[發明專利]基于雙側基準的雙光束激光焊接控制方法

有效

• 申請號: 201710828219.4
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN109304543B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 楊建中;朱萬強;高嵩;張成磊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K26/044
• 分類號: B23K26/044;B23K26/24;B23K26/70
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 成春榮;竺云

本發明提供了一種基于雙側基準的雙光束激光焊接控制方法，包括：接收對待焊接工件的三維模型中的要利用第一激光束和第二激光束進行成對焊接的第一焊縫鏈和第二焊縫鏈的選擇，其中第一激光束用于焊接第一焊縫鏈，第二激光束用于焊接第二焊縫鏈；針對所述第一焊縫鏈和所述第二焊縫鏈上的每對焊接點，其中每對焊接點包括所述第一焊縫鏈上的第一焊接點和所述第二焊縫鏈上與第一焊接點相對應的第二焊接點：獲取第一焊接點的第一焊接數據和第二焊接點的第二焊接數據；以及根據第一焊接數據和第二焊接數據計算用于控制發射第一激光束和第二激光束的激光焊接裝置的位置和姿態；以及根據針對每對焊接點所確定的激光焊接裝置的位置和姿態，控制所述激光焊接裝置利用第一激光束和第二激光束對第一焊縫鏈和第二焊縫鏈進行成對焊接。

技術領域

本發明總體上涉及數控加工技術領域，更具體地涉及一種基于雙側基準的雙光束激光焊接控制方法及實現這種方法的相應裝置，可以應用于例如航空結構件的焊接。

背景技術

激光焊接是以高能量密度激光束作為熱源的焊接技術，具有施焊速度快、效率高的特點。由于激光束可聚焦在極小區域內，所以熱影響區域、金相變化范圍、熱傳導變形也都較小。同時，該技術還具有焊接材料范圍廣、無需考慮電極污染或受損、無需真空環境、不受磁場影響等諸多優點，因而在船舶、汽車、化工、電子等工業界得到了廣泛應用。目前傳統的“單面焊雙面成形”工藝容易破壞焊件及焊縫的完整性，而利用雙光束并行焊接長桁結構則能有效避免這一缺陷。特別是在航空領域，在航空結構件的焊接上具有極大優勢。

理論上認為待焊工件與其三維幾何模型完全一致，然而實際工件由于制造或裝夾等原因會出現一定的偏差，從而導致兩側焊縫特征與理論模型可能不一致。若僅采用六軸聯動的機床控制雙光束焊接會使得兩側焊接點位置不可兼顧。因而必須引入焊縫跟蹤系統在局部進行自適應運動，修正實際焊點位置。焊縫跟蹤系統在當前焊接位置對焊縫和激光光斑之間的偏差進行識別，然后根據偏差對激光頭進行微調，使激光光斑能夠準確位移焊縫上。該系統是目前解決激光焊接領域中理論數模與實際工件之間偏差的通用且有效的手段。

在航空結構件的單光束焊接領域，一般是把激光束的焦點(激光束上距離激光頭指定距離的點，該點處的激光能量最適合于焊接)作為刀位點(也稱為焊接點)，激光束發射的反方向作為刀軸矢量方向。基于這種方法構建的面向雙光束激光焊接的單側基準軌跡規劃策略在于：首先構建一系列導動面(兩束激光在焊接時所處平面)作為激光束工作平面，然后以一側激光束為基準(即把一側激光束焦點當做刀位點，該側激光束方向作為刀軸矢量方向，僅保證單側完全對準，另一側激光束進行跟隨運動)進行規劃。這種方法對于等距平行焊縫的情況能夠適用，但是對于其他非等距焊縫的情況則無法適用。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于雙側基準的雙光束激光焊接機制，該機制同時考慮雙側焊縫的幾何信息，并根據參考幾何(兩條焊縫所在的平面或曲面)和激光束參數生成雙光束激光焊接路徑。

根據本發明的第一方面，提供了一種基于雙側基準的雙光束激光焊接控制方法。該方法包括：接收對待焊接工件的三維模型中的要利用第一激光束和第二激光束進行成對焊接的第一焊縫鏈和第二焊縫鏈的選擇，其中第一激光束用于焊接第一焊縫鏈，第二激光束用于焊接第二焊縫鏈；針對所述第一焊縫鏈和所述第二焊縫鏈上的每對焊接點，其中每對焊接點包括所述第一焊縫鏈上的第一焊接點和所述第二焊縫鏈上與第一焊接點相對應的第二焊接點：獲取第一焊接點的第一焊接數據和第二焊接點的第二焊接數據；以及根據第一焊接數據和第二焊接數據計算用于控制發射第一激光束和第二激光束的激光焊接裝置的位置和姿態；以及根據針對每對焊接點所確定的激光焊接裝置的位置和姿態，控制所述激光焊接裝置利用第一激光束和第二激光束對第一焊縫鏈和第二焊縫鏈進行成對焊接。

在一個實施例中，該方法還包括：接收對第一焊縫鏈和第二焊縫鏈所在的同一參考幾何面的選擇。