一种双工位全自动激光焊接设备及控制方法与流程
本发明涉及焊接，尤其涉及一种双工位全自动激光焊接设备及控制方法。
背景技术：
1、焊接作为汽车制造中的关键工艺环节，广泛应用于车身、副车架、电池托盘、底盘结构件及排气系统等零部件的生产制造。随着汽车工业对轻量化和碰撞安全性能的要求不断提升，高强钢、超高强钢及铝镁合金等新材料在汽车结构件中得到广泛应用，对焊接质量和焊接效率提出了更高的要求。其中，龙门式焊接设备因其结构简单、移动范围大、易于实现自动化控制等优点，已成为汽车大中型结构件焊接的主流装备之一。
2、在汽车零部件的规模化生产中，为进一步提高焊接效率，双工位乃至多工位的龙门式焊接系统被逐步推广应用。这类系统通常采用双直线电机或双移动平台交替输送待加工工件，配合龙门架及设置于龙门架上的多自由度调节组件带动焊枪移动，实现在一个工位进行焊接作业的同时，另一工位进行工件的装卸或准备，从而达到减少设备空转时间、提高生产效率的目的。部分系统还在基座外部增设焊接机械臂，以弥补龙门架焊枪在复杂姿态焊接中的灵活性不足。以汽车副车架焊接为例，副车架通常由上下板及多个加强板拼焊而成，具有焊缝长、焊道多、空间走向复杂的特点，双工位龙门式焊接系统配合外部机械臂的协同作业，已成为副车架自动化焊接生产线的主流配置。
3、具体而言，在汽车零部件双工位交替焊接作业中，当第一工位的焊接完成后，龙门架及其上的焊枪需要从当前工位移动至下一工位继续焊接。由于龙门架结构具有较大的运动惯量，其从当前位置移动至下一工位需要经历加减速过程，耗时较长，通常在3秒至8秒之间。在这一工位切换期间，焊枪必须停弧，焊缝随即进入冷却状态。对于汽车副车架常用的低合金高强钢（如hc340la、hc420la等）而言，当焊缝温度下降至800℃至500℃的临界冷却温度区间以下时，熔池完全凝固，焊缝金属的冶金反应中断。待龙门架移动到位后，焊枪在下一工位重新起弧继续焊接，此时前一焊缝的末端与后一焊缝的起始端之间形成了所谓的“冷接头”。
4、从焊接冶金学的角度分析，“冷接头”是一种典型的焊接缺陷，其本质是焊缝金属与母材金属之间或焊道金属与焊道金属之间未完全熔化结合。产生冷接头的主要原因是焊接过程中出现停弧，导致焊缝热输入中断。对于汽车结构件而言，冷接头缺陷的危害尤为突出——汽车副车架、摆臂等底盘结构件在服役过程中承受复杂的交变载荷和冲击载荷，冷接头处相当于存在微裂纹，在外力作用下极易扩展，导致结构件在焊缝处发生疲劳断裂，严重危及车辆行驶安全。此外，冷接头区域还常伴有未熔合缺陷，会显著降低焊接接头的强度和韧性，影响产品的安全性和使用寿命。
5、针对上述问题，现有技术中已有部分方案尝试进行改进。例如，有方案通过设置多把焊枪同步焊接以减少单把焊枪的切换频率，或通过优化工位布局来缩短龙门架的移动距离。然而，这些方案仅从机械结构和运动规划层面缩短工位切换时间，并未从根本上解决工位切换期间焊缝热输入中断的问题——只要焊枪在工位切换过程中停弧，焊缝就不可避免地进入冷却过程，冷接头风险始终存在。也有方案通过检测工件温度并据此调节焊接热输入，试图在重新起弧后通过工艺参数调整来弥补热输入中断造成的缺陷。但这种方式属于“事后补偿”，即在冷接头已经形成之后通过后续焊接进行修复，无法从根本上消除冷接头的产生。此外，在增设外部焊接机械臂的双工位焊接系统中，龙门架焊枪与外部焊接机械臂之间还存在着工作空间重叠、运动干涉等协同控制问题。现有技术中对双执行器的协同控制研究主要集中在避障路径规划和任务分配层面，尚未有方案将焊缝热输入连续性作为控制约束纳入双执行器的协同调度中。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明实施例提供了一种双工位全自动激光焊接设备及控制方法，用以解决现有技术在汽车结构件双工位交替焊接作业中，因龙门架大惯量运动与工位切换耗时导致焊缝热输入中断，从而在焊缝衔接处产生冷接头、未熔合等焊接缺陷，进而降低汽车结构件焊接接头疲劳强度和服役安全性的问题。
