专利名称：激光钎焊间隙补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种激光钎焊间隙补偿方法，属于激光钎焊技术领域。
背景技术：
为了提高车身强度和降低生产成本，在车身制造工艺中采用激光钎焊技术。由于 车身表面的激光钎焊技术质量要求和工作条件要求高，激光钎焊的质量不稳定，合格率仅 为73%，投产初期白车身报废10台/月，表面需要8人进行修饰，提高生产成本。特别要求 焊接零件的装配间隙达到0至0. 2毫米的均一间隙，才能保证焊缝的强度及外观要求，而冲 压工艺的单件加工精度误差为-0. 5毫米至+0. 5毫米，零件装配后很难达到技术要求，机器 人程序和焊接参数每周至少调整2次，而且无调整依据，调整时间长。造成合格率低、生产 节拍长、提高了整车的生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光钎焊间隙补偿方法，重新设计机器人程序，并加 入闭环控制系统，实时判断焊头的位置；出现位置偏差时自动停止焊接，等待焊缝返修，机 器人可以根据焊缝的装配间隙变化而设置焊接参数，保证焊接质量，优选激光焊接的参数， 提高激光焊缝的质量，根据计算公式和参数对照表，可以快速调整机器人的程序。本发明的技术方案是这样实现的一种激光钎焊间隙补偿方法，由装配夹具、输 送系统、机器人、激光焊机、激光焊头、热丝机、可编程序控制器组成；具体方法是由可编程 序控制器控制装配夹具、输送系统、机器人工作，机器人控制激光焊机、激光焊头、热丝机工 作；零件通过输送系统输送入装配夹具内，由可编程序控制器检测零件是否输送到位，控制 装配夹具夹紧零件，机器人控制激光焊机执行焊接程序；其特征在于机器人程序中加入 分段焊接程序，将分割原理引入到激光焊接参数设置当中，对1. 6米长的焊缝进行23段焊 接程序对应，根据各段焊缝的焊接条件分别设置焊接参数，各段焊缝利用机器人的轨迹逼 近程序进行平滑连接，使整条三维弧形焊缝外观平滑；机器人速度为8-39毫米/秒，使焊缝 中气孔的个数以数量级方式减少，实现表面质量提高；激光器的输出功率为1800-2600瓦， 填料在母材上具有良好的润湿铺展；焦点直径为3. 6毫米，机器人的侧面角度和焊接角度 为至车顶偏转5° -7°，在相同离焦量的情况下，使激光的圆形光斑变为椭圆形光斑；装配 要求为0. 5毫米；机器人程序中加入激光焊头原点查找程序、位置闭环控制程序和焊缝起点位置识 别程序，实现激光焊头位置误差自动消除和焊缝位置偏差自动停机功能，焊缝起点位置识 别程序可以对对焊头位置进行实时监控，当焊头位置大于设定偏差时，立即停止焊接。所述的机器人的模拟量控制电压6_10伏，其对应激光功率1800-3000瓦，机器人 模拟量控制电压0. 25-3伏，其对应热丝机的送丝速度1-6. 9米/分，满足了形成熔池并 保持熔池的稳定性，在保持足够的对熔池的瞬时输入功率的前提下，使输出焊丝量与装配 间隙相匹配；通过参数计算公式和参数对照表可以快速确定不同装配间隙的对应机器人参数。所述的参数计算公式为热丝机的送丝速度Vs与机器人速度Vb的比值为 (a+b) Xk,k值为热丝机的输出损耗，a为零件的装配间隙，b为焊缝的宽度。本发明的积极效果是无需改造机械结构提高装配精度，成本低；调节具有快速性， 适合快速质量控制和大规模生产需要；易于推广、调整简单。
图1为本发明的机器人程序控制流程图；图2为焊接区域分段示意图；图3为焊接区域剖面图说明图；图4为热丝机送丝速度对照表；
