CN114769801A - 一种高精度微型送丝速度传感装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度微型送丝速度传感装置及应用方法，该装置包括：主测轮安装于基座外壳内，且编码器与主测轮同轴安装，辅测轮通过自适应悬架安装于主测轮上方，自适应悬架的一侧与基座外壳铰接，其另一侧通过弹簧与基座外壳连接，通过弹簧作用力使得辅测轮压紧主测轮的顶部。本发明通过可自适应调整的辅测轮，以自动适配各个型号的气保焊焊丝，同时解决因焊丝不平整等原因导致的焊丝与主测轮不同步问题，保证数据采集精度，具有换丝方便、成本较低、占用空间小等特点。此外，本发明还提供了多种传感器配套安装方案，以满足目前所有气保焊焊接的现实工作情况，确保在任何条件下均可测量送丝速度和焊丝用量。

Description

一种高精度微型送丝速度传感装置及应用方法

技术领域

本发明涉及焊接检测技术领域，具体涉及一种高精度微型送丝速度传感装置及应用方法。

背景技术

在焊接生产过程中，送丝速度直接影响焊接质量和焊接效率，然而目前并没有一款可靠实用的送丝速度传感装置广泛适用于实际操作中，因此工厂往往无法实时采集和事后追溯焊接生产中的送丝量及送丝速度，难以掌握现场焊接质量的好坏。现有送丝量及送丝速度采集装置主要存在如下问题：

1、现有送丝速度采集装置或方案均存在明显的安装和应用局限性，实际中并不能适配所有气保焊焊接工况（例如既能适应大型桶装丝场景，又能适用于小型盘装丝焊接场景），如CN203091939U因其体积庞大，并且没有配套安装支架和使用方法，所以并不能同时适应桶装丝和小型盘装焊丝应用场景。

2、现有焊丝速度采集过程中，会出现焊丝和采集轮摩擦力不够导致打滑的现象，从而导致送丝速度采集数据不准确，如CN203636173U因没有设置焊丝压紧装置，可能会出现焊丝与采集轮打滑的现象。

3、气保焊焊丝存在多种直径的型号，现有送丝速度采集装置或方案并不能适配所有型号的焊丝。

4、现有送丝速度采集装置或方案在实际使用中会给焊丝更换带来不便，包括焊丝用尽或更换新型号焊丝的情况，如CN104459188B中更换焊丝过程较为繁琐，使用不便，因此实际应用价值有限。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高精度微型送丝速度传感装置及应用方法，通过可自适应调整的焊丝辅测轮，以自动适配各个型号的气保焊焊丝，同时解决因焊丝不平整等原因导致的焊丝与主测轮不同步问题，保证数据采集精度，具有换丝方便、成本较低、占用空间小等特点。此外，本发明还提供多种传感器配套安装方案，以满足目前所有气保焊焊接的现实工作情况，确保在任何条件下均可测量送丝速度和焊丝用量，具有广泛的适用性，实用价值高。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供了一种高精度微型送丝速度传感装置，包括基座外壳、基座盖板、焊丝限位器、主测轮、辅测轮、编码器、自适应悬架；

其中编码器安装于基座外壳上，主测轮安装于基座外壳内，且编码器与主测轮同轴安装，所述辅测轮通过自适应悬架安装于主测轮上方，且自适应悬架的一侧与基座外壳铰接，其另一侧通过弹簧与基座外壳连接，通过弹簧的弹性作用力使得辅测轮压紧主测轮的顶部，所述基座外壳的两侧设有焊丝限位器，用于实现焊丝的进出限位，且基座外壳上设有安装螺母，用于实现基座外壳的安装固定。

进一步的，所述焊丝限位器的出口高度略低于主测轮的顶部，这使得传感器本体中的焊丝被压在主测轮上，增加了焊丝与主测轮之间的摩擦力。

进一步的，所述主测轮的轮面上设有防滑条纹，进一步增加了焊丝和主测轮之间的摩擦力。

进一步的，所述焊丝限位器的中心孔沿送丝方向呈逐渐收缩状，由此提高出丝精度，大大提高焊丝的一次穿过率。

进一步的，所述焊丝限位器分为入口限位器和出口限位器，且主测轮与出口限位器之间设有导向块，以确保穿过主测轮的焊丝顺利从出口限位器穿出。

进一步的，所述自适应悬架呈一定角度的弯折结构，且辅测轮转动连接于自适应悬架的中部弯折处。自适应悬架的弯折设计，一方面能够尽可能提供竖直向下的弹簧压力，使得辅测轮能够沿竖直方向最大程度的压紧主测轮，另一方面能够缩短自适应悬架的长度，进一步减小传感器尺寸。

