一种双端小功率金属卤化物灯的外玻管封装设备及加工方法

1.本发明涉及金属卤化物灯的加工制造技术领域，尤其涉及一种双端小功率金属卤化物灯的外玻管封装设备及其相应的加工方法。


背景技术：

2.双端小功率金属卤化物灯的外玻璃管封装设备是将小功率金属卤化物灯的电弧管通过热熔压封技术封装在一段直径20-36mm的石英玻璃直管（外玻璃管）内，以保持电弧管的表面洁净、减少电弧管的能量损失。外玻璃管已预先垂直对接了一段工艺排气管。由于石英玻璃的高熔点及石英玻璃直管的管径较大，更重要的是，为防止电弧管电极高温氧化，需要在加热过程中通过外玻璃管的工艺排气管向外玻璃管内通入惰性保护气体。这些问题使得现有的封装设备均采用外玻璃管垂直装夹在支架上，电弧管通过外玻璃管的上端吊装入外玻璃管内；采用环形的、向心火焰的火头加热外玻璃管下端，待外玻璃管下端的石英玻璃达到合适的熔融态时，一组垂直外玻璃管的开合压模组将熔融态石英玻璃及内部的电弧管电极一起压入模组内，待冷却定型后完成外玻璃管下端的封装。然后再调转外玻璃管重新装夹，将外玻璃管未封装的一端转到下端，重复上面的加热封装过程，完成外玻璃管另一端的封装。
3.采用这种封装设备，不仅石英玻璃管与电弧管的装夹困难，而且由于第一端与第二端封装时的内部压力不同，还需要配置双路供气系统，以提供不同的惰性保护气体压力。更为重要的是，需要对高温区内的环形火头及所有夹持机构部分通水降温，而且由于环形火头的构造较为复杂，一旦火头内部供水不足就会造成火头烧缺，一定程度上存在有安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种双端小功率金属卤化物灯的外玻管封装设备及其相应的加工方法。
5.为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种双端小功率金属卤化物灯的外玻管封装设备，包括设置于工作台面上的外管定位输送机构、外管夹持与回转供气机构、内管定位夹持机构、加热与传动机构和双端合模封口机构；所述外管定位输送机构，用于将外玻璃管从上下料位输送至位于封口位的外管夹持与回转供气机构；所述外管夹持与回转供气机构，用于将外玻璃管夹持固定，并向外玻璃管的工艺排气管内提供惰性保护气体；所述内管定位夹持机构，用于将电弧管夹紧固定，并在上下料位和封口位之间来回输送，实现外玻璃管和电弧管的套装；所述加热与传动机构，用于带动外玻璃管转动，并对外玻璃管两端封装区进行均
匀加热；所述双端合模封口机构，用于将外玻璃管和电弧管两端封装。
6.进一步的，所述外管定位输送机构包括设置于立柱上的外管平移气缸，所述外管平移气缸的活塞杆端设置有夹爪气缸，所述夹爪气缸上设置有外管夹爪。
7.进一步的，所述外管夹持与回转供气机构包括外管夹持组件和回转供气装置，所述外管夹持组件设置于主支架上，所述回转供气装置设置于所述外管夹持组件上。
8.进一步的，所述外管夹持组件包括依次设置的定盘、密封盘、动盘和外管夹紧件，所述定盘固定于所述主支架上，所述动盘与所述定盘转动连接，所述外管夹紧件设置于动盘上，所述密封盘设置于所述定盘和动盘之间，所述定盘上开设有环形气槽，所述定盘的侧壁上设置有与环形气槽相连通的进气管接头，所述密封盘和动盘上对应开设有与环形气槽相连通的插孔；所述回转供气装置包括依次连接的直角接管、u型软管以及捕气头，所述u型软管上设置有捕气支架，所述捕气头与捕气支架之间设置有捕气弹簧，所述直角接管与所述插孔连接，所述捕气头与所述外玻璃管上的工艺排气管相适配。
