在焊接過程中發(fā)現(xiàn)，更換不同的焊接產(chǎn)品時(shí)，激光焊接初始點(diǎn)校對(duì)耗時(shí)長(zhǎng)，批量生產(chǎn)過程中受零件精度影響出現(xiàn)焊縫質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。通過優(yōu)化相應(yīng)工裝的設(shè)計(jì)，以減少自動(dòng)焊接的校對(duì)輔助時(shí)間，保證焊縫質(zhì)量和批量生產(chǎn)需求。
隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，激光焊接技術(shù)在機(jī)械、軌道車輛、汽車制造、電子及航空航天中得到了廣泛應(yīng)用。在使用我廠現(xiàn)有激光焊接設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)，在焊接設(shè)備過程中更換不同的焊接產(chǎn)品時(shí)，對(duì)零件初始焊接點(diǎn)的校對(duì)需要花費(fèi)大量時(shí)間；另外，焊接時(shí)受激光光斑大小的限制對(duì)零件裝夾位置的重復(fù)定位精度要求較高，從而對(duì)零件上一工序的加工精度要求也相對(duì)提高，因此增加了加工成本。
為減少校對(duì)的輔助時(shí)間，降低加工成本，我們?cè)O(shè)計(jì)了工裝更換定位板、校對(duì)對(duì)針，并增加了激光焊縫跟蹤系統(tǒng)。
1. 焊接設(shè)備的工作過程
我廠的激光焊接系統(tǒng)先通過機(jī)器人對(duì)零件的焊接路徑進(jìn)行采點(diǎn)，同時(shí)將焊接程序編制完成，調(diào)試運(yùn)動(dòng)無誤后，由機(jī)器人帶動(dòng)焊接頭在防護(hù)房?jī)?nèi)對(duì)零件進(jìn)行焊接。
2. 工裝的設(shè)計(jì)
（1）工裝更換定位板的設(shè)計(jì)
原焊接系統(tǒng)中是將焊接工裝通過壓板直接固定在工作臺(tái)上，在只焊接同一種零件時(shí)未發(fā)現(xiàn)問題，當(dāng)更換不同的焊接零件時(shí)，發(fā)現(xiàn)先期加工過的零件再進(jìn)行焊接，相應(yīng)的焊接工裝在工作臺(tái)上前后兩次固定位置偏移較大，零件裝夾到位后焊接初始點(diǎn)仍需重新校對(duì)，增加了焊接準(zhǔn)備時(shí)間。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了定位板，如圖1所示。
將定位板固定在焊接工作臺(tái)上，焊接不同產(chǎn)品時(shí)工裝安裝位置是固定的，如圖2、圖3所示。
更換不同的焊接零件時(shí)，按照固定的位置進(jìn)行裝夾，這樣零件焊縫的位置相對(duì)于機(jī)器人便不會(huì)出現(xiàn)較大位移，從而減少焊接初始點(diǎn)的重復(fù)校對(duì)次數(shù)。
（2）校對(duì)對(duì)針的設(shè)計(jì)
我廠的激光焊接系統(tǒng)是通過機(jī)器人帶動(dòng)焊接頭對(duì)零件進(jìn)行焊接的，焊接初始點(diǎn)的采集就相當(dāng)于數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)的對(duì)刀，直接影響到后續(xù)零件的加工精度。影響激光焊接質(zhì)量的主要因素有激光功率、光斑大小、焊接速度、保護(hù)氣體、零件精度及其表面質(zhì)量等。其中，聚焦光斑的大小在聚焦鏡聚焦半徑為定值的前提下，便由焊接頭與零件焊縫的距離決定。
為保證焊接初始點(diǎn)校對(duì)時(shí)光斑大小的一致性，我們?cè)O(shè)計(jì)了校對(duì)對(duì)針，如圖4所示，安裝方式如圖5所示。
每次校對(duì)焊接初始點(diǎn)時(shí)，將對(duì)針調(diào)整到合適高度，并在對(duì)針上作好標(biāo)記，以對(duì)針尖點(diǎn)來取代聚焦光斑，可保證焊接高度的一致性，從而保證焊縫寬度的均勻性。校對(duì)完畢，將對(duì)針調(diào)高，遠(yuǎn)離聚焦光斑位置，避免影響正常焊接。
3. 焊縫跟蹤的應(yīng)用
在批量生產(chǎn)過程中，因產(chǎn)品自身焊縫位置的偏離，即使焊接初始點(diǎn)校對(duì)再準(zhǔn)確，仍存在焊偏、漏焊的現(xiàn)象，因此增加了激光焊縫跟蹤系統(tǒng)。激光焊縫跟蹤系統(tǒng)通過激光視覺傳感器檢測(cè)焊縫運(yùn)動(dòng)軌跡，利用圖像處理軟件計(jì)算出焊縫偏差，然后將偏差傳送給機(jī)器人控制系統(tǒng)，從而控制機(jī)器人帶動(dòng)焊接頭移動(dòng)到正確位置進(jìn)行焊接。圖6為激光焊縫跟蹤系統(tǒng)工作狀態(tài)。
4. 結(jié)語
通過設(shè)計(jì)增加的工裝定位板和校對(duì)針，減少了同一產(chǎn)品焊接初始點(diǎn)的重復(fù)校對(duì)時(shí)間，保證了焊縫質(zhì)量的均勻性；通過焊縫跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用，有效地保證了產(chǎn)品質(zhì)量和批量生產(chǎn)效率。
作者簡(jiǎn)介：李慶菲、李光磊、張峰、衣東龍，山東北方濱海機(jī)器有限公司。
文章來源：《金屬加工（熱加工）》2017年第10期。
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