Устройство для слежения по стыку Советский патент 1988 года по МПК B23K9/10 

со со

СХ)

to

ел

25

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов и может быть использовано для автоматического направления сварочной голов- ки по линии свариваемого соединения. Целью изобретения является повышение качества сварки за счет повьше- ния точности слежения.

На фиг. 1 представлена фукциональ-Ю ная схема предлагаемого устройства-, на фиг. 2 и 3 - схемы конструктивного выполнения сварочной горелки и

сканирующего фотодатчика; на фиг, 4 - вариант вьтолнения схемы сравнения. 15

Генератор 1 тактовых импульсов связан с информационным входом первой ключевой схемы.2, Выход первой

ключевой схемы 2 связан через схему 3 управления приводом сканирования 20 с приводом 4 сканирования, информационным входом второй ключевой схемы 5, а также с вторыми входами первой и второй схем И 6 и 7. Выход второй ключевой схемы 5 связан с входом источника 8 излучения. Вход первого элемента 9 задержки через первый переключатель 10 связан с шиной 11 питания, а его выход связан с S- входом первого триггера 12, прямой 30 выход которого связан с управляющим входом первой ключевой схемы 2, Входы второго триггера 13 через третий и четвертый переключатели 14 и 15 связаны с шиной 11 питания. jj Прямой выход второго- триггера 13 связан с управляющим входом второй клю-. невой схемы 5, с управляющим входом третьей ключевой схемы 16, а также с управляющим входом второй схемы 17 до сравнения. Инверсньй выход второго триггера 13 связан с управляющим входом четвертой ключевой схемы 18, а также с управляющим входом первой схемы 19 сравнения. Информационные 45 входы третьей и четвертой ключевых схем 16 и 18 связаны с выходом приемника 20 излучения. Выход третьей ключевой схемы 16 через селективный усилитель 21 и амплитудный детектор 22 связан с информатщонным входом первой схемы 19 сравнения. Выход четвертой ключевой схемы 18 через инвертируюш 1й усилитель 23 связан с информационным входом второй схемы 17 сравнения. Вы- ходы первой и второй схем 19 и 17 сравнения связаны с входами третьего триггера 24, прямой выход которого связан с первым входом первой схемы

5

5

0 0 j о 5

И 6, входом третьего элемента 25 задержки и управляющим входом второго буферного регистра 26. Инверсный вы- ход третьего триггера 24 связан с первым входом второй схемы И 7, входом второго элемента 27 задержки и управляющим входом первого буферного регистра 28. Информационньй вход первого счетчика 29 связан с выходом первой схемы И 6, а его управляющий вход связан с выходом второго элемента 27 задержки. Выходы первого счетчика 29 через первый буферный регистр 28 связаны с входами первого цифро- аналогового преобразователя 30, Информационный вход второго счетчика 31 связан с вьйсодом второй схемы И 7, а его управляющий вход связан с выходом третьего элемента 25 задержки. Выходы второго счетчика 31 через второй буферньй регистр 26 связаны с- входом второго цифроаналогового пре- образователя 32, Выходы первого и второго тщфроаналоговых преобразователей 30 и 32 связаны с входами дифференциаль кого усилителя 33, выход которого через схему 34 управления приводом 35 перемещения сварочной горелки 36 связан с входом привода 35 перемещения сварочной горелки 36. Вход R первого триггера 12 через второй переключатель 37 связан с шиной 11 питания,

. Генератор 1 тактовых импульсов предназначен для генерирования не- прерьшной последовательности прямоугольных импульсов с частотой F,

Первая и вторая ключевые схемы 2 и 5 предназначены для управления пропусканием импульсов с вькода генератора 1 тактовых импульсов на вход источника В излучения, Источник 8 излучения предназначен для излучения пачек зондирующих ИК-импульсов с частотой F в направлении свариваемых деталей и стыка.

Приемник 20 излучения предназначен для приема через световод 38 отраженного от поверхности свариваемых деталей ИК-излучения с частотой моду- ЛЯ1ЩИ F при сканировании в передней полуплоскости, а также приема ИК-излучения от сварного щва при сканировании в задней полуплоскости.

Третья и четвертая ключевые схемы 16 и 18 предназначены для поочередного пропускания сигналов с выхода приемника 20 излучения на соответст- вующие схемы обработки при сканировании фотодатчиком в передней и задей полуплоскостях стыка свариваемых еталей.

Второй триггер 13 предназначен для управления третьей и четвертой ключевыми схемами 16.и 18, а также первой и второй схемами 19 и 17 сравнения и представляет собой RS-триггер с прямым управлением.

