直線度自動(dòng)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉夏夏

（南京寶鋼住商金屬制品有限公司，江蘇 南京 210000）

1 板料剪切方式

用于激光焊接的板料在焊接之前都要經(jīng)過剪切，通常板料剪切的方有三大類：圓盤剪剪切、V 型刀剪切、直線刀剪切。三種剪切方式各有優(yōu)劣，剪切后板料的形狀如下：

圖1 板料剪切方式

由圖1 中可以看出，圓盤剪和V 型剪剪切后的板料存在的缺陷明顯，不符合激光焊接用料的需求，應(yīng)當(dāng)采用直線剪剪切作為板料加工工藝[1-3]。

2 板料斷面的形成

板料剪切后在板料的剪切面上會(huì)形成斷面，剪切面的斷面通常會(huì)形成圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺。刀刃的鋒利程度和剪切間隙影響著四個(gè)層面的占比情況，刀刃越鋒利剪切間隙越小光亮帶就越多，圓角帶、斷裂帶和毛刺就越少；刀刃越鈍圓角帶就越多；剪切間隙越大斷裂帶和毛刺就越大。剪切間隙一般控制在板料厚度的5%～8%。通常合格的斷面分布為圓角帶小于板厚的10%，光亮帶大于斷裂帶。

圖2 板料剪切斷面

3 毛刺的影響

板料剪切后的毛刺是影響直線度的重要因素之一，毛刺的大小和方向都是決定板料直線度關(guān)鍵，毛刺過大在人工檢測(cè)直線度時(shí)判定合格，但在板料拼合時(shí)毛刺擠壓，激光焊接后易出現(xiàn)虛焊，導(dǎo)致板料報(bào)廢。因此毛刺大小一般控制在板料厚度的10%以內(nèi)。

圖3 毛刺的方向

不同的毛刺方向在板料拼合過程中會(huì)產(chǎn)生不同的拼合間隙，在實(shí)際操作中能看到毛刺方向向內(nèi)的拼合間隙是最優(yōu)的方案，而毛刺方向向外和毛刺彎曲的拼合間隙很難達(dá)到激光焊接時(shí)對(duì)焊縫間隙的要求。

4 直線度檢測(cè)方法

在控制了毛刺的大小和方向都符合要求后，就要對(duì)板料的直線度進(jìn)行檢測(cè)?，F(xiàn)有對(duì)焊接邊直線度檢測(cè)的方式為：將焊接邊人工推在直線規(guī)邊部，檢測(cè)人員用0.05mm 塞尺塞入焊接邊和直線規(guī)縫隙處，塞尺塞不入表示直線度合格，塞尺進(jìn)入表示直線度超差。這種檢驗(yàn)方法全憑檢驗(yàn)人員手感，對(duì)于0.05mm 左右的間隙很難判斷。并且當(dāng)間隙超過0.05mm 后，沒有具體的數(shù)值，對(duì)后續(xù)的調(diào)整沒有參照[4]

5 直線度自動(dòng)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，要解決人工干預(yù)的不穩(wěn)定性和無溯源型，要設(shè)計(jì)一種用于測(cè)量板料直線度的裝置，用于板料直線度的測(cè)量，在測(cè)量后生成間隙曲線圖，并反饋出解決方案。將焊接邊推在直線規(guī)邊部，焊接邊和直線規(guī)間的縫隙即為該點(diǎn)位的間隙，將板料分隔為若干點(diǎn)位，所有點(diǎn)位的間隙值即為該板料的直線度。所以只要能檢測(cè)出每個(gè)點(diǎn)位的間隙就能計(jì)算出板料的直線度。

根據(jù)透光的原理，在焊接邊和直線規(guī)間的縫隙下發(fā)出一束光源，光源穿過縫隙時(shí)因?yàn)榭p隙大小不同會(huì)受到不同程度的削弱，在板料上方接受通過縫隙后的光源強(qiáng)度，可以得到一個(gè)光源強(qiáng)度的數(shù)值。設(shè)定好間隙值后記錄獲取到的光源強(qiáng)度，作為該間隙的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定多個(gè)間隙值后，可建立完整的間隙-光源強(qiáng)度對(duì)照表，由此可以數(shù)據(jù)中得到間隙計(jì)算公式。

