多工位半透膜超声波自动焊接检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种多工位半透膜超声波自动焊接检测装置及检测方法。

背景技术

超声波金属焊接原理是利用超声频率(超过16KHz)的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种特殊方法。金属在进行超声波焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，将线框振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及有限的温升。接头间的冶金结合是母材不发生熔化的情况下实现的一种固态焊接。因此它有效地克服了电阻焊接时所产生的飞溅和氧化等现象。

超声波焊机能对铜、银、铝、镍等有色金属的细丝或薄片材料进行单点焊接、多点焊接和短条状焊接。目前，市面上常见的半透膜焊接生产线为单点焊接，焊接合格与否是通过肉眼识别，自动化程度低，准确度差。

发明内容

本发明提供一种多工位半透膜超声波自动焊接检测装置及检测方法，以解决现有半透膜焊接生产线的焊接合格与否是通过肉眼识别，自动化程度低，准确度差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种多工位半透膜超声波自动焊接检测装置，包括支撑座，支撑座上固定安装框架，框架上安装操控面板，支撑座的底部安装控制器，支撑座的上部安装多工位环形转台，多工位环形转台上等间距安装六个悬浮式机构组件，多工位环形转台上设置放料工位、无动作工位、超声波焊接工位、视觉检测工位、气密性检测工位和取料工位，放料工位、无动作工位和取料工位的外侧均设置原位传感器，超声波焊接工位的外侧设置超声波焊接组件，视觉检测工位的外侧设置视觉检测组件，气密性检测工位的外侧设置气密性检测组件。

在上述的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置中，可选的是，多工位环形转台包括伺服电机，伺服电机固定安装在支撑座上，伺服电机的输出轴与主动带轮连接，主动带轮通过同步带与从动带轮连接，同步带上等间距安装六个滑座，六个滑座的下端均滑动安装在导轨上，六个滑座的上端分别安装悬浮式机构组件，导轨固定安装在基座上，基座通过安装座固定在支撑座上，基座位于主动带轮与从动带轮的外侧，导轨包括圆弧导轨和直线导轨，圆弧导轨和直线导轨固定连接，主动带轮与从动带轮均转动安装在支撑座上。

在上述的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置中，可选的是，超声波焊接组件包括超声焊机，超声焊机固定安装在支撑座上，超声焊机靠近多工位环形转台的一侧设置第一升降装置和第一传感器组合。

在上述的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置中，可选的是，视觉检测组件包括视觉检测支架，视觉检测支架固定安装在支撑座上，视觉检测支架上固定安装工业相机和环形光源，工业相机位于环形光源的上方，视觉检测支架靠近多工位环形转台的一侧设置第二升降装置和第二传感器组合。

在上述的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置中，可选的是，第一升降装置包括支撑板，支撑板固定安装在支撑座上，支撑板上固定安装托举气缸，托举气缸的伸缩杆与U型托举板固定连接，第一传感器组合包括固定座，固定座固定安装在支撑座上，固定座上固定安装气缸返回到位传感器、气缸托举到位传感器和第一注塑件到位传感器，气缸返回到位传感器位于气缸托举到位传感器的正下方，第一注塑件到位传感器位于气缸返回到位传感器位于气缸托举到位传感器的一侧。

在上述的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置中，可选的是，第一升降装置和第二升降装置的结构相同，第一传感器组合和第二传感器组合的结构相同。

在上述的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置中，可选的是，气密性检测组件包括气密性检测支架，气密性检测支架上安装升降气缸，升降气缸的伸缩杆的端部固定安装高精度流量检测仪，气密性检测支架靠近多工位环形转台的一侧设置第二注塑件到位传感器。

在上述的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置中，可选的是，悬浮式机构组件包括底座，底座上固定安装注塑件卡紧装置和结束卡紧装置。

在上述的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置中，可选的是，操控面板包括设备仪器操作面板和悬臂操作面板，悬臂操作面板包括系统控制按钮和上位机触摸屏，悬臂操作面板通过悬臂固定在框架上，设备仪器操作面板包括超声焊机触摸屏和通气量测试仪操作面板。

