测面的位置。
14.根据本发明的一个实施例，所述控制模块与所述机械臂及所述方形探测块电性连接，以获取所述tcp初始点的三维位置信息、以及所述机械臂相对于所述tcp初始点的x向位移值、y向位移值和z向位移值。
15.根据本发明的一个实施例，所述焊丝与所述yz探测面接触时，所述焊丝与所述yz探测面形成闭合回路并发送第一电信号至所述控制模块。所述控制模块控制所述机械臂停止x向移动，并采集所述机械臂相对于所述tcp初始点的x向位移值。
16.根据本发明的一个实施例，所述焊丝与所述xz探测面接触时，所述焊丝与所述xz探测面形成闭合回路并发送第二电信号至所述控制模块。所述控制模块控制所述机械臂停止y向移动，并采集所述机械臂相对于所述tcp初始点的y向位移值。
17.根据本发明的一个实施例，所述焊丝与所述xy探测面接触时，所述焊丝与所述xy探测面形成闭合回路并发送第三电信号至所述控制模块。所述控制模块控制所述机械臂停止z向移动，并采集所述机械臂相对于所述tcp初始点的z向位移值。
18.根据本发明的一个实施例，所述光丝间距调节模块包括焊枪移动组件。所述焊枪移动组件包括驱动装置和运动导轨。所述焊枪安装在所述运动导轨内。所述驱动装置与所述焊枪连接，并用于驱动所述焊枪沿着所述运动导轨移动，以调节所述光丝间距的大小。
19.根据本发明的一个实施例，所述运动导轨包括x向导轨、y向导轨和z向导轨。所述x向导轨与所述三维笛卡尔坐标系中的x轴平行；所述y向导轨与所述三维笛卡尔坐标系中的y轴相互平行；所述z向导轨与所述三维笛卡尔坐标系中的z轴平行。所述焊枪能够沿着所述运动导轨在所述三维笛卡尔坐标系内任意移动。
20.根据本发明的一个实施例，所述控制模块内预设有所述光丝间距的目标值。所述控制模块与所述驱动装置电性连接。所述控制模块用于基于所述tcp初始点的三维位置信息、以及所述机械臂相对于所述tcp初始点的x向位移值、y向位移值和z向位移值控制所述驱动装置驱动所述焊枪移动，以将所述光丝间距的实际值调节至所述目标值。
21.根据本发明的一个实施例，所述光丝间距调节系统还包括人机界面。所述人机界面与所述控制模块电性连接，以向所述控制模块输入所述目标光丝间距。
22.本发明另一方面实施例还提供一种光丝间距调节方法，包括：
23.通过人机界面向控制模块内输入光丝间距的目标值；
24.光丝间距检测模块检测光丝间距的实际值；
25.控制模块基于光丝间距的实际值控制光丝间距调节模块调节焊丝的位置，以将光丝间距的实际值调节至目标值。
26.根据本发明的一个实施例，所述光丝间距检测模块检测光丝间距的实际值的步骤包括：
27.确定激光焦点为tcp点。选取方形检测块上的任一检测参考点作为tcp初始点。机械臂驱动激光头和焊枪同步移动，以使tcp点与tcp初始点重合。控制模块采集tcp初始点的三维坐标；
28.机械臂驱动激光头和焊枪沿着x向移动至焊丝触碰yz探测面的位置处。焊丝与yz探测面形成闭合回路并发送第一电信号至控制模块。控制模块控制机械臂停止x向移动，并采集机械臂相对于tcp初始点的x向位移值。
29.机械臂驱动激光头和焊枪沿着y向移动至焊丝触碰xz探测面的位置处。焊丝与xz
探测面形成闭合回路并发送第二电信号至控制模块。控制模块控制机械臂停止y向移动，并采集机械臂相对于tcp初始点的y向位移值。
30.机械臂驱动激光头和焊枪沿着z向移动至焊丝触碰xy探测面的位置处。焊丝与xy探测面形成闭合回路并发送第三电信号至控制模块。控制模块控制机械臂停止z向移动，并采集机械臂相对于tcp初始点的z向位移值。
31.控制模块基于tcp初始点的三维坐标、以及机械臂相对于tcp初始点的x向位移值、y向位移值和z向位移值得出光丝间距的实际值。
32.根据本发明的一个实施例，所述控制模块基于实际光丝间距控制光丝间距调节模块调节焊丝的位置，以将光丝间距的实际值调节至目标值的步骤包括：
