CN105618950A - 一种双模式消声器阀门自动预扭焊接检测设备 - Google Patents

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Abstract

一种双模式消声器阀门自动预扭焊接检测设备，由支架、扭力测量系统、驱动系统、限位系统、焊接系统以及控制系统组成。扭力测量系统、驱动系统、控制系统分别固定在支架上，限位系统、焊接系统安装在驱动系统上。扭力测量系统通过石棉塑料接头将力矩传递到静态扭矩传感器上，实现力矩的测量，同时隔绝焊接产生的热及电流对传感器的冲击；驱动系统通过直线运动和旋转运动的组合实现阀门的自动装夹和预扭；限位系统通过直线运动限位和旋转运动限位控制驱动系统的运动边界位置；焊接系统通过气缸和滑板的组合来实现阀门扭簧固定座的自动焊接；控制系统通过程序控制各个系统的有序运动，使得双模式消声器阀门的预扭、焊接和检测三道工序自动完成。

Description

一种双模式消声器阀门自动预扭焊接检测设备
技术领域
本发明属于汽车零部件的自动组装检测装置领域。
背景技术
随着汽车保有量的急剧增长，汽车排气噪声污染成为日益突出的问题。同时，人们对汽车舒适性要求越来越高，汽车厂商迫切需要降低排气噪声以提升车内噪声水平。双模式消声器可以有效的降低汽车排气噪声，同时可以减小汽车排气消声器的容积以及排气背压，在汽车排气系统中具有广泛的应用前景(庞剑.汽车噪声与振动：理论与应用，北京：北京理工大学出版社，2006)。
双模式消声器的核心部件为阀门结构，阀门结构在高温排气气流的作用下开启和关闭，改变气流通过路径以及内部消声结构从而实现排气背压的降低以及排气噪声的消减。阀门结构阀门的开闭由扭转弹簧控制，阀门扭转弹簧预紧力的大小决定了阀门的开启时机，阀门扭转弹簧的刚度决定了阀门在各个转速工况下开启的大小，因而阀门的预紧装配工艺水平以及成品检测工艺水平成为影响双模式消声器性能的关键因素。
目前市场上尚无双模式消声器阀门预紧焊接及检测设备，相关专利也仅限于自动焊接设备。如专利号为CN202591861U的实用新型专利中，提到了一种阀门顶压旋转式组装机，该阀门顶压旋转式组装机能够解决现有焊接阀门组装预紧力，焊接时需要人工操作，操作不便等问题。但该实用新型只能够适用于压力弹簧阀门的组装焊接，并不能解决扭力弹簧自动预紧焊接的问题，也不能对焊接后的成品性能进行检测，另外该实用新型使用的是液压驱动，生产成本比较高。专利号为CN1950175A的发明专利中，提到了一种可调节力和位置的预加载的焊接夹具，该装置能够通过扭力弹簧调节待焊接物体的加载力，同时能够感应并调节待焊接物体的位置，能够提高焊接的精度。但是，该夹具并不能适用于汽车消声器用阀门的夹紧，且全过程需手动调节，不能实现自动化，不利于提高生产效率。又如专利号为CN101947855A的专利中，提到了一种PE阀门自动焊接机，该装置虽然能够实验自动检测定位和焊接工作，但仅仅是对管道进行焊接，没法对弹性元件进行预紧，也不适于阀门结构的夹紧。如果阀门部件的组装和焊接靠人工完成，难以保证预紧力精度和焊接质量，同时生产效率也会较低。因此发明一种针对双模式消声器阀门自动预扭焊接检测设备，是进行大规模高品质双模式消声器生产的关键。
发明内容
本发明的目的是提出一种双模式消声器阀门自动预扭焊接检测设备，以解决双模式消声器阀门加工过程中出现的自动化程度不高，人工操作效率低，弹簧预扭加载力不易确定且精度不高等问题。该设备结构设计合理，成本较低，不仅能够实现弹簧预扭加载力的精确控制，而且还能实现弹簧的自动焊接和成品检测，大大提高了生产效率和生产质量。