Третий и четвертьш переключатели 14. и 15 представляют собой концевые переключатели, предназначенные для управления вторым триггером 13, и конструктивно расположены диаметрально противоположно на сварочной горелке 36. Первьй переключатель 10 предназначен для осуществления пуска всего устройства. Второй переключатель 37 предназначен для осуществле- ния остановки работы устройства. /.

Первый элемент 9 задержк предназначен для задержки импульса пус- ка устройства на время, за которое сварочная горелка 36 производит сварку свариваемых деталей на расстояние, отделяющее сварочньй электрод 39 от оси 40 сканирующего фотодатчика.

Первый 12 триггер представляет из себя RS-триггер с прямым управлением, который предназначен для выработки сигнала управления первой ключевой схемой 2. Селективньй усилитель 21 предназначен для пропускания на вход амплитудного детектора 22 сигналов с частотой F из всей совокупности принятых оптических сигналов приемником 20 излучения. Амплитудный детектор 22 предназначен для детектирования сигналов с частотой F и инверсии продетектированного сигнала. Первая схема 19 сравнения предназначена для выработки сигнала в момент прохождения сканирующим фотодатчиком середины стыка в передней полуплоскости сканирования и может быть выполнена по схеме, представленной на фиг, 5, coдepжaF eй усилитель 41, амплитудньй детектор 42 и компаратор 43.Амплитудный детектор 42 предназначен для определения максимального по амплитуде входного сигнала.

Компаратор 43 предназначен для выработки управляющего сигнала, определяющего момент прохождения сканирующим фотодатчиком средины стыка в передней полуплоскости.

Вторая схема 17 сравнения предназначена для выработки управляющего

o

5

0

5

0

5

0

5

0

5

сигнала, определяющего момент прохождения сканирующим фотодатчиком средины сваренного шва (максимума температуры) в задней полуплоскости сканирования.

Третий триггер 24 предназначен для запоминания информации, поступившей на его входы, а также управления первой и второй схемами И 6 и 7, первым и вторым буферными регистрами 28 и 26, вторым и третьим элементами 27 и 25 задержки и выполнен по схеме триггера с прямым управлением.

Первая и вторая схемы И 6 и 7 предназначены для управления пропусканием импульсов с генератора 1 тактовых импульсов на информационные входы и первого и второго счетчиков 29 и 31.

Первый и второй счетчики 29 и 31 предназначены для выработки пифро- вых кодов, значения которых определяют местоположение сварочной горелки 36 относительно средины стыка свариваемых деталей. Второй и третий элементы 27 и 25 задержки предназначены для задержки во времени импульсов, поступающих на управляющие входы первого и второго счетчиков 29 и 31, которые производят их обнуление. Первьй и второй буферные регистры 28 и 26 предназначены для временного хране- ния цифровых кодов, записанных в первом и втором счетчиках 29 и 31.

Дифференциальньй усилитель 33 предназначен для нахождения разности входных сигналов, т.е. сигнала, величина которого и знак однозначно определи- . ют отклонение сварочной горелки 36 от середины стыка свариваемых деталей. Этот сигнал является управляющим для схемы 34 управления приводом 35 перемещения сварочной горелки 36. Привод 35 перемещения сварочной горелки 36 со схемой 34 управления предназначен для автоматического перемещения сварочной горелки 36 в различные пространственные положения по отношению к свариваемым деталям и сварному соединению.

Привод 4 сканирования предназначен для перемещения источника 8 и приемника 20 излучения вокруг сварочной горелки 36 с постоянной скоростью и может быть вьтолнен с применением шагового двигателя с редуктором.

Схема 3 управления приводом 4 сканирования представляет собой схему управления шаговым двигателем и состоит из распределителя импульсов и усилителей мощност, подключенных к соответствующим обмоткам управления шагового двигателя привода 4 сканирования.

Источник 8 и приемник 20 излучения в совокупности образуют сканирующий фотодатчик, они расположены на одной оси 40 и защищены от излучения сварочной дуги экраном 44, ко

ределяемой частотой генератора 1 тактовых импульсов.

