CN116689966A - 逆变器母排激光自动焊接系统和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种自动化程度高、焊点定位精准、焊接质量高、不会出现误操作的逆变器母排激光自动焊接系统和工艺。系统包括焊接房（1）、激光器（2）、冷水机（3）、工控机（4）以及激光焊接头（5）；激光焊接头与激光器连接，工作台（6）上还设置有XYZ轴移动机构，激光焊接头设置于XYZ轴移动机构上，XYZ轴移动机构上同时设置有2D振镜系统、CCD摄像头和激光测距仪；工艺为：上电→扫码匹配，上料→夹具夹紧→启动，滑台滑入→激光挡隔安全门落下→激光焊接头到位→激光测距→开始焊接→激光焊接头回到原点，进行第二焊点继续测距→开始焊接，直至焊接完毕→夹具松开→下料。本发明可应用于自动化焊接技术领域。

Description

逆变器母排激光自动焊接系统和工艺

技术领域

本发明涉及自动化焊接技术领域，尤其涉及一种逆变器母排激光自动焊接系统和工艺。

背景技术

随着科技的发展，自动化以及精细化成为加工领域一道绕不开的难题。设备自动化程度越高，加工精度越高，获得客户的青睐的可能性就越高，反之，则容易逐渐失去竞争力。

就加工领域的其中一个具体领域——焊接，尤其是激光焊接来说，传统的激光焊接装置结构简单，一般对两个待加工零件进行拼接形成焊接工位，并通过焊头对焊接工位进行焊接处理以实现两个零件之间的固定的过程。

现有的焊头的位置多是通过工作人员根据不同零部件之间拼接时形成的焊接工位的位置，并通过手动调节焊头，导致焊头对准不精确而导致加工成品出现加工误差的情况，影响零件后期的使用。在大规模生产制造中，也有一些企业采用自动化设备进行焊接，如汽车制造过程中的车架拼装焊接等。对于汽车车架这种大零件与大零件之间的焊接，通过CDD来对焊接位置进行监控，一般都能实现焊接精度要求。然而，对于一些小工件，且需要在同一工位进行多个不同位置的焊接工作的情况，目前大多数情况下都是通过人工与激光头结合去共同完成。但焊接质量如何依然是依靠工作人员的熟练程度。如遇到大规模生产，由于人为因素的参入，极容易造成产品焊接质量参差不齐，效率低下等问题。此外，由于是在同一工位的多工件的焊接，每个工件与工件肯定会存在生产质量差异化，在焊接时需要考虑到材料因素而实施不同的焊接功率和焊接方式，目前的焊接装置对这一方面关注极少。另外，由于人为因素的存在，依然存在焊接位置错误等灾难性焊接事故，这会直接导致焊接工件直接报废。

为此，亟待设计一种新的焊接系统，以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种自动化程度高、焊点定位精准、焊接质量高、不会出现误操作的逆变器母排激光自动焊接系统。

本发明还提供了上述焊接系统的焊接工艺，该工艺能确保焊接工件与焊接夹具的对应，焊接位置的唯一性，避免出现焊接位置错误的问题。

本发明所述逆变器母排激光自动焊接系统所采用的技术方案是，一种逆变器母排激光自动焊接系统，其中的逆变器母排由磁环、第一母排、第二母排、第三母排和第四母排组成，第一母排和第二母排先插接如磁环中，第一母排与第三母排通过焊接方式连接，第二母排与第四母排通过焊接方式连接，该自动焊接系统包括

用于隔离激光焊接工作区的焊接房；

用于提供激光焊接工作的激光器；

用于对激光器进行冷却的冷水机；

设置于所述焊接房上，用于对焊接工作进行控制的工控机；

以及激光焊接头；

所述激光焊接头与所述激光器连接，在所述焊接房内设置有工作台，所述工作台上设置有第一工位和第二工位，所述第一工位和所述第二工位上分别设置有第一焊接夹具和第二焊接夹具，所述工控机上连接有扫描装置，在逆变器母排的每个工件上均设置有工件识别码，所述第一焊接夹具和所述第二焊接夹具上也设置有与所述工件识别码相对应的夹具识别码，所述扫描装置分别将逆变器母排的每个工件与所述第一焊接夹具及所述第二焊接夹具通过工件识别码和夹具识别码进行匹配对应；

所述工作台上还设置有XYZ轴移动机构，所述激光焊接头设置于所述XYZ轴移动机构上，

所述XYZ轴移动机构上同时设置有2D振镜系统、CCD摄像头和激光测距仪；

所述激光器、所述冷水机、所述激光焊接头、所述XYZ轴移动机构、所述2D振镜系统、所述CCD摄像头和所述激光测距仪均与所述工控机电信号连接，所述工控机与外围设置的后台控制系统电信号连接。

