等離子體引弧裝置的設計

王嘉禾，江志和，邵明強，薛志剛

（久智光電子材料科技有限公司,河北 廊坊 065000）

傳統等離子固相外沉積法生產過程中，需要人工進行生產操作、手動進行等離子弧光的引發動作，既不安全，也會將外界雜質引入加工室內。根據對等離子體引弧裝置動作的研究，得到一種自動化等離子體引弧裝置，提高了產品質量，減少人工操作，提高了生產效率，目前已應用到實際生產中。

1 背景技術

現有等離子體引弧裝置是由支撐臂、直線氣缸、軸承、旋轉氣缸和引弧組件組成，將等離子引弧組件靠近于等離子發生組件附近，待等離子火焰發出，需要人工將引弧裝置第一時間撤離等離子發生組件，防止引弧組件高溫損毀。

現有等離子引弧裝置使用直線氣缸抬起支撐臂，支撐臂抬起后，旋轉氣缸動作，將引弧組件靠近于等離子發生組件。在氣缸作用過程中，無法準確控制運動過程，以及運動終點。對等離子發生組件與引弧裝置的相對位置要求很高，在相對位置發生改變后，相對位置調節過程復雜。

在運動的過程中，壓縮空氣壓力小會造成直線氣缸、旋轉氣缸無法克服重力及阻力動作，壓縮空氣壓力大會造成氣缸運動劇烈，震動損毀引弧組件與等離子發生組件。

旋轉氣缸在旋轉過程中，會帶動引弧裝置軸向運動，占用空間大，容易造成引弧裝置與其他設備的碰撞。

2 根據實際情況對方案進行分析和改進

結合背景技術實際生產使用過程故障率，發現將引弧裝置靠近等離子體發生組件的過程中，最容易出現問題，在調節引弧組件與等離子體發生組件的過程中，還需要人工進行干預。所以新型等離子體引弧裝置的設計重點在于將軸向運動改為更為簡單的直線運動，并尋求一種更加穩定、可控的動力組件。

針對現有技術的缺陷，設計一款運動簡單，占用空間小，可實現自動控制的等離子體引弧裝置，如圖1。

圖1 等離子體引弧裝置

新型等離子體引弧裝置由支撐臂1、電動執行器2、軸承3、支撐桿4、多導桿氣缸5、引弧組件6 和底座7組成。

軸承3 設置于底座7 的一端，并且與支撐臂1 的一端活動連接，支撐臂1 與支撐桿4 連接，支撐桿4 與電動執行器2 相連接；支撐臂1 的另一端與多導桿氣缸5相連，多導桿氣缸5 與引弧組件6 相連；支撐桿4 與電動執行器2 為活動連接；支撐桿4 與支撐臂1 為活動連接。

圖2 引弧裝置起始位置

新型等離子引弧裝置回收時支撐臂1 與底座7 平行，壓縮了占用空間，防止與其他設備發生碰撞，如圖2。

為了減除引弧組件6 與等離子發生組件相對位置需人工檢查到位情況，設計中對電動執行器2 和多導桿氣缸5 安裝了磁性接近開關，可以檢測到動作是否到位，并由程序判斷是否進行下一步驟動作。

引弧過程中，操作人員位于等離子發生室外，在配電柜中觸發引弧按鈕。電動執行器2 運動，伸出支撐臂，水平方向推動支撐桿4，如圖3。

圖3 引弧裝置伸出動作

在電動執行器2 運動過程中，支撐桿4 將力傳遞給支撐臂1 上，并將支撐臂1 沿軸向擺出，直至支撐臂1與支撐架7 垂直，觸發磁性接近開關。磁性接近開關將信號傳送給自動控制系統，自動控制系統收到開關量信號后判斷支撐臂1 軸向運動到位，觸發多導桿氣缸5 動作，將引弧組件6 靠近等離子發生組件，待多導桿氣缸5 移動到工藝位置后，觸發磁性接近開關，將引弧組件6 到位信號傳送給自動控制系統，并完成引弧動作，如圖4。

圖4 引弧裝置伸出位置

引弧動作完成后，為了防止等離子火焰的高溫損毀引弧組件6，需要第一時間將引弧組件撤離等離子火焰處。所以設計中增加了工業級弧光傳感器，該光學傳感器可以在檢測到等離子火焰發出，并將信號傳遞給自動控制系統。經自動控制系統判斷，觸發多導桿氣缸5，將引弧組件6 遠離等離子發生組件，并觸發磁性接近開關，如圖5。

圖5 引弧裝置縮回位置

自動控制系統收到多導桿氣缸5 回收到位指令后，發出指令，控制電動執行器2 回收，達到將引弧裝置折疊，壓縮空間的作用。

3 結語

與背景技術相比，本裝置具有如下有益效果：電動執行器2 可根據要求調整行進速度，會根據設定速度調整電動執行器2 中伺服電機扭矩，保證了電動執行器2 在每個運行周期的速度，避免了運行過程中的劇烈碰撞，保護等離子體發生裝置。電動執行器2 精確帶動支撐桿控制支撐臂的位置運動，節省了人力進行位置調節，保證了運動過程中的穩定性，保護了其他設備不受到損毀。

導桿氣缸5 會在電動執行器2 運行到位后啟動，將引弧組件6 沿直線方向靠近等離子體發生裝置，在直線運動中，不會與其他相關設備產生碰撞，并壓縮設備空間。