一种激光焊接系统的制作方法

1.本实用新型属于激光焊接技术领域，具体涉及一种激光焊接系统。


背景技术：

2.激光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池。激光焊接机主要有五大模块组成，它们分为光学系统、控制系统、运动系统、激光电源和冷却系统，激光辐射加热工件表面，表面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、功率密度和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。
3.激光焊接技术已经广泛应用于各种工业制造领域。近年来，随着新能源汽车、3d打印等行业的快速发展，激光精密焊接已经成为市场的新需求。激光焊接机技术20世纪80年代中期首次应用于机身制造，90年代中期应用于船舶制造，21世纪初应用于a380大型飞机机身制造。空客应用激光焊接技术代替铆接，成功实现了飞机重量减轻20％的目标，为激光的应用做出了开创性的贡献。
4.目前，市场上大部分运用的是手工电弧焊的方式，当然也有使用激光焊接机，激光焊接机对于难以接触的工作环境，运用最传统的光纤传导激光焊接机进行焊接工作。但是，激光焊接机整体无法移动，无法到达所需的焊接位置，不能满足不同的作业环境的需求。同时，现有激光焊接机技术由于机动性要求高、能量转换率低等因素无法代替部分手工电弧焊作业，需要在作业现场进行手工焊接，因此，无法在一些极端环境调节下进行焊接。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种激光焊接系统。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
6.一种激光焊接系统，包括：激光焊接机器人和远程操作终端；
7.所述激光焊接机器人包括：底座、机械臂、行走组件、焊头组件、图像采集装置和升降电磁吸盘组件；
8.所述行走组件，设置在所述底座的底部；
9.所述机械臂，设置在所述底座的顶部；
10.所述焊头组件，设置在所述机械臂上；所述焊头组件的焊头上设置有用于传导激光的光纤；
11.所述图像采集装置，设置在所述焊头组件上；
12.所述升降电磁吸盘组件，设置在所述底座的一端；
13.所述远程操作终端，与所述机械臂的第一驱动电机、所述焊头组件的第二驱动电机、所述行走组件的驱动机构、所述图像采集装置和所述升降电磁吸盘组件电连接。
14.在本实用新型的一个实施例中，所述行走组件，包括：多个行走轮和所述驱动机构；
15.所述驱动机构，设置在所述底座的底部上，与所述行走轮连接；
16.所述行走轮，内部设置有电磁铁结构；
17.所述电磁铁结构，与所述远程操作终端电连接。
18.在本实用新型的一个实施例中，所述远程操作终端，包括：模数转换器、图像处理器、存储器、微控制器和显示器；
19.所述模数转换器，与所述图像采集装置电连接；
20.所述图像处理器，与所述模数转换器和所述存储器电连接；
21.所述微控制器，与所述图像处理器、所述存储器、所述显示器、所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述驱动机构、所述图像采集装置、所述电磁铁结构和所述升降电磁吸盘组件电连接。
22.在本实用新型的一个实施例中，还包括：激光发生器；
23.所述激光发生器，与所述光纤的一端连接，与所述微控制器电连接。
24.在本实用新型的一个实施例中，所述光纤的单个纤芯直径为8.2μm；所述光纤的抗疲劳参数为20；所述光纤的零色散斜率为0.088ps/(nm2·
km)，所述光纤的有效群折射率为1310nm：1.4676，1550nm：1.4682。
25.在本实用新型的一个实施例中，所述升降电磁吸盘组件，包括：至少一个升降驱动件和电磁吸盘；
26.所述升降驱动件，与所述微控制器电连接，固定端与所述底座的底部固定连接，伸缩端与所述电磁吸盘的盘面固定连接；
27.所述电磁吸盘，与所述微控制器电连接，盘面可与所述行走轮的行走面接触。
28.在本实用新型的一个实施例中，所述升降驱动件，包括：电动伸缩杆。
29.在本实用新型的一个实施例中，所述机械臂包括：固定臂、转轴、活动臂和所述第一驱动电机；
