CN103292761A

CN103292761A - 电阻点焊中电极位移的监测装置、方法及电阻点焊设备

Info

Publication number: CN103292761A
Application number: CN2013101906894A
Authority: CN
Inventors: 王先锋; 王国军; 苏柯; 刘博�; 杨颖�
Original assignee: CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co Ltd
Current assignee: CRRC Zhuzhou Locomotive Co Ltd
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明公开一种电极位移的监测装置，包括工装臂、两个位移传感装置和控制器；其中，所述工装臂固定于焊接设备基体，且其伸出端延伸至电极侧；两个所述位移传感装置上下间隔设置于所述工装臂的伸出端，以分别获得上电极固持部的高度位移量和下电极固持部的高度位移量；所述控制器接收两个所述位移传感装置采集的高度位移量，确定并输出电极位移的变化量。本发明能够实时克服因电极力的动态变化引起的测量误差，同时测量累计误差小，不需使用昂贵的位移传感器。在此基础上，本发明还提供一种应用该监测装置的电阻点焊设备及电极位移的监测方法。

Description

电阻点焊中电极位移的监测装置、方法及电阻点焊设备

技术领域

本发明涉及焊接技术领域的焊接参数监测方法，特别涉及一种电阻点焊中电极位移的监测装置、方法及电阻点焊设备。

背景技术

众所周知，在电阻点焊工艺中，电极位移是指熔核在形成过程中发生热膨胀位移时所引起的上下电极相离的位移变化量，其值被界定为是电阻点焊监测参数中反映焊点熔核质量的理想参数之一。显然，获取精准的电极位移变化量直接影响到焊点熔核质量的评价。

传统的热膨胀位移监测方法是只检测上电极的运动位移，即气缸动作的位移。该监测方法能够有效避免位移传感装置与被焊工件之间的干涉，但是该方法没有考虑点焊过程中下电极的位移运动，即电极臂的变形引起的下电极的位移，故检测出的电极位移并非真实的上下电极之间的相对位移。另外，有研究者将单个位移传感器安装在工装臂的一端，通过延长工装臂后其另一端与焊钳上下电极相连接，并通过标尺事先校正设定电极力下传感器检测值与真实值（标尺）之间的关系，该电极位移监测方法同样能避免位移传感装置与被焊工件之间的干涉。然而，该方法没有考虑点焊过程中电极力的动态变化引起的焊钳变形，同样存在检测误差；且当焊机或电极力设置改变时，电极位移的检测值需重新采用标尺校正，不适合于电极力发生变化的实际情况。

为了能实时准确测量出电极位移值，另有研究者提出了这样一种改进方案，在上述工装上相隔一定距离的两个位移传感器，从而利用梯形关系计算出真实的电极位移值。显然，该测量方法不需要标定，且克服了由动态电极力引起的焊钳变形而导致的测量误差问题。受其自身结构的限制，该方法存在误差积累与放大的问题，使位移传感器的测量精度必须由1微米提高到0.1微米，从而传感测量装置的费用大大提高。

有鉴于此，亟待另辟蹊径研制开发出一种电阻点焊中电极位移的检测技术，在确保检测精度的基础上，可有效降低检测配置成本。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种电阻点焊中电极位移的监测装置，以实时克服因电极力的动态变化引起的测量误差，同时测量累计误差小，不需使用昂贵的位移传感器。在此基础上，本发明还提供一种应用该监测装置的电阻点焊设备及电极位移的监测方法。

本发明提供的电阻点焊中电极位移的监测装置包括工装臂、两个位移传感装置和控制器；其中，所述工装臂固定于焊接设备基体，且其伸出端延伸至电极侧；两个所述位移传感装置上下间隔设置于所述工装臂的伸出端，以分别获得上电极固持部的高度位移量和下电极固持部的高度位移量；所述控制器接收两个所述位移传感装置采集的高度位移量，并按确定输出电极位移的变化量。

