專利名稱：微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，具體涉及一種焊接過程中的焊縫跟蹤傳感器。
背景技術(shù)：
在實現(xiàn)焊接過程由手工向自動轉(zhuǎn)變的過程中，各種焊接傳感器起著關(guān)鍵性的作用。由于各種因素的作用，實際的焊接條件經(jīng)常發(fā)生變化，例如加工和裝配上的誤差以及焊接過程中的熱和殘余應(yīng)力而產(chǎn)生的變形等情況會造成接頭位置和尺寸的變化，因此要求焊接系統(tǒng)(或弧焊機(jī)器人)能夠?qū)崟r檢測出這種變化并調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù)，以保證焊接質(zhì)量。得到合格焊縫的首要條件是必須保證焊槍與焊縫的對準(zhǔn)，所以在各種焊接傳感器中，焊縫跟蹤傳感器占據(jù)了非常大的比重，約占焊接傳感器總量的80％。用于弧焊過程控制的傳感器有很多種，電弧傳感器和光學(xué)傳感器占有突出的地位，但兩種傳感器普遍存在應(yīng)用范圍比較窄、易受電弧的干擾、采集信息的真實性和準(zhǔn)確性較低、對焊接材料表面要求較高的問題。
發(fā)表在焊接學(xué)報2004年4月刊上的一篇叫做《基于微束等離子弧的焊縫跟蹤》的論文對等離子弧焊縫跟蹤掃描的實驗進(jìn)行了分析，與傳統(tǒng)傳感器相比等離子弧傳感器具有焊接過程獨立、不受焊接過程、工件表面反射等因素的影響，但此實驗中的傳感器存在以下缺點裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)沒有合理優(yōu)化，獲得的微束等離子弧穩(wěn)定性較差；沒有將鎢極和槍體固定的裝置，鎢極和噴嘴之間的距離不固定，測量結(jié)果的重復(fù)性不好，采集的數(shù)據(jù)有效性差，每次測量前需重新校對參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有微束等離子弧傳感器存在的裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)沒有合理優(yōu)化，獲得的微束等離子弧穩(wěn)定性差，鎢極和噴嘴之間的距離不固定，測量結(jié)果的重復(fù)性不好，采集的數(shù)據(jù)有效性差的問題，提供一種微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器。本發(fā)明包含上槍體1、下槍體2、壓縮噴嘴3和鎢極4，上槍體1、下槍體2和壓縮噴嘴3都為空腔結(jié)構(gòu)，下槍體2的內(nèi)腔分為槍體中腔2-1和槍體外腔2-2兩個腔體，壓縮噴嘴3的內(nèi)腔分為噴嘴中腔3-1和噴嘴外腔3-2兩個腔體，上槍體1的底部與下槍體2的頂部固定連接，上槍體1的內(nèi)腔與下槍體2的槍體中腔2-1相連通，下槍體2的底部與壓縮噴嘴3的頂部固定連接，下槍體2的槍體中腔2-1與壓縮噴嘴3的噴嘴中腔3-1相連通，下槍體2的槍體外腔2-2與壓縮噴嘴3的噴嘴外腔3-2相連通，上槍體1的頂部設(shè)置有鎢極夾5，鎢極4設(shè)置在鎢極夾5上，鎢極4的上端位于上槍體1頂部的外側(cè)，鎢極4的下端位于壓縮噴嘴3的噴嘴中腔3-1內(nèi)并且與壓縮噴嘴3的噴口6之間形成縫隙13，上槍體1的外側(cè)壁的上端設(shè)置有離子氣導(dǎo)管7，離子氣導(dǎo)管7的一端與上槍體1的內(nèi)腔相連通，進(jìn)冷卻水管9設(shè)置在下槍體2的外側(cè)壁的上端，出冷卻水管10設(shè)置在下槍體2的外側(cè)壁的下端，進(jìn)冷卻水管9和出冷卻水管10的一端分別與下槍體2的槍體外腔2-2相連通。
