激光焊接机、焊接方法以及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及焊接领域，具体地，涉及一种激光焊接机、焊接方法以及计算机可读存储介质。

背景技术：

激光焊接技术作为一种精密、高效、快速的焊接方法，尤其是与机器人结合以后，其灵活、高速、优质的焊接质量特点和效率优势得到了极大的发挥，在航空航天等高端制造领域得到了越来越广泛的应用，获得了工业界的普遍好评。

美国spacex的研究表明，返回式火箭运载系统是可行的，在返回过程中，需要用到较大尺寸的高性能钛合金格栅舵面，采用整体铸造方案，目前国内还没有研制先例。

分析表明，采用激光焊接结构具有明显的成本、周期和性能优势，但激光焊接对焊接过程提出了三个方面的要求：一是格栅水平放置，焊缝均为竖直状态，需要采用立焊工位；二是格栅结构的焊缝朝向多个方向，每个方向的焊缝都需要焊接；三是格栅尺寸较大，激光束的可达范围需要全面覆盖整个舵面轮廓；

随着更先进、可靠、实用的舵面结构设计出现，对激光焊接机提出了更高的要求，一是格栅结构轮廓为圆弧面，翻面前后的安装固定工装需求并不一致；二是格栅舵面比一般格栅结构还增加了两根舵骨，舵骨贯穿格栅，伸出格栅的部分用于与外部支座的连接，舵骨上与支座连接处有两个键槽孔，两个键槽孔的同轴度要求较高。三是网格密集，网格空间较小，90°及其类似的激光焊接头的运动空间受到明显限制。

然而，现有技术无法满足上述的技术要求，因此，提供一种新型激光焊接机具有较高的必要性。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种激光焊接机、焊接方法以及计算机可读存储介质。

根据本发明提供的一种激光焊接机，包括激光焊接系统、控制系统、水平旋转变位机、装夹装置以及导轨座；

所述激光焊接系统包括激光束和激光焊接头；所述控制系统包括机器人和控制器；所述水平旋转变位机包括支撑架、第一驱动电机以及盘面；所述装夹装置包括凹模和凸模；所述导轨座包括导轨、第二驱动电机以及底座；

所述激光焊接系统的激光焊接头设置在机器人的端部；所述控制器和激光焊接系统通信连接；所述机器人设置在在底座上；所述第一驱动电机设置在支撑架上，并且能够驱动所述盘面；所述装夹装置固定设置在盘面上；，所述第二驱动电机能够驱动底座在导轨上往复移动。

优选地：

所述凹模包括凹模底板、凹模钢柱、凹模舵骨孔定位机构以及凹模吊耳，其中，凹模钢柱、凹模舵骨孔定位机构以及凹模吊耳均设置在凹模底板上；

所述凸模包括凸模底板、凸模钢柱、凸模舵骨孔定位机构以及凸模吊耳，其中，凸模钢柱、凸模舵骨孔定位机构以及凸模吊耳均设置在凸模底板上。

优选地：

所述凹模钢柱包括凹模钢柱主体、凹模中心弧面，凹模过渡沟以及凹模导向槽；所述凹模中心弧面，凹模过渡沟以及凹模导向槽依次设置在凹模钢柱主体远离凹模底板一侧，形成三层结构；

所述凸模钢柱包括凸模钢柱主体、凸模中心弧面，凸模过渡沟和凸模导向槽；所述凸模中心弧面，凸模过渡沟和凸模导向槽依次设置在凸模钢柱主体远离凸模底板一侧，形成三层结构。

