CN104493333B - 一种共熔池双丝串列焊旋转电弧传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共熔池双丝串列焊旋转电弧传感器，应用于焊接自动化、机器人焊接、焊缝自动跟踪领域。它主要包括两根导电杆、驱动机构、偏心调节机构、水气室组件、上端盖、挡块固定盖、电机托板、中腔外壳、下腔外壳以及信号采集装置。当驱动机构运行时带动前置导电杆作圆锥旋转运动，尾随导电杆固定不动并与之形成共熔池。通过信号采集装置采集电流信号和初始位置信号并将信号传输至计算机，进行处理后实现相应的焊缝跟踪动作，本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明能够在实现焊缝跟踪的同时，提高覆熔率，从而提高焊接速度，提高生产力，为公司带来一定的效益。

Description

一种共熔池双丝串列焊旋转电弧传感器

技术领域

本发明涉及焊枪技术领域，特别涉及一种共熔池双丝串列旋转电弧焊用焊枪；它不仅是一种特殊结构的焊枪，同时可作为焊缝跟踪的传感检测装置。

背景技术

双丝串列电弧MAG/MIG焊是一种新型的高效焊接方法，近年来在造船和机械制造业中得到了广泛应用。双丝串列电弧MAG/MIG焊具有很高的焊接速度，无法采用人工焊接，一般利用机器人以编程或示教的方式实现。这种方式需要较长的示教和准备过程，难以克服焊缝变形引起的误差。因此，高速精确的焊缝跟踪成为双丝串列电弧MAG/MIG焊的迫切需求。在焊接过程中，实时检测焊枪偏差是实现焊缝跟踪的先决条件。弧焊机器人上通常使用的摆动电弧传感器受机械结构和惯性的影响，摆动频率较低，焊接速度被限制在1m/min之内，能够焊接的角焊缝尺寸最小是5mm。激光传感器虽有很好的焊缝识别能力，但难以检测焊枪高度。旋转电弧传感器的旋转频率可以达到100Hz，焊接速度可达3-5m/min。旋转直径可以调节，能够焊接焊脚为2-10mm的角焊缝。旋转电弧还有助于角焊缝的侧壁熔合，改善焊缝成形质量。然而，旋转电弧焊接时只有单根焊丝，熔覆率较低，难以实现高速高效焊接。

因此有必要提供一种技术手段以解决上述缺陷。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种共熔池双丝串列旋转电弧传感器，将旋转电弧传感器和双丝串列电弧焊结合起来，开发旋转电弧引导的、两个电弧在同一个熔池上燃烧的双丝串列焊旋转电弧传感器，这是一种新颖的焊接方式，既可达到双丝串列电弧焊的熔覆率，又具有旋转电弧的焊缝跟踪能力，从而解决机器人双丝串列电弧焊的焊缝跟踪问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案，一种共熔池双丝串列旋转电弧传感器，包括两个焊枪枪体，其两个焊枪枪体之间连接部分采用绝缘材料制成；其特征在于；两个焊枪枪体均设有上导电杆、下导电杆及导电嘴，所述导电嘴与焊枪枪体的下导电杆连接；上导电杆、下导电杆及导电嘴之间通过螺纹连接组成前置导电杆和尾随导电杆；传感器上还设有两个通水管和一个通气管；两个通水管之间相互连通，并于通水腔内形成冷却循环通道；两个焊枪枪体相对向内倾斜并形成一定角度，所述角度为5-8⁰;所述两个焊枪枪体的导电嘴之间的间距为5-10mm。

进一步的，所述两个焊枪枪体，其中一个焊枪枪体称为前置焊枪包括前置导电杆、驱动机构、偏心距调节机构和信号采集装置；另一个焊枪枪体称为尾随焊枪包括尾随导电杆和防转挡块；所述两个焊枪枪体共用一个水气室组件；前置导电杆在空心轴电机的带动下，绕调心轴承做圆锥旋转运动，通过调节偏心块的偏心距可调节旋转半径；尾随导电杆固定不动，两个导电杆之间的间距为5-10mm，两根焊丝分别从前置导电杆和尾随导电杆中穿过，并由两台焊机分别控制，从而实现共熔池双丝串列焊。

