一种用于车身零部件的柔性焊接装置及方法与流程

本发明涉及车身零部件的激光焊接，具体为一种用于车身零部件的柔性焊接装置及方法。

背景技术：

1、在当前车身零部件的激光焊接生产环境中，激光能量作用于母材形成匙孔，匙孔内部金属蒸汽的喷发与塌陷状态直接决定焊接质量；为对焊接过程进行在线监测与控制，现有方案普遍采用在工业机器人末端额外布置视觉、热学或外部空间声学传感器的架构，即通过捕捉匙孔区域的光热辐射或空气声波来识别焊接状态，再将识别结果反馈至控制系统以调节工艺参数；虽然此方案在常规工况下具备一定的状态检测能力，但由于其高度暴露于高温、飞溅及强电磁辐射的恶劣工作区域，传感器件易受损受干扰，且外置传感器极易带来机器人末端空间干涉问题；此外，若直接利用保护气路进行压力波动采集，由于气流中同时混杂着高频匙孔声学脉动与供气系统本身的低频背景波动，现有气路检测手段缺乏物理因果关系明确的滤波抑制机制，导致共模低频干扰严重、有效信号提取困难，难以支撑高频次的焊接状态识别与功率闭环调节。

2、因此，如何降低恶劣环境对检测元件稳定性的影响并消除空间干涉，同时提升焊接状态信号提取的准确性及功率实时调节的及时性，成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

2、一种用于车身零部件的柔性焊接装置，包括：

3、焊接基座，其上固定设置工业机器人，工业机器人的末端执行端固定连接激光焊接头，激光焊接头的下端连接同轴保护气喷嘴，同轴保护气喷嘴的侧面进气口连接主送气软管的出气端，主送气软管的进气端连接比例气阀的出气口，比例气阀的进气口连接保护气源的输出端；

4、主送气软管的中部串接第一三通管接头，第一三通管接头的测试端口安装第一微压传感器；

5、比例气阀与第一三通管接头之间的主送气软管上串接第二三通管接头，第二三通管接头的测试端口连接旁路软管的首端，旁路软管的尾端依次串接微孔节流阀、缓冲气室和第二微压传感器；

6、其中，第一微压传感器和第二微压传感器的信号输出端均连接一差分放大电路板的输入端，所述差分放大电路板的输出端连接一工业控制计算机，所述工业控制计算机的控制输出端分别连接所述比例气阀的控制端和所述激光焊接头的功率控制端。

7、优选的：所述微孔节流阀内部开有细微通孔，其中，所述细微通孔的直径为0.5mm，所述缓冲气室的容积为500ml。

8、优选的：所述激光焊接头通过法兰固定连接于所述工业机器人的末端执行端，所述同轴保护气喷嘴通过螺纹连接于所述激光焊接头的下端。

9、优选的：所述保护气源的输出端与所述比例气阀的进气口之间连接硬质管路，所述比例气阀的出气口与所述主送气软管的进气端之间连接硬质管路。

10、优选的：所述第一微压传感器和第二微压传感器的信号输出端通过屏蔽导线连接所述差分放大电路板的正负输入端，所述工业控制计算机的控制输出端分别通过工业总线连接所述比例气阀的控制端和所述激光焊接头的功率控制端。

11、一种用于车身零部件的柔性焊接方法，包括以下步骤：

12、s1、启动焊接过程，所述同轴保护气喷嘴向待焊工件形成的焊接匙孔喷射保护气体，所述第一微压传感器获取混合气压信号并将其转化为第一电压信号，所述第二微压传感器获取经过所述微孔节流阀和所述缓冲气室的低频背景气压信号并将其转化为第二电压信号；

13、s2、所述差分放大电路板将所述第一电压信号与所述第二电压信号进行类比相减，输出差分电压信号；

14、s3、所述工业控制计算机对所述差分电压信号进行带通滤波，提取预设的特定频率范围内的声学脉动信号，并将带通滤波后的声学脉动信号按照预设时间窗口进行分段；

15、s4、所述工业控制计算机计算所述预设时间窗口内的声学能量特征值，并将所述声学能量特征值与预先在标准良品焊接条件下测得的基准能量值进行比较，根据比较结果控制所述激光焊接头的激光功率。

