一种激光滚压随焊装置的制作方法

1.本发明属于激光制造技术及设备领域，涉及一种焊接设备，特别是涉及一种激光滚压随焊装置。


背景技术：

2.激光焊接技术具有非接触连接、热影响区小等特点，在汽车工业领域具有广泛的应用前景，可代替传统的电阻点焊，其接头形式大多为搭接焊接。但是，目前常见的激光焊接工装需要提前对被焊工件进行预压紧，比如目前的碳纤维金属焊接，需要提前对待焊金属板和碳纤维层上下布层并进行预压紧，该过程需要一定的时间，降低了生产效率，不利于经济效益的提高。因此，亟待一种附带压紧装置的激光焊接工作头，可在不提前对被焊工件进行预压紧的情况下实现随焊压紧。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种激光滚压随焊装置，其可在不提前对被焊工件进行预压紧的情况下实现随焊压紧，以解决目前激光焊接工装需要提前对被焊工件进行预压紧，导致整个工艺流程时间变长，从而降低了生产效率的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供一种激光滚压随焊装置，包括：
6.机床连接板；
7.滑动板，所述滑动板滑动安装于所述机床连接板上，所述滑动板能够相对所述机床连接板沿第一方向滑动；
8.压紧轮组件，所述压紧轮组件包括压力传导系统、压紧轮支架和压紧轮；其中，所述压力传导系统包括直线滚珠导套、支架连接杆和压缩弹簧，所述直线滚珠导套滑动安装于所述滑动板，所述直线滚珠导套能够相对所述滑动板沿第二方向滑动，所述支架连接杆贯穿所述直线滚珠导套后与所述压紧轮支架连接，所述支架连接杆的外部套设所述压缩弹簧，且所述压缩弹簧的两端分别与所述直线滚珠导套和所述压紧轮支架相抵，所述压紧轮转动安装于所述压紧轮支架上；焊接过程中，所述压紧轮能够在所述压力传导系统的作用下始终压紧于待焊件的上方；
9.预紧轮组件，所述预紧轮组件包括预紧压轮支架和转动安装于所述预紧压轮支架上的预紧轮，所述预紧压轮支架安装于所述滑动板上；所述预紧轮组件沿所述第二方向安装于所述压紧轮组件的前方和/或后方；所述预紧轮组件能够压紧于所述待焊件的上方；
10.激光头焊接系统，所述激光头焊接系统包括激光发射组件和激光头背座支架，所述激光头背座支架滑动安装于所述滑动板上，所述激光发射组件滑动安装于所述激光头背座支架上，且所述激光发射组件能够相对所述激光头背座支架沿第三方向滑动；
11.所述第二方向为所述激光发射组件的焊接走向，所述第二方向、所述第一方向和所述第三方向之间两两相互垂直。
12.可选的，所述机床连接板上安装有沿所述第一方向设置的导轨，所述滑动板上固定设置有滑块，所述滑动板通过所述滑块与所述导轨滑动连接；所述滑动板与一驱动机构连接，所述驱动机构用于驱动所述滑动板沿所述导轨滑动。
13.可选的，所述滑动板上开设有沿所述第二方向设置的直线滚珠导套滑动槽，所述直线滚珠导套与所述直线滚珠导套滑动槽活动连接，并通过螺栓副固定位置。
14.可选的，所述滑动板上开设有沿所述第一方向设置的激光头背座支架滑动槽，所述激光头背座支架与所述激光头背座支架滑动槽活动连接，并通过螺栓副固定位置。
15.可选的，所述预紧轮组件沿所述第二方向安装于所述压紧轮组件的前方和后方；其中，
16.位于所述压紧轮组件前方的所述预紧轮组件通过滑杆支架安装于所述滑动板上，所述滑杆支架平行于所述第二方向设置，且位于所述压紧轮组件前方的所述预紧轮组件与所述滑杆支架滑动连接；
17.位于所述压紧轮组件后方的所述预紧轮组件固定安装于所述滑动板上。
18.可选的，所述滑杆支架的一端固定于所述滑动板，另一端延伸至所述滑动板之外，且所述滑杆支架的向外延伸的一端位于所述激光头背座支架的下方。
19.可选的，所述激光发射组件包括准直镜和与所述准直镜连接的光束整形机构，所述光路整形机构能够将所述准直镜发射的激光投射至所述压紧轮组件和位于所述压紧轮组件前方的所述预紧轮组件之间；
20.所述准直镜的外周包覆有准直镜抱环；所述激光头背座支架上开设有沿所述第三方向设置的激光头背座滑动槽，所述准直镜抱环通过激光头背座与所述激光头背座滑动槽滑动连接，并通过螺栓副固定位置。