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述实施例1 如图2所示的装配区域将机器人程序分解为23段，进行分段控制，可以解决装配 间隙均一性不好的问题。如图3所示a为装配间隙，b为焊接宽度，h为焊接熔深，通过调整 机器人速度Vb和热丝机的送丝速度Vs使装配间隙a不论如何变化，保证焊接宽度b和焊 接熔深h稳定。Vb的调整范围为小于2. 34米/分，Vs的调整范围为小于2. 88米/分，机 器人速度Vb与送丝速度Vs的比值为(a+b)Xk，k值为热丝机的输出损耗为0.3525，b值 的质量要求为3毫米，通过查如图4所示的表来确定机器人的参数，如图1所示可编程序控 制器控制装配夹具、输送系统、机器人工作，机器人控制激光焊机、激光焊头工作；零件通过 输送系统输送入装配夹具内，由可编程序控制器检测零件是否输送到位，控制装配夹具夹 紧，机器人控制激光焊机准备执行焊接程序；执行激光焊头原点查找程序，判断激光焊头位 置是否正确，如果正确执行焊接程序，如果不正确则等待位置正常后继续执行焊接程序；之 后系统检测焊接电流和焊头接触位置是否正确，如果正确调用焊接参数进行分段焊接；对 1. 6米长的焊缝进行23段焊接程序对应，根据各段焊缝的焊接条件分别设置焊接参数，各 段焊缝利用机器人的轨迹逼近程序进行平滑连接，使整条三维弧形焊缝外观平滑；机器人 速度为8毫米/秒，使焊缝中气孔的个数以数量级方式减少，实现表面质量提高；激光器的 输出功率为1800瓦，填料在母材具有良好的润湿铺展；焦点直径为3. 6毫米，机器人的侧面 角度和焊接角度为至车顶偏转7°，在相同离焦量的情况下，使激光的圆形光斑变为椭圆形 光斑，装配要求为0. 5毫米；机器人的模拟量控制电压6伏，其对应激光功率1800瓦，机器 人的模拟量控制电压0. 25伏，其对应热丝机的送丝速度1. 08米/分钟，满足了形成熔池 并保持熔池的稳定性，并在保持足够的对熔池的瞬时输入功率的前提下，使输出焊丝量与 装配间隙相匹配；通过参数计算公式和参数对照表可以快速确定不同装配间隙的对应机器 人参数。如果不正确则等待系统检测焊接电流和焊头接触位置正确后，再调用焊接参数进 行分段焊接；在焊接过程中判断焊头位置是否正确，设备是否正常，如果正常结束工作过 程，如果不正常机器人停止在焊缝终点位置，判断是否执行返修程序，如果不执行返修程序工作结束，如果执行返修程序确定开始返修的位置，执行分段焊接程序，重复激光焊准备焊 接到工作结束的过程。机器人程序中加入激光焊头原点查找程序、位置闭环控制程序和焊缝起点位置识 别程序，实现激光焊头位置误差自动消除和焊缝位置偏差自动停机功能，焊缝起点位置识 别程序可以对焊头位置进行实时监控，当焊头位置大于设定偏差时，立即停止焊接。实施例2:可编程序控制器控制装配夹具、输送系统、机器人工作，机器人控制激光焊机、激 光焊头工作；零件通过输送系统输送入装配夹具内，由可编程序控制器检测零件是否输送 到位，控制装配夹具夹紧，机器人控制激光焊机准备执行焊接程序；执行激光焊头原点查找 程序，判断激光焊头位置是否正确，如果正确执行焊接程序，如果不正确则等待位置正常后 继续执行焊接程序；之后系统检测焊接电流和焊头接触位置是否正确，如果正确调用焊接 参数进行分段焊接；对1. 6米长的焊缝进行23段焊接程序对应，根据各段焊缝的焊接条件 分别设置焊接参数，各段焊缝利用机器人的轨迹逼近程序进行平滑连接，使整条三维弧形 焊缝外观平滑；机器人速度为39毫米/秒，使焊缝中气孔的个数以数量级方式减少，实现表 面质量提高；激光器的输出功率为2600瓦，填料在母材具有良好的润湿铺展；焦点直径为 3. 6毫米，机器人的侧面角度和焊接角度为至车顶偏转5°，在相同离焦量的情况下，使激 光的圆形光斑变为椭圆形光斑，装配要求为0. 5毫米；机器人的模拟量控制电压8. 67伏， 其对应激光功率2600瓦，机器人模拟量控制电压1. 