定位格架的焊接設備制造技術

本發明專利技術涉及定位格架的焊接設備及方法，具體地說涉及在焊接作業過程中，拍攝焊點影像，并根據上述影像準確掌握焊點位置，從而進行精密焊接的焊接設備及方法。本發明專利技術涉及的激光焊接設備包括：脈沖激光發生器、伺服電機、光束分離器、攝像傳感器及焊接控制裝置。由于本發明專利技術組成具有上述特征，因此本發明專利技術在焊接激光處于“關閉”狀態時拍攝焊點的影像，并與焊接作業并行完成，因此能夠縮短焊接作業所需的啟動時間，從而提高工作效率。此外，本發明專利技術涉及的焊接方法在焊接作業途中提供拍攝的影像，能夠即時確認焊接狀態，無需完成作業后確認焊接狀態，從而提高了整體工作效率。本發明專利技術同時還能最大限度地從拍攝的影像中消除熱點造成的影像失真現象。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及定位格架的焊接設備，具體地說涉及在焊接作業過程中，拍 攝焊點影像，并利用上述影像準確掌握焊點位置，從而進行精密焊接的焊接 設備。
技術介紹
近來，用于支撐并固定核燃料的定位格架，主要如韓國專利申請第10-1983-0004399號所公示，主要將長鋯板縱橫交錯后，焊接成格子形狀而 成。具體說明為，每塊板上都形成了槽，能夠收容相互直角交叉的板，通過 相互結合方式固定這些槽后，對直角交叉的板塊的交點進行焊接，形成定位格架。定位格架制造上的缺陷由組成定位格架的板塊材料缺陷、焊接板的固定 缺陷、焊接時激光缺陷及焊接作業過程中將定位格架的組分固定的固定帶的 固定缺陷等多種原因綜合作用造成，并以定位格架的焊接缺陷形式體現。針對上述各種原因，有多種方法能夠將定位格架焊接缺陷降低到最小程 度，其中，為最小化焊接缺陷，最重要的是事先準確找到焊接時成為焊點的 交叉板塊的交點進行焊接，完成作業后準確掌握焊接后的焊接狀態，對焊接 不合格的部分進行重新焊接。特別是，組成定位格架的板塊上為了插入交叉 的板塊而形成的槽，在相互插入時仍有一定的公差，從而使整體焊點形成得 不規則，出現些許誤差，因此事先掌握準確的焊點位置就顯得尤為重要。為了防止這樣的焊接缺陷，近來在焊接作業前拍攝定位格架的影像，事 先掌握整體焊點后實施焊接作業，之后以手工作業確認焊接狀態后，對焊接 狀態不合格的定位格架重新進行焊接作業。但是，上述方法不僅在進行定位格架焊接作業前需要消耗很長的時間， 而且對焊接時出現的瑕疵也不能即時處理，從而降低了工作效率。另一方面，與一般電弧焊不同，定位格架需要進行激光焊接，溫度達到3000攝氏度以上，比電弧焊高得多。因此，為了縮短焊接作業所需時間，在 焊接作業途中或焊接結束后立即拍攝定位格架影像時，則會因為上述高溫使 影像出現熱點現象，從而很難判別影像。即，為了提高定位格架焊接作業效 率，需要有相關輔助技術，能夠從焊接途中或焊接結束后立即拍攝的影像中 消除熱點或使其最小化。
技術實現思路
本專利技術為解決上述問題而提出，其目的是提供與焊接作業并行地獲得定 位格架影像，從而能夠即時確認焊接后的焊接狀態，判斷是否需要重新焊接 的焊接設備。本專利技術目的還在于提供即使與焊接作業并行地拍攝定位格架的影像，也 能夠最小化熱點現象的焊接設備。為達到上述目的，本專利技術涉及的用于對定位格架進行焊接的焊接設備是激光焊接設備，該設備包括脈沖激光發生器、伺服電機、光束分離器、攝 像傳感器及焊接控制裝置。伺服電機能夠在X-Y平面上移動上述脈沖激光發生器。光束分離器能夠從上述激光發生器產生的激光光路中分離出從定位格 架的焊接部反射的反射光的光路。攝像傳感器在上述脈沖激光發生器處于"關閉"狀態時，能夠接收到從 定位格架的焊點反射并被上述光束分離器分離出來的光，從而檢測并保存定 位格架的影像。焊接控制裝置中保存了焊點的位置信息和各焊點的焊接順序，能夠控制 攝像傳感器拍攝定位格架的影像，并從上述攝像傳感器接收該影像，計算出 下一個焊點的準確位置，對上述焊點位置信息進行修正，根據計算出的坐標 值控制伺服電機，使上述脈沖激光發生器能夠準確校準下一個焊點。此外，本專利技術涉及的激光焊接設備還可以包括焊接狀態判別裝置。上述 焊接狀態判別裝置將從上述攝像傳感器傳送的定位格架影像與焊接狀態相 關的圖像分析數據庫進行比較，從而判別焊接部分的焊接狀態。此外，當本專利技術涉及的激光焊接設備的焊接控制裝置從上述焊接狀態判 別裝置接收到前一個焊接部位焊接不合格的判定信號時，會將上述焊點重新 列入焊接對象。此外，本專利技術涉及的激光焊接設備還可以包括衰減濾波器。衰減濾波器 能夠將定位格架反射的反射光的強度降低到照相機能夠識別的程度后傳遞 給攝像傳感器。此外，本專利技術涉及的激光焊接設備還可以包括帶通濾波器。