[发明专利]机器人激光焊接离焦量自动调整装置及其自动调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光焊接设备，具体涉及机器人激光焊接离焦量自动调整装置；同时本发明还涉及激光焊接离焦量自动调整的方法。

发明内容

离焦量就是焦点离作用物质间的距离，离焦量对焊接质量的影响很大。激光焊接通常需要一定的离焦量，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔，适合用于切割。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。

当激光发射枪在上下行走中，实际激光焦点会与激光焦点原点距离（离焦量）出现正负偏差。也就是说离焦量会变。

申请号为CN201120034656.7公开了“一种激光焊机离焦量调整机构”，

该技术是使用百分表对移动过程中的离焦量进行测量并矫正，使用过程采用需与焊接材料接触，对焊接环境，焊接材料的长度、均匀性均要求较高，及时性不能保证。

发明内容

针对上述缺陷，本发明目的在于提供一种可保持离焦量稳定的机器人激光焊接离焦量自动调整装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

机器人激光焊接离焦量自动调整装置，包括第一伺服电机、激光发射枪、第二伺服电机、激光位移传感器以及控制系统；其中，

第一伺服电机安装于机器人上，用于驱动激光发射枪；

在激光发射枪的表面上连接安装有第二伺服电机，用于驱动激光位移传感器；

控制系统分别与第一伺服电机、第二伺服电机、激光位移传感器以及机器人信号连接；

控制系统包括运动控制模块，用于控制第一伺服电机、第二伺服电机及机器人的运动；数据存储模块，存储有焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值；焊接效果分析模块，用于分析钢板焊接效果，并根据焊接效果，更新调整数据存储模块中所存储的焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值。

作为本发明机器人激光焊接离焦量自动调整装置的一种改进，所述控制系统还包括显示模块，用于显示焊接效果分析模块所分析的钢板焊接效果情况。

作为本发明机器人激光焊接离焦量自动调整装置的另一种改进，所述显示模块中设置有报警单元。

作为本发明机器人激光焊接离焦量自动调整装置的再一种改进，所述显示模块为LED显示屏幕。

利用上述机器人激光焊接离焦量自动调整装置实现焊接离焦量自动调整的方法，包括如下步骤：

S1、机器人带动激光位移传感器对待焊接钢板的焊接缝隙的轮廓进行扫描，获取焊接缝隙的焦距变化情况，并将相应的焦距变化情况信息传送至控制系统中；

S2、控制系统中的运动控制模块根据步骤S1中的焦距变化情况信息，控制第一伺服电机的移动，带动激光发射枪上升或下降，使离焦量保持稳定；

S3、激光位移传感器测定待焊接钢板的厚度，并将相应厚度的值传送至控制系统中；

S4、控制系统中的数据存储模块根据步骤S3中传送来的厚度值，选择出焊接该厚度钢板所需的离焦量以及能量值；

S5、机器人带动激光位移传感器横向扫描，将获得的待焊接钢板之间的放置情况以及焊缝连接处的对齐情况信息传送至控制系统中；

S6、控制系统中的运动控制模块根据步骤S5中传送来的待焊接钢板之间的放置情况以及焊缝连接处的对齐情况信息，调整机器人的运动，带动激光发射枪对焊缝进行焊接；

S7、焊接完成后，机器人带动激光位移传感器，获得焊缝连接情况，并将相应的焊缝连接情况信息传送至控制系统中；

S8、控制系统中的焊接效果分析模块根据步骤S7中传送来的焊缝连接情况信息分析钢板的焊接效果，并根据焊接效果，更新调整数据存储模块中所存储的焊接不同厚度范围的钢板所需的离焦量以及能量的参考值。

上述的实现焊接离焦量自动调整的方法的步骤S5和S6之间还包括如下步骤：

S5’、控制系统中的运动控制模块控制第二伺服电机移动，调整激光位移传感器的激光发射角度，使激光位移传感器所发出的激光与激激光发射枪所发出的激光相交，相交点在焦点上，设定最初离焦量。

上述的实现焊接离焦量自动调整的方法的步骤S8之后还包括如下步骤：