發(fā)明效果本發(fā)明的傳感器的裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)經(jīng)過合理優(yōu)化，獲得的微束等離子弧穩(wěn)定性好，鎢極夾使鎢極和噴嘴之間的距離固定，測量結(jié)果的重復(fù)性好，采集的數(shù)據(jù)有效性高；本發(fā)明相對于傳統(tǒng)傳感器具有焊接過程獨立，不受焊接過程影響，不受弧光、飛濺、熱輻射、表面反射等因素的影響；本發(fā)明的跟蹤精度較高，橫向及縱向檢測精度＜0.5mm，能適用于對接、塔接等多種接頭焊縫的跟蹤傳感，可用于大多數(shù)的工業(yè)焊接生產(chǎn)過程。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是工作狀態(tài)時的本發(fā)明及外部裝置連接的整體電路原理圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖1、圖2，本實施方式由上槍體1、下槍體2、壓縮噴嘴3和鎢極4組成，上槍體1、下槍體2和壓縮噴嘴3都為空腔結(jié)構(gòu)，下槍體2的內(nèi)腔分為槍體中腔2-1和槍體外腔2-2兩個腔體，壓縮噴嘴3的內(nèi)腔分為噴嘴中腔3-1和噴嘴外腔3-2兩個腔體，上槍體1的底部與下槍體2的頂部固定連接，上槍體1的內(nèi)腔與下槍體2的槍體中腔2-1相連通，下槍體2的底部與壓縮噴嘴3的頂部固定連接，下槍體2的槍體中腔2-1與壓縮噴嘴3的噴嘴中腔3-1相連通，下槍體2的槍體外腔2-2與壓縮噴嘴3的噴嘴外腔3-2相連通，上槍體1的頂部設(shè)置有鎢極夾5，鎢極4設(shè)置在鎢極夾5上，鎢極4的上端位于上槍體1頂部的外側(cè)，鎢極4的下端位于壓縮噴嘴3的噴嘴中腔3-1內(nèi)并且與壓縮噴嘴3的噴口6之間形成縫隙13，上槍體1的外側(cè)壁的上端設(shè)置有離子氣導(dǎo)管7，離子氣導(dǎo)管7的一端與上槍體1的內(nèi)腔相連通，進(jìn)冷卻水管9設(shè)置在下槍體2的外側(cè)壁的上端，出冷卻水管10設(shè)置在下槍體2的外側(cè)壁的下端，進(jìn)冷卻水管9和出冷卻水管10的一端分別與下槍體2的槍體外腔2-2相連通。所述上槍體1的材質(zhì)為絕緣材料，所述下槍體2的材質(zhì)為導(dǎo)熱材料，所述壓縮噴嘴3的材質(zhì)為導(dǎo)電導(dǎo)熱材料。本實施方式的傳感器的外徑為15～20mm，整體長度為80～150mm。
工作原理在壓縮噴嘴3和鎢極4之間加一個電壓，利用高頻引燃電弧，再由離子氣導(dǎo)管7引入的等離子氣流(氬氣)，等離子氣流通過下槍體2的槍體中腔2-1進(jìn)入壓縮噴嘴3的噴嘴中腔3-1，并且從壓縮噴嘴3的噴口6排到壓縮噴嘴3的外部，在等離子氣流的作用下，部分電弧被吹到壓縮噴嘴3的外部，形成等離子焰流，該等離子焰流屬于高溫等離子體，具有良好的導(dǎo)電性。隨著工作時間的增加，壓縮噴嘴3的溫度上升，導(dǎo)致電弧狀態(tài)變化，影響掃描結(jié)果，在下槍體2上安裝水冷結(jié)構(gòu)，冷卻水由進(jìn)冷卻水管9進(jìn)入槍體外腔2-2和噴嘴外腔3-2，然后從出冷卻水管10流出，水冷結(jié)構(gòu)可以使壓縮噴嘴3的溫度趨于穩(wěn)定，從而得到穩(wěn)定的掃描結(jié)果。當(dāng)噴嘴的結(jié)構(gòu)、離子氣流量、電流等參數(shù)固定的情況下，等離子體的導(dǎo)電性能取決于該等離子體的長度，即等離子焰流的等效電阻與壓縮噴嘴3到工件之間的距離成正比。如圖2所示，在壓縮噴嘴3和鎢極4之間設(shè)置維弧電源14，再在壓縮噴嘴3和工件18之間設(shè)置測量電源15，并在電路上串聯(lián)一個電阻R，電阻R兩端設(shè)置一個電壓采集卡16，測量電阻R兩端的電壓變化能夠得出等效電阻兩端的電壓變化，并用計算機(jī)17記錄下數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析能夠反映出等離子焰流的等效電阻值的變化，即等離子焰流長度的變化。當(dāng)傳感器掃描工件18上的平整部位時，壓縮噴嘴3與工件18之間的距離保持不變，等離子焰流的長度也不變，等離子焰流的等效電阻值不變；當(dāng)傳感器掃描到工件18上的焊縫時，壓縮噴嘴3與工件18之間的距離增大，等離子焰流長度增加，等離子焰流的等效電阻值變大，根據(jù)對電阻R兩端電壓變化信息的計算得出焊縫的位置。將本發(fā)明的傳感器與焊槍安裝在一起，并由傳感器控制焊槍的掃描運動，即可實現(xiàn)對焊縫的跟蹤識別，使焊槍能夠精確的對準(zhǔn)焊縫。
