一种基于视觉的激光焊接装置及其焊接方法与流程

1.本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种基于视觉的激光焊接装置及其焊接方法。


背景技术：

2.随着人们生活水平的提高，人们越来越重视首饰品的材质、造型等等。为了满足人们的不同的需求，需要对一些体积小、不规则形状的金属制品进行焊接，由于一些首饰品的结构不规则，在焊接过程需要反复调整焊接位置、角度进行焊接。
3.但是现有的焊接装置一般针对规则、平整或者常见的形状的工件进行焊接。但是在处理不规则的首饰物品时，焊接过程中很难平衡好理想的焊接角度，容易产生焊接死角，焊接出来的效果不理想。


技术实现要素：

4.发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种基于视觉的激光焊接装置及其焊接方法。
5.技术方案：一种基于视觉的激光焊接装置，包括第一机架； 焊接机构，设于所述第一机架上；所述焊接机构包括：激光焊接头以及设于所述焊接头一侧的摄像机；所述激光焊接头及摄像机被设置沿着预设方向移动；调整机构，设于所述焊接机构一侧，用于实现对工件任意部位的焊接；所述调整机构包括一具有敞口的容纳件，与所述容纳件连接的转动组件，以及设于所述容纳件内的翻转组件；所述激光焊接头具有远离工件的初始状态和与工件接触的焊接状态；当处于焊接状态时，所述激光焊接头部分位于所述容纳件内；所述摄像头被设置对初始状态和焊接状态的进行信息采集，并将采集到的信息输送至终端；所述终端被设置对采集到的信息进行分析处理、储存，并对激光焊接头发出执行指令。
6.在进一步的实施例中，所述翻转组件包括：固定在所述容纳件内的第二机架，传动连接于所述第二机架上的翻转板，所述翻转板被设置为安装多组夹持组件；还包括：两组分别设于所述翻转板两侧的转动轴，与所述转动轴一端连接的张紧齿轮，通过张紧带与所述张紧齿轮连接的第一驱动电机，套接在所述转动轴上的圆形座，设在所述圆形座上的吹风组件，以及一端与所述翻转板传动连接且另一端与所述容纳件传动连接的伸缩件。
7.通过采用上述技术方案，调整伸缩件的长度和角度，实现对翻转板角度的调整，从而对夹持组件上的工件进行翻转调整，有利于确定焊接点，实现多角度焊接，提高焊接效率以及效果，更能满足用户需求；在焊接完毕后，吹风组件对工件进行间歇性吹风冷却，既能对工件进行冷却提高寿命减少，减少因焊接产生的高温对工件的损伤，又能保证焊接熔接温度的需求。
8.在进一步的的实施例中，翻转板转动的角度与伸缩件伸缩的长度的关系满足以下
公式：其中，x为伸缩件伸缩的长度，θ为工作时翻转板转动的角度，h为第二机架的高度，m为伸缩件与第二机架的距离，l为伸缩件与翻转板的连接点、第二机架与翻转板的连接点两点之间的距离，ω为翻转板与第二机架之间初始夹角，s为伸缩件初始长度。
9.在进一步的实施例中，所述夹持组件，包括固定在所述翻转板表面的安装板，设于所述安装板上且具有空腔的安装部，与所述安装部传动连接的第一夹持件，设于所述安装部内部的螺纹杆，与所述螺纹杆传动连接的第二夹持件，设于所述第二夹持件内侧面的定位组件，以及用于驱动螺纹杆运动的驱动单元。
10.通过采用上述技术方案，第一夹持件与第二夹持件形成的夹持空间对工件进行夹持，借助螺纹传动实现第二夹持件的上下移动，第二夹持件向下移动时，夹持空间变小，对工件贴合度较高夹持效果好，第二夹持件向上移动时，夹持空间变大，有利于工件的移除。