08伏，其对应热丝机的送丝速度2. 8 米/分，满足了形成熔池并保持熔池的稳定性，并在保持足够的对熔池的瞬时输入功率的 前提下，使输出焊丝量与装配间隙相匹配；通过参数计算公式和参数对照表可以快速确定 不同装配间隙的对应机器人参数。如果不正确则等待系统检测焊接电流和焊头接触位置正确后，再调用焊接参数进 行分段焊接；在焊接过程中判断焊头位置是否正确，设备是否正常，如果正常结束工作过 程，如果不正常机器人停止在焊缝终点位置，判断是否执行返修程序，如果不执行返修程序 工作结束，如果执行返修程序确定开始返修的位置，执行分段焊接程序，重复激光焊准备焊 接到工作结束的过程。机器人程序中加入激光焊头原点查找程序、位置闭环控制程序和焊缝起点位置识 别程序，实现激光焊头位置误差自动消除和焊缝位置偏差自动停机功能，焊缝起点位置识 别程序可以对焊头位置进行实时监控，当焊头位置大于设定偏差时，立即停止焊接。
权利要求
一种激光钎焊间隙补偿方法，由装配夹具、输送系统、机器人、激光焊机、激光焊头、热丝机、可编程序控制器组成；具体方法是由可编程序控制器控制装配夹具、输送系统、机器人工作，机器人控制激光焊机、激光焊头工作；零件通过输送系统输送入装配夹具内，由可编程序控制器检测零件是否输送到位，控制装配夹具夹紧，机器人控制激光焊机执行焊接程序；其特征在于机器人程序中加入分段焊接程序，将分割原理引入到激光焊接参数设置当中，对1.6米长的焊缝进行23段焊接程序对应，根据各段焊缝的焊接条件分别设置焊接参数，各段焊缝利用机器人的轨迹逼近程序进行平滑连接，使整条三维弧形焊缝外观平滑；机器人速度为8-39毫米/秒，使焊缝中气孔的个数以数量级方式减少，实现表面质量提高；激光器的输出功率为1800-2600瓦，填料在母材具有良好的润湿铺展；焦点直径为3.6毫米，机器人的侧面角度和焊接角度为至车顶偏转5°-7°，在相同离焦量的情况下，使激光的圆形光斑变为椭圆形光斑，装配要求为0.5毫米；机器人程序中加入激光焊头原点查找程序、位置闭环控制程序和焊缝起点位置识别程序，实现激光焊头位置误差自动消除和焊缝位置偏差自动停机功能，焊缝起点位置识别程序可以对焊头位置进行实时监控，当焊头位置大于设定偏差时，立即停止焊接。
2.根据权利要求1所述的一种激光钎焊间隙补偿方法，其特征在于所述的机器人的模 拟量控制电压6-10V，其对应激光功率1800-3000瓦，机器人模拟量控制电压0. 25-3伏， 其对应热丝机的送丝速度1-6. 9米/分，满足了形成熔池并保持熔池的稳定性，并在保持足 够的对熔池的瞬时输入功率的前提下，使输出焊丝量与装配间隙相匹配；通过参数计算公 式和参数对照表可以快速确定不同装配间隙的对应机器人参数。
3.根据权利要求2所述的一种激光钎焊间隙补偿方法，其特征在于所述的所述的参数 计算公式为热丝机的送丝速度Vs与机器人速度Vb的比值为(a+b) Xk, k值为热丝机的输 出损耗，a为零件的装配间隙，b为焊缝的宽度。
全文摘要
本发明涉及一种激光钎焊间隙补偿方法，其特征在于机器人程序中加入分段焊接程序，对1.6米长的焊缝进行23段焊接程序对应，根据各段焊缝的焊接条件分别设置焊接参数，各段焊缝利用机器人的轨迹逼近程序进行平滑连接，使整条三维弧形焊缝外观平滑；机器人程序中加入激光焊头原点查找程序、位置闭环控制程序和焊缝起点位置识别程序。其无需改造机械结构提高装配精度，成本低；调节具有快速性，适合快速质量控制和大规模生产需要；易于推广、调整简单。
文档编号B23K26/42GK101862874SQ20101018160
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者金涛 申请人:中国第一汽车集团公司;一汽大众汽车有限公司