[发明专利]一种用于激光焊接的垂直检测装置和检测方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种激光焊接检测装置和方法，尤其涉及一种激光焊接过程光束垂直入射超厚度板材的检测装置。

背景发明

激光焊接是一种具有焊接快速、非接触、热输入少、变形小、焊缝深宽比大、焊接质量高等特点的新加工方法，已广泛应用于常规材料和难熔金属材料的加工。对于厚度较小的板件(<10mm)，采用激光焊接效果比传统的好。而在能源、造船、航天航空、核电站、管道等大型结构厚板的焊接领域，通常采用埋弧焊、熔化极气保护焊、开坡口多层多道焊、激光复合焊等焊接方法，随着板厚的增加，焊接层数增加，在实际生产中准备工序和焊接加工的时间增加，从而造成生产效率下降和焊接成本增加；同时由于输入的线能量大，热影响区大，焊接接头组织粗大，导致焊后接头残余应力、变形大，焊接接头力学性能下降等。

近年来，随着超高功率激光器不断涌现，为能源、造船、航天航空、核电站、管道、汽车等大型结构厚板的一次成形焊接开辟了新的渠道。但对于超过一定厚度(≥10mm)板材进行激光对接焊时，聚焦光斑与板材表面位置需要精准对位。激光束与板材表面发生偏斜都有可能造成焊接失败。而在实际试验和生产应用中，由于不可避免的存在机器人调节误差，或者板材装配精度误差等情况，就会造成激光光束与工件表面在垂直方向上产生向左右、前后的偏斜，而在激光深熔焊接厚板时，激光光束聚焦到板材表面进行熔化、汽化，形成细长小孔，焊缝成形表现为深且窄。在这种情况下，一旦激光光束与工件表面在垂直方向产生向左或向右偏倾斜就可能造成焊缝成形不稳定(假设两对接端面是平整、光滑及具有高的垂直度)，即在光束倾斜位置出现上部分焊缝焊接完好而底部焊偏、底部没焊到的现象，导致焊缝倾斜和没有贯穿整条焊缝，使得熔融金属液凝固不均匀，焊完后，工件产生大的变形、曲翘和残余应力。

针对上述问题，在厚板的实际焊接中，为了将工件焊缝焊透或者焊接一定的深度，保证焊缝截面贯穿铺满整条焊缝，就必须保证激光光束与试件上表面垂直，形成良好的焊缝质量。这样不仅能降低成本、减少浪费，而且提高了焊接过程对工艺的适应性和灵活性，从而获得稳定的、高质量的焊接接头。但是，目前在激光厚板焊接中没有专门用于垂直检测的装置，从而造成厚板焊接的焊缝成形质量无法保证，随着焊接厚度的加大，这个问题越发凸显。

发明内容

本发明的目的是解决厚板激光焊接时光束难以保证垂直于焊缝的技术问题，提供了一种用于机器人激光焊接厚板的垂直检测装置，该检测装置能测量焊接过程激光位移传感器距离焦点位置的高度h，经传感器的控制器处理计算出激光光束偏离垂直方向的角度θ，根据角度偏移量，可以反馈给机器人控制系统，重新调整焊接头位置，使激光光束保持与工件表面垂直，使焊缝正好与拼合面重合，保证整条焊缝完全贯穿。利用该装置可以大大提高生产效率、有效的降低成本，减小废品率，且结构较简单，操控方便，不受外围设备的影响，特别有利于厚板激光深熔焊接试验研究和工业应用，保证了焊接接头质量。

本发明的技术方案提供了一种激光焊接垂直检测装置，包括：气动挡板、双向气缸、激光位移传感器、固定板、连接板、连接件、焊接头，其特征在于：

气动挡板、双向气缸、激光位移传感器、固定板、连接板及连接件与焊接头组成一个整体，当焊接头左右摆动时，激光位移传感器相应地左右摆动；

激光位移传感器发射线激光光束投射到工件表面，形成一可见的条状测量光斑，其反射光通过接收光镜组后，在感光片上完成成像，从而测量激光位移传感器与工件表面上条状测量光斑各位置的距离；

双向气缸安装在固定板背面，通过双向气缸控制气动挡板的前后运动；

激光位移传感器固定在固定板上，且与固定板组合成一个整体；固定板与连接板连接在一起；

连接板固定在连接件上，连接板上开有两个槽，通过松开连接板上两螺栓，能够调节气动挡板、双向气缸、激光位移传感器、固定板整体高度，保证激光位移传感器与工件表面的距离在激光位移传感器可测量高度范围内。

本发明还提供了一种激光焊接的垂直检测装置进行检测的方法，具体包括如下步骤：

步骤1、确保激光光束处于关闭状态，调节焊接头，使焊接头与焊缝中心对齐且与工件表面垂直；

步骤2、调节固定板和连接板，确定激光位移传感器与焊缝中心相对位置高度和角度，然后拧紧固定板和连接板上的螺栓；

步骤3、启动双向气缸，气动挡板移开，激光位移传感器开启；

步骤4、开启引导激光，利用引导激光调节焊接头焦点位置，使得引导激光光斑处于焊缝的中心位置，引导激光束与拼合面重合；