CN114769880B - 激光电弧复合焊枪连接机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光电弧复合焊枪连接机构，包括：连接法兰，用于固定连接至机器人/机械臂，所述机器人/机械臂设置有用于向加工对象表面汇聚激光光束以形成激光光斑的激光加工头；所述连接法兰上设置有第一轨道；支架，可移动地安装在所述连接法兰的第一轨道内；所述支架上设置有第二轨道；滑动平移机构，可移动地安装在所述支架的第二轨道内；回转机构，用于安装电弧焊枪，所述焊枪被设置成可沿着回转机构的回转轴线转动；其中，所述回转机构安装在所述滑动平移机构上。本发明的激光电弧复合焊枪连接机构，能够更好地适应具有大熔深需求的T型接头角焊缝的复合焊接工装连接，解决激光入射角度以及和焊枪与母材干涉的问题。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，尤其是焊接工装，具体而言涉及一种激光电弧复合焊枪连接机构，适用于激光加工头与电弧焊枪的连接。
背景技术
T型接头角焊缝作为几种最为常见的接头形式之一，广泛地应用于汽车，船舶，钢结构等诸多领域。传统的焊接方法通常采用气保焊(GMAW，GTAW)，虽然其焊缝质量较好且成本较低，但是单道焊缝熔深不足，焊接热输入量大，焊接变形大，尤其在焊中厚板时更是需要多层多道焊，焊接变形严重且效率低下。
近年来随着激光焊的不断发展，凭借其大熔深，高效率，小变形等众多优势，使得许多焊缝接头形式的传统焊接方式都已被激光焊所替代，然而激光焊对装配间隙的高要求及其焊缝细窄的特性限制了它在角焊缝这类焊缝形式中的应用。激光电弧复合焊接技术结合了这两种焊接方法的优点，既能提高激光对间隙的宽容度，同时又提高了焊接效率，降低了热输入与焊接变形。然而传统的复合焊连接机构难以兼顾激光入射角度与干涉问题，尤其是针对中厚板T型接头的角焊缝处理，采用传统的焊接连接机构，难以兼顾激光入射角度以及焊枪与母材干涉的问题。
现有技术文献：
专利文献1：CN114029621A激光-电弧复合焊接***
专利文献2：CN215034498U一种集成式激光-电弧焊的可调式复合焊接头
发明内容
鉴于现有技术存在的问题与不足，本发明的目的在于提供一种激光电弧复合焊枪连接机构，以能够更好的适应具有大熔深需求的T型接头角焊缝的复合焊接工装连接，解决激光入射角度以及和焊枪与母材干涉的问题。
为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种激光电弧复合焊枪连接机构，包括：
连接法兰，用于固定连接至机器人/机械臂，所述机器人/机械臂设置有用于向加工对象表面汇聚激光光束以形成激光光斑的激光加工头；所述连接法兰上设置有第一轨道；
支架，可移动地安装在所述连接法兰的第一轨道内；所述支架上设置有第二轨道；
滑动平移机构，可移动地安装在所述支架的第二轨道内；
回转机构，用于安装焊枪，所述焊枪被设置成可沿着回转机构的回转轴线转动；
其中，所述回转机构安装在所述滑动平移机构上。
在一些实施例中，前述连接法兰为近似L形法兰，其第一臂设置有与机器人/机械臂连接的法兰孔，与第一臂连接的第二臂设置所述的第一轨道。
在一些实施例中，所述连接法兰的第一臂和第二臂之间的耦合角度在110°～165°之间。
在一些实施例中，所述第一轨道构造为弧形轨道，或者直线型轨道。
在一些实施例中，所述第二轨道为直线型轨道。
在一些实施例中，所述连接法兰上沿着弧形轨道设置有刻度值。
在一些实施例中，基于焊枪与回转机构的连接、滑动平移机构与支架的第二轨道的配合以及支架与连接法兰的配合实现焊枪的多向平移与偏转。