进一步的，本发明还提供了上述送丝速度传感装置的三种配套安装方案：

方案一：传感器主体与单自由度云台通过安装螺母连接固定，单自由度云台携带传感器主体安装在裸露焊丝路径上；

方案二：传感器主体与适配支架通过安装螺母连接固定，可更换的安装接口通过螺母固定在适配支架的两侧，可更换的安装接口可适配多种型号的送丝桶和送丝管，适配支架携带传感器主体通过安装接口安装在送丝桶顶部，原接在送丝桶上的送丝管通过安装接口安装在适配支架的另一端；

方案三：传感器主体与多自由度万向节通过安装螺母连接固定，多自由度万向节携带传感器主体安装在裸露焊丝路径上。

此外，本发明还提供了上述送丝速度传感装置的应用方法，包括以下步骤：

将传感器主体根据上述不同的工况装入配套的安装支架，并通过上述安装方法进行传感器的安装，使其位于裸露焊丝的线路上；将需测量的焊丝从一侧的焊丝限位器孔位插入，焊丝将穿过主测轮与辅测轮之间并顶起辅测轮，穿过辅测轮的焊丝经过导向块，导向块会确保将焊丝引导至另一侧的焊丝限位器孔位中，从而使焊丝顺利地从另一侧的焊丝限位器穿出。

在焊接开始后，焊丝送丝机会将焊丝从焊丝存储位置抽出，行进中的焊丝会被辅测轮紧紧压在主测轮上，确保焊丝行进速度与主测轮圆周方向的线速度相同；随着主测轮的转动，主测轮与编码器安装轴的角速度相同，结合主测轮直径尺寸，测算出主测轮圆周方向的线速度，从而得到焊丝实时的行进速度，结合焊接时间，进而可得到该焊接过程中的焊丝用量。

有益效果：本发明提供的一种高精度微型送丝速度传感装置及应用方法，相对于现有技术，具有以下优点：

1、现有送丝速度采集装置或方案仅停留于理论，实际中并不能适配所有气保焊焊接工况。针对这一问题，本发明除传感器主体以外，涵盖三种配套安装方案，可根据焊接现场情况灵活选择对应的传感器安装方案。经大量现场部署实验，已证实本发明传感器配套的三种安装方案在目前所有气保焊焊接现场都可以应用部署，其中包括手工焊、机器人焊、送丝盘储丝和送丝桶储丝等。

2、现有焊丝速度采集过程中，会出现焊丝和采集轮摩擦力不够导致打滑的现象，从而导致数据采集不准确。针对这一问题，本发明采用以下技术手段：第一，两侧的焊丝限位器出丝位置略低于主测轮最高点，这使得传感器本体中的焊丝被压在焊丝主测轮上，增加了摩擦力；第二，本发明设置有自适应调整的辅测轮，以应对不同直径型号焊丝上可能出现的焊丝不平整问题，确保焊丝时刻与主测轮保持摩擦力；第三，主测轮圆周面上设置防滑花纹，进一步增加焊丝和主测轮之间的摩擦力。

3、气保焊焊丝存在多种直径的型号，现有送丝速度采集装置或方案并不能适配所有型号的焊丝。针对这一问题，本发明通过上述自适应焊丝辅测轮的引入，使得传感器可测量直径在0.8-2.0mm范围内的所有丝状物。

4、现有送丝速度采集装置或方案在实际使用中会给焊丝更换带来不便，包括焊丝用尽或更换新型号焊丝的情况。针对这一问题，本发明通过焊丝限位器和导向块结构的优化设计，大大提高焊丝的一次穿过率。在实际应用中，当焊接现场需要换丝时，只需在原本的换丝步骤中，增加将焊丝捅入并穿过传感器本体这一步即可，不会给现场换丝工作增加工作量。

附图说明

图1为本发明实施例中送丝速度传感装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中送丝速度传感装置的内部结构示意图；

图3为本发明实施例中送丝速度传感装置的侧剖面结构图；

图4为本发明实施例中焊丝限位器的剖面结构图；

图5为本发明实施例中自适应悬架的结构示意图；

图6为本发明实施例中送丝速度传感装置与单自由度云台的安装结构示意图；

图7为本发明实施例中送丝速度传感装置与适配支架的安装结构示意图；

图8为本发明实施例中送丝速度传感装置与多自由度万向节的安装结构示意图；

图中包括：1、送丝速度传感装置，2、单自由度云台，3、适配支架，4、送丝桶，5、多自由度万向节，6、安装接口，101、编码器，102、基座外壳，103、基座盖板，104、焊丝限位器，105、焊丝，106、主测轮，107、辅测轮，108、自适应悬架，109、弹簧，110、安装螺母，111、第一导向块，112、第二导向块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实施方式进行描述，以更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

