БЕСКОНТАКТНАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА Российский патент 1996 года по МПК G01B13/02 

Изобретение относится к измерительной технике и машиностроению и может быть использовано для стабилизации зазора между инструментом, например сварочной головкой, и кромкой изделия.

Известна бесконтактная следящая система за положением инструмента (см. а. с. N 861940, кл. G 01 B 13/02, 07.09.81), содержащая не менее 3 струйных датчиков положения, предназначенных для соединения с инструментом, пневмоэлектропреобразовательную систему с исполнительно-следящими элементами по числу струйных датчиков, и связанный с ними реверсивный привод подъема и опускания инструмента, причем, исполнительно-следящие элементы выполнены в виде датчиков-реле напора, контакты которых при осуществлении операции подъема соединены между собой параллельно, а при осуществлении операции опускания соединены между собой последовательно.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известной системы относится то, что у нее отсутствует возможность слежения за кромкой изделия в горизонтальном направлении.

Наиболее близкой системой того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является "Бесконтактная следящая система" (см. а.с. N 438868, кл. G 01 B 13/02, 05.08.74), содержащая предназначенный для установки инструмента, например термического резака, корпус, реверсивный привод для его подъема и опускания, струйный датчик положения, скрепленный с корпусом, два струйных реле, сообщенных входами с выходом струйного датчика положения: одно непосредственно, а другое через дроссельный делитель и два дискретных пневмоэлектрических преобразователя, по одному в электрических цепях подъема и опускания, причем она снабжена двумя скрепленными с корпусом дополнительными струйными датчиками положения идентичными первому, каждый также с двумя струйными реле, и струйным логическим устройством, реализующим операции "два" из трех", входы которого сообщены с выходами реле, а выходы с входами пневмоэлектрических преобразователей.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известной системы, относится то, что она не позволяет осуществить слежение за кромкой изделия в горизонтальном направлении и обеспечить одновременное слежение по двум координатам, а также достичь высокой точности слежения из-за наличия пневмоэлектрических преобразователей и электропривода, что существенно повышает инерционность системы.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание пневматической следящей системы, которая найдет применение в различных отраслях техники, например, в металлообработке, сварке и др.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является обеспечение возможности слежения за кромкой изделия по двум координатам и повышение точности слежения путем сравнения давлений на выходах струйных датчиков положения.

Указанный технический результат достигается тем, что в бесконтактной следящей системе, содержащей предназначенный для установки инструмента, например, сварочной головки, корпус, реверсивный привод его подъема и опускания, струйные датчики положения, причем струйные датчики положения выполнены в виде двух щелевых сопел, закрепленных на сварочной головке и двух дросселей, междроссельное пространство которых подключено к входам элемента сравнения и к камерам механизма продольного перемещения, мембраны которого соединены с кареткой продольного перемещения с закрепленным на ней реверсивным приводом подъема и опускания, выполненном в виде двухполостной камеры со штоком, соединенным с корпусом, при этом верхняя камера подключена к задатчику давления, а нижняя соединена с выходом элемента сравнения через пневмоклапаны с размыкающими и замыкающими пневмоконтактами и элемент ИЛИ.

Выполнение бесконтактной следящей системы в виде механизма слежения за кромкой изделия, состоящего из двух мембранных приводов, струйных датчиков положения в виде двух щелевых сопел и двух дросселей, обеспечивает работу левого и правого струйных датчиков положения типа соплозаслонка на одинаковых участках их статических характеристик, что значительно повышает точность системы. Установка элемента сравнения, элемента ИЛИ, размыкающего и замыкающего пневмоклапанов позволяет осуществить одновременное слежение за кромкой изделия по двум координатам, путем сравнения давлений на выходах струйных датчиков положения.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существующим признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формулу изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой системы; на фиг. 2 -разрез А-А на фиг. 1.

Бесконтактная следящая система состоит из корпуса 1, который одним концом крепится на штоке 2 реверсивного привода подъема и опускания 3, состоящего из камеры 4 с подвижной мембраной 5 и камеры 6, образованной мембранами 5 и 7, соединенных общим штоком 2. На другом конце корпуса 1 закреплен инструмент, например сварочная головка 8, на конце которой установлены щелевые сопла 9, 10, образующие соответственно с дросселями 11, 12 струйные датчики положения, междроссельное пространство которых подключено к входам элемента сравнения 13 и к соответствующим камерам 14, 15 механизма продольного перемещения, включающего в себя мембраны 16, 17, соединенные с кареткой продольного перемещения 18, на которой крепится реверсивный привод подъема и опускания 3. Камера 6 подключена к выходу элемента ИЛИ 19, входы которого соединены с выходами замыкающего 20 и размыкающего 21 пневмоклапанов. Управляющие входы пневмоклапанов 20, 21 соединены с выходом элемента сравнения 13, а питающие входы подключены, соответственно, к камерам 14 и 15. К камере 4 подключен задатчик давления 22, обеспечивающий постоянство зазора между концом сварочной головки 8 и свариваемой кромкой изделия 23 по вертикали.