进一步的，所述驱动机构包括分装式直流电机、空心轴和两个电机轴承，空心轴与分装式直流电机之间采用轴肩定位、过盈配合进行连接；分装式直流电机转子上需要进行打孔加工，空心轴的下端安装在转子内，孔的大小是要保证导电杆在旋转时不会与转子发生干涉。

优选的，所述分装式直流电机通过螺钉安装在电机托板上，使电机定子固定在电机托板上，电机转子的旋转带动空心轴的旋转，从而带动前置导电杆作偏心公转。

进一步的，所述偏心距调节机构包括平衡块、偏心块盖、滑块套、偏心块、钢球、顶块、滚动轴承、弹簧及主、副修配盖。偏心块盖与滑块套之间采用螺钉连接，偏心块放置于偏心块盖与滑块套之间的方形槽内；偏心块盖与偏心块左右两端分别留有间隙，在左端面间隙内偏心块盖和偏心块上设有卡槽，钢球放置在卡槽内，钢球上放有顶块，顶块顶住偏心块左端面；在右端面间隙内放置弹簧，弹簧顶住偏心块盖右端面；在正对偏心块左右端面的中腔外壳上采用螺纹连接装有主、副修配盖；滚动轴承通过过盈连接装配在滑块套内，平衡块通过螺钉连接安装在滑块套外表面；整个偏心块组件通过螺钉连接在空心轴下端。偏心块内孔与轴承内圈孔圆心不在同一直线上，从而造成前置导电杆穿过偏心块时会形成一个锥角，从而使前置导电杆做圆锥旋转运动，此锥角的大小可以根据需要的旋转半径进行调节。

优选的，所述偏心距调节机构通过打开主修配盖，拧动紧钉螺钉而推动平衡块，打开副修配盖，拧动紧钉螺钉推动顶块，顶块进而压紧钢球，紧钉螺钉与钢球的不平衡力推动偏心块移动从而达到调节偏心距的目的。

优选的，所述前置导电杆的偏心旋转会引起动不平衡，从而导致该传感器的震动较大，故需要增加平衡块用来抵消偏心旋转引起的动不平衡，从而达到减震的目的。

进一步的，所述信号采集装置包括光码盘、集线盖及编码器，光码盘与空心轴之间通过紧钉螺钉进行连接；集线盖通过螺钉安装在中腔外壳上；编码器与挡块固定盖之间采用螺钉连接；电机电线与编码器线均通过集线盖穿出，采用编码器检测导电杆的旋转速度和转角位置，从而可确定信号采集的起始位置。

前置导电弧旋转产生的焊接电流信号采集处理通过计算机实现，在前置导电杆上装有编码器，可以检测导电杆的旋转速度和转角位置，从而可确定信号采集的起始位置。采用霍尔电流传感器采集焊接电流信号。此处需要保证以下两点：一是采样初始位置的确定；在不同扫描周期内采样的初始位置应该是电弧同一机械转角位置，通过编码器检测获得。二是在一个扫描周期内采样频率要与电弧旋转频率一致，通过采用硬件触发的方式实现，即利用编码器的脉冲信作为外部触发信号，每产生一个脉冲信号计算机采样一次。

进一步的，所述水气室组件包括通水腔、通气腔、绝缘盖、下盖、集气罩、绝缘套、压紧螺母、内压板、水气室主体、绝缘螺套。通水腔、通气腔和水气室主体之间采用轴肩定位，然后通过内压板利用压紧螺母压紧；绝缘盖、下盖通过螺钉与通气腔之间进行连接；水气室主体通过螺钉与下腔外壳连接；通水管通过上端盖、挡块固定盖、中腔外壳、电机托板、下腔外壳将水运至通水腔对水气室主体进行冷却，然后从另一个通水管中排出从而形成冷却水循环；同时通气管通过上端盖、挡块固定盖、中腔外壳、电机托板、下腔外壳、通水腔将气体运到通气腔，最后到达集气罩从而对焊接进行气体保护。