如图1、2所示为一种高精度微型送丝速度传感装置，包括基座外壳102、基座盖板103、焊丝限位器104、主测轮106、辅测轮107、编码器101、自适应悬架108、安装螺母110。具体装配关系如下：

辅测轮107装在自适应悬架108上，可自由转动；基座外壳102内有立柱，自适应悬架108左侧的圆环套入立柱，同时自适应悬架108的右侧与基座外壳102之间安装有弹簧109，受弹簧压力，自适应悬架108会在传感器内部无焊丝的情况下压紧主测轮106，使之不会空转，避免出现无焊丝时的错乱数据；

主测轮106安装在编码器101上，编码器101固定在基座外壳102上，左右两侧的焊丝限位器104分别通过配套螺母固定在基座外壳102上，且两侧焊丝限位器104的出丝位置略低于主测轮106的最高点，这使得传感器本体中的焊丝105被压在主测轮106上，主测轮106的轮面上设有防滑条纹，进一步增加焊丝105与主测轮106之间的摩擦力；安装螺母110与基座外壳102焊接连接，基座盖板103与基座外壳102螺栓固定，主测轮106贯穿基座盖板103，并通过轴承与基座盖板103转动连接。

如图2、3所示，基座盖板103上有第一导向块111，基座外壳102上有第二导向块112，第一导向块111与第二导向块112均位于主测轮106与出口限位器之间，且第一导向块111与第二导向块112底部的引导槽组合起来是圆锥形，沿送丝方向逐渐收缩，其入口与主测轮106和辅测轮107的交汇处对接，其出口与出口限位器的入口对接，以确保焊丝105顺利从出口限位器穿出。

由于焊丝限位器104的出丝位置略低于主测轮106的最高点，穿过主测轮106的焊丝105容易上翘，因此通过位于穿丝路径上方的导向块结构即可确保焊丝105顺利从出口限位器穿出。

如图4所示，焊丝限位器104（包括入口限位器和出口限位器）的中心孔沿送丝方向呈逐渐收缩的圆锥形，由此提高出丝精度，大大提高焊丝的一次穿过率。

如图5所示，自适应悬架108整体呈一定角度的弯折状，且辅测轮107转动连接于自适应悬架108的中部弯折处；自适应悬架108的右侧设有安装槽，且基座外壳102以及安装槽内设有上下对应的立柱，用于实现弹簧109的限位安装。

自适应悬架的弯折设计，一方面能够尽可能提供竖直向下的弹簧压紧力，使得辅测轮107能够沿竖直方向最大程度的压紧主测轮106，另一方面能够缩短自适应悬架108的长度，进一步减小传感器尺寸。

在具体实施中，三种传感器配套安装方案分别适用于不同的焊接现场情况，三种方案选定的裸露焊丝测量点都在焊丝存储处出口位置。具体实施过程如下：

方案一：单自由度云台安装方案适配储丝方式为送丝盘的情况，与之对应的多为手工焊接的情况，手工焊机布局紧凑，送丝盘与送丝机之间焊丝裸露距离短，传感器安装空间小。如图6所示，送丝速度传感装置1与单自由度云台2通过安装螺母110连接固定，单自由度云台2携带传感器主体安装在裸露焊丝路径上，通过单自由度云台2调整传感器本体的位置，使焊丝可顺利穿过传感器本体的左右焊丝限位器，云台体积小，加之本发明实体体积小，经验证可以在绝大部分手工焊机上安装。

方案二：送丝桶固定安装方案适配储丝方式为送丝桶的情况，在实际焊接场景中，送丝桶可对应手工焊和机器人焊接两种工况，送丝桶的出丝口位置往往接有送丝管，并无直接裸露的焊丝可以提供测量。如图7所示，送丝速度传感装置1与适配支架3通过安装螺母110连接固定，可更换的安装接口6通过螺母固定在适配支架3的两侧，可更换的安装接口可适配多种型号的送丝桶和送丝管，由此适配支架3携带传感器主体通过安装接口6安装在送丝桶4顶部，原接在送丝桶上的送丝管通过安装接口6安装在适配支架3顶部，传感器本体的两侧焊丝限位器与上下安装接口孔位对应，使焊丝可顺利穿过传感器本体的左右焊丝限位器。

方案三：多自由度万向节安装方案适配其余的特殊情况。如图8所示，送丝速度传感装置1与多自由度万向节5通过安装螺母连接固定，多自由度万向节5携带传感器主体夹紧安装在合适位置，通过多自由度万向节5调整传感器本体的位置，使焊丝可顺利穿过传感器本体的左右焊丝限位器。

