激光摆动焊接系统的制作方法

本发明涉及激光焊接领域，具体涉及一种激光摆动焊接系统。

背景技术：

激光焊接是一种利用高能量密度的激光束作为热源的高效精密焊接方法，主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接的原理为热传导，即激光辐射至热加工件表面后，加工件表面的热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，可使工件熔化，形成特定熔池。目前，激光焊接已经成功的应用于微、小型零件焊接中。

由于激光束聚焦后的光斑尺寸小、且焊缝窄，因此对于焊缝较宽的工件而言，不能通过激光直接焊接。目前对于焊缝较宽的工件的激光焊接方法为：采取扫描振镜围绕旋转轴转动，形成螺旋线式焊缝；但是，上述激光焊接方法存在以下缺陷：

(1)螺旋线式焊缝的重叠部分较多，这会使得重叠部分热量较大，进而导致重叠部分的变形程度较大；与此同时，重叠部分的焊接会延长焊接同一段距离所需时间的较长，焊接效率较低。

(2)扫描振镜对激光的反射范围有限，进而使得焊缝的宽度范围较小，这会对工件的精度(装配精度和定位精度)要求较高。

由此可知，当工件精度较低(达不到螺旋线式焊缝的焊接要求)、或者工件对变形程度的要求较高时，上述方法不适用。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：在焊接工件的焊缝时，如何在降低工件的变形程度、提高焊接效率的同时，降低对工件的精度要求。

为达到以上目的，本发明提供的激光摆动焊接系统，包括激光焊接头，该系统还包括激光摆动焊接操作台，激光摆动焊接操作台包括三向移动机构和焊接头摆动机构，焊接头摆动机构包括固定在三向移动机构上的x轴向移动机构、固定在x轴向移动机构上的焊接头倾斜机构、以及固定在焊接头倾斜机构上的激光焊接头；

三向移动机构用于：带动焊接头摆动机构基本沿x轴、y轴和/或z轴方向往复移动；

x轴向移动机构用于：带动焊接头倾斜机构和激光焊接头，基本沿x轴方向往复移动；

焊接头倾斜机构用于：带动激光焊接头绕y轴转动。

通过上述方案可知，本发明通过三向移动机构能够实现激光焊接头的三向移动，通过x轴向移动机构能够实现激光焊接头沿工件自身焊缝的垂直方向左右摆动，通过焊接头倾斜机构能够调节激光焊接头的倾斜角度，以此形成无重叠的焊缝，在此基础上：

(1)与现有技术中的重叠部分多、重叠部分热量较大的螺旋线式焊缝相比，本发明的焊缝没有重叠部分，进而不仅显著降低了工件的变形程度，而且不用重复焊接，大幅度提高了焊接效率；

(2)与现有技术中通过扫描振镜完成的较小宽度范围的螺旋线式焊缝相比，本发明的焊缝宽度范围为x轴向移动机构的行程范围加上焊接头倾斜机构的倾斜范围，即本发明的宽度范围不仅较大，而且可调，进而显著降低了工件的精度要求；与此同时，本发明用x轴向移动机构和焊接头倾斜机构替代了现有技术中的扫描振镜，降低了物料成本。

(3)x轴向移动机构和焊接头倾斜机构配合能够使得激光焊接头的焊接角度多样化，进而能够针对性的与不规则工件的焊接面适配。

有鉴于此，本发明能够适用于工件精度较低和工件对变形程度的要求较高的场景，适用范围比较广泛。

在上述技术方案的基础上，所述三向移动机构包括x轴移动模组、y轴移动模组和z轴移动模组；定义x轴移动模组的长度方向为x轴方向，与x轴移动模组在横向上垂直的方向为y轴方向，与x轴移动模组在纵向上垂直的方向为z轴方向；则z轴移动模组活动连接于x轴移动模组上、且z轴移动模组的长度方向基本为z轴方向；y轴移动模组与z轴移动模组活动连接、且y轴移动模组的长度方向基本为y轴方向。

通过上述方案可知，z轴移动模组能够在x轴移动模组上基本沿x轴方向往复移动，y轴移动模组能够在z轴移动模组上基本沿z轴方向往复移动，y轴移动模组还能够带动焊接头摆动机构基本沿y轴方向往复移动，以此实现焊接头摆动机构的三向往复移动。

