用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具及系统的制作方法

本发明涉及焊接电弧行为检测，具体涉及于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具及系统。

背景技术：

超高频脉冲电弧焊接技术可实现超过50A/μs的电流沿变换速率，其脉冲电流频率0～80kHz可调，远高于目前同类脉冲焊接技术的脉冲频率(<1kHz)，因此其电弧行为与其它脉冲焊接以及常规焊接有较大差异。大量研究结果表明，超高频脉冲电弧收缩显著，电弧力大幅提升，焊缝深宽比提高，而且电弧高频效应可引起熔池液态金属受迫振动。以上特点证明超高频脉冲电弧具有较高的能量密度，电弧穿透性增强，同时，其电弧行为可能对液态金属凝固过程产生影响，因此，掌握电弧行为各要素，可为超高频脉冲电弧行为研究提供试验数据支撑。

目前，电弧行为检测的常用装置均为分别针对电弧形态、电弧力等独立测量，前者常用同步移动高速摄像系统，后者采用非正常焊接状态的U型管检测，这在常规以及低频脉冲焊接时可满足使用需求；但应用于超高频脉冲焊接电弧行为特征的检测时，依然采用传统检测设备或结构，造成较大误差，或增大了测量难度，不能准确便捷地实现电弧行为检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具及系统，以解决现有检测设备检测的不准确、误差大，及测量难度高，不便捷等问题。

本发明的实施例提供了一种用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具，包括导轨机构组件、升降臂机构、升降臂和夹持机构，所述升降臂机构垂直连接于所述导轨机构组件的上方，所述升降臂机构可沿着所述导轨机构组件的水平方向移动；所述升降臂垂直于所述导轨机构组件的水平方向，并垂直连接于所述升降臂机构的一侧，所述升降臂可沿着所述升降臂机构上下移动，所述夹持机构设于所述升降臂的前端，其可沿所述升降臂方向左右移动。

如上所述的辅助工具，优选地，所述导轨机构组件包括水平导轨、两个固定肋板、第一丝杠、第一滑块、第一伺服电机组成，所述两个固定肋板分别固定连接于所述水平导轨下方的两端，所述第一丝杠设于所述水平导轨上方中间的空腔内，所述第一伺服电机设于所述水平导轨的一端外侧，所述第一伺服电机与所述第一丝杠通过联轴器连接，所述第一滑块穿过并固定于所述第一丝杠上，所述第一滑块与所述升降臂机构连接。

如上所述的辅助工具，优选地，在所述水平导轨的上方，对应设有所述第一伺服电机的一端设有第一伺服电机驱动器，所述第一伺服电机驱动器控制所述第一伺服电机。

如上所述的辅助工具，优选地，所述升降臂机构包括升降臂导轨、第一滑块固定层、第二滑块、第二丝杠和第二伺服电机，所述第一滑块固定层固定于所述第一滑块的上方平面，所述升降臂导轨的下端设有一体连接的底座，所述第一滑块固定层固定连接于所述底座，所述升降臂导轨的中间设有空腔，所述第二丝杠置于该空腔内，所述第二丝杠连接所述第二伺服电机的转动轴，所述第二伺服电机设于所述升降臂导轨上，所述第二滑块穿过并固定于所述第二丝杠上，所述第二滑块与所述升降臂连接。

如上所述的辅助工具，优选地，所述升降臂机构还包括第一防尘片和第二防尘片,所述第一防尘片覆盖所述水平导轨上方中间的空腔,所述第二防尘片覆盖所述升降臂导轨中间的空腔。

如上所述的辅助工具，优选地，所述升降臂包括依次连接的第二滑块固定层、升降臂支架、游标连接层、夹持机构，所述第二滑块固定层固定于所述第二滑块上，所述游标连接层设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动，在所述升降臂支架的侧面设有用于紧固或松弛所述游标连接层的锁死开关。

如上所述的辅助工具，优选地，所述第一伺服电机的行程为500mm、位置精度为0.01mm，所述第二伺服电机的行程为100mm、位置精度为0.001mm，所述游标连接层设有刻度。

用于检测高频脉冲焊接电弧行为的系统，包括两套如上所述的用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具，轻质支架工作台、测力装置，两套所述用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具平行对称安装，所述测力装置置于所述辅助工具的中间，所述支架平台设于所述测力装置的上方，待测工件置于所述轻质支架工作台的上方。