综上所述，三种安装方案可覆盖目前现有所有焊机的焊丝测量工况。

此外，本发明还提供了上述送丝速度传感装置的应用方法，包括以下步骤：

将传感器本体根据上述不同的工况装入配套的安装支架，通过上述安装方法进行传感器的安装，使传感器本体位于裸露焊丝的线路上；将需测量的焊丝105从传感器一侧的焊丝限位器104孔位插入，焊丝105将穿过主测轮106与辅测轮107之间并顶起辅测轮107，而后经过第一导向块111与第二导向块112底部的引导槽，确保将焊丝105精准地导入对应的焊丝限位器104入口孔位中，从而使焊丝105顺利地进入另一侧的焊丝限位器104直至穿出。

在焊接开始后，焊丝送丝机会将焊丝从焊丝存储位置抽出，行进中的焊丝105会被辅测轮107紧紧压在主测轮106上，同时主测轮106圆周面上的防滑花纹会进一步增加焊丝105和主测轮106之间的摩擦力，确保焊丝105行进速度与主测轮106圆周方向的线速度相同。

随着主测轮106的转动，主测轮106与编码器101安装轴的角速度相同，结合主测轮106直径尺寸，测算出主测轮106圆周方向的线速度，从而得到焊丝实时的行进速度，结合焊接时间，进而可得到该焊接过程中的焊丝用量。

在焊丝首次穿过传感器时，操作人员只需要将焊丝从传感器的焊丝入口正常捅入，无需进行任何额外操作，焊丝会自己从焊丝出口穿出，不会额外增加换丝难度。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种高精度微型送丝速度传感装置，其特征在于，包括基座外壳、基座盖板、焊丝限位器、主测轮、辅测轮、编码器、自适应悬架；

其中编码器安装于基座外壳上，主测轮安装于基座外壳内，且编码器与主测轮同轴安装，所述辅测轮通过自适应悬架安装于主测轮上方，且自适应悬架的一侧与基座外壳铰接，其另一侧通过弹簧与基座外壳连接，通过弹簧的弹性作用力使得辅测轮压紧主测轮的顶部，所述基座外壳的两侧设有焊丝限位器，用于实现焊丝的进出限位，且基座外壳上设有安装螺母，用于实现基座外壳的安装固定。

2.根据权利要求1所述的一种高精度微型送丝速度传感装置，其特征在于，所述焊丝限位器的出口高度低于主测轮的顶部。

3.根据权利要求1所述的一种高精度微型送丝速度传感装置，其特征在于，所述主测轮的轮面上设有防滑条纹。

4.根据权利要求1所述的一种高精度微型送丝速度传感装置，其特征在于，所述焊丝限位器的中心孔沿送丝方向呈逐渐收缩状。

5.根据权利要求1所述的一种高精度微型送丝速度传感装置，其特征在于，所述焊丝限位器分为入口限位器和出口限位器，且主测轮与出口限位器之间设有导向块，用于将焊丝导入出口限位器的中心孔内。

6.根据权利要求1所述的一种高精度微型送丝速度传感装置，其特征在于，所述自适应悬架呈弯折结构，且辅测轮转动连接于自适应悬架的中部弯折处。

7.一种基于权利要求1~6任一所述高精度微型送丝速度传感装置的应用方法，其特征在于，所述送丝速度传感装置通过单自由度云台安装在焊丝路径上，且送丝速度传感装置通过安装螺母与单自由度云台安装固定。

8.一种基于权利要求1~6任一所述高精度微型送丝速度传感装置的应用方法，其特征在于，所述送丝速度传感装置通过适配支架安装在送丝桶和送丝管之间，且送丝速度传感装置通过安装螺母固定在适配支架上，所述适配支架的两侧设有可拆卸式安装接口，分别与送丝桶和送丝管安装固定。

9.一种基于权利要求1~6任一所述高精度微型送丝速度传感装置的应用方法，其特征在于，所述送丝速度传感装置通过多自由度万向节安装在焊丝路径上，且送丝速度传感装置通过安装螺母与多自由度万向节安装固定。

10.一种基于权利要求5所述高精度微型送丝速度传感装置的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过安装螺母将送丝速度传感装置安装在焊丝路径上，仅需将待测焊丝从入口限位器的中心孔内插入，即可使其穿过主测轮与辅测轮之间并将辅测轮顶起，而后通过导向块将焊丝引导至出口限位器的中心孔内直至穿出；

S2、在焊接开始后，行进中的焊丝通过摩擦力带动主测轮的同步转动，通过编码器实时检测主测轮的角速度，结合主测轮的直径尺寸，即可测算出主测轮的线速度，从而得到焊丝实时的行进速度。

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