一種用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法與流程

2023-05-29 16:40:11

本發明涉及氣門摩擦焊屈服強度檢測領域，尤其涉及的是一種用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法。

背景技術：

氣門主要用於向發動機內輸入空氣並排除燃燒廢氣，以實現發動機工作時換氣的杆件。氣門頭部與杆部通過摩擦焊連接，摩擦焊屈服強度直接影響氣門工作的可靠性和發動機的安全性，摩擦焊屈服強度檢測是氣門生產製造過程中不可或缺的工序。

人工上下料的氣門摩擦焊屈服強度檢測工序存在著人力成本大、效率低下、操作誤差、安全隱患、管理混亂等方面的問題。隨著現代製造技術的發展，氣門摩擦焊屈服強度的檢測也在向高速化、自動化的方向發展，以滿足製造業對其檢測節拍、檢測質量等方面的要求。因此，有必要設計一種用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法，以滿足市場需求。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供了一種檢測精度高、通用性強、自動化程度高的用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法，所述氣門由頭部和杆部焊接而成，所述方法基於檢測設備，所述檢測設備包括液壓卡盤夾持機構和電動缸加載模塊，所述液壓卡盤夾持機構和電動缸加載模塊均受控於控制系統，所述電動缸加載模塊包括壓盤、驅動所述壓盤上下移動的伺服電動缸、驅動所述壓盤左右移動的第三驅動機構，所述壓盤上設置有壓力傳感器，所述伺服電動缸的伸縮杆上一側設有用於檢測伺服電動缸的伸縮杆移動位移的光柵尺，所述液壓卡盤夾持機構設置於所述電動缸加載模塊下方，所述液壓卡盤夾持機構包括旋轉主軸、液壓卡盤、卡盤拉杆液壓缸、第四驅動機構、斷料檢測光電開關，所述液壓卡盤設置在所述旋轉主軸前端，所述液壓卡盤前端設置有夾持手指，通過所述卡盤拉杆液壓缸控制所述夾持手指夾緊或鬆開，通過所述第四驅動機構驅動所述旋轉主軸旋轉，進而帶動液壓卡盤及其上的夾持手指旋轉；

所述方法按如下步驟進行：

步驟一、通過液壓卡盤前端的夾持手指將待檢測的氣門的杆部夾緊，氣門的頭部懸在外面形成一個懸臂梁結構，且保證氣門的焊縫距離夾持手指外端面的距離為0～5mm；

步驟二、由第四驅動機構驅動旋轉主軸及其前端的液壓卡盤旋轉，與此同時由第三驅動機構驅動整個電動缸加載模塊移動，使得壓盤位於所述氣門的頭部正上方；

步驟三、由伺服電動缸帶動伸縮杆末端的壓盤下行，對氣門的頭部施加下壓載荷，光柵尺實時檢測伺服電動缸的下壓位移量，壓力傳感器實時檢測伺服電動缸的輸出壓力，並將檢測的下壓位移量信號和輸出壓力信號反饋至控制系統，氣門在下壓載荷作用下變形至設定變形量後，伺服電動缸停止動作並保壓t時間段後卸載；

步驟四、由斷料檢測光電開關檢測氣門是否屈服斷裂。

作為上述方法的優選方案，所述步驟三中，所述控制系統通過預先得到的位移補償對光柵尺檢測的下壓位移量進行修正得到實際位移量，即實際位移量＝下壓位移量+位移補償，其中，所述位移補償是由理論位移量與預先實驗中光柵尺檢測的實驗下壓位移量做差值而得，所述理論位移量是根據氣門材料的屈服強度、撓度公式計算而得。

作為上述方法的優選方案，所述卡盤拉杆液壓缸末端外側配置磁性開關，所述卡盤拉杆液壓缸的活塞杆上設置有磁環，在所述步驟一中通過所述磁性開關與磁環配合從而檢測所述液壓卡盤的夾緊與否。

作為上述方法的優選方案，所述壓盤包括並列設置的兩個旋轉滾輪。

作為上述方法的優選方案，所述檢測設備還包括自動上下料輸送機構、上下料機械手模塊，所述上下料機械手模塊包括氣動機械手、驅動所述氣動機械手上下移動的第一驅動機構、驅動所述氣動機械手左右移動的第二驅動機構，所述步驟一中，通過所述氣動機械手抓取由所述自動上下料輸送機構輸送來的待檢測氣門並移動至所述液壓卡盤夾持機構，並通過液壓卡盤前端的夾持手指將待檢測氣門的杆部夾緊。

