激光焊检测系统的设计范文

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《焊接杂志》2016年第二期

摘要

采用激光对马达的顶针部件进行高速焊接，焊接完成后，对产品的平面度进行自动检测及不良品分拣，整个系统主要由上料工位、焊接工位、转盘夹具、检测分拣工位及下料工位等部分组成。在激光焊平面度检测前，还需对工件位置进行自动校正，确保铁盖位置不会发生偏移和转动。由气动滑台、激光测距仪、滑套和探针以及对应机加件组成的平面度自动检测系统，提高了检测结果的可靠性。

关键词:

马达；激光焊；检测；自动化

激光精密焊接已经在电脑、手机、平板电脑、可穿戴电子产品的生产中得到广泛应用，主要得益于激光焊效率高、热影响范围小、容易实现自动化等特点［1－4］。为提高生产效率及减少人工误操作，电子产品生产厂家大量尝试采用自动化生产线进行大批量生产，但是自动化生产线一般投资成本和后期维护成本较高，必须对投入产出比进行综合分析［5－7］。激光焊生产线均包括自动上料、自动装配、自动夹具夹紧、自动完成焊接，最后自动下料，当完成整个工序后，再进行下一道工序。产品的平面度检测较原始的方法是人工采用千分尺手动检测，这种方式消耗大量人力物力，而且人工检测的结果可靠性不够高，导致产品的品质不高。后来发展到光学测量，将光电技术与机械测量结合，借用计算机技术，实现快速、准确的测量，极大提高了测量结果的可靠性［8－13］。光学自动测量工件的平面度已经在精密电子产品生产中得到广泛应用，但是一般只是作为单独的产品检测工具，没有和其他生产工序结合起来。文中将电脑硬盘马达部件焊接自动化系统与光学平面度测试系统结合起来，同时完成自动生产及检测，节约了生产成本。

1焊接技术要求

需要焊接的产品由铁钉和铁盖两部分组成，材质均为45#钢。铁芯为精密铸造件，单个铁芯尺寸2mm×4．5mm，各尺寸精度较高;铁盖为精密冲压件，外形尺寸为18．5mm×3．5mm，铁盖壁厚0．25mm，内壁直径18mm，铁盖端部有冲压形成的小孔，如图1所示，生产效率要求产能单日3500个/10小时。因为二者焊接后的成品用在电机内，属于精密零件，故焊接完成后需对成品进行平面度检测。

2生产系统设计

2．1系统整体设计由要求的焊接生产效率(单日产能3500个/10小时)计算得出，每个成品的生产时间(包括上料、物料搬运、定位、焊接、下料、检测)不超过10s。综合成本和生产效率，采用光纤传导的YAG激光器配振镜扫描的方式进行焊接。为提高生产效率，设备采用全自动上料、自动压紧焊接、自动检测、全自动下料。装配和焊接压紧采用气动方式实现;平面度检测采用气动方式实现;合格品和非合格品下料采用机械手抓取。设备整体结构如图2所示，设备主要由铁钉上料工位、铁盖上料工位、焊接工位和转盘夹具、检测分拣工位及成品取料等几部分组成。设备运行时，铁钉上料工位对转盘夹具组件内的随行夹具内上料(铁钉);此后转盘夹具组件旋转，当随行夹具运动到铁盖上料工位时，铁盖上料工位对上有铁钉的随行夹具进行上料(铁盖)，此时二者完成初步组装;此后随行夹具带着组装好的工件(铁钉和铁盖)继续运行，当运动到焊接工位时，焊接工位的压紧部分对组装好的工件进行压紧并出光焊接，环焊一周;此后转盘夹具组件带着焊接好的工件继续旋转，当运动到检测分拣工位时，开始对其进行CCD拍照检测(检测其位置)，然后由工控机驱动步进电机对随行夹具进行角度调整，调整好角度以后继续旋转一个工位，此时由检测分拣工位的气缸驱动平面度检测组件对铁盖表面进行平面度检测;检测合格的产品继续流向下一工位，直至机械手抓取放入合格品下料区，检测不合格的产品被机械手放入单独的料盒内。

