本發(fā)明涉及焊接電弧行為檢測，具體涉及于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

超高頻脈沖電弧焊接技術(shù)可實現(xiàn)超過50A/μs的電流沿變換速率，其脈沖電流頻率0～80kHz可調(diào)，遠高于目前同類脈沖焊接技術(shù)的脈沖頻率(<1kHz)，因此其電弧行為與其它脈沖焊接以及常規(guī)焊接有較大差異。大量研究結(jié)果表明，超高頻脈沖電弧收縮顯著，電弧力大幅提升，焊縫深寬比提高，而且電弧高頻效應(yīng)可引起熔池液態(tài)金屬受迫振動。以上特點證明超高頻脈沖電弧具有較高的能量密度，電弧穿透性增強，同時，其電弧行為可能對液態(tài)金屬凝固過程產(chǎn)生影響，因此，掌握電弧行為各要素，可為超高頻脈沖電弧行為研究提供試驗數(shù)據(jù)支撐。

目前，電弧行為檢測的常用裝置均為分別針對電弧形態(tài)、電弧力等獨立測量，前者常用同步移動高速攝像系統(tǒng)，后者采用非正常焊接狀態(tài)的U型管檢測，這在常規(guī)以及低頻脈沖焊接時可滿足使用需求；但應(yīng)用于超高頻脈沖焊接電弧行為特征的檢測時，依然采用傳統(tǒng)檢測設(shè)備或結(jié)構(gòu)，造成較大誤差，或增大了測量難度，不能準確便捷地實現(xiàn)電弧行為檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有檢測設(shè)備檢測的不準確、誤差大，及測量難度高，不便捷等問題。

本發(fā)明的實施例提供了一種用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具，包括導(dǎo)軌機構(gòu)組件、升降臂機構(gòu)、升降臂和夾持機構(gòu)，所述升降臂機構(gòu)垂直連接于所述導(dǎo)軌機構(gòu)組件的上方，所述升降臂機構(gòu)可沿著所述導(dǎo)軌機構(gòu)組件的水平方向移動；所述升降臂垂直于所述導(dǎo)軌機構(gòu)組件的水平方向，并垂直連接于所述升降臂機構(gòu)的一側(cè)，所述升降臂可沿著所述升降臂機構(gòu)上下移動，所述夾持機構(gòu)設(shè)于所述升降臂的前端，其可沿所述升降臂方向左右移動。

如上所述的輔助工具，優(yōu)選地，所述導(dǎo)軌機構(gòu)組件包括水平導(dǎo)軌、兩個固定肋板、第一絲杠、第一滑塊、第一伺服電機組成，所述兩個固定肋板分別固定連接于所述水平導(dǎo)軌下方的兩端，所述第一絲杠設(shè)于所述水平導(dǎo)軌上方中間的空腔內(nèi)，所述第一伺服電機設(shè)于所述水平導(dǎo)軌的一端外側(cè)，所述第一伺服電機與所述第一絲杠通過聯(lián)軸器連接，所述第一滑塊穿過并固定于所述第一絲杠上，所述第一滑塊與所述升降臂機構(gòu)連接。

如上所述的輔助工具，優(yōu)選地，在所述水平導(dǎo)軌的上方，對應(yīng)設(shè)有所述第一伺服電機的一端設(shè)有第一伺服電機驅(qū)動器，所述第一伺服電機驅(qū)動器控制所述第一伺服電機。

如上所述的輔助工具，優(yōu)選地，所述升降臂機構(gòu)包括升降臂導(dǎo)軌、第一滑塊固定層、第二滑塊、第二絲杠和第二伺服電機，所述第一滑塊固定層固定于所述第一滑塊的上方平面，所述升降臂導(dǎo)軌的下端設(shè)有一體連接的底座，所述第一滑塊固定層固定連接于所述底座，所述升降臂導(dǎo)軌的中間設(shè)有空腔，所述第二絲杠置于該空腔內(nèi)，所述第二絲杠連接所述第二伺服電機的轉(zhuǎn)動軸，所述第二伺服電機設(shè)于所述升降臂導(dǎo)軌上，所述第二滑塊穿過并固定于所述第二絲杠上，所述第二滑塊與所述升降臂連接。

如上所述的輔助工具，優(yōu)選地，所述升降臂機構(gòu)還包括第一防塵片和第二防塵片,所述第一防塵片覆蓋所述水平導(dǎo)軌上方中間的空腔,所述第二防塵片覆蓋所述升降臂導(dǎo)軌中間的空腔。