上述方案可见，本发明中，通过工控机分别对焊接房、激光器、冷水机、以及激光焊接头进行协同控制，实现整个系统的自动化控制；在XYZ轴移动机构上同时设置有2D振镜系统、CCD摄像头和激光测距仪，其中，多模激光器控制低飞溅焊接，2D振镜系统实现大幅面扫描，一次性多焊缝扫描， 激光测距仪便于每次焊接前能够测定焊接高度，同时CCD摄像头对焊缝成型进行拍摄图像监控，从而实现精准定位焊点，且保证了极高的焊接质量；在逆变器母排的每个工件上均设置有工件识别码，所述第一焊接夹具和所述第二焊接夹具上也设置有与所述工件识别码相对应的夹具识别码，所述扫描装置分别将逆变器母排的每个工件与所述第一焊接夹具及所述第二焊接夹具通过工件识别码和夹具识别码进行匹配对应，这保证了每个工件和夹具的匹配都是正确的，通过一一对应的匹配方式，保证了工件与工件之间不会出现焊接位置错误的问题，保证了焊接作业的准确率。

进一步地，该自动焊接系统还包括底板，所述焊接房、所述激光器、所述冷水机、均设置在所述底板上。由此可见，将所有设备和器件均设置在同一个底板上，使得本发明系统能够被整体地搬运，便捷了运输；同时，同一块底板也保证了系统配合的精度，保证了作业的精度。

在所述工作台上且在靠近产品每个焊点的位置设置有保护气体喷点，其中的保护气体为氮气。由此可见，通过项焊点通入保护气体，使焊接后的焊缝在高温时被氧化，从而使得焊缝表面美观效果。

所述扫描装置为扫码枪，所述激光器采用型号为YLS-5000/3000-AMB的多模激光器，在焊接工件的内环的最大功率为5KW，焊接外环的最大功率为3KW。具体地，在激光焊接工件的内环的功率为4KW，焊接外环的功率为2KW。由此可见，对工件的内环和外环位置采用不同的功率进行焊接，保证了焊接具有较高的质量。

在所述工作台的前端设置有激光挡隔安全门。激光挡隔安全门的设置将工作人员与激光焊接工作区隔离开，保证了工作人员的人身安全。

上述逆变器母排激光自动焊接系统的焊接工艺包括以下步骤：

a、系统上电，第一工位工件上料，扫码装置对每个工件和待放置工件的夹具进行扫码匹配，将逆变器母排中的磁环、第一母排、第二母排、第三母排和第四母排分别放置到位于焊接夹具上，对应焊接夹具对工件夹紧，按启动键；

b、相应工位滑入激光焊接区域，激光挡隔安全门落下，激光焊接头移动到位；

c、所述激光测距仪进行第一个焊接点的测距，所述2D振镜系统对焊缝进行扫描，激光焊接头对该焊接点进行焊接；

d、第一个焊点焊接完毕后，工控机通过CCD摄像头获取焊缝成型后的图像，并将获得的焊缝成型图像发送给后台控制系统分析和保存；

e、重复步骤c和d，直至全部焊接点被焊接完毕；

f、激光挡隔安全门升起，工位从焊接区域中退出，焊接夹具松开工件，人工落料，完成第一工位的焊接；

g、将在第一工位完成焊接工作的工件转移到第二工位，重复步骤a到f，完成第二工位的焊接工作，最终落料。

上述方案可见，在进行工件焊接时，利用扫码装置确保工件和夹具匹配，再利用激光测距仪进行激光测距，保证最佳的激光高度，在通过2D振镜系统和CCD摄像头的协同工作，确保焊接工件与焊接夹具的对应，焊接位置的唯一性，避免出现焊接位置错误的问题。

附图说明

图1是本发明系统的简易结构示意图；

图2是所述工作台的简易结构示意图；

图3是所述工作台在所述激光挡隔安全门落下后的状态的简易结构示意图；

图4是焊接夹具的简易结构示意图；

图5是本发明通讯部分的简易结构框图；

图6是本发明工艺的简易流程图；

图7是本发明工艺的具体流程图。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明中的逆变器母排由磁环、第一母排、第二母排、第三母排和第四母排组成，第一母排和第二母排先插接如磁环中，第一母排与第三母排通过焊接方式连接，第二母排与第四母排通过焊接方式连接，该自动焊接系统包括

