CN111545983A - 不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构 - Google Patents

不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构，包括机构安装基板、驱动机构、超声波探测机构、焊缝标注头、判断模块和控制执行模块，驱动机构固定于机构安装基板上用于驱动不锈钢焊管转动，超声波探测机构包括超声波探头，超声波探头的超声波的发射方向与超声波在不锈钢焊管短管的入射点轴截面径向呈锐角夹角，焊缝标注头用于在不锈钢焊管短管表面印留标记，判断模块在超声波探测机构接收的超声波反射信号在不锈钢焊管短管的表面反射信号峰后的设定时间段内存在超过设定阈值的第二反射信号峰时由控制执行模块控制焊缝标注头标注。本发明检测判断简单，可实现直焊缝位置准确标注。

Description

不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构
技术领域
本发明涉及一种焊管焊缝标注机构，特别是涉及一种不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构。
背景技术
汽车发动机及排气系统中大量应用不锈钢管。随着市场竞争的加剧以及焊接技术的日渐成熟，不锈钢焊管逐步替代不锈钢无缝管在汽车发动机及排气系统中的应用，在满足功能要求的前提下，降低生产成本。
不锈钢焊管应用于汽车零部件产品时，需要对焊管冷作加工处理。不锈钢焊管虽然经过适当的固溶处理，降低了焊接应力，但焊接区域和母材组织结构仍然存在明显的区别。焊管冷成型时，如果不能避开焊缝位置，导致加工应力急剧增大，非常容易产生开裂。焊管生产过程中，焊管内、外表面焊缝分别经过内整平、抛光处理。
现有技术中，焊管焊缝主要通过肉眼或光学设备分辨，但是肉眼很难分辨焊缝在钢管圆周的准确位置，给焊管的后续冷成型加工带来安全隐患。光学设备则需要更高的分辨率，同时需要复杂的算法配合处理。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构，解决直焊缝的分辨标注需要复杂算法及高分辨光学设备问题，实现不锈钢焊管短管冷成型前的直焊缝位置准确标注。
本发明技术方案如下：一种不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构，包括机构安装基板、驱动机构、超声波探测机构、焊缝标注头、判断模块和控制执行模块，所述驱动机构固定于所述机构安装基板上用于驱动不锈钢焊管短管沿焊管轴线转动，所述超声波探测机构包括超声波探头，所述超声波探测机构固定设置于所述不锈钢焊管短管的一侧并使所述超声波探头的超声波的发射方向与所述超声波在所述不锈钢焊管短管的入射点轴截面径向呈锐角夹角，所述焊缝标注头用于在所述不锈钢焊管短管表面印留标记，所述判断模块用于判断是否满足发送判断信号的条件并在满足条件时向所述控制执行模块发送判断信号，所述条件为所述超声波探测机构接收的超声波反射信号在所述不锈钢焊管短管的表面反射信号峰后的设定时间段内存在超过设定阈值的第二反射信号峰，所述控制执行模块根据所述判断模块发送的判断信号控制所述焊缝标注头按所述不锈钢焊管短管的轴截面径向靠近所述不锈钢焊管短管的表面并与所述表面接触。
本发明采用超声波进行检测焊缝，超声在介质内传播时，当遇到声阻抗不同的结合面时，就会产生超声发射，通过识别某个位置的超声反射信号就可以判断声阻抗不同的结合面位置。因焊接区域与不锈钢焊管母材的组织结构不同，其声阻抗必然存在差异。当焊管型号确定时，其外径和壁厚都是固定值。请结合图1所示，检测超声以定值入射角α入射，其在钢管壁中的折射角β也为定值。因此，当焊缝位于不锈钢焊管的轴截面正上方时，超声在不锈钢焊管壁内折射、反射后到达焊接区域(阴影部分)与母材结合面的传播距离是一定的。超声波反射信号如图2所示，在不锈钢焊管外表面反射波(左侧第一峰值)之后的一个固定时间内检测反射信号，当该反射信号存在一个超过设定阈值的第二反射信号峰(右侧第二峰值)时，表示焊缝正好处于一个特定位置，如图1中所示为正上方，此时通过焊缝标注头在不锈钢焊管的外表面正上方位置进行标注即可。
进一步地，为了稳定地驱动不锈钢焊管短管进行转动，所述驱动机构包括旋转顶尖驱动机构和夹持顶尖驱动机构，所述旋转顶尖驱动机构和所述夹持顶尖驱动机构分别相对设置于所述机构安装基板的两端，所述夹持顶尖驱动机构与所述机构安装基板通过沿所述不锈钢焊管短管的轴线方向设置的导轨连接，所述超声波探测机构和所述焊缝标注头设置于所述旋转顶尖驱动机构和所述夹持顶尖驱动机构之间。
进一步地，为了防止超声检测耦合剂污染标注机构，所述机构安装基板上开设漏液槽孔，所述漏液槽孔位于所述旋转顶尖驱动机构和所述夹持顶尖驱动机构之间。
进一步地，所述机构安装基板上固定有支架，所述支架的上部连接所述超声波探测机构和所述焊缝标注头，所述超声波探头通过探头气缸与所述支架连接，所述焊缝标注头通过标注头气缸与所述支架连接。
进一步地，为了便于将不锈钢焊管短管放置在旋转顶尖驱动机构和夹持顶尖驱动机构上以及便于将不锈钢焊管短管从旋转顶尖驱动机构和夹持顶尖驱动机构上取下，所述机构安装基板上设有V型支架，所述V型支架设置于所述旋转顶尖驱动机构和所述夹持顶尖驱动机构之间。
进一步地，为了不对不锈钢焊管表面产生损失又方便地进行标注，所述焊缝标注头为记号笔。
本发明所提供的技术方案的优点在于：
1、采用超声波信号进行焊缝检测且检测的是反射信号峰值，判断算法简单，易于实施；
2、针对不同尺寸的不锈钢管只需要超声波探头的安装位置保证超声波入射角度满足条件即可，实际实施时通过替换超声波探头与探头气缸之间的连接部件即可实现，满足多规格钢管的检测。
附图说明
图1为超声波在不锈钢管传播示意图。
图2为超声波反射信号示意图。