在一些实施例中，平移调节范围为焊枪的导电嘴中心点与激光束零离焦时中心点的距离范围，即0～50mm之间。
在一些实施例中，偏转调节范围为焊枪与水平面的夹角范围，即30°～60°之间。
在一些实施例中，所述支架与所述连接法兰的第一轨道之间通过锁紧螺栓进行定位和锁紧。
在一些实施例中，所述滑动平移机构与所述支架的第二轨道之间通过锁紧螺栓进行定位和锁紧，或者滑动平移机构与所述支架的第二轨道之间通过第一滑轨-第一滑台配合实现位置移动和定位，所述第二轨道构造为滑轨结构。
在一些实施例中，所述连接法兰、支架均为铝合金件。
在一些实施例中，所述回转机构通过第二滑台-第二滑轨的配合方式与滑动平移机构连接，并可在滑动平移机构上滑动
与现有技术相比，本发明针对传统激光电弧复合焊连接工装在焊接T型接头角焊缝时无法兼顾焊缝根部熔深与焊枪干涉的问题，通过增加设计一组连接机构使得焊枪可在上下、前后和左右方向实现6向平移调节以及前后、左右4向偏转调节功能，并可单独调节焊枪左右偏转角度使其不受激光左右偏转角度影响，从而最大限度发挥激光与电弧的优势，从而实现了T型接头角焊缝的大熔深激光电弧复合焊接；同时，采用本发明提出的可单独调整焊枪6向平移调节以及4向偏转调节的连接机构，可避免焊枪与母材的干涉问题。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是采用本发明示例性激光电弧复合焊枪连接机构的激光电弧复合焊接加工***的示意图。
图2是本发明示例性激光电弧复合焊枪连接机构的示意图。
图3是本发明另一个示例性的采用激光电弧复合焊枪连接机构的激光电弧复合焊接加工***的整体装配图。
图4是本发明另一个示例性的激光电弧复合焊枪连接机构的连接法兰的示意图。
图5是本发明另一个示例性的支架与滑动平移机构的配合示意图。
图6是本发明另一个示例性的滑动平移机构另一视角的示意图。
图7是根据图3实施例的激光电弧复合焊接加工***的回转机构的回转台的示意图。
图8是根据图3实施例的激光电弧复合焊接加工***在小角度装配位置不干涉的示意图。
图9是根据图3实施例的激光电弧复合焊接加工***在大角度装配位置不干涉的示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1所示的实施例的激光电弧复合焊接加工***，包括连接至机器人/机械臂的激光加工头100以及电弧焊枪200，激光加工头100的前端110与电弧焊枪200的前端210共同对被加工对象进行激光电弧复合焊接加工，结合激光加工与电弧焊接的优势，提高激光对间隙的宽容度，同时提高了焊接效率，降低了热输入与焊接变形，提高焊接的质量。
为了解决激光入射角度以及焊枪位置调整导致的干涉问题，结合图2所示的实施例提出一种用于激光电弧复合焊接加工***的激光电弧复合焊枪连接机构，连接机构安装到机器人/机械臂上，并可单独实现对焊枪的6向平移调节以及4向偏转调节，并可单独调节焊枪左右偏转角度使其不受激光左右偏转角度影响，从而最大限度发挥激光与电弧的优势，从而实现了T型接头角焊缝的大熔深激光电弧复合焊接，并解决焊枪位置与母材的干涉问题。
在一些实施例中，本发明以IPG-D50型号的激光加工头为例进行说明，焦距为300mm，电弧焊枪为福尼斯CMT4000配套焊枪。
在图1、2所示的示例中的激光电弧复合焊枪连接机构10包括连接法兰11、支架12、滑动平移机构13以及回转机构。
连接法兰11，用于固定连接至机器人/机械臂，例如通过连接法兰上设置的孔位与机器人/机械臂连接固定。如图1所示，机器人/机械臂设置有用于向加工对象表面汇聚激光光束以形成激光光斑的激光加工头100。
结合图1、2，连接法兰11上设置有第一轨道20。
