激光焊檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)范文

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《焊接雜志》2016年第二期

摘要

采用激光對馬達(dá)的頂針部件進(jìn)行高速焊接，焊接完成后，對產(chǎn)品的平面度進(jìn)行自動(dòng)檢測及不良品分揀，整個(gè)系統(tǒng)主要由上料工位、焊接工位、轉(zhuǎn)盤夾具、檢測分揀工位及下料工位等部分組成。在激光焊平面度檢測前，還需對工件位置進(jìn)行自動(dòng)校正，確保鐵蓋位置不會(huì)發(fā)生偏移和轉(zhuǎn)動(dòng)。由氣動(dòng)滑臺(tái)、激光測距儀、滑套和探針以及對應(yīng)機(jī)加件組成的平面度自動(dòng)檢測系統(tǒng)，提高了檢測結(jié)果的可靠性。

關(guān)鍵詞:

馬達(dá)；激光焊；檢測；自動(dòng)化

激光精密焊接已經(jīng)在電腦、手機(jī)、平板電腦、可穿戴電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，主要得益于激光焊效率高、熱影響范圍小、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)［1－4］。為提高生產(chǎn)效率及減少人工誤操作，電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家大量嘗試采用自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行大批量生產(chǎn)，但是自動(dòng)化生產(chǎn)線一般投資成本和后期維護(hù)成本較高，必須對投入產(chǎn)出比進(jìn)行綜合分析［5－7］。激光焊生產(chǎn)線均包括自動(dòng)上料、自動(dòng)裝配、自動(dòng)夾具夾緊、自動(dòng)完成焊接，最后自動(dòng)下料，當(dāng)完成整個(gè)工序后，再進(jìn)行下一道工序。產(chǎn)品的平面度檢測較原始的方法是人工采用千分尺手動(dòng)檢測，這種方式消耗大量人力物力，而且人工檢測的結(jié)果可靠性不夠高，導(dǎo)致產(chǎn)品的品質(zhì)不高。后來發(fā)展到光學(xué)測量，將光電技術(shù)與機(jī)械測量結(jié)合，借用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的測量，極大提高了測量結(jié)果的可靠性［8－13］。光學(xué)自動(dòng)測量工件的平面度已經(jīng)在精密電子產(chǎn)品生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，但是一般只是作為單獨(dú)的產(chǎn)品檢測工具，沒有和其他生產(chǎn)工序結(jié)合起來。文中將電腦硬盤馬達(dá)部件焊接自動(dòng)化系統(tǒng)與光學(xué)平面度測試系統(tǒng)結(jié)合起來，同時(shí)完成自動(dòng)生產(chǎn)及檢測，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

1焊接技術(shù)要求

需要焊接的產(chǎn)品由鐵釘和鐵蓋兩部分組成，材質(zhì)均為45#鋼。鐵芯為精密鑄造件，單個(gè)鐵芯尺寸2mm×4．5mm，各尺寸精度較高;鐵蓋為精密沖壓件，外形尺寸為18．5mm×3．5mm，鐵蓋壁厚0．25mm，內(nèi)壁直徑18mm，鐵蓋端部有沖壓形成的小孔，如圖1所示，生產(chǎn)效率要求產(chǎn)能單日3500個(gè)/10小時(shí)。因?yàn)槎吆附雍蟮某善酚迷陔姍C(jī)內(nèi)，屬于精密零件，故焊接完成后需對成品進(jìn)行平面度檢測。

