一种机械臂焊接设备的制作方法

本发明涉及激光焊接设备，特别涉及一种机械臂焊接设备。

背景技术：

1、机械臂焊接设备是融合机器人技术、焊接工艺与自动化控制的一体化工业装备：其通过在多自由度机械臂的末端法兰安装焊枪等执行器，依托可编程的控制系统精准控制焊枪按照预设轨迹和焊接工艺参数自动完成焊接任务。其中，光纤激光焊接头作为焊接机械臂中常用的末端执行部件，凭借能量密度高、焊接热变形小、焊接速度快等优势，在新能源、精密五金、医疗器械等自动化焊接生产场景中被广泛应用。

2、现有技术中激光焊接头通常采用水平进光、分光镜转折垂直出光的光路布局，可集成同轴视觉定位与熔池监测模块，实现焊缝寻位与过程监控，适配高精度自动化焊接作业。该类焊接头采用分级腔室密封结构，沿光路依次布置准直镜组、分光镜、聚焦镜组与保护镜片，以保护镜片作为牺牲式防护件隔离上游精密光学元件；同时在喷嘴处设置同轴保护气出口，依靠出口正向气流阻隔焊接杂质并保护熔池，是当前行业的主流结构方案。

3、但在实际连续化工业生产工况下，由于激光深熔焊的匙孔效应会使熔池内部产生高温高压金属蒸气，伴随生成大量熔融飞溅颗粒：其中大尺寸飞溅具备极高的初始运动动能，惯性力远大于保护气流的阻滞力，可逆向穿透保护气层直接撞击保护镜片表面；匙孔喷发的高速金属蒸气射流还会扰动喷嘴出口的流场结构，在局部形成瞬时反向输运通道，将金属蒸气与微细颗粒推入喷嘴内腔，遇低温镜片后凝结沉积。同时，焊接起弧、收弧的瞬态阶段，保护气流尚未建立稳定流场或已开始衰减，存在防护时序缺口，爆发性飞溅与残余高温蒸气易趁虚进入腔体；对于亚微米级的超细冷凝烟尘，温度梯度产生的热泳力会驱动颗粒持续向温度更低的保护镜片表面迁移沉积，该过程不受气流方向影响，长期累积同样会造成镜片污染。此外，机械臂焊接设备需适配立焊、仰焊、空间曲面倾斜焊等多姿态作业工况，保护气流受重力作用发生偏移畸变，气流薄弱区域的防护能力显著下降，进一步加剧杂质侵入风险。

4、因此，基于上述理由，现有的激光焊接头中，即使激光光路与保护气体出口保持同轴设置，依靠喷嘴处同轴保护气形成的出口正压，仍然无法实现对金属飞溅、金属蒸汽、超细焊接烟尘的完全阻隔，杂质仍会集中污染保护镜片的中心光路区域，不仅造成保护镜耗材损耗快；材料利用率低，还易引发激光功率衰减、热透镜效应，导致焊接熔深不足、成型一致性差；若烟尘持续向上渗透污染聚焦镜、分光镜等高价值元件，还会造成同轴视觉成像模糊、焊缝寻位精度下降，且上游光学元件拆装清洁与光路校准工序复杂、运维成本高，严重降低设备的生产稼动率。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种机械臂焊接设备，通过在保护镜片下方集成吹吸一体式清洁单元与优化的保护气体单元，实现保护镜片的主动气膜防护与实时清洁，提升防护体系的可靠性，延长耗材使用寿命，降低设备运维成本，提升生产稼动率。

2、为实现上述目的，本发明提出一种机械臂焊接设备，包括机械臂机构以及连接机械臂机构的激光焊接机构，所述激光焊接机构包括一端设置有喷嘴的垂直筒体，所述垂直筒体内设置有保护镜片；还包括设置于保护镜片与喷嘴之间的清洁单元以及保护气体单元，所述保护气体单元用于通过喷嘴向外喷射保护气体；

3、所述清洁单元包括设置于垂直筒体内的气环座，所述气环座呈环形结构、且位于保护镜片周侧下方；所述气环座上设置有对应保护镜片设置的吹气口与吸气口，所述吹气口与吸气口对称设置于气环座上，且分别连接有供气部件、排气部件，所述供气部件与吹气口连接，用于通过吹气口向保护镜片表面喷射洁净气体以在保护镜片表面形成流动气膜；所述排气部件与吸气口连接，用于通过吸气口将保护镜片处的气体向外引导并排至外界。

