基于轨迹的电焊电极头损坏程度检测技术

朱燕青，王轶炜，岑　铁，代宝贵

（上海机电学院，上海　200120）



基于轨迹的电焊电极头损坏程度检测技术

朱燕青，王轶炜，岑铁，代宝贵

（上海机电学院，上海200120）

摘要：涉及汽车工业及设备制造领域，设计了一种检测电焊电极头损坏程度的装置。综合了运动控制器、伺服电机模组，针孔光电传感器，使得电极头检测精确度得到提高，并实现了数据的在线传递。

关键词：传感器；电极；运动轨迹；激光

1　技术背景

在汽车生产线上运用机器人的焊接工艺已经成为主要的生产手段，机器人在焊接车身时、电焊电极头主要承载着导电、散热和施压三大功能。在电焊过程中，电极的温度上升得非常快，在高温高压的作用下，电极头会产生磨损、磨损后的电焊电极头会对降低焊接质量。严重时会造成虚焊。定时对机器人电焊焊枪上的电极头进行检是质量的保证工作的必要环节。检测方法是在机器人完成一定的工位点焊接工作后，自动将焊枪伸入到电极检测装置中去，经过检验后，如果电极头没有达到规定的损耗值，则继续使用。如果检测下来，电极头已经损耗的无法使用了，机器人则将电极头伸到专门的车削器中。对电极进行车削，直到形状尺寸达到原来的设计标准。目前检测装置大多使用机械接触的方法来检测损耗程度，其原理是电极头深入到检测装置后会与簧片接触，簧片下压会使杠杆动作，当杠杆的另一头抬高碰到行程开关时，说明电极还可以使用。反之、电极接触不到簧片，说明电极本身磨损严重。这种方法的优点是检测过程简单，缺点是检测的精度比较差。

2　设计思想

本文提出一种检测电焊电极头损坏程度的装置，能够精准地检测出电极头部的损耗情况，确保焊接质量，杜绝批量事故的发生。该装置采用光感检测探头通过运动控制器编入轨迹走向，使得传感器发出的光线能够沿着电极头部的轨迹运动，当光线的轨迹完全被电极头部遮挡，说明在规定的尺寸内电极的形状保持良好，而在轨迹如果有透光点则说明电极头部有损耗点。于是就大大提高了检测的准确性；不仅如此，本产品配置的光电传感器通过传输光线扫过电极头周边，精准的检测检测到具体磨损位置，为工艺提高提供了依据。这样设计是为了能够适应多种检测的不同需求，在市场竞争力上有更广阔的空间，在技术安全性上有更高的要求，在操作上有更适用于人机合作的设备。

图1所示为本文所介绍的检测电焊电极头损坏程度的装置具体结构示意图。该装置包括：底座、这是整个装置的主要支撑部件；前脚支架就固定在外壳一侧，前脚支架上设置有检测支架，检测支架通过螺钉竖直安装在前脚支架上，起支撑与保护作用；在底座上，安装有Y轴伺服电机模组，Y轴滑块带动X轴伺服电机模组前后移动；X轴滑块带动传感器支架左右移动。传感器支架通过螺钉标准件安装在所述X轴模组滑块上；光电传感器和光源，分别设置于传感器支架内侧，并上下配合对应，光源通电后发射测试光由光电传感器的反射镜面接收，并通过接收情况判断出电极头的损坏情况。

光电传感器选择为针孔光电传感器，所述光源为发光二极管，其所发出的光源经过聚光处理从光导管中射出。管道直径为0.05mm，所发出的光线可以通过0.05mm的间隙，而电极头与卡板之间的间隙小于0.05时，光线通过间隙后到达传感器的接受板时，光线的强度将受到减弱，传感器将无法激活，此时说明电极头满足要求，检测器则发“0”通知机器人正常作业；而间隙值大于0.05mm时，光线充分照射在传感器上，传感器被激活发出信号“1”，通知机器人将电极头送到修复器中对电极头进行车削，直至达到检测要求，最终完成整套自动化铣削与检测工序。

该装置还包括固定块，固定机盖。电机外壳盖，通过螺钉标准件固定在Y轴伺服电机模组。该装置还包括Y轴滑块外壳和X轴滑块外壳，对电机和传动机构起保护作用。

当修复器装置对电极头车削时，机器人按照事先预编好的程序将电极头对准修复器的定位，此时修复器也按照预编程序，启动电动机，电动机转动皮带轮，皮带轮通过轴带动刀具对电极头进行车削。车削完之后，机器人通过预编程序把电极头放入检测器进行检测，伺服电机模组通过预编程序可控制光电检测管走出与检测电极头轮廓一致的路径，同时，由发光二极管发出的红色光源检测电极头之间的间隙是否能让光线通过。

该装置的检测电焊电极头损坏程度的装置运用针孔光电传感器的高灵敏度、高可靠性、检测范围广、响应速度快、寿命长、可靠性高等特点，使用可通针孔光电传感器来检测电极头与标准轨迹的间隙来判断电极头的形态变化，可自行判断并给出反应，检测电极头质量的是否合格。本检测装置具有自动报警功能，使整个生产过程达到完全自动化。有效控制了汽车制造厂家对车身生产的质量要求和尺寸精度的控制，提高了生产效率。一旦电极头磨损严重,检测器发出信号，并反馈情况，待相关作业人员来进行检修或替换。光感检测器作业的准确性，且能在各种环境中出色完成作业，工作性能稳定，且不受被检物的形状、颜色及材质的影响。这样大大提高了生产质量，杜绝因电极头磨损而引起的事故。

3　实验效果

在实验过程中，本文采用了运动控制卡作为整个装置的控制系统，采用数控编程所使用的G指令，将电极头的几何轨迹编入指令之中，使得该装置能够精确地完成检测功能，并能够及时发现损耗点的具体位置，这个数据可以为焊接工艺提供技术支持，工艺工程师和现场操作者可以根据这些数据采取必要的改进，以减少损耗，从而提高焊接质量。所以说这个方案是可以取得良好效果的。

参考文献

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［4］周力，张龙．电机与拖动基础［M］．北京：中国铁道出版社，2006．

［5］电气控制与PLC应用技术［M］．北京：电子出版社，2015．

Welding Electrode Damage Detection Technology Based on the Trajectory

ZHU Yan-qing，WANG Yi-wei，CEN Tie，DAI Bao-gui
（Shanghai Mechanical and Electrical College，Shanghai 200120，China）

Abstract:The paper involves the automotive industry and equipment manufacturing industry，designs a detecting device for electric welding electrode damage，it combines with motion controller，servo electrical module，and pinhole photoelectric sensor，improves accuracy of the electrode head and realizes the online data delivery.

Key words:sensor；Electrode；Trajectory；laser

作者简介：朱燕青（1957-），教师，高级工程师，主要研究方向：机电一体化。

收稿日期：2016-01-20

中图分类号：TG66

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）02-0049-02