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一种基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的方法和系统

2021-02-06 19:40:10

一种基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的方法和系统

  技术领域

  本发明涉及金属件焊接领域,具体涉及一种基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的方法和系统。

  背景技术

  社区矫正通常是采用带通信功能的定位终端,例如腕带与被矫正人员绑定来完成。对于带通信功能的腕带,只要腕带一直佩戴在被矫正人员身上,那么腕带的位置就是被矫正人员的位置。

  腕带的表带内置有两个抗拉折的部件,例如,钢丝绳等。由于这个部件兼有电导通的功能,需要将这个部件的端部与PCB焊接在一起。

  然而,目前的焊接方法,仍然是人工沿用烙铁将焊锡烧熔的方式,这种方式不仅效率低下,而且焊接工序复杂(例如,需要预热等),还需要助焊剂等耗材,人工焊接质量的稳定性差。

  发明内容

  本发明提供了一种基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的方法和系统,以解决现有焊接方法的效率低下、焊接工序复杂和焊接质量的稳定性差等问题。

  为此,根据第一方面,本发明实施例公开了一种基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的方法,包括:

  激光器输出脉冲激光束;

  光扩散镜对所述激光器输出的脉冲激光束直径进行扩散控制,扩散后的脉冲激光束进入激光焊头;

  所述激光焊头将所述脉冲激光束聚焦至焊接区域上,所述焊接区域包含腕带内抗拉折部件端部和导电工件形成的焊接点,所述导电工件为与所述腕带内抗拉折部件端部焊接后可导电至其他部位的金属件;

  额压输出机构对所述焊接区域附近施予额定压力,使所述抗拉折部件端部和导电工件之间充分接触和滑动;

  温馈单元对所述焊接区域的温度进行同步监控,与视觉成像单元联合监控激光焊接质量;

  视觉成像单元与中心控制单元联合检测所述焊接点的位置,控制焊接位置。

  可选地,所述激光器输出的脉冲激光束的参数如下:中心波长450nm~2500nm或9500nm~10000nm、平均功率大于12W、重复频率2Hz~8MHz、功率大于12W、脉冲持续时间20fs~8ms。

  可选地,所述光扩散镜对所述激光器输出的脉冲激光束直径进行扩散控制,扩散后的脉冲激光束进入激光焊头,包括:

  所述光扩散镜对所述激光器输出的脉冲激光束直径进扩散,扩散后的激光束经反射镜进入所述激光焊头。

  可选地,所述激光焊头安装于可上下移动的第一竖直方向运动单元上,视觉成像单元安装于可上下移动的第二竖直方向运动单元上,第一竖直方向运动单元上和第二竖直方向运动单元安装于直线电控移动平台上,所述直线电控移动平台驱动所述激光焊头沿左右方向移动,实现所述抗拉折部件端部和导电工件的焊接。

  可选地,所述激光焊头包括聚光镜以及置于其上同轴的温馈单元,聚光镜的焦距10mm~9990mm,热辐射反射光通过所述聚光镜并透过反射镜传输至所述温馈单元。

  可选地,所述视觉成像单元与中心控制单元联合检测所述焊接点的位置信息,控制焊接位置,包括:

  所述视觉成像单元对所述焊接点的位置进行预先测定,并将所述预先测定的位置信息传送至中心控制单元;

  所述中心控制单元对所述焊接点的位置进行修正,根据所述修正后的焊接点的位置调整焊接轨迹,控制焊接位置。

  可选地,所述额压输出机构对所述焊接区域附近施予额定压力,使所述抗拉折部件端部和导电工件之间充分接触和滑动,包括:

  施予额定压力时,所述额压输出机构与所述焊接区域接触,单点施压或多点施压,激光焊接时,所述额压输出机构的压轮沿左右方向滚动接触,所述额压输出机构随所述直线电控移动平台行进,在焊接行进方向保持位于所述激光焊头的前方;

  所述额压输出机构可受控升降,所述额压输出机构与焊接区域的按压位置的距离可调,所述额压输出机构给所述焊接区域附近表面施予垂直方向的额定压力可调。

  可选地,所述温馈单元对所述焊接区域的温度进行同步监控,与视觉成像单元联合监控激光焊接质量,包括:

  在中心控制单元的控制下,温馈单元采集所述焊接区域当前的温度,根据焊锡丝、抗拉折部件端部和导电工件的物理特性判断焊接效果;

  与所述视觉成像单元互连采集焊接点的位置信息,所述与直线电控移动平台互连,控制所述直线电控移动平台的运动起始和停止、运动速度。

  可选地,所述方法还包括:

