一种激光拼焊填丝自适应分段控制方法与流程

本发明属于激光焊接，具体说是一种激光拼焊填丝自适应分段控制方法。

背景技术：

1、随着新能源、电动汽车、航空航天等领域的快速发展，高精度、高效率的激光焊接技术已成为制造业的核心需求。然而，在实际焊接过程中，尤其是长焊缝或复杂结构件的拼焊中，焊缝间隙的不均匀性(如局部间隙突变、材料厚度差异等)严重制约了焊接质量的稳定性。传统焊接方法通常采用固定参数或人工经验调整，难以实时响应动态变化的间隙数据，导致熔池填充不足、焊缝成型不均、气孔或未熔合等缺陷频发。此外，现有自适应焊接技术多局限于单一参数调整(如仅调节激光功率)，缺乏对多参数(功率、速度、送丝量等)的协同控制，且分段处理能力不足，难以实现长焊缝的连续稳定焊接。因此，亟需一种能够实时感知焊缝状态、智能分段并动态优化多参数的自适应控制方法，以提升焊接质量和生产效率。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种激光拼焊填丝自适应分段控制方法，通过先进的焊缝跟踪系统和自适应控制系统，实现了对焊缝间隙的精准检测与分段控制。首先，焊缝跟踪系统利用高精度传感器将焊缝的实际间隙情况，将数据传输至自适应控制系统。通过分段处理，自适应控制系统根据预设的算法和数据库中的最佳焊接参数，自动为每一段焊缝配置最合适的焊接参数，包括但不限于焊接速度、激光功率、送丝速度等，旨在解决自动焊接过程中焊缝间隙不一致所导致的焊接质量下降问题。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种激光拼焊填丝自适应分段控制方法，包括以下步骤：

3、s1：基于焊接板的材质类型及厚度，通过内置数据库的自适应控制系统调取并匹配对应的初始焊接工艺参数集；

4、所述初始焊接工艺参数集，包括：激光功率、焊接速度、送丝速度；

5、s2：利用焊缝跟踪系统对目标焊缝进行实时扫描，获取焊缝的间隙分布数据及动态变化信息，并发送至自适应控制系统；

6、s3：根据所述间隙分布数据，将焊缝划分为若干独立控制的分段；

7、s4：通过自适应控制系统为每个分段动态配置焊接工艺参数组合；通过自适应控制系统控制相邻分段间的焊接参数过渡，实现分段间的稳定衔接。

8、所述焊接板材质为：普通碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金或钛合金，且其厚度范围为0.5mm至8mm。

9、所述初始焊接工艺参数集的取值范围，具体为：

10、激光功率：1kw～10kw，精度为±0.1kw；焊接速度：1m/min～20m/min，调节精度为：±0.05m/min；送丝速度：1m/min～10m/min，调节精度为：±0.1m/min。

11、激光拼焊中使用的焊丝直径为0.5mm～1.8mm，激光器光斑尺寸为0.2mm～1.2mm，且光斑形状可调为圆形或椭圆形。

12、所述步骤s3中，将焊缝划分为若干独立控制的分段，其触发分段的方式为：

13、当同一焊缝的不同段落间隙不同时，激光拼焊缝进行分段处理，将焊缝划分为若干独立控制的分段；

14、所述分段处理适用于同一焊缝中各部分的间隙宽度在0.1mm至1.0mm范围内变化的焊缝，且相邻分段的间隙差异阈值设定为0.05mm以上。

15、所述将焊缝划分为若干独立控制的分段中，分段数量为1～20段，实现焊接焊缝长度为0～20m。

16、所述焊缝跟踪系统，包括：光学传感器模块、位移检测模块以及无线通信接口；

17、光学传感器模块设于机器人机械手末端，且视场扫描方向朝向焊丝运动方向，采用三角成像技术，用于对金属钢板表面之间的焊缝间隙进行精确识别，其扫描分辨率不低于0.01mm，数据采样频率大于200hz；

18、位移模块，设于机器人机械手末端，可根据传感器扫描到的焊缝位置实时调整滑台轴的轨迹，定位精度±0.005mm；

19、模拟量接口，用于将采集到的焊缝的间隙分布数据及动态变化信息发送至plc控制系统。

20、步骤s4中，通过自适应控制系统为每个分段动态配置焊接工艺参数组合，具体为：

21、a.拼接间隙与激光功率的关联：

22、针对不同材质及厚度的焊接板，通过实验或历史数据建立拼接间隙与最佳激光功率的对应关系，形成关联数据；

23、在焊接时，自适应控制系统根据拼接间隙，从数据库中读取对应的激光功率范围；

24、b.拼接间隙与送丝速度的关联：

25、针对不同厚度焊接板的拼接间隙，通过实验确定基准送丝速度；通过传感器检测到的间隙的变化，自适应控制系统自动匹配不同间隙对应输出不同的送丝速度，自适应控制系统按梯度逐步调整送丝速度，避免参数跳变。