一种多工位半透膜超声波自动焊接检测方法，包括如下步骤：

步骤一：通过人工将半透膜注塑件放置在悬浮式机构组件上，通过手动将放置半透膜注塑件的悬浮式机构组件置于放料工位的滑座上；

步骤二：悬浮式机构组件随着多工位环形转台经过无动作工位运动到超声波焊接工位，超声波焊接组件的第一传感器组合检测到半透膜注塑件到达超声波焊接工位后，第一升降装置将位于超声波焊接工位上的悬浮式机构组件托举到焊接位置，控制器控制超声焊机完成焊接，待焊接完成后第一升降装置将位于超声波焊接工位上的悬浮式机构组件降落回原位；

步骤三：半透膜注塑件焊接完成后，悬浮式机构组件随着多工位环形转台运动到视觉检测工位，第二传感器组合检测到半透膜注塑件到达视觉检测工位后，第二升降装置将位于视觉检测工位上的悬浮式机构组件托举到视觉检测位置，视觉检测组件采用工业相机进行拍照检测，通过上位机软件进行机器学习和边缘检测，从而对焊接后的半透膜注塑件进行外观分析及判断，待视觉检测完成后，第二升降装置将位于视觉检测工位上的悬浮式机构组件降落回原位；

步骤四：视觉检测组件完成检测后，悬浮式机构组件随着多工位环形转台运动到气密性检测工位，第二注塑件到位传感器检测到半透膜注塑件到达气密性检测工位后，控制器控制升降气缸将高精度流量检测仪下压至半透膜注塑件，通过高精度流量检测仪对焊接后的半透膜注塑件进行气密性检测，待气密性检查完成后，控制器控制升降气缸将高精度流量检测仪恢复原位；

步骤五：气密性检测组件完成气密性检测以后，悬浮式机构组件随着多工位环形转台运动到取料工位，通过手动将放置半透膜注塑件的悬浮式机构组件从滑座取下，通过人工将半透膜注塑件从悬浮式机构组件上取下。

本发明提供的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置及检测方法，采用多工位环形转台，使得放置有半透膜注塑件的悬浮式机构组件依次经过放料工位、无动作工位、超声波焊接工位、视觉检测工位、气密性检测工位和取料工位，在放料工位完成悬浮式机构组件的放料，在超声波焊接工位完成半透膜注塑件的焊接，在视觉检测工位和气密性检测工位分别完成焊接后的半透膜注塑件的外观检测和气密性检测，在取料工位完成悬浮式机构组件的取料，通过安装操控面板使得操作人员通过触摸屏就可以完成半透膜注塑件的超声波焊接以及后续的视觉检测及气密性检测，自动化程度高、准确度高、人机交互友好、快速高效。

本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置的部分结构示意图；

图3为本发明实施例提供的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置的多工位环形转台的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置的悬浮式机构组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置的超声波焊接组件处的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置的视觉检测组件及气密性检测组件处的结构示意图。

附图标记说明：

1-框架；2-支撑座；3-悬臂；4-悬臂操作面板；5-上位机触摸屏；6-超声焊机触摸屏；7-通气量测试仪操作面板；8-控制器；9-超声焊机；10-视觉检测组件；11-气密性检测组件；12-多工位环形转台；13-放料工位；14-无动作工位；15-超声波焊接工位；16-视觉检测工位；17-气密性检测工位；18-取料工位；19-伺服电机；20-安装座；21-圆弧导轨；22-直线导轨；23-同步带；24-滑座；25-悬浮式机构组件；26-主动带轮；27-从动带轮；28-基座；29-固定座；30-气缸返回到位传感器；31-气缸托举到位传感器；32-第一注塑件到位传感器；33-托举气缸；34-U型托举板；35-支撑板；36-视觉检测支架；37-工业相机；38-环形光源；39-气密性检测支架；40-升降气缸；41-高精度流量检测仪；42-原位传感器；43-底座；44-注塑件卡紧装置；45-结束卡紧装置；46-超声波焊接组件；47-第二注塑件到位传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1-图6所示，本发明提供一种多工位半透膜超声波自动焊接检测装置，包括支撑座2，支撑座2上固定安装框架1，框架1上安装操控面板，支撑座2的底部安装控制器8，支撑座2的上部安装多工位环形转台12，多工位环形转台12上等间距安装六个悬浮式机构组件25，多工位环形转台12上设置放料工位13、无动作工位14、超声波焊接工位15、视觉检测工位16、气密性检测工位17和取料工位18，放料工位13、无动作工位14和取料工位18的外侧均设置原位传感器42，超声波焊接工位15的外侧设置超声波焊接组件46，视觉检测工位16的外侧设置视觉检测组件10，气密性检测工位17的外侧设置气密性检测组件11。

