[发明专利]一种用于双激光束双侧同步焊接的多功能集成化焊接设备及方法

说明书

本发明涉及一种用于双激光束双侧同步焊接的多功能集成化焊接设备及方法，属于激光焊接技术领域。其特点在于，对T型结构焊件进行精准装夹并根据几何位置实行网格蒙皮、划分节点，实现几何位置的模型化和数字化，利用PCL总线控制搭建双激光束双侧同步焊接多功能集成化试验平台，将焊缝追踪系统，高速摄像系统，结构光测量系统，红外测温系统进行多功能集成化，通过各系统反馈数据的数字化处理，对焊缝进行实时监测，达到焊缝成型精准控制的目的。

技术领域：

本发明涉及一种用于双激光束双侧同步焊接的多功能集成化焊接设备及方法，属于激光 焊接技术领域。

背景技术：

当代航空航天制造技术的飞速发展对其所用材料与结构提出巨大需求与挑战，结构件减 重成为该领域的重要发展方向之一。对于飞机机身筒段中的最为常见的蒙皮-桁条结构，基于 连接可靠性考虑，一直以来是采用铆接技术进行连接。但是大量铆钉及密封材料导致了机身 重量增加，不利于机身轻量化的发展方向；结构件装配效率低，不利于装配自动化；且所需 准备时间过长，连接部位的机械性能不稳定等。这些因素的存在致使人们急于寻求一种更为 快捷可靠的蒙皮-桁条连接技术。激光焊接技术的飞速发展使得以上问题能得到有效解决，目 前欧洲空中客车公司已成功地将激光焊接技术应用于飞机机身铝合金壁板的制造。用激光焊 接技术部分代替了传统的铆接技术，大大降低了机身整体结构的重量，制造成本也大大降低。

双激光束双侧同步焊接由两束激光同时作用在桁条两侧，能够大大提高生产效率，同时 焊接过程中形成的贯通熔池能够减小焊缝缺陷，因此双激光束双侧同步焊接技术的优化与发 展将具有重要意义。然而目前尚且缺少对此焊接过程进行实时精准控制的设备与方法，因此 通过多功能集成化可以对双激光束双侧同步焊接过程进行全方面控制与监测。针对目前激光 焊接轨迹与实际焊缝有所偏差，无法对焊接过程中的热变形进行实时测量，无法对焊接过程 中的温度分布进行实时测量等不足，并对焊接偏差，热变形，以及温度分布建立实际联系。 对于其多功能集成化的焊接控制技术仍然有待发展和完善。鉴于此，本发明专利将对双激光 束双侧同步焊接多功能集成化进行设备和方法的阐述。

发明内容：

1.一种用于双激光束双侧同步焊接的多功能集成化焊接设备及方法，其特征在于：包括 焊缝追踪系统，高速摄像系统，结构光测量系统，红外测温系统，通过多功能集成化，将不 同系统传输的数据输入到同一电脑处理器，实现对蒙皮-桁条T型结构双激光束双侧同步焊接 过程中的实时监测与反馈。

2.进一步的，双激光束双侧同步焊接所用蒙皮-桁条材料选用铝合金或钛合金，在焊前选 用碱洗液去除待焊件表面的油脂等杂质，采用酸洗焊件表面以除去氧化膜，并使用丙酮擦拭、 清洗试样表面，去除残余污染物以确保试样表面清洁。

3.进一步的，所述的焊缝追踪系统，融合多种焊缝探测信息构建焊缝特征识别模型，构 建焊缝识别跟踪、构件寻位和焊缝位置起点识别以及焊接避碰轨迹之间的关系模型。

4.进一步的，所述的高速摄像系统，能够对熔池的形态进行实时拍摄并反馈到图像处理 器，通过数字化几何测量，可以实时反馈熔池大小。

5.进一步的，所述的结构光测量系统，可以通过对T型焊件进行网格化与几何化，对焊 接过程的热变形进行测量和反馈，实时反应由于焊接热输入造成的焊后变形大小。

6.进一步的，所述的红外测温系统，可以对焊接过程中某一位置的温度进行实时测量， 并即时传输到电脑处理器。

7.进一步的，所述的多功能集成化，将多系统反馈的信息集中到同一电脑处理器中，并 形成关联数据库，实现多方面的数据的关联。

8.进一步的，所述的蒙皮-桁条T型结构双激光束双侧同步焊接平台基于激光器均匀分 光技术、双机器人同步运行以及离线编程技术，采用双激光束双侧同步焊接工艺，设计合适 的激光功率、焊接速度、保护气参数等工艺参数，从而实现单桁条T型结构的焊接。

本发明的有益效果为：