基于軌跡的電焊電極頭損壞程度檢測(cè)技術(shù)

朱燕青，王軼煒，岑　鐵，代寶貴

（上海機(jī)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(cè)技術(shù)

朱燕青，王軼煒，岑鐵，代寶貴

（上海機(jī)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(jì)了一種檢測(cè)電焊電極頭損壞程度的裝置。綜合了運(yùn)動(dòng)控制器、伺服電機(jī)模組，針孔光電傳感器，使得電極頭檢測(cè)精確度得到提高，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的在線傳遞。

關(guān)鍵詞：傳感器；電極；運(yùn)動(dòng)軌跡；激光

1　技術(shù)背景

在汽車生產(chǎn)線上運(yùn)用機(jī)器人的焊接工藝已經(jīng)成為主要的生產(chǎn)手段，機(jī)器人在焊接車身時(shí)、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(huì)產(chǎn)生磨損、磨損后的電焊電極頭會(huì)對(duì)降低焊接質(zhì)量。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成虛焊。定時(shí)對(duì)機(jī)器人電焊焊槍上的電極頭進(jìn)行檢是質(zhì)量的保證工作的必要環(huán)節(jié)。檢測(cè)方法是在機(jī)器人完成一定的工位點(diǎn)焊接工作后，自動(dòng)將焊槍伸入到電極檢測(cè)裝置中去，經(jīng)過檢驗(yàn)后，如果電極頭沒有達(dá)到規(guī)定的損耗值，則繼續(xù)使用。如果檢測(cè)下來，電極頭已經(jīng)損耗的無法使用了，機(jī)器人則將電極頭伸到專門的車削器中。對(duì)電極進(jìn)行車削，直到形狀尺寸達(dá)到原來的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。目前檢測(cè)裝置大多使用機(jī)械接觸的方法來檢測(cè)損耗程度，其原理是電極頭深入到檢測(cè)裝置后會(huì)與簧片接觸，簧片下壓會(huì)使杠桿動(dòng)作，當(dāng)杠桿的另一頭抬高碰到行程開關(guān)時(shí)，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(yán)重。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)過程簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是檢測(cè)的精度比較差。

2　設(shè)計(jì)思想

本文提出一種檢測(cè)電焊電極頭損壞程度的裝置，能夠精準(zhǔn)地檢測(cè)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(cè)探頭通過運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，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(diǎn)則說明電極頭部有損耗點(diǎn)。于是就大大提高了檢測(cè)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(cè)檢測(cè)到具體磨損位置，為工藝提高提供了依據(jù)。這樣設(shè)計(jì)是為了能夠適應(yīng)多種檢測(cè)的不同需求，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jī)合作的設(shè)備。

圖1所示為本文所介紹的檢測(cè)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(gè)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(cè)支架，檢測(cè)支架通過螺釘豎直安裝在前腳支架上，起支撐與保護(hù)作用；在底座上，安裝有Y軸伺服電機(jī)模組，Y軸滑塊帶動(dòng)X軸伺服電機(jī)模組前后移動(dòng)；X軸滑塊帶動(dòng)傳感器支架左右移動(dòng)。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(duì)應(yīng)，光源通電后發(fā)射測(cè)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(shí)，光線通過間隙后到達(dá)傳感器的接受板時(shí)，光線的強(qiáng)度將受到減弱，傳感器將無法激活，此時(shí)說明電極頭滿足要求，檢測(cè)器則發(fā)“0”通知機(jī)器人正常作業(yè)；而間隙值大于0.05mm時(shí)，光線充分照射在傳感器上，傳感器被激活發(fā)出信號(hào)“1”，通知機(jī)器人將電極頭送到修復(fù)器中對(duì)電極頭進(jìn)行車削，直至達(dá)到檢測(cè)要求，最終完成整套自動(dòng)化銑削與檢測(cè)工序。

該裝置還包括固定塊，固定機(jī)蓋。電機(jī)外殼蓋，通過螺釘標(biāo)準(zhǔn)件固定在Y軸伺服電機(jī)模組。該裝置還包括Y軸滑塊外殼和X軸滑塊外殼，對(duì)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)起保護(hù)作用。

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

該裝置的檢測(cè)電焊電極頭損壞程度的裝置運(yùn)用針孔光電傳感器的高靈敏度、高可靠性、檢測(cè)范圍廣、響應(yīng)速度快、壽命長、可靠性高等特點(diǎn)，使用可通針孔光電傳感器來檢測(cè)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(cè)電極頭質(zhì)量的是否合格。本檢測(cè)裝置具有自動(dòng)報(bào)警功能，使整個(gè)生產(chǎn)過程達(dá)到完全自動(dòng)化。有效控制了汽車制造廠家對(duì)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(yán)重,檢測(cè)器發(fā)出信號(hào)，并反饋情況，待相關(guān)作業(yè)人員來進(jìn)行檢修或替換。光感檢測(cè)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(shí)驗(yàn)效果

在實(shí)驗(yàn)過程中，本文采用了運(yùn)動(dòng)控制卡作為整個(gè)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(cè)功能，并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)損耗點(diǎn)的具體位置，這個(gè)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(chǎng)操作者可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)采取必要的改進(jìn)，以減少損耗，從而提高焊接質(zhì)量。所以說這個(gè)方案是可以取得良好效果的。

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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(jiǎn)介：朱燕青（1957-），教師，高級(jí)工程師，主要研究方向：機(jī)電一體化。

收稿日期：2016-01-20

中圖分類號(hào)：TG66

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）02-0049-02