本发明采用如下技术方案：
一种双模式消声器阀门自动预扭焊接检测设备，该设备由支架(1)、扭力测量系统(6)、驱动系统(4)、限位系统(3)、焊接系统(5)以及控制系统(2)六大部分组成。
所述的支架由底座(1-1)、立柱(1-2)组成，两部分通过螺栓连接在一起。底座为厚钢板，支承整个系统并起减振的作用。支架主要用于安装固定其它五大系统。
所述的扭力测量系统通过螺栓安装于支架(1)的底座(1-1)之上，主要由测量支架(6-1)、静态扭矩传感器(6-2)、石棉塑料接头(6-3)、石棉塑料轴承套(6-4)、传力轴(6-7)、装夹板(6-6)组成；测量支架(6-1)与支架的底座(1-1)相连接，用于固定静态扭矩传感器(6-2)一端和石棉塑料轴承套(6-4)，静态扭矩传感器(6-2)另一端通过石棉塑料接头(6-3)与传力轴(6-7)相连接；装夹板(6-6)用于装夹阀门(6-5)，并与传力轴(6-7)相连接，将扭力传递到静态扭矩传感器(6-2)上。
所述的驱动系统安装于支架(1-2)的立柱之上，由直线运动驱动系统和旋转运动驱动系统两部组成：直线运动驱动系统由活塞式气压缸(4-6)、滑板一(4-9)、背板(4-8)、电控气压调节阀(4-7)组成；背板(4-8)通过螺栓连接在支架的立柱(1-2)上，用于支撑整个直线运动系统，活塞式气压缸(4-6)驱动滑板一(4-9)在背板(4-8)的滑轨上滑动，从而产生直线运动；旋转运动驱动系统通过螺栓固定在滑板一(4-9)之上，随滑板一起运动，由伺服电机(4-5)、石棉塑料(4-4)、驱动轴(4-3)、主动齿轮(4-2)、从动齿轮(4-1)组成，伺服电机(4-5)通过石棉塑料(4-4)与驱动轴(4-3)连接，带动主动齿轮(4-2)旋转，继而带动从动齿轮(4-1)旋转，从而产生旋转运动，另外从动齿轮(4-1)的中心加工有装夹孔，用于装夹阀门(6-5)上的阀门扭簧固定座(6-5-1)，并带动阀门扭簧固定座(6-5-1)旋转，对阀门(6-5)上的扭簧施加扭力。
所述的限位系统安装于驱动系统(4)之上，分为直线运动限位系统和旋转运动限位系统两部分组成。直线运动限位系统通过螺栓安装在背板(4-8)上，由机械限位螺栓(3-1)和两个上下布置的直线运动定位磁电霍尔传感器(3-4)组成；机械限位螺栓(3-1)限定直线运动的最低位置，用于保护扭力测量系统，而直线运动定位磁电霍尔传感器(3-4)与滑板一(4-9)相配合，用于限定滑板的上行和下行终点，从而能够控制阀门(6-5)的装夹；旋转运动限位系统由两个旋转定位块(3-2)和两个旋转运动定位磁电霍尔传感器(3-3)组成，两个旋转运动定位磁电霍尔传感器(3-3)通过螺栓固定在滑板一(4-9)上，两个旋转定位块(3-2)安装在驱动轴(4-3)上，两部分相互配合用于确定阀门的初始装配角度以及阀门(6-5)所能旋转的最大角度，保证阀门(6-5)的正确装夹，同时进行扭矩检测时，旋转角度不至于过大而损坏阀门(6-5)。
所述的焊接系统固定在驱动系统(4)之上，主要由固定框架(5-1)、滑板二(5-2)、焊枪(5-3)、焊枪夹板(5-4)、小活塞气缸(5-5)组成；固定框架(5-1)通过螺栓与滑板一(4-9)连接，小活塞气缸(5-5)驱动滑板二(5-2)在固定框架(5-1)的滑槽内上下移动，滑板二(5-2)用于固定焊枪夹板(5-4)和焊枪(5-3)，实现焊枪(5-3)的上下移动，从而实现对阀门结构的自动焊接。