如上所述的系统，优选地，所述测力装置为测力传感器。

如上所述的系统，优选地，所述测力装置为精密振动测量仪，所述精密振动测量仪的振动测量探头由所述夹持机构固定于所述轻质支架工作台的下方。

发明的高频脉冲焊接电弧行为的检测系统，针对超高频脉冲焊接电弧行为检测设计装卡移动装置，在电弧形态测量时，可通过升降臂夹持工件随导轨移动，避免焊枪位置变化，有效解决了高速摄像对象聚焦点移动问题，与焊枪-摄像机同步移动装置相比，更为便捷稳定。

本发明的高频脉冲焊接电弧行为的检测系统，其双导轨同步精确移动，位置精度0.01mm；升降臂可同步运动，也可独立运动，保证夹持装置可在焊接工作台上方固定工件，也可在其下方固定检测探头，实现多模式检测。

采用本发明的高频脉冲焊接电弧行为的检测系统测量熔池振动时，采用升降臂夹持接触式探头紧贴工作台下方，即使是非磁性材料也可以采用铁磁性探头，解决了非铁磁性材料无法使用铁磁性探头的难题，也避免了通过粘胶等常见固定方式的低耐热性，保证设备可在正常焊接状态下使用。

采用本发明的高频脉冲焊接电弧行为的检测系统，可装置合理固定、移动工件，在进行高频脉冲焊接电弧行为检测过程中，可与相应的检测设备配合，分别在电弧形态、电弧力及熔池振动等三种模式条件下工作，有效消除传统焊接工作台对电弧行为测量结果的干扰和限制。

附图说明

图1是本发明的用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具一优选实施例的结构示意图。

图2是本发明的用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具一优选实施例的结构示意图。

图3是本发明的高频脉冲焊接电弧行为检测系统测量的一工作模式的示意图。

图4是本发明的高频脉冲焊接电弧行为检测系统对高频脉冲焊接电弧形态测量工作模式的示意图。

图5是本发明的高频脉冲焊接电弧行为检测系统对高频脉冲焊接熔池振动测量工作模式的正面示意图。

图6是本发明的高频脉冲焊接电弧行为检测系统对高频脉冲焊接熔池振动测量工作模式的侧面示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面请参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

考虑到目前用于高频脉冲焊接电弧行为的检测工具，误差大，测量难度高，不便捷等问题，本发明提供了一种用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具及系统。

一种用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具，包括导轨机构组件、升降臂机构、升降臂和夹持机构，所述升降臂机构连接于所述导轨机构组件的上方，可沿着所述导轨机构组件的水平方向移动；所述升降臂垂直于所述导轨机构组件的水平方向，并垂直连接于所述升降臂机构的一侧，可沿着所述升降臂机构上下移动，所述夹持机构设于所述升降臂的前端，其可沿所述升降臂方向左右移动。

使用时，电弧行为的检测过程中，一般采用双导轨运动系统，也就是采用用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具两套，将二者平行对称安装，导轨机构组件的第一伺服电机驱动第一丝杠同步转动，带动升降臂机构做同步直线运动，即沿着所述导轨机构组件水平方向(X方向)运动，可将升降臂机构运送至X方向合适位置；再通过升降臂机构中的由第二丝杠驱动的升降臂在垂直方向(Z方向)同步运动，将升降臂送至Z方向合适位置；升降臂的前端安装有夹持机构。针对不同检测对象选择不同检测模式条件，夹持机构用于夹持工件或检测探头；引燃电弧并根据检测模式的需要，使用第一伺服电机驱动器驱动第一伺服电机，带动导轨机构的第一丝杠同步转动，从而带动升降臂机构及升降臂同步运动，双导轨同步精确移动，位置精度为0.01mm；升降臂可同步运动，也可独立运动，保证夹持机构可在焊接工作台的上方固定工件，也可在其下方固定检测探头，实现了高频脉冲焊接电弧行为检测，在不同工作模式下的精确测量。在电弧形态测量时，可通过升降臂夹持工件随导轨移动，避免焊枪位置变化，有效解决了高速摄像对象聚焦点移动问题，与焊枪-摄像机同步移动装置相比，更为便捷稳定。

