CN102319938B - 双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器，属于焊接辅助装置领域，该传感器包括壳体、驱动杆、冷却装置等。所述壳体内部装有主电机，主电机带动偏心滑块旋转，壳体外部安装有辅助电机，辅助电机通过齿轮驱动偏心滑块旋转；驱动杆下端与连接有冷却装置的接头固联；冷却装置的中部设有与埋弧焊机的电极相连的导电铜块，端部与导电嘴相连。焊丝分别穿过驱动杆、冷却装置以及导电嘴，并与导电嘴底部形成导电动配合。两电机共同转时，壳体底部的调心球轴承与顶部的偏心平台形成圆锥旋转，圆锥的顶点处于壳体的底部。本发明不仅提高了埋弧堆焊的熔覆金属机械性能，而且根据现场工件的形状可应用于埋弧焊焊缝跟踪领域。

Description

双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器

技术领域

本发明涉及一种焊接辅助装置，尤其是一种应用于埋弧堆焊领域的双电机驱动旋转搅拌传感器装置。

背景技术

旋转式电弧传感器，主要适用于熔化极气体保护焊，首先由上世纪80年代，日本NKK公司发明，它依靠导电杆端面上导出孔的偏心距来实现电弧旋转运动，由于导电杆旋转时接触摩擦较大，不适用于大电流焊接。随后德国Aachen公司开发了导电杆圆锥转动方式，解决了接触电流问题，但是传感器的体积较大，可达性不好。鉴于以上缺陷，清华大学的潘际銮院士于1992年申请的专利“空心轴电机驱动的旋转扫描焊炬”，完美解决了以上问题。目前国内外大部分旋转电弧机构都是采用空心轴电机旋转方案，且大多应用于熔化极气体保护焊，也有一些应用于窄间隙焊接，但到目前为止还没有查到有关于双驱式的旋转电弧传感器方面的文献和资料。

目前，埋弧焊技术在堆焊领域有着广泛的应用。国内外对埋弧焊熔池的搅拌技术已经展开了研究和应用，对焊接过程熔池的搅拌表现出很多优异的性能。最近，国内有不少科研院所和企事业单位相继提出电磁搅拌埋弧堆焊方面的装置，即通过电磁的磁场力来控制埋弧焊的熔池搅拌，提高熔覆金属的性能。但是，到目前还没有看到有关机械式旋转搅拌埋弧堆焊传感器方面的报道。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器，该传感器不仅可以提高埋弧堆焊的熔覆金属机械性能，而且根据现场工件的形状还可应用于埋弧焊焊缝跟踪领域。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器，包括壳体，装在壳体上的上端盖，与该壳体下端相连的三通接头，其结构特点是，所述壳体内装有主电机，该主电机的转子内部固装一根空心圆管，所述空心圆管的上端与装在上端盖内的偏心平台固联，该空心圆管的底端与一辅助测速齿轮固联；所述壳体上装有辅助电机，该辅助电机的输出轴上装有与辅助测速齿轮啮合传动的辅助驱动齿轮；一驱动杆顺次穿过上端盖、偏心平台、空心圆管并与装在三通接头内的冷却装置的上端相连，该冷却装置的下端连接有导电嘴，设在冷却装置一侧的导电铜块与埋弧焊焊机的电极电连接，所述驱动杆上端与送丝软管固联。

进一步地，所述冷却装置为水冷装置，所述驱动杆、水冷装置、导电嘴之间为电连接。焊丝分别穿过驱动杆、冷却装置以及导电嘴，并与导电嘴底部形成导电动配合。所述水冷装置为双层结构，其外层与埋弧焊焊机的电极相连通形成电气连接，内层为用于冷却导电嘴和电气连接接头的水冷却层，冷却液从进水管接头流入，从出水管接头流出，这种设计有利于埋弧焊导电嘴的导电，减少电气连接接头的接触发热。

为了使壳体与三通接头形成电气隔离，所述壳体与三通接头之间设有绝缘电胶木，该三通接头优选为埋弧焊用铝三通接头。

进一步地，所述偏心平台通过调心球轴承装在驱动杆上，所述壳体下端通过调心球轴承装在驱动杆上。

进一步地，所述辅助测速齿轮由63个正常齿和一个测位配重齿构成，在辅助测速齿轮两侧分别设有检测测位配重齿的第一接近传感器和检测辅助测速齿轮转速的第二接近传感器。所述第一接近传感器和第二接近传感器分别与辅助测速齿轮之间形成主电机测速测位回路，辅助测速齿轮旋转一圈，第一接近传感器产生一个测位脉冲，第二接近传感器产生64个测速脉冲。

所述主电机与辅助电机由DSP主控芯片实现双驱同步，所述主电机为直流主电机，所述辅助电机为直流伺服电机，两个电机旋转产生一组测速测位脉冲，该直流伺服电机旋转产生伺服脉冲与测速测位脉冲输入至DSP主控芯片，DSP主控芯片根据两组脉冲计算出两电机的同步补偿量，并输出给两电机的驱动电路，实现主电机与辅助电机的同步旋转。