26、c.拼接间隙与焊接速度的反向补偿算法：

27、针对不同间隙宽度，通过实验确定基准焊接速度；焊缝跟踪传感器实时反馈间隙数据，自适应控制系统计算目标焊接速度；若间隙突然增大，自适应控制系统按反向比例降低焊接速度，确保熔池填充充分。

28、所述焊接工艺参数组合，包括：分段激光功率、分段焊接速度、分段送丝速度，且各分段的参数独立调整。

29、一种激光拼焊填丝自适应分段控制方法，还包括：在焊接过程中，通过闭环反馈机制实时采集焊缝成型数据，结合分段间隙变化趋势，由自适应控制系统执行参数动态修正，并控制相邻分段间的焊接参数，实现分段间的平滑衔接。

30、本发明具有以下有益效果及优点：

31、1.本发明不仅提高了焊接的灵活性和精确性，还显著提升了焊接效率和质量。通过焊缝跟踪系统和自适应控制系统智能调控，该方法能够针对焊接间隙不一致及长焊缝的需求，自动调整焊接参数，确保每一段焊缝都能获得最佳的焊接效果。

32、2.本发明还实现了个分段间的平稳过渡，有效避免了焊接缺陷的产生，为激光拼焊填丝领域带来了一项重大的技术创新。

33、3.本发明具备多维度参数的协同优化，通过激光功率、焊接速度、送丝速度的多参数动态调整，实现熔池能量输入与材料填充的精准匹配，显著减少凹陷、未熔合等缺陷。

34、4.本发明具有高效分段控制能力：支持1～20段的分段独立调控，覆盖0～20m长焊缝，尤其适用于新能源电池托盘、航空航天结构件等大尺寸工件的焊接需求。

35、5.对自适应送丝数据库中的间隙分段的送丝速度选项可在配方中根据焊缝长度的分段在进行长度分段数据的送丝速度数据进行系数补偿，实现焊缝的起始端和焊缝的结尾端可独立优化参数，解决焊缝成型的余高及凹陷问题。

36、6.本发明材料适应性广：可覆盖普通碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金等多种材料(厚度0.5～8mm)，焊丝直径0.5～1.8mm，满足工业多场景需求。

1.一种激光拼焊填丝自适应分段控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的激光拼焊填丝自适应分段控制方法，其特征在于，所述焊接板材质为：普通碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金或钛合金，且其厚度范围为0.5mm至8mm。

3.根据权利要求1所述的激光拼焊填丝自适应分段控制方法，其特征在于，所述初始焊接工艺参数集的取值范围，具体为：

4.根据权利要求1所述的激光拼焊填丝自适应分段控制方法，其特征在于，激光拼焊中使用的焊丝直径为0.5mm～1.8mm，激光器光斑尺寸为0.2mm～1.2mm，且光斑形状可调为圆形或椭圆形。

5.根据权利要求1所述的激光拼焊填丝自适应分段控制方法，其特征在于，所述步骤s3中，将焊缝划分为若干独立控制的分段，其触发分段的方式为：

6.根据权利要求5所述的激光拼焊填丝自适应分段控制方法，其特征在于，所述将焊缝划分为若干独立控制的分段中，分段数量为1～20段，实现焊接焊缝长度为0～20m。

7.根据权利要求1所述的激光拼焊填丝自适应分段控制方法，其特征在于，所述焊缝跟踪系统，包括：光学传感器模块、位移检测模块以及模拟量接口；

8.根据权利要求1所述的激光拼焊填丝自适应分段控制方法，其特征在于，所述步骤s4中，通过自适应控制系统为每个分段动态配置焊接工艺参数组合，具体为：

9.根据权利要求1所述的激光拼焊填丝自适应分段控制方法，其特征在于，所述焊接工艺参数组合，包括：分段激光功率、分段焊接速度、分段送丝速度，且各分段的参数独立调整。

10.根据权利要求1所述的激光拼焊填丝自适应分段控制方法，其特征在于，对自适应送丝数据库中的送丝速度选项根据分段在进行每一段的数据系数补偿，即对于焊缝的起始端和焊缝的结尾端独立优化参数，解决焊缝成型的余高及凹陷问题。