如上所述的輔助工具，優(yōu)選地，所述升降臂包括依次連接的第二滑塊固定層、升降臂支架、游標連接層、夾持機構(gòu)，所述第二滑塊固定層固定于所述第二滑塊上，所述游標連接層設(shè)在所述升降臂支架的前端，其可沿所述升降臂支架方向左右滑動，在所述升降臂支架的側(cè)面設(shè)有用于緊固或松弛所述游標連接層的鎖死開關(guān)。

如上所述的輔助工具，優(yōu)選地，所述第一伺服電機的行程為500mm、位置精度為0.01mm，所述第二伺服電機的行程為100mm、位置精度為0.001mm，所述游標連接層設(shè)有刻度。

用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的系統(tǒng)，包括兩套如上所述的用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具，輕質(zhì)支架工作臺、測力裝置，兩套所述用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具平行對稱安裝，所述測力裝置置于所述輔助工具的中間，所述支架平臺設(shè)于所述測力裝置的上方，待測工件置于所述輕質(zhì)支架工作臺的上方。

如上所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述測力裝置為測力傳感器。

如上所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述測力裝置為精密振動測量儀，所述精密振動測量儀的振動測量探頭由所述夾持機構(gòu)固定于所述輕質(zhì)支架工作臺的下方。

發(fā)明的高頻脈沖焊接電弧行為的檢測系統(tǒng)，針對超高頻脈沖焊接電弧行為檢測設(shè)計裝卡移動裝置，在電弧形態(tài)測量時，可通過升降臂夾持工件隨導(dǎo)軌移動，避免焊槍位置變化，有效解決了高速攝像對象聚焦點移動問題，與焊槍-攝像機同步移動裝置相比，更為便捷穩(wěn)定。

本發(fā)明的高頻脈沖焊接電弧行為的檢測系統(tǒng)，其雙導(dǎo)軌同步精確移動，位置精度0.01mm；升降臂可同步運動，也可獨立運動，保證夾持裝置可在焊接工作臺上方固定工件，也可在其下方固定檢測探頭，實現(xiàn)多模式檢測。

采用本發(fā)明的高頻脈沖焊接電弧行為的檢測系統(tǒng)測量熔池振動時，采用升降臂夾持接觸式探頭緊貼工作臺下方，即使是非磁性材料也可以采用鐵磁性探頭，解決了非鐵磁性材料無法使用鐵磁性探頭的難題，也避免了通過粘膠等常見固定方式的低耐熱性，保證設(shè)備可在正常焊接狀態(tài)下使用。

采用本發(fā)明的高頻脈沖焊接電弧行為的檢測系統(tǒng)，可裝置合理固定、移動工件，在進行高頻脈沖焊接電弧行為檢測過程中，可與相應(yīng)的檢測設(shè)備配合，分別在電弧形態(tài)、電弧力及熔池振動等三種模式條件下工作，有效消除傳統(tǒng)焊接工作臺對電弧行為測量結(jié)果的干擾和限制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的高頻脈沖焊接電弧行為檢測系統(tǒng)測量的一工作模式的示意圖。

圖4是本發(fā)明的高頻脈沖焊接電弧行為檢測系統(tǒng)對高頻脈沖焊接電弧形態(tài)測量工作模式的示意圖。

圖5是本發(fā)明的高頻脈沖焊接電弧行為檢測系統(tǒng)對高頻脈沖焊接熔池振動測量工作模式的正面示意圖。

圖6是本發(fā)明的高頻脈沖焊接電弧行為檢測系統(tǒng)對高頻脈沖焊接熔池振動測量工作模式的側(cè)面示意圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面請參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

考慮到目前用于高頻脈沖焊接電弧行為的檢測工具，誤差大，測量難度高，不便捷等問題，本發(fā)明提供了一種用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具及系統(tǒng)。

一種用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具，包括導(dǎo)軌機構(gòu)組件、升降臂機構(gòu)、升降臂和夾持機構(gòu)，所述升降臂機構(gòu)連接于所述導(dǎo)軌機構(gòu)組件的上方，可沿著所述導(dǎo)軌機構(gòu)組件的水平方向移動；所述升降臂垂直于所述導(dǎo)軌機構(gòu)組件的水平方向，并垂直連接于所述升降臂機構(gòu)的一側(cè)，可沿著所述升降臂機構(gòu)上下移動，所述夾持機構(gòu)設(shè)于所述升降臂的前端，其可沿所述升降臂方向左右移動。