优选地，每个所述位移传感装置具体包括：激光位移传感器，设置于所述工装臂的伸出端部；和激光反射挡板，设置于相应电极的固持部。

优选地，每个所述位移传感装置具体包括：激光位移传感器，设置于相应电极的固持部；和激光反射挡板，设置于所述工装臂的伸出端部。

优选地，两个位移传感装置均采用磁致伸缩式位移传感器或者光电式位移传感器或者接触式光栅位移传感器。

优选地，所述工装臂的本体固定于所述焊接设备基体，并自所述本体向电极侧分别延伸形成上臂体和下臂体，分别用于设置所述位移传感装置。

优选地，两个所述位移传感装置上下对正设置。

本发明提供的电阻点焊设备，包括基体及设置于所述基体上的上、下电极；还包括如前所述的电阻点焊中电极位移的监测装置。

本发明提供的电阻点焊中电极位移的监测方法，采用如前所述的监测装置，所述监测方法包括下述步骤：

A.通过两个所述位移传感装置实时采集上电极固持部的高度位移量Δd₁和下电极固持部的高度位移量Δd₂；

B.按下述公式确定所述电极位移的变化量Δd₀，并输出；

Δd₀=Δd₁+Δd₂。

优选地，步骤B中，所述电极位移的变化量Δd₀采用显示器输出。

实际应用时，焊接前上电极由其固持部的带动压下，与下电极对正。焊接过程中，熔核长大发生热膨胀位移时，上、下电极及其相应的固持部相离，上、下电极之间的距离则发生变化，与此同时，两个激光位移传感器所获取的上电极固持部的高度位移量和下电极固持部的高度位移量也相应发生变化；控制器接收两个所述位移传感装置采集的高度位移量，即可确定并输出电极位移的变化量。

与传统的检测技术相比，本方案的位移传感装置与被焊工件同样不会在焊接过程中发生干涉，其电极位移变化量通过工装臂上设置的两个激光位移传感器所获取的高度位移量而确定，充分考虑了电极力的动态变化引起的焊接设备基体变形，有效控制了电极力的动态变化可能引起的测量误差。同时，利用两个激光位移传感器直接获得上下电极相离的位移，可完全规避误差积累与放大的问题，从而无需配置较昂贵的高精度位移传感元件，为有效控制监测成本提供了可靠的保障。

附图说明

图1是具体实施方式所述电极位移监测装置与电阻点焊设备的装配关系轴测示意图；

图2示出了图1中所示两组激光位移传感器与相应激光反射挡板的相对工作位置关系；

图3是具体实施方式中所述尺寸关系测量电极位移的原理图；

图4、图5和图6分别示出了三种两组激光位移传感器与相应激光反射挡板的相对工作位置关系。

图1－图6中：

C型焊钳10、上电极11、下电极12、工装臂2、本体21、上臂体22、下臂体23、第一激光位移传感器31、第一激光反射挡板32、第二激光位移传感器41、第二激光反射挡板42、控制器5。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电极位移的监测装置，以便在电阻点焊过程中精确检测电极位移的变化量，确保准确评价焊点熔核质量。

不失一般性，下面结合说明书附图以C型焊钳为例具体说明本实施方式，即，以C型焊钳10作为焊接设备基体进行详细说明；与现有技术相同，其上电极11和下电极12分别通过固持部与C型焊钳的开口侧相连，以便施焊。

请参见图1，该图为本实施方式所述电极位移监测装置与电阻点焊设备的装配关系轴测示意图。

如图所示，该监测装置主要由工装臂、两个位移传感器和控制器构成。其中，工装臂2固定于焊接设备基体上，其伸出端延伸至焊接设备的电极侧；两个位移传感装置上下间隔设置于工装臂2的伸出端，以分别获得上电极固持部的高度位移量Δd₁和下电极固持部的高度位移量Δd₂；也就是说，焊接过程中，熔核长大发生热膨胀位移时，随着上、下电极之间的距离发生变化，两个激光位移传感器直接获取上电极固持部的高度位移量Δd₁和下电极固持部的高度位移量Δd₂，并输出至控制器5，从而获得施焊过程中的精确电极位移变化量。具体地，控制器接收两个所述位移传感装置采集的高度位移量，即可根据公式Δd₀=Δd₁+Δd₂确定并输出电极位移的变化量Δd₀。如此设置，直接获得上下电极相离的位移，可最大限度的规避误差积累和放大。