2生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)由要求的焊接生產(chǎn)效率(單日產(chǎn)能3500個(gè)/10小時(shí))計(jì)算得出，每個(gè)成品的生產(chǎn)時(shí)間(包括上料、物料搬運(yùn)、定位、焊接、下料、檢測)不超過10s。綜合成本和生產(chǎn)效率，采用光纖傳導(dǎo)的YAG激光器配振鏡掃描的方式進(jìn)行焊接。為提高生產(chǎn)效率，設(shè)備采用全自動(dòng)上料、自動(dòng)壓緊焊接、自動(dòng)檢測、全自動(dòng)下料。裝配和焊接壓緊采用氣動(dòng)方式實(shí)現(xiàn);平面度檢測采用氣動(dòng)方式實(shí)現(xiàn);合格品和非合格品下料采用機(jī)械手抓取。設(shè)備整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，設(shè)備主要由鐵釘上料工位、鐵蓋上料工位、焊接工位和轉(zhuǎn)盤夾具、檢測分揀工位及成品取料等幾部分組成。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，鐵釘上料工位對轉(zhuǎn)盤夾具組件內(nèi)的隨行夾具內(nèi)上料(鐵釘);此后轉(zhuǎn)盤夾具組件旋轉(zhuǎn)，當(dāng)隨行夾具運(yùn)動(dòng)到鐵蓋上料工位時(shí)，鐵蓋上料工位對上有鐵釘?shù)碾S行夾具進(jìn)行上料(鐵蓋)，此時(shí)二者完成初步組裝;此后隨行夾具帶著組裝好的工件(鐵釘和鐵蓋)繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到焊接工位時(shí)，焊接工位的壓緊部分對組裝好的工件進(jìn)行壓緊并出光焊接，環(huán)焊一周;此后轉(zhuǎn)盤夾具組件帶著焊接好的工件繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到檢測分揀工位時(shí)，開始對其進(jìn)行CCD拍照檢測(檢測其位置)，然后由工控機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)對隨行夾具進(jìn)行角度調(diào)整，調(diào)整好角度以后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一個(gè)工位，此時(shí)由檢測分揀工位的氣缸驅(qū)動(dòng)平面度檢測組件對鐵蓋表面進(jìn)行平面度檢測;檢測合格的產(chǎn)品繼續(xù)流向下一工位，直至機(jī)械手抓取放入合格品下料區(qū)，檢測不合格的產(chǎn)品被機(jī)械手放入單獨(dú)的料盒內(nèi)。

2．2轉(zhuǎn)盤夾具組件設(shè)計(jì)因待焊工件較小，故允許公差較小，兼顧性能和成本，所以設(shè)計(jì)采用高精度凸輪分割器作為動(dòng)力部分，整體結(jié)構(gòu)如圖3a所示;轉(zhuǎn)盤內(nèi)部設(shè)計(jì)成如圖3b所示結(jié)構(gòu)，可減輕轉(zhuǎn)盤重量和保證轉(zhuǎn)盤整體剛性，隨行夾具置于轉(zhuǎn)盤上，一共有10個(gè)，均布在轉(zhuǎn)盤上;隨行夾具上有阻尼防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，阻尼機(jī)構(gòu)的力由彈簧提供，該機(jī)構(gòu)可防止隨行夾具隨意轉(zhuǎn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖3c所示。隨行夾具在轉(zhuǎn)盤上可做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，隨行夾具結(jié)構(gòu)如圖3d所示。轉(zhuǎn)軸套在兩個(gè)軸承內(nèi)，軸承固定在轉(zhuǎn)盤內(nèi)，鐵塊材質(zhì)為45#鋼，設(shè)計(jì)成帶軸肩結(jié)構(gòu)，內(nèi)部攻牙和轉(zhuǎn)軸通過螺紋副連接在一起，也可以卡主下面的軸承。銅塊(紅銅)和轉(zhuǎn)軸鉚壓在一起，振動(dòng)盤上料時(shí)，將鐵釘送入到銅塊內(nèi)，可通過調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘?shù)奈恢靡云ヅ滂F釘?shù)拈L度，結(jié)構(gòu)如圖3d所示。