图3为本发明不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构的结构示意图。
图4为机构安装基板结构示意图。
图5为旋转顶尖驱动机构结构示意图。
图6为夹持顶尖驱动机构结构示意图。
图7为支架结构示意图。
图8为超声波探测机构结构示意图。
图9为焊缝标注头结构示意图。
图10为超声波探头及超声波发射方向示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于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同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围内。
请结合图3所示，本实施例涉及的一种不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构，包括机构安装基板1、驱动机构、支架2、超声波探测机构3、焊缝标注头4、判断模块和控制执行模块。
机构安装基板的结构如图4所示，机构安装基板1是整套机构的固定板，按照整个机构的安装需求，在板上开有螺孔，用来安装各个部件，安装板中间开有方形槽为漏液槽孔101，其作用是超声检测耦合剂通过方形槽滴落至回收装置，防止耦合剂污染机构安装基板。
请结合图5、图6所示，旋转顶尖驱动机构5和夹持顶尖驱动机构6构成驱动机构用于驱动不锈钢焊管7短管沿焊管轴线转动。旋转顶尖驱动机构5由伺服电机501、旋转顶尖轴承座502(内安装有滚动轴承、联轴器等)、旋转顶尖503和第一安装座504构成，旋转顶尖503可在伺服电机501驱动下转动，其中伺服电机501与旋转顶尖轴承座502通过螺钉连接，旋转顶尖轴承座502通过螺钉与第一安装座504连接，第一安装座504与机构安装基板1固定。夹持顶尖驱动机构6由汽缸601、汽缸垫块602、两套直线导轨603、夹持顶尖轴承座604、第二安装座605和夹持顶尖606构成。其中，汽缸垫块602的作用是固定、抬起汽缸601，并与机构安装基板1固定在一切；汽缸601与第二安装座605通过螺钉连接固定，通过两套直线导轨503实现夹紧顶尖606的平稳移动；夹持顶尖轴承座604(内部安装滚动轴承)通过螺钉与第二安装座605连接固定；夹持顶尖606与夹持顶尖轴承座604连接在一起，承受轴向压力并匀速转动；第二安装座605通过螺钉与直线导轨603的滑座连接固定。旋转顶尖驱动机构5和夹持顶尖驱动机构6分别位于机构安装基板1的两端。
请结合图7所示，支架2和V型支架8都安装在机构安装基板上并位于旋转顶尖驱动机构5和夹持顶尖驱动机构6之间。支架2用于固定超声波探测机构3和焊缝标注头4。支架2下部是一个供不锈钢焊管短管7穿过的窗口201，超声波探测机构3和焊缝标注头4固定在支架2的顶部位于不锈钢焊管短管7的上方。V型支架8采用非金属材料加工，主要作用是支撑不锈钢焊管短管7，实现焊管的顺利夹紧。
请结合图8和图9所示，超声波探测机构3由探头汽缸301、超声波探头安装块302、超声波探头303构成，其中探头汽缸301通过螺钉与支架2一侧连接固定，超声波探头安装块302通过螺钉与探头汽缸301连接固定，超声波探头安装块302加工有光孔，用来安装超波声探头303，侧边开有螺孔，采用紧定螺钉固定超声波探头303。焊缝标注头4通过标注头机构安装在支架的另一侧，标注头机构包括标注头气缸401和标注头安装块402，焊缝标注头4采用记号笔，标注头汽缸401与支架2通过螺钉连接固定，标注头汽缸401的伸缩方向为不锈钢焊管短管7的轴截面径向方向。标注头安装块402通过螺钉与标注头汽缸401连接，标注头安装块402上开有光孔，与记号笔配合，采用紧定螺钉固定。请结合图1及图10所示，超声波探头303和记号笔的位置是这样的，探头壳体303a垂直，探头壳体轴线303b与钢管轴线偏移一定距离，超声发射晶片303c在探头壳体303a内倾斜布置使超声波发射方向与探头壳体轴线303b呈一定角度，从不锈钢焊管的侧向看，超声波探头303的超声波的发射方向垂直于不锈钢焊管短管7的轴线，而从图1所示的钢管的长度方向看，超声波的发射方向与超声波在不锈钢焊管短管7的入射点轴截面径向呈锐角夹角，记号笔的位置与超声波的入射方向处于入射点轴截面径向的两侧。
判断模块和控制执行模块在图上未示出，其可以是各种可编程的控制器件。判断模块用于判断是否满足发送判断信号的条件并在满足条件时向控制执行模块发送判断信号，请结合图2所示，具体条件为超声波探测机构3接收的超声波反射信号在不锈钢焊管短管7的表面反射信号峰后的设定时间段内存在超过设定阈值的第二反射信号峰。控制执行模块根据判断模块发送的判断信号控制标注头气缸401动作，使记号笔按不锈钢焊管短管7的轴截面径向靠近不锈钢焊管短管7的表面并与表面接触。
不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构的工作过程是这样的，开始工作前，超声波探头303、记号笔都处于初始位置，探头气缸301、标注头气缸401未伸出；手工将不锈钢焊管短管7穿过支架2中间的窗口201，使得焊管内孔与旋转顶尖503接触，与中间的V型支架8共同起到焊管支撑作用；夹持顶尖606在气缸601的推动下沿直线导轨603匀速移动，利用夹持顶尖606通过焊管内孔将不锈钢焊管短管7夹紧；手工用毛刷或其他工具将超声检测耦合剂(通常采用机油)涂抹至钢管检测位置的外壁；超声波探头303通过探头气缸301推动匀速下降，到达满足前述检测位置；伺服电机501驱动不锈钢焊管短管7缓慢匀速转动，同时检测超声波反射信号，当出现第二峰值时，焊缝处于正上方位置，伺服电机501停止转动，超声波探头303快速退到上方；记号笔在标注头气缸401推动下匀速下降，记号笔与不锈钢焊管短管7外壁接触，留下焊缝标记后快速退回；夹紧顶尖在气缸驱动下向后退回；手工将不锈钢焊管短管取出，完成焊缝自动标记任务。

