集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统及其焊接方法技术方案

一种集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统及焊接方法，包括焊接部、激光清洗部和监测部，焊接部包括焊枪，激光清洗部包括激光清洗头，激光清洗部通过连接部与焊接部连接，连接部包括夹持焊枪的机械臂，套在所述机械臂上可绕机械臂旋转的旋转板、通过铰接组件与所述旋转板侧边铰接的角度翻转板、通过滑动组件滑动连接于角度翻转板上的激光清洗头紧固装置；监测部包括实时监测清洗状况的监测装置和实时监测激光清洗头与焊件上激光清洗点距离的距离传感器；集成控制部包括延时模块和清洗控制模块；安全保护部包括急停触发模块。该焊接系统实现了将激光清洗和焊接同时进行的集成控制，有利于工业上大规模应用。

Integrated laser welding and welding system integrated with laser cleaning and welding

An integrated laser cleaning and welding system and welding method comprising a welding part, a laser cleaning part and a monitoring part comprising a welding gun, a laser cleaning part comprising a laser cleaning head, a laser cleaning part connected with a welding part through a connecting part, and a connecting part comprising a mechanical arm holding a welding gun sleeved in the said machine. A rotating plate rotatable around the manipulator arm, an angle turning plate articulated with the side edge of the rotating plate through an articulated assembly, and a laser cleaning head fastening device connected to the angle turning plate by a sliding assembly are arranged; the monitoring section comprises a monitoring device for real-time monitoring of the cleaning condition and a laser monitoring device for real-time monitoring of the laser cleaning head and welding parts. The distance sensor of the cleaning point distance, the integrated control unit including the delay module and the cleaning control module, and the safety protection unit including the emergency stop trigger module. The welding system realizes the integrated control of laser cleaning and welding at the same time, which is conducive to large-scale industrial applications.

【技术实现步骤摘要】
集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统及其焊接方法
本专利技术涉及一种集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统及其焊接方法，属于焊接及激光清洗

技术介绍
