Устройство для автоматического слежения за стыком Советский патент 1983 года по МПК B23K15/00 

Изобретение относится к технологии машиностроения, и может быть использовано для автоматизации сварI ч изд1тшй на электроннолучевых овках.

По осНовному авт.св. № 315542 известно устройство, содержащее электроннолучевую установку, отклоняющую систему, датчик положения луча и бло формирования сигнала от стыка, к выходу блока формирования сигнала от стыка подключен блок выделения середины стыка, на выход которого включены триггер режима своим нулевым входом и блок задания частоты поиска, причем выход блока задания частоты поиска подключен к единичному входу триггера, а триггер режима связан с отклоняющей системой через блок смешения луча вдоль стыка и через блок определения и преобразования координаты стыка в пропорциональный отклоняющий ток, в состав которого входят генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, клапан, биполярный цифро-аналоговый преобразователь и преобразователь напряжения биполярного цифро-аналогового преобразователя в йропорциональный отклонякиций ток Щ

Недостатком известного устройства является большая зона оплавления поверхности изделия в зоне стыка при .работе устройства с мощными пучкгини, что ограничивает область его применения..

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для автоматического слежения за стыком путем Уменьшения зоны оплавления.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для автоматического слежения за стыком преобразователь напряжения биполярного цифро-аналогового преобразователя выполнен с дополнительным входом, устройство снабжено блоком суммирования, источником эталонного напряжения-, интегратором и блоком регулировки коэффициента усиления, причем на выходе биполярного цифро-аналогового преобразователя включен вход блока суммирования, к другому ВХОДУ .которого подсоединен источник эталонного напряжения а выход блока суммирования через последовательно соединенные интегратор и блок регулировки -коэффициента усиления подключен к дополнительному входу преобразопателя напряжения биполярного цифро-аналогового преобразователя.

На чертеже представлена блок-схёма устройства для автоматического слежения за стыком.