2、第一方面，本发明实施例提供一种双工位全自动激光焊接设备，包括：
3、基座；
4、第一移动机构和第二移动机构，设置于所述基座内，所述第一移动机构和所述第二移动机构的顶部分别设有承载台，所述承载台用于固定待加工工件，所述第一移动机构和所述第二移动机构被配置为驱动所述承载台在所述基座顶部移动并定位于移动路径上的任意位置；
5、龙门架，设置于所述基座的端部，所述龙门架被配置为能够沿所述基座的长度方向往复移动；
6、第一调节组件，设置于所述龙门架顶部且被配置为能够跟随所述龙门架移动，所述第一调节组件上设有沿所述基座宽度方向延伸的导向结构；
7、第二调节组件，设置于所述导向结构上且被配置为能够沿所述基座宽度方向往复移动；
8、安装架，设置于所述第二调节组件上且被配置为能够沿靠近或远离所述基座的方向往复移动；
9、第一焊枪，固定设置于所述安装架上；
10、焊接机械臂，设置于所述基座外部，并设有第二焊枪，用于与所述第一焊枪配合进行焊接作业。
11、第二方面，提供一种双工位全自动激光焊接设备的控制方法，包括：
12、获取第一焊枪在当前焊接过程中的实时焊接参数，根据所述实时焊接参数计算当前焊缝的累计热输入量；
13、获取待加工工件的材料临界冷却参数，根据所述累计热输入量和所述材料临界冷却参数确定当前焊缝的安全冷却余量；
14、获取第一焊枪的当前位置信息，根据所述第一焊枪的所述当前位置信息与所述安全冷却余量，判断所述第一焊枪从当前位置移动至下一工位是否满足预设的时间约束条件；
15、若满足所述时间约束条件，则判断所述下一工位是否处于第二焊枪的工作空间范围内；
16、若所述下一工位不处于所述第二焊枪的工作空间范围内，则控制所述第一焊枪与所述第二焊枪执行电流交接，并在所述第二焊枪接管焊接作业后，控制所述第一焊枪移动至所述下一工位；
17、若所述下一工位处于所述第二焊枪的工作空间范围内，则执行避让操作，使所述第一焊枪脱离所述第二焊枪的工作空间范围并等待所述第二焊枪撤离所述工作空间范围后，控制所述第一焊枪移动至所述下一工位；
18、若不满足所述时间约束条件，则执行如下补救操作中的至少一种：
19、控制所述第一焊枪在所述待加工工件的预设位置继续焊接以增加热量输入、延长所述第一焊枪到达所述下一工位的预设移动时间，或降低所述龙门架、第一调节组件和第二调节组件的移动加速度。
20、本发明提供的一种双工位全自动激光焊接设备及控制方法具有以下有益效果：
21、在本发明中，通过实时计算焊缝的累计热输入量并确定安全冷却余量，以热输入连续性为最高优先级约束条件反向约束工位切换时机，从根本上改变了传统焊接系统以位置和速度作为唯一控制目标的技术偏见，实现了焊接冶金学参数与运动控制逻辑的深度融合。在此基础上，通过在满足时间约束条件时执行第一焊枪与第二焊枪的电流交接，使两把焊枪在预设的重叠时间窗口内共同作用于同一熔池，交接过程中第一焊枪焊接电流呈渐变式下降、第二焊枪焊接电流呈渐变式上升，确保工位切换前后焊缝热输入保持连续、电弧不灭，从而从根源上消除了停弧所导致的冷接头和未熔合缺陷。
22、同时，通过在电流交接前引入下一工位是否处于第二焊枪工作空间范围内的空间安全判断，以及在空间冲突时执行避让操作使第一焊枪脱离第二焊枪的工作空间范围，有效保障了双执行器在协同焊接过程中的安全性，避免了空间干涉与碰撞。
23、本发明将热输入连续性的工艺保障、双执行器空间安全协同、大惯量系统时间约束管理以及双工位并行作业有机集成为一个统一的控制框架，在显著提升焊接质量的同时有效提高了焊接效率。