33.控制模块基于光丝间距的实际值控制驱动装置带动焊枪沿着x向导轨、y向导轨及z向导轨调整位置，直至光丝间距的实际值与目标值相等。
34.在本发明实施例提供的光丝间距调节系统中，光丝间距检测模块能够检测出焊接模块当前状态下光丝间距的实际值，并将该光丝间距的实际值传输至控制模块内，控制模块根据该光丝间距的实际值控制光丝间距调节模块将光丝间距的实际值调节至目标值。
35.通过这种结构设置，该光丝间距调节系统能够通过光丝间距检测模块自动检测光丝间距的实际值，并通过控制模块和光丝间距调节模块自动将光丝间距的实际值调整至目标值。与人工手动调节光丝间距的方式相比，该光丝间距调节系统能够快速便捷地调节光丝间距，且光丝间距调节的精度相对较高。
36.进一步，该光丝间距调节方法能够快速便捷且高精度地将实际光丝间距调节至目标状态。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
38.图1是本发明实施例提供的光丝间距调节系统中的焊接模块及光丝间距调节模块的部分结构示意图；
39.图2是本发明实施例提供的光丝间距调节系统中的方形检测块的结构示意图；
40.图3是本发明实施例提供的光丝间距调节方法的流程图；
41.附图标记：
42.100：焊接模块；101：焊枪；102：焊丝；103：激光头；104：tcp点；200：方形检测块；201：检测参考点；202：tcp初始点；203：xy探测面；204：yz探测面；205：xz探测面；300：光丝间距调节模块；301：驱动装置；302：运动导轨。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳
动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.第一方面，参见图1所示，本发明实施例提供了一种光丝间距调节系统，包括：
45.焊接模块100；
46.光丝间距检测模块，光丝间距检测模块用于焊接模块100的光丝间距的实际值；
47.光丝间距调节模块300，光丝间距调节模块300与焊接模块100连接，并用于调节光丝间距的大小；
48.控制模块，控制模块分别与光丝间距检测模块和光丝间距调节模块300连接，用于控制光丝间距调节模块300将光丝间距的实际值调节至目标值。
49.通过这种结构设置，该光丝间距调节系统能够通过光丝间距检测模块自动检测光丝间距的实际值，并通过控制模块和光丝间距调节模块300自动将光丝间距的实际值调整至目标值。与人工手动调节光丝间距的方式相比，该光丝间距调节系统能够快速便捷地调节光丝间距，且光丝间距调节的精度相对较高。
50.在本发明的一个实施例中，焊接模块包括激光头103和焊枪101。焊枪101的端部安装有焊丝102。
51.光丝间距调节模块300与焊枪101连接，并用于调节焊枪101的位置。
52.在本发明的一个实施例中，焊接模块100、光丝间距检测模块和光丝间距调节模块300均处于同一三维笛卡尔坐标系内。如图1和图2所示，光丝间距检测模块包括方形检测块200。方形检测块200包括检测参考点201和探测面。
53.其中，方形检测块200的各顶点均可设为检测参考点201。激光焦点为tcp点104。任一检测参考点201作为tcp初始点202。探测面包括xy探测面203、xz探测面205和yz探测面204。xy探测面203与三维笛卡尔坐标系中的xy平面平行。xz探测面205与三维笛卡尔坐标系中的xz平面平行。yz探测面204与三维笛卡尔坐标系中的yz平面平行。
54.在本发明的一个实施例中，光丝间距检测模块还包括机械臂。机械臂与激光头103和焊枪101连接。机械臂能够带动激光头103和焊枪101同步移动，以使tcp点104与tcp初始点202重合；或者，使焊丝102分别移动至触碰xy探测面203、xz探测面205和yz探测面204的位置。