所述的控制系统的硬件通过螺栓安装于支架(1)的立柱(1-2)上，主要由配电箱(2-2)和电控箱(2-1)组成；配电箱(2-2)主要用于给伺服电机(4-5)、电控气压调节阀(4-7)、焊枪(5-3)以及电控箱(2-1)供电；电控箱(2-1)配备有触摸屏和起停按钮，触摸屏主要用于设定参数以及显示扭矩信息，起停按钮用于控制整个系统的起停，同时电控箱内部有电子控制单元，用于采集传感器电位信息进行运算和处理，输出电位信号控制执行机构动作，从而使得双模式消声器阀门的预扭、焊接和检测自动完成。设备的控制流程图如图8所示。
本发明所述的设备的六大部分相互配合，一套设备完成了阀门结构的预紧焊接以及检测三道工序过程，提高了生产效率，有效降低了生产成本；
所述测力系统中，运用作用力与反作用力定律，将测力系统固定于底板上，利用反作用力矩使传感器产生电信号；测力系统固定于底板上，有利于减小振动和样件的运动对其测量产生不利影响，有效提高了测量精度。
所述扭力测量系统和驱动系统中，装夹用的装夹板和从动齿轮为可拆卸结构，方便对不同类型的阀门结构进行预扭焊接及检测，提高了设备的通用性。
所述扭力测量系统和驱动系统中，采用了石棉塑料接头和石棉塑料轴承套部件，从而实现了传感器和伺服电机与支架系统的电气隔离，防止焊接系统产生的强大电流对传感器和电机产生不利影响。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明的一种双模式消声器阀门自动预扭焊接检测设备，可以一次性完成阀门结构的预紧焊接和检测三道工序，提高了生产效率和装配精度，有效降低生产成本；
(2)本发明设备中的扭力测量系统中，将测力系统固定于底板上，利用反作用力矩使传感器产生电信号，减小驱动部件产生的振动对传感器产生影响，有效提高测量精度；
(3)本发明设备中的驱动系统中，采用直线运动和旋转运动组合的方式，实现了阀门结构的精确装夹和预扭动作，保证设备的自动化和高效率。
(4)本发明设备中的扭力测量系统和驱动系统中，采用了石棉塑料接头和石棉塑料轴承套部件，从而实现了传感器和伺服电机与支架系统的电气隔离，有效防止焊接系统产生的强大电流对传感器和电机产生不利影响。
(5)本发明设备中的控制系统采用了可编程智能控制，在触摸板上输入参数，即可完成不同预紧扭矩的焊接和检测，另外装夹用的装夹板和从动齿轮为可拆卸结构，提高了设备的通用性。
附图说明
图1为本发明的双模式消声器阀门自动预扭焊接检测设备。
图2为本发明设备的支架。
图3为本发明设备的控制系统。
图4为本发明设备的限位系统。
图5为本发明设备的驱动系统。
图6为本发明设备的焊接系统。
图7为本发明设备的扭力测量系统。
图8为本发明设备的控制流程图。
图中：1为支架；2为控制系统；3为限位系统；4为驱动系统；5为焊接系统；6为扭力测量系统；1-1为底座；1-2为立柱；2-1为电控箱；2-2为配电箱；3-1为机械限位螺栓；3-2为旋转定位块；3-3为旋转运动定位磁电霍尔传感器；3-4为直线运动定位磁电霍尔传感器；4-1为从动齿轮；4-2为主动齿轮；4-3为驱动轴；4-4为石棉塑料；4-5为伺服电机；4-6为活塞式气压缸；4-7为电控气压调节阀；4-8为背板；4-9为滑板一；5-1为固定框架；5-2为滑板二；5-3为焊枪；5-4为焊枪夹板；5-5为小活塞气缸；6-1为测量支架；6-2为静态扭矩传感器；6-3为石棉塑料接头；6-4为石棉塑料轴承套；6-5为阀门；6-6为装夹板；6-7为传力轴；6-5-1为阀门扭簧固定座。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