具體實施方式
二參見圖1，本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于它增加了它增加了對中環(huán)8，對中環(huán)8上開有若干個通孔8-1，對中環(huán)8設(shè)置在下槍體2的槍體中腔2-1與壓縮噴嘴3的噴嘴中腔3-1的連接處，鎢極4的下端從位于對中環(huán)8中心的通孔8-1穿過。其它結(jié)構(gòu)與具體實施方式
一相同。對中環(huán)8的材質(zhì)為耐熱絕緣材料(如陶瓷)，用來定位鎢極4，使其對準(zhǔn)壓縮噴嘴3的噴口6的中心，能更好的提高等離子焰流的穩(wěn)定性以及可重復(fù)性。
具體實施方式
三參見圖1，本實施方式與具體實施方式
三的不同點在于它增加了第一密封圈11和第二密封圈12，第一密封圈11設(shè)置在槍體中腔2-1和噴嘴中腔3-1的連接處，第二密封圈12設(shè)置在槍體外腔2-2和噴嘴外腔3-2的連接處。其它結(jié)構(gòu)與具體實施方式
一相同。冷卻水在通過下槍體2的槍體外腔2-2和壓縮噴嘴3的噴嘴外腔3-2的連接處時若發(fā)生泄漏會導(dǎo)致傳感器損毀，第一密封圈11和第二密封圈12的材質(zhì)為絕緣材料(如橡膠)，能有效防止冷卻水的泄漏，提高傳感器的安全性。
具體實施方式
四參見圖1，本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于鎢極夾5由夾套5-1、螺母5-2和螺栓5-3組成，夾套5-1的中心開有通孔，通孔內(nèi)開有內(nèi)螺紋，鎢極4從通孔內(nèi)穿過，螺母5-2和螺栓5-3分別與夾套5-1的兩端螺紋連接。其它結(jié)構(gòu)與具體實施方式
一相同。當(dāng)鎢極4損壞或老化時，擰開螺母5-2和螺栓5-3即取下鎢極4，更換再使用比較方便。
具體實施方式
五本實施方式的上槍體1的材質(zhì)選用電木或工程塑料，下槍體2的材質(zhì)選用純銅或銅鋁合金，壓縮噴嘴3的材質(zhì)選用銅銀合金。
權(quán)利要求
1.微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器，它包含上槍體(1)、下槍體(2)、壓縮噴嘴(3)和鎢極(4)，上槍體(1)、下槍體(2)和壓縮噴嘴(3)都為空腔結(jié)構(gòu)，其特征在于下槍體(2)的內(nèi)腔分為槍體中腔(2-1)和槍體外腔(2-2)兩個腔體，壓縮噴嘴(3)的內(nèi)腔分為噴嘴中腔(3-1)和噴嘴外腔(3-2)兩個腔體，上槍體(1)的底部與下槍體(2)的頂部固定連接，上槍體(1)的內(nèi)腔與下槍體(2)的槍體中腔(2-1)相連通，下槍體(2)的底部與壓縮噴嘴(3)的頂部固定連接，下槍體(2)的槍體中腔(2-1)與壓縮噴嘴(3)的噴嘴中腔(3-1)相連通，下槍體(2)的槍體外腔(2-2)與壓縮噴嘴(3)的噴嘴外腔(3-2)相連通，上槍體(1)的頂部設(shè)置有鎢極夾(5)，鎢極(4)設(shè)置在鎢極夾(5)上，鎢極(4)的上端位于上槍體(1)頂部的外側(cè)，鎢極(4)的下端位于壓縮噴嘴(3)的噴嘴中腔(3-1)內(nèi)并且與壓縮噴嘴(3)的噴口(6)之間形成縫隙(13)，上槍體(1)的外側(cè)壁的上端設(shè)置有離子氣導(dǎo)管(7)，離子氣導(dǎo)管(7)的一端與上槍體(1)的內(nèi)腔相連通，進(jìn)冷卻水管(9)設(shè)置在下槍體(2)的外側(cè)壁的上端，出冷卻水管(10)設(shè)置在下槍體(2)的外側(cè)壁的下端，進(jìn)冷卻水管(9)和出冷卻水管(10)的一端分別與下槍體(2)的槍體外腔(2-2)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器，其特征在于它增加了對中環(huán)(8)，對中環(huán)(8)上開有若干個通孔(8-1)，對中環(huán)(8)設(shè)置在下槍體(2)的槍體中腔(2-1)與壓縮噴嘴(3)的噴嘴中腔(3-1)的連接處，鎢極(4)的下端從位于對中環(huán)(8)中心的通孔(8-1)穿過。