55.进一步，在本发明的一个实施例中，控制模块与机械臂及方形探测块电性连接。以获取tcp初始点202的三维位置信息、以及机械臂相对于tcp初始点202的x向位移值、y向位移值和z向位移值。
56.例如，方形检测块200包括8个顶点，各顶点均可作为检测参考点201。选取其中任意一个检测参考点201作为tcp初始点202，并确定激光头103所发射激光的焦点为tcp点104。
57.激光头103和焊枪101均与机械臂连接。机械臂能够带动激光头103和焊枪101同步移动。
58.初始状态下，使得机械臂带动激光头103和焊枪101同步移动至tcp点104与tcp初始点202相重合的位置处。机械臂与控制模块电性连接，控制模块采集此时tcp初始点202的三维坐标。
59.随后，机械臂带动激光头103和焊枪101同步移动至焊丝102分别触碰到xy探测面203、xz探测面205和yz探测面204的位置处。控制模块能够分别采集到焊丝102触碰到xy探
测面203时，机械臂相对于tcp初始点202的z向位移值、焊丝102触碰到xz探测面205时，机械臂相对于tcp初始点202的y向位移值、以及焊丝102触碰到yz探测面204时，机械臂相对于tcp初始点202的x向位移值。
60.具体来讲，在本发明的一个实施例中，焊丝102与yz探测面204接触时，焊丝102与yz探测204面形成闭合回路并发送第一电信号至控制模块。控制模块控制机械臂停止x向移动，并采集机械臂相对于tcp初始点202的x向位移值。
61.在本发明的一个实施例中，焊丝102与所述xz探测面205接触时，焊丝102与xz探测面205形成闭合回路并发送第二电信号至控制模块。控制模块控制机械臂停止y向移动，并采集机械臂相对于tcp初始点202的y向位移值。
62.在本发明的一个实施例中，焊丝102与xy探测面203接触时，焊丝102与xy探测面203形成闭合回路并发送第三电信号至控制模块。控制模块控制机械臂停止z向移动，并采集机械臂相对于tcp初始点202的z向位移值。
63.由此，控制模块能够采集tcp初始点202的三维位置信息、以及机械臂相对于tcp初始点202的x向位移值、y向位移值和z向位移值，并基于这些位置信息及位移信息分析得出当前焊丝102端部与激光焦点之间的距离，也就是光丝间距的实际值。此外，根据tcp初始点202的三维位置信息、以及机械臂相对于tcp初始点202的x向位移值、y向位移值和z向位移值这些信息，还能够判断出焊丝102是否偏离激光头103的前进方向，进而能够及时调整出现偏离现象的焊丝102。
64.此处应当说明的是，上述实施例仅是本发明的一个示意性实施例，并不能对本发明构成任何限定。也就是说，机械臂相对于tcp初始点202的x向位移值、y向位移值和z向位移值的检测和采集顺序可以根据实际工况自行调整。
65.在本发明的一个实施例中，光丝间距调节模块300包括焊枪移动组件。焊枪移动组件包括驱动装置301和运动导轨302。焊枪101安装在运动导轨302内。驱动装置301与焊枪101连接，并用于驱动焊枪101沿着运动导轨302移动，以调节光丝间距的大小。
66.进一步，在本发明的一个实施例中，运动导轨302包括x向导轨、y向导轨和z向导轨。x向导轨与三维笛卡尔坐标系中的x轴平行。y向导轨与三维笛卡尔坐标系中的y轴相互平行。z向导轨与三维笛卡尔坐标系中的z轴平行。焊枪101能够沿着运动导轨302在三维笛卡尔坐标系内任意移动。
67.在本发明的一个实施例中，控制模块内预设有光丝间距的目标值。控制模块与驱动装置301电性连接。控制模块用于基于tcp初始点202的三维位置信息、以及机械臂相对于tcp初始点202的x向位移值、y向位移值和z向位移值控制驱动装置301驱动焊枪101移动，以将光丝间距的实际值调节至目标值。