9.进一步的，所述密封盘上与动盘相对的一侧设置有导向销和盲孔，所述动盘上对应设置有销孔，所述密封盘通过导向销插入销孔固定于所述动盘上，所述盲孔内设置有压盘弹簧，所述压盘弹簧的外端与动盘抵接，所述密封盘的另一侧与定盘抵接，且密封定盘的环形气槽。
10.进一步的，所述外管夹紧件包括v型块和设置于所述v型块开口端的压杆，所述压杆上端通过拉簧与所述v型块连接，所述压杆下端通过螺钉固定于动盘上，所述压杆通过轴套转动设置于螺钉上，所述压杆上设置有夹紧外玻璃管的压紧轴承。
11.进一步的，所述内管定位夹持机构包括内管平移气缸、长导轨、夹持体底板以及设置于所述夹持体底板上、用于夹持电弧管两端的长夹持体组件和短夹持体组件，所述内管平移气缸带动所述夹持体底板滑动设置于所述长导轨上，所述长夹持体组件穿设于所述外管夹持与回转供气机构中间。
12.进一步的，所述长夹持体组件和短夹持体组件结构相同，夹持体组件包括夹爪支架、设置于所述夹爪支架上的手指气缸和动夹爪，所述手指气缸通过顶杆推动动夹爪开合；所述长夹持体组件的夹爪支架长度大于外玻璃管长度。
13.进一步的，所述动夹爪的中部铰接于所述夹爪支架上，所述动夹爪的外端设置有用于夹紧电弧管的压紧头，所述动夹爪的内端下部设置有顶压弹簧，所述手指气缸通过顶杆压紧或松开动夹爪内端控制动夹爪外端开合。
14.进一步的，所述加热与传动机构包括设置于主支架与挡火板之间的步进电机，所述步进电机驱动外管夹持与回转供气机构转动，所述主支架和挡火板的外侧面分别设置有平面火头，所述平面火头位于所述外玻璃管封口端的下方。
15.进一步的，所述双端合模封口机构包括合模气缸、连杆机构以及两个开口相对设置的u型封口模支板，所述封口模支板的端部设置有封口模，所述封口模对称设置于外玻璃管两端，所述合模气缸通过连杆机构控制两个封口模支板相向运动，使相对应的封口模合模。
16.进一步的，所述封口模支板下方设置有封口模支架，所述封口模支板通过短导轨滑块组件与封口模支架滑动连接。
17.一种如上述所述的双端小功率金属卤化物灯的外玻管封装方法，包括以下步骤：步骤1、将外玻璃管套装在电弧管外，且两者保持同轴水平放置；步骤2、在外玻璃管的两端封装区域下方，采用火口朝上的平面火头，对外玻璃管封口区域加热，同时，步进电机驱动外玻璃管绕自身轴线旋转；步骤3、待外玻璃管两端封口区域的石英玻璃达到熔融状态时，由双端合模封口机构同时对两端的熔融态石英玻璃进行合模压封。
18.进一步的，在加热封口过程中，回转供气装置向外玻璃管的内部提供惰性保护气体。
19.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用双端同时加热封口的方法可以缩短总的外玻璃管封装工艺时间，通过固定平面火头，外玻璃管旋转加热的方法，可降低火头设计的复杂性，提升安全性能；通过回转供气装置实现了在外玻璃管转动过程中，向外玻璃管内提供惰性保护气体；通过双端合模封口机构对外玻璃管两端同时进行封口，可以保证外玻璃管两端封口形状的一致性，同时也简化设备的供气系统；通过外管定位输送机构和内管定位夹持机构实现了设备的自动上下料，为实现后期本设备的自动化找到了解决途径。
附图说明
20.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中外管定位输送机构结构示意图；图3是本发明中外管夹持与回转供气机构结构示意图；图4是本发明中内管定位夹持机构结构示意图；图5是图4的a部放大图；图6是本发明中加热与传动机构结构示意图；图7是本发明中双端合模封口机构结构示意图。