本世纪初，随着高速列车的飞速发展，列车产量大大增加。据最新消息，截止2017年底，中国高铁总里程达到2.3万公里，超全球六成。铝合金和钢作为高铁车体的主要材料，应用在高铁上时采用的连接方式主要为焊接。为避免焊缝缺陷、提高焊接质量(特别是铝合金表面氧化膜的存在会使得焊缝中存在气孔缺陷，存在安全隐患)，通常在焊接前对焊接材料进行焊前清洗。目前较为传统的方法为机械打磨法。此种方法主要利用砂纸轮片对焊接材料表面进行打磨，以达到去除钢表面锈层、铝合金表面氧化膜的目的。但此种方法存在着效率低、耗材严重、粉尘大、损伤表面等缺点，随着高铁的飞速发展，环境保护法规越来越严苛的今天，机械打磨法越来越不能满足现今的生产要求。激光清洗利用激光能量密度高、聚焦性强、方向性好等特点，通过透镜组合聚焦光束，把光束集中到一个很小的区域中，激光束使表面污垢层受热膨胀，从而克服基底物质对污垢粒子的吸附力(共价键、范德瓦耳斯力、氢键、静电力、毛细作用等)而脱离物体表面；同时，在固体表面产生力学共振现象，使表面污垢层或凝结物碎裂脱落；另外，激光束瞬间使污垢分子蒸发、热膨胀、汽化或分解。激光清洗技术正是利用激光脉冲的振动、分子的光分解或相变或它们的粒子联合作用等克服污物与基体表面之间的结合力，使污物脱离表面而达到清洗的目的。激光清洗作为21世纪最有前景的新型的清洗方法，以其高效、绿色无污染、无损伤、非接触式清洗等特点，完美弥补了化学试剂法污染环境、机械打磨法效率低下、耗材严重等缺点，未来将逐渐取代传统清洗方法，成为主要的清洗方式。目前，激光清洗已经逐渐开始运用于焊前的焊材表面去除，但清洗之后再焊接效率低，而且过长的时间间隔很容易使焊材表面重新形成氧化层，不利于焊接质量的提高。为了提高生产效率和焊接质量，国内外对于将激光清洗与焊接一前一后同时进行了做了相关研究。上海市激光技术研究所申请的专利申请《基于激光清洗前处理的激光焊接装置及方法》公开了一种基于激光清洗前处理的激光焊接装置及方法，该装置将激光清洗与激光焊接分成独立的两个工作区，利用传送带将两个区域连接起来，激光清洗与激光焊接各采用一个机械臂，设备投入较大；且激光清洗和激光焊接分为两个独立工作区，操作困难，装置复杂，占地面积广。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统及其焊接方法。该焊接系统实现了将激光清洗和焊接同时进行的集成控制，使两者配合精确，整体操作简单、成本低，有利于工业上大规模应用。本专利技术实现其专利技术目的首先提供了焊接系统的技术方案：一种集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统，包括焊接部、激光清洗部和监测部，所述焊接部包括焊枪，激光清洗部包括激光清洗头，其结构特点是：所述激光清洗部通过连接部与焊接部连接，所述连接部包括夹持焊枪的机械臂，套在所述机械臂上可绕机械臂旋转的旋转板、通过铰接组件与所述旋转板侧边铰接的角度翻转板、通过滑动组件滑动连接于角度翻转板上的激光清洗头紧固装置；所述滑动组件包括设置于角度翻转板上的滑动轨道，设置于激光清洗头紧固装置上与所述滑动轨道配合的滑杆以及可带动所述滑杆在滑动轨道上滑动的滑动驱动组件；所述滑动轨道方向与激光清洗头出射激光方向平行；所述监测部包括实时监测清洗状况的监测装置和实时监测激光清洗头与焊件上激光清洗点距离的距离传感器；监测装置和距离传感器均可布置在激光清洗头紧固装置上；为了实时监测激光清洗头与焊件上激光清洗点距离，距离传感器与激光清洗头在同一水平面上，且测量方向与激光清洗头发出的激光束方向平行；同时，为了实现判定激光清洗部何时停止工作，应保证距离传感器测量点与激光清洗点同时达到焊件沿焊接方向的前边缘。所述激光清洗部、焊接部、机械臂、滑动驱动组件的控制端、监测部的输出端均与集成控制部连接；所述集成控制部包括控制焊接部和激光清洗部之间延时的延时模块和根据监测部得到的数据控制激光清洗部和滑动驱动组件工作的清洗控制模块；所述一体化焊接系统还包括与所述距离传感器的输出端、集成控制部的控制端连接的安全保护部；安全保护部包括在有危险状况出现时，触发一体化焊接系统停止工作的急停触发模块。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、通过连接部实现了激光清洗与焊接一体化，激光清洗与焊接可以一前一后同时进行作业，实现焊前清洗，且本专利技术焊接系统的连接部设计简单，操作简单方便，有利于在自动化焊接焊前清洗方面大量应用。