11.在进一步的实施例中，所述定位组件，包括竖向设于所述第二夹持件内侧面的第三机架，平行设置在所述第三机架上的电动滑轨和直杆，同时与所述滑轨和直杆传动连接的滑动块，以及设于所述滑块上的定位板。
12.通过采用上述技术方案，移动定位板使得定位板在工件的重心位置，定位板对工件进行支撑，防止工件发生侧移。
13.在进一步的实施例中，所述夹持组件还包括设于安装部内部且上下端设有引导部的多组竖向柱，多组穿过所述引导部并形成闭合区域的弹性条，以及设于相对弹性条之间的多组竖向杆；所述竖向柱与弹性条形成容纳空间，部分所述竖向柱可沿着预定的方向进行移动，实现容纳空间的大小变化。
14.通过采用上述技术方案，竖向柱与弹性条形成的容纳空间对工件实现定位的效果，容纳空间形状大小可变化，更能适用于安装部的定位。
15.在进一步的实施例中，所述转动组件包括：设于所述第一架体一侧的第二驱动电机，与所述第二驱动电机连接的传动轮，通过传送带与所述传动轮连接的从动轮，以及一端与所述从动轮连接且另一端与所述容纳件连接的转动杆。
16.通过采用上述技术方案，通过传动轮、从动轮以及转动杆实现对容纳件的转动，从而实现对工件的角度调整。
17.在进一步的实施例中，所述焊接机构还包括：用于固定所述激光焊接头的固定板，与所述固定板连接的竖向运动组件，以及与所述竖向运动组件且固定在第一机架上的横向运动组件。
18.通过采用上述技术方案，实现对焊接头的横向或竖向移动，使得焊接头与焊接头的相对位置可调整，提高焊接的灵活性。
19.一种采用上述所述的基于视觉的激光焊接装置的焊接方法，包括：步骤一：将工件固定在夹持组件上，通过摄像头对初始状态进行信息采集，确定初次焊接点后，终端根据采集到的信息进行分析处理、储存，对焊接机构发出执行指令，移动
焊接机构，对工件进行初次焊接；步骤二：转动容纳件以及调整翻转板的角度，确定工件的下一个焊接点，移动焊接机构，对工件进行再次焊接；步骤三：重复转动容纳件以及调整翻转板的角度，确定工件剩余的焊接点，直至焊接完成。
20.有益效果：通过容纳件以及翻转板，依次确定焊接点，使得焊接点相对于焊接头位置距离更佳，减少焊接死角，能达到更适合的焊接角度，提高焊接的效果，减少焊接位置不佳而导致的材料浪费，并且采用摄像头对激光焊接头的初始状态和焊接状态进行信息采集，终端再根据信息对激光焊接头发出执行指令，使得整个焊接过程精度更高，容错率降低。
附图说明
21.图1是本发明的结构示意图。
22.图2是翻转组件的结构示意图。
23.图3是夹持组件的结构示意图。
24.图4是定位组件的结构示意图。
25.图5是本发明局部的结构示意图。
26.图6为伸缩件与翻转板的关系示意图。
27.图1至图6中各标注为：第一机架1、激光焊接头2、容纳件3、翻转板4、第二机架5、转动轴6、张紧齿轮7、第一驱动电机8、圆形座9、吹风组件10、伸缩件11、安装板12、安装部13、第一夹持件14、第二夹持件15、第二驱动电机16、固定板17、定位板18、第三机架19、直杆20、电动滑轨21、滑动块22、竖向杆23、竖向柱24、弹性条25。
具体实施方式