优选地：

所述凹模舵骨孔定位机构包括凹模立柱和凹模长棒，所述凹模长棒通过设置在凹模立柱上的凹模舵骨孔穿过凹模立柱；

所述凸模舵骨孔定位机构包括凸模立柱和凸模长棒，所述凸模长棒通过设置在凸模立柱上的凸模舵骨孔穿过凸模立柱。

优选地：

所述凹模钢柱在凹模底板上的分布，与凸模钢柱在凸模底板对应；

所述第一驱动电机通过驱动盘面相对于机器人运动，作为机器人的第一外部轴进行联动控制；

所述第二驱动电机通过驱动驱动底座在导轨上往复移动，作为机器人的第二外部轴进行联动控制；

所述控制器与外部轴驱动通信连接，其中，外部轴驱动是指第一驱动电机和/或第二驱动电机。

根据本发明提供的一种激光焊接机的焊接方法，包括如下步骤：

装夹步骤：将格栅舵面的舵骨、舵框和叶片部件装夹在装夹装置上，并将装夹装置安装在盘面上；

旋转定位步骤：通过控制器控制或独立控制，驱动电机把盘面上的装夹装置旋转到指定位置；

机器人定位步骤：通过控制器控制或独立控制，导轨座把机器人移动到指定位置；

激光焊接头定位步骤：通过控制器控制或独立控制，机器人把激光焊接头送到指定位置，并调整激光焊接头到指定姿态；

焊接步骤：通过控制器控制，激光焊接头照射激光束到焊接位置并完成一条焊缝的焊接；

重复旋转定位步骤、机器人定位步骤、激光焊接头定位步骤以及焊接步骤，直至所有的焊缝均被焊接完成。

优选地，激光束相对于竖直方向倾斜角度为30°-70°。

优选地，所述装夹步骤中的装夹装置包括凹模和凸模；当使用凹模作为装夹装置时，采用竖直向上的立焊姿态完成第一部分的焊接；当使用凸模作为装夹装置时，采用竖直向上的立焊姿态完成第二部分的焊接。

优选地，设置在舵骨上的舵骨孔在焊接前仅进行粗加工，焊接完成后再次精加工至设计尺寸。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的激光焊接机的焊接方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、通过采用常规光路的激光焊接头，配合采用倾斜的焊接姿态，不仅简化了光路系统从而降低设备成本，还提高了激光焊接系统对产品的适应能力；尤其是当格栅舵面的网格尺寸较小时，激光束的焦距受到限制，激光焊接头无法伸进格栅网格内部，而采用常规光路的激光焊接头并配合倾斜姿态后，激光束可达性好，而且可以采用相对较长的焦距并配合较大的激光束景深，明显提高深熔焊接工艺性。

2、通过设计8根立柱结构的装夹方案，以关键点的装夹代替一般的整体仿形装配，能减少工装对产品的干涉，尤其是减轻焊接变形后，工装对产品的局部卡锁，明显提高格栅舵面拆卸的便捷性。同时，降低工装的制造成本。

3、通过设计凸模和凹模装夹装置，在焊接装夹时很好的适应了弧面格栅舵面的轮廓结构特点，实现良好的贴胎装配和稳定装夹。

4、通过设计舵骨孔定位机构，采用一个高精度的长棒穿过2个立柱和2个舵骨孔，保证初始装配时，舵骨孔的同轴度；并减轻舵面激光焊接变形对舵骨孔的同轴度影响，同时配合采用预留适当加工余量的方案，确保产品制造精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的激光焊接机的结构示意图；

图2为本发明提供的激光焊接机中装夹装置(凹模)示意图；

图3为本发明提供的激光焊接机中装夹装置(凹模)安装格栅舵面后的示意图；

图4为本发明提供的激光焊接机中装夹装置(凸模)示意图；

图5为本发明提供的激光焊接机中装夹装置(凸模)安装格栅舵面后的示意图；

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种激光焊接机，包括激光焊接系统1、控制系统2、水平旋转变位机3、装夹装置4以及导轨座5；

所述激光焊接系统1包括激光束11和激光焊接头12；所述控制系统2包括机器人21和控制器22；所述水平旋转变位机3包括支撑架31、第一驱动电机32以及盘面33；所述装夹装置4包括凹模41和凸模42；所述导轨座5包括导轨51、第二驱动电机52以及底座53；

所述激光焊接系统1的激光焊接头12设置在机器人21的端部；所述控制器22和激光焊接系统1通信连接；所述机器人21设置在在底座53上；所述第一驱动电机32设置在支撑架31上，并且能够驱动所述盘面33；所述装夹装置4固定设置在盘面33上；，所述第二驱动电机52能够驱动底座53在导轨51上往复移动。

