阅读说明：本技术 含有超声在线检测装置的激光焊接系统及激光焊接方法 (Laser welding system containing ultrasonic online detection device and laser welding method ) 是由 赵新玉 史春元 闫浩明 陈婧阳 温欣 卢伟 于 2018-07-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种含有超声在线检测装置的激光焊接系统及激光焊接方法。本发明以超声相控阵技术为基础,通过读取上位机传送来的激光焊机位置,使用三轴悬臂系统控制超声相控阵换能器的位置,实现对激光焊接焊缝的实时在线检测,采集焊缝数据并将上传至上位机,对焊缝内部进行成像处理。(The invention discloses laser welding systems containing ultrasonic online detection devices and laser welding methods.)

含有超声在线检测装置的激光焊接系统及激光焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接领域和超声无损检测领域，更具体地，涉及一种含有超声在线检测装置的激光焊接系统及激光焊接方法。

背景技术

激光焊是一种新型的焊接工艺，具有能量集中，飞溅小，焊缝成型美观，易于实现自动化等优势，已经在工业生产中广泛应用。但在激光焊长期运行的过程中，由于机械系统重复定位导致误差累积，在焊接过程中出现的热变形，以及焊前装配过程存在的问题，会使得激光焊缝出现各种缺陷，因此要对激光焊缝进行无损检测。

超声相控阵技术是近些年来兴起的一种新型超声无损检测技术，近些年来得到的国内外学者的高度重视，发展迅速。超声相控阵技术起源于雷达的电磁波相控阵技术，利用多通道仪器分别对阵列换能器各阵元进行精确激励和接收延迟控制，实现声束的角度偏转、聚焦变化和电子扫描，进而有效提高了缺陷探测能力和检测效率。

目前，传统超声检测对激光焊缝进行检测主要是在焊后进行离线检测，这种方法需将焊接工件从焊接工作台转移到检测工作台上，重新装配，进行检测，耗时耗力。而且焊后检测无法在焊接过程中实时得到焊缝质量信息，难以及时根据焊缝质量问题对焊接参数做出调整。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种含有超声在线检测装置的激光焊接系统及激光焊接方法，通过控制系统控制焊接与检测同步进行，实时得到检测结果，并根据检测结果实时调整焊接参数。具体地，检测装置通过超声相控阵技术与三轴悬臂系统，实现激光焊缝在线检测。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种含有超声在线检测装置的激光焊接系统，其特征在于，包括激光焊机、激光焊接工作台、超声探测系统和控制系统组成：

所述激光焊机包括机械手和激光焊头，机械手连接激光焊头，机械手受控制系统传送的信号控制；

所述激光焊接工作台包括焊接台面、支脚和检测悬臂加载台面，焊接台面上安装有锁紧装置，可用于锁紧待焊工件，检测悬臂加载台面位于焊接台面下方并平行于焊接台面，支脚贯穿焊接台面和检测悬臂加载台面并将激光焊接工作台固定于地面；

所述超声探测系统包括三轴悬臂系统和检测探头，三轴悬臂系统安装在所述检测悬臂加载台面上，包括悬臂、与检测悬臂加载台面平行的水平滑轨一、与水平滑轨一垂直的并与检测悬臂加载台面平行的水平滑轨二、垂直滑轨和伺服电机一、伺服电机二和伺服电机三，悬臂安装在垂直滑轨上并可在伺服电机一的驱动下沿垂直滑轨往复运动，垂直滑轨安装在水平滑轨二上并在伺服电机二的驱动下可沿水平滑轨二往复运动，水平滑轨二安装在水平滑轨一上并可在伺服电机三的驱动下沿垂直滑轨往复运动；检测探头安装在悬臂端部，包括超声相控阵换能器和探头媒介腔，探头媒介腔内装有媒介，超声相控阵换能器通过耦合液与探头媒介腔固定连接到一起；超声探测系统探测的数据传送到控制系统中；

所述控制系统控制激光焊机的运动和焊接参数、超声探测系统的运动参数，并接受超声探测系统传输的检测数据，并根据检测结果实时调整激光焊机的运动和焊接参数。

优选地，所述超声相控阵换能器为自聚焦线阵换能器。

优选地，所述锁紧装置为型材固定装置，可通过多个梅花手柄将工件压紧在焊接台面上。

优选地，所述检测探头通过夹持装置安装在悬臂端部。

优选地，所述探头媒介腔内装有的媒介为水。

优选地，所述超声相控阵换能器通过耦合液与探头媒介腔的固定连接方式为螺钉连接。

优选地，所述激光焊机的运动参数和超声探测系统的运动参数保持一致。

优选地，在所述探头媒介腔下方安装有接水盘。

优选地，所述机械手为六轴机械手

一种含有超声在线检测装置的激光焊接系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤

Step1：使用锁紧装置将待焊工件按照工艺要求固定在焊接台面上

Step2：控制系统控制机械手运动至指定施焊位置，开始焊接，在焊接过程中，机械手带动激光焊头在工件上方进行运动，并按照控制系统发送的焊接参数进行焊接；与此同时，控制系统控制三轴悬臂系统运动至焊缝正下方，触发超声相控阵换能器，激励超声信号，并接受返回的超声检测信号，使超声相控阵换能器对焊缝进行同步检测；