28.为了解决现有技术中存在的问题，申请人对现有各种方案进行了深入地分析，具体如下：现有的焊接装置一般针对规则、平整或者常见的形状的工件进行焊接，如果工件为体积小或不规则形状的金属制品时，现有的焊接装置在焊接过程中很难平衡好预定的焊接角度，焊接出来的效果不理想，而且随着人们生活质量的提升，人们对首饰品的质量要求也越来越高，主要体现在对首饰品的形状或者个性化设计，当对首饰品进行加工生产时，根据客户需求，需要对首饰品反复进行不同位置或不同表面的焊接，显然现有的焊接装置不能满足如此复杂的需求。
29.为此申请人提出了以下解决方案，如图1至5所示，本实施例提供了一种基于视觉的激光焊接装置，包括第一机架1、焊接机构、调整机构和多组夹持组件。在第一机架1上安装焊接机构，焊接机构可在竖向和横向上移动，焊接机构包括多组激光焊接头2和摄像机；调整组件设置在焊接机构下方。激光焊接头及摄像机被设置沿着预设方向移动。激光焊接头2具有远离工件的初始状态和与工件接触的焊接状态；当激光焊接头2处于焊接状态时，激光焊接头2部分处于容纳件内；摄像头被设置对初始状态和焊接状态的信息采集，并将采集到的信息输送至终端；终端被设置对采集到的信息进行分析处理、储存，并对激光焊接头
发出执行指令。摄像头对初始状态进行信息采集，获取焊接点接口的尺寸大小，终端根据采集到的信息对激光焊接头2发出指令，激光焊接头2移动至焊接点接口一侧，进行焊接。摄像头对焊接状态进行信息采集，获取焊接点工件融化情况以及熔接情况，终端根据采集到的信息对激光焊接头2发出指令，激光焊接头2移动，结束焊接。
30.在一些工况下，如工件的加工范围为全表面或者是大部分表面，现有的焊接装置，当对工件的一个表面焊接完毕后，要对另一面进行焊接，在现有的技术中，一般为将工件从夹持工具上卸下，进行调整位置，再进行夹持，由于此过程为人工，不可避免地会产生误差，或者旋转机构对工件进行旋转，然而工件仅通过旋转位置，在仅仅在二维水平面上转动，调整焊接点的方向，不能进行三维空间的调整，部分焊接点相对于激光焊接头会因为自身的形状导致距离激光焊接头较远或者产生焊接四角，使得焊接位置或角度不理想，从而影响焊接效果。为了解决此问题，设计以下技术方案：调整机构包括容纳件、转动组件和翻转组件。转动组件进行360度转动。容纳件3顶部具有敞口。在容纳件3内固定安装翻转组件，在工作时，激光焊接头（或者称为焊接头）部分位于容纳件内，容纳件的内壁同时进行遮挡，防止焊接的火花溅出，减少伤人的情况发生。翻转组件用于实现进行角度翻转，翻转组件包括翻转板4以及使翻转板4翻转的翻转组件。在翻转板4的表面上设置多组夹持组件，用于夹持工件。通过翻转组件的翻转角度以及转动组件的转动使得工件的焊接点能在三维空间上位置发生变化，减少焊接死角，使得焊接头能精准焊接，实现更好的焊接效果。
31.翻转组件包括：第二机架5、转动轴6、张紧齿轮7、第一驱动电机8、圆形座9、吹风组件10以及伸缩件11。第二机架5固定在容纳件3内，可随容纳件转动而转动，翻转板4的内表面与第二机架5铰接，两组转动轴6通过轴承安装在翻转板4的两侧，在两组转动轴6的一端分别安装有张紧齿轮7，两组张紧齿轮7分别于通过张紧带与第一驱动电机8连接，通过第一驱动电机8驱动转动轴6同时转动，分别在转动轴6上套接圆形座9，圆形座9可随转动轴6转动，吹风组件10安装在圆形座9上，吹风组件10可对工件输送风。吹风组件至少包括风嘴、直管以及风扇，即现有技术中能实现吹风的结构，在此不在赘述。伸缩件11一端与翻转板4内表面铰接，另一端与容纳件3铰接。伸缩件11为电动推杆或伸缩气缸，可实现角度转动和伸缩。伸缩件与第二机架的底端在同一水平线上且第二机架竖直安装。在工作时，根据需求，调整伸缩件11的整体长度以及角度，从而调整翻转板4的角度，实现工件的翻转。