使用時，電弧行為的檢測過程中，一般采用雙導(dǎo)軌運動系統(tǒng)，也就是采用用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具兩套，將二者平行對稱安裝，導(dǎo)軌機構(gòu)組件的第一伺服電機驅(qū)動第一絲杠同步轉(zhuǎn)動，帶動升降臂機構(gòu)做同步直線運動，即沿著所述導(dǎo)軌機構(gòu)組件水平方向(X方向)運動，可將升降臂機構(gòu)運送至X方向合適位置；再通過升降臂機構(gòu)中的由第二絲杠驅(qū)動的升降臂在垂直方向(Z方向)同步運動，將升降臂送至Z方向合適位置；升降臂的前端安裝有夾持機構(gòu)。針對不同檢測對象選擇不同檢測模式條件，夾持機構(gòu)用于夾持工件或檢測探頭；引燃電弧并根據(jù)檢測模式的需要，使用第一伺服電機驅(qū)動器驅(qū)動第一伺服電機，帶動導(dǎo)軌機構(gòu)的第一絲杠同步轉(zhuǎn)動，從而帶動升降臂機構(gòu)及升降臂同步運動，雙導(dǎo)軌同步精確移動，位置精度為0.01mm；升降臂可同步運動，也可獨立運動，保證夾持機構(gòu)可在焊接工作臺的上方固定工件，也可在其下方固定檢測探頭，實現(xiàn)了高頻脈沖焊接電弧行為檢測，在不同工作模式下的精確測量。在電弧形態(tài)測量時，可通過升降臂夾持工件隨導(dǎo)軌移動，避免焊槍位置變化，有效解決了高速攝像對象聚焦點移動問題，與焊槍-攝像機同步移動裝置相比，更為便捷穩(wěn)定。

接下來，本發(fā)明將通過一些具體的實施例來詳細描述該用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具。

實施例1

用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具，包括導(dǎo)軌機構(gòu)組件、升降臂機構(gòu)、升降臂和夾持機構(gòu)，升降臂機構(gòu)連接于導(dǎo)軌機構(gòu)組件的上方，可沿著導(dǎo)軌機構(gòu)組件的水平方向移動；升降臂垂直于導(dǎo)軌機構(gòu)組件的水平方向，并垂直連接于升降臂機構(gòu)的一側(cè)，可沿著所述升降臂機構(gòu)上下移動，夾持機構(gòu)設(shè)于升降臂的前端，其可沿所述升降臂方向左右移動。其安裝結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1和2所示，其中，導(dǎo)軌機構(gòu)組件包括水平導(dǎo)軌1、兩個固定肋板1A、第一絲杠1D、第一滑塊1E、第一伺服電機4組成，兩個固定肋板1A分別固定連接于水平導(dǎo)軌下方的兩端，固定肋板1A起到支撐固定作用，第一伺服電機設(shè)于水平導(dǎo)軌的一端外側(cè)，第一絲杠1D設(shè)于水平導(dǎo)軌中間的空腔體內(nèi)，第一伺服電機的轉(zhuǎn)動軸連接第一絲杠，第一滑塊1E穿過并固定于第一絲杠1D上，第一滑塊1E可隨第一絲杠1D轉(zhuǎn)動在水平導(dǎo)軌的空腔體內(nèi)沿X軸運動。

具體地，水平導(dǎo)軌1通過固定肋板1A上的8個固定地孔1B安裝于水平地面上，固定肋板1A起到支撐固定作用。在水平導(dǎo)軌的一端外側(cè)設(shè)有第一伺服電機，水平導(dǎo)軌的中間設(shè)為空腔，第一絲杠1D安裝于空腔內(nèi)，第一伺服電機與第一絲杠通過聯(lián)軸器連接，由第一伺服電機帶動第一絲杠1D轉(zhuǎn)動，第一絲杠1D是水平導(dǎo)軌機構(gòu)1的運動傳動部件，第一滑塊1E安裝于第一絲杠1D上。第一滑塊1E隨著第一絲杠1D的轉(zhuǎn)動而在水平導(dǎo)軌的空腔體內(nèi)沿X軸水平運動。在安裝有第一伺服電機的水平導(dǎo)軌一端的上方設(shè)有中間設(shè)有驅(qū)動器安裝口1F，第一伺服電機驅(qū)動器4通過驅(qū)動器安裝口1F安裝于水平導(dǎo)軌1上，第一伺服電機驅(qū)動器4上的設(shè)有串口通訊槽4A，用于連接第一伺服電機可實現(xiàn)第一伺服電機獨立或同步聯(lián)動。其中，第一伺服驅(qū)動器是控制第一伺服電機的單元，可控制輸入給第一伺服電機的電流、電壓、及激磁頻率，并可設(shè)定目標參數(shù)、通過反饋可實現(xiàn)精確的力矩、速度、位置控制。第一伺服電機可采用行程500mm、位置精度0.01mm的伺服電機。