帶通濾波器能夠在定位格架反射的反射光中選擇性地只讓波長在770nm-790nm范圍內 的光線透過，并傳遞給攝像傳感器。不僅如此，本專利技術涉及的激光焊接設備的攝像傳感器在上述脈沖激光發 生器處于"關閉"狀態的時間內，只在低溫區間接收定位格架的焊接部反射 的光線，從而檢測并保存定位格架影像。另一方面，本專利技術涉及的激光焊接設備的攝像傳感器在脈沖激光發生器 處于"關閉"狀態的時間內進行連續拍攝，從中只對熱點造成的失真現象低 于基準值的相應幀進行接收及保存。由于本專利技術的組成具有上述特征，本專利技術涉及的焊接方法能夠縮短焊接 作業所需的啟動時間，從而提高工作效率。此外，本專利技術涉及的焊接方法在焊接作業途中提供拍攝的影像，能夠即 時確認焊接狀態，無需完成作業后確認焊接狀態，從而提高了整體工作效率。本專利技術在定位格架焊接過程中，在熱點造成的影像失真現象最小時期拍 攝影像，同時還能最大限度地從拍攝的影像中消除熱點造成的影像失真現 象。附圖說明圖1是本專利技術涉及的激光焊接設備的整體結構模塊圖；圖2是本專利技術除伺服電機以外的焊接部示意圖；圖3是熱點發出的光譜按波長分布表示的曲線；圖4是脈沖激光的振幅隨時間變化表示的曲線；圖5是焊點溫度隨脈沖激光變化的曲線；圖6是焊點的理論位置的示意圖；圖7是焊點的實際位置的示意圖。附圖標記5:焊接部 20:攝像傳感器21:衰減濾波器 22:帶通濾波器40:控制部 41:焊接控制裝置 42:焊接狀態判別裝置。具體實施例方式下面參照附圖對本專利技術實施例進行說明。實施例1參照圖l，本實施例涉及的激光焊接設備大體可以分為控制部40和焊接部5。首先，參照圖1及圖2對焊接部5進行說明。焊接部5在由伺服電機、脈沖激光發生器、校準透鏡及聚焦透鏡組成的 公知的激光焊接設備的基礎上，還包括光束分離器、攝像傳感器、衰減濾波 器及帶通濾波器。伺服電機如以往所述能夠在X-Y平面上移動焊接部5。另一方面，在定位格架焊接過程中，為了充分確保焊接深度、防止焊接 缺陷，激光需要使用如圖4所示的"開啟"狀態和"關閉"狀態交替的脈沖 激光。為方便起見，本實施例的激光假定使用定位格架焊接中使用的頻率為 15Hz的脈沖激光。這樣，脈沖激光的周期約為70ms，其中，脈沖開啟時間 約為7ms ，關閉時間約為63ms 。脈沖激光發生器10中產生激光后，通過光纖ll、校準透鏡30、光束分 離器32及聚焦透鏡31將激光照射到焊點。此時，光束分離器32將從上述脈沖激光發生器產生的激光光路中分離 出定位格架焊接部反射的反射光的光路。為了分離照射激光和焊點的反射光 的光路，光束分離器32可以使用冷光鏡或熱光鏡。對于圖2所示的情形， 采用了冷光鏡作為光束分離器，冷光鏡使激光直接透過，而焊點反射的光則 被反射回去，將光路改變到攝像傳感器20側。被定位格架焊接部反射并通過上述光束分離器32分離光路的光首先通 過過濾層，本實施例中過濾層由衰減濾波器21和帶通濾波器22組成。衰減濾波器用于整體降低透射光的強度，如上所述，由于定位格架焊點 溫度很高，因此反射光強度很大，而衰減濾波器的作用就是將透射光的強度 降低到攝像傳感器20能夠識別的程度。另一方面，載有定位格架影像信息并能夠被肉眼或照相機識別的波長范 圍是包括可見光和部分紅外線在內的500nm-800nm。圖3所示為焊接過程中或焊接作業剛剛結束時焊點的熱點產生的光譜按波長分布表示的曲線，從圖 中可以看出，大約在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種定位格架焊接設備，其特征是，該定位格架焊接設備是具有脈沖激光發生器、校準透鏡及聚焦透鏡的用于對定位格架進行焊接的激光焊接設備，該焊接設備還包括：伺服電機、光束分離器、攝像傳感器、焊接控制裝置；其中，所述伺服電機用于在Ｘ－Ｙ平面上移動所述脈沖激光發生器；所述光束分離器用于從所述激光發生器產生的激光光路中分離出從定位格架的焊接部反射的反射光的光路；所述攝像傳感器在所述脈沖激光發生器處于關閉狀態時，能夠接收到從定位格架的焊點反射并被所述光束分離器分離出來的光，從而檢測并保存定位格架的影像；所述焊接控制裝置中保存了焊點的位置信息和各焊點的焊接順序，能夠控制攝像傳感器拍攝定位格架影像，并從所述攝像傳感器接收影像，計算出下一個焊點的準確位置，對所述焊點位置信息進行修正，根據計算出的坐標值控制所述伺服電機，使所述脈沖激光發生器能夠準確校準下一個焊點。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：張興淳，黃昌煥，樸學范，吳炳殷，金龍寬，吳明浩，林尚賢，
申請(專利權)人：韓電原子力燃料株式會社，
類型：發明
國別省市：KR[韓國]