二、在进行焊接前，可以通过调整机械臂调整焊枪位置，通过旋转板在所述机械臂上的位置、角度翻转板与旋转板之间的角度、激光清洗头紧固装置所述角度翻转板上的位置，调整激光清洗头相对于焊枪的位置和激光清洗的偏转角度。三、监测部可实时监测清洗效果，清洗控制模块可根据监测部得到的数据调节激光清洗参数。四、滑动驱动组件可调整激光清洗头紧固装置在角度翻转板的滑动轨道上的位置调节激光清洗头位置，从而在激光清洗时，根据监测部的反馈，自动调节激光清洗的离焦量。五、延时模块可控制焊接部和激光清洗部之间的延时，这样通过关联将激光清洗和焊接变成一个触发，使激光清洗和焊接配合更加精确、操作更加简单。六、安全保护部可确保如果工作过程中存在不当操作或者编程有误，急停触发模块触发一体化焊接系统停止工作，保证人员的安全和激光清洗器本身不受损伤。进一步，本专利技术系统所述监测装置包括对准激光清洗点的摄像头与声发射仪。摄像头可实时监测清洗画面，声发射仪可通过声音回波信号判定清洗点的状态与清洗效果，结合摄像头和声发射仪，可全面而准确地监测清洗状态，判定清洗效果，为调节清洗参数、激光清洗工艺参数的优化等方面提供可靠依据。进一步，本专利技术所述滑动驱动组件包括设置于激光清洗头紧固装置上平行于滑动方向的螺纹通孔，与所述螺纹通孔配合的平行于滑动轨道的滑动螺杆以及可带动螺杆转动的滑动电机；所述滑动螺杆螺纹旋转通过螺纹通孔，所述滑动电机安装于角度翻转板上，滑动电机的输出轴与所述滑动螺杆固定连接；滑动电机的控制端与集成控制部连接。进一步，本专利技术系统所述延时模块的具体工作方式是：延时模块中预设焊接和激光清洗之间的延时时间T；激光清洗开始后经过延时时间T，延时模块控制焊接部的焊枪开始工作；激光清洗结束后经过延时时间T，延时模块控制焊接部的焊枪结束工作；所述在延时模块中预设的焊接和激光清洗之间的延时时间T是根据设置的激光清洗点与焊接点之间的距离a和焊接速度v确定的，T＝a/v。这样，通过简单的方式，实现了通过一个触发同时控制激光清洗和焊接，使激光清洗和焊接配合更加精确、操作更加简单。进一步，本专利技术系统所述清洗控制模块的具体工作方式是：根据监测装置实时监测的清洗状况和距离传感器测得的激光清洗头与焊件上激光清洗点之间的距离，调节激光清洗参数、判定激光清洗部何时停止工作；所述调节激光清洗参数具体包括：调节激光清洗头的激光输出功率；通过滑动驱动组件驱动激光清洗头在所述角度翻转板上滑动，从而调节激光清洗所用的激光离焦量；所述判定激光清洗部何时停止工作的具体方法是：在清洗控制模块内预设激光清洗头与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值dx和距离传感器数据采集的时间间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统，包括焊接部(1.0)、激光清洗部(2.0)和监测部(4.0)，所述焊接部(1.0)包括焊枪(1.1)，激光清洗部(2.0)包括激光清洗头(2.1)，其特征在于：所述激光清洗部(2.0)通过连接部(3.0)与焊接部(1.0)连接，所述连接部(3.0)包括夹持焊枪(1.1)的机械臂(3.1)，套在所述机械臂(3.1)上可绕机械臂(3.1)旋转的旋转板(3.2)、通过铰接组件(3.3)与所述旋转板(3.2)侧边铰接的角度翻转板(3.4)、通过滑动组件(3.5)滑动连接于角度反转板(3.4)上的激光清洗头紧固装置(3.6)；所述滑动组件(3.5)包括设置于角度翻转板(3.4)上的滑动轨道(3.5a)，设置于激光清洗头紧固装置(3.6)上与所述滑动轨道(3.5a)配合的滑杆(3.5b)以及可带动所述滑杆(3.5b)在滑动轨道(3.5a)上滑动的滑动驱动组件(3.7)；所述滑动轨道(3.5a)方向与激光清洗头(2.1)出射激光方向平行；所述监测部(4.0)包括实时监测清洗状况的监测装置(4.1)和实时监测激光清洗头(2.1)与焊件上激光清洗点距离的距离传感器(4.2)；所述激光清洗部(2.0)、焊接部(1.0)、机械臂(3.1)和滑动驱动组件(3.7)的控制端、监测部(4.0)的输出端均与集成控制部(5.0)连接；所述集成控制部(5.0)包括控制焊接部(1.0)和激光清洗部(2.0)之间延时的延时模块和根据监测部(4.0)得到的数据控制激光清洗部(2.0)和滑动驱动组件(3.7)工作的清洗控制模块；所述一体化焊接系统还包括与所述距离传感器(4.2)的输出端、集成控制部(5.0)的控制端连接的安全保护部(6.0)；安全保护部(6.0)包括在有危险状况出现时，触发一体化焊接系统停止工作的急停触发模块。...

