CN100482396C - 微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器 - Google Patents

Abstract

微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器，它涉及一种焊接过程中的焊缝跟踪传感器，以解决现有传感器存在的装置结构参数没有合理优化，获得的微束等离子弧稳定性差，测试的结果的重复性不好，采集的数据有效性差的问题。本发明的下枪体的内腔分为枪体中腔和枪体外腔两个腔体，压缩喷嘴的内腔分为喷嘴中腔和喷嘴外腔两个腔体，上枪体的内腔与下枪体的枪体中腔相连通，下枪体的枪体中腔与压缩喷嘴的喷嘴中腔相连通，钨极设置在钨极夹上，钨极的上端位于上枪体顶部的外侧，钨极的下端位于压缩喷嘴的喷嘴中腔内并且与压缩喷嘴的喷口之间形成缝隙，离子气导管的一端与上枪体的内腔相连通，进冷却水管和出冷却水管的一端分别与下枪体的枪体外腔相连通。

Description

微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体涉及一种焊接过程中的焊缝跟踪传感器。

背景技术

在实现焊接过程由手工向自动转变的过程中，各种焊接传感器起着关键性的作用。由于各种因素的作用，实际的焊接条件经常发生变化，例如加工和装配上的误差以及焊接过程中的热和残余应力而产生的变形等情况会造成接头位置和尺寸的变化，因此要求焊接系统(或弧焊机器人)能够实时检测出这种变化并调整焊接路径和焊接参数，以保证焊接质量。得到合格焊缝的首要条件是必须保证焊枪与焊缝的对准，所以在各种焊接传感器中，焊缝跟踪传感器占据了非常大的比重，约占焊接传感器总量的80％。用于弧焊过程控制的传感器有很多种，电弧传感器和光学传感器占有突出的地位，但两种传感器普遍存在应用范围比较窄、易受电弧的干扰、采集信息的真实性和准确性较低、对焊接材料表面要求较高的问题。

发表在焊接学报2004年4月刊上的一篇叫做《基于微束等离子弧的焊缝跟踪》的论文对等离子弧焊缝跟踪扫描的实验进行了分析，与传统传感器相比等离子弧传感器具有焊接过程独立、不受焊接过程、工件表面反射等因素的影响，但此实验中的传感器存在以下缺点：装置结构参数没有合理优化，获得的微束等离子弧稳定性较差；没有将钨极和枪体固定的装置，钨极和喷嘴之间的距离不固定，测量结果的重复性不好，采集的数据有效性差，每次测量前需重新校对参数。

发明内容

本发明为解决现有微束等离子弧传感器存在的装置结构参数没有合理优化，获得的微束等离子弧稳定性差，钨极和喷嘴之间的距离不固定，测量结果的重复性不好，采集的数据有效性差的问题，提供一种微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器。本发明包含上枪体1、下枪体2、压缩喷嘴3和钨极4，上枪体1、下枪体2和压缩喷嘴3都为空腔结构，下枪体2的内腔分为枪体中腔2-1和枪体外腔2-2两个腔体，压缩喷嘴3的内腔分为喷嘴中腔3-1和喷嘴外腔3-2两个腔体，上枪体1的底部与下枪体2的顶部固定连接，上枪体1的内腔与下枪体2的枪体中腔2-1相连通，下枪体2的底部与压缩喷嘴3的顶部固定连接，下枪体2的枪体中腔2-1与压缩喷嘴3的喷嘴中腔3-1相连通，下枪体2的枪体外腔2-2与压缩喷嘴3的喷嘴外腔3-2相连通，上枪体1的顶部设置有钨极夹5，钨极4设置在钨极夹5上，钨极4的上端位于上枪体1顶部的外侧，钨极4的下端位于压缩喷嘴3的喷嘴中腔3-1内并且与压缩喷嘴3的喷口6之间形成缝隙13，上枪体1的外侧壁的上端设置有离子气导管7，离子气导管7的一端与上枪体1的内腔相连通，进冷却水管9设置在下枪体2的外侧壁的上端，出冷却水管10设置在下枪体2的外侧壁的下端，进冷却水管9和出冷却水管10的一端分别与下枪体2的枪体外腔2-2相连通。