接下来，本发明将通过一些具体的实施例来详细描述该用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具。

实施例1

用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具，包括导轨机构组件、升降臂机构、升降臂和夹持机构，升降臂机构连接于导轨机构组件的上方，可沿着导轨机构组件的水平方向移动；升降臂垂直于导轨机构组件的水平方向，并垂直连接于升降臂机构的一侧，可沿着所述升降臂机构上下移动，夹持机构设于升降臂的前端，其可沿所述升降臂方向左右移动。其安装结构示意图，如图1和2所示，其中，导轨机构组件包括水平导轨1、两个固定肋板1A、第一丝杠1D、第一滑块1E、第一伺服电机4组成，两个固定肋板1A分别固定连接于水平导轨下方的两端，固定肋板1A起到支撑固定作用，第一伺服电机设于水平导轨的一端外侧，第一丝杠1D设于水平导轨中间的空腔体内，第一伺服电机的转动轴连接第一丝杠，第一滑块1E穿过并固定于第一丝杠1D上，第一滑块1E可随第一丝杠1D转动在水平导轨的空腔体内沿X轴运动。

具体地，水平导轨1通过固定肋板1A上的8个固定地孔1B安装于水平地面上，固定肋板1A起到支撑固定作用。在水平导轨的一端外侧设有第一伺服电机，水平导轨的中间设为空腔，第一丝杠1D安装于空腔内，第一伺服电机与第一丝杠通过联轴器连接，由第一伺服电机带动第一丝杠1D转动，第一丝杠1D是水平导轨机构1的运动传动部件，第一滑块1E安装于第一丝杠1D上。第一滑块1E随着第一丝杠1D的转动而在水平导轨的空腔体内沿X轴水平运动。在安装有第一伺服电机的水平导轨一端的上方设有中间设有驱动器安装口1F，第一伺服电机驱动器4通过驱动器安装口1F安装于水平导轨1上，第一伺服电机驱动器4上的设有串口通讯槽4A，用于连接第一伺服电机可实现第一伺服电机独立或同步联动。其中，第一伺服驱动器是控制第一伺服电机的单元，可控制输入给第一伺服电机的电流、电压、及激磁频率，并可设定目标参数、通过反馈可实现精确的力矩、速度、位置控制。第一伺服电机可采用行程500mm、位置精度0.01mm的伺服电机。

在不使用该辅助工具或需转移位置时，为了防止尘土落入水平导轨机构1的空腔内，水平导轨机构组件还设有第一防尘片，第一防尘片安装于所述水平导轨的上方平面，覆盖所述水平导轨中间的空腔，以防止粉尘落入第一丝杠中，影响传动效率。可以通过水平导轨1上的防尘片安装孔1C将第一防尘片固定安装。当使用该辅助工具进行测量时，第二防尘片需要拆卸下来。

升降臂机构包括：升降臂导轨2、第二滑块2A、第二丝杠2D和第二伺服电机，第一滑块固定层2E固定于第一滑块1E的上方平面，升降臂导轨2的下端设有与第一滑块固定层2E可固定连接的底座2B，底座2B与升降臂导轨2一体设计。第二伺服电机设于升降臂导轨上，升降臂导轨2的中间设有空腔，第二丝杠2D设于空腔内，第二丝杠的一端连接第二伺服电机的转动轴，第二伺服电机驱动第二丝杠1D转动，所述第二伺服电机设于所述升降臂导轨上，第二滑块2A穿过并固定于第二丝杠2D上，第二滑块2A可随第二丝杠2D转动在升降臂导轨2的空腔体内垂直方向，即沿Z轴运动。第二伺服电机可采用行程100mm、位置精度0.001mm的伺服电机。

在不使用该辅助工具或需转移位置时，为了防止尘土落入升降臂导轨2的空腔内，升降臂机构还设有第二防尘片，第二防尘片将从第二防尘片连接层和第一滑块固定层2E二者之间的空隙穿过，固定于防尘片安装孔2C，覆盖升降臂导轨中间的空腔，以防止粉尘落入第二丝杠中，影响传动效率。当使用该辅助工具进行测量时，第二防尘片需要拆卸下来。

升降臂包括有升降臂支架3、第二滑块固定层3A、夹持机构3C、游标连接层3D，所述第二滑块固定层3A固定于所述第二滑块2A上，升降臂支架3固定连接所述第二滑块固定层3A，升降臂支架3的底端设有支架底座3B，可通过螺丝与第二滑块固定层3A固定连接，并通过第二固定肋板3F支撑，在升降臂支架3的前端设有可沿升降臂支架方向即Y方向，左右滑动的游标连接层3D，游标连接层3D通过设在升降臂支架3侧面的锁死开关3E，来紧固或松弛游标连接层3D，夹持机构3C安装于游标连接层3D的前端。游标连接层上有刻度，可实现Y方向10mm内位置精确手动调节。夹持机构可采用弹簧夹。