在不使用該輔助工具或需轉(zhuǎn)移位置時，為了防止塵土落入水平導(dǎo)軌機構(gòu)1的空腔內(nèi)，水平導(dǎo)軌機構(gòu)組件還設(shè)有第一防塵片，第一防塵片安裝于所述水平導(dǎo)軌的上方平面，覆蓋所述水平導(dǎo)軌中間的空腔，以防止粉塵落入第一絲杠中，影響傳動效率。可以通過水平導(dǎo)軌1上的防塵片安裝孔1C將第一防塵片固定安裝。當使用該輔助工具進行測量時，第二防塵片需要拆卸下來。

升降臂機構(gòu)包括：升降臂導(dǎo)軌2、第二滑塊2A、第二絲杠2D和第二伺服電機，第一滑塊固定層2E固定于第一滑塊1E的上方平面，升降臂導(dǎo)軌2的下端設(shè)有與第一滑塊固定層2E可固定連接的底座2B，底座2B與升降臂導(dǎo)軌2一體設(shè)計。第二伺服電機設(shè)于升降臂導(dǎo)軌上，升降臂導(dǎo)軌2的中間設(shè)有空腔，第二絲杠2D設(shè)于空腔內(nèi)，第二絲杠的一端連接第二伺服電機的轉(zhuǎn)動軸，第二伺服電機驅(qū)動第二絲杠1D轉(zhuǎn)動，所述第二伺服電機設(shè)于所述升降臂導(dǎo)軌上，第二滑塊2A穿過并固定于第二絲杠2D上，第二滑塊2A可隨第二絲杠2D轉(zhuǎn)動在升降臂導(dǎo)軌2的空腔體內(nèi)垂直方向，即沿Z軸運動。第二伺服電機可采用行程100mm、位置精度0.001mm的伺服電機。

在不使用該輔助工具或需轉(zhuǎn)移位置時，為了防止塵土落入升降臂導(dǎo)軌2的空腔內(nèi)，升降臂機構(gòu)還設(shè)有第二防塵片，第二防塵片將從第二防塵片連接層和第一滑塊固定層2E二者之間的空隙穿過，固定于防塵片安裝孔2C，覆蓋升降臂導(dǎo)軌中間的空腔，以防止粉塵落入第二絲杠中，影響傳動效率。當使用該輔助工具進行測量時，第二防塵片需要拆卸下來。

升降臂包括有升降臂支架3、第二滑塊固定層3A、夾持機構(gòu)3C、游標連接層3D，所述第二滑塊固定層3A固定于所述第二滑塊2A上，升降臂支架3固定連接所述第二滑塊固定層3A，升降臂支架3的底端設(shè)有支架底座3B，可通過螺絲與第二滑塊固定層3A固定連接，并通過第二固定肋板3F支撐，在升降臂支架3的前端設(shè)有可沿升降臂支架方向即Y方向，左右滑動的游標連接層3D，游標連接層3D通過設(shè)在升降臂支架3側(cè)面的鎖死開關(guān)3E，來緊固或松弛游標連接層3D，夾持機構(gòu)3C安裝于游標連接層3D的前端。游標連接層上有刻度，可實現(xiàn)Y方向10mm內(nèi)位置精確手動調(diào)節(jié)。夾持機構(gòu)可采用彈簧夾。

實施例2

在如實施例1用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具設(shè)計的基礎(chǔ)上，用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的系統(tǒng)，包括兩套用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具，輕質(zhì)支架工作臺、測力傳感器，所述測力傳感器放置于平行對稱安裝的所述兩套用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具之間，所述支架平臺設(shè)于所述測力傳感器的上方平面上。