发明效果：本发明的传感器的装置结构参数经过合理优化，获得的微束等离子弧稳定性好，钨极夹使钨极和喷嘴之间的距离固定，测量结果的重复性好，采集的数据有效性高；本发明相对于传统传感器具有焊接过程独立，不受焊接过程影响，不受弧光、飞溅、热辐射、表面反射等因素的影响；本发明的跟踪精度较高，横向及纵向检测精度<0.5mm，能适用于对接、塔接等多种接头焊缝的跟踪传感，可用于大多数的工业焊接生产过程。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是工作状态时的本发明及外部装置连接的整体电路原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1、图2，本实施方式由上枪体1、下枪体2、压缩喷嘴3和钨极4组成，上枪体1、下枪体2和压缩喷嘴3都为空腔结构，下枪体2的内腔分为枪体中腔2-1和枪体外腔2-2两个腔体，压缩喷嘴3的内腔分为喷嘴中腔3-1和喷嘴外腔3-2两个腔体，上枪体1的底部与下枪体2的顶部固定连接，上枪体1的内腔与下枪体2的枪体中腔2-1相连通，下枪体2的底部与压缩喷嘴3的顶部固定连接，下枪体2的枪体中腔2-1与压缩喷嘴3的喷嘴中腔3-1相连通，下枪体2的枪体外腔2-2与压缩喷嘴3的喷嘴外腔3-2相连通，上枪体1的顶部设置有钨极夹5，钨极4设置在钨极夹5上，钨极4的上端位于上枪体1顶部的外侧，钨极4的下端位于压缩喷嘴3的喷嘴中腔3-1内并且与压缩喷嘴3的喷口6之间形成缝隙13，上枪体1的外侧壁的上端设置有离子气导管7，离子气导管7的一端与上枪体1的内腔相连通，进冷却水管9设置在下枪体2的外侧壁的上端，出冷却水管10设置在下枪体2的外侧壁的下端，进冷却水管9和出冷却水管10的一端分别与下枪体2的枪体外腔2-2相连通。所述上枪体1的材质为绝缘材料，所述下枪体2的材质为导热材料，所述压缩喷嘴3的材质为导电导热材料。本实施方式的传感器的外径为15～20mm，整体长度为80～150mm。

工作原理：在压缩喷嘴3和钨极4之间加一个电压，利用高频引燃电弧，再由离子气导管7引入的等离子气流(氩气)，等离子气流通过下枪体2的枪体中腔2-1进入压缩喷嘴3的喷嘴中腔3-1，并且从压缩喷嘴3的喷口6排到压缩喷嘴3的外部，在等离子气流的作用下，部分电弧被吹到压缩喷嘴3的外部，形成等离子焰流，该等离子焰流属于高温等离子体，具有良好的导电性。随着工作时间的增加，压缩喷嘴3的温度上升，导致电弧状态变化，影响扫描结果，在下枪体2上安装水冷结构，冷却水由进冷却水管9进入枪体外腔2-2和喷嘴外腔3-2，然后从出冷却水管10流出，水冷结构可以使压缩喷嘴3的温度趋于稳定，从而得到稳定的扫描结果。当喷嘴的结构、离子气流量、电流等参数固定的情况下，等离子体的导电性能取决于该等离子体的长度，即等离子焰流的等效电阻与压缩喷嘴3到工件之间的距离成正比。如图2所示，在压缩喷嘴3和钨极4之间设置维弧电源14，再在压缩喷嘴3和工件18之间设置测量电源15，并在电路上串联一个电阻R，电阻R两端设置一个电压采集卡16，测量电阻R两端的电压变化能够得出等效电阻两端的电压变化，并用计算机17记录下数据，通过对数据的分析能够反映出等离子焰流的等效电阻值的变化，即等离子焰流长度的变化。当传感器扫描工件18上的平整部位时，压缩喷嘴3与工件18之间的距离保持不变，等离子焰流的长度也不变，等离子焰流的等效电阻值不变；当传感器扫描到工件18上的焊缝时，压缩喷嘴3与工件18之间的距离增大，等离子焰流长度增加，等离子焰流的等效电阻值变大，根据对电阻R两端电压变化信息的计算得出焊缝的位置。将本发明的传感器与焊枪安装在一起，并由传感器控制焊枪的扫描运动，即可实现对焊缝的跟踪识别，使焊枪能够精确的对准焊缝。

具体实施方式二：参见图1，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于它增加了它增加了对中环8，对中环8上开有若干个通孔8-1，对中环8设置在下枪体2的枪体中腔2-1与压缩喷嘴3的喷嘴中腔3-1的连接处，钨极4的下端从位于对中环8中心的通孔8-1穿过。其它结构与具体实施方式一相同。对中环8的材质为耐热绝缘材料(如陶瓷)，用来定位钨极4，使其对准压缩喷嘴3的喷口6的中心，能更好的提高等离子焰流的稳定性以及可重复性。