21.图中： 1、工作台面；2、外玻璃管；3、工艺排气管；4、电弧管；5、立柱；6、外管平移气缸；7、夹爪气缸；8、外管夹爪；9、主支架；10、定盘；11、密封盘；12、动盘；13、环形气槽；14、进气管接头；15、插孔；16、直角接管；17、u型软管；18、捕气头；19、捕气支架；20、捕气弹簧；21、导向销；22、销孔；23、压盘弹簧；24、v型块；25、压杆；26、拉簧；27、压紧轴承；28、内管平移气缸；29、长导轨；30、夹持体底板；31、夹爪支架；311、立板；312、夹爪臂；32、手指气缸；33、动夹爪；34、压紧头；35、顶压弹簧；36、顶杆；37、挡火板；38、步进电机；39、平面火头；40、合模气缸；41、封口模支板；42、封口模；43、封口模支架；44、气缸支架；45、第一连杆；46、直角连杆；47、第二连杆；48、回转轴。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
23.如图1-7所示，是本发明一种双端小功率金属卤化物灯的外玻管封装设备的结构示意图；根据外玻璃管2及电弧管4装夹位置的不同，将工作区域分为两个工位，一个是上下料位（在工作台面上偏右位），在此工位上交替完成外玻璃管传输机械手与外管定位输送机
构的外玻璃管2交接，电弧管传输机械手与内管定位夹持机构的电弧管4交接；另一个是封口位（在工作台面上中间部位），在此工位上外玻璃管2与电弧管4完成双端加热及封口。
24.本发明的封装设备包括设置于工作台面1上的外管定位输送机构、外管夹持与回转供气机构、内管定位夹持机构、加热与传动机构和双端合模封口机构。
25.所述外管定位输送机构，用于将外玻璃管2从上下料位输送至位于封口位的外管夹持与回转供气机构；进一步的，所述外管定位输送机构包括设置于立柱5上的外管平移气缸6，所述外管平移气缸6的活塞杆端设置有夹爪气缸7，所述夹爪气缸7上设置有外管夹爪8，外管夹爪8夹持外玻璃管2，并由外管平移气缸6推送到封口位。
26.所述外管夹持与回转供气机构，用于将外玻璃管2夹持固定，并向外玻璃管2的工艺排气管3内提供惰性保护气体；进一步的，所述外管夹持与回转供气机构包括外管夹持组件和回转供气装置，所述外管夹持组件设置于主支架9上，所述回转供气装置设置于所述外管夹持组件上。
27.进一步的，所述外管夹持组件包括依次设置的定盘10、密封盘11、动盘12和外管夹紧件，所述定盘10、密封盘11、动盘12中心轴线处设置有供外玻璃管2和电弧管4插入的通孔，且三个通孔中心轴线重合，所述定盘10固定于所述主支架9上，定盘10的中心通孔外设置有轴环，所述动盘12通过滚动轴承转动设置于所述定盘10的轴环上，所述外管夹紧件设置于动盘12外侧，所述密封盘11设置于所述定盘10和动盘12之间，所述定盘10上开设有环形气槽13，开槽端面表面光滑，所述定盘10的侧壁上设置有与环形气槽13相连通的进气管接头14，用于连接惰性气体气源，所述密封盘11和动盘12上开设有与环形气槽13相连通的插孔15；所述回转供气装置包括依次连接的直角接管16、u型软管17以及捕气头18，所述u型软管17上设置有捕气支架19，捕气支架19上开设有两个通孔，用于u型软管17两端插入，所述捕气头18与捕气支架19之间设置有捕气弹簧20，所述直角接管16与所述插孔15连接，所述捕气头18与所述外玻璃管2上的工艺排气管3相适配。捕气头18通过捕气弹簧20与捕气支架19浮动相连，使得捕气头18可以浮动套接在外玻璃管2的工艺排气管口上，从而实现向旋转的外玻璃管2内输入惰性保护气体。