21.可选的，所述准直镜抱环包括固定端半环和可动端半环，所述固定端半环与所述激光头背座固定连接，所述可动端半环通过螺栓与所述固定端半环对接，以将所述准直镜包覆在内。
22.可选的，所述激光头背座支架为l型背座支架，其包括平行于所述第二方向的第一背板和平行于所述第三方向的第二背板，所述第二背板与所述第一背板垂直连接，所述第一背板与所述激光头背座支架滑动槽活动连接，并通过螺栓副固定位置。
23.可选的，所述光束整形机构为积分镜，所述积分镜能够将所述准直镜发射的激光转变成方形光斑后投射至所述压紧轮组件和位于所述压紧轮组件前方的所述预紧轮组件之间。
24.可选的，所述激光发射组件位于所述压紧轮组件的前方，所述压紧轮组件与所述激光发射组件之间设置有一保护气喷嘴；所述保护气喷嘴安装于所述滑动板上，能够在焊接过程中向所述待焊件的待焊接处喷射惰性气体，以在所述待焊接处形成焊接保护气氛。
25.可选的，所述压紧轮包括由内至外依次叠套的轴承轴、轴承和压轮外环；所述轴承轴内穿设有光轴，所述光轴的两端用于与所述压紧轮支架连接；
26.所述预紧轮与所述压紧轮的结构完全相同，所述预紧轮中的所述光轴的两端用于与所述预紧压轮支架连接。
27.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
28.本发明提出的激光滚压随焊装置，能够在不提前对待焊工件进行预压紧的情况下
实现随焊压紧，即将待焊工件搭叠在一起，在焊接过程中通过预紧轮配合压紧轮即可使待焊工件中上下层之间紧密接触，减少了整个工艺流程的时间，从而解决了目前激光焊接工装需要提前对被焊工件进行预压紧，导致整个工艺流程时间变长，从而降低了生产效率的问题。通过压力传导系统，可确保压紧轮在焊缝高度发生波动时压力保持恒定，使压紧轮与待焊工件始终保持接触，有利于提升焊接质量。本发明提出的激光滚压随焊装置结构简单、易于组装、工作稳定、控制精度高、压轮压力可调，实用性强。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明实施例所公开的可实现随焊压紧的激光滚压随焊装置的装配图；
31.图2为本发明实施例所公开的气缸系统的装配爆炸图；
32.图3为本发明实施例所公开的机床连接板及导轨的装配爆炸图；
33.图4为本发明实施例所公开的压力传导系统的装配爆炸图；
34.图5为本发明实施例所公开的压紧轮的装配爆炸图；
35.图6为本发明实施例所公开的激光头焊接系统的装配爆炸图；
36.图7为本发明实施例所公开的预紧轮组件的装配爆炸图。
37.其中，附图标记为：100
‑
激光滚压随焊装置，1
‑
机床连接板，2
‑
气缸固定块，3
‑
气缸，4
‑
导轨，5
‑
气缸
‑
滑动板连接块，6
‑
滑块，7
‑
滑动板，7
‑1‑
直线滚珠导套滑动槽，7
‑2‑
激光头背座支架滑动槽，7
‑3‑
螺纹孔，7
‑4‑
螺纹孔，8
‑
直线滚珠导套，9
‑
支架连接杆，10
‑
压缩弹簧，11
‑
压紧轮支架，11
‑1‑
通孔，11
‑2‑
螺纹孔，11
‑3‑
轴承轴卡槽，12
‑
压紧轮，12
‑1‑
压轮外环，12
‑2‑
轴承，12
‑3‑
光轴，12
‑4‑
轴承轴，13
‑
滑杆支架，14
‑
预紧压轮支架，14
‑1‑
滑动槽，14
‑
2轴承轴卡槽，15
‑
积分镜，16
‑
保护气喷嘴，17
‑
准直镜抱环，17
‑1‑
固定端半环，17
‑2‑
可动端半环，18
‑
激光头背座，19
‑
激光头背座支架，19
‑1‑
激光头背座滑动槽，19
‑2‑
螺纹孔，20
‑
准直镜。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明的目的之一是提供一种激光滚压随焊装置，其可在不提前对被焊工件进行预压紧的情况下实现随焊压紧，以解决目前激光焊接工装需要提前对被焊工件进行预压紧，导致整个工艺流程时间变长，从而降低了生产效率的问题。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.实施例一
42.如图1
‑
7所示，本实施例提供一种激光滚压随焊装置100，主要由机床连接板1、气缸系统、滑动板7、压紧轮组件、预紧轮组件和激光头焊接系统组成。其中：