Step3：控制系统接收到超声检测信号后，进行实时分析处理，并判断是否需要调整焊接工艺参数，如需调整，将新的焊接参数传递给激光焊机，进行焊接。

从上述技术方案可以看出，本发明通过安装在焊接台面下方的超声在线检测系统对焊接工件的状态进行实时的在线监测和反馈，并通过控制系统保证焊接和检测的同步性，可实现同步检测、及时调整的目的。因此，本发明具有提高工作效率，减少返工量和检测时间的显著特点。

附图说明

图1是本发明一具体实施例的含有超声在线检测装置的激光焊接系统的结构示意图；

图2是本发明一具体实施例中的控制系统的控制和传输示意框图；

图3是本发明一具体实施例中的超声探测系统的主视图；

图4是图3所示的超声探测系统的左侧视图；

图5是图3所示的超声探测系统中的悬臂及探头的示意图；

图6是图3所示的超声探测系统中的探头的主视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是含有超声在线检测装置的激光焊接系统示意图。

如图1所示，一种含有超声在线检测装置的激光焊接系统，包括激光焊机1、激光焊接工作台2、超声探测系统3和控制系统组成：

激光焊机包括机械手11和激光焊头12，机械手连接激光焊头，机械手受控制系统传送的信号控制。

本实施例中，机械手11为六轴机械手，可以实现任意形状、任意位置的激光修复。

激光焊接工作台包括焊接台面21、支脚22和检测悬臂加载台面23，焊接台面上安装有锁紧装置，可用于锁紧待焊工件，检测悬臂加载台面23位于焊接台面下方并平行于焊接台面21，支脚22贯穿焊接台面21和检测悬臂加载台面23并将激光焊接工作台2固定于地面。

本实施例中，锁紧装置为型材固定装置，可通过多个梅花手柄24将工件压紧在焊接台面上。

参考图3～6，超声探测系统包括三轴悬臂系统和检测探头32，三轴悬臂系统安装在所述检测悬臂加载台面上，包括悬臂311、与检测悬臂加载台面平行的水平滑轨一312、与水平滑轨一垂直的并与检测悬臂加载台面平行的水平滑轨二313、垂直滑轨314和伺服电机一315、伺服电机二316和伺服电机三317，悬臂311安装在垂直滑轨314上并可在伺服电机一315的驱动下沿垂直滑轨314往复运动，垂直滑轨314安装在水平滑轨二313上并在伺服电机二316的驱动下可沿水平滑轨二313往复运动，水平滑轨二313安装在水平滑轨一312上并可在伺服电机三317的驱动下沿水平滑轨一312往复运动；检测探头32安装在悬臂31端部，包括超声相控阵换能器321和探头媒介腔322，探头媒介腔内装有媒介，超声相控阵换能器321通过耦合液与探头媒介腔322固定连接到一起；超声探测系统3探测的数据传送到控制系统中。

本实施例中，超声相控阵换能器为自聚焦线阵换能器。

参考图5，本实施例中，检测探头32是通过夹持装置安装在悬臂311端部的。

参考图4，本实施例中，探头媒介腔内装有的媒介为水。因为声波在空气中的衰减很大，所以声波难以通过未注水的水腔。使探头水腔和待检测工件紧密贴合，保证声波可以到达焊缝位置，正常进行检测。由于在悬臂移动过程中可能造成水的溢出，因此在探头媒介腔下方安装有接水盘323。

本实施例中，超声相控阵换能器通过耦合液与探头媒介腔的固定连接方式为螺钉连接。

所述控制系统控制激光焊机1的运动和焊接参数、超声探测系统3的运动参数，并接受超声探测系统3传输的检测数据，并根据检测结果实时调整激光焊机1的运动和焊接参数。

本实施例中，激光焊机1的运动参数和超声探测系统3的运动参数保持一致。

使用上述含有超声在线检测装置的激光焊接系统进行激光焊接的方法，包括以下步骤，参考图2，

Step1：使用锁紧装置将待焊工件按照工艺要求固定在焊接台面上；

Step2：控制系统控制机械手运动至指定施焊位置，开始焊接，在焊接过程中，机械手带动激光焊头在工件上方进行运动，并按照控制系统发送的焊接参数进行焊接；与此同时，控制系统控制三轴悬臂系统运动至焊缝正下方，触发超声相控阵换能器，激励超声信号，并接受返回的超声检测信号，使超声相控阵换能器对焊缝进行同步检测；

Step3：控制系统接收到超声检测信号后，进行实时分析处理，并判断是否需要调整焊接工艺参数，如需调整，将新的焊接参数传递给激光焊机，进行焊接。

例如出现未熔合缺陷时增大激光器输出功率，并实时将调整后的参数传递给激光焊接系统，通过改变焊接工艺参数来改善焊接质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。