在上述技术方案的基础上，所述x轴向移动机构包括x轴小行程模组，x轴小行程模组与y轴移动模组连接、且x轴小行程模组的长度方向基本为x轴方向。

通过上述方案可知，x轴向移动机构通过x轴小行程模组，即可在y轴移动模组上基本沿x轴方向往复移动。

在上述技术方案的基础上，所述焊接头倾斜机构包括具备自转功能的回转台；回转台与x轴小行程模组连接、且回转台与xz平面基本平行，所述激光焊接头固定在回转台上。

通过上述方案可知，与xz平面基本平行的回转台自转时，就可以带动激光焊接头绕y轴转动，进而调整激光焊接头的倾斜角度。

在上述技术方案的基础上，所述回转台上设置有用于限制回转台回转位置的限位开关。

通过上述方案可知，限位开关在激光焊接头的倾斜角度调整好后，能够固定激光焊接头。

在上述技术方案的基础上，所述z轴移动模组通过第一安装板与x轴移动模组活动连接；所述x轴小行程模组通过第二安装板与y轴移动模组连接；所述回转台通过第三安装板与x轴小行程模组连接；激光焊接头通过第四安装板与回转台连接。

通过上述方案可知，安装板能够为相邻部件之间起到缓冲作用，进而增强连接稳定性。

在上述技术方案的基础上，所述x轴移动模组、y轴移动模组、z轴移动模组、x轴小行程模组和回转台均包括驱动电机。

通过上述方案可知，驱动电机能够实现各移动模组和回转台的自动移动。

在上述技术方案的基础上，该系统，还包括控制系统、为plc控制系统供电的电源控制系统，控制系统通过驱动器与所有驱动电机电连接。

通过上述方案可知，控制系统能够自动控制各移动模组和回转台移动。

在上述技术方案的基础上，所述激光摆动焊接操作台还包括系统控制柜，所述控制系统和电源控制系统均固定于系统控制柜内部，以此实现对控制系统、电源控制系统和激光器的保护；系统控制柜的上面固定有焊接工作台面板，所述三向移动机构固定于焊接工作台面板的上面，以此实现平稳的安装和使用三向移动机构(63)。

在上述技术方案的基础上，该系统还包括机柜上罩，所述三向移动机构和焊接头摆动机构均位于机柜上罩内。

通过上述方案可知，机柜上罩能够将焊接环境也外界隔离，起到安全保护作用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过三向移动机构能够实现激光焊接头的三向移动，通过x轴向移动机构能够实现激光焊接头沿工件自身焊缝的垂直方向左右摆动，通过焊接头倾斜机构能够调节激光焊接头的倾斜角度，以此形成无重叠的焊缝，在此基础上：

(1)与现有技术中的重叠部分多、重叠部分热量较大的螺旋线式焊缝相比，本发明的焊缝没有重叠部分，进而不仅显著降低了工件的变形程度，而且不用重复焊接，大幅度提高了焊接效率；

(2)与现有技术中通过扫描振镜完成的较小宽度范围的螺旋线式焊缝相比，本发明的焊缝宽度范围为x轴向移动机构的行程范围加上焊接头倾斜机构的倾斜范围，即本发明的宽度范围不仅较大，而且可调，进而显著降低了工件的精度要求；与此同时，本发明用x轴向移动机构和焊接头倾斜机构替代了现有技术中的扫描振镜，降低了物料成本。

(3)x轴向移动机构和焊接头倾斜机构配合能够使得激光焊接头的焊接角度多样化，进而能够针对性的与不规则工件的焊接面适配。

有鉴于此，本发明能够适用于工件精度较低和工件对变形程度的要求较高的场景，适用范围比较广泛。

附图说明

图1为本发明实施例中激光摆动焊接系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中激光摆动焊接操作台的结构示意图；

