激光焊檢測系統的設計范文

本站小編為你精心準備了激光焊檢測系統的設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《焊接雜志》2016年第二期

摘要

采用激光對馬達的頂針部件進行高速焊接，焊接完成后，對產品的平面度進行自動檢測及不良品分揀，整個系統主要由上料工位、焊接工位、轉盤夾具、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，還需對工件位置進行自動校正，確保鐵蓋位置不會發生偏移和轉動。由氣動滑臺、激光測距儀、滑套和探針以及對應機加件組成的平面度自動檢測系統，提高了檢測結果的可靠性。

關鍵詞:

馬達；激光焊；檢測；自動化

激光精密焊接已經在電腦、手機、平板電腦、可穿戴電子產品的生產中得到廣泛應用，主要得益于激光焊效率高、熱影響范圍小、容易實現自動化等特點［1－4］。為提高生產效率及減少人工誤操作，電子產品生產廠家大量嘗試采用自動化生產線進行大批量生產，但是自動化生產線一般投資成本和后期維護成本較高，必須對投入產出比進行綜合分析［5－7］。激光焊生產線均包括自動上料、自動裝配、自動夾具夾緊、自動完成焊接，最后自動下料，當完成整個工序后，再進行下一道工序。產品的平面度檢測較原始的方法是人工采用千分尺手動檢測，這種方式消耗大量人力物力，而且人工檢測的結果可靠性不夠高，導致產品的品質不高。后來發展到光學測量，將光電技術與機械測量結合，借用計算機技術，實現快速、準確的測量，極大提高了測量結果的可靠性［8－13］。光學自動測量工件的平面度已經在精密電子產品生產中得到廣泛應用，但是一般只是作為單獨的產品檢測工具，沒有和其他生產工序結合起來。文中將電腦硬盤馬達部件焊接自動化系統與光學平面度測試系統結合起來，同時完成自動生產及檢測，節約了生產成本。

1焊接技術要求

需要焊接的產品由鐵釘和鐵蓋兩部分組成，材質均為45#鋼。鐵芯為精密鑄造件，單個鐵芯尺寸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，內壁直徑18mm，鐵蓋端部有沖壓形成的小孔，如圖1所示，生產效率要求產能單日3500個/10小時。因為二者焊接后的成品用在電機內，屬于精密零件，故焊接完成后需對成品進行平面度檢測。

2生產系統設計

2．1系統整體設計由要求的焊接生產效率(單日產能3500個/10小時)計算得出，每個成品的生產時間(包括上料、物料搬運、定位、焊接、下料、檢測)不超過10s。綜合成本和生產效率，采用光纖傳導的YAG激光器配振鏡掃描的方式進行焊接。為提高生產效率，設備采用全自動上料、自動壓緊焊接、自動檢測、全自動下料。裝配和焊接壓緊采用氣動方式實現;平面度檢測采用氣動方式實現;合格品和非合格品下料采用機械手抓取。設備整體結構如圖2所示，設備主要由鐵釘上料工位、鐵蓋上料工位、焊接工位和轉盤夾具、檢測分揀工位及成品取料等幾部分組成。設備運行時，鐵釘上料工位對轉盤夾具組件內的隨行夾具內上料(鐵釘);此后轉盤夾具組件旋轉，當隨行夾具運動到鐵蓋上料工位時，鐵蓋上料工位對上有鐵釘的隨行夾具進行上料(鐵蓋)，此時二者完成初步組裝;此后隨行夾具帶著組裝好的工件(鐵釘和鐵蓋)繼續運行，當運動到焊接工位時，焊接工位的壓緊部分對組裝好的工件進行壓緊并出光焊接，環焊一周;此后轉盤夾具組件帶著焊接好的工件繼續旋轉，當運動到檢測分揀工位時，開始對其進行CCD拍照檢測(檢測其位置)，然后由工控機驅動步進電機對隨行夾具進行角度調整，調整好角度以后繼續旋轉一個工位，此時由檢測分揀工位的氣缸驅動平面度檢測組件對鐵蓋表面進行平面度檢測;檢測合格的產品繼續流向下一工位，直至機械手抓取放入合格品下料區，檢測不合格的產品被機械手放入單獨的料盒內。