本方案中，用于固定上位移传感装置和下位移传感装置的工装臂2可以采用不同的结构形式实现，只要能够满足功能需要均可。显然，图中所示的工装臂2大致呈C字型，该工装臂2的本体21固定于焊接设备基体，并自该本体21向电极侧分别延伸形成上臂体22和下臂体23，分别用于设置相应的位移传感装置，即上位移传感装置设置在上臂体22上，下位移传感装置设置在下臂体23上。相比较而言，在满足连接固定需要的基础上，可有效降低整机重量；同时减少操作层面的干扰。故为最优方案。

为了监测上下电极焊接过程中高度位移的变化，可以采用不同形式的位移传感器。如图所示，每个所述位移传感装置包括相适配的激光位移传感器和激光反射挡板；其中，第一激光位移传感器31设置在上臂体22的延伸端，相应地，第一激光反射挡板32设置在上电极的固持部；第二激光位移传感器41设置在下臂体23的延伸端，相应地，第二激光反射挡板42设置在下电极的固持部。第一激光位移传感器31、第二激光位移传感器41分别发射光束至相应的激光反射挡板，并接收反射光束，进而通过模拟和数字电路处理及微处理器分析确定实时的高度位移变化。请一并参见图2，该图示出了图1中所示两组激光位移传感器与相应激光反射挡板的相对工作位置关系，这里的相对工作位置是指，上电极11在其固持部的带动下位移至焊接位置下激光位移传感器与激光反射挡板的相对位置。图2中所示，第一激光位移传感器31位于第一激光反射挡板32的下方，第二激光位移传感器41位于第二激光反射挡板42的下方。

具体而言，两个位移传感装置优选上下对正设置，以获得较佳的测量精度。第一激光位移传感器31与第一激光反射挡板32之间的距离d₁，上下电极之间的距离d₀，以及第二激光位移传感器41与第二激光反射挡板42的距离d₂构成三段距离关系，三者总和等于第一激光位移传感器31与第二激光位移传感器41之间上下方向的距离D（C型框工装上下水平臂之间的距离），因第一激光反射挡板32安装位置使第一激光位移传感器31的测量方向反向，因此测量值d₁需乘上负号，其关系式如下：

d₀=D-(-d₁)-d₂，其中，d₀为上下电极之间的距离，d₁为第一位移传感器的测量值，d₂为第二位移传感器的测量值，D为C型框工装上下水平臂之间的距离。具体请一并参见图3，该图示出了该尺寸关系测量电极位移的原理图。应当理解，该激光位移传感器的工作原理与现有技术相同，可以基于市售产品进行配置，故本文不再赘述。

为便于清楚简要的说明其工作原理，本方案中以两个电极上、下相对设置作为优选方案，理论上，根据具体工艺需要也可以将两个电极设置为在一水平面内相对设置。应当理解，本文当中所应用的“上”、“下”等方位词并不构成对技术方案的限制。

焊接过程中，熔核长大发生热膨胀位移，上下电极相离导致第一激光反射挡板32和第二激光反射挡板42相离，两个激光位移传感器的测量值d₁和d₂也发生变化，其变化值的和就是真实的焊点热膨胀位移。同时，焊钳发生动态变形时，变形量最大的位置为下电极12处，其位移变化量可有效被第二激光位移传感器41和第二激光反射挡板42监测到，而下电极12的变形位移引起的上电极11的垂直运动也可有效被第一激光位移传感器31和第一激光反射挡板32监测到，电极位移变化量为：Δd₀=Δd₁+Δd₂。其中，Δd₀，Δd₁，Δd₂分别为d₀，d₁，d₂的变化值。

当然，两个激光位移传感器的设置方式也可以反向配置。即，两个激光位移传感器分别设置于上、下电极的固持部，相应地，两个激光反射挡板设置于上臂体22和下臂体23的延伸端，同样可以获取上、下电极的高度位移变化量。

特别说明的是，本方案所述的两个位移传感装置，还可以采用磁致伸缩式位移传感器或者光电式位移传感器或者接触式光栅位移传感器；其中，接触式光栅位移传感器具有抗强电磁干扰能力。同样地，这两种传感器的工作原理与现有技术相同，也可以基于市售产品进行配置，本文不再赘述。