43.机床连接板1竖直设置，其表面通过螺栓安装有两条直线型的导轨4，两条导轨4平行间隔布置。
44.气缸系统括一气缸固定块2，通过上端表面的通孔固定在机床连接板1上；一气缸3；一气缸
‑
滑动板连接块5，为l型结构，气缸3的伸缩杆穿过气缸固定块2上端的通孔与气缸
‑
滑动板连接块5连接，气缸
‑
滑动板连接块5的下端与滑动板7连接。
45.滑动板7的表面开有用于实现压紧轮组件沿y轴方向滑动的直线滚珠导套滑动槽7
‑
1、用于实现激光头焊接系统沿z轴方向滑动的激光头背座支架滑动槽7
‑
2及分别安装前后方预紧压轮支架14的螺纹孔7
‑
3、7
‑
4；滑动板7的背面安装有四块滑块6，四块滑块6呈两列分布，每一列分别与一条导轨4滑动配合。
46.压紧轮组件包括压紧轮支架11、压紧轮12和压力传导系统。压力传导系统包括直线滚珠导套8、支架连接杆9和两端配置有导套的压缩弹簧10，直线滚珠导套8通过螺栓副(即螺栓配合螺母)安装在滑动板7表面的直线滚珠导套滑动槽7
‑
1上，压缩弹簧10的上导套与直线滚珠导套8下端平面接触，压缩弹簧10的下导套通过螺栓与压紧轮支架11连接。压紧轮支架11的上表面有通孔11
‑
1及螺纹孔11
‑
2，侧面开有轴承轴卡槽11
‑
3；支架连接杆9依次穿过直线滚珠导套8、压缩弹簧10及通孔11
‑
1与压紧轮支架11连接。压紧轮12包括压轮外环12
‑
1、轴承12
‑
2、光轴12
‑
3和轴承轴12
‑
4，轴承12
‑
2卡在压轮外环12
‑
1内，并卡在光轴12
‑
3的中间位置处，而光轴12
‑
3卡在轴承轴12
‑
4的中间位置处，且光轴12
‑
3的两端与压紧轮支架11内壁接触，轴承轴12
‑
4通过轴承轴卡槽11
‑
3与压紧轮支架11连接。轴承轴12
‑
4的两端配置螺纹，可通过与对应的螺栓配合实现其在压紧轮支架11上的固定。焊接过程中，压紧轮12能够在压力传导系统的作用下始终压紧于待焊件的上方，能够实现焊缝高度发生波动时压力保持恒定，且压力可调范围广。
47.激光头焊接系统包括一激光头背座支架19，其为l型背座支架，包括第一背板和第二背板，第二背板与第一背板垂直连接，第一背板通过螺纹孔19
‑
2安装在滑动板7表面的激光头背座支架滑动槽7
‑
2上，其侧面开有用于实现激光头背座18沿x轴方向滑动的激光头背座滑动槽19
‑
1；一激光头背座18，安装在激光头背座滑动槽19
‑
1上；一准直镜抱环17，包括固定端半环17
‑
1及可动端半环17
‑
2，其中固定端半环17
‑
1与激光头背座18连接，可动端半环17
‑
2通过螺栓与固定端半环17
‑
1对接，以将准直镜20包覆在内；一准直镜20，卡在准直镜抱环17内，通过改变固定端半环17
‑
1与可动端半环17
‑
2之间的紧固程度可使准直镜20自由转动；一积分镜15，与准直镜20连接；一保护气喷嘴16，可与积分镜15或滑动板7连接。作为优选方式，可将保护气喷嘴16安装在积分镜15上。
48.预紧轮组件包括一沿y轴布置的滑杆支架13，其表面开有沿y轴布置的滑动槽，通过螺纹孔7
‑
3安装在滑动板7表面；两预紧压轮支架14，任意预紧压轮支架14的侧面开有滑动槽14
‑
1及轴承轴卡槽14
‑
2，其中一个预紧压轮支架通过滑动槽14
‑
1与滑杆支架13连接，作为前预紧压轮支架，另一个通过滑动槽14
‑
1安装在滑动板7表面，作为后预紧压轮支架。任意预紧压轮支架14上均安装一预紧轮，该预紧轮与上述压紧轮12的结构完全相同，其与预紧压轮支架14之间的安装方式也和压紧轮12与压紧轮支架11之间的安装方式相同，在此不再赘述。前后预紧轮组件中的预紧轮均能够压紧于待焊件的上方，所谓“前”是指预紧轮
组件(预紧压轮支架)位于压紧轮组件的前方(图1所示右侧)，主要对待焊件的未达到压紧轮组件的部分进行预压紧；同理，所谓“后”是指预紧轮组件(预紧压轮支架)位于压紧轮组件的后方(图1所示左侧)，主要对待焊件的已经经过焊接且经过压紧轮组件的部分进行压紧，可防止焊接后的部分发生变形，有利于提升焊接质量。在本实施例中，压紧轮组件的前方和后方可分别设置有至少一组预紧轮组件，压紧轮组件也可至少设置一组，作为优选方式，压紧轮组件设置单组，压紧轮组件的前后分别设置一组预紧轮组件，积分镜15和保护气喷嘴16均位于前方预紧轮组件和压紧轮组件之间，压紧轮组件和其前后两组预紧轮组件中的压轮的运行轨迹均位于y向上。