6 裝置的構(gòu)成

直線度自動(dòng)檢測(cè)裝置，包括上料裝置、檢測(cè)裝置。

上料裝置包括：上料平臺(tái)上分布多個(gè)吸盤，系統(tǒng)通過板料長(zhǎng)寬數(shù)據(jù)調(diào)整吸盤位置，機(jī)械手將板料抓取到上料平臺(tái)上，上料檢測(cè)傳感器檢測(cè)到板料后，吸盤吸氣將板料抓取，先X 軸負(fù)方向移動(dòng)至板料左側(cè)靠在定位，然后Y 軸正方向移動(dòng)將待檢測(cè)焊接邊靠在直線規(guī)上，焊接邊與直線規(guī)之間的縫隙即為直線度間隙。

檢測(cè)裝置包括：直線規(guī)與焊接邊接觸邊的正下方設(shè)有若干獨(dú)立發(fā)光源，上方設(shè)有對(duì)應(yīng)受光模塊。發(fā)光源與受光模塊外由整體的遮光罩，防止其他光源干擾。

7 直線度自動(dòng)檢測(cè)裝置工作原理

發(fā)光源垂直向上發(fā)光，光線射向直線規(guī)與焊接邊接觸邊時(shí)只有間隙處的光線能夠通過到達(dá)受光模塊，受光模塊通過接受到的受光量大小計(jì)算，可以換算為該點(diǎn)位間隙的大小，并將所計(jì)算的間隙生成數(shù)值。發(fā)光源發(fā)出的光斑為B，受光模塊接收到的受光量為B1，發(fā)光源到受光模塊的距離為H1，發(fā)光源到板料基準(zhǔn)面的距離為H2，板料的厚度為H，待測(cè)的板料間隙為C，通過公式計(jì)算。

將各點(diǎn)位間隙生成的數(shù)值按檢測(cè)位置和間隙大小生成圖表可以直觀反映處此片板料的直線度狀況。間隙值≤0.05mm 的顯示綠色，間隙值＞0.05mm 的顯示紅色。

圖6 直線度點(diǎn)位檢測(cè)圖

8 數(shù)值反饋后的調(diào)整

由圖6 可以看出板料每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)間隙大小，寬度1550mm 的板料中間有500mm 直線度超差。直線度自動(dòng)檢測(cè)裝置點(diǎn)位的位置是根據(jù)剪板機(jī)刀間隙調(diào)整螺栓位置決定的，顯示紅色的點(diǎn)位對(duì)應(yīng)的刀間隙偏大，用該點(diǎn)位間隙值減去0.05mm，即為該點(diǎn)位刀間隙調(diào)整螺栓的調(diào)整值，用調(diào)整值L 除以螺栓螺距P*360o，得到的數(shù)值就是該點(diǎn)位螺栓的調(diào)整度數(shù)。將調(diào)整度數(shù)顯示在圖表中可以反饋給剪板機(jī)作為刀間隙的調(diào)整依據(jù)。

圖7 調(diào)整反饋表

9 直線度自動(dòng)檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)管理

每次板料直線度檢測(cè)后，系統(tǒng)將會(huì)對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔。直線度超差的數(shù)據(jù)系統(tǒng)會(huì)顯紅色提醒，并給出反饋的間隙的調(diào)整依據(jù)，根據(jù)反饋對(duì)設(shè)備調(diào)整后再次對(duì)板料直線度檢測(cè)后，若直線度超差系統(tǒng)再次顯紅色提醒，并給出反饋，直至直線度檢測(cè)數(shù)據(jù)完全符合焊縫直線度要求。此時(shí)系統(tǒng)會(huì)記錄此時(shí)設(shè)備狀態(tài)為理想工作狀態(tài)，并記錄工作量，直至檢測(cè)后出現(xiàn)直線度超差。此時(shí)系統(tǒng)再次給出反饋，并計(jì)算出理想工作狀態(tài)的時(shí)間和工作量。多次生產(chǎn)后的數(shù)據(jù)累計(jì)后，系統(tǒng)根據(jù)各種生產(chǎn)規(guī)格板料的特性制定出工作狀態(tài)表，計(jì)算出板料直線度變化趨勢(shì)和刀片的磨損趨勢(shì)。達(dá)到工作日志和管理臺(tái)賬的功能[5]。

10 結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，從毛刺和直線度超差出發(fā)，用光源檢測(cè)替代人工手測(cè)，解決人工干預(yù)的不穩(wěn)定性和無溯源型。并且結(jié)合測(cè)量數(shù)值生成可視化表格，給人更直觀的視覺效果。系統(tǒng)進(jìn)一步的計(jì)算分析后給出反饋的間隙的調(diào)整依據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化了上道工序的工作，系統(tǒng)生成的工作日志能夠建立完善的刀具管理臺(tái)賬。由此可見從單一解決檢測(cè)為目的的設(shè)計(jì)最終不但圓滿完成需求，還更進(jìn)一步的滿足的操作、生產(chǎn)、管理上的需求。