优选地，所述凹模41包括凹模底板411、凹模钢柱412、凹模舵骨孔定位机构413以及凹模吊耳414，其中，凹模钢柱412、凹模舵骨孔定位机构413以及凹模吊耳414均设置在凹模底板411上；所述凸模42包括凸模底板421、凸模钢柱422、凸模舵骨孔定位机构423以及凸模吊耳424，其中，凸模钢柱422、凸模舵骨孔定位机构423以及凸模吊耳424均设置在凸模底板421上。所述凹模钢柱412包括凹模钢柱主体、凹模中心弧面4121，凹模过渡沟4122以及凹模导向槽4123；所述凹模中心弧面4121，凹模过渡沟4122以及凹模导向槽4123依次设置在凹模钢柱主体远离凹模底板411一侧，形成三层结构；所述凸模钢柱422包括凸模钢柱主体、凸模中心弧面4221，凸模过渡沟4222和凸模导向槽4223；所述凸模中心弧面4221，凸模过渡沟4222和凸模导向槽4223依次设置在凸模钢柱主体远离凸模底板421一侧，形成三层结构。所述凹模舵骨孔定位机构413包括凹模立柱4131和凹模长棒4132，所述凹模长棒4132通过设置在凹模立柱4131上的凹模舵骨孔穿过凹模立柱4131；所述凸模舵骨孔定位机构423包括凸模立柱4231和凸模长棒4232，所述凸模长棒4232通过设置在凸模立柱4231上的凸模舵骨孔穿过凸模立柱4231。所述凹模钢柱412在凹模底板411上的分布，与凸模钢柱422在凸模底板421对应；所述第一驱动电机32通过驱动盘面33相对于机器人21运动，作为机器人21的第一外部轴进行联动控制；所述第二驱动电机52通过驱动驱动底座53在导轨51上往复移动，作为机器人21的第二外部轴进行联动控制；所述控制器22与外部轴驱动通信连接，其中，外部轴驱动是指第一驱动电机32和/或第二驱动电机52。

根据本发明提供的一种激光焊接机的焊接方法，包括如下步骤：

装夹步骤：将格栅舵面的舵骨、舵框和叶片部件装夹在装夹装置4上，并将装夹装置4安装在盘面33上；

旋转定位步骤：通过控制器22控制或独立控制，驱动电机32把盘面33上的装夹装置4旋转到指定位置；

机器人定位步骤：通过控制器22控制或独立控制，导轨座5把机器人21移动到指定位置；

激光焊接头定位步骤：通过控制器22控制或独立控制，机器人21把激光焊接头12送到指定位置，并调整激光焊接头12到指定姿态；

焊接步骤：通过控制器22控制，激光焊接头12照射激光束11到焊接位置并完成一条焊缝的焊接；

重复旋转定位步骤、机器人定位步骤、激光焊接头定位步骤以及焊接步骤，直至所有的焊缝均被焊接完成。

具体地，激光束11相对于竖直方向倾斜角度为30°-70°。所述装夹步骤中的装夹装置4包括凹模41和凸模42；当使用凹模41作为装夹装置4时，采用竖直向上的立焊姿态完成第一部分的焊接；当使用凸模42作为装夹装置4时，采用竖直向上的立焊姿态完成第二部分的焊接。设置在舵骨上的舵骨孔在焊接前仅进行粗加工，焊接完成后再次精加工至设计尺寸。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的激光焊接机的焊接方法的步骤。

更具体地，本发明通过采用常规光路的激光焊接头，配合采用倾斜的焊接姿态，不仅简化了光路系统从而降低设备成本，还提高了激光焊接系统对产品的适应能力；尤其是当格栅舵面的网格尺寸较小时，激光束的焦距受到限制，激光焊接头无法伸进格栅网格内部的问题。通过设计8根立柱结构的装夹方案，以关键点的装夹代替一般的整体仿形装配，能减少工装对产品的干涉，尤其是减轻焊接变形后，工装对产品的局部卡锁，明显提高格栅舵面拆卸的便捷性。通过设计凸模和凹模装夹装置，在焊接装夹时很好的适应了弧面格栅舵面的轮廓结构特点，实现了良好的贴胎装配和稳定装夹。通过设计舵骨孔定位机构，采用一个高精度的长棒穿过2个立柱和2个舵骨孔，保证初始装配时，舵骨孔的同轴度；并减轻舵面激光焊接变形对舵骨孔的同轴度影响，同时配合采用预留适当加工余量的方案，确保产品制造精度。