支架12，可移动地安装在连接法兰11的第一轨道20，并可以沿着第一轨道20限定的方向和位置进行移动。
在一些实施例中，支架12与连接法兰11的第一轨道20之间通过锁紧螺栓进行定位和锁紧。例如，在图2所示的示例中，支架12的一端设置平坦的弯曲部，用于与第一轨道20相配合，在二者之间可设置至少一个穿过第一轨道20并可拧入支架12的弯曲部的紧固螺栓，支架12的弯曲部可设置对应的螺纹孔与紧固螺栓螺纹配合，由此，在调整支架12在连接法兰11的第一轨道20内的位置时，可通过释放紧固螺栓实现二者之间锁紧状态的解除，当调整到位时，可通过拧紧前述的紧固螺栓，实现二者之间锁紧以及位置定位。
由此，实现支架12与连接法兰11之间的相对位置调节。
结合图2、图4所示的示例中，连接法兰11被设置为近似L形的形状，其具有两个臂部，第一臂11a设置有与机器人/机械臂连接的法兰孔，与第一臂连接的第二臂11b设置前述的第一轨道20。
应当理解，连接法兰11可采用一体成型的铝合金件，通过后续紧密机加工形成法兰孔以及第一轨道20。
可选地，连接法兰11的第一臂和第二臂之间的耦合角度在110°～165°之间。
作为优选的实施例，第一轨道20被设计为弧形轨道，例如多个相互平行的弧形槽。
在另外的示例中，第一轨道20被设计为直线型轨道，例如多个相互平行的直线槽。
可选的示例中，连接法兰11的至少一个表面上沿着第一轨道设置有刻度值，以利于支架12沿着第一轨道进行可视化的移动调节。
结合图2所示，支架12上设置有第二轨道30，尤其是设置成直线型轨道。
滑动平移机构13，可移动地安装在支架12的第二轨道30内，并可以沿着第二轨道20限定的方向和位置进行移动。
在可选的实施例中，滑动平移机构13与支架12的第二轨道30之间可以通过锁紧螺栓进行定位和锁紧。与前述支架12与连接法兰11的第一轨道20之间通过锁紧螺栓进行定位和锁紧相类似地设计，当需要调节滑动平移机构13的位置时，释放锁紧螺栓使得滑动平移机构13与支架12的第二轨道30之间接触锁定关系，从而可以沿着第二轨道30限定对的方向和位置，移动滑动平移机构13，当移动到位时，可通过拧紧锁紧螺栓，实现对滑动平移机构13的当前调节位置的锁紧。
回转机构15，用于安装电弧焊枪200。电弧焊枪200被设置成可沿着回转机构的回转轴线转动。
结合图2所示，回转机构15一方面被设置成可围绕其自身的回转轴线转动，另一方面，其底座安装在滑动平移机构13，可随着滑动平移机构13在第二轨道30内的运动而同步运动。
图7示例性的表示回转机构的一个示例，其具有底座15a以及回转部15b，底座与滑动平移机构13固定连接，电弧焊枪固定到回转部15b，由此，基于回转部15b的转动，可带动电弧焊枪的同步转动。
在可选的实施例中，回转机构15还可以按照以下方式设计配置：回转机构15通过直线滑台设计，在滑动平移机构13上做平移运动。
由此，通过电弧焊枪200与回转机构15的连接、滑动平移机构13与支架12的第二轨道20的配合以及支架12与连接法兰11的配合，实现电弧焊枪的多向平移与偏转，即上下、前后、左右6向平移调节以及前后、左右偏转4向调节功能。
结合图1、2所示，具体的调节包括：通过回转机构15连接电弧焊枪与滑动平移机构13实现电弧焊枪左右偏转功能，通过滑动平移机构13与支架12配合实现电弧焊枪的左右调节，通过支架12与连接法兰11的第一轨道的配合实现电弧焊枪的前后、上下、前后偏转调节，由此可通过单独调整焊枪偏转角度有效避免焊枪干涉，适用于大熔深角焊缝的激光电弧复合焊接，结合图8、9所示的示例，在大角度位置和小角度位置均能够处于不干涉的状态，并保证***正常作业。
在本发明的实施例中，平移调节范围为电弧焊枪的导电嘴中心点与激光束零离焦时中心点的距离范围，即0～50mm之间；偏转调节范围为电弧焊枪与水平面的夹角范围，即30°～60°之间。