Claims (6)

1.一种不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构，其特征在于，包括机构安装基板、驱动机构、超声波探测机构、焊缝标注头、判断模块和控制执行模块，所述驱动机构固定于所述机构安装基板上用于驱动不锈钢焊管短管沿焊管轴线转动，所述超声波探测机构包括超声波探头，所述超声波探测机构固定设置于所述不锈钢焊管短管的一侧并使所述超声波探头的超声波的发射方向与所述超声波在所述不锈钢焊管短管的入射点轴截面径向呈锐角夹角，所述焊缝标注头用于在所述不锈钢焊管短管表面印留标记，所述判断模块用于判断是否满足发送判断信号的条件并在满足条件时向所述控制执行模块发送判断信号，所述条件为所述超声波探测机构接收的超声波反射信号在所述不锈钢焊管短管的表面反射信号峰后的设定时间段内存在超过设定阈值的第二反射信号峰，所述控制执行模块根据所述判断模块发送的判断信号控制所述焊缝标注头按所述不锈钢焊管短管的轴截面径向靠近所述不锈钢焊管短管的表面并与所述表面接触。
2.根据权利要求1所述的不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构，其特征在于，所述驱动机构包括旋转顶尖驱动机构和夹持顶尖驱动机构，所述旋转顶尖驱动机构和所述夹持顶尖驱动机构分别相对设置于所述机构安装基板的两端，所述夹持顶尖驱动机构与所述机构安装基板通过沿所述不锈钢焊管短管的轴线方向设置的导轨连接，所述超声波探测机构和所述焊缝标注头设置于所述旋转顶尖驱动机构和所述夹持顶尖驱动机构之间。
3.根据权利要求2所述的不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构，其特征在于，所述机构安装基板上开设漏液槽孔，所述漏液槽孔位于所述旋转顶尖驱动机构和所述夹持顶尖驱动机构之间。
4.根据权利要求1所述的不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构，其特征在于，所述机构安装基板上固定有支架，所述支架的上部连接所述超声波探测机构和所述焊缝标注头，所述超声波探头通过探头气缸与所述支架连接，所述焊缝标注头通过标注头气缸与所述支架连接。
5.根据权利要求2所述的不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构，其特征在于，所述机构安装基板上设有V型支架，所述V型支架设置于所述旋转顶尖驱动机构和所述夹持顶尖驱动机构之间。
6.根据权利要求1所述的不锈钢焊管短管直焊缝自动标注机构，其特征在于，所述焊缝标注头为记号笔。
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