  所述视觉成像单元上下移动调节视觉影像焦点,采集所述焊接点的位置信息并将位置信息传输给所述中心控制单元,以由所述中心控制单元根据采集的焊接点的位置信息确定激光焊接轨迹。

  根据第二方面,本发明实施例公开了一种基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的系统,包括激光器、光扩散镜、激光焊头、额压输出机构、温馈单元、视觉成像单元和中心控制单元;

  所述激光器,用于输出脉冲激光束;

  所述光扩散镜,用于对所述激光器输出的脉冲激光束直径进行扩散控制,扩散后的脉冲激光束进入激光焊头;

  所述激光焊头,用于将所述脉冲激光束聚焦至焊接区域,所述焊接区域包含腕带内抗拉折部件端部和导电工件形成的焊接点,所述导电工件为与所述腕带内抗拉折部件端部焊接后可导电至其他部位的金属件;

  所述额压输出机构,用于对所述焊接区域附近施予额定压力,使所述抗拉折部件端部和导电工件之间充分接触和滑动;

  所述温馈单元,用于对所述焊接区域的温度进行同步监控,与视觉成像单元联合监控激光焊接质量;

  所述视觉成像单元,用于与中心控制单元联合检测所述焊接点的位置信息,控制焊接位置。

  从上述本发明提供的技术方案可知,相比于现有焊接方法人工使用烙铁烧熔焊锡丝的方式效率低下、焊接工序复杂和焊接质量的稳定性差等问题,本发明提供的技术方案光扩散镜对所述激光器输出的脉冲激光束直径进行扩散控制,扩散后的脉冲激光束进入激光焊头,激光焊头将脉冲激光束聚焦至焊接区域上,额压输出机构对焊接区域附近施予额定压力,使抗拉折部件端部和导电工件之间充分接触和滑动,温馈单元对焊接区域的温度进行同步监控,与视觉成像单元联合监控激光焊接质量;视觉成像单元与中心控制单元联合检测焊接点的位置,识别焊接点的位置信息。由于激光焊接的每一步都能被精准控制,因此,不仅焊接过程稳定,无需助焊剂和预热等工序,而且焊接的效率、精度及质量都显著高于人工烙铁焊接,大大节省了腕带量产的各项成本。

  附图说明

  为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

  图1是本发明实施例公开的一种基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的方法流程图;

  图2是本发明实施例提供的一种基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的系统结构示意图。

  具体实施方式

  下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

  在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

  在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,还可以是两个元件内部的连通,可以是无线连接,也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

  此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

  为了克服现有焊接方式在对腕带内抗拉折部件进行焊接时效率低下、焊接工序复杂和焊接质量的稳定性差等缺陷,本发明实施例提供了一种基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的方法,请参考图1,该基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的方法包括步骤S101至步骤S106,详细说明如下:

  步骤S101,激光器输出脉冲激光束。

  在本发明实施例中,激光器输出的脉冲激光束,其参数如下:中心波长450nm~2500nm或9500nm~10000nm(例如,中心波长为1500nm或9800nm)、平均功率大于12W、重复频率2Hz~8MHz(例如,重复频率为5MHz)、功率大于12W、脉冲持续时间20fs~8ms(例如,脉冲持续时间为2ms)。

  步骤S102,光扩散镜对激光器输出的脉冲激光束直径进行扩散控制,扩散后的脉冲激光束进入激光焊头。

  在本发明实施例中,光扩散镜是激光器的输出光路的光聚焦系统的重要组成部件,该光聚焦系统包含沿输出光路设置的光扩散镜、反射镜以及后续实施例提及的激光焊头。光扩散镜对激光器输出的脉冲激光束直径进扩散,扩散后的激光束经反射镜进入激光焊头,具体地,激光器输出的脉冲激光束经过光扩散镜,对脉冲激光束直径进行扩散控制,光扩散镜扩散后的脉冲激光束经反射镜进入激光焊头,激光焊头将脉冲激光束聚焦至焊接区域上。

  步骤S103,激光焊头将脉冲激光束聚焦至焊接区域上,其中,焊接区域包含腕带内抗拉折部件端部和导电工件形成的焊接点,导电工件为与腕带内抗拉折部件端部焊接后可导电至其他部位的金属件。

  在本发明实施例中,激光焊头包括聚光镜以及置于其上同轴的温馈单元,聚光镜的焦距10mm~9990mm。由于激光焊头安装于可上下移动的第一竖直方向运动单元上,因此,激光焊头可被上下平移,调节脉冲激光束的焦点和激光焊接的光斑尺寸。