用于隔离激光焊接工作区的焊接房1；

用于提供激光焊接工作的激光器2；

用于对激光器2进行冷却的冷水机3；

设置于所述焊接房1上，用于对焊接工作进行控制的工控机4，在本实施例中，工控机的为PLC控制器；

以及激光焊接头5；

所述激光焊接头5与所述激光器2连接，在所述焊接房1内设置有工作台6，所述工作台6上设置有第一工位7和第二工位8，所述第一工位7和所述第二工位8上分别设置有第一焊接夹具9和第二焊接夹具10，所述工控机4上连接有扫描装置，在逆变器母排的每个工件上均设置有工件识别码，所述第一焊接夹具9和所述第二焊接夹具10上也设置有与所述工件识别码相对应的夹具识别码，所述扫描装置分别将逆变器母排的每个工件与所述第一焊接夹具9及所述第二焊接夹具10通过工件识别码和夹具识别码进行匹配对应；

所述工作台6上还设置有XYZ轴移动机构，所述激光焊接头5设置于所述XYZ轴移动机构上，

所述XYZ轴移动机构上同时设置有2D振镜系统、CCD摄像头和激光测距仪；

所述激光器2、所述冷水机3、所述激光焊接头5、所述XYZ轴移动机构、所述2D振镜系统、所述CCD摄像头和所述激光测距仪均与所述工控机4电信号连接，所述工控机4与外围设置的后台控制系统电信号连接。

该自动焊接系统还包括底板11，所述焊接房1、所述激光器2、所述冷水机3、均设置在所述底板11上。在所述工作台6上且在靠近产品每个焊点的位置设置有保护气体喷点，其中的保护气体为氮气。所述扫描装置为扫码枪，所述激光器2采用型号为YLS-5000/3000-AMB的多模激光器，在焊接工件的内环的最大功率为5KW，焊接外环的最大功率为3KW。具体地，在激光焊接工件的内环的功率为4KW，焊接外环的功率为2KW。

在所述工作台6的前端设置有激光挡隔安全门12。

利用上述逆变器母排激光自动焊接系统进行激光焊接的工艺包括以下步骤：

a、系统上电，第一工位工件上料，扫码装置对每个工件和待放置工件的夹具进行扫码匹配，将逆变器母排中的磁环、第一母排、第二母排、第三母排和第四母排分别放置到位于焊接夹具上，对应焊接夹具对工件夹紧，按启动键；

b、相应工位滑入激光焊接区域，激光挡隔安全门落下，激光焊接头移动到位；

c、所述激光测距仪进行第一个焊接点的测距，所述2D振镜系统对焊缝进行扫描，激光焊接头5对该焊接点进行焊接；

d、第一个焊点焊接完毕后，工控机通过CCD摄像头获取焊缝成型后的图像，并将获得的焊缝成型图像发送给后台控制系统分析和保存；

e、重复步骤c和d，直至全部焊接点被焊接完毕；

f、激光挡隔安全门升起，工位从焊接区域中退出，焊接夹具松开工件，人工落料，完成第一工位的焊接；

g、将在第一工位完成焊接工作的工件转移到第二工位，重复步骤a到f，完成第二工位的焊接工作，最终落料。

在本实施例中，为控制焊接飞溅，采用了匙孔稳定，熔池稳定的AMB激光器，环型光束使逸出的蒸气的动能最小化，环型光斑向熔池根部软化和偏转材料，减少飞溅。工件为3mm对接1mm板厚，是采用了中心50μm，外环150μm的光纤芯径，焊接内环用了4kw激光功率，外环用2kw激光功率。采用了准直140mm，焦距415mm的2D振镜焊接，焊接速度为200mm/s。激光测距仪的检测距离：量程是400mm，范围400+-200mm（距离传感器200-600mm是可测量范围）。

其中的冷水机选用同飞公司TFLW-8000WDR-05Z3-3385冷水机。焊接区采用夹钳及压紧块压紧，露出焊接区域，防止激光焊接飞溅损坏磁环等。系统中配有西门子PLC电气控制系统，采用profinet总线通讯，PLC协调激光器及焊接头运动结构等设备的时序动作，并且通过安全信号的互锁，保证人员及设备的安全。工控机为触摸工控一体机，可实时显示焊接状态，焊接参数以及常见故障、报警信息和常见故障报警信息解除方式等，触摸屏工控一体机镶嵌在焊接房上。如图5所示。焊接房整体以钣金件及钢材骨架构成，满足激光焊接要求，同时预留除尘器管道口，方便后期加装除尘器，焊接房与大底板连接一体，设备搬迁时大底板与激光房整体搬运。激光挡隔安全门安装在房子顶部，可自动升降，滑动滑台时，隔档升起，避免夹具结构干涉，同时隔档激光。

