用于節氣門閥體的激光刻碼掃碼機機構研究

□ 劉佳斌 □ 田廣奪 □ 李 東 □ 王 棟 □ 楊紅亮

北京強度環境研究所 北京 100076

1 研究背景

在汽車電控發動機領域,生產完成的節氣門閥體要進行激光刻碼掃碼處理,以實現產品裝箱存庫[1-3]。對節氣門閥體進行刻碼、掃碼是實現生產及產品物流質量把控與質量追溯不可或缺的環節[4]。

在現有技術中,激光刻碼掃碼采用半自動設備,對人工的依賴程度較大,生產效率低,生產成本高,刻碼時若設備沒有夾緊產品,容易出現刻碼質量不佳的情況[5]。此外,激光設備刻碼時發射高溫激光束對產品表面進行刻碼,激光束聚焦點會產生強烈的高溫,如果作業過程中工作人員不小心觸碰激光束,可能會灼傷皮膚。激光束聚焦點會產生強光,嚴重時可能損壞掃碼槍。激光設備對產品進行刻碼時,還會產生帶有異味的廢氣,廢氣未經處理排放至空氣中,會對環境造成一定污染[6-7]。因此,需要一種可以解決上述問題的激光刻碼掃碼設備。

筆者對用于節氣門閥體的激光刻碼掃碼機機構進行研究。

2 激光刻碼掃碼機工作原理

旋轉氣缸帶動轉盤轉動,節氣門閥體定位座隨轉盤轉至安全光幕之間,操作人員或其它自動化設備將待刻碼節氣門閥體放置于節氣門閥體定位座中。四個接近開關分別計算與節氣門閥體定位座的距離,并與預設值進行比較。若大于預設值,則接近開關亮綠燈,輸出該位置有檢測孔的信號。否則接近開關不亮燈,輸出該位置無檢測孔的信號。

當節氣門閥體定位座隨轉盤轉至半密封箱的開口側時,活動密封擋板組件中的滑動板向下運動,遮擋開口側的開口,限位開關動作并輸出信號。推動氣缸推動L形板遮擋掃碼孔,接近開關檢測到感應塊時亮綠燈,并輸出信號。

當控制柜接收到接近開關的輸出信號、限位開關的輸出信號、對射傳感器接收端的輸出信號時,對四個接近開關的輸出信號進行解碼,若解碼結果均為1,則選擇解碼結果對應的碼發送至刻碼機,刻碼機移動刻碼孔對待刻碼節氣門閥體進行刻碼。刻碼結束時,控制掃碼槍對已刻碼節氣門閥體進行掃碼。激光刻碼掃碼機總體結構如圖1所示。

▲圖1 激光刻碼掃碼機總體結構

3 激光刻碼掃碼機主要機構

3.1 旋轉夾緊裝置

旋轉夾緊裝置[8-10]如圖2所示,具體包括四個固定在支撐面板上的T形支撐腿、固定在轉盤上表面同一直徑上的兩組用于固定待刻碼節氣門閥體的產品監測固定裝置、固定在轉盤下表面圓心處的旋轉氣缸。T形支撐腿通過安裝在T形支撐腿頭部的滾輪支撐旋轉夾緊裝置的轉盤。對射傳感器固定在支撐面板上,用于檢測產品監測固定裝置是否放置待刻碼節氣門閥體。若對射傳感器的接收端接收到發射端發出的光線,則輸出產品監測固定裝置未放置待刻碼節氣門閥體的信號,否則輸出產品監測固定裝置放置待刻碼節氣門閥體的信號。安裝在頂升氣缸上的頂升板對夾緊組件中的轉軸起頂起的作用。

▲圖2 旋轉夾緊裝置

產品監測固定裝置包括固定在支撐面板上的閥體定位座、固定在閥體定位座上的L形保護板、固定在支撐面板上用于夾緊待刻碼節氣門閥體的夾緊組件、固定在支撐面板上用于檢測閥體定位座型號的多個接近開關。當多個接近開關檢測到閥體定位座中對應位置的檢測孔時,接近開關亮綠燈,并輸出信號。

3.2 活動密封擋板組件

活動密封擋板組件如圖3所示,具體包括兩根與半密封箱開口相平行且一端固定在支撐面板上、另一端固定在支架橫梁上的導向軸,四個角分別固定在四個活動軸承上的滑動板,一端固定在支架橫梁上、另一端固定在滑動板上的單導桿氣缸,固定在導向軸上的滑動板緩沖墊。每根導向軸安裝有兩個直線軸承,支架的豎梁上安裝有安全光幕。

▲圖3 活動密封擋板組件

3.3 半密封箱

半密封箱如圖4所示。半密封箱的開口處固定有檢測滑動板的限位開關,當滑動板觸碰限位開關的滾珠時,限位開關輸出信號。半密封箱的掃碼孔處固定有帶感應塊的L形板,L形板由推動氣缸推動,用于遮擋掃碼孔。接近開關用于檢測感應塊,當接近開關檢測到感應塊時,接近開關亮綠燈,并輸出信號。半密封箱后壁上設有連接排放廢氣用廢氣吸管的廢氣孔。

3.4 刻碼掃碼裝置

刻碼掃碼裝置如圖5所示,具體包括固定在支撐面板上的雙滑軌和兩個支撐腿,固定在雙滑軌上的安裝支座,固定在安裝支座上的刻碼機,兩端穿過兩個支撐腿并固定、一端安裝有輻式手輪的絲杠,一端固定在安裝支座上、另一端穿過絲杠并固定的推動板,通過掃碼槍調節座安裝在支撐面板上的掃碼槍。

4 樣機研制

為驗證各個機構是否滿足激光刻碼掃碼機的使用要求和使用功能,對各個機構的零件進行了生產加工,對外購件進行了選型采購,最終研制完成激光刻碼掃碼機樣機,如圖6所示。

▲圖4 半密封箱

▲圖5 刻碼掃碼裝置

5 樣機測試

通過樣機對節氣門閥體進行刻碼掃碼試驗,并對刻碼的穩定性進行評估。一共進行五組試驗,每組刻碼100次,最終得出刻碼合格率高達99.752%。試驗結果見表1,節氣門閥體刻碼前后實物分別如圖7、圖8所示。

▲圖6 激光刻碼掃碼機樣機

表1 刻碼掃碼試驗結果

▲圖7 節氣門閥體刻碼前實物

▲圖8 節氣門閥體刻碼后實物

6 結束語

筆者研究的用于節氣門閥體的激光刻碼掃碼機具有原理清晰、結構簡單、易于實現、安全可靠等優點,能自動對節氣門閥體進行刻碼掃碼,刻碼質量高,可有效避免激光束傷害操作人員,減少廢氣對環境的污染。樣機測試結果表明,激光刻碼掃碼機工作可靠,具有很好的推廣價值。