一种用于激光焊接位置指示的方法和装置

技术领域

本发明属于金属材料焊接领域，具体是关于一种用于激光焊接位置指示的方法和装置。

背景技术

激光焊接是当今社会最受欢迎和关注的焊接方法之一，在进行激光焊接前，通常需要设置一定的工作距离，并根据指示光进行焊缝对中。激光焊的焊接速度快，焊接效率高，但对示教精度要求较高，示教流程较为繁琐，尤其是对于小批量、多种类的焊接任务，每道焊缝均需要人工单独示教，导致焊前示教时间长，焊前示教效率是影响整个焊接流程效率的重要因素。目前采用附加旁轴引导光的方式来辅助离焦量的指示，虽然一定程度上提高了示教效率，但也存在一定的局限：1、对于一机多用的激光焊接设备，各激光焊接头的指示光亮度较低，不易观察；2、采用两束点状激光的相对位置进行离焦量的指示，清晰度较差；3、当采用较大的离焦量时，激光束发散较为严重，会导致示教偏差增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于激光焊接位置指示的方法和装置，采用均布的三束线状激光进行焊接位置的指示，该装置可以从三个位置发射三束线状激光，调整该装置到待焊表面的距离，当三条线激光交于一点时，此时高度即为设定的工作距离，交点位置即为焊接位置，从而提高激光焊接的示教效率，具有广泛的适用范围。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于激光焊接位置指示的方法，包括调试过程和示教过程；

所述调试过程如下：将圆柱形的固定装置套设在激光工作头的下端，使得固定装置的底面和激光工作头发射的激光束垂直，然后沿固定装置的周向将三个线激光发射器均匀固定在固定装置圆柱面的同一高度上；接着打开三个线激光发射器，确定能够在下方的试板上观察到三条线状激光；再调节激光工作头与所述试板的距离，使该距离等于工艺要求的工作距离，，然后调整所述三个线激光发射器的发射角度，直到三个线激光发射器所发出的三条线状激光相交于试板上的一点，且交点位置与所述激光工作头发射的激光束在试板上的光斑重合，完成对所述三个线激光发射器的调试；

所述示教过程如下：首先，将待焊工件放置在所述试板的位置，打开三个线激光发射器，观察到在待焊表面上形成三条线状激光；然后，调整激光工作头与待焊表面的距离以及相对位置，直到待焊表面上的三条线状激光相交于待焊表面上待焊路径的中心，交点为对应的焊接位置，此时激光工作头与待焊表面的距离即为所述的工作距离；最后，重复上一步的操作，依次示教待焊路径上多个焊接位置。

所述示教过程中，待焊路径越不规则，示教的焊接位置越多。

示教过程结束后，进行空走测试，在整个待焊路径上，三条线状激光应保持相交于一点，且交点始终在待焊路径的中心，如果某段出现偏差，需要在偏差段插入新的示教点，按照示教过程进行焊接位置的示教。

在示教过程中，当三条线状激光两两相交或者未相交时，如果待焊表面上的任一条线状激光和对应的线激光发射器位于激光工作头所射激光束的两侧，则说明激光工作头与待焊表面的实际距离大于所述的工作距离；如果待焊表面上的任一条线状激光和对应的线激光发射器位于激光工作头所射激光束的同侧，则说明激光工作头与待焊表面的实际距离小于所述的工作距离。

一种用于激光焊接位置指示的装置，该装置用于所述的激光焊接位置指示的方法，包括固定装置、第一线激光发射器、第二线激光发射器和第三线激光发射器；所述固定装置固定套设在用于激光焊接的激光工作头上，并随激光工作头的移动而移动，固定装置的底面和激光工作头发射的激光束垂直；所述固定装置具有一个圆柱面，在圆柱面上沿圆周方向均匀设置所述的第一线激光发射器、第二线激光发射器和第三线激光发射器。

所述的第一线激光发射器、第二线激光发射器和第三线激光发射器采用肉眼可见的线状激光。

所述的第一线激光发射器、第二线激光发射器和第三线激光发射器处于同一水平高度，高度偏差≤3mm，两两之间的角度偏差≤5°。

本发明的有益效果是：本发明采用三束线状激光进行焊接位置的指示，通过调整照射到待焊表面上的三条线状激光的相对位置，即可确定工作距离和对焦位置。所采用的线状激光亮度高、清晰度好，有利于操作人员观察和示教。通过观察三束线状激光的相对位置，在调节工作距离的同时，也可以调节对焦位置，示教的效率大幅提升。本发明所述装置采用外置的线激光发射器提供激光光源，因此可以在无指示光、指示光亮度弱、大离焦量指示光发散的情况下使用。本发明所述装置可用于对接、搭接、角接等多种焊接形式，适用于V型、I性、U型等多种坡口形式，适用范围广。

附图说明

图1为本发明所述指示装置的工作状态示意图；

图2为第一种情况下，三条线状激光的相对位置示意图；

图3为第二种情况下，三条线状激光的相对位置示意图；

图4为完成示教时，三条线状激光的相对位置示意图；

图中标记：1、第一线激光发射器，2、第二线激光发射器，3、第三线激光发射器，4、固定装置，5、激光束，6、第一线状激光，7、第二线状激光，8、第三线状激光，9、光斑，10、待焊表面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