需要说明的是，放料工位13和取料工位18靠近支撑座2的前侧，便于操作人员进行取放料，超声波焊接工位15靠近支撑座2的后侧，视觉检测工位16与超声波焊接工位15相邻，气密性检测工位17与视觉检测工位16相邻，原位传感器42与控制器8电性连接，放料工位13、无动作工位14和取料工位18的外侧设置的原位传感器42分别用于检测悬浮式机构组件25是否到达放料工位13、无动作工位14和取料工位18，操作人员将放置有半透膜注塑件的悬浮式机构组件25放入多工位环形转台12的放料工位13，悬浮式机构组件25随着多工位环形转台12转动至超声波焊接工位15进行焊接，焊接完成后依次转动经过视觉检测工位16和气密性检测工位17进行外观检测和气密性检测，操作人员在取料工位18将焊接检测完成后的半透膜注塑件取出。

如图3-图6所示，多工位环形转台12包括伺服电机19，伺服电机19固定安装在支撑座2上，伺服电机19的输出轴与主动带轮26连接，主动带轮26通过同步带23与从动带轮27连接，同步带23上等间距安装六个滑座24，六个滑座24的下端均滑动安装在导轨上，六个滑座24的上端分别安装悬浮式机构组件25，导轨固定安装在基座28上，基座28通过安装座20固定在支撑座2上，基座28位于主动带轮26与从动带轮27的外侧，导轨包括圆弧导轨21和直线导轨22，圆弧导轨21和直线导轨22固定连接，主动带轮26与从动带轮27均转动安装在支撑座2上。

需要说明的是，伺服电机19与控制器8电性连接，伺服电机19带动主动带轮26转动，主动带轮26通过同步带23带动从动带轮27转动，同步带23转动过程中带动六个滑座24沿着导轨滑动；多工位环形转台12适用于连续和间歇运动，采用圆弧导轨21和直线导轨22配搭滑座24的形式，滑座24内的滚轮与导轨夹角紧密配合且无相对摩擦，能实现高速低磨损；等间距的六个滑座24与高强度同步带23连接，控制器8与伺服电机19电性连接，控制器8控制伺服电机19实现滑座24在任何位置停止，通过同步带23实现多个滑座24的同步传动，能够用于间歇运动；多工位环形转台12在循环流水线或流水线上整合多个工位，与传统的皮带线相比，具有运动间隙小、刚性高、速度快、重复定位精度高等特点。

如图1、图5、图6所示，超声波焊接组件46包括超声焊机9，超声焊机9固定安装在支撑座2上，超声焊机9靠近多工位环形转台12的一侧设置第一升降装置和第一传感器组合。

需要说明的是，第一升降装置对超声波焊接工位15的悬浮式机构组件25进行升降，第一传感器组合对超声波焊接工位15的悬浮式机构组件25的位置进行检测，具体的，超声焊机9与控制器8电性连接，第一传感器组合检测到半透膜注塑件到达超声波焊接工位15后，第一升降装置将位于超声波焊接工位15上的悬浮式机构组件25托举到焊接位置，控制器8控制超声焊机9完成焊接，待焊接完成后第一升降装置将位于超声波焊接工位15上的悬浮式机构组件25降落回原位。

如图2、图5、图6所示，视觉检测组件10包括视觉检测支架36，视觉检测支架36固定安装在支撑座2上，视觉检测支架36上固定安装工业相机37和环形光源38，工业相机37位于环形光源38的上方，视觉检测支架36靠近多工位环形转台12的一侧设置第二升降装置和第二传感器组合。