49.在本实施例中，上述各处的“y向”统指一个方向，即待焊工件的焊接走向(即形成焊缝的延伸方向)，本实施例中具体可为图1所示的左右方向；相应的，上述各处的“x向”和“z向(对应前述的第一方向)”也分别统指一个方向，“x向”、“y向”和“z向”两两相互垂直，其中“x向”具体可为图1所示的前后方向，“z向”具体可为图1所示的上下方向。在激光滚压随焊装置100中，轨道4、激光头背座支架滑动槽7
‑
2、滑动槽14
‑
1均沿“z向”布置(对应前述的第一方向)，直线滚珠导套滑动槽7
‑
1、滑杆支架13以及其上的滑槽均沿“y向”布置(对应前述的第二方向)，激光头背座滑动槽19
‑
1沿“x向”布置(对应前述的第三方向)。压紧轮组件中的压紧轮12的起伏方向，以及气缸3中活塞杆的伸缩方向也是沿上述“z向”。
50.本实施例中，气缸系统主要用于驱动滑动板7以及其上组件沿“z向”(对应前述的第一方向)滑动调节，实际操作中，还可以采用丝杠螺母组件、齿轮齿条组件以及液压缸等替换气缸系统进行对滑动板7的升降(上下)调节。
51.本实施例中，滑杆支架13和激光头背座支架19安装于滑动板7的同一侧，比如图1中所示的“右侧”，滑杆支架13的一端固定于滑动板7，另一端延伸至滑动板7之外，且滑杆支架13的向外延伸的一端位于激光头背座支架19的正下方。滑杆支架13的一端伸出滑动板7设置，可以扩大对前预紧轮组件的“y向”调节范围。
52.本实施例中，激光头焊接系统中激光发射组件包括准直镜20和与准直镜20连接的积分镜15，准直镜20连接现有的激光发射设备，积分镜15作为常见的光束整形机构不仅可以改变准直镜20所发射激光的发射路径，而且可以将准直镜20发射出的圆形光斑转化为方形(矩形)光斑，激光头焊接系统发射的矩形光斑投射至压紧轮组件和位于压紧轮组件前方的预紧轮组件之间，完成对此段待焊接工件的焊接。比如在金属与复合材料(比如碳纤维预浸料)的焊接工作中，方形(矩形)光斑的能量密度分布更加均匀，其温度低于焊材(金属板)的蒸发阈值，能够有效抑制深熔(或称之为“较难形成深熔”)，从而改善焊接质量。其中，积分镜15的工作原理为现有技术，在此不再赘述。
53.本实施例中，保护气喷嘴连接惰性气体源，能够在焊接过程中向待焊件的待焊接处喷射惰性气体(比如氮气、氦气等)，以在待焊接处形成焊接保护气氛。
54.本实施例中，机床连接板1用于连接在机床等相关焊接设备上。实际操作中，激光滚压连接装置与待焊接工件产生相对运动，可以采用驱动激光滚压连接装置运动、待焊接工件静止的方式、激光滚压连接装置静止、驱动待焊接工件运动的方式或激光滚压连接装置和待焊接工件同时相对运动的方式。
55.本实施例中，压缩弹簧10优选为圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧，材料为d级碳素弹簧钢丝(gb/t 4357，弹性模量为206gpa)，上下端均有导套，分别与直线滚珠导套8下端平面、
压紧轮支架11上端平面连接，以实现压力沿z轴方向的均匀分布，避免压缩弹簧沿x
‑
y方向发生形变。在焊接过程中可通过测量压缩弹簧的形变量可计算出施加在待焊工件表面的压力值。
56.由此可见，本发明提出的可实现随焊压紧的激光滚压连接装置，解决了目前常见的激光焊接工装需要提前对被焊工件进行预压紧，导致整个工艺流程时间变长的问题，可提高生产效率。另外本发明通过在压紧轮上连接压力传导系统，能够实现焊缝高度发生波动时对焊接件保持恒定压力压持，且压力可调范围广。机床连接板与压力传导系统间安装有气缸系统，其中气缸具有柔性刚度效应，在焊缝高度发生波动时，可以保证压轮与焊缝间的良好接触。因此本发明提出的激光滚压随焊装置结构简单、设计合理、易于组装、工作稳定、控制精度高、可控性好、压轮压力可调、操作使用方便，实用性强。
57.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
58.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。