2．3鐵釘/鐵蓋上料工位簡介鐵釘和鐵蓋均采用振動(dòng)盤上料，鐵釘因?yàn)轶w積較小，故采用氣管導(dǎo)出，然后用頂針壓入到銅塊內(nèi);鐵蓋也采用振動(dòng)盤上料，由振動(dòng)盤和直振將鐵蓋進(jìn)行排序后用氣動(dòng)機(jī)械手將其抓取放入到隨行夾具上，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2．4焊接工位簡介焊接工位分為振鏡組件和下壓組件兩大部分。振鏡可出光焊接;夾具起到對鐵釘和鐵蓋壓緊的作用;CCD組件和調(diào)整機(jī)構(gòu)起到對鐵蓋位置調(diào)整的作用;因?yàn)楣ぜ撾x焊接工位之后在下一工序需要對其進(jìn)行平面度檢測，而鐵蓋上料時(shí)擺放方向是隨機(jī)的，故需要對其進(jìn)行調(diào)整，此動(dòng)作可在焊接前進(jìn)行也可在焊接后進(jìn)行，文中所述機(jī)構(gòu)在焊接前進(jìn)行。如圖5所示，焊接工位整體如圖5a所示;將焊接工位剖開后，結(jié)構(gòu)如圖5b所示，圖5c為其結(jié)構(gòu)局部放大圖;在進(jìn)行位置調(diào)整時(shí)，CCD組件首先對工件進(jìn)行拍照，然后在工控機(jī)和軟件共同作用下可計(jì)算出對鐵蓋進(jìn)行位置調(diào)整時(shí)所需要調(diào)整的角度。在位置調(diào)整時(shí)，電磁鐵首先通電，然后氣缸推著電磁鐵和伺服電機(jī)一起往上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)一定距離后電磁鐵與鐵塊吸合，如圖5d所示，吸合后電機(jī)(電機(jī)為步進(jìn)電機(jī))開始旋轉(zhuǎn)，對鐵蓋進(jìn)行位置調(diào)整;當(dāng)位置調(diào)整好以后，在阻尼機(jī)構(gòu)的作用下，調(diào)整位置以后的夾具和夾具上的鐵蓋位置不會(huì)發(fā)生偏移和轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)轉(zhuǎn)盤帶著隨行夾具繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一個(gè)工位將隨行夾具帶到振鏡下方，然后夾具在氣缸作用下開始將鐵蓋壓緊，此后振鏡開始出光焊接，換焊一周。

2．5檢測分揀工位簡介鐵釘和鐵蓋焊接完以后，需對其平面度進(jìn)行檢測，因?yàn)樵诤附庸の粫r(shí)，鐵蓋的位置已經(jīng)調(diào)整好，故此工位可直接進(jìn)行檢測。如圖6所示，檢測分揀工位分檢測部分和分揀部分兩部分組成。檢測部分對鐵蓋進(jìn)行平面度檢測，將信號(hào)記錄，自動(dòng)區(qū)分合格品和不合格品，并將信號(hào)傳遞給分揀部分，分揀部分可將不合格品用機(jī)械手抓取放入廢品料盒內(nèi)。檢測部分主要由氣動(dòng)滑臺(tái)、激光測距儀、滑套和探針以及對應(yīng)機(jī)加件組成，探針和滑套組合在一起，內(nèi)有復(fù)位彈簧，自然狀態(tài)下，二者相對位置一定且保持不變，激光測距儀精度很高，對小距離的檢測精度可達(dá)微米級(jí)。當(dāng)進(jìn)行平面度檢測時(shí)，氣動(dòng)滑臺(tái)帶著激光測距儀和滑套、探針等一起往下運(yùn)動(dòng)，此后探針開始接觸到鐵蓋。因?yàn)橐獧z測5個(gè)點(diǎn)的平面度，故氣動(dòng)滑臺(tái)需往復(fù)運(yùn)動(dòng)5次，即探測5次。每次檢測，激光測距儀可檢測自身和探針的距離，并將其記錄下來，通過與工控機(jī)數(shù)據(jù)傳輸通訊，可將5次數(shù)據(jù)對比，以此判斷焊接后的鐵蓋平面度是否滿足要求，若滿足要求，則如圖2a中所示，流入下一工位由機(jī)械手抓取放入合格品下料區(qū);若不滿足要求，則由分揀部分的機(jī)械手抓取放入廢品料盒。

3結(jié)論

(1)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)從上料到檢測分揀及取料均無需人工操作，全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，極大節(jié)約了人力成本，同時(shí)避免了人工誤操作，保證了產(chǎn)品品質(zhì)。(2)采用多轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，上料、焊接、檢測、分揀及下料可以同時(shí)進(jìn)行，提高了生產(chǎn)效率。轉(zhuǎn)盤采用高精度凸輪分割器作為動(dòng)力部分，提高了傳動(dòng)精度。

作者：胡艷華 王東輝 單位：河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院