4、在一种可能的实施方式中，所述气环座转动装配于垂直筒体内，所述气环座与垂直筒体之间设置有旋转驱动组件，所述旋转驱动组件用于驱动气环座在垂直筒体内沿保护镜片中心转动；还包括设置于气环座与所述供气部件、排气部件之间的传动结构，所述传动结构用于使气环座旋转时，让所述供气部件、排气部件始终连通吹气口、吸气口。

5、在一种可能的实施方式中，所述气环座由第一环座、第二环座组成，所述第一环座与第二环座同轴设置且两者相互联动以实现同步转动；所述吹气口设置于第一环座上，所述吸气口设置于第二环座上；所述传动结构包括设置于第一环座与供气部件之间的第一传动组件、以及设置于第二环座与排气部件之间的第二传动组件。

6、在一种可能的实施方式中，所述气环座还包括固定设置于垂直筒体内的引导环座，所述引导环座上顶部开设有相对保护镜片表面斜向设置的引导口，其底部开设有连通引导口的转动槽；所述第一环座与第二环座顶部均凸起形成有延伸部，所述延伸部呈与引导环座同轴的弧形，其端部延伸至转动槽内且可沿转动槽转动；所述吹气口、吸气口分别设置于对应所述延伸部位于转动槽内的一端。

7、在一种可能的实施方式中，所述第一环座圆周外侧向内凹陷形成有嵌合环槽，所述第二环座套设于嵌合环槽内以实现与第一环座同轴设置；所述第二环座的延伸部抵接于第一环座顶部且与第一环座的延伸部可拼合形成环状结构。

8、在一种可能的实施方式中，所述第一传动组件与第二传动组件均包括设置于第一环座与第二环座周侧的中转气腔，所述中转气腔连通吸气口或吹气口；还包括转动设置于中转气腔开口处的密封环条，所述密封环条上开设有连通供气部件或排气部件的连通管。

9、在一种可能的实施方式中，所述供气部件与第一环座上的吹气口之间设置有气流通道，所述气流通道设置于垂直筒体上，其包括设置于垂直筒体内且位于第一环座周侧设置的分配管道；还包括设置于第一环座内且连通吹气口的第一气腔，所述第一气腔与第一环座上的中转气腔连通，所述分配管道通过对应的连通管与第一环座上的中转气腔连通。

10、在一种可能的实施方式中，所述旋转驱动组件包括设置于第一环座周侧的驱动环槽，所述驱动环槽内壁固定设置有若干斜向设置的叶片；还包括设置于垂直筒体内且与分配管道连通的加压腔，所述加压腔围绕驱动环槽设置，且所述垂直筒体内壁设置有若干连通加压腔的喷气孔，若干所述喷气孔朝向叶片设置，用于通过吹动叶片带动第一环座转动。

11、在一种可能的实施方式中，所述垂直筒体内设置有与第二环座上的中转气腔位置对应的排气孔道，所述排气孔道用于连通排气部件与第二环座上的中转气腔。

12、在一种可能的实施方式中，所述保护气体单元包括设置于垂直筒体内壁的导向环板，所述导向环板呈底部开口的u形结构，其内壁设置有连通送气部件的连接孔；还包括设置于垂直筒体内且位于喷嘴处的引导管，所述引导管中空设置，其上方设置有朝向喷嘴方向的若干导流孔，所述垂直筒体内设置有连通连接孔与引导管的气路通道。

13、与现有技术相比，本技术的有益效果：

14、本发明通过在保护镜片下方设置带吹气口与吸气口的环形气环座，由供气部件向保护镜片表面喷射洁净气体形成流动防护气膜，一方面可阻挡焊接飞溅、金属蒸汽直接撞击、凝结在镜片表面，削弱高动能颗粒的冲击；另一方面可持续吹扫镜片表面，及时清除热泳沉积的超细烟尘，变被动防护为主动清洁，可显著延长保护镜片的使用寿命，降低耗材更换频次与成本。

15、同时排气部件同步抽吸，将吹扫后的气体与裹挟的污染物定向排出设备外部，避免污染物在腔体内二次扩散，防止污染向上游渗透，同时避免洁净气体向下窜流干扰主保护气流场，保证焊接工艺稳定性。

16、对称设置的吹气口与吸气口形成局部定向气流，防止污染物向喷嘴方向扩散，保证保护气体单元对熔池的保护效果不受干扰。气环座旋转时，吹吸作用覆盖保护镜片整个表面，消除清洁死角，尤其适应机械臂多姿态焊接作业，提高了防护一致性。