一种基于激光清洗的高速线焊接点预处理方法及系统与流程

本发明涉及智能制造装备领域，尤其涉及一种基于激光清洗的高速线焊接点预处理方法及系统。

背景技术：

1、随着高端装备制造业的快速发展，高速线材在新能源汽车电机、微细同轴电缆等领域的应用日益广泛。而高速线材在焊接连接前，其表面附着的绝缘层、氧化膜等覆盖物必须彻底清除，否则将直接影响焊接强度与连接可靠性。因此，对高速线焊接点的焊前预处理已成为保障高速线材焊接质量的关键工序。

2、目前，针对高速线焊接点的焊前预处理，通常采用化学酸洗或机械打磨的方式去除表面覆盖物，或通过激光热力作用剥离表面覆盖物。

3、然而，现有激光清洗技术主要针对静止的大型工件进行清洗，建立在工件静止的前提下，但针对静止工件的激光清洗方案无法处理高速连续运动状态下线材表面的焊接点清洗需求。为此，本发明提出一种基于激光清洗的高速线焊接点预处理方法，以解决现有技术的上述不足。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于激光清洗的高速线焊接点预处理方法，其主要目的在于通过动态感知与时空同步补偿实现对高速运动线材上待焊接点的精准激光清洗，并通过清洗后表面状态自适应调整清洗参数，保障了清洗效果的可靠性。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种基于激光清洗的高速线焊接点预处理方法，包括：

3、接收预处理启动指令，基于所述预处理启动指令确定待处理高速线及预处理执行系统，其中，所述预处理执行系统包括：传感模块、控制模块、激光清洗模块、表面状态检测模块及下游焊接设备；

4、利用传感模块从待处理高速线中确定n个待焊接点，对n个待焊接点中每个待焊接点均执行如下操作：

5、获取待焊接点的动态感知数据，根据动态感知数据对激光清洗模块进行时空同步补偿处理，生成动态补偿规划方案；

6、根据动态感知数据计算激光清洗模块的工艺参数，得到目标清洗参数集；

7、根据动态补偿规划方案及目标清洗参数集，对待焊接点执行定点激光清洗，得到清洗后焊接点；

8、利用表面状态检测模块对清洗后焊接点进行表面状态检测，得到表面状态数据，将表面状态数据输入预构建的清洗-焊接映射模型，根据清洗-焊接映射模型获取调整后焊接功率；

9、通过控制模块将调整后焊接功率发送至下游焊接设备，对清洗后焊接点执行焊接，得到目标焊接点，汇总目标焊接点，得到n个目标焊接点，完成基于激光清洗的高速线焊接点预处理。

10、可选地，所述获取待焊接点的动态感知数据，包括：

11、确定激光清洗模块的出光口中心点，将出光口中心点作为原点构建三维直角坐标系；

12、对待处理高速线进行多普勒速度检测及同轴视觉成像，分别得到初始运动速度及线材表面图像；

13、对线材表面图像进行亚像素级角点检测，确定待焊接点在三维直角坐标系中的待焊接点坐标；

14、根据待焊接点坐标从线材表面图像中截取待焊接点区域图像；

15、根据待焊接点区域图像计算结构光测速值，对初始运动速度及结构光测速值进行交叉验证，得到实时运动速度；

16、依据待焊接点坐标采集待焊接点的表面覆盖物，对表面覆盖物进行光谱分析及光谱厚度测量，得到绝缘层类型及绝缘层厚度，汇总绝缘层类型及绝缘层厚度，得到表面覆盖物信息；