结合图3、5、6所示的示例中，支架12与连接法兰11之间的配合关系，可采用前述实施例的设计。在滑动平移机构13与支架12的第二轨道30之间的配合关系上，与前述实施例的设计不同。
例如，结合图3、5、6所示，支架12包括L型的本体12a以及与L型的本体12a固定的滑轨部12b。L型的本体12a配置有与连接法兰的第一轨道20配合的平坦部，可通过紧固螺栓进行锁紧定位。而滑轨部12b上设置有沿着其纵长方向的第一滑轨。
在可选的实施例中，支架12还包括利用实现L型的本体12a与滑轨部12b连接固定的底部12c。
滑动平移机构13具有底板13a，底板13a固定有一第一滑台，该第一滑台用于与支架12的滑轨部12b的第一滑轨配合，由此通过第一滑轨-第一滑台配合实现滑动平移机构13的位置移动和定位。
在可选的实施例中，滑动平移机构13还包括与底板13a相对的方向设置的第二滑轨，第二滑轨沿着滑动平移机构13的纵长方向配置，并且与该第二滑轨配套地设置有一可沿着第二滑轨滑动的第二滑台，回转机构15安装在该第二滑台上，由此，回转机构15既可以围绕其回转轴线的运动而驱动电弧焊枪同步转动，同时还可以基于第二滑台-第二滑轨的配合，实现在滑动平移机构13上的滑动，还可以基于滑动平移机构13与支架12的滑动，实现更多方向的平移运动。
在该实施例中，前述支架12上设置的第二导轨构造为前述直线滑轨结构，即沿着支架12的长度方向设置的第一滑轨。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (6)
1.一种激光电弧复合焊枪连接机构，其特征在于，包括：
连接法兰，用于固定连接至机器人/机械臂，所述机器人/机械臂设置有用于向加工对象表面汇聚激光光束以形成激光光斑的激光加工头；所述连接法兰上设置有第一轨道；
支架，可移动地安装在所述连接法兰的第一轨道内；所述支架上设置有第二轨道；
滑动平移机构，可移动地安装在所述支架的第二轨道内；
回转机构，用于安装电弧焊枪，所述焊枪被设置成可沿着回转机构的回转轴线转动；
其中，所述回转机构安装在所述滑动平移机构上；
其中，所述连接法兰为近似L形法兰，其第一臂设置有与机器人/机械臂连接的法兰孔，与第一臂连接的第二臂设置所述的第一轨道；
所述第一轨道构造为弧形轨道或者直线型轨道；所述连接法兰上沿着弧形轨道设置有刻度值；
基于焊枪与回转机构的连接、滑动平移机构与支架的第二轨道的配合以及支架与连接法兰的配合实现电弧焊枪的多向平移与偏转；
所述连接法兰的第一臂和第二臂之间的耦合角度在110°～165°之间。
2.根据权利要求1所述的激光电弧复合焊枪连接机构，其特征在于，所述第二轨道构造为直线型轨道。
3.根据权利要求1所述的激光电弧复合焊枪连接机构，其特征在于，平移调节范围为电弧焊枪的导电嘴中心点与激光束零离焦时中心点的距离范围，即0～50mm之间；偏转调节范围为电弧焊枪与水平面的夹角范围，即30°～60°之间。
4.根据权利要求1所述的激光电弧复合焊枪连接机构，其特征在于，所述支架与所述连接法兰的第一轨道之间通过锁紧螺栓进行定位和锁紧。
5.根据权利要求1所述的激光电弧复合焊枪连接机构，其特征在于，所述滑动平移机构与所述支架的第二轨道之间通过锁紧螺栓进行定位和锁紧，或者滑动平移机构与所述支架的第二轨道之间通过滑轨-滑台配合实现位置移动和定位，所述第二轨道构造为滑轨结构。
6.根据权利要求1所述的激光电弧复合焊枪连接机构，其特征在于，所述回转机构通过滑台-滑轨的配合方式与滑动平移机构连接，并可在滑动平移机构上滑动。
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