(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211099029.0 (22)申请日 2022.09.07 (71)申请人 扬州大学 地址 225009 江苏省扬州市邗江区大 学南 路88号 (72)发明人 焦俊科　孙圣元　 (74)专利代理 机构 南京众联专利代理有限公司 32206 专利代理师 蒋昱 (51)Int.Cl. B23K 26/28(2014.01) B23K 26/044(2014.01) B23K 26/046(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B23K 26/14(2014.01)B23K 37/04(2006.01) (54)发明名称 一种路灯杆全自动激光焊 接方法与装置 (57)摘要 本发明提出一种路灯杆全自动激光焊接方 法与装置， 该装置主要包括自动化上料系统、 压 力自适应调节的工装及其控制系统、 激光焊接焦 距自适应调整装置、 焊缝自动跟踪的摆动激光焊 接头、 焊接头姿态调整结构， 激光器及光学系统、 气流系统等。 本发明提出一种灯杆全自动激光焊 接技术和装备， 实现路灯杆的高效、 绿色、 高质量 的焊接。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115502561 A 2022.12.23 CN 115502561 A 1.一种路灯杆全自动激光焊接装置， 所述路灯杆全自动激光焊接装置包括自动 化上料 系统、 压力自适应调节的工装及其控制系统、 激光焊接焦距自适应调整装置、 焊缝自动跟踪 的摆动激光焊接 头、 焊接头姿态调整结构， 激光器及光学系统和气流系统， 其特 征在于： 所述自动化上料系统包括导轨、 进给电机、 路灯 杆支撑架以及进给速度控制系统， 所述 导轨长度根据路灯杆 的长度而定， 所述进给电机为直流电机， 所述进给电机设置在导轨一 端上方， 所述路灯杆支撑架固定在进给电机上， 随着进给电机的运动推动路灯杆沿导轨 向 前进给， 所述进给速度控制系统包括变频器通过其实现进给 方向和进给速度的设定； 所述的压力自适应调节工装及压力自适应调节控制控制系统， 所述压力自适应调节工 装设置在路灯杆另一端， 所述压力 自适应调节系统包括路灯杆在焊位置直径大小探测系 统， 数据库系统和PLC控制与执行系统， 路灯杆在焊位置直径大小探测采用位移传感器， 根 据位移传感器的数据计算出当前灯杆在焊位置的直径， 数据库系统包含路灯杆型号、 壁 厚、 材料、 长度， 及其不同在焊直径下的工装压力， PLC控制系统则是根据测的直径大小， 实施调 整施加的压力； 所述的激光焊接焦距自适应调节装置是固定于工装上一个调 整架， 所述调 整架一端与 施压工装硬连接， 另一端固定 激光摆动焊接 头； 所述的焊缝自动跟踪的摆动激光焊接头包括激光摆动焊接头和焊缝自动跟踪系统， 焊 接追踪系统置 于激光摆动焊接 头前面5‑50cm； 所述的焊接头姿态调整结构， 所述激光摆动焊接头与调整架相连处有Z轴自动位移台 和X轴自动位移台， 所述X轴自动位移台一侧有电机， 所述Z轴自动位移台为角度微调装置或 机械垫块； 所述的激光与光学系统， 包括高功率激光器和激光摆动焊接 头； 所述的气流系统包括惰性气体包护系统和压缩空气 气刀保护系统。 2.根据权利要求1所述一种路灯杆全自动激光焊接装置， 其特征在于： 所述进给电机的 进给速度在1m ‑5m/min之间可调。 3.根据权利要求1所述一种路灯杆全自动激光焊接装置， 其特征在于： 所述施压工装是 由一组液压驱动的多齿收紧装置， 所述多齿收紧装置的收紧齿的齿数为偶数， 并在圆周上 均匀分布， 每 个收紧齿末端为 一组滚轮， 滚轮 个数为4‑8个， 均匀分布在收紧齿上， 设置在上方收紧齿的滚轮有一个为定位滚轮其余为施压滚轮， 所述定位滚轮圆周面中 心有一个厚度在1 ‑2mm的定位齿， 在焊接过程中该定位齿深入焊缝内。 4.根据权利要求1所述一种路灯杆全自动激光焊接装置， 其特征在于： 所述焊缝自动跟 踪系统基于 视觉、 线配套的激光传感器以及与其协同工作的X轴和算法处 理系统。 5.根据权利要求1所述一种路灯杆全自动激光焊接装置， 其特征在于： 所述高功率激光 器为光纤传输的光纤激光器或固体激光器或半导体激光器或碟片激光器， 功率大于20 00W。 6.根据权利要求1所述一种路灯杆全自动激光焊接装置， 其特征在于： 所述激光摆动焊 接头能实现激光束的摆动， 摆动直径和频率可调节， 直径在1mm ‑8mm之间， 频率在5 ‑5KHz之 间。 7.根据权利要求1所述一种路灯杆全自动激光焊接装置， 其特征在于： 所述气流系统的 惰性气体选用氮气或氩气。 8.使用权利要求1 ‑7任意一项所述路灯杆全自动激光焊接装置的焊接方法， 具体方法权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115502561 A 2如下， 其特 征在于： 第一步： 安装路灯杆； 把灯杆大头端放置在灯杆支撑架上， 小头端放置在工装系统上， 通过液压系统驱动收 紧齿对工装内的灯杆进 行施加压力， 把定位滚轮的凸起插入焊缝内， 施压收紧， 使灯杆处于 压紧状态； 施加压力的大小的确定方法为： 根据 灯杆的厚度、 材质， 初始压力设置为2Mpa； 在灯杆前端进入施压夹具时， 该位移x设置为零位， 随着焊接的进行， 位移x在发生变 化， 这时候施加的压力F也要根据位移量的大小进行实时调整， 二者存在一个线性关系， 该 线性关系要根据带焊接 工件的厚度d、 材 料种类进行设定， F0为初始压力； F＝f(d)×x+F0 第二步： 焊接角度和离焦量的调整； 通过调节调 整架的俯仰角度调整焊接角度， 该角度在工艺确定后， 不再调整； 焊接角度 确定后， 通过调整Z轴实现离焦量的调整， 离焦量在工艺确定后， 不再调整， 离焦量的调整 大 小Δf与Z向的调整ΔZ 存在一个线性关系： Δf＝ΔZ ÷sin( θ‑α ) 其中， Δf为离焦量调整大小， ΔZ为Z轴调整量， α 为路灯杆的从细到粗的变化角度， θ为 调整架的俯仰角度； 第三步： 灯杆焊接； (1)开启激光焊缝追踪系统， 并对焊缝初始位置进行 校准， 使其处于正常工作状态； (2)设置焊接参数， 设置激光功率、 焊接速度， 焊接头光束摆动直径和摆动频率， 其中， 光束摆动半径的设置方法为： 为保障焊接质量， 实现灯杆焊接熔深大于3/4厚度， 焊接头摆动直径D与材料厚度h、 焊 缝间隙Δd之间存在这样一个关系： (3)开启保护气体， 设置惰性气体输出气压， 设置气刀保护气气压， 通过旁轴侧吹的方 式对焊缝进行 氧化防护； (4)启动系统， 灯杆运动， 激光器出光， 正常焊接； (5)灯杆焊接 完成后， 关闭系统， 取 下灯杆。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115502561 A 3