如附图1所示，本发明主要由由支架1、控制系统2、限位系统3、驱动系统4、焊接系统5、扭力测量系统6六大部分组成，其中支架1主要用于支撑其它五个系统。
如附图2所示，支架1主要由底座1-1和立柱1-2两部分组成：底座1-1由厚钢板制成，便于降低整体质心以及减少振动，同时底座上加工有多个螺栓孔，便于安装扭力测量系统6；立柱1-2由铝合金型材制成，外侧面有多条沟槽，便于通过螺栓固定其它系统。
如附图3所示，为本发明的控制系统2的硬件系统。控制系统2的硬件主要由配电箱2-2和电控箱2-1组成。其中配电箱2-2主要用于给伺服电机4-5、电控气压调节阀4-7、焊枪5-3以及电控箱2-1供电；电控箱2-1配备有触摸屏和起停按钮，触摸屏主要用于设定参数以及显示扭矩信息，起停按钮用于控制整个系统的起停；另外，电控箱2-1内部有电子控制单元，用于采集直线运动定位磁电霍尔传感器3-4、静态扭矩传感器6-2的电位信息，然后进行运算和处理，输出电位信号控制伺服电机4-5、电控气压调节阀4-7以及焊枪5-3进行相应的动作，从而使得双模式消声器阀门的预扭、焊接和检测自动完成。
如附图4所示，为本发明的限位系统3。限位系统3分为直线运动限位系统和旋转运动限位系统两部分组成。直线运动限位系统由机械限位螺栓3-1和两个上下布置的直线运动定位磁电霍尔传感器3-4组成：机械限位螺栓3-1限定了滑板一4-9能下行的最低位置，属于机械限位，用于保护力测量系统；两个上下布置的直线运动定位磁电霍尔传感器3-4分别感应滑板的上行终点位置和下行终点位置，用于控制阀门结构的装夹。旋转运动限位系统由两个旋转定位块3-2和两个旋转运动定位磁电霍尔传感器3-3，两个旋转定位块3-2安装于电机驱动轴上，并通过定位螺钉固定好初始定位角度，而两个旋转运动定位磁电霍尔传感器3-3用于感应两个旋转定位块3-2，两部分相互配合用于确定阀门的初始装配角度以及阀门所能旋转的最大角度，保证夹持部件能够正确夹持阀门，同时进行力测试时，旋转角度不至于过大而损坏阀门。
如附图5所示，为本发明的驱动系统4。驱动系统4由直线运动驱动系统和旋转运动驱动系统两部分组成。旋转运动驱动系统由伺服电机4-5驱动，伺服电机4-5通过石棉塑料4-4与驱动轴4-3连接，带动主动齿轮4-2旋转，继而带动从动齿轮4-1旋转。其中石棉塑料4-4用于隔绝驱动轴4-3与伺服电机4-5，防止焊接系统5工作时强大电流损坏伺服电机4-5。从动齿轮4-1的中心加工有装夹孔，用于装夹阀门6-5的阀门扭簧固定座6-5-1，同时从动齿轮为可拆卸结构，从而适用于不同阀门结构的装夹。直线运动驱动系统由活塞式气压缸4-6驱动，气压缸4-6与滑板一4-9连接，而滑板一4-9可以在背板4-8的滑轨上滑动，背板4-8通过螺栓连接在立柱1-2上，用于支撑整个直线运动系统。滑板一4-9的行程由限位系统确定，而活塞式气压缸4-6的动作由电控气压调节阀4-7控制。