第一工位分总成焊接完成后，滑台滑出，人工下料完成后，可以把焊接完成的工件直接放到第二工位，第二工位上料完毕后，按启动按钮第二工位的滑台滑入第二侧焊接工位。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种逆变器母排激光自动焊接系统，其中的逆变器母排由磁环、第一母排、第二母排、第三母排和第四母排组成，第一母排和第二母排先插接如磁环中，第一母排与第三母排通过焊接方式连接，第二母排与第四母排通过焊接方式连接，其特征在于，该自动焊接系统包括

用于隔离激光焊接工作区的焊接房（1）；

用于提供激光焊接工作的激光器（2）；

用于对激光器（2）进行冷却的冷水机（3）；

设置于所述焊接房（1）上，用于对焊接工作进行控制的工控机（4）；

以及激光焊接头（5）；

所述激光焊接头（5）与所述激光器（2）连接，在所述焊接房（1）内设置有工作台（6），所述工作台（6）上设置有第一工位（7）和第二工位（8），所述第一工位（7）和所述第二工位（8）上分别设置有第一焊接夹具（9）和第二焊接夹具（10），所述工控机（4）上连接有扫描装置，在逆变器母排的每个工件上均设置有工件识别码，所述第一焊接夹具（9）和所述第二焊接夹具（10）上也设置有与所述工件识别码相对应的夹具识别码，所述扫描装置分别将逆变器母排的每个工件与所述第一焊接夹具（9）及所述第二焊接夹具（10）通过工件识别码和夹具识别码进行匹配对应；

所述工作台（6）上还设置有XYZ轴移动机构，所述激光焊接头（5）设置于所述XYZ轴移动机构上，

所述XYZ轴移动机构上同时设置有2D振镜系统、CCD摄像头和激光测距仪；

所述激光器（2）、所述冷水机（3）、所述激光焊接头（5）、所述XYZ轴移动机构、所述2D振镜系统、所述CCD摄像头和所述激光测距仪均与所述工控机（4）电信号连接，所述工控机（4）与外围设置的后台控制系统电信号连接。

2.根据权利要求1所述的逆变器母排激光自动焊接系统，其特征在于：该自动焊接系统还包括底板（11），所述焊接房（1）、所述激光器（2）、所述冷水机（3）、均设置在所述底板（11）上。

3.根据权利要求1所述的逆变器母排激光自动焊接系统，其特征在于：在所述工作台（6）上且在靠近产品每个焊点的位置设置有保护气体喷点，其中的保护气体为氮气。

4.根据权利要求1所述的逆变器母排激光自动焊接系统，其特征在于：所述扫描装置为扫码枪，所述激光器（2）采用型号为YLS-5000/3000-AMB的多模激光器，在焊接工件的内环的最大功率为5KW，焊接外环的最大功率为3KW。

5.根据权利要求4所述的逆变器母排激光自动焊接系统，其特征在于：在激光焊接工件的内环的功率为4KW，焊接外环的功率为2KW。

6.根据权利要求1所述的逆变器母排激光自动焊接系统，其特征在于：在所述工作台（6）的前端设置有激光挡隔安全门（12）。

7.一种利用如权利要求1所述的逆变器母排激光自动焊接系统进行激光焊接的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

a、系统上电，第一工位工件上料，扫码装置对每个工件和待放置工件的夹具进行扫码匹配，将逆变器母排中的磁环、第一母排、第二母排、第三母排和第四母排分别放置到位于焊接夹具上，对应焊接夹具对工件夹紧，按启动键；

b、相应工位滑入激光焊接区域，激光挡隔安全门落下，激光焊接头移动到位；

c、所述激光测距仪进行第一个焊接点的测距，所述2D振镜系统对焊缝进行扫描，激光焊接头（5）对该焊接点进行焊接；

d、第一个焊点焊接完毕后，工控机通过CCD摄像头获取焊缝成型后的图像，并将获得的焊缝成型图像发送给后台控制系统分析和保存；

e、重复步骤c和d，直至全部焊接点被焊接完毕；

f、激光挡隔安全门升起，工位从焊接区域中退出，焊接夹具松开工件，人工落料，完成第一工位的焊接；

g、将在第一工位完成焊接工作的工件转移到第二工位，重复步骤a到f，完成第二工位的焊接工作，最终落料。