通气腔外壳与通水腔外壳之间相互独立，使得水循环与保护气之间相互独立，互不影响从而保证焊接的正常进行。

本发明的优点是：共熔池串列双丝电弧与常规单丝MIG/MAG焊相比，焊接速度可以成倍提高；在熔敷率方面也大大高于单丝MIG/MAG焊、药芯焊丝电弧焊和单丝埋弧焊；焊接热输入量可控，薄板焊接时可避免烧穿，并减少焊接变形；具有良好的熔透特性，可明显提高厚壁接头的焊接效率；由于焊接熔池比较长，改善了对焊缝边缘的润湿性，并避免高速焊接时咬边的形成；具有很高的工艺适应性，既可焊接薄板接头，又可焊接厚板接头，并可焊接包括铝合金在内的各种金属材料。在实现焊缝跟踪的同时，提高覆熔率、提高焊接速度以提高生产力，改善焊缝成形系数以提高焊接质量，为公司带来一定的效益。

附图说明

图1为本发明的控制系统总体结构示意图。

图2为图1中的D-D面结构剖面图。

图3为图1中的B-B面结构剖面图。

图4为本发明的保护气通道结构示意图。

图5为本发明的中腔外壳结构示意图。

其中，（1）为中腔外壳C-C面的结构剖面图。

（2）为中腔外壳A-A面的结构剖面图。

（3）为中腔外壳B面的结构剖面图。

（4）为中腔外壳D面的结构剖面图。

（5）为中腔外壳F面的结构剖面图。

图6为本发明的通水腔外壳结构示意图 。

（a）为通水腔外壳的结构主视图。

（b）为通水腔外壳的结构俯视图。

（c）通水腔外壳的结构左视图。

（d）通水腔外壳的A面结构剖面图。

图7为本发明的通气腔外壳结构示意图。

（e）为通气腔外壳的结构主视图。

（f）为通气腔外壳的结构左视图。

（g）为通气腔外壳的A面结构剖面图。

（h）为通气腔外壳的B-B面结构剖面图。

在图中，1、通水管，2、上端盖，3、挡块固定盖，4、中腔外壳，5、电机托板，6、下腔外壳， 7、通水腔，8、通气腔，9、绝缘盖，10、下盖，11集气罩，12、导电嘴，13、下导电杆，14、绝缘套，15、压紧螺母，16、内压板，17、水气室主体，18、绝缘螺套，19、平衡块，20、偏心块，21、偏心块盖，22、电机轴承，23、分装式直流力矩电机，24、编码器，25、防转挡块26、轴承衬套，27、滚动轴承，28、上导电杆，29、主修配盖，30、滑块套，31、紧钉螺钉，32、副修配盖，33、顶块，34、钢球，35通气管，36、集线盖，37、空心轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明共熔池双丝串列焊旋转电弧传感器，包括驱动机构、偏心距调节机构、水气室组件、通水管1、上端盖2、挡块固定盖3、中腔外壳4、电机托板5、下腔外壳6，上导电杆28、下导电杆13及导电嘴12组成的前置导电杆和尾随导电杆，其中，上端盖2、挡块固定盖3、中腔外壳4、电机托板5、下腔外壳6通过螺钉连接；上端盖2内装有轴承衬套26，轴承衬套26内装有滚动轴承27，前置导电杆与滚动轴承27之间采用轴肩定位；尾随导电杆与上端盖2之间采用绝缘材料进行过盈配合。