需要说明的是，半透膜注塑件焊接完成后，通过视觉检测组件10判断其外观是否良好，具体的，工业相机37与控制器电性连接，视觉检测组件10采用工业相机37进行拍照检测，通过上位机软件进行机器学习和边缘检测，从而对焊接后的半透膜注塑件进行外观分析及判断；第二升降装置对视觉检测工位16的悬浮式机构组件25进行升降，第二传感器组合对视觉检测工位16的悬浮式机构组件25的位置进行检测，具体的，第二传感器组合检测到半透膜注塑件到达视觉检测工位16后，第二升降装置将位于视觉检测工位16上的悬浮式机构组件25托举到视觉检测位置，待视觉检测完成后，第二升降装置将位于视觉检测工位16上的悬浮式机构组件25降落回原位。

如图2、图5、图6所示，第一升降装置包括支撑板35，支撑板35固定安装在支撑座2上，支撑板35上固定安装托举气缸33，托举气缸33的伸缩杆与U型托举板34固定连接，第一传感器组合包括固定座29，固定座29固定安装在支撑座2上，固定座29上固定安装气缸返回到位传感器30、气缸托举到位传感器31和第一注塑件到位传感器32，气缸返回到位传感器30位于气缸托举到位传感器31的正下方，第一注塑件到位传感器32位于气缸返回到位传感器30位于气缸托举到位传感器31的一侧。

需要说明的是，U型托举板34的上端面以及悬浮式机构组件25的下端面设置磁性相反的磁铁，托举气缸33的伸缩杆带动U型托举板34向上运动时，U型托举板34会与悬浮式机构组件25相吸并托举悬浮式机构组件25；托举气缸33的伸缩杆带动U型托举板34向下运动带动悬浮式机构组件25降落回原位，最终U型托举板34与悬浮式机构组件25脱离；气缸返回到位传感器30、气缸托举到位传感器31、第一注塑件到位传感器32和托举气缸33均与控制器8电性连接，第一注塑件到位传感器32用于检测半透膜注塑件是否到达超声波焊接工位15，气缸返回到位传感器30用于检测托举气缸33是否返回原位，气缸托举到位传感器31用于检测托举气缸33是否将悬浮式机构组件25托举到焊接位置。

如图1、图2、图5、图6所示，第一升降装置和第二升降装置的结构相同，第一传感器组合和第二传感器组合的结构相同。

需要说明的是，第一升降装置和第二升降装置分别对超声波焊接工位15和视觉检测工位16的悬浮式机构组件25进行升降，第一传感器组合和第二传感器组合分别对超声波焊接工位15和视觉检测工位16的悬浮式机构组件25的位置进行检测。

如图2、图5、图6所示，气密性检测组件11包括气密性检测支架39，气密性检测支架39上安装升降气缸40，升降气缸40的伸缩杆的端部固定安装高精度流量检测仪41，气密性检测支架39靠近多工位环形转台12的一侧设置第二注塑件到位传感器47。

需要说明的是，视觉检测组件10判断焊接完成的半透膜注塑件的外观是否良好后，通过气密性检测组件11判断其气密性是否良好，升降气缸40、高精度流量检测仪41、第二注塑件到位传感器47均与控制器8电性连接，具体的，第二注塑件到位传感器47检测到半透膜注塑件到达气密性检测工位17后，控制器8控制升降气缸40将高精度流量检测仪41下压至半透膜注塑件，通过高精度流量检测仪41对焊接后的半透膜注塑件进行气密性检测，高精度流量检测仪41自带可视化窗口，并通过通讯接口将气密性检测信息传给主控系统；待气密性检查完成后，控制器8控制升降气缸40将高精度流量检测仪41恢复原位。

如图4所示，悬浮式机构组件25包括底座43，底座43上固定安装注塑件卡紧装置44和结束卡紧装置45。

需要说明的是，滑座24上安装悬浮式机构组件25，滑座24的上端设置凹槽，底座43的下端设置与滑座24的凹槽配合的凸起，便于拆装，实现不同型号的半透膜注塑件焊接，半透膜注塑件通过人工放置在悬浮式机构组件25上，悬浮式机构组件25根据注塑件类型自主设计加工，通过手动放置在放料工位13上。

如图1所示，操控面板包括设备仪器操作面板和悬臂操作面板4，悬臂操作面板4包括系统控制按钮和上位机触摸屏5，悬臂操作面板4通过悬臂3固定在框架1上，设备仪器操作面板包括超声焊机触摸屏6和通气量测试仪操作面板7。