Устройство состоит из датчика 1 положения луча, в качестве которого может быть использован датчик отраженных электронов, датчик проникающих электронов или датчик рентгеновского излучения. На выходе датчика 1 включен блок 2 формирования сигнала от стыка, задачей которого является вьщеление ситнала на фоне помех и его усиление. К выходу блока 2 подключен блрк 3 выделения середины стыка, выход которого связан с блоком 4 управления. Блок 4 управления состоит из триггера 5 режима и блока 6 задания частоты поиска. Выход блока 3 подключен к одному входу триггера 5 режима и к входу блока б, выход которого соединен с другим входом триггера 5 режима. В.ыход триггера 5 режима связан одновременно с входом блока 7 смешения луча вдоль стыка и с входом блока 8 определения и преобразования координаты стыка в пропорциональный отклоняющий ток. БЛОК 8 состоит из генератора 9 тактовых импульсов, подключенного через клапан 10 к входу двоичного счетчика 11. Второй вход клапана 10 подсоединен к выходу триггера 5 режима. Выход двоичного счетчика 11 через биполярный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 12 подключен к ЦАП 13 напряжения в пропорциональный отклонякяций ток. Выход блока 7 соединен с одним из входов отклоняющей системы 14.электроннолучевой пушки, а выход блока 13 соединен с другим входом отклоняющей системы 14. К выходу биполярного ЦАП 12 подключен блок 15 суммирования, к другому входу которого подсоединен источник 16 эталонного напряжения. В качестве источника 16 эталонного напряжения может быть использован электронный стабилизированный источник питания с регулируемым выходным напряжением. БЛОК 15 суммирования может быть вы-полнен на опергщионном усилителе, позволяющем суммировать (вычитать) одновременно по обоим входам, что не накладывает дополнительных требова;НИИ на полярность входных напряжений. .К выходу блока 15 суммирования подключен интегратор 17. В качестве интегратора может быть испопьаована пассивная интегрирующая R-C цепь или опергщионный усилитель с емкостной обратной связью. Постоянная времени интегратора 17 должна быть больше времени, которое занимает цикл сканирования (обычно это время не . превышает 5 мс), но меньше времени непрерывной сварки, т.е. времени мезкду двумя соседними циклами сканирования. Расчет постоянной времени должен вестись из условия, чтобы интегратор 17 успел зарядиться до амплитуды входного напряжения за вре мя между двумя соседними циклами сканирования и не успел разрядиться за время наведения электронного луча на стык. Выход блока 18 регулировки коэффициента усиления подключен к Дополнительному входу ЦАП 13 напряг жения в пропорциональный отклоняющий ток, а вход блока 18 связан с выходом интегратора 17, Блок 18 регулировки коэффициента усиления пред назначен для изменения коэффициента передачи ЦАП напряжения в пропорциональный отклоняющий ток, поэтому аппаратурная реализация блока 18 зависит от особенностей съемных решений преобразователя 13.,-Обычно ЦАП. 13 напряжения пропорциональный от-, клоняющий ток представляет собой широкополосный усилитель мощности постоянного тока, В этом случае блок18 регулировки коэффициента усиления представляет собой транзистор (биполярный или полевой) .с необходимыми цепями смещения, включенный в цепь отрицательной обратной связи (ООС), охватывающей блок 13, Напряжение интегратора 17, приложенное к базе (затвору) транзистора, определяет величину переходного сопротивления транзистора, т.е. глубину ООС,а значит, и коэффициент передачи блока 13. В цепь ООС блока 13 может быть включен фоторезистор, входящий в пару свётодиод - фоторезистор, а светодиод является нагрузкой интегратора 17. Изменение напряжения.на выходе интегратора 17-изменяет ток через светодиод и его яркость, что приводит к изменению сопротивления фоторезистора, а следовательно и к изменению коэффициента передачи блока 13 -, ЕСЛИ первый каскад блока 13 построен на операционном усилителе, то рассмотренные элементы (транзистор, опт рон) могут быть включены на входе оп рационного усилителя в одно из плеч входного делителя напряжения. При отсутствии токов в крординат: ных катушках отклоняющей си стемы 14 электронный луч направляется в точку стыка на плоскости изделия, принимае мую за начало координат. Отсутствию тока в катушке, смещающей луч перпен дикулярно базовой оси (вектору скоро ти перемещения изделия).соответствуе отсутствие напряжения на выходе биполярного ЦАП 12. Биполярность преоб разователя 12 достигается обычно подачей напряжения смещения Up в сумм рующуюточку на выходе преобразова. теля 12, равного по величине,, но .обратного по знаку напряжению U У, где Од - текущее значение напряжения ЦАП до суммирующей точки; идА - напряжение на выходе ЦАП в той же точке, соответствующее включенному старшему разряду счет|чика 11. Учитывая, что напряжение на входе блока 13 Up равно для исходной точки (нулевой) можно записать Un- М - см Следовательно, в исходном состоянии напряжение Uc на выходе блока 15 суммирования равно цО - 1г UG -.