偏心距调节机构包括平衡块19、偏心块20、偏心块盖21、主修配盖29、滑块套30、紧钉螺钉31、副修配盖32、顶块33、钢球34，偏心块20内孔与滑块套30内滚动轴承内孔两轴线不在同一直线上，从而造成前置导电杆穿过偏心块20时会形成一个锥角，从而使得前置导电杆做圆锥旋转运动，此锥角的大小可以根据需要的旋转半径进行调节。上述偏心机构通过打开主修配盖29，拧动紧钉螺钉31而压紧偏心块20，打开副修配盖32，拧动紧钉螺钉推动顶块33，顶块33进而压紧钢球34，紧钉螺钉31或钢球34的不平衡力推动偏心块20移动从而达到调节偏心距的目的。

上述偏心距调节机构中，偏心块20放在滑块套30内；滑块套30与盖板之间采用螺钉连接；偏心距调节机构与空心轴37之间采用紧钉螺钉进行连接。

驱动机构包括分装式直流力矩电机23、空心轴37和两个电机轴承22。空心轴37与分装式直流电机23之间采用轴肩定位、过盈配合进行连接；分装式直流电机23通过电机座与电机托板5之间采用螺钉连接；电机转子的旋转带动空心轴37的旋转，从而带动前置导电杆作偏心公转。

水气室组件包括通水腔7、通气腔8、绝缘盖9、下盖10、集气罩11、绝缘套14、压紧螺母15、内压板16、水气室主体17、绝缘螺套18。通水腔7、通气腔8和水气室主体17之间采用轴肩定位，然后通过内压板16利用压紧螺母15压紧；绝缘盖9、下盖10通过螺钉与通气腔8之间进行连接；水气室主体17通过螺钉与下腔外壳6连接；通水管1通过上端盖2、挡块固定盖3、中腔外壳4、电机托板5、下腔外壳6将水运至通水腔7对水气室组件进行冷却，然后从另一个通水管中排出从而形成冷却水循环；同时通气管通过上端盖2、挡块固定盖3、中腔外壳4、电机托板5、下腔外壳6、通水腔7将气体运到通气腔8，最后到达集气罩11从而对焊接进行气体保护。

信号采集装置包括编码器24和集线盖36。其中编码器24与空心轴37之间通过紧钉螺钉进行连接；集线盖36通过螺钉安装在中腔外壳4上；电机电线与编码器线均通过集线盖36穿出。采用编码器24检测导电杆的旋转速度和转角位置，从而可确定信号采集的起始位置。

为了保证两根导电杆之间绝缘，在通气腔8与下盖10之间装有绝缘盖9；下盖10与通气腔8螺钉连接的螺钉上装有绝缘套14；水气室主体17与下腔外壳6之间装有绝缘螺套18；电机托板5、上端盖2和挡块固定盖3均采用绝缘材料进行加工。

现将本发明的具体工作原理详述如下：在图1中，当需要对工件进行跟踪焊接时，首先双丝焊枪的两个上导电杆28，分别将焊丝置于前置导电杆和尾随导电杆内并穿过导电杆突出至导电嘴12，从而保证导电嘴12与焊丝的相交，接着借由通气管35，往通气腔8内通入熔化极保护气，再者于一通水管1供应冷却水，并保证冷却水在通水腔7内形成冷却循环，且于另一通水管流出，这样，在焊接期间，水气室主体17内积聚的热量可通过不断的冷却水循环带走，从而保证冷却效果。接着前置导电杆随着分装式直流力矩电机23带动空心轴37转动而转动，并且编码器24等信号采集系统开始采集信号并输入计算机进行分析，尾随导电杆只是起到增加熔敷率提高焊接速度的作用；从而达到既能跟踪焊缝又能增加熔敷率提高焊接速度的目的。

Claims (6)