参照附图1所示，一种于激光焊接位置指示的装置，包括固定装置4、第一线激光发射器1、第二线激光发射器2和第三线激光发射器3；所述固定装置4呈圆柱体形，中间开设有通孔，通过该通孔固定套设在用于激光焊接的激光工作头上，保证激光工作头的正常工作。所述固定装置4可随激光工作头的移动而移动，固定装置4的底面和激光工作头发射的激光束5垂直；所述固定装置4具有一个圆柱面，在圆柱面上沿圆周方向均匀设置所述的第一线激光发射器1、第二线激光发射器2和第三线激光发射器3，即任意两个线激光发射器的夹角为120°，允许的角度偏差≤5°，三个线激光发射器最好安装在同一水平面，三者的高度偏差≤3mm。

所述的第一线激光发射器1、第二线激光发射器2和第三线激光发射器3采用肉眼可见的线状激光，优选波长为650nm的红光，以便于观察，而且对于线状激光的要求是：300mm高度照射的线状激光的线宽小于1mm、长度40-80mm。

采用上述装置进行激光焊接位置指示的方法包括调试过程和示教过程，调试过程主要用于在设定的工作距离下，三个线激光发射器的发射角度的确定，并以此为标准，对待焊表面的待焊路径上焊接位置进行示教，以确定焊接位置对应的激光工作头的实际工作高度。

在调试过程中，首先，需要将所述的固定装置4固接在激光工作头的下端，并确保激光工作头的正常工作，且确定固定装置4的底面和激光工作头发射的激光束5垂直，然后沿固定装置4的周向将第一线激光发射器1、第二线激光发射器2和第三线激光发射器3均匀固定在固定装置4的圆柱面上；接着打开第一线激光发射器1、第二线激光发射器2和第三线激光发射器3，确定能够在下方的试板上观察到第一线状激光6、第二线状激光7和第三线状激光8；再按照工艺要求的工作距离，调节激光工作头与所述试板的距离，使其等于预定的工作距离，然后调整所述第一线激光发射器1、第二线激光发射器2和第三线激光发射器3的发射角度，直到第一线激光发射器1、第二线激光发射器2和第三线激光发射器3所发出的第一线状激光6、第二线状激光7和第三线状激光8相交于试板上的一点，且交点位置与所述激光工作头发射的激光束5在试板上的光斑9重合，完成对所述三个线激光发射器的调试。

在示教过程中，首先，将待焊工件放置在所述试板的位置，打开第一线激光发射器1、第二线激光发射器2和第三线激光发射器3，观察到在工件待焊表面10上形成第一线状激光6、第二线状激光7和第三线状激光8；然后，调整激光工作头到待焊表面10的距离，直到待焊表面10上的第一线状激光6、第二线状激光7和第三线状激光8相交于待焊表面10上待焊路径的中心，如图4所示，此时的交点即为对应的焊接位置，此时激光工作头与待焊表面10的距离即为所述的激光工作头的工作距离；最后，重复上一步的操作，依次示教待焊路径上多个焊接位置。

具体的，在示教过程中，当三条线状激光两两相交或者未相交时，如图3所示，如果待焊表面10上的任一条线状激光和对应的线激光发射器位于激光工作头所射激光束的两侧，则说明激光工作头与待焊表面10的距离大于所述的工作距离，因此需要缩小激光工作头和待焊表面的距离以达到所述的工作距离；如图2所示，如果待焊表面上的任一条线状激光和对应的线激光发射器位于激光工作头所射激光束的同侧，则说明激光工作头与待焊表面的距离小于所述的工作距离，因此需要进一步增大激光工作头和待焊表面的距离以达到所述的工作距离。

进一步的，在示教过程结束后，需要进行空走测试，在整个待焊路径上，三条线状激光应保持相交于一点，且交点始终在待焊路径的中心，如果某段出现偏差，需要在偏差段插入新的示教点，按照示教过程进行焊接位置的示教。

下面以I型焊接坡口为例，说明具体的示教过程。

首先，调整激光焊机的运动机构使得激光工作头和待焊接的工件之间的位置大致在调试阶段中确定的工作距离H和焊接位置附近；然后打开三个线激光发射器，观察待焊I型坡口附近形成的三条线状激光；当三条线状激光与对应的线激光发射器位于焊接位置的同侧时，且三条线状激光两两相交或者未相交，说明此时的激光工作头至焊接表面的的距离h小于工作距离H，因此，应缓慢移动激光工作头或者待焊工件，使得激光工作头至焊接表面的距离h逐渐增大，直至三条线状激光相交于一点；当三条线状激光与对应的线激光发射器位于焊接位置相对的两侧时，且三条线状激光两两相交或者未相交，说明此时的激光工作头至焊接表面的的距离h大于工作距离H，因此，应缓慢移动激光工作头或者待焊工件，使得激光工作头至焊接表面的距离h逐渐减小，直至三条线状激光相交于一点；在三条线状激光相交于一点后，再水平移动激光工作头或待焊工件，使得三条线状激光的交点位于焊接位置，将此时激光工作头的位置写入激光焊机的运动机构控制系统，即可完成该焊接位置的示教。按上述方法，依次完成待焊路径上其他点的示教，然后即可关闭线激光发生器，示教完成。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。