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器，其特征在于它增加了第一密封圈(11)和第二密封圈(12)，第一密封圈(11)設(shè)置在槍體中腔(2-1)和噴嘴中腔(3-1)的連接處，第二密封圈(12)設(shè)置在槍體外腔(2-2)和噴嘴外腔(3-2)的連接處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器，其特征在于鎢極夾(5)由夾套(5-1)、螺母(5-2)和螺栓(5-3)組成，夾套(5-1)的中心開有通孔，通孔內(nèi)開有內(nèi)螺紋，鎢極(4)從通孔內(nèi)穿過，螺母(5-2)和螺栓(5-3)分別與夾套(5-1)的兩端螺紋連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器，其特征在于傳感器的外徑為15～20mm，整體長度為80～150mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器，其特征在于所述上槍體(1)的材質(zhì)為絕緣材料，所述下槍體(2)的材質(zhì)為導(dǎo)熱材料，所述壓縮噴嘴(3)的材質(zhì)為導(dǎo)電導(dǎo)熱材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器，其特征在于所述上槍體(1)的材質(zhì)為電木或工程塑料，所述下槍體(2)的材質(zhì)為純銅或銅鋁合金，所述壓縮噴嘴(3)的材質(zhì)為銅銀合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器，其特征在于所述對中環(huán)(8)的材質(zhì)為陶瓷。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器，其特征在于所述第一密封圈(11)和第二密封圈(12)的材質(zhì)為橡膠材料。
全文摘要
微束等離子弧掃描式焊縫跟蹤傳感器，它涉及一種焊接過程中的焊縫跟蹤傳感器，以解決現(xiàn)有傳感器存在的裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)沒有合理優(yōu)化，獲得的微束等離子弧穩(wěn)定性差，測試的結(jié)果的重復(fù)性不好，采集的數(shù)據(jù)有效性差的問題。本發(fā)明的下槍體的內(nèi)腔分為槍體中腔和槍體外腔兩個腔體，壓縮噴嘴的內(nèi)腔分為噴嘴中腔和噴嘴外腔兩個腔體，上槍體的內(nèi)腔與下槍體的槍體中腔相連通，下槍體的槍體中腔與壓縮噴嘴的噴嘴中腔相連通，鎢極設(shè)置在鎢極夾上，鎢極的上端位于上槍體頂部的外側(cè)，鎢極的下端位于壓縮噴嘴的噴嘴中腔內(nèi)并且與壓縮噴嘴的噴口之間形成縫隙，離子氣導(dǎo)管的一端與上槍體的內(nèi)腔相連通，進(jìn)冷卻水管和出冷卻水管的一端分別與下槍體的槍體外腔相連通。
文檔編號B23K9/16GK101088693SQ20071007253
公開日2007年12月19日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者高洪明, 張裕明, 吳林, 張廣軍, 李海超 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)