  当脉冲激光束聚焦在焊接区域上,在焊接区域形成极强的激光能量密度,将焊接区域的焊锡丝、抗拉折部件端部和导电工件的杂质直接气化,致使焊锡丝、抗拉折部件端部和导电工件之间紧密咬合。

  步骤S104,额压输出机构对焊接区域附近施予额定压力,使抗拉折部件端部和导电工件之间充分接触和滑动。

  在本发明实施例中,额压输出机构是这样一种机构:包含水平垂直交叉竖架、方向引导板以及方向引导杆,水平垂直交叉竖架的侧面竖立安装一方向引导板,方向引导板上沿竖向开设有导向槽,水平垂直交叉竖架的横板上设有轴向孔,方向引导杆置于轴向孔中,可沿其上下滑动,方向引导杆的上端部安装一方向引导块,方向引导块配合于方向引导板的方向引导槽中,可沿方向引导槽上下滑动,方向引导杆的下段套置一弹性部件,方向引导杆的下端部安装一压轮座,弹性部件的上端与水平垂直交叉竖架的横板下底面相抵接,弹性部件的下端与压轮座相抵接,压轮座上安装有压轮,由一气缸与水平垂直交叉竖架驱动连接,驱动其上下运动。

  作为本发明一个实施例,额压输出机构对焊接区域附近施予额定压力,使抗拉折部件端部和导电工件之间充分接触和滑动可以是:施予额定压力时,额压输出机构与焊接区域接触,单点施压或多点施压,激光焊接时,额压输出机构的压轮沿左右方向滚动接触,额压输出机构随直线电控移动平台行进,在焊接行进方向保持位于激光焊头的前方,即,焊接前在焊接区域附近表面施予垂直方向的额定压力,焊接过程中保持额定压力状态,额压输出机构与焊接区域的表面额压滑动。

  需要说明的是,在本发明实施例中,额压输出机构可受控升降,额压输出机构与焊接区域的按压位置的距离可调,额压输出机构给焊接区域附近表面施予垂直方向的额定压力可调。

  步骤S105,温馈单元对焊接区域的温度进行同步监控,与视觉成像单元联合监控激光焊接质量。

  作为本发明一个实施例,温馈单元对焊接区域的温度进行同步监控,与视觉成像单元联合监控激光焊接质量可以是:在中心控制单元的控制下,温馈单元采集焊接区域当前的温度,根据焊锡丝、抗拉折部件端部和导电工件的物理特性判断焊接效果;温馈单元与视觉成像单元互连,采集焊接点的位置信息,与直线电控移动平台互连,控制直线电控移动平台的运动起始和停止、运动速度。温馈单元监控焊接区域的温度,接受焊接过程中热辐射反射光,热辐射反射光通过聚光镜并透过反射镜传输至温馈单元,温馈单元采集焊接热辐射光束转化为温度信息,并对焊接区域的温度进行标定。

  步骤S106,视觉成像单元与中心控制单元联合,检测抗拉折部件端部和导电工件形成的焊接点的位置信息,控制焊接位置。

  作为本发明一个实施例,视觉成像单元安装于可上下移动的第二竖直方向运动单元上。视觉成像单元与中心控制单元联合检测所述焊接点的位置信息,控制焊接位置可以是:视觉成像单元对焊接点的位置进行预先测定,并将预先测定的位置信息传送至至中心控制单元;中心控制单元对焊接点的位置进行修正,根据修正后的焊接点的位置调整焊接轨迹,控制焊接位置。

  需要说明的是,在本发明实施例中,中心控制单元是可以对对激光器的开关光与直线电控平台实施同步控制,可实现对激光器的参数(例如,激光功率等)、运动平台参数(例如,运动速度等)等进行调节,可采集温馈单元的数据对焊接效果进行监控的控制系统,具体而言,中心控制单元与激光器互连,控制激光器的开关、激光器的功率等参数设置,与温馈单元互连,采集焊接区域当前的温度,进而可根据焊锡丝、抗拉折部件端部和导电工件的物理特性判断焊接效果,与视觉成像单元互连,采集焊接点的位置信息,与直线电控移动平台互连,控制直线电控移动平台的运动起始和停止、运动速度等参数的设置。

  上述实施例中,第一竖直方向运动单元上和第二竖直方向运动单元安装于直线电控移动平台上,直线电控移动平台驱动激光焊头沿左右方向移动,实现抗拉折部件端部和导电工件的焊接。