Перед работой система настраивается на заданную величину зазора в вертикальном направлении. Для этого с помощью задатчика 22 регулируется давление в камере 4 реверсивного привода подъема и опускания 3, обеспечивающее положение сварочной головки 8 относительно кромки изделия 23 с заданным зазором.

Система работает следующим образом.

В случае, когда сварочная головка 8 расположена точно по центру свариваемой кромки изделия 23, устанавливается равенство давлений на выходах струйных датчиков положения с соплами 9 и 10, что обеспечивает равные давления в камерах 14 и 15 механизма продольного перемещения. При этом каретка продольного перемещения 18 перемещаться в горизонтальном направлении не будет и, соответственно, сварочная головка 8 будет оставаться в равновесии относительно центра свариваемой кромки изделия 23. Одновременно равенство давлений на входах элемента сравнения 13 обеспечит наличие сигнала на его выходе, что вызывает открытие клапана 20, а значит свободный доступ воздуха через элемент ИЛИ 19 в камеру 6 реверсивного привода подъема и опускания 3. Так, как в камере 4 с помощью задатчика давления 22 заранее установлено определенное давление, то повышение давления в камере 6 будет происходит до тех пор, пока не установится требуемое положение сварочной головки 8 по отношению к кромке изделия 23, соответствующего заданному зазору. При вращении изделия 23 положение свариваемой кромки относительно центра сварочной головки 8 в горизонтальном направлении может измениться. Например, при смещении кромки влево, уменьшается перекрытие сопла 9, что вызывает падение давления на соответствующем выходе струйного датчика положения и в камере 14 механизма продольного перемещения. Разность давлений в камерах 14 и 15 обеспечит смещение каретки продольного перемещения 18 влево, то есть в сторону камеры с меньшим давлением. Соответственно происходит перемещение сварочной головки 8 влево до установления равенства давлений на выходах струйных датчиков положения и в камерах 14, 15. При этом сварочная головка 8 располагается точно по центру кромки изделия 23. Аналогично происходит работа системы при смещении кромки изделия вправо. При изменении зазора между сварочной головкой 8 и кромкой изделия 23 по вертикали, независимо от положения кромки относительно центра сварочной головки 8, происходит регулирование положения инструмента по высоте. При изменении сопротивления в одном из сопел 9, 10, вызывающем повышение давления, например в струйном датчике положения с щелевым соплом 10, происходит переключение элемента сравнения 13 и на его выходе сигнал исчезает. Это приводит к открытию клапана 21 и давление от струйного датчика положения с соплом 10 подается через клапан 21, и элемент ИЛИ 19, в камеру 6 реверсивного привода подъема и опускания 3. Повышение давления в камере 6 вызывает перемещение мембранного блока 5-7 со штоком 2 вверх. При этом перемещается вверх корпус 1 со сварочной головкой 8. Происходит отвод инструмента от изделия 23, при этом давление начинает снижаться до установления равновесия сил, действующих на мембрану 5. Система стабилизируется. Независимо от положения кромки изделия 23 относительно щелевых сопел 9, 10 слежение по вертикали обеспечивается включением клапанов 20, 21. Если, например, давление на выходе струйного датчика положения с соплом 9 будет больше, то происходит переключение элемента сравнения 13 и появление на его выходе сигнала, что вызывает открытие клапана 20 и давление поступит через элемент ИЛИ 19 в камеру 6. Таким образом, реверсивный привод подъема и опускания 3 всегда получает сигнал от того струйного датчика положения, в котором давление больше. Слежение за положением свариваемой кромки детали 23 происходит всегда одновременно по двум координатам.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении предназначено для использования в измерительной технике, для автоматизации сварки деталей с тонкими кромками и повышения качества сварного шва;
для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств и методов;
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Использование: измерительная техника и машиностроение. Сущность изобретения: струйные датчики положения выполнены в виде двух щелевых сопел 9, 10, закрепленных на сварочной головке 8 и двух дросселей 11, 12, междроссельное пространство которых подключено к входам элемента 13 сравнения и к камерам 14, 15 механизма продольного перемещения, мембраны 16, 17 которого соединены с кареткой 18 продольного перемещения, с закрепленным в виде двухполостной камеры со штоком 2, соединенным с корпусом 2, при этом верхняя камера 4 подключена к датчику 22 давления, а нижняя 6 соединена с выходом элемента 13 сравнения через пневмоклапаны 20, 21 с размыкающим и замыкающим пневмоконтактами и элемент 19 ИЛИ. 2 ил.

Бесконтактная следящая система, содержащая предназначенный для установки инструмента, например сварочной головки, корпус, реверсивный привод его подъема и опускания, струйные датчики положения, отличающаяся тем, что струйные датчики положения выполнены в виде двух щелевых сопел, закрепленных на сварочной головке, и двух дросселей, междроссельное пространство которых подключено к входам элемента сравнения и к камерам механизма продольного перемещения, мембраны которого соединены с кареткой продольного перемещения с закрепленным на ней реверсивным приводом подъема и опускания, выполненным в виде двухполостной камеры со штоком, соединенным с корпусом, при этом верхняя камера подключена к задатчику давления, а нижняя камера соединена с выходом элемента сравнения через пневмоклапаны с размыкающим и замыкающим пневмоконтактами и элемент ИЛИ.