17、汇总实时运动速度、待焊接点坐标及表面覆盖物信息，得到动态感知数据。

18、可选地，所述根据动态感知数据对激光清洗模块进行时空同步补偿处理，生成动态补偿规划方案，包括：

19、根据实时运动速度及待焊接点坐标，计算待焊接点到达出光口中心点所需的时间，得到焊点同步时延；

20、根据焊点微区范围、预设的光斑直径及焊点同步时延计算激光清洗模块的触发时刻及扫描频率；

21、组合触发时刻及扫描频率，得到振镜时序参数集；

22、根据待焊接点坐标确定焊点微区范围，在所述焊点微区范围内规划激光清洗模块的扫描路径，得到焊点扫描路径；

23、采集待处理高速线在待焊接点坐标处的表面高度，根据所述表面高度与预设的焦距计算离焦补偿量；

24、汇总振镜时序参数集、焊点扫描路径及离焦补偿量，得到动态补偿规划方案。

25、可选地，所述根据动态感知数据计算激光清洗模块的工艺参数，得到目标清洗参数集，包括：

26、根据绝缘层类型及绝缘层厚度映射确定基础激光功率及基础扫描速度；

27、计算绝缘层厚度与预设的参考厚度的比值，得到厚度归一化系数；

28、相乘厚度归一化系数与预设的搭接率基准值，得到基础光斑搭接率；

29、汇总基础激光功率、基础扫描速度及基础光斑搭接率，得到目标清洗参数集。

30、可选地，所述根据动态补偿规划方案及目标清洗参数集，对待焊接点执行定点激光清洗，得到清洗后焊接点，包括：

31、根据触发时刻及基础激光功率控制激光清洗模块进行激光脉冲输出，得到激光脉冲信号；

32、从焊点扫描路径中确定m个扫描点，对m个扫描点中每个扫描点均执行如下操作：

33、根据扫描点及扫描频率控制激光清洗模块进行振镜偏转，得到振镜偏转控制量；

34、根据离焦补偿量对激光清洗模块进行调节，得到对焦位置；

35、关联振镜偏转控制量及对焦位置，得到扫描节点；

36、汇总扫描节点，得到m个扫描节点，根据m个扫描节点、基础扫描速度及基础光斑搭接率计算m-1个光斑移动速率；

37、根据激光脉冲信号、m个扫描节点及m-1个光斑移动速率对待焊接点执行定点激光清洗，得到清洗后焊接点。

38、可选地，所述根据扫描点及扫描频率控制激光清洗模块进行振镜偏转，得到振镜偏转控制量，包括：

39、获取激光清洗模块的振镜轴间距及标定工作距离；

40、在三维直角坐标系中确定扫描点的x轴分量及y轴分量；

41、根据振镜轴间距、标定工作距离、x轴分量及y轴分量计算x轴偏转角度及y轴偏转角度，计算公式如下所示：

42、

43、其中，表示所述x轴偏转角度，表示所述x轴分量，表示所述标定工作距离，表示所述y轴偏转角度，表示所述y轴分量，表示所述振镜轴间距，表示反正切函数，表示余弦函数；

44、根据扫描频率、x轴偏转角度及y轴偏转角度控制所述激光清洗模块进行振镜偏转，得到振镜偏转控制量。

45、可选地，所述利用表面状态检测模块对清洗后焊接点进行表面状态检测，得到表面状态数据，包括：

46、对清洗后焊接点进行同轴视觉成像，得到清洗后表面图像；

47、对清洗后表面图像进行灰度特征提取，得到表面灰度分布数据；

48、根据表面灰度分布数据计算表面粗糙度；

49、对清洗后焊接点进行libs光谱分析，得到氧元素特征谱线；

50、根据氧元素特征谱线计算残余氧元素含量；

51、汇总表面粗糙度及残余氧元素含量，得到表面状态数据。

52、可选地，所述对清洗后焊接点进行libs光谱分析，得到氧元素特征谱线，包括：

53、通过表面状态检测模块对清洗后焊接点进行激发处理，产生等离子体羽辉；

54、采集等离子体羽辉的原始光谱数据；

55、从原始光谱数据中识别出氧元素特征波长，并根据所述氧元素特征波长确定氧元素谱线强度；

56、根据氧元素特征波长及氧元素谱线强度构建氧元素特征谱线。

57、可选地，所述将表面状态数据输入预构建的清洗-焊接映射模型，根据清洗-焊接映射模型获取调整后焊接功率，包括：

58、设定粗糙度合格阈值及氧含量合格阈值；

59、从清洗-焊接映射模型中获取基础焊接功率、粗糙度修正系数及氧含量修正系数；

60、若表面粗糙度不大于粗糙度合格阈值且残余氧元素含量不大于氧含量合格阈值，根据基础焊接功率、表面粗糙度、粗糙度修正系数、氧含量修正系数及预构建的焊接参数修正公式计算调整后焊接功率，其中，所述焊接参数修正公式如下所示：

61、

62、其中，表示所述调整后焊接功率，表示所述基础焊接功率，表示所述粗糙度修正系数，表示所述表面粗糙度，表示所述氧含量修正系数，表示所述残余氧元素含量。

63、为实现上述目的，本发明还提供一种基于激光清洗的高速线焊接点预处理系统，包括：

64、指令接收与系统确定模块，用于接收预处理启动指令，基于所述预处理启动指令确定待处理高速线及预处理执行系统，其中，所述预处理执行系统包括：传感模块、控制模块、激光清洗模块、表面状态检测模块及下游焊接设备；