  从上述附图1示例的本发明的技术方案可知,相比于现有焊接方法人工使用烙铁烧熔焊锡丝的方式效率低下、焊接工序复杂和焊接质量的稳定性差等问题,本发明提供的技术方案光扩散镜对激光器输出的脉冲激光束直径进行扩散控制,扩散后的脉冲激光束进入激光焊头,激光焊头将脉冲激光束聚焦至焊接区域上,额压输出机构对焊接区域附近施予额定压力,使抗拉折部件端部和导电工件之间充分接触和滑动,温馈单元对焊接区域的温度进行同步监控,与视觉成像单元联合监控激光焊接质量;视觉成像单元与中心控制单元联合检测焊接点的位置,识别焊接点的位置信息。由于激光焊接的每一步都能被精准控制,因此,不仅焊接过程稳定,无需助焊剂和预热等工序,而且焊接的效率、精度及质量都显著高于人工烙铁焊接,大大节省了社区矫正腕带量产的各项成本。

  本发明实施例还公开了一种基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的系统,请参考图2,为本发明实施例公开的一种基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的系统结构示意图,该基于光器件焊接腕带内抗拉折部件的系统包括激光器201、光扩散镜202、激光焊头203、额压输出机构204、温馈单元205、视觉成像单元206和中心控制单元207,其中:

  激光器201,用于输出脉冲激光束;

  光扩散镜202,用于对激光器201输出的脉冲激光束直径进行扩散控制,扩散后的脉冲激光束进入激光焊头;

  激光焊头203,用于将激光器201输出的脉冲激光束聚焦至焊接区域,其中,焊接区域包含腕带内抗拉折部件端部和导电工件形成的焊接点,导电工件为与腕带内抗拉折部件端部焊接后可导电至其他部位的金属件;

  额压输出机构204,用于对焊接区域附近施予额定压力,使抗拉折部件端部和导电工件之间充分接触和滑动;

  温馈单元205,用于对焊接区域的温度进行同步监控,与视觉成像单元206联合监控激光焊接质量;

  视觉成像单元206,用于与中心控制单元207联合检测焊接点的位置信息,控制焊接位置。

  在可选的实施例中,激光器201输出的脉冲激光束的参数如下:中心波长450nm~2500nm或9500nm~10000nm、平均功率大于12W、重复频率2Hz~8MHz、功率大于12W、脉冲持续时间20fs~8ms。

  在可选的实施例中,光扩散镜202具体用于对激光器201输出的脉冲激光束直径进扩散,扩散后的激光束经反射镜进入激光焊头203。

  在可选的实施例中,激光焊头203安装于可上下移动的第一竖直方向运动单元上,视觉成像单元206安装于可上下移动的第二竖直方向运动单元上,第一竖直方向运动单元上和第二竖直方向运动单元安装于直线电控移动平台上,直线电控移动平台驱动激光焊头203沿左右方向移动,实现抗拉折部件端部和导电工件的焊接。

  在可选的实施例中,激光焊头包括聚光镜以及置于其上同轴的温馈单元205,聚光镜的焦距10mm~9990mm,热辐射反射光通过聚光镜并透过反射镜传输至温馈单元205。

  在可选的实施例中,视觉成像单元206具体用于对焊接点的位置进行预先测定,并将预先测定的位置信息传送至中心控制单元207,中心控制单元207对焊接点的位置进行修正,根据修正后的焊接点的位置调整焊接轨迹,控制焊接位置。

  在可选的实施例中,额压输出机构204具体用于施予额定压力时与焊接区域接触,单点施压或多点施压,激光焊接时,额压输出机构的压轮沿左右方向滚动接触,额压输出机构随直线电控移动平台行进,在焊接行进方向保持位于激光焊头203的前方。

  在可选的实施例中,温馈单元205具体用于在中心控制单元207的控制下,采集焊接区域当前的温度,根据焊锡丝、抗拉折部件端部和导电工件的物理特性判断焊接效果,温馈单元205与视觉成像单元206互连,采集焊接点的位置信息,与直线电控移动平台互连,控制直线电控移动平台的运动起始和停止、运动速度。

  在可选的实施例中,附图2示例的视觉成像单元206上下移动调节视觉影像焦点,采集焊接点的位置信息并将焊接点的位置信息传输给中心控制单元207,以由中心控制单元207根据焊接点的位置信息确定激光焊接轨迹。

  所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中,上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。

  在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。

  本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

  在本发明所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的系统/计算设备和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的系统/计算设备实施例仅仅是示意性的,例如,模块或单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口,系统或单元的间接耦合或通讯连接,可以是电性,机械或其它的形式。

  作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

  另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。

  集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,社区矫正腕带内抗拉折部件焊接方法的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。

  以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。

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