30.所述固定臂，一端与所述底座的顶部固定连接，另一端与所述转轴转动连接；
31.所述转轴，与所述活动臂的一端固定连接，长轴与所述底座的顶部平行；
32.所述活动臂，另一端与所述焊头组件连接；
33.所述第一驱动电机，固设在所述固定臂上，输出轴与所述转轴的一端固定连接。
34.本实用新型的有益效果：
35.本实用新型通过行走组件带动底座进行移动，进而可以将机械臂和焊头组件移动到所需的位置，并通过升降电磁吸盘组件将激光焊接机器人固定，再操作机械臂和焊接头组件运动到所需角度进行焊接作业，因此，激光焊接机器人可以在待焊接表面进行行走并固定，满足不同的作业环境的需求，扩展了激光焊接机器人的使用场景。同时，激光焊接机器人通过远程操作终端进行控制，无需人工在焊接现场作业，适用于在极端环境下使用激光焊接机器人进行作业，且操作便捷。此外，激光焊接机器人通过升降电磁吸盘组件可以固定在待焊接表面，提高了焊接过程中的稳定性，因此，提升了焊接效果。
36.以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
37.图1是本实用新型实施例提供的一种激光焊接系统的结构示意图；
38.图2是本实用新型实施例提供的激光焊接机器人的结构示意图；
39.图3是本实用新型实施例提供的激光焊接机器人的结构示意图；
40.图4是本实用新型实施例提供的远程操作终端结构示意图。
41.附图标记说明：
42.10
‑
远程操作终端；11
‑
模数转换器；12
‑
图像处理器；13
‑
存储器；14
‑
微控制器；15
‑
显示器；20
‑
底座；30
‑
机械臂；31
‑
固定臂；32
‑
转轴；33
‑
活动臂；34
‑
第一驱动电机；35
‑
滑槽；40
‑
行走组件；41
‑
行走轮；50
‑
焊头组件；51
‑
第二驱动电机；52
‑
移动座；53
‑
焊头；60
‑
图像采集装置；70
‑
升降电磁吸盘组件；71
‑
升降驱动件；72
‑
电磁吸盘；80
‑
光纤。
具体实施方式
43.下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
44.实施例一
45.请参见图1，一种激光焊接系统，包括：激光焊接机器人和远程操作终端10。激光焊接机器人包括：底座20、机械臂30、行走组件40、焊头组件50、图像采集装置60和升降电磁吸盘组件70。行走组件40设置在底座20的底部。机械臂30设置在底座20的顶部。焊头组件50设置在机械臂30上。焊头组件50的焊头53上设置有用于传导激光的光纤80。图像采集装置60固定设置在焊头组件50上。升降电磁吸盘组件70设置在底座20的一端。远程操作终端10与机械臂30的第一驱动电机34、焊头组件50的第二驱动电机51、行走组件40的驱动机构、图像采集装置60和升降电磁吸盘组件70电连接。
46.本实施例中，通过行走组件40带动底座20进行移动，进而可以将机械臂30和焊头组件50移动到所需的位置，并通过升降电磁吸盘组件70将激光焊接机器人固定，再操作机械臂30和焊接头组件运动到所需角度并使焊头组件50的焊头53位于待焊接位置处进行焊接作业。在使用时，激光焊接机器人可以在待焊接表面进行行走并固定，尤其可以在表面不平整和带有弧度的表面进行行走，到达所需位置后可以操作升降电磁吸盘组件70伸出与待焊接表面接触，并吸合在待焊接表面上，这样一来，激光焊接机器人固定在所需的位置上，然后再操作机械臂30和焊接头组件运动进行小范围移动焊接作业。
47.本实施例中，激光焊接机器人可以移动到所需的位置上进行作业，使用十分便捷，升降电磁吸盘组件70可以产生磁力，在磁力的作用下激光焊接机器人较为牢固地稳固在工作表面上，为焊接过程提供了更加稳定的工作环境，可以提高焊接的精确度。
48.其中，机械臂30在第一驱动电机34的驱动下可以上下摆动，焊头组件50在第二驱动电机51的驱动下可以做往复直线运动。
49.同时，本实施例的激光焊接机器人通过远程操作终端10进行控制。通过图像采集装置60采集的焊头组件50附近的图像，图像传输至远程操作终端10进行显示，用户可以通过观看图像对行走组件40、升降电磁吸盘组件70和焊头组件50进行相应的操控。具体地，用户可以通过观看图像操作行走组件40工作，当从图像中观看到激光机器人到达所需位置时，再对升降电磁吸盘组件70进行操作，使升降电磁吸盘组件70吸附在工作区表面，然后可以操作机械臂30和焊头组件50运动，进行焊接作业。