65、动态感知与规划生成模块，用于利用传感模块从待处理高速线中确定n个待焊接点，对n个待焊接点中每个待焊接点均执行如下操作：获取待焊接点的动态感知数据，根据动态感知数据对激光清洗模块进行时空同步补偿处理，生成动态补偿规划方案；

66、参数计算与清洗执行模块，用于根据动态感知数据计算激光清洗模块的工艺参数，得到目标清洗参数集，根据动态补偿规划方案及目标清洗参数集，对待焊接点执行定点激光清洗，得到清洗后焊接点；

67、质量检测与焊接执行模块，用于利用表面状态检测模块对清洗后焊接点进行表面状态检测，得到表面状态数据，将表面状态数据输入预构建的清洗-焊接映射模型，根据清洗-焊接映射模型获取调整后焊接功率，通过控制模块将调整后焊接功率发送至下游焊接设备，对清洗后焊接点执行焊接，得到目标焊接点，汇总目标焊接点，得到n个目标焊接点，完成基于激光清洗的高速线焊接点预处理。

68、为了解决上述问题，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：

69、存储器，存储至少一个指令；

70、处理器，执行所述存储器中存储的指令以实现上述所述的基于激光清洗的高速线焊接点预处理方法。

71、为了解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一个指令，所述至少一个指令被电子设备中的处理器执行以实现上述所述的基于激光清洗的高速线焊接点预处理方法。

72、本发明为解决背景技术所述问题，首先，本发明接收预处理启动指令，基于所述预处理启动指令确定待处理高速线及预处理执行系统，其中，所述预处理执行系统包括：传感模块、控制模块、激光清洗模块、表面状态检测模块及下游焊接设备，可见本发明考虑到高速线材在产线上连续运动且待焊接点离散分布的特点，通过模块化系统架构，实现对高速线材上各待焊接点的逐一精准处理，避免了传统方案对线材整体处理导致的非焊点区域损伤与资源浪费。然后，本发明利用传感模块从待处理高速线中确定n个待焊接点，对n个待焊接点中每个待焊接点均执行如下操作：获取待焊接点的动态感知数据，根据动态感知数据对激光清洗模块进行时空同步补偿处理，生成动态补偿规划方案，可见本发明考虑到高速线材在运动中待焊接点的空间位置实时变化，传统静态清洗方案无法锁定运动目标的问题，因此，通过采集实时运动速度与待焊接点坐标并执行时空同步补偿，生成包含焊点同步时延、振镜时序参数集及离焦补偿量的动态补偿规划方案，使激光清洗模块能够精准追踪高速运动中的待焊接点，其次，本发明根据动态感知数据计算激光清洗模块的工艺参数，得到目标清洗参数集，可见本发明考虑到不同待焊接点表面的绝缘层类型及绝缘层厚度存在差异，固定清洗参数无法适配多样化工况的问题，因此，通过查询工艺参数映射表得到匹配当前待焊接点表面状态的基础激光功率、基础扫描速度及基础光斑搭接率，实现工艺参数的自适应修正，紧接着，本发明根据动态补偿规划方案及目标清洗参数集，对待焊接点执行定点激光清洗，得到清洗后焊接点，可见本发明考虑到激光清洗需要在焊点微区范围内逐点扫描并同时应对线材跳动的问题，因此，通过振镜偏转控制与离焦补偿的协同配合，将激光脉冲精准引导至各扫描节点并动态维持焦点位置，结合光斑移动速率的计算，实现对焊点微区范围内表面覆盖物的稳定剥离，进一步地，本发明利用表面状态检测模块对清洗后焊接点进行表面状态检测，得到表面状态数据，将表面状态数据输入预构建的清洗-焊接映射模型，根据清洗-焊接映射模型获取调整后焊接功率，可见本发明考虑到清洗效果存在波动，固定焊接功率难以适配不同的清洗后表面状态，因此，通过对清洗后焊接点进行表面粗糙度与残余氧元素含量的双重检测，并代入清洗-焊接映射模型进行处理，使焊接功率动态适配实际表面状态，最后，本发明通过控制模块将调整后焊接功率发送至下游焊接设备，对清洗后焊接点执行焊接，得到目标焊接点，汇总目标焊接点，得到n个目标焊接点，完成基于激光清洗的高速线焊接点预处理，可见本发明通过将激光清洗与焊接参数联动，使每个待焊接点均能获得与其表面状态精准匹配的焊接参数，保障了目标焊接点的可靠性，因此，本发明可通过动态感知与时空同步补偿实现对高速运动线材上待焊接点的精准激光清洗，并通过清洗后表面状态自适应调整清洗参数，保障了清洗效果的可靠性。