16、优选的：所述步骤s3中，所述特定频率范围为2khz至4khz，所述预设时间窗口为10ms。

17、优选的：所述步骤s4中，基于提取的所述带通滤波后的声学脉动信号在所述预设时间窗口内的有效信号幅值，获取所述声学能量特征值。

18、优选的：所述步骤s4中，根据比较结果控制所述激光焊接头的激光功率具体包括：

19、当所述声学能量特征值小于所述基准能量值乘以预设的第一比例系数的乘积时，所述工业控制计算机向所述激光焊接头发送提高激光功率的指令；

20、当所述声学能量特征值大于所述基准能量值乘以预设的第二比例系数的乘积时，所述工业控制计算机向所述激光焊接头发送降低激光功率的指令；

21、当所述声学能量特征值大于或等于所述基准能量值乘以第一比例系数的乘积，且小于或等于所述基准能量值乘以第二比例系数的乘积时，维持当前激光功率不变。

22、优选的：所述第一比例系数为0.8，所述提高激光功率的指令为提高10%激光功率的指令；所述第二比例系数为1.2，所述降低激光功率的指令为降低10%激光功率的指令。

23、本发明的优势在于：

24、1.本发明通过主送气软管获取混合气压信号，并增设由微孔节流阀和缓冲气室组成的旁路软管，实现了物理滤波以提取低频背景气压信号；配合差分放大电路板进行类比相减，有效消除了供气系统的共模低频波动干扰，精准提取出声学脉动信号；同时，将微压传感器布置在气路上，避免了高温、飞溅和电磁辐射对传感器的破坏，有效解决了传统外置传感器带来的末端空间干涉问题；

25、2.本发明利用工业控制计算机对差分电压信号进行带通滤波并按预设时间窗口分段，准确计算出声学能量特征值；通过将该特征值与基准能量值及第一、第二比例系数进行区间比较，能够精准输出对应的功率控制指令，并据此直接控制激光焊接头提高、降低或维持激光功率；该方法物理因果关系明确，有效实现了高准确性与高时效性的焊接功率闭环调节。

1.一种用于车身零部件的柔性焊接装置，包括：

2.根据权利要求1所述的用于车身零部件的柔性焊接装置，其特征在于：所述微孔节流阀（12）内部开有细微通孔（17），其中，所述细微通孔（17）的直径为0.5mm，所述缓冲气室（13）的容积为500ml。

3.根据权利要求1所述的用于车身零部件的柔性焊接装置，其特征在于：所述激光焊接头（3）通过法兰（18）固定连接于所述工业机器人（2）的末端执行端，所述同轴保护气喷嘴（4）通过螺纹（19）连接于所述激光焊接头（3）的下端。

4.根据权利要求1所述的用于车身零部件的柔性焊接装置，其特征在于：所述保护气源（7）的输出端与所述比例气阀（6）的进气口之间连接硬质管路（20），所述比例气阀（6）的出气口与所述主送气软管（5）的进气端之间连接硬质管路（20）。

5.根据权利要求1所述的用于车身零部件的柔性焊接装置，其特征在于：所述第一微压传感器（9）和第二微压传感器（14）的信号输出端通过屏蔽导线连接所述差分放大电路板的正负输入端，所述工业控制计算机的控制输出端分别通过工业总线连接所述比例气阀（6）的控制端和所述激光焊接头（3）的功率控制端。

6.利用权利要求1所述柔性焊接装置的柔性焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的柔性焊接方法，其特征在于：所述步骤s3中，所述特定频率范围为2khz至4khz，所述预设时间窗口为10ms。

8.根据权利要求6所述的柔性焊接方法，其特征在于：所述步骤s4中，基于提取的所述带通滤波后的声学脉动信号在所述预设时间窗口内的有效信号幅值，获取所述声学能量特征值。

9.根据权利要求6所述的柔性焊接方法，其特征在于：所述步骤s4中，根据比较结果控制所述激光焊接头（3）的激光功率具体包括：当所述声学能量特征值小于所述基准能量值乘以预设的第一比例系数的乘积时，所述工业控制计算机向所述激光焊接头（3）发送提高激光功率的指令；

10.根据权利要求9所述的柔性焊接方法，其特征在于：所述第一比例系数为0.8，所述提高激光功率的指令为提高10%激光功率的指令；所述第二比例系数为1.2，所述降低激光功率的指令为降低10%激光功率的指令。