50.本实施例的激光焊接机器人可以吸附在设备表层在高空、真空环境下的航天航空
设备或在核电站、大型设备维修站等极端环境或危险系数高的场所，并通过远程操作进行焊接工作，自动化程度较高，通用性较强，操作便捷且提高了用户的安全性。
51.在一种可行的实现方式中，激光焊接机器人可以适应多变的环境，施行非接触远距离焊接，具有更大的灵活性，代替人工对待焊接部位进行定位并进行焊接，减轻工作量的同时大大提高了焊接精度。
52.在一种可行的实现方式中，图像采集装置60可以为内置有ccd(charge
‑
coupled device，电荷耦合元件)图像传感器或cmos(complementary metal
‑
oxide
‑
semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器的摄像机。
53.进一步地，一种激光焊接系统还包括：激光发生器。激光发生器，与光纤80的一端连接，激光发生器与远程操作终端10电连接。光纤80的一端为激光输入端，另一端位于焊接组件的焊头53内作为激光输出端。
54.其中，本实施例中，光纤80为多芯光纤80，光纤80的单个纤芯直径为8.2μm。光纤80能否传导大功率的激光主要看纤芯的直径大小，本实施例的纤芯纤薄，在相同直径范围内的包层内可以搭载数量较多的纤芯，因此，本实施例的光纤80能够承载更多激光能量，使激光焊接机可以应用在能量需求高的使用场景。
55.光纤80的抗疲劳参数为20。光纤80传递到难以接触的部位会进行多角度的弯折，在此过程中会导致能量传递效率降低，本实施例的激光发生器和焊头53之间的光纤80弯折范围较大，可以适用于在更加复杂的空间中进行焊接。
56.光纤80的零色散斜率为0.088ps/(nm2·
km)，光纤80的有效群折射率为1310nm：1.4676，1550nm：1.4682。激光在光纤80中以折射的形式传递，因此会存在大量的能量由于无法折射到指定位置而损失，本实施例的光纤80扩大了激光折射范围，降低激光的损耗，可以提高激光的传递效率。
57.本实施例的光纤80弹性较强，对自身变形起到一定缓冲作用，在深入细小零件和各种复杂焊缝中进行焊接时减少光损失，扩大了光纤80的工作范围，提高能量转化效率。
58.进一步地，如图2所示，行走组件40包括：多个行走轮41和驱动机构。驱动机构设置在底座20的底部上，驱动机构与行走轮41连接。行走轮41内部设置有电磁铁结构。电磁铁结构与远程操作终端10电连接。本实施例中，电磁铁结构可以通过远程操作终端10进行控制进行通断电。电磁铁结构通电时产生磁力，磁力传导至行走轮41上，行走轮41可以产生一定的磁性，因此，在不平整的表面或者具有坡度的表面进行行走时，可以在行走面上形成一定的吸附作用，因此，行走轮41能够在行走面上较为平稳地行走，避免行走轮41离开行走表面而发生侧翻碰撞。
59.在一种可行的实现方式中，行走轮41可以采用导磁材料制成，电磁铁结构产生的磁力可以传导至行走轮41上。驱动机构包括电机、传动轴和差速器等结构，传动轴与两个行走轮41连接，驱动机构可以驱动行走轮41转动进行行走或转弯。行走轮41位移底座20的一端处，底座20的另一端处还可以设置有一个万向支撑轮，万向支撑轮与安装轮架转动连接，安装轮架固设在底座20上。
60.进一步地，如图4所示，远程操作终端10包括：模数转换器11、图像处理器12、存储器13、微控制器14和显示器15。模数转换器11与图像采集装置60电连接。图像处理器12与模数转换器11电连接，图像处理器12与存储器13电连接。微控制器14与图像处理器12、存储器
13、显示器15、第一驱动电机34、第二驱动电机51、驱动机构、图像采集装置60、电磁铁结构和升降电磁吸盘组件70电连接。
61.本实施例中，图像采集装置60将图像通过ccd/cmos图像传感器输入至模数转换器11，模数转换器11将模拟图像信号转换为数字图像信号发送至图像处理器12，图像处理器12压缩处理，通过存储器13和微控制器14处理，最终显示在显示器15中为用户提供监测功能。其中，采用ccd/cmos图像传感器的图像采集装置能够适应各种环境，通用性强，更换不同的检测治具就可以检测不同料号的产品，避免眼疲劳。