2．2轉盤夾具組件設計因待焊工件較小，故允許公差較小，兼顧性能和成本，所以設計采用高精度凸輪分割器作為動力部分，整體結構如圖3a所示;轉盤內部設計成如圖3b所示結構，可減輕轉盤重量和保證轉盤整體剛性，隨行夾具置于轉盤上，一共有10個，均布在轉盤上;隨行夾具上有阻尼防轉機構，阻尼機構的力由彈簧提供，該機構可防止隨行夾具隨意轉動，其結構如圖3c所示。隨行夾具在轉盤上可做旋轉運動，隨行夾具結構如圖3d所示。轉軸套在兩個軸承內，軸承固定在轉盤內，鐵塊材質為45#鋼，設計成帶軸肩結構，內部攻牙和轉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)和轉軸鉚壓在一起，振動盤上料時，將鐵釘送入到銅塊內，可通過調節調整螺釘的位置以匹配鐵釘的長度，結構如圖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盤上料，鐵釘因為體積較小，故采用氣管導出，然后用頂針壓入到銅塊內;鐵蓋也采用振動盤上料，由振動盤和直振將鐵蓋進行排序后用氣動機械手將其抓取放入到隨行夾具上，其結構如圖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組件和調整機構起到對鐵蓋位置調整的作用;因為工件脫離焊接工位之后在下一工序需要對其進行平面度檢測，而鐵蓋上料時擺放方向是隨機的，故需要對其進行調整，此動作可在焊接前進行也可在焊接后進行，文中所述機構在焊接前進行。如圖5所示，焊接工位整體如圖5a所示;將焊接工位剖開后，結構如圖5b所示，圖5c為其結構局部放大圖;在進行位置調整時，CCD組件首先對工件進行拍照，然后在工控機和軟件共同作用下可計算出對鐵蓋進行位置調整時所需要調整的角度。在位置調整時，電磁鐵首先通電，然后氣缸推著電磁鐵和伺服電機一起往上運動，運動一定距離后電磁鐵與鐵塊吸合，如圖5d所示，吸合后電機(電機為步進電機)開始旋轉，對鐵蓋進行位置調整;當位置調整好以后，在阻尼機構的作用下，調整位置以后的夾具和夾具上的鐵蓋位置不會發生偏移和轉動，此時轉盤帶著隨行夾具繼續旋轉一個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，需對其平面度進行檢測，因為在焊接工位時，鐵蓋的位置已經調整好，故此工位可直接進行檢測。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。檢測部分對鐵蓋進行平面度檢測，將信號記錄，自動區分合格品和不合格品，并將信號傳遞給分揀部分，分揀部分可將不合格品用機械手抓取放入廢品料盒內。檢測部分主要由氣動滑臺、激光測距儀、滑套和探針以及對應機加件組成，探針和滑套組合在一起，內有復位彈簧，自然狀態下，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微米級。當進行平面度檢測時，氣動滑臺帶著激光測距儀和滑套、探針等一起往下運動，此后探針開始接觸到鐵蓋。因為要檢測5個點的平面度，故氣動滑臺需往復運動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，通過與工控機數據傳輸通訊，可將5次數據對比，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，流入下一工位由機械手抓取放入合格品下料區;若不滿足要求，則由分揀部分的機械手抓取放入廢品料盒。

3結論

(1)整個生產系統從上料到檢測分揀及取料均無需人工操作，全部實現自動化，極大節約了人力成本，同時避免了人工誤操作，保證了產品品質。(2)采用多轉盤結構，上料、焊接、檢測、分揀及下料可以同時進行，提高了生產效率。轉盤采用高精度凸輪分割器作為動力部分，提高了傳動精度。

作者：胡艷華 王東輝 單位：河南職業技術學院