图3为本发明实施例中焊接头摆动机构的结构示意图；

图4为本发明实施例中三向移动机构的结构示意图；

图5为本发明实施例中“波纹型”焊缝的示意图；

图6为本发明实施例中“锯齿型”焊缝的示意图。

图中：1-机柜上罩，2-显示屏，3-开关按钮，4-键盘显示器，5-激光冷水机，6-激光摆动焊接操作台，61-系统控制柜，62-焊接工作台面板，63-三向移动机构，631-x轴移动模组，632-第一安装板，633-z轴移动模组，634-y轴移动模组，635-第二安装板，64-焊接头摆动机构，641-x轴向移动机构，6411-x轴小行程模组，6412-第三安装板，642-焊接头倾斜机构，6421-回转台，6422-第四安装板，6423-限位开关，6424-激光焊接头。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例中的激光摆动焊接系统，包括激光摆动焊接操作台6，参见图2所示，激光摆动焊接操作台6包括三向移动机构63和焊接头摆动机构64，参见图2和图3所示，焊接头摆动机构64包括固定在三向移动机构63上的x轴向移动机构641、固定在x轴向移动机构641上的焊接头倾斜机构642、以及固定在焊接头倾斜机构642上的激光焊接头6424，该系统还包括用于为激光焊接头6424提供光源的激光器(激光器是实际应用时可以额外购买)；

三向移动机构63用于：带动焊接头摆动机构64基本沿x轴(横向)、y轴(竖向)和/或z轴(纵向)方向往复移动；

x轴向移动机构641用于：带动焊接头倾斜机构642和激光焊接头6424，基本沿x轴方向往复移动；

焊接头倾斜机构642用于：带动激光焊接头6424绕y轴转动。

由此可知，本发明通过三向移动机构63能够实现激光焊接头6424的三向移动，通过x轴向移动机构641能够实现激光焊接头6424沿工件自身焊缝的垂直方向左右摆动，通过焊接头倾斜机构642能够调节激光焊接头6424的倾斜角度，以此形成无重叠的焊缝，在此基础上：

(1)与现有技术中的重叠部分多、重叠部分热量较大的螺旋线式焊缝相比，本发明的焊缝没有重叠部分，进而不仅显著降低了工件的变形程度，而且不用重复焊接，大幅度提高了焊接效率；

(2)与现有技术中通过扫描振镜完成的较小宽度范围的螺旋线式焊缝相比，本发明的焊缝宽度范围为x轴向移动机构641的行程范围加上焊接头倾斜机构642的倾斜范围，即本发明的宽度范围不仅较大，而且可调，进而显著降低了工件的精度要求；与此同时，本发明用x轴向移动机构641和焊接头倾斜机构642替代了现有技术中的扫描振镜，降低了物料成本。

(3)x轴向移动机构641和焊接头倾斜机构642配合能够使得激光焊接头6424的焊接角度多样化，进而能够针对性的与不规则工件的焊接面适配。

有鉴于此，本发明能够适用于工件精度较低和工件对变形程度的要求较高的场景，适用范围比较广泛。

优选的，参见图4所示，三向移动机构63包括x轴移动模组631、y轴移动模组634和z轴移动模组633。定义x轴移动模组631的长度方向为x轴方向，与x轴移动模组631在横向上垂直的方向为y轴方向，与x轴移动模组631在纵向上垂直的方向为z轴方向；则z轴移动模组633活动连接于x轴移动模组631上、且z轴移动模组633的长度方向基本为z轴方向；y轴移动模组634与z轴移动模组633活动连接、且y轴移动模组634的长度方向基本为y轴方向。

由此可知，x轴移动模组631能够基本沿x轴方向往复移动(可通过在x轴移动模组631底部设置滑轨实现)，z轴移动模组633能够在x轴移动模组631上基本沿x轴方向往复移动，y轴移动模组634能够在z轴移动模组633上基本沿z轴方向往复移动，y轴移动模组634还能够带动焊接头摆动机构64基本沿y轴方向往复移动，以此实现焊接头摆动机构64的三向往复移动。

优选的，参见图3所示，x轴向移动机构641包括x轴小行程模组6411，参见图2、图3和图4所示，x轴小行程模组6411与y轴移动模组634连接、且x轴小行程模组6411的长度方向基本为x轴方向，x轴向移动机构641通过x轴小行程模组6411，即可在y轴移动模组634上基本沿x轴方向往复移动。