此外，不同电阻点焊设备其相应电极固持部及焊接设备本体的实际结构尺寸略有差别，基于本申请的核心构思可进行相应构件上下位置的调整。也就是说，上电极11在其固持部的带动下位移至焊接位置时，激光位移传感器与激光反射挡板的相对位置关系并不局限于图2中所示。实际上还可以形成以下三种相对位置关系：图4中所示两组激光位移传感器与相应激光反射挡板的相对工作位置关系中，第一激光位移传感器31位于第一激光反射挡板32的下方，第二激光位移传感器41位于第二激光反射挡板42的上方；图5中所示两组激光位移传感器与相应激光反射挡板的相对工作位置关系中，第一激光位移传感器31位于第一激光反射挡板32的上方，第二激光位移传感器41位于第二激光反射挡板42的下方；图6中所示两组激光位移传感器与相应激光反射挡板的相对工作位置关系中，第一激光位移传感器31位于第一激光反射挡板32的上方，第二激光位移传感器41位于第二激光反射挡板42的上方。

除前述电阻点焊中电极位移的监测装置外，本实施方式还提供一种电阻点焊设备，具体请参见一并参见图1。该电阻点焊设备的主要构成及连接关系与现有技术相同，包括基体及设置于基体上的上、下电极；区别在于，本实施方式提供的电阻点焊设备配置有如前所述的电极位移监测装置。

此外，本实施方式还提供一种应用前述电极位移监测装置的监测方法，包括下述步骤：

B.按下述公式Δd₀=Δd₁+Δd₂确定所述电极位移的变化量Δd₀，并输出。

本方案中，该电极位移的变化量Δd₀采用显示器输出，直观显示；也可以直接输出至焊点熔核质量的判断单元，进而自动获得有关焊点熔核质量的评价。

综上可知，本方案检测获得的电极位移变化量基于基体侧两个激光位移传感器所获取高度位移量而确定，充分考虑了电极力的动态变化引起的焊接设备基体变形，有效控制了电极力的动态变化可能引起的测量误差；同时，测量累计误差小，不需使用昂贵的位移传感器。此外，采用控制器获得确定该电极位移变化量的过程中，无需事先标定测量值与真实值之间的换算关系，具有较高的便利性。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.电阻点焊中电极位移的监测装置，其特征在于，包括：

工装臂，其固定于焊接设备基体上，且所述工装臂的伸出端延伸至电极侧；

两个位移传感装置，上下间隔设置于所述工装臂的伸出端，以分别获得上电极固持部的高度位移量和下电极固持部的高度位移量；

控制器，接收两个所述位移传感装置采集的高度位移量，确定并输出电极位移的变化量。

2.根据权利要求1所述的电阻点焊中电极位移的监测装置，其特征在于，每个所述位移传感装置具体包括：

激光位移传感器，设置于所述工装臂的伸出端部；和

激光反射挡板，设置于相应电极的固持部。

3.根据权利要求1所述的电阻点焊中电极位移的监测装置，其特征在于，每个所述位移传感装置具体包括：

激光位移传感器，设置于相应电极的固持部；和

激光反射挡板，设置于所述工装臂的伸出端部。

4.根据权利要求1所述的电阻点焊中电极位移的监测装置，其特征在于，两个位移传感装置均采用磁致伸缩式位移传感器或者光电式位移传感器或者接触式光栅位移传感器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电阻点焊中电极位移的监测装置，其特征在于，所述工装臂的本体固定于所述焊接设备基体，并自所述本体向电极侧分别延伸形成上臂体和下臂体，分别用于设置所述位移传感装置。

6.根据权利要求1所述的电阻点焊中电极位移的监测装置，其特征在于，两个所述位移传感装置上下对正设置。

7.电阻点焊设备，包括基体及设置于所述基体上的上、下电极；其特征在于，还包括如权利要求1至6中任一项所述的电阻点焊中电极位移的监测装置。

8.电阻点焊中电极位移的监测方法，其特征在于，采用如权利要求1至6中任一项所述的监测装置，所述监测方法包括下述步骤：

B.按下述公式确定所述电极位移的变化量Δd₀，并输出；

Δd₀=Δd₁+Δd₂。

9.根据权利要求8所述的电阻点焊中电极位移的监测方法，其特征在于，步骤B中，所述电极位移的变化量Δd₀采用显示器输出。