2．2转盘夹具组件设计因待焊工件较小，故允许公差较小，兼顾性能和成本，所以设计采用高精度凸轮分割器作为动力部分，整体结构如图3a所示;转盘内部设计成如图3b所示结构，可减轻转盘重量和保证转盘整体刚性，随行夹具置于转盘上，一共有10个，均布在转盘上;随行夹具上有阻尼防转机构，阻尼机构的力由弹簧提供，该机构可防止随行夹具随意转动，其结构如图3c所示。随行夹具在转盘上可做旋转运动，随行夹具结构如图3d所示。转轴套在两个轴承内，轴承固定在转盘内，铁块材质为45#钢，设计成带轴肩结构，内部攻牙和转轴通过螺纹副连接在一起，也可以卡主下面的轴承。铜块(红铜)和转轴铆压在一起，振动盘上料时，将铁钉送入到铜块内，可通过调节调整螺钉的位置以匹配铁钉的长度，结构如图3d所示。

2．3铁钉/铁盖上料工位简介铁钉和铁盖均采用振动盘上料，铁钉因为体积较小，故采用气管导出，然后用顶针压入到铜块内;铁盖也采用振动盘上料，由振动盘和直振将铁盖进行排序后用气动机械手将其抓取放入到随行夹具上，其结构如图4所示。

2．4焊接工位简介焊接工位分为振镜组件和下压组件两大部分。振镜可出光焊接;夹具起到对铁钉和铁盖压紧的作用;CCD组件和调整机构起到对铁盖位置调整的作用;因为工件脱离焊接工位之后在下一工序需要对其进行平面度检测，而铁盖上料时摆放方向是随机的，故需要对其进行调整，此动作可在焊接前进行也可在焊接后进行，文中所述机构在焊接前进行。如图5所示，焊接工位整体如图5a所示;将焊接工位剖开后，结构如图5b所示，图5c为其结构局部放大图;在进行位置调整时，CCD组件首先对工件进行拍照，然后在工控机和软件共同作用下可计算出对铁盖进行位置调整时所需要调整的角度。在位置调整时，电磁铁首先通电，然后气缸推着电磁铁和伺服电机一起往上运动，运动一定距离后电磁铁与铁块吸合，如图5d所示，吸合后电机(电机为步进电机)开始旋转，对铁盖进行位置调整;当位置调整好以后，在阻尼机构的作用下，调整位置以后的夹具和夹具上的铁盖位置不会发生偏移和转动，此时转盘带着随行夹具继续旋转一个工位将随行夹具带到振镜下方，然后夹具在气缸作用下开始将铁盖压紧，此后振镜开始出光焊接，换焊一周。

2．5检测分拣工位简介铁钉和铁盖焊接完以后，需对其平面度进行检测，因为在焊接工位时，铁盖的位置已经调整好，故此工位可直接进行检测。如图6所示，检测分拣工位分检测部分和分拣部分两部分组成。检测部分对铁盖进行平面度检测，将信号记录，自动区分合格品和不合格品，并将信号传递给分拣部分，分拣部分可将不合格品用机械手抓取放入废品料盒内。检测部分主要由气动滑台、激光测距仪、滑套和探针以及对应机加件组成，探针和滑套组合在一起，内有复位弹簧，自然状态下，二者相对位置一定且保持不变，激光测距仪精度很高，对小距离的检测精度可达微米级。当进行平面度检测时，气动滑台带着激光测距仪和滑套、探针等一起往下运动，此后探针开始接触到铁盖。因为要检测5个点的平面度，故气动滑台需往复运动5次，即探测5次。每次检测，激光测距仪可检测自身和探针的距离，并将其记录下来，通过与工控机数据传输通讯，可将5次数据对比，以此判断焊接后的铁盖平面度是否满足要求，若满足要求，则如图2a中所示，流入下一工位由机械手抓取放入合格品下料区;若不满足要求，则由分拣部分的机械手抓取放入废品料盒。

3结论

(1)整个生产系统从上料到检测分拣及取料均无需人工操作，全部实现自动化，极大节约了人力成本，同时避免了人工误操作，保证了产品品质。(2)采用多转盘结构，上料、焊接、检测、分拣及下料可以同时进行，提高了生产效率。转盘采用高精度凸轮分割器作为动力部分，提高了传动精度。

作者：胡艳华 王东辉 单位：河南职业技术学院