32.如图6所示，设第二机架的高度为h，伸缩件与第二机架的距离为m，伸缩件与翻转板的连接点、第二机架与翻转板的连接点两点之间的距离为l，翻转板与第二机架之间初始夹角为ω，伸缩件初始长度为s，工作时翻转板需要转动的角度为θ，则翻转板转动θ后，伸缩件伸缩的长度x满足以下公式：在焊接过程中，激光产生的热量将工件部分表面快速升温，接头处融化，进行熔接，完成工作后，接头处的温度如果不能及时地降下来，将会对工件材质造成损伤，所以在关闭激光焊接头2后，对工件进行间歇性吹风，对工件进行冷却。如果对工件进行直吹风，会对工件进行迅速降温，但接头处的熔接过程需要一定的温度进行饱和熔接，如果工件表面
的迅速降温后，会影响熔接过程，使得熔接效果不好，所以采用间歇式降温，既能对工件进行降温又能保证熔接效果。
33.在进一步的实施例中，夹持组件包括安装板12、安装部13、第一夹持件14、螺纹杆、第二夹持件15以及用于驱动螺纹杆运动的驱动单元。安装板12固定在翻转板4的表面，随着翻转板4的转动而转动，安装部13固定在安装板12上，具有空腔，安装部13一侧具有一短杆，第一夹持件14套接在直杆20上，第一夹持件14在直杆20上可进行转动，第一夹持件14可为空心圆柱体，螺纹杆安装在安装部13内，第二夹持件15内部设有与螺纹杆适配的螺纹，通过螺纹传动，第二夹持件15能进行上下移动。第二夹持件15具有一开口，开口上窄下宽。第一夹持件14与第二夹持件15形成夹持空间，固定工件时，首先将工件放在夹持空间内，然后通过螺纹传动第二夹持件15向下移动，由于开口上窄下宽，工件与第一夹持件14以及第二夹持件15形成的空隙会越来越小，最后工件被稳稳固定在夹持空间内。当工件需要抽出时，第二夹持件15向上移动，由于第一夹持件14也是可以转动的，当工件同时向上抽出时，带动第一夹持件14转动，有利于工件抽出，并减少对工件的损伤。
34.在进一步的实施例中，转动组件包括第二驱动电机16、传动轮、从动轮和转动杆，第二驱动电机16安装在第一架体的一侧，传动轮与驱动电机连接，并通过传送带与从动轮连接，转动杆一端与从动轮连接实现转动，另一端与容纳件3连接，用于带动容纳件3转动。
35.在进一步的实施例中，焊接机构还包括固定板17、横向运动组件以及纵向运动机构，焊接头安装在固定板17上，固定板17固定在竖向运动组件上，竖向运动组件可为电机皮带传动或者竖向电动丝杆滑动模组，竖向运动组件固定在横向运动组件上，横向运动组件安装在第一机架1上，横向运动组件可为电机皮带传动或者横向电动丝杆滑动模组，此方案实现焊接头能在横向或竖向运动，根据需求调整焊接头的位置。
36.在焊接工作中，将翻转板4从一个角度倾斜翻转至另一个角度倾斜，或者说第一夹持件14与第二夹持件15的空间位置发生变化，由第一夹持件14在上转换至第二夹持件15在上或者时其他情况，总而言之因为第一夹持件14与第二夹持件15的夹持状态发生变化，工件的空间位置也会发生变化，工件因为自身的重力作用，会相应的发生相对移动，又因为工件为异形，第一夹持件14、第二夹持件15与工件三者的间隙会发生变化，从而导致夹持效果不好，所以为了解决此问题，设计以下技术方案：在进一步的实施例中，在第二夹持件15内侧面或者说相对于第一夹持件14那面设有定位组件，定位组件包括第三机架19、电动滑轨21、直杆20、滑动块22以及定位板18。