作為上述方法的優選方案，所述自動上下料輸送機構包括支架、設置在支架上的輸送鏈板、多組支撐塊組、兩個光電開關、定位基準塊，所述輸送鏈板位於所述上下料機械手模塊下方，每組支撐塊組由固定設置在所述輸送鏈板上的至少兩個V型支撐塊排成一排支撐架，多組支撐塊組形成多排支撐架，所述多排支撐架沿著所述輸送鏈板的輸送方向間隔布置，每排支撐架的V型支撐塊用於支撐所述氣門的杆部，所述定位基準塊設置於所述支架一側用於對所述氣門的頭部進行定位，所述兩個光電開關分別設置於所述支架一側且位於輸送方向上的不同位置。

作為上述方法的優選方案，所述上下料機械手模塊還包括無杆氣缸，所述無杆氣缸設置於所述輸送鏈板上方，所述無杆氣缸接收到所述光電開關傳來的信號後會動作從而推動所述氣門的頭部靠向所述定位基準塊實現定位。

作為上述方法的優選方案，所述第一驅動機構、第二驅動機構和第三驅動機構均為齒輪齒條線性模組。

作為上述方法的優選方案，所述第四驅動機構包括電機、齒輪副、軸承座，所述電機輸出軸與所述齒輪副輸入軸連接，所述旋轉主軸安裝在所述軸承座中，所述旋轉主軸末端與所述齒輪副的輸出軸連接，通過電機帶動所述齒輪副動作，從而帶動所述旋轉主軸旋轉。

作為上述方法的優選方案，所述氣動機械手包括機械手本體，所述機械手本體下端設置有兩個向下伸出的夾持杆，所述兩個夾持杆下端內側分別可拆卸設置有夾持塊，兩個夾持塊相對設置，且所述兩個夾持塊為V型自定心夾持塊。

本發明相比現有技術具有以下優點：

1、本發明提供的一種用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法，其設置有自動上下料輸送機構、上下料機械手模塊、電動缸加載模塊、液壓卡盤夾持機構，能實現氣門上下料及輸送、氣門夾持及對氣門進行懸臂加載的全程自動化，從而對氣門的摩擦焊屈服強度進行全自動檢測，自動化程度高，工作效率高，大大節省了檢測成本，將傳統的拉伸試驗改進為懸臂梁的壓力試驗，簡化試驗裝置、提高檢測精度、易於自動化控制。

2、本發明提供的一種用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法，其通過壓力傳感器、光柵尺等實時反饋伺服電動缸的輸出載荷，且控制系統通過位移補償來對光柵尺檢測的下壓位移量進行修正得到實際位移量，提高了檢測精度。

3、本發明提供的一種用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法，其液壓卡盤夾持機構的液壓卡盤的夾持範圍大，能檢測不同杆徑、杆長的氣門，從而適應各種不同規格的氣門檢測，通用性強。

4、本發明提供的一種用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法，其自動上下料輸送機構中，其輸送鏈板上設置的個V型支撐塊能保證氣門的自定心，通過兩個光電開關進行來料位置檢測並向上下料機械手模塊中的無杆氣缸傳遞信息，從而控制無杆氣缸動作，推動氣門的頭部靠向定位基準塊實現定位，以便於後續氣動機械手的準確抓取，從而實現自動定位、自動上下料及輸送。

5、本發明提供的一種用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法，其氣動機械手的夾持塊採用V型自定心夾持塊，能實現氣門杆部的自定心夾持，從而與後續的液壓卡盤精確配合，保證氣門在液壓卡盤上的精確定位，從而保證了後續摩擦焊屈服強度檢測的精確度。

6、本發明提供的一種用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法，其第一驅動機構、第二驅動機構和第三驅動機構均採用齒輪齒條線性模組，傳動安全可靠，傳動精度高。