如附图6所示，为本发明的焊接系统5。焊接系统5主要由固定框架5-1、滑板二5-2、焊枪5-3、焊枪夹板5-4、小活塞气缸5-5组成。其中固定框架5-1用于将焊接系统5固定到驱动系统4的滑板一4-9上；滑板二5-2安装于固定框架5-1内，并能在小活塞气缸5-5的驱动下上下滑动，上下滑动的距离由固定框架内的限位块控制；焊枪夹板5-4连接于滑板二5-2上，用于固定焊枪5-3，从而使得焊枪5-3能随滑板二5-2上下移动。
如附图7所示，为本发明的扭力测量系统6。扭力测量系统6由测量支架6-1、静态扭矩传感器6-2、石棉塑料接头6-3、石棉塑料轴承套6-4、传力轴6-7、装夹板6-6、阀门6-5组成。其中测量支架6-1用于支撑力测量系统6，并与底座1-1通过螺栓连接；静态扭矩转感器6-2一端与测量支架6-1相连接，另一端通过石棉塑料接头6-3与传力轴6-7连接；传力轴6-7通过石棉塑料轴承套6-4与测量支架6-1相接连接；石棉塑料接头6-3和石棉塑料轴承套6-4主要功能是绝缘，隔绝焊接系统工作时产生的强大电流对静态扭矩传感器6-2产生影响；装夹板6-6与传力轴6-7相连接，用以将扭矩通过传力轴6-7传递到静态扭力传感器6-2上；装夹板6-6上加工有与阀门6-5相对应的凹槽，便于装夹。
如附图8所示，为本发明的控制流程图。流程图详细显示了设备的自动控制过程。
下面结合附图1～8详细说明本发明双模式消声器阀门自动预扭焊接检测设备的工作原理：
设备通电并按下起动按钮以后，设备会进入自检状态，驱动系统自动进入初始位置，并通过旋转运动定位磁电霍尔传感器3-3检测位置是否正确，在电控箱2-1的触摸屏上显示。自检通过以后，系统会等待阀门6-5的装夹，如果有问题，设备进入报警状态，并在触摸屏上显示可能错误原因。
人工将阀门6-5进行组装，并放入装夹板6-6上，按后在电控箱2-1的触摸屏上点击确认，系统开始自动运行。电控箱2-1发出指令，控制电控气压调节阀4-7打开气源，直线运动驱动系统在活塞式气压缸4-6的作用下，滑板一4-9向下移动，并通过限位系统3中直线运动限位系统的反馈信号，使从动齿轮4-1准确装夹阀门6-5的扭簧固定座。然后旋转运动驱动系统开始工作，伺服电机4-5驱动阀门6-5转动，静态扭力传感器6-2测量得到的扭矩值显示在触摸屏上。当扭矩值与设定值相同时，伺服电机4-5停止工作，焊接系统5开始工作。焊接系统5的滑板二5-2在小活塞气压缸5-5的作用下向下移动，到达下止点后，控制系统3开启焊枪5-3，并控制焊接电流和焊接时间，完成阀门6-5的自动焊接过程。焊接完成以后，在小活塞气压缸5-5的作用下，滑板二5-2上移。到达上止点以后，控制系统3继续开启旋转运动驱动系统，并记录阀门6-5随阀门开度变化的扭矩值，直至旋转运动驱动系统运行至最大角度限位处，由旋转运动定位磁电霍尔传感器3-3感应限位块3-2，通过电控箱2-1控制伺服电机4-5停止工作。电控箱2-1内的电子控制单元会对扭矩测试结果进行计算，并判定此阀门结构的刚度特性是否满足要求。如果满足，则出具合格报告，阀门结构的自动预扭焊接检测过程全部完成。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种双模式消声器阀门自动预扭焊接检测设备，其特征是由支架(1)、扭力测量系统(6)、驱动系统(4)、限位系统(3)、焊接系统(5)以及控制系统(2)组成；
所述的支架由底座(1-1)、立柱(1-2)组成，两部分通过螺栓连接；