所述双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器的旋转方案采用圆锥运动方式，所述主电机与辅助电机驱动偏心平台旋转，带动驱动杆做圆锥运动，圆锥顶点置于壳体底部，即处于传感器中部，使焊丝绕壳体底部即传感器中部做圆锥运动，这样虽然增加了焊丝顶端的抖动，却减小了传感器整体的抖动，并使固与其中的导电铜块与埋弧焊焊机电极相连通的电气连接更加稳定可靠，而且所述导电嘴亦做旋转圆周运动，其旋转半径的大小与偏心平台的偏心半径有关。

藉由上述结构，所述双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器包括壳体、驱动杆、冷却装置、绝缘电胶木、送丝软管，所述壳体内部装有主电机，外部装有辅助电机，主电机通过安装在内部的空心圆管带动偏心平台旋转，辅助电机通过齿轮传动带动空心圆管旋转，所述驱动杆穿过偏心平台与壳体底部的调心球轴承形成铰链，所述冷却装置安装于驱动杆端部，装置中部固定一导电铜块与埋弧焊焊机电极相连形成电气连接，装置底部与导电嘴固联，所述绝缘电胶木底端与埋弧焊用铝三通接头形成紧密配合，使壳体与埋弧焊用铝三通接头形成电气隔离，所述送丝软管与驱动杆顶部固联，焊丝分别穿过送丝软管、驱动杆内腔和冷却装置内腔，最后从导电嘴底部穿出，焊丝与导电嘴导电紧密动配合。

所述双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器的辅助测速齿轮不仅具有齿轮传动功能，而且具有偏心配重补偿的功能，所述辅助测速齿轮在旋转偏心平台偏轻的一边通过增加辅助测速齿轮的测位配重齿重量的方式达到偏心配重补偿的功能，实现传感器整体重量的平衡，达到减小震动的功能。

所述双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器具有搅拌埋弧焊熔池的功能，当电机旋转时，驱动驱动杆、冷却装置以及导电嘴一起做圆锥运动，堆焊焊丝穿过导电嘴在焊缝熔池内旋转，达到熔池搅拌的功能。

所述双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器对于V型坡口、I型坡口等电流特征变化明显的焊缝坡口，通过增加电弧控制器可以实现焊缝跟踪的功能。

本发明使埋弧堆焊焊丝按一定的半径范围做旋转圆周运动，实现了旋转搅拌埋弧堆焊功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用圆锥运动顶点处于传感器中部的电机旋转方案，使电气连接处于传感器中部，减小了埋弧焊焊机电缆与传感器连接引起的机械震动。

2、采用双电机驱动方式，增强了旋转驱动能力，扩大了应用范围。

3、由于辅助测速齿轮具有偏心补偿功能，大大减小了由于偏心平台的重量分布不均引起的振动。

4、由DSP控制实现了主电机和辅助电机的旋转同步。

5、易损件都是标准件，替换简单，成本降低。

6、冷却装置的设计，扩大了埋弧堆焊焊丝直径以及焊接电流的适用范围。

7、机械式的旋转搅拌方式，搅拌效果更明显。

8、主电机的测速测位传感器采用工业应用的接近开关，测位更准确，性能更稳定。

9、本发明不仅提高了埋弧堆焊的熔覆金属机械性能，而且根据现场工件的形状可应用于埋弧焊焊缝跟踪领域。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是图1的A-A向剖视图

图3是本发明所述辅助测速齿轮的结构示意图；

图4是图3的左视图；

图5是本发明所述双驱同步电路实现原理图。

在图中：

1-送丝软管，        2-驱动杆，        3、10-调心球轴承，

4-偏心平台，        5-主电机，        6-空心圆管，

7-第一接近传感器，  8-第二接近传感器，9-辅助测速齿轮，

11-出水管接头，     12-导电铜块，     13-进水管接头，

14-冷却装置，       15-导电嘴，       16-导电电极接头，

17-三通接头，       18-绝缘电胶木，   19-辅助驱动齿轮，

20-辅助电机固定板， 21-辅助电机，     22-壳体，23-上端盖。

具体实施方式

以下将对本发明的结构和工作原理作进一步的描述。

一种双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器，如图1和图2所示，主要包括驱动杆2、偏心平台4、主电机5、辅助电机21、水冷装置14、壳体22。旋转驱动是由安装在壳体22内部的主电机5以及安装在壳体22外部的辅助电机21共同提供，主电机5内部固装一根空心圆管6，空心圆管6上端与偏心平台4固联，底部与辅助测速齿轮9固联，电机旋转同时带动偏心平台4和辅助测速齿轮9旋转。驱动杆2上端穿过调心球轴承3，下端穿过调心球轴承10，偏心平台4转动带动调心球轴承3公转，同时驱动驱动杆旋转，通过俩轴承调心的作用，使驱动杆产生圆锥运动，并且圆锥的顶点处于壳体22的底部，安装在驱动杆2底部的水冷装置14以及导电嘴15与驱动杆共同旋转运动，焊丝穿出导电嘴一同旋转并进入焊缝熔池进行搅拌。