优选的，参见图3所示，焊接头倾斜机构642包括具备360°自转功能的回转台6421，回转台6421与x轴小行程模组6411连接、且回转台6421与xz平面基本平行，激光焊接头6424固定在回转台6421上，这样与xz平面基本平行的回转台6421自转时，就可以带动激光焊接头6424绕y轴转动，进而调整激光焊接头6424的倾斜角度。

优选的，参见图3所示，回转台6421上设置有用于限制回转台6421回转位置的限位开关6423，以此在激光焊接头6424的倾斜角度调整好后，固定激光焊接头6424。

优选的，参见图4所示，z轴移动模组633通过第一安装板632与x轴移动模组631活动连接；参见图2、图3和图4所示，x轴小行程模组6411通过第二安装板635与y轴移动模组634连接；参见图3所示，回转台6421通过第三安装板6412与x轴小行程模组6411连接；激光焊接头6424通过第四安装板6422与回转台6421连接；第一安装板632、第二安装板635和第三安装板6412和第四安装板6422能够为相邻部件之间起到缓冲作用，进而增强连接稳定性。

优选的，x轴移动模组631、y轴移动模组634、z轴移动模组633、x轴小行程模组6411和回转台6421均包括驱动电机，以此实现各移动模组和回转台6421的自动移动。

优选的，本发明实施例中的激光摆动焊接系统，还包括plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)控制系统、为plc控制系统供电的电源控制系统，plc控制系统通过驱动器与所有驱动电机电连接，以此实现通过驱动器带动驱动电机来自动控制各移动模组和回转台6421移动。

优选的，激光摆动焊接操作台6还包括系统控制柜61，plc控制系统、电源控制系统和激光器均固定于系统控制柜61内部，以此实现对plc控制系统、电源控制系统和激光器的保护。参见图2所示，系统控制柜61的上面固定有焊接工作台面板62，三向移动机构63固定于焊接工作台面板62的上面，以此实现平稳的安装和使用三向移动机构63。

从上文可以得出，本发明实施例中的激光摆动焊接系统的焊接方法为：

参见图2、图3、图4所示，x轴移动模组631带动y轴移动模组634、z轴移动模组633和焊接头摆动机构64整体沿x轴方向左右移动；z轴移动模组633带动y轴移动模组634和焊接头摆动机构64整体沿z轴方向上下移动；y轴移动模组634带动焊接头摆动机沿y轴方向前后运动；以此实现由x轴移动模组631和y轴移动模组634带动激光焊接头6424沿工件需焊接的焊缝移动，由z轴移动模组633调节激光焊接头6424焦距的目的。

参见图3所示，x轴小行程模组6411带动焊接头倾斜机构642沿x轴做左右移动，进而实现激光焊接头6424沿工件需焊接的焊缝垂直方向左右摆动的目的；自动回转台6421带动激光焊接头6424绕y轴旋转，来调节激光焊接头6424的倾斜角度。

经过上述调节的激光焊接头6424即可形成图5所示的“波纹形”焊缝或者图6所示的“锯齿形”焊缝。参见图5所示，“波纹形”焊缝的波峰a和波谷b之间的纵向距离(垂直距离)l，由x轴小行程移动模组的移动范围决定；a与b之间的横向距离(水平距离)d，由x轴移动模组631和y轴移动模组634的移动速度决定。

优选的，参见图1所示，本发明实施例中的激光摆动焊接系统，还包括设置于系统控制柜61上的机柜上罩1，三向移动机构63和焊接头摆动机构64均位于机柜上罩1内，机柜上罩1能够将焊接环境也外界隔离，起到安全保护作用。机柜上罩1上设置有与plc控制系统电连接的ccd(charge-coupleddevice，图像控制器)显示屏2、开关按钮3和键盘显示器4，以此实现从机柜上罩1外部控制激光摆动焊接(设置焊接参数、观看焊接情况，打开和关闭激光焊接)。

优选的，参见图1所示，本发明实施例中的激光摆动焊接系统，还包括激光冷水机5，激光冷水机5用于对激光器进行水循环冷却，并控制激光器的使用温度，使激光器可以长时间保持正常工作。激光器在长时间运行过程中会不断产生高温，温度过高就会影响激光器的正常工作，所以必须使用激光冷水机5进行水循环冷却控温。

进一步，本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。