28.进一步的，所述密封盘11上与动盘12相对的一侧设置有导向销21和盲孔，所述动盘12上对应设置有销孔22，所述密封盘11通过导向销21插入销孔22固定于所述动盘12上，密封盘11随动盘12一起转动，相互之间保持静止，所述盲孔内设置有压盘弹簧23，所述压盘弹簧23的外端与动盘12抵接，所述密封盘11的另一侧为光滑面与定盘10抵接，且密封定盘10的环形气槽13。压盘弹簧23把密封盘11轴向紧压在环形气槽13上，从而在密封盘11与环形气槽13的相对旋转下，实现对环形气槽13内惰性保护气体的动密封。
29.进一步的，所述密封盘11采用非金属硬质耐磨材料，例如胶木，摩擦阻力小，便于旋转密封。
30.进一步的，所述外管夹紧件包括v型块24和设置于所述v型块24开口端的压杆25，所述压杆25上端通过拉簧26与所述v型块24连接，所述压杆25下端通过螺钉固定于动盘12上，所述压杆25通过轴套转动设置于螺钉上，压杆25绕螺钉转动，所述压杆25上设置有夹紧外玻璃管2的压紧轴承27。v型块24固定在动盘12上，其槽口要保证外玻璃管2的轴线与动盘12的轴线重合。拉簧26拉动压杆25的上的压紧轴承27，将外玻璃管2紧压在v型块24的槽口
上，这样外玻璃管2可以跟随动盘12绕自身的轴线转动。
31.所述内管定位夹持机构，用于将电弧管4夹紧固定，并在上下料位和封口位之间来回输送，实现外玻璃管2套装；进一步的，所述内管定位夹持机构包括内管平移气缸28、长导轨29、夹持体底板30以及设置于所述夹持体底板30上、用于夹持电弧管4两端的长夹持体组件和短夹持体组件，所述内管平移气缸28带动所述夹持体底板30通过滑块滑动设置于所述长导轨29上，实现电弧管4在上下料位和封口位之间来回移动，所述长夹持体组件穿设于所述外管夹持与回转供气机构中间，当电弧管4从上下料位移动至封口位时，电弧管4穿设于外玻璃管2内。
32.进一步的，所述长夹持体组件和短夹持体组件结构相同，夹持体组件包括夹爪支架31、设置于所述夹爪支架31上的手指气缸32和动夹爪33，所述手指气缸32通过顶杆36推动动夹爪33开合；所述长夹持体组件的夹爪支架31长度大于外玻璃管2长度。夹爪支架31包括固定手指气缸32的立板311和固定动夹爪33的夹爪臂312，长夹持体组件的夹爪臂312长度大于外玻璃管2的长度，长夹持体组件的夹爪臂312穿设于定盘10、密封盘11、动盘12中心的通孔处，外玻璃管2从上下料位移动到封口位时，外玻璃管2套设在夹爪臂312外侧，当电弧管4从上下料位移动至封口位时，电弧管4穿设于外玻璃管2内，完成外玻璃管2和电弧管4的套装。
33.进一步的，所述动夹爪33的中部铰接于所述夹爪支架31的夹爪臂312前端上，所述动夹爪33的外端设置有用于夹紧电弧管4的压紧头34，压紧头34的底部呈倒v字型，夹爪臂312的前端对应设置有凹槽，所述动夹爪33的内端下部设置有顶压弹簧35，所述手指气缸32通过顶杆36压紧或松开动夹爪33内端控制动夹爪33外端开合，即，手指气缸32推动顶杆36伸出，顶杆36向下压紧动夹爪33内端下方的顶压弹簧35，动夹爪33外端向上翘起，动夹爪33张开；手指气缸32带动顶杆36回缩，顶杆36脱离动夹爪33内端，动夹爪33内端在顶压弹簧35的作用下向上翘起，动夹爪33外端向下压紧，动夹爪33闭合。
34.所述加热与传动机构，用于带动外玻璃管2转动，并对外玻璃管2两端封装区进行均匀加热；进一步的，所述加热与传动机构包括设置于主支架9与挡火板37之间的步进电机38，主支架9与挡火板37上对应开设有供长夹持体组件以及外玻璃管2和电弧管4穿过的通孔，所述步进电机38驱动外管夹持与回转供气机构转动，所述主支架9和挡火板37的外侧面分别设置有平面火头39，所述平面火头39位于所述外玻璃管2封口端的下方，平面火头39的火焰垂直向上。
