基于軌跡的電焊電極頭損壞程度檢測技術(shù)

朱燕青，王軼煒，岑　鐵，代寶貴

（上海機電學(xué)院，上海　200120）

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基于軌跡的電焊電極頭損壞程度檢測技術(shù)

朱燕青，王軼煒，岑鐵，代寶貴

（上海機電學(xué)院，上海200120）

摘要：涉及汽車工業(yè)及設(shè)備制造領(lǐng)域，設(shè)計了一種檢測電焊電極頭損壞程度的裝置。綜合了運動控制器、伺服電機模組，針孔光電傳感器，使得電極頭檢測精確度得到提高，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的在線傳遞。

關(guān)鍵詞：傳感器；電極；運動軌跡；激光

1　技術(shù)背景

在汽車生產(chǎn)線上運用機器人的焊接工藝已經(jīng)成為主要的生產(chǎn)手段，機器人在焊接車身時、電焊電極頭主要承載著導(dǎo)電、散熱和施壓三大功能。在電焊過程中，電極的溫度上升得非常快，在高溫高壓的作用下，電極頭會產(chǎn)生磨損、磨損后的電焊電極頭會對降低焊接質(zhì)量。嚴重時會造成虛焊。定時對機器人電焊焊槍上的電極頭進行檢是質(zhì)量的保證工作的必要環(huán)節(jié)。檢測方法是在機器人完成一定的工位點焊接工作后，自動將焊槍伸入到電極檢測裝置中去，經(jīng)過檢驗后，如果電極頭沒有達到規(guī)定的損耗值，則繼續(xù)使用。如果檢測下來，電極頭已經(jīng)損耗的無法使用了，機器人則將電極頭伸到專門的車削器中。對電極進行車削，直到形狀尺寸達到原來的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。目前檢測裝置大多使用機械接觸的方法來檢測損耗程度，其原理是電極頭深入到檢測裝置后會與簧片接觸，簧片下壓會使杠桿動作，當(dāng)杠桿的另一頭抬高碰到行程開關(guān)時，說明電極還可以使用。反之、電極接觸不到簧片，說明電極本身磨損嚴重。這種方法的優(yōu)點是檢測過程簡單，缺點是檢測的精度比較差。

2　設(shè)計思想

本文提出一種檢測電焊電極頭損壞程度的裝置，能夠精準(zhǔn)地檢測出電極頭部的損耗情況，確保焊接質(zhì)量，杜絕批量事故的發(fā)生。該裝置采用光感檢測探頭通過運動控制器編入軌跡走向，使得傳感器發(fā)出的光線能夠沿著電極頭部的軌跡運動，當(dāng)光線的軌跡完全被電極頭部遮擋，說明在規(guī)定的尺寸內(nèi)電極的形狀保持良好，而在軌跡如果有透光點則說明電極頭部有損耗點。于是就大大提高了檢測的準(zhǔn)確性；不僅如此，本產(chǎn)品配置的光電傳感器通過傳輸光線掃過電極頭周邊，精準(zhǔn)的檢測檢測到具體磨損位置，為工藝提高提供了依據(jù)。這樣設(shè)計是為了能夠適應(yīng)多種檢測的不同需求，在市場競爭力上有更廣闊的空間，在技術(shù)安全性上有更高的要求，在操作上有更適用于人機合作的設(shè)備。

圖1所示為本文所介紹的檢測電焊電極頭損壞程度的裝置具體結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置包括：底座、這是整個裝置的主要支撐部件；前腳支架就固定在外殼一側(cè)，前腳支架上設(shè)置有檢測支架，檢測支架通過螺釘豎直安裝在前腳支架上，起支撐與保護作用；在底座上，安裝有Y軸伺服電機模組，Y軸滑塊帶動X軸伺服電機模組前后移動；X軸滑塊帶動傳感器支架左右移動。傳感器支架通過螺釘標(biāo)準(zhǔn)件安裝在所述X軸模組滑塊上；光電傳感器和光源，分別設(shè)置于傳感器支架內(nèi)側(cè)，并上下配合對應(yīng)，光源通電后發(fā)射測試光由光電傳感器的反射鏡面接收，并通過接收情況判斷出電極頭的損壞情況。