1.一种共熔池双丝串列旋转电弧传感器，包括两个焊枪组件，其两个焊枪组件之间连接部分采用绝缘材料制成；其特征在于：两个焊枪枪体均设有上导电杆、下导电杆及导电嘴，所述导电嘴与焊枪枪体的下导电杆连接；上导电杆、下导电杆及导电嘴之间通过螺纹连接组成前置导电杆和尾随导电杆；该传感器上还设有两个通水管和一个通气管；两个通水管之间相互连通，并于通水腔内形成冷却循环通道；两个焊枪枪体相对向内倾斜并形成一定角度，所述角度为5-8⁰;所述两个焊枪枪体的导电嘴之间的间距为5-10mm；所述两个焊枪枪体，其中一个焊枪枪体包括前置导电杆、驱动机构、偏心距调节机构和信号采集装置；另一个焊枪枪体包括尾随导电杆和防转挡块；所述两个焊枪枪体共用一个水气室组件；

所述驱动机构包括分装式直流电机、空心轴和两个电机轴承，空心轴与分装式直流电机之间采用轴肩定位、过盈配合进行连接，所述分装式直流电机通过螺钉安装在电机托板上，使电机定子固定在电机托板上，电机转子的旋转带动空心轴的旋转，从而带动前置导电杆作偏心公转。

2.根据权利要求1所述的一种共熔池双丝串列旋转电弧传感器，其特征在于：分装式直流电机转子上需要进行打孔加工，空心轴的上端安装在转子内。

3.根据权利要求1所述的一种共熔池双丝串列旋转电弧传感器，其特征在于：所述偏心距调节机构包括平衡块、偏心块盖、滑块套、偏心块、钢球、顶块、滚动轴承、弹簧及主、副修配盖，偏心块盖与滑块套之间采用螺钉连接，偏心块放置于偏心块盖与滑块套之间的方形槽内；偏心块盖与偏心块左右两端分别留有间隙，在左端面间隙内偏心块盖和偏心块上设有卡槽，钢球放置在卡槽内，钢球上放有顶块，顶块顶住偏心块左端面；在右端面间隙内放置弹簧，弹簧顶住偏心块盖右端面；在正对偏心块左右端面的中腔外壳上采用螺纹连接装有主、副修配盖；滚动轴承通过过盈连接装配在滑块套内，平衡块通过螺钉连接安装在滑块套外表面；整个偏心块组件通过螺钉连接在空心轴下端；偏心块内两孔圆心不在同一直线上，前置导电杆穿过偏心块形成一个锥角，使前置导电杆做圆锥旋转运动，所述锥角的大小根据需要的旋转半径进行调节。

4.根据权利要求1或3所述的一种共熔池双丝串列旋转电弧传感器，其特征在于：所述偏心距调节机构通过打开主修配盖，拧动紧钉螺钉而压紧偏心块，打开副修配盖，拧动紧钉螺钉推动顶块，顶块进而压紧钢球，紧钉螺钉与钢球的不平衡力推动偏心块移动能调节偏心距。

5.根据权利要求1所述的一种共熔池双丝串列旋转电弧传感器，其特征在于：所述信号采集装置包括集线盖和编码器，编码器与空心轴之间通过紧钉螺钉进行连接；集线盖通过螺钉安装在中腔外壳上；电机电线与编码器线均通过集线盖穿出。

6.根据权利要求1所述的一种共熔池双丝串列旋转电弧传感器，其特征在于：所述水气室组件包括通水腔、通气腔、绝缘盖、下盖、集气罩、绝缘套、压紧螺母、内压板、水气室主体、绝缘螺套；通水腔、通气腔和水气室主体之间采用轴肩定位，然后通过内压板利用压紧螺母压紧；绝缘盖、下盖通过螺钉与通气腔之间进行连接；水气室主体通过螺钉与下腔外壳连接；通水管通过上端盖、挡块固定盖、中腔外壳、电机托板、下腔外壳将水运至通水腔对水气室主体进行冷却，然后从另一个通水管中排出从而形成冷却水循环；同时通气管通过上端盖、挡块固定盖、中腔外壳、电机托板、下腔外壳、通水腔将气体运到通气腔，最后到达集气罩从而对焊接进行气体保护。