35.进一步的，本发明中动盘12外圈为齿轮，步进电机38通过齿轮组件与动盘12的齿轮相啮合，步进电机38驱动动盘12旋转，及带动动盘12上的外玻璃管2绕自身轴线旋转，使外玻璃管2封装端受热均匀。
36.进一步的，在加热封口过程中，回转供气装置向外玻璃管2的内部提供惰性保护气体，防止电弧管4两端电极产生高温氧化。
37.进一步的，所述主支架9与挡火板37的内部设置有冷却水套。这样在主支架9与挡火板37间形成一个隔热的低温区域。使得区域内部的外管夹持与回转供气机构及传动部分不受高温火焰的影响。
38.所述双端合模封口机构，用于将外玻璃管2和电弧管4两端封装。
39.进一步的，所述双端合模封口机构包括合模气缸40、连杆机构以及两个开口相对设置的u型封口模支板41，所述封口模支板41的端部设置有封口模42，封口模支板41水平对称布置在外玻璃管2两边，所述封口模42对称设置于外玻璃管2两端，合模气缸40设置于气缸支架44上，所述合模气缸40通过连杆机构控制两个封口模支板41相向运动，使相对应的封口模42合模。
40.进一步的，所述封口模支板41下方设置有封口模支架43，所述封口模支板41通过短导轨滑块组件与封口模支架43滑动连接。采用短导轨滑块组件的目的是保证每对封口模42上的合模力方向一致，并且尽量减少运动摩擦阻力，加快合模速度。
41.进一步的，所述连杆机构包括依次连接的第一连杆45、直角连杆46和第二连杆47，合模气缸40的活塞杆端通过连接块与第一连杆45一端铰接，第一连杆45的另一端与直角连杆46一端铰接，直角连杆46的另一端与第二连杆47的一端铰接，第二连杆47的另一端与封口模支架41铰接，直角连杆46的回转轴48安装在气缸支架44上，此时，合模气缸40的直线运动通过连杆机构转化为封口模的合拢平移运动。
42.进一步的，本发明还包括燃气供气系统、惰性气体供气系统、冷却水供水系统以及控制系统；燃气供气系统与平面火头39连接，为平面火头39提供燃气；惰性气体供气系统与定盘10上的进气管接头14连接，为回转供气装置提供惰性气体；冷却水供水系统与主支架9和防水板37的冷却水套连接，为其提供冷却水降温；控制系统包括控制器，控制器控制连接装置中的电气设备。
43.一种如上述任一项所述的双端小功率金属卤化物灯的外玻管封装方法，包括以下步骤：步骤1、外管定位输送机构将外玻璃管2从上下料位输送至封口位的外管夹持与回转供气机构进行夹持；步骤2、内管夹持定位机构将电弧管4从上下料位输送至封口位，并完成外玻璃管2套装，且两者保持同轴水平放置；步骤3、在外玻璃管2的两端封装区域下方，采用火口朝上的平面火头39，对外玻璃管2封口区域加热，同时，步进电机38驱动外玻璃管2绕自身轴线旋转；步骤4、待外玻璃管2两端封口区域的石英玻璃达到熔融状态时，由双端合模封口机构同时对两端的熔融态石英玻璃进行合模压封。
44.本发明使用流程：1、外玻璃管上料：首先，外玻璃管2轴线与其上的工艺排气管3轴线是正交的。外玻璃管传输机械手将外玻璃管2送到其上下料位，送入时，外玻璃管2与其上的工艺排气管3均水平放置，且工艺排气管3的端口方向与捕气头18端口方向相反。
45.接着，夹爪气缸7合拢，两个外管夹爪8的v型槽口抱住外玻璃管2，在外玻璃管传输机械手松开退出后，完成外玻璃管2的第一次交接。
46.然后，外管平移气缸6开始伸出动作，将夹爪气缸7连通抓取的外玻璃管2一起从上下料位向封口位平移，将外玻璃管2插入外管夹持与回转供气机构的动盘12及定盘10中，在此平移过程中，外玻璃管2的端口与压杆25上的压紧轴承27外圈接触，依靠外玻璃管2自身石英玻璃的刚性将压杆25推开，外玻璃管2继续平移，直至到达封口位，外管平移气缸6停止