需要说明的是，操控面板与控制器8电性连接，设备仪器操作面板位于框架1的右下方，悬臂操作面板位于设备仪器操作面板的外侧，系统控制按钮包括电源、启动/停止、复位、报警灯和急停，其中，“电源”表示系统通电，“启动/停止”表示系统运行/停止，“复位”表示进行软复位工作，“报警灯”表示故障报警，“急停”表示应急断电；上位机触摸屏5为人机交互窗口，软件界面自主设计，能够在显示界面、调试界面、视觉检测界面三个窗口之间进行切换，显示界面实时显示生产进程，调试界面能够进行手动调试，视觉检测界面能够进行视觉检测监控和参数设置；超声焊机触摸屏6主要用于设置和显示超声焊机的工作参数，并显示故障和报警信息，通气量测试仪操作面板7设置测试气压等各项参数，并显示气密性合格与否等信息；控制器8搭配触摸屏，不仅便于操作，而且具有更好的自动化和柔性化程度，大大降低了人工成本的投入。

采用光幕传感器对操作人员进行保护，防呆解除后，通过控制器8控制多工位环形转台12转动，继续下一个节拍；通过上位机数据库记录产品编号、加工数据和质检数据，实现各项数据的本地存储和网络存储，便于溯源。

如图1-图6所示，一种多工位半透膜超声波自动焊接检测方法，包括如下步骤：

步骤一：通过人工将半透膜注塑件放置在悬浮式机构组件25上，通过手动将放置半透膜注塑件的悬浮式机构组件25置于放料工位13的滑座24上；

步骤二：悬浮式机构组件25随着多工位环形转台12经过无动作工位14运动到超声波焊接工位15，超声波焊接组件46的第一传感器组合检测到半透膜注塑件到达超声波焊接工位15后，第一升降装置将位于超声波焊接工位15上的悬浮式机构组件25托举到焊接位置，控制器8控制超声焊机9完成焊接，待焊接完成后第一升降装置将位于超声波焊接工位15上的悬浮式机构组件25降落回原位；

步骤三：半透膜注塑件焊接完成后，悬浮式机构组件25随着多工位环形转台12运动到视觉检测工位16，第二传感器组合检测到半透膜注塑件到达视觉检测工位16后，第二升降装置将位于视觉检测工位16上的悬浮式机构组件25托举到视觉检测位置，视觉检测组件10采用工业相机37进行拍照检测，通过上位机软件进行机器学习和边缘检测，从而对焊接后的半透膜注塑件进行外观分析及判断，待视觉检测完成后，第二升降装置将位于视觉检测工位16上的悬浮式机构组件25降落回原位；

步骤四：视觉检测组件10完成检测后，悬浮式机构组件25随着多工位环形转台12运动到气密性检测工位17，第二注塑件到位传感器47检测到半透膜注塑件到达气密性检测工位17后，控制器8控制升降气缸40将高精度流量检测仪41下压至半透膜注塑件，通过高精度流量检测仪41对焊接后的半透膜注塑件进行气密性检测，待气密性检查完成后，控制器8控制升降气缸40将高精度流量检测仪41恢复原位；

步骤五：气密性检测组件11完成气密性检测以后，悬浮式机构组件25随着多工位环形转台12运动到取料工位18，通过手动将放置半透膜注塑件的悬浮式机构组件25从滑座24取下，通过人工将半透膜注塑件从悬浮式机构组件25上取下。

本发明提供的多工位半透膜超声波自动焊接检测装置及检测方法，采用多工位环形转台12，使得放置有半透膜注塑件的悬浮式机构组件25依次经过放料工位13、无动作工位14、超声波焊接工位15、视觉检测工位16、气密性检测工位17和取料工位18，在放料工位13完成悬浮式机构组件25的放料，在超声波焊接工位15完成半透膜注塑件的焊接，在视觉检测工位16和气密性检测工位17分别完成焊接后的半透膜注塑件的外观检测和气密性检测，在取料工位18完成悬浮式机构组件25的取料，通过安装操控面板使得操作人员通过触摸屏就可以完成半透膜注塑件的超声波焊接以及后续的视觉检测及气密性检测，自动化程度高、准确度高、人机交互友好、快速高效。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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各实施例技术方案的范围。