附圖說明

圖1是本發明的檢測設備整體結構示意圖。

圖2是本發明的自動上下料輸送機構的結構示意圖。

圖3是本發明的檢測設備拿掉自動上下料輸送機構後的結構示意圖。

圖4是本發明的液壓卡盤夾持機構的結構示意圖。

圖5是本發明的氣動機械手結構示意圖。

圖6是本發明的電動缸加載模塊的部分結構示意圖。

圖7是軸承座內部結構示意圖。

圖中標號：1機架，2自動上下料輸送機構，21支架，22輸送鏈板，23定位基準塊，24V型支撐塊，25漫反射型光電開關，26對射型光電開關，3上下料機械手模塊，31氣動機械手，311機械手本體，312夾持杆，313夾持塊，32第一驅動機構，33第二驅動機構，34無杆氣缸，4電動缸加載模塊，41壓盤，42伺服電動缸，43第三驅動機構，44壓力傳感器，45光柵尺，5液壓卡盤夾持機構，51旋轉主軸，52液壓卡盤，521夾持手指，53卡盤拉杆液壓缸，54電機，55齒輪副，56軸承座，561軸承座基座，562軸承端蓋，563圓錐滾子軸承，564深溝球軸承，6氣門，7斷料檢測光電開關。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

參見圖1至圖7，本實施例公開了一種用於氣門摩擦焊屈服強度自動化檢測的方法，氣門由頭部和杆部焊接而成，該方法基於檢測設備，該檢測設備包括機架1，機架1上設置有自動上下料輸送機構2、上下料機械手模塊3、電動缸加載模塊4、液壓卡盤夾持機構5，

自動上下料輸送機構2包括支架21、設置在支架21上的輸送鏈板22、多組支撐塊組、兩個光電開關、定位基準塊23，輸送鏈板22位於上下料機械手模塊3下方，每組支撐塊組由固定設置在輸送鏈板22上的至少兩個V型支撐塊24排成一排支撐架，多組支撐塊組形成多排支撐架，多排支撐架沿著輸送鏈板22的輸送方向間隔布置，每排支撐架的V型支撐塊24用於支撐氣門6的杆部，定位基準塊23設置於支架21一側用於對氣門6的頭部進行定位，兩個光電開關分別設置於支架21一側且位於輸送方向上的不同位置，兩個光電開關可分別採用漫反射型光電開關25和對射型光電開關26。

上下料機械手模塊3包括氣動機械手31、驅動氣動機械手31上下移動的第一驅動機構32、驅動氣動機械手31左右移動的第二驅動機構33、無杆氣缸34，氣動機械手31用於抓取由自動上下料輸送機構2輸送來的氣門6並移動至液壓卡盤夾持機構5，氣動機械手31包括機械手本體311，機械手本體311下端設置有兩個向下伸出的夾持杆312，兩個夾持杆312下端內側分別通過螺釘可拆卸設置有夾持塊313，兩個夾持塊313相對設置，且兩個夾持塊313為V型自定心夾持塊313，通過兩個V型自定心夾持塊313來抓取氣門6的杆部能實現自定心夾持，由於夾持塊313可拆卸設置在夾持杆312下端內側，因此可很方便快捷的更換不同規格的夾持塊313，從而適應不同型號規格的氣門6的夾持，適應範圍廣泛。無杆氣缸34設置於輸送鏈板22上方，無杆氣缸34接收到光電開關傳來的信號後會動作從而推動氣門6的頭部靠向定位基準塊23實現定位。

電動缸加載模塊4位於上下料機械手模塊3的左側或右側，電動缸加載模塊4包括壓盤41、驅動壓盤41上下移動的伺服電動缸42、驅動壓盤41左右移動的第三驅動機構43，壓盤41上設置有壓力傳感器44，伺服電動缸42的伸縮杆上一側設有用於檢測伺服電動缸42的伸縮杆移動位移的光柵尺45；壓盤包括並列設置的兩個旋轉滾輪，能自適應不同大小頭部的氣門，以此提高檢測設備的通用性。

液壓卡盤夾持機構5設置於電動缸加載模塊4下方，液壓卡盤夾持機構5包括旋轉主軸51、液壓卡盤52、卡盤拉杆液壓缸53、第四驅動機構、斷料檢測光電開關7，液壓卡盤52設置在旋轉主軸51前端，液壓卡盤52前端設置有夾持手指521，通過卡盤拉杆液壓缸53控制夾持手指521夾緊或鬆開，通過第四驅動機構驅動旋轉主軸51旋轉，進而帶動液壓卡盤52及其上的夾持手指521旋轉，氣動機械手31將氣門6移動至液壓卡盤52前端的夾持手指521處，並通過夾持手指521將氣門6的杆部夾緊，通過電動缸加載模塊4的壓盤41壓向氣門6的頭部從而檢測氣門6摩擦焊屈服強度。卡盤拉杆液壓缸53的末端外側配置有磁性開關，卡盤拉杆液壓缸53的活塞杆上設置有磁環，通過磁性開關與磁環配合從而檢測液壓卡盤52的夾緊與否。