37.第三机架19竖向安装在第二夹持件15内侧面，电动滑轨21和直杆20平行设置在第三机架19上，滑动块22同时与滑轨和直杆20滑动连接，定位板18安装在滑块上，可随滑块滑动。当工件因为重力向下倾斜时或者说工件与第二夹持件15的间隙发生变化，足以使得工件的位置不稳定时，定位板18进行移动，达到预定的位置，对工件起到支撑的作用，使得工件的重心在夹持空间的中心，保持工件稳定，减少侧移。定位板18设计为悬臂梁结构，是因为工件为异形，当工件对定位板18挤压时，定位板18发生形变，便于工件移动，换言之如果定位板18下方固定两个滑块，当定位板18与工件接触时，为刚性接触，遇到工件表面阻碍，不能顺利滑动。
38.在一些工况下，工件材质为软金属，在上述实施例中，定位板18在挤压工件时会对工件造成损伤，使得工件变形，所以在进一步的实施例中，定位板18采用复合层结构，第一
层也即于工件接触层为柔性层，中间层为磁性层，第三层也即与滑动块接触层为硬性层，该复合层可对工件进行一定程度的吸附，接触工件时，柔性层可对工件进行保护，磁性层对工件进行吸附，硬性层为定位板提供支撑力，定位板18在此结构下，既能对工件进行保护，又能对工件进行定位固定，保持工件的位置。在一些工况下，工件为异形，当工件放置于第一夹持件14与第二夹持件15之间的夹持空间内，安装部13下端无约束，在翻转过程中因重力作用发生侧移，为了解决此问题，提出以下技术方案：在进一步的实施例中，还包括多组竖向柱24，多组弹性条25以及多组竖向杆23。竖向柱24设于安装部13的空腔内，部分竖向柱24为固定状态，部分竖向柱24为可滑动状态，竖向柱24的上下端沿着圆周方向开设由引导部，弹性条25与引导部接触，则会形成一个闭合的引导区域，在上下的弹性条25之间设置多组竖向杆23，竖向杆23排布的疏密程度根据工件的形状设置。在焊接过程中，根据工件的形状调整部分竖向柱24的位置，使得竖向柱24与弹性条25形成的引导空间变化，牢牢地将工件固定住，减少工件的侧移，提高焊接效果。
39.工作原理如下：将工件固定在夹持组件上，首先将工件放在第一夹持件14与第二夹持件15形成的夹持空间内，然后通过螺纹传动第二夹持件15向下移动，由于第二夹持件15开口上窄下宽，工件与第一夹持件14以及第二夹持件15形成的空隙会越来越小，最后工件被固定在夹持空间内。确定工件的第一焊接点，通过横向运动组件和竖向运动组件调整焊接头的位置，对工件进行初次焊接。随后启动第二驱动电机16，通过传动轮、从动轮以及转动杆工作进行对容纳件3的转动，翻转组件随着容纳件3转动，调整伸缩件11的整体长度以及角度，带动翻转板4进行角度转动，实现工件的翻转，在工件翻转过程中，移动定位板18到达工件的重心位置，对工件进行支撑，保持工件稳定减少侧移，并且移动部分竖向柱24，使得竖向柱24与弹性条25形成的引导空间变化，与工件进行适配贴合，提高工件的稳定性；随后再次确定第二焊接点，移动焊接头进行焊接；重复转动容纳件3以及调整翻转板4的角度，确定工件的剩余的焊接点，直至焊接完成。在焊接完成后，启动驱动电机，带动转动轴6转动，转动轴6上的吹风组件10对工件进行间接性吹风冷却；待工件完全冷却后，将工件抽出，第二夹持件15向上移动，当工件同时向上抽出时，带动第一夹持件14转动，有利于工件抽出，并减少对工件的损伤。
40.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。