62.在一种可行的实现方式中，远程操作终端10可以通过有线电连接的形式与各个部件进行电连接，用户操作远程操作终端10可以控制各个部件进行相应的工作。微控制器14可以控制第一驱动电机34工作，进而第一驱动电机34驱动机械臂30运动，微控制器14可以控制第二驱动电机51工作，进而第二驱动电机51驱动焊头组件50运动，微控制器14可以控制驱动机构工作，进而驱动机构驱动行走轮41转动，微控制器14可以控制电磁铁结构的通断电，微控制器14可以控制电磁吸盘72组件升降和通断电等。微控制器14与激光发生器电连接，可以控制激光发生器打开或关闭。
63.进一步地，如图2和图3所示，升降电磁吸盘组件70包括：至少一个升降驱动件71和电磁吸盘72。升降驱动件71与微控制器14电连接，升降驱动件71的固定端与底座20的底部固定连接，升降驱动件71的伸缩端与电磁吸盘72的盘面固定连接。电磁吸盘72与微控制器14电连接，电磁吸盘72的盘面可与行走轮41的行走面接触。本实施例中，当激光焊接机器人行走到位后，可以控制升降驱动件71伸出将电磁吸盘72下降，当电磁吸盘72与行走面接触之后，可以通过远程操作终端10控制电磁吸盘72中的电磁铁通电，此时，电磁吸盘72产生磁力，吸附在行走面上，可以将激光焊接机器人稳固地固定在所需位置上。当激光焊接机器人需要移动至其他位置进行焊接时，可以控制电磁吸盘72中的电磁铁断电，此时，电磁吸盘72的磁力消失，再将升降驱动件71收回，然后控制行走轮41进行行走即可。
64.在一种可行的实现方式中，升降驱动件71为电动伸缩杆。
65.在一种可行的实现方式中，升降驱动件71还可以为液压伸缩装置或气动伸缩装置。例如液压泵和液压伸缩杆，气泵和气缸，微控制器14控制相关元件使液压伸缩杆或气缸伸缩运动。
66.进一步地，如图2和图3所示，机械臂30包括：固定臂31、转轴32、活动臂33和第一驱动电机34。固定臂31的一端与底座20的顶部固定连接，固定臂31的另一端与转轴32转动连接。转轴32与活动臂33的一端固定连接，转轴32的长轴与底座20的顶部平行。转轴32横向设置。活动臂33的另一端与焊头组件50连接。第一驱动电机34固设在固定臂31上，第一驱动电机34的输出轴与转轴32的一端固定连接。
67.本实施例中，第一驱动电机34驱动转轴32转动，转轴32带动活动臂33以转轴32为摆动轴远离或靠近待焊接位置摆动，进而带动焊头组件50随之运动。
68.当然，活动臂33的运动也可以采用其他现有技术的结构实现摆动，在此不再赘述。
69.在一种可行的实现方式中，如图2和图3所示，焊头组件50包括：第二驱动电机51、焊头53、移动座52、丝杆和滑动螺母。活动臂33的另一端开设有滑槽35，滑槽35的长轴与转轴32的轴向平行，丝杆设置在滑槽35内，丝杆的两端与滑槽35的两端转动连接，滑动螺母与丝杆螺纹连接，且滑动螺母与滑槽35内侧壁滑动连接，移动座52固定在滑动螺母上，第二驱
动电机51固定在活动臂33上，第二驱动电机51的输出轴与丝杆的一端固定连接。光纤80与焊头53连接，焊头53固设在移动座52上，图像采集装置60设置在移动座52上，靠近焊头53。图像采集装置60的镜头朝向焊头53的前侧范围。本实施例中，第二驱动电机51驱动丝杆转动，进而带动滑动螺母沿丝杆的轴向运动，从而实现移动座52和焊头53随滑动螺母运动。第二驱动电机51正反转，焊头53可以往复直线运动。
70.当然，焊头组件50的运动也可以采用其他现有技术的结构实现往复运动，在此不再赘述。
71.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
72.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
73.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
74.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
75.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
76.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。