參見圖7，軸承座56包括軸承座基座561、軸承端蓋562、兩個圓錐滾子軸承563、一個深溝球軸承564，旋轉主軸51安裝於軸承基座561的安裝孔中，兩個圓錐滾子軸承563和一個深溝球軸承564套裝在旋轉主軸51外。軸承座56兩端一端為固定支撐端、另一端為遊動支撐端，兩個圓錐滾子軸承563「背對背」安裝在固定支撐端作為定位軸承，且圓錐滾子軸承內圈、外圈雙邊固定，以承受較大的軸向載荷，遊動支撐端採用深溝球軸承564，只固定深溝球軸承564內圈，深溝球軸承564的外圈在座孔內可以軸向遊動。

其中，液壓卡盤52的中心、壓盤41的中心和氣動機械手31的中心位於同一個豎直平面上。第一驅動機構32、第二驅動機構33和第三驅動機構43均為齒輪齒條線性模組，齒輪齒條線性模組包括第二電機、第二齒輪和第二齒條，第二齒輪設置在第二電機輸出軸上，第二齒條與第二齒輪相嚙合，通過第二電機帶動第二齒條來回移動。第四驅動機構包括電機54、齒輪副55、軸承座56，電機54輸出軸與齒輪副55輸入軸連接，旋轉主軸51安裝在軸承座56中，旋轉主軸51末端與齒輪副55的輸出軸連接，通過電機54帶動齒輪副55動作，從而帶動旋轉主軸51旋轉。

該方法按如下步驟進行：

步驟一、自動上下料輸送機構2批量輸送氣門6，當無杆氣缸34接到對射型光電開關26檢測到的來料信號時，便會推動氣門6使得氣門6的頭部外端面與定位基準塊23貼合，當氣門6輸送至漫反射型光電開關25所在位置時，由漫反射型光電開關25給出夾料信號，由氣動機械手31將氣門6夾持並搬運至液壓卡盤52處，通過液壓卡盤52前端的夾持手指521將待檢測的氣門6的杆部夾緊，氣門6的頭部懸在外面形成一個懸臂梁結構，通過磁性開關與磁環配合從而檢測液壓卡盤52的夾緊與否，且保證氣門6的焊縫距離夾持手指521外端面的距離為0～5mm；

步驟二、由第四驅動機構驅動旋轉主軸51及其前端的液壓卡盤52旋轉，與此同時由第三驅動機構驅動整個電動缸加載模塊移動，使得壓盤41位於氣門6的頭部正上方；

步驟三、由伺服電動缸42帶動伸縮杆末端的壓盤41下行，對氣門6的頭部施加下壓載荷，光柵尺45實時檢測伺服電動缸42的下壓位移量，壓力傳感器44實時檢測伺服電動缸42的輸出壓力，並將檢測的下壓位移量信號和輸出壓力信號反饋至控制系統，形成閉環控制，從而有效地控制電動缸的輸出位移。氣門6在下壓載荷作用下變形至設定變形量後，伺服電動缸42停止動作並保壓1～3秒後卸載；最後電動缸加載模塊4返回至初始位置，電機54停止轉動；

步驟四、由氣門6一側的斷料檢測光電開關7及時檢測氣門是否屈服斷裂，若斷裂則為不合格品；最後上下料機械手模塊3將液壓卡盤52上的氣門6夾持並搬運至自動上下料輸送機構2的V型支撐塊24上。

其中，步驟三中，控制系統通過預先得到的位移補償對光柵尺45檢測的下壓位移量進行修正得到實際位移量，即實際位移量＝下壓位移量+位移補償，其中，位移補償是由理論位移量與預先實驗中光柵尺檢測的實驗下壓位移量做差值而得，從而有效地修正由於液壓卡盤受力變形及電動缸加載模塊的裝配間隙而造成的位移偏差，提供檢測精度，理論位移量是根據氣門6材料的屈服強度、撓度公式計算而得。壓力傳感器44實時監測伺服電動缸42的輸出壓力，與理論壓力相比較，以驗證該方法的可靠性。

以上僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。