进一步地，本发明的优选例如下：

如图1所示，包括激光焊接系统1、控制系统2、水平旋转变位机3、装夹装置4和导轨座5。

激光焊接系统1包括激光焊接头12，控制系统2包括机器人21和控制器22，激光焊接头12安装在机器人21的端部，控制器22和激光焊接系统1通信连接。

水平旋转变位机3包括支撑架31、第一驱动电机32和盘面33，第一驱动电机32连接在支撑架31上并与盘面33驱动连接，第一驱动电机32作为机器人21外部轴联动控制。

导轨座5包括导轨51、第二驱动电机52和底座53，的机器人21安装在底座53上，底座53通过第二驱动电机52在导轨51上来回移动，第二驱动电机52作为机器人201外部轴联动控制。

装夹装置4安装在盘面33上。

装夹装置4由1件凹模41和1件凸模42组成，所述凹模41用于格栅舵面的初始装配，所述凸模42用于格栅舵面翻面后的装夹；

凹模41包括凹模底板411、8个凹模钢柱412、凹模舵骨孔定位机构413以及4个凹模吊耳414，所述凹模吊耳414用于安装凹模41时的起吊作用点；

凸模42包括凸模底板421、8个凸模钢柱422、凸模舵骨孔定位机构423以及4个凸模吊耳424，所述凸模吊耳424用于安装凸模42时的起吊作用点；

8个凹模钢柱412在凹模41上的分布，与所述8个凸模钢柱422在凸模42上的分布一致，凹模钢柱412和凸模钢柱422均位于格栅舵面的主要支撑节点；

凹模钢柱412的上半部分由中心向外分三层结构，分别是凹模中心弧面4121，凹模过渡沟4122和凹模导向槽4123，所述凹模中心弧面4121与装配好的舵面轮廓面贴合，所述凹模过渡沟4122用于分开凹模中心弧面4121和凹模导向槽4123，便于机加工，所述凹模导向槽4123用于格栅舵面安装时对舵骨、舵框和叶片定位和导向；

凸模钢柱422的上半部分由中心向外分三层结构，分别是凸模中心弧面4221，凸模过渡沟4222和凸模导向槽4223，所述凸模中心弧面4221与装配好的舵面轮廓面贴合，所述凸模过渡沟4222用于分开凸模中心弧面4221和凸模导向槽4223，便于机加工，所述凸模导向槽4223用于格栅舵面安装时对舵骨、舵框和叶片定位和导向；

凹模舵骨孔定位机构413包括2个凹模立柱4131和1根凹模长棒4132，凹模长棒4132穿过2个凹模立柱4131和舵骨孔，用于控制舵面激光焊接变形对舵骨孔的同轴度影响；

凸模舵骨孔定位机构423包括2个凸模立柱4231和1根凸模长棒4232，凸模长棒4232穿过2个凸模立柱4231和舵骨孔，用于翻面后，控制舵面激光焊接变形对舵骨孔的同轴度影响。

在上述一种激光焊接机的焊接机的基础上，本发明还提供一种激光焊接机的焊接方法，包括步骤：

s1、将格栅舵面的舵骨、舵框和叶片部件装夹在装夹装置4上；

s2、通过控制器22控制或独立控制，第一驱动电机32把盘面33上的装夹装置4旋转到指定位置；

s3、通过控制器22控制或独立控制，导轨座5把机器人21移动到指定位置；

s4、通过控制器22控制或独立控制，机器人21把激光焊接头12送到指定位置，并调整激光焊接头12到指定姿态；

s5、通过控制器22控制，激光束11通过激光焊接头12照射到焊接位置并完成一条焊缝的焊接；

s6、重复s2至s5，完成所有焊缝的焊接。

步骤1的装夹中，先将格栅舵面的舵骨、舵框和叶片部件安装在凹模41上，采用竖直向上的立焊姿态，完成竖直纵缝的上半部分焊接后，把凹模41从盘面33上取下，再将凸模42换装到盘面33上，并将未焊完的格栅舵面翻面后装夹到凸模42上，完成竖直纵缝的剩余部分焊接。

此外，还可以将所有焊缝的焊接过程编制成程序，一次焊接完成所有焊缝。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。