具体实施方式三：参见图1，本实施方式与具体实施方式三的不同点在于它增加了第一密封圈11和第二密封圈12，第一密封圈11设置在枪体中腔2-1和喷嘴中腔3-1的连接处，第二密封圈12设置在枪体外腔2-2和喷嘴外腔3-2的连接处。其它结构与具体实施方式一相同。冷却水在通过下枪体2的枪体外腔2-2和压缩喷嘴3的喷嘴外腔3-2的连接处时若发生泄漏会导致传感器损毁，第一密封圈11和第二密封圈12的材质为绝缘材料(如橡胶)，能有效防止冷却水的泄漏；提高传感器的安全性。

具体实施方式四：参见图1，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于钨极夹5由夹套5-1、螺母5-2和螺栓5-3组成，夹套5-1的中心开有通孔，通孔内开有内螺纹，钨极4从通孔内穿过，螺母5-2和螺栓5-3分别与夹套5-1的两端螺纹连接。其它结构与具体实施方式一相同。当钨极4损坏或老化时，拧开螺母5-2和螺栓5-3即取下钨极4，更换再使用比较方便。

具体实施方式五：本实施方式的上枪体1的材质选用电木或工程塑料，下枪体2的材质选用纯铜或铜铝合金，压缩喷嘴3的材质选用铜银合金。

Claims (8)

1、微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器，它包含上枪体(1)、下枪体(2)、压缩喷嘴(3)和钨极(4)，上枪体(1)、下枪体(2)和压缩喷嘴(3)都为空腔结构，其特征在于下枪体(2)的内腔分为枪体中腔(2-1)和枪体外腔(2-2)两个腔体，压缩喷嘴(3)的内腔分为喷嘴中腔(3-1)和喷嘴外腔(3-2)两个腔体，上枪体(1)的底部与下枪体(2)的顶部固定连接，上枪体(1)的内腔与下枪体(2)的枪体中腔(2-1)相连通，下枪体(2)的底部与压缩喷嘴(3)的顶部固定连接，下枪体(2)的枪体中腔(2-1)与压缩喷嘴(3)的喷嘴中腔(3-1)相连通，下枪体(2)的枪体外腔(2-2)与压缩喷嘴(3)的喷嘴外腔(3-2)相连通，上枪体(1)的顶部设置有钨极夹(5)，钨极(4)设置在钨极夹(5)上，钨极(4)的上端位于上枪体(1)顶部的外侧，钨极(4)的下端位于压缩喷嘴(3)的喷嘴中腔(3-1)内并且与压缩喷嘴(3)的喷口(6)之间形成缝隙(13)，上枪体(1)的外侧壁的上端设置有离子气导管(7)，离子气导管(7)的一端与上枪体(1)的内腔相连通，进冷却水管(9)设置在下枪体(2)的外侧壁的上端，出冷却水管(10)设置在下枪体(2)的外侧壁的下端，进冷却水管(9)和出冷却水管(10)的一端分别与下枪体(2)的枪体外腔(2-2)相连通。

2、根据权利要求1所述的微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器，其特征在于它增加了对中环(8)，对中环(8)上开有若干个通孔(8-1)，对中环(8)设置在下枪体(2)的枪体中腔(2-1)与压缩喷嘴(3)的喷嘴中腔(3-1)的连接处，钨极(4)的下端从位于对中环(8)中心的通孔(8-1)穿过。

3、根据权利要求1所述的微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器，其特征在于它增加了第一密封圈(11)和第二密封圈(12)，第一密封圈(11)设置在枪体中腔(2-1)和喷嘴中腔(3-1)的连接处，第二密封圈(12)设置在枪体外腔(2-2)和喷嘴外腔(3-2)的连接处。

4、根据权利要求1所述的微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器，其特征在于钨极夹(5)由夹套(5-1)、螺母(5-2)和螺栓(5-3)组成，夹套(5-1)的中心开有通孔，通孔内开有内螺纹，钨极(4)从通孔内穿过，螺母(5-2)和螺栓(5-3)分别与夹套(5-1)的两端螺纹连接。

5、根据权利要求1所述的微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器，其特征在于所述上枪体(1)的材质为绝缘材料，所述下枪体(2)的材质为导热材料，所述压缩喷嘴(3)的材质为导电导热材料。

6、根据权利要求5所述的微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器，其特征在于所述上枪体(1)的材质为电木或工程塑料，所述下枪体(2)的材质为纯铜或铜铝合金，所述压缩喷嘴(3)的材质为铜银合金。

7、根据权利要求2所述的微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器，其特征在于所述对中环(8)的材质为陶瓷。

8、根据权利要求3所述的微束等离子弧扫描式焊缝跟踪传感器，其特征在于所述第一密封圈(11)和第二密封圈(12)的材质为橡胶材料。

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