旋转电机的测速测位回路是由第一接近传感器7、第二接近传感器8以及辅助测速齿轮9构成的，当电机旋转带动辅助测速齿轮8同步旋转，辅助测速齿轮9一圈由64个齿构成，第一接近传感器7在接近辅助测速齿轮的齿顶的时候产生一个脉冲，这样利用第二接近传感器8检测电机旋转一圈产生64个脉冲所需要的时间，这样便能计算此时旋转的转速；电机的测位脉冲是由第一接近传感器7完成的，在辅助测速齿轮9的64个齿中，有一个齿比其它的63个齿要高，如图2所示，称为测位配重齿，这样，电机旋转一圈，第一接近传感器7只产生1个脉冲，完成了传感器的测位功能。

辅助测速齿轮9如图3和图4所示，不仅具有齿轮传动功能，而且具有偏心配重的功能，辅助测速齿轮9在旋转偏心平台4偏轻的一边通过增加测位配重齿重量的方式达到偏心配重补偿的功能，实现传感器整体重量的平衡，达到减小旋转震动的功能。

两电机的双驱同步是由DSP主控芯片实现，如图5所示，当电机旋转产生一组测速测位脉冲，辅助电机21是伺服直流电机，电机旋转产生一组伺服脉冲，两组脉冲一起输入DSP主控芯片，DSP主控芯片根据两组脉冲计算出两电机的同步补偿量，最后输出给两电机的驱动电路，实现双电机的同步旋转。

水冷装置14设计为双层结构，外层与埋弧焊焊机的电极相连通形成电气连接，使装置底部固联的导电嘴15与埋弧焊焊丝导电；内层为用于冷却导电嘴15和导电电极接头16的冷却层，冷却液从进水管接头13流入，从出水管接头11流出。

传感器对于V型坡口、I型坡口等电流特征变化明显的焊缝坡口，通过增加的电弧控制器，对焊接电流采集与运算，可以实现对焊缝偏差的识别从而实现焊缝跟踪的功能。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1. 一种双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器，包括壳体（22），装在壳体（22）上的上端盖（23），与该壳体（22）下端相连的三通接头（17），其特征是，所述壳体（22）内装有主电机（5），该主电机（5）的转子内部固装一根空心圆管（6），所述空心圆管（6）的上端与装在上端盖（23）内的偏心平台（4）固联，该空心圆管（6）的底端与一辅助测速齿轮（9）固联；所述壳体（22）上装有辅助电机（21），该辅助电机（21）的输出轴上装有与辅助测速齿轮（9）啮合传动的辅助驱动齿轮（19）；一驱动杆（2）顺次穿过上端盖（23）、偏心平台（4）、空心圆管（6）并与装在三通接头（17）内的冷却装置（14）的上端相连，该冷却装置（14）的下端连接有导电嘴（15），设在冷却装置（14）一侧的导电铜块（12）与埋弧焊焊机的电极电连接，所述驱动杆（2）上端与送丝软管（1）固联； 所述辅助测速齿轮（9）由63个正常齿和一个测位配重齿构成，在辅助测速齿轮（9）两侧分别设有检测测位配重齿的第一接近传感器（7）和检测辅助测速齿轮（9）转速的第二接近传感器（8）；所述第一接近传感器（7）和第二接近传感器（8）分别与辅助测速齿轮（9）之间形成主电机测速测位回路，辅助测速齿轮（9）旋转一圈，第一接近传感器（7）产生一个测位脉冲，第二接近传感器（8）产生64个测速脉冲；所述主电机（5）与辅助电机（21）由DSP主控芯片实现双驱同步，当电机旋转产生一组测速测位脉冲，辅助电机（21）是伺服直流电机，电机旋转产生一组伺服脉冲，两组脉冲一起输入DSP主控芯片，DSP主控芯片根据两组脉冲计算出两电机的同步补偿量，最后输出给两电机的驱动电路，实现双电机的同步旋转。

2.根据权利要求1所述双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器，其特征是，所述冷却装置（14）为水冷装置，所述冷却装置（14）与导电嘴（15）之间有电连接。

3.根据权利要求1所述双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器，其特征是，所述壳体（22）与三通接头（17）之间设有使壳体（22）与三通接头（17）形成电气隔离的绝缘电胶木（18）。

4.根据权利要求1所述双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器，其特征是，所述冷却装置（14）为双层结构，其外层通过一侧的导电铜块与埋弧焊焊机的电极相连通形成电气连接，内层为冷却液层，冷却液从进水管接头（13）流入，从出水管接头（11）流出。

5.根据权利要求1所述双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器，其特征是，所述偏心平台（4）通过调心球轴承（3）装在驱动杆（2）上，所述壳体（22）下端通过调心球轴承（10）装在驱动杆（2）上。

6.根据权利要求1所述双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器，其特征是，所述主电机（5）与辅助电机（21）驱动偏心平台（4）旋转，带动驱动杆（2）做圆锥运动，圆锥的顶点处于壳体（22）底部。

7.根据权利要求1所述双驱旋转搅拌埋弧堆焊传感器，其特征是，三通接头（17）为埋弧焊用铝三通接头。

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