高頻脈沖焊接電弧行為檢測系統(tǒng)可實現(xiàn)不同工作模式下的精確測量，具體說明如下：

高頻脈沖焊接電弧行為檢測系統(tǒng)測量的工作模式，Z方向升降臂夾持工件，升降至工件與工作臺底面即輕質(zhì)支架工作臺緊密接觸、測力傳感器恰好出現(xiàn)穩(wěn)定示數(shù)為宜，測量時均保持靜止，連續(xù)存儲電弧引燃至熄滅傳感器示數(shù)變化。具體地，如圖3所示。用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具的升降臂的夾持機構(gòu)夾持工件5固定于升降臂機構(gòu)上，水平導(dǎo)軌1將升降臂機構(gòu)的升降臂導(dǎo)軌2運送至X方向合適位置，使工件5位于輕質(zhì)支架工作臺6上方，輕質(zhì)支架工作臺6安裝于測力傳感器7上方平面。檢測開始時，升降臂機構(gòu)的升降臂導(dǎo)軌2將升降臂支架3送至Z方向合適位置，使得工件5與輕質(zhì)支架工作臺6接觸，測力傳感器7示數(shù)從零至恰好出現(xiàn)示數(shù)，此時工件5位于焊槍8的鎢極9下方3mm處。引燃電弧10后至穩(wěn)定燃燒，測力傳感器7記錄數(shù)據(jù)變化并保存。為使結(jié)果更加準確，測力傳感器7可采用精密測力傳感器(精密度為0.01g)。

采用高頻脈沖焊接電弧行為檢測系統(tǒng)對高頻脈沖焊接電弧形態(tài)測量工作模式，Z方向升降臂夾持工件，監(jiān)測時焊槍保持靜止，X方向水平導(dǎo)軌平動，帶動工件一起隨X方向運動，確保高速攝像焦點位置恒定，持續(xù)拍攝。具體地，如圖4所示。用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具的升降臂的夾持機構(gòu)夾持工件5，水平導(dǎo)軌1在第一伺服電機驅(qū)動器驅(qū)動下將升降臂機構(gòu)運送至X方向合適位置，而后升降臂機構(gòu)的升降臂導(dǎo)軌2將升降臂支架3送至Z方向合適位置，使工件5位于輕質(zhì)支架工作臺6上方，焊槍4下方3mm處，高速攝像機11架設(shè)于X方向電弧等高延長線上，電弧10處于高速攝像機11的焦點位置。檢測時，電弧引燃后穩(wěn)定燃燒，第一伺服電機驅(qū)動器驅(qū)動水平導(dǎo)軌1中第一絲杠轉(zhuǎn)動帶動第一滑塊的在X方向做直線運動，帶動升降臂機構(gòu)3夾持著工件5沿X方向同步移動，該過程將保證電弧處于高速攝像機11的焦點位置。

采用高頻脈沖焊接電弧行為檢測系統(tǒng)對高頻脈沖焊接熔池振動測量工作模式，Z方向升降臂夾持測量探頭，升降至探頭與工作臺底面緊密接觸為宜，工件置于工作臺的正上方，X方向水平導(dǎo)軌沿平動方向?qū)⑻筋^移動至工件中心正下方，測量時均保持靜止，連續(xù)存儲電弧引燃至熄滅振動監(jiān)測儀測量值變化。具體地，如圖5和圖6所示，工件5固定于輕質(zhì)支架工作臺6上，其中，工件5可采用焊接夾具固定，工件5和輕質(zhì)支架工作臺6在檢測過程中處于靜止狀態(tài)，焊槍8的鎢極9位于工件5上方3mm處。用于檢測高頻脈沖焊接電弧行為的輔助工具的升降臂的夾持機構(gòu)夾持振動測量探頭13，振動測量探頭13是精密振動測量儀12的檢測終端，水平導(dǎo)軌1在第一伺服電機驅(qū)動器驅(qū)動下將升降臂機構(gòu)導(dǎo)軌2運送至X方向合適位置，而后升降臂通過升降臂機構(gòu)將工件5送至Z方向合適位置，使振動測量探頭13與輕質(zhì)支架工作臺6下方緊密接觸，并位于焊槍8正下方，從而避免了振動測量探頭13只能測量鐵磁性材料的難題。測量過程中，電弧引燃后穩(wěn)定燃燒，振動測量探頭13在電弧10正下方檢測熔池振動信號，并將其傳輸至精密振動測量儀12，若需要檢測移動電弧作用下的熔池振動信號，則可在焊槍8移動的同時，使用第一伺服電機驅(qū)動器可同步驅(qū)動升降臂機構(gòu)沿X方向移動，從而保證振動測量探頭13始終處于電弧正下方。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明做其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。