所述的扭力测量系统通过螺栓安装于支架(1)的底座(1-1)之上，由测量支架(6-1)、静态扭矩传感器(6-2)、石棉塑料接头(6-3)、石棉塑料轴承套(6-4)、传力轴(6-7)、装夹板(6-6)组成；测量支架(6-1)与支架的底座(1-1)相连接，用于固定静态扭矩传感器(6-2)一端和石棉塑料轴承套(6-4)，静态扭矩传感器(6-2)另一端通过石棉塑料接头(6-3)与传力轴(6-7)相连接；装夹板(6-6)用于装夹阀门样件(6-5)，并与传力轴相(6-7)连接，将扭力传递到静态扭矩传感器(6-2)上；
所述的驱动系统安装于支架(1-2)的立柱之上，由直线运动驱动系统和旋转运动驱动系统两部组成；直线运动驱动系统由活塞式气压缸(4-6)、滑板一(4-9)、背板(4-8)、电控气压调节阀(4-7)组成，背板(4-8)通过螺栓连接在支架的立柱(1-2)上，用于支撑整个直线运动系统，活塞式气压缸(4-6)驱动滑板一(4-9)在背板(4-8)的滑轨上滑动，从而产生直线运动；旋转运动驱动系统由伺服电机(4-5)、石棉塑料(4-4)、驱动轴(4-3)、主动齿轮(4-2)、从动齿轮(4-1)组成，通过螺栓固定在滑板一(4-9)之上，随滑板一起运动，伺服电机(4-5)通过石棉塑料(4-4)与驱动轴(4-3)连接，带动主动齿轮(4-2)旋转，继而带动从动齿轮(4-1)旋转，从而产生旋转运动，从动齿轮(4-1)的中心加工有装夹孔，用于装夹阀门(6-5)上的阀门扭簧固定座(6-5-1)，并带动阀门扭簧固定座(6-5-1)旋转，对阀门(6-5)上的扭簧施加扭力；
所述的限位系统安装于驱动系统(4)之上，由直线运动限位系统和旋转运动限位系统两部分组成；直线运动限位系统由机械限位螺栓(3-1)和两个上下布置的直线运动定位磁电霍尔传感器(3-4)组成，通过螺栓安装在背板(4-8)上，机械限位螺栓(3-1)限定直线运动的最低位置，用于保护扭力测量系统，而直线运动定位磁电霍尔传感器(3-4)与滑板一(4-9)相配合，用于限定滑板的上行和下行终点，控制阀门(6-5)的装夹；旋转运动限位系统由两个旋转定位块(3-2)和两个旋转运动定位磁电霍尔传感器(3-3)组成，两个旋转运动定位磁电霍尔传感器(3-3)通过螺栓固定在滑板一(4-9)上，两个旋转定位块(3-2)安装在驱动轴(4-3)上，两部分相互配合用于确定阀门的初始装配角度以及阀门(6-5)旋转的最大角度，保证阀门(6-5)的正确装夹，同时进行扭矩检测时，旋转角度不至于过大而损坏阀门。
所述的焊接系统固定在驱动系统(4)之上，主要由固定框架(5-1)、滑板二(5-2)、焊枪(5-3)、焊枪夹板(5-4)、小活塞气缸(5-5)组成；固定框架(5-1)通过螺栓与滑板一(4-9)连接，小活塞气缸(5-5)驱动滑板二(5-2)在固定框架(5-1)的滑槽内上下移动，滑板二(5-2)用于固定焊枪夹板(5-4)和焊枪(5-3)，实现焊枪(5-3)的上下移动，实现对阀门(6-5)结构的自动焊接。
所述的控制系统的硬件通过螺栓安装于支架(1)的立柱(1-2)上，主要由配电箱(2-2)和电控箱(2-1)组成；配电箱(2-2)用于给伺服电机(4-5)、电控气压调节阀(4-7)、焊枪(5-3)以及电控箱(2-1)供电；电控箱(2-1)配备有触摸屏和起停按钮，触摸屏用于设定参数以及显示扭矩信息，起停按钮用于控制整个系统的起停，同时电控箱内部有电子控制单元，用于采集传感器电位信息进行运算和处理，输出电位信号控制执行机构动作，使得双模式消声器阀门的预扭、焊接和检测自动完成。
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