光電傳感器選擇為針孔光電傳感器，所述光源為發(fā)光二極管，其所發(fā)出的光源經(jīng)過聚光處理從光導(dǎo)管中射出。管道直徑為0.05mm，所發(fā)出的光線可以通過0.05mm的間隙，而電極頭與卡板之間的間隙小于0.05時，光線通過間隙后到達傳感器的接受板時，光線的強度將受到減弱，傳感器將無法激活，此時說明電極頭滿足要求，檢測器則發(fā)“0”通知機器人正常作業(yè)；而間隙值大于0.05mm時，光線充分照射在傳感器上，傳感器被激活發(fā)出信號“1”，通知機器人將電極頭送到修復(fù)器中對電極頭進行車削，直至達到檢測要求，最終完成整套自動化銑削與檢測工序。

該裝置還包括固定塊，固定機蓋。電機外殼蓋，通過螺釘標(biāo)準(zhǔn)件固定在Y軸伺服電機模組。該裝置還包括Y軸滑塊外殼和X軸滑塊外殼，對電機和傳動機構(gòu)起保護作用。

當(dāng)修復(fù)器裝置對電極頭車削時，機器人按照事先預(yù)編好的程序?qū)㈦姌O頭對準(zhǔn)修復(fù)器的定位，此時修復(fù)器也按照預(yù)編程序，啟動電動機，電動機轉(zhuǎn)動皮帶輪，皮帶輪通過軸帶動刀具對電極頭進行車削。車削完之后，機器人通過預(yù)編程序把電極頭放入檢測器進行檢測，伺服電機模組通過預(yù)編程序可控制光電檢測管走出與檢測電極頭輪廓一致的路徑，同時，由發(fā)光二極管發(fā)出的紅色光源檢測電極頭之間的間隙是否能讓光線通過。

該裝置的檢測電焊電極頭損壞程度的裝置運用針孔光電傳感器的高靈敏度、高可靠性、檢測范圍廣、響應(yīng)速度快、壽命長、可靠性高等特點，使用可通針孔光電傳感器來檢測電極頭與標(biāo)準(zhǔn)軌跡的間隙來判斷電極頭的形態(tài)變化，可自行判斷并給出反應(yīng)，檢測電極頭質(zhì)量的是否合格。本檢測裝置具有自動報警功能，使整個生產(chǎn)過程達到完全自動化。有效控制了汽車制造廠家對車身生產(chǎn)的質(zhì)量要求和尺寸精度的控制，提高了生產(chǎn)效率。一旦電極頭磨損嚴重,檢測器發(fā)出信號，并反饋情況，待相關(guān)作業(yè)人員來進行檢修或替換。光感檢測器作業(yè)的準(zhǔn)確性，且能在各種環(huán)境中出色完成作業(yè)，工作性能穩(wěn)定，且不受被檢物的形狀、顏色及材質(zhì)的影響。這樣大大提高了生產(chǎn)質(zhì)量，杜絕因電極頭磨損而引起的事故。

3　實驗效果

在實驗過程中，本文采用了運動控制卡作為整個裝置的控制系統(tǒng)，采用數(shù)控編程所使用的G指令，將電極頭的幾何軌跡編入指令之中，使得該裝置能夠精確地完成檢測功能，并能夠及時發(fā)現(xiàn)損耗點的具體位置，這個數(shù)據(jù)可以為焊接工藝提供技術(shù)支持，工藝工程師和現(xiàn)場操作者可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)采取必要的改進，以減少損耗，從而提高焊接質(zhì)量。所以說這個方案是可以取得良好效果的。

參考文獻

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Welding Electrode Damage Detection Technology Based on the Trajectory

ZHU Yan-qing，WANG Yi-wei，CEN Tie，DAI Bao-gui
（Shanghai Mechanical and Electrical College，Shanghai 200120，China）

Abstract:The paper involves the automotive industry and equipment manufacturing industry，designs a detecting device for electric welding electrode damage，it combines with motion controller，servo electrical module，and pinhole photoelectric sensor，improves accuracy of the electrode head and realizes the online data delivery.

Key words:sensor；Electrode；Trajectory；laser

作者簡介：朱燕青（1957-），教師，高級工程師，主要研究方向：機電一體化。

收稿日期：2016-01-20

中圖分類號：TG66

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）02-0049-02