68.具体来讲，光丝间距调节模块300包括焊枪移动组件。焊枪移动组件包括驱动装置301和运动导轨302。焊枪101安装在运动导轨302内并与驱动装置301连接。该驱动装置301能够驱动焊枪101独自在运动导轨302内移动。也就是说，激光头103的位置固定，驱动装置301驱动调整焊枪101的位置，进而对光丝间距的大小进行调节。其中，运动导轨302包括x向导轨、y向导轨和z向导轨。控制装置能够基于其所采集到的tcp初始点202的三维位置信息、机械臂相对于tcp初始点202的x向位移值、y向位移值和z向位移值、以及预设于控制模块内的光丝间距的目标值，控制驱动装置301带动焊枪101沿着x向导轨和/或y向导轨和/或z向
导轨移动，以将光丝间距的实际值调整至与目标值相等。
69.光丝间距调节结束后，焊接工作进行的过程中，控制模块能够实时采集焊丝102的三维空间坐标。
70.此处应当说明的是，对于上述驱动装置301的具体类型，本发明不做任何限定。例如，在本发明的一个实施例中，上述驱动装置301包括伺服电机。
71.在本发明的一个实施例中，光丝间距调节系统还包括人机界面。人机界面与控制模块电性连接，以向控制模块输入目标光丝间距。此外，人机界面还能够显示和存储控制模块所采集到的信息。
72.此处应当说明的是，对于人机界面的具体类型，本发明不做任何限定。例如，人机界面包括计算机。
73.第二方面，本发明的实施例还提供了一种光丝间距调节方法，如图1至图3所示，包括：
74.通过人机界面向控制模块内输入光丝间距的目标值；
75.光丝间距检测模块检测光丝间距的实际值；
76.控制模块基于光丝间距的实际值控制光丝间距调节模块300调节焊丝102的位置，以将光丝间距的实际值调节至目标值。
77.该光丝间距调节方法能够快速便捷且高精度地将实际光丝间距调节至目标状态。
78.在本发明的一个实施例中，光丝间距检测模块检测光丝间距的实际值的步骤包括：
79.确定激光焦点为tcp点104，选取方形检测块200上的任一检测参考点201作为tcp初始点202，机械臂驱动激光头103和焊枪101同步移动，以使tcp点104与tcp初始点202重合，控制模块采集tcp初始点202的三维坐标；
80.机械臂驱动激光头103和焊枪101沿着x向移动至焊丝102触碰yz探测面204的位置处，焊丝102与yz探测面204形成闭合回路并发送第一电信号至控制模块，控制模块控制机械臂停止x向移动，并采集机械臂相对于tcp初始点202的x向位移值；
81.机械臂驱动激光头103和焊枪101沿着y向移动至焊丝102触碰xz探测面205的位置处，焊丝102与xz探测面205形成闭合回路并发送第二电信号至控制模块，控制模块控制机械臂停止y向移动，并采集机械臂相对于tcp初始点202的y向位移值；
82.机械臂驱动激光头103和焊枪101沿着z向移动至焊丝102触碰xy探测面203的位置处，焊丝102与xy探测面203形成闭合回路并发送第三电信号至控制模块，控制模块控制机械臂停止z向移动，并采集机械臂相对于tcp初始点202的z向位移值；
83.控制模块基于tcp初始点202的三维坐标、以及机械臂相对于tcp初始点202的x向位移值、y向位移值和z向位移值得出当前光丝间距的实际值。
84.进一步，在本发明的一个实施例中，控制模块基于光丝间距的实际值控制光丝间距调节模块300调节焊丝102的位置，以将光丝间距的实际值调节至目标值的步骤包括：
85.控制模块基于当前的光丝间距的实际值控制驱动装置301带动焊枪101沿着x向导轨、y向导轨及z向导轨调整位置，直至光丝间距的实际值与目标值相等。
86.根据以上描述的实施例可知，该光丝间距调节方法能够通过光丝间距检测模块自动检测光丝间距的实际值，并通过控制模块和光丝间距调节模块300自动将光丝间距的实
际值调整至目标值。该调节方法能够极大提升光丝间距调节效率和调节精度。
87.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。