实施例2

在如实施例1用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具设计的基础上，用于检测高频脉冲焊接电弧行为的系统，包括两套用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具，轻质支架工作台、测力传感器，所述测力传感器放置于平行对称安装的所述两套用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具之间，所述支架平台设于所述测力传感器的上方平面上。

高频脉冲焊接电弧行为检测系统可实现不同工作模式下的精确测量，具体说明如下：

高频脉冲焊接电弧行为检测系统测量的工作模式，Z方向升降臂夹持工件，升降至工件与工作台底面即轻质支架工作台紧密接触、测力传感器恰好出现稳定示数为宜，测量时均保持静止，连续存储电弧引燃至熄灭传感器示数变化。具体地，如图3所示。用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具的升降臂的夹持机构夹持工件5固定于升降臂机构上，水平导轨1将升降臂机构的升降臂导轨2运送至X方向合适位置，使工件5位于轻质支架工作台6上方，轻质支架工作台6安装于测力传感器7上方平面。检测开始时，升降臂机构的升降臂导轨2将升降臂支架3送至Z方向合适位置，使得工件5与轻质支架工作台6接触，测力传感器7示数从零至恰好出现示数，此时工件5位于焊枪8的钨极9下方3mm处。引燃电弧10后至稳定燃烧，测力传感器7记录数据变化并保存。为使结果更加准确，测力传感器7可采用精密测力传感器(精密度为0.01g)。

采用高频脉冲焊接电弧行为检测系统对高频脉冲焊接电弧形态测量工作模式，Z方向升降臂夹持工件，监测时焊枪保持静止，X方向水平导轨平动，带动工件一起随X方向运动，确保高速摄像焦点位置恒定，持续拍摄。具体地，如图4所示。用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具的升降臂的夹持机构夹持工件5，水平导轨1在第一伺服电机驱动器驱动下将升降臂机构运送至X方向合适位置，而后升降臂机构的升降臂导轨2将升降臂支架3送至Z方向合适位置，使工件5位于轻质支架工作台6上方，焊枪4下方3mm处，高速摄像机11架设于X方向电弧等高延长线上，电弧10处于高速摄像机11的焦点位置。检测时，电弧引燃后稳定燃烧，第一伺服电机驱动器驱动水平导轨1中第一丝杠转动带动第一滑块的在X方向做直线运动，带动升降臂机构3夹持着工件5沿X方向同步移动，该过程将保证电弧处于高速摄像机11的焦点位置。

采用高频脉冲焊接电弧行为检测系统对高频脉冲焊接熔池振动测量工作模式，Z方向升降臂夹持测量探头，升降至探头与工作台底面紧密接触为宜，工件置于工作台的正上方，X方向水平导轨沿平动方向将探头移动至工件中心正下方，测量时均保持静止，连续存储电弧引燃至熄灭振动监测仪测量值变化。具体地，如图5和图6所示，工件5固定于轻质支架工作台6上，其中，工件5可采用焊接夹具固定，工件5和轻质支架工作台6在检测过程中处于静止状态，焊枪8的钨极9位于工件5上方3mm处。用于检测高频脉冲焊接电弧行为的辅助工具的升降臂的夹持机构夹持振动测量探头13，振动测量探头13是精密振动测量仪12的检测终端，水平导轨1在第一伺服电机驱动器驱动下将升降臂机构导轨2运送至X方向合适位置，而后升降臂通过升降臂机构将工件5送至Z方向合适位置，使振动测量探头13与轻质支架工作台6下方紧密接触，并位于焊枪8正下方，从而避免了振动测量探头13只能测量铁磁性材料的难题。测量过程中，电弧引燃后稳定燃烧，振动测量探头13在电弧10正下方检测熔池振动信号，并将其传输至精密振动测量仪12，若需要检测移动电弧作用下的熔池振动信号，则可在焊枪8移动的同时，使用第一伺服电机驱动器可同步驱动升降臂机构沿X方向移动，从而保证振动测量探头13始终处于电弧正下方。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。