Сигналы с выхода генератора 1 тактовых импульсов также поступают на вход источника 8 излучения, который излучает оптические ИК-сигналы в направлении свариваемых деталей и стыка. Отражаясь от свариваемых деталей или стыка, эти оптические сигналы поступают через световод 38 на приемник 20 излучения. Величина сигнала на выходе приемника 20 излучения определяется величиной принятого опти

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов и может быть использовано для автоматического направления сварочной горелки по линии свариваемого соединения. Оно обеспечивает повьппение качества сварки путем вьфаботки сигналов, корректирующих положение сварочной горелки по центру стыка в процессе сварки. Устройство содержит сканирующий по окружности вокруг сварочной горелки активный фотодатчик и устройство обработки сигналов с фотодатчика, которое производит вьщеление точки середины стыка впереди сварочной горелки и точки максимального нагрева шва позади сварочной горелки. Устройство обеспечивает автоматическую установку сварочной горелки на одной прямой, соединяющей эти две точки, т.е. по центру стыка свариваемых деталей. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. «о (Л

торый выполнен в виде полого цилинд- 5 ческого сигнала. Чем больший по инра, покрытого изнутри светлопоглощаю- щим материалом. Световод 38 охватывает по периметру источник 8 излучения. Источник 8 и приемник 20 излучения связаны с остальной схемой при

I помощи кольцевых контактных площадок 45 и скользящих металлических лепестI ков 46.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально -сварочная горелка 36 устанавливается в исходной точке начала сварочного процесса. Сканирую1 щий фотодатчик устанавливается в т.С,

тенсивности оптический сигнал пост пает на вход приемника 20 излучени тем больший по амплитуде сигнал (п ременная составляющая) на выходе п

20 емника 20 излучения. Таким образом при сканировании фотодатчиком в ра не стыка интенсивность принятого И излучения минимальна, а значит и в личина сигнала на выходе приемника

25 20 излучения также минимальна. На выходе селективного усилителя 21 присутствуют лишь сигналы с частот F, на которую настроен селективньй усилитель 21. Наличие селективного

: при этом тр етий переключатель 14 зам- JQ усилителя 21 существенно повьшает

кнут, и на прямом выходе второго триггера 13 состояние .логической единицы. При этом вторая и третья ключевые схемы 5 и 16 открыты и происходит обнуление второй схемы 17 сравнения. Логический нуль на инверсном выходе второго триггера 13 закрывает четвертую ключевую схему 18.

При начале сварочного процесса и замыкании первого переключателя 10 через определенное время на выходе первого элемента 9 задержки появляется импульс, устанавливаю1чий первьй триггер 12 в единичное состояние. Первый элемент 9 задержки задерживает входной сигнал на время, за которое сварочная горелка производит сварку свариваемых деталей на расстояние, отделяющее сварочный элект

род 39 от оси 40 сканирующего фотодатчика. Сигнал на выходе первого триггера 12.разрешает прохождение импульсов с частотой F с генератора 1 тактовых импульсов на вход схемы 3 управления приводом 4 сканирования через первую ключевую схему 2. Привод 4 сканирования начинает перемещать фотодатчик вокруг сварочной горелки 36 с постоянной скоростью, оптенсивности оптический сигнал поступает на вход приемника 20 излучения, тем больший по амплитуде сигнал (переменная составляющая) на выходе приемника 20 излучения. Таким образом, при сканировании фотодатчиком в районе стыка интенсивность принятого ИК- излучения минимальна, а значит и величина сигнала на выходе приемника

20 излучения также минимальна. На выходе селективного усилителя 21 присутствуют лишь сигналы с частотой F, на которую настроен селективньй усилитель 21. Наличие селективного

,

Q

5

0

5

помехозащищенность работы всего устройства, и тем самым, повьшает точность слежения за стыком за счет отсутствия сбоев, связанных с приемом оптического Ж-излучения сварочной дуги.

с выхода селективного усилителя 21 сигналы поступают на вход амплитудного детектора 22, которьй производит их детектирование и инверсию про- детектированного сигнала.

Выходное напряжение с амплитудного детектора 22 поступает на информационный вход первой схемы 19 сравнения, которая работает следующим образом. Предположим, что сканирующий фотодатчик перемещается из т.С в т. В. Напряжение на информационном входе первой схемы 19 сравнения постепенно возрастает по мере приближения к центру разделки кромок. Напряжение на емкости С1 амплитудного детектора 42 отслеживает величину напряжения на входе первой схемы 19 сравнения. При прохождении фотодатчиком точки В напряжение на входе уменьшается по величине, что приводит к закрьшанию диода 71)2 амплитудного детектора 42 и срабатыванию компаратора 43. На емкости С1 максимальное напряжение, поступившее на вход первой схемы 19 сравнения.