伸出动作。
47.此时，外玻璃管2的工艺排气管3端口恰好与捕气头18的端口同轴，但由于第一次交接时外玻璃管2与动盘12的回转轴线有约3mm偏差，两个端口只是相对而并不接触。（外玻璃管2的轴线与动盘12的回转轴线虽处于同一个水平高度，但并不重合，而是外玻璃管2的轴线沿捕气头18端口方向平行偏离动盘12的回转轴线约3mm左右，这个偏离值是为了在外玻璃管2定位时，为外玻璃管2的工艺排气管口与捕气头18的密封提供对接的行程余量）接着，夹爪气缸7打开，外管夹爪8松开外玻璃管2，在拉簧26的作用下，拉动压杆25上的压紧轴承27将外玻璃管2向v型块24的槽口v型面靠拢，并最终压贴在v型块24的槽口v型面上，这时外玻璃管2才与动盘12的回转轴线重合，与此同时，外玻璃管2的工艺排气管端口也插入到捕气头18的端口内，在捕气弹簧20的作用下，捕气头18与外玻璃管2的工艺排气管3实现密封连接。
48.外管平移气缸6开始缩回动作，将夹爪气缸7带回到上下料位后停止动作，这时，外玻璃管2的第二次交接完成。
49.2、电弧管上料电弧管传输机械手抓着电弧管4的两端管口将其送到上下料位，此时电弧管4的两端电极正好在动夹爪33上压紧头34与夹爪臂312的中间，电弧管定位夹持机构中的两个手指气缸32做缩回动作，顶杆36缩回，动夹爪33上压紧头34的v形槽口在顶压弹簧35的作用下向下运动，与夹爪支架31上起固定夹爪作用的夹爪臂312前端一起夹紧电极。此时，电弧管4的轴线与动盘12的回转轴线重合，在电弧管传输机械手松开退出后，完成电弧管的交接。
50.内管平移气缸28作伸出动作，推动夹持体底板30及其上的长夹持体组件和短夹持体组件一起将电弧管4从上下料位向封口位平移，直至到达封口位时，内管平移气缸28停止动作，此时外玻璃管2和电弧管4均处于封口位，电弧管4位于外玻璃管2内，上料动作完成。
51.3、封口步进电机38启动，通过中间齿轮啮合，带动动盘12转动，外玻璃管2也随之转动，同时本设备的惰性气体供气系统也通过回转供气装置向外玻璃管2内充入惰性保护气体；两端加热平面火头39内通入燃气并点燃，加热外玻璃管2两端的待封口区域；当外玻璃管2两端待封口区域的石英玻璃达到适合封口的熔融态时，步进电机38停止转动，同时平面火头39断气并熄灭火焰，合模气缸40迅速动作，使左右两对封口模42迅速合拢，将熔融态的石英玻璃连同里面的电弧管电极一起压封在一对封口模形成的闭合模腔内，待封口模内熔融态石英玻璃降温定型后，合模气缸40带动封口模打开闭合模腔，至此封口动作完成。
52.4、下料内管平移气缸28作缩回动作，拉动夹持体底板30向上下料位平移，夹持体底板上的长夹持体组件与短夹持体组件也夹持着已完成封装的外玻璃管2及电弧管4向上下料位平移，直至到达上下料位，电弧管平移气缸28停止动作。
53.在此过程中，由于捕气头18与捕气支架19是通过捕气弹簧20连接，因此在下料过程中，外玻璃管2的工艺排气管3可以很轻松地从捕气头18中脱出。
54.最后，外玻璃管传输机械手再次进入上下料位，其夹爪抓紧外玻璃管。
55.电弧管定位夹持机构的夹持体组件上的手指气缸32作伸出动作，推动顶杆36的端头压紧动夹爪内端，动夹爪外端压紧头34的v形槽口向上运动，松开电弧管4两端电极。外玻
璃管传输机械手将已完成封口的外玻璃管2及电弧管4送出，下料动作完成。
56.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。