【技术特征摘要】
1.一种集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统，包括焊接部(1.0)、激光清洗部(2.0)和监测部(4.0)，所述焊接部(1.0)包括焊枪(1.1)，激光清洗部(2.0)包括激光清洗头(2.1)，其特征在于：所述激光清洗部(2.0)通过连接部(3.0)与焊接部(1.0)连接，所述连接部(3.0)包括夹持焊枪(1.1)的机械臂(3.1)，套在所述机械臂(3.1)上可绕机械臂(3.1)旋转的旋转板(3.2)、通过铰接组件(3.3)与所述旋转板(3.2)侧边铰接的角度翻转板(3.4)、通过滑动组件(3.5)滑动连接于角度反转板(3.4)上的激光清洗头紧固装置(3.6)；所述滑动组件(3.5)包括设置于角度翻转板(3.4)上的滑动轨道(3.5a)，设置于激光清洗头紧固装置(3.6)上与所述滑动轨道(3.5a)配合的滑杆(3.5b)以及可带动所述滑杆(3.5b)在滑动轨道(3.5a)上滑动的滑动驱动组件(3.7)；所述滑动轨道(3.5a)方向与激光清洗头(2.1)出射激光方向平行；所述监测部(4.0)包括实时监测清洗状况的监测装置(4.1)和实时监测激光清洗头(2.1)与焊件上激光清洗点距离的距离传感器(4.2)；所述激光清洗部(2.0)、焊接部(1.0)、机械臂(3.1)和滑动驱动组件(3.7)的控制端、监测部(4.0)的输出端均与集成控制部(5.0)连接；所述集成控制部(5.0)包括控制焊接部(1.0)和激光清洗部(2.0)之间延时的延时模块和根据监测部(4.0)得到的数据控制激光清洗部(2.0)和滑动驱动组件(3.7)工作的清洗控制模块；所述一体化焊接系统还包括与所述距离传感器(4.2)的输出端、集成控制部(5.0)的控制端连接的安全保护部(6.0)；安全保护部(6.0)包括在有危险状况出现时，触发一体化焊接系统停止工作的急停触发模块。2.根据权利要求1所述的一种集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统，其特征在于：所述监测装置(4.1)包括对准激光清洗点的摄像头与声发射仪。3.根据权利要求1所述的一种集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统，其特征在于：所述滑动驱动组件(3.7)包括设置于激光清洗头紧固装置(3.6)上平行于滑动方向的螺纹通孔，与所述螺纹通孔配合的平行于滑动轨道(3.5a)的滑动螺杆(3.7b)以及可带动螺杆转动的滑动电机(3.7a)；所述滑动螺杆(3.7b)螺纹旋转通过螺纹通孔，所述滑动电机安装于角度翻转板(3.4)上，滑动电机(3.7a)的输出轴与所述滑动螺杆(3.7b)固定连接；滑动电机(3.7a)的控制端与集成控制部(5.0)连接。4.根据权利要求1所述的一种集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统，其特征在于：所述延时模块的具体工作方式是：延时模块中预设焊接和激光清洗之间的延时时间T；激光清洗开始后经过延时时间T，延时模块控制焊接部(1.0)的焊枪(1.1)开始工作；激光清洗结束后经过延时时间T，延时模块控制焊接部(1.0)的焊枪(1.1)结束工作；所述在延时模块中预设的焊接和激光清洗之间的延时时间T是根据设置的激光清洗点与焊接点之间的距离a和焊接速度v确定的，T＝a/v。5.根据权利要求1所述的一种集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统，其特征在于：所述清洗控制模块的具体工作方式是：根据监测装置(4.1)实时监测的清洗状况和距离传感器(4.2)测得的激光清洗头(2.1)与焊件上激光清洗点之间的距离，调节激光清洗参数、判定激光清洗部(2.0)何时停止工作；所述调节激光清洗参数具体包括：调节激光清洗头(2.1)的激光输出功率；通过滑动驱动组件(3.7)驱动激光清洗头(2.1)在所述角度翻转板(3.4)上滑动，从而调节激光清洗所用的激光离焦量；所述判定激光清洗部(2.0)何时停止工作的具体方法是：在清洗控制模块内预设激光清洗头(2.1)与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值dx和距离传感器数据采集的时间间隔△t；焊接系统启动后，距离传感器(4.2)实时监测激光清洗头(2.1)与焊件上激光清洗点之间的距离，当距离传感器测得的t时刻激光清洗头(2.1)与激光清洗点之间的距离dt与t+△t时刻激光清洗头(2.1)与激光清洗点之间的距离dt+△t之差Δd的绝对值大于预设的激光清洗头(2.1)与激光清洗点不同时刻之间的距离差阈值dx时，即∣Δd∣≥dx时，激光清洗部(2.0)停止工作。6.根据权利要求1所述的一种集成激光清洗与焊接的一体化焊接系统，其特征在于：所述急停触发模块的具体工作方式是：急停触发模块中预设激光清洗头(2.1)与激光清洗点之间的安全距离上限阈值dy...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈辉，陈婧雯，徐璟宇，朱宗涛，王非森，杨晓益，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51