激光焊接的工裝優(yōu)化改進

在焊接過程中發(fā)現(xiàn)，更換不同的焊接產(chǎn)品時，激光焊接初始點校對耗時長，批量生產(chǎn)過程中受零件精度影響出現(xiàn)焊縫質量不穩(wěn)定等問題。通過優(yōu)化相應工裝的設計，以減少自動焊接的校對輔助時間，保證焊縫質量和批量生產(chǎn)需求。
隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，激光焊接技術在機械、軌道車輛、汽車制造、電子及航空航天中得到了廣泛應用。在使用我廠現(xiàn)有激光焊接設備時發(fā)現(xiàn)，在焊接設備過程中更換不同的焊接產(chǎn)品時，對零件初始焊接點的校對需要花費大量時間；另外，焊接時受激光光斑大小的限制對零件裝夾位置的重復定位精度要求較高，從而對零件上一工序的加工精度要求也相對提高，因此增加了加工成本。

為減少校對的輔助時間，降低加工成本，我們設計了工裝更換定位板、校對對針，并增加了激光焊縫跟蹤系統(tǒng)。

1. 焊接設備的工作過程

我廠的激光焊接系統(tǒng)先通過機器人對零件的焊接路徑進行采點，同時將焊接程序編制完成，調試運動無誤后，由機器人帶動焊接頭在防護房內對零件進行焊接。

2. 工裝的設計

（1）工裝更換定位板的設計
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上，在只焊接同一種零件時未發(fā)現(xiàn)問題，當更換不同的焊接零件時，發(fā)現(xiàn)先期加工過的零件再進行焊接，相應的焊接工裝在工作臺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仍需重新校對，增加了焊接準備時間。因此，我們設計了定位板，如圖1所示。

更換不同的焊接零件時，按照固定的位置進行裝夾，這樣零件焊縫的位置相對于機器人便不會出現(xiàn)較大位移，從而減少焊接初始點的重復校對次數(shù)。

（2）校對對針的設計
我廠的激光焊接系統(tǒng)是通過機器人帶動焊接頭對零件進行焊接的，焊接初始點的采集就相當于數(shù)控機床加工零件時的對刀，直接影響到后續(xù)零件的加工精度。影響激光焊接質量的主要因素有激光功率、光斑大小、焊接速度、保護氣體、零件精度及其表面質量等。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。

為保證焊接初始點校對時光斑大小的一致性，我們設計了校對對針，如圖4所示，安裝方式如圖5所示。

每次校對焊接初始點時，將對針調整到合適高度，并在對針上作好標記，以對針尖點來取代聚焦光斑，可保證焊接高度的一致性，從而保證焊縫寬度的均勻性。校對完畢，將對針調高，遠離聚焦光斑位置，避免影響正常焊接。

3. 焊縫跟蹤的應用

在批量生產(chǎn)過程中，因產(chǎn)品自身焊縫位置的偏離，即使焊接初始點校對再準確，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焊縫運動軌跡，利用圖像處理軟件計算出焊縫偏差，然后將偏差傳送給機器人控制系統(tǒng)，從而控制機器人帶動焊接頭移動到正確位置進行焊接。圖6為激光焊縫跟蹤系統(tǒng)工作狀態(tài)。

4. 結語

通過設計增加的工裝定位板和校對針，減少了同一產(chǎn)品焊接初始點的重復校對時間，保證了焊縫質量的均勻性；通過焊縫跟蹤系統(tǒng)的應用，有效地保證了產(chǎn)品質量和批量生產(chǎn)效率。

作者簡介：李慶菲、李光磊、張峰、衣東龍，山東北方濱海機器有限公司。
文章來源：《金屬加工（熱加工）》2017年第10期。