Ьэ где Ug - напряжение источника 16 эталонного напряжения. Изменяя величину напряжения УЭ/ устанавливают с помощью блока 18 коэффициент передачи блока 13, чтобы амплитуда сканирования на поверхности изделия равнялась величине ДЗ. Режим поиска стыка начинается по приходе импульса с блока б задания . часТ(Оты поиска на в.ход триггера 5, который;устанавливается в состояние Ч., при этом.блок 7 смещения луча подключает координатную катушку отклоняющей системы 14, смещающую луч вдоль базовой оси, к постоянному напряжению; открывается клапан 10, ,что приводит к обнулению счетчика 11 (до этого был включен старший разряд) и подключению его входа к генератору 9 тактирующих импульсов. Обнуление счетчика 11 приводит к тому, что на вход блока 13 подается напряжение ( U О)., Одновременное воздействие напряжений (токов в отклоняющих катушках) выводит луч „з зоны плавления Под углом к базо Г п вой оси на величину AS. По мере заполнения двоичного счетчика 11 тактирующими импул.ьсами через открытый клапан 10 линейно растет напряжение Uj , суммарное напряжение Un . Ui-Uj, на выходе блока 12 уменьшается, уменьшается и ток во второй катушке, тем самым приближая луч к стыку перпендикулярно базовой оси. В момент пересечения лучом стыка с выхода датчика 1 подается импульс на вход блока 2 формирования, где он выделяется на фоне помех, усиливается и подается на блок 3 вьзделения середины стыка. Выходной импульс блока 3 поступает на нулевой вход.триггера 5, устанавливая его в состояние О, и на блок 6 задания частоты поиска, при этом: закрывается клапан 10, фиксируя код в счетчике 11, которому соответствует напряжение U на выходе блок-а 12, удерживающее луч над серединой стыка до следующего цикла сканирования; ёлок 7 отключает свою отклоняющую катушку от постоянного напряжения, благодаря - чему дуч возвращается в зону плавления и восстанавливается сварочный режим. Процесс сварки длится до тех пор пока блок б задания частоты поиска, запущенный блоком 3, не установит через заданный промежуток времени триггер 5 в положение 1, при этом начинается очередной цикл поискового режима. в процессе работы устройства необ ходимо поддерживать амплитуду развертки, равную Ji S , вне зависимости от величины отклонения стыка от базовой оси. Пусть после очередного поискового режима на выходе блока 12 зафиксировано напряжение U), U (стык удаляется от базовой оси).Если не откорректировать коэффициент пере дачи блока 13, то при очередных сканированиях происходит потеря стыка электронным лучом, поскольку амплитуда сканирования становится, меньше величины ухода стыка от базовой оси. Следовательно, в данном случае необходимо увеличить амплитуду ск-анирования. Напряжению Un соответствует напряжение /Ut/ juJi-Ug/ /Uc/. Интегратор 17 заряжается до напряжения Uc, которое с помощью блока 18 увеличивает коэффициент передачи блока 13 /Uc/ -/Uc/ и при следующем сканировании амплитуда сканирова;ния опять станет равной ДЗ. Пусть после очередного поискового режима на вы ходе блока 12 зафиксировано напряжение Др .i Un (стык приближается к базовой оси). Если не откорректировать коэффициент передачи блока 13, то при последующих сканированиях амплитуда сканирования возрастает, возрастает и зона оплавления. Напряжению u2 соответствует напряжение /Un - и,/ / Ucj. Интегратор .Заряжается до величины напряжения Uj, которое с помощью блока 18 уменьшает коэффициент передачи блока 13, поддерживая величину зоны оплавления равную & 8. . I Получение небольшой зоны оплавления при работе предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет расширить область его применения за счет автоматизации сварки ответственных изделий мощными пучками. Если при работе базового устройства зона оплавления может достигать величин) 20-30 мм, то при использовании предлагаемого устройства величина зоны оплавления не- превыиает 3 мм, т.е. на порядок меньше. В этом случае оплавленная зона заглаживается при повторном проходе несколько расфокурированным лучом пониженной мощности в режиме непрерывной сварки. Применение повторного прохода не яв-t ляется недостатком, поскольку эта технологическая операция применяется при сварке ответственных изделий для достижения чистоты поверхности в месте сварного соединения. Заглаживание неровностей и шероховатостей повторным проходом исключает необходимость последующих трудоемких механических оперёщий для достижения, чистоты поверхности изделия.

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО СЛЕЖЕНИЯ ЗА СТЫКОМ по авт.СВ. 315542, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, преобразователь напряжения биполярного цифроаналогового преобразователя выполнен с дополнительным входом, устройство снабжено блоком суммирования, источником эталонного напряжения, интегратором и блоком регулировки коэффифицента усиления, причем на выходе биполярного цифро-аналогового преобразователя, включен ВХОД блока суммирования, к другому входу которого подсоединен источник эталонного .напряжения, а. выход блока суммирования через последовательно соединенные инте- . гратор и.блок регулировки коэффициента усиления подключен к дополнительному входу преобразователя Напряжения биполярного цифро-аналоговохю преобра- S зователя. сл