Выходной сигнал первой схемы 19 сравнения устанавливает третий триггер 24 в единичное состояние. Сигнал логической единицы на прямом выходе третьего триггера 24 разрешает прохождение импульсов с генератора 1 тактовых импульсов через первую схему И 6 на информационный вход первого счетчика 29. Этот же сигнал производит запись информации с второго

счетчика 31 во второй буферный регистр хождение на информационный вход вто25

30

35

26, а также, пройдя через третий элемент задержки 25 на управляющий вход второго счетчика 31, производит его сброс. Таким образом, при прохождении фотодатчиком центральной части стыка 20 на первьй счетчик 29 начинают поступать импульсы с выхода генератора 1 - тактовых импульсов.

При достижении фотодатчиком T.D срабатьшает четвертый переключатель 15 и устанавливает . второй триггер 13 в нулевое состояние, что, в свою очередь, запрещает поступление зондирующих импульсов на источник 8 излучения. Выходные сигналы второго триггера 13 также закрывают третью ключевую схему 16 и открывают четвертую ключевую схему 18. Таким образом, выходные сигналы с приемника 20 излучения теперь поступают через четвертую ключевую схему 18 на вход инвертирующего усилителя 23. Выходной сигнал с инверсного выхода второго триггера 13 также поступает на управляющий вход первой схемы 19 нения и производит обнуление амплитудного детектора 42.

При приближении фотодатчика к т.А, имеющей максимальную температуру, на вход приемника 20 излучения пос-- тупает ИК-излучение от сварного шва,- которое увеличивается по мере приближения к средине шва. По мере приближения фотодатчика к т.А выходное напряжение приемника 20 излучения уменьшается и достигает своего мини- , мума в т.А. При дальнейшем продвиже НИИ фотодатчика оно возрастает, так как уменьшается интенсивность принимаемого ИК-излучения. Инвертирующий усилитель 23 инвертирует это напряжение.

Выходное напряжение с инвертирующего усилителя 23 поступает на ин45

50

55

рого счетчика 31. Кроме того, управляющий сигнал с инверсного выхода тре тьего триггера 24 производит запись информации с первого счетчика 29 в первый буферный регистр 28, а также производит через некоторое время, определяемое временем задержки второго элемента 27 задержки, обнуление перво го счетчика 29. Таким образом, в первом счетчике 29 производится подсчет числа импульсов, поступающих на его информационньй вход за время движения сканирующего фотодатчика от т. В до т. А.

При достижении сканирующим фотодат чиком т. С снова срабатывает третий переключатель 14 и весь процесс работы устройства повторяется в описанной последовательности. Во втором счетчике 31 производится подсчет числа импульсов, поступивших на его информационный вход за время движения сканирующего фотодатчика от точки А до точки В.

При центральном расположении сва-. рочной горелки 36 относительно стыка, когда т. А и В и сварочная, горел- кд 36 находятся на одной прямой, в первом и втором счетчиках 29 и 31 записаны одинаковые цифровые коды, а значит и на выходах первого и второго цифроаналоговых преобразователей 30 и 32 присутствуют одинаковые по амплитуде аналоговые напряжения.Дифференциальный усилитель 33 не вьфабатывает сигнал рассогласования этих напряжений.

При отклонении сварочной горелки 36 от центрального положения(дуга АВ будет меньше по величине чем дуга НА) что соответствует большему цифровому КОДУ, записанному в первом счетчике 20, чем во втором 31 -счетчике. На выходах цифроаналоговьгх преобразо1825«

Лормационный вход второй схемы 17 сравнения, которая вьфабатывает сигнал в момент прохождения фотодатчиком т.А - точки максимальной температуры сварного шва. Выходной сигнал второй схемы 17 сравнения устанавливает прямой выход третьего триггера 24 в нулевое состояние, а его

инверсньм выход - в единичное, что в свою очередь, запрещает прохождение импульсов с генератора 1 тактовых импульсов на информацио нный вход первого счетчика 29 и разрешает их про5

0

5

0

д

5

0

5

рого счетчика 31. Кроме того, управляющий сигнал с инверсного выхода третьего триггера 24 производит запись информации с первого счетчика 29 в первый буферный регистр 28, а также производит через некоторое время, определяемое временем задержки второго элемента 27 задержки, обнуление первого счетчика 29. Таким образом, в первом счетчике 29 производится подсчет числа импульсов, поступающих на его информационньй вход за время движения сканирующего фотодатчика от т. В до т. А.

При достижении сканирующим фотодатчиком т. С снова срабатывает третий переключатель 14 и весь процесс работы устройства повторяется в описанной последовательности. Во втором счетчике 31 производится подсчет числа импульсов, поступивших на его информационный вход за время движения сканирующего фотодатчика от точки А до точки В.

При центральном расположении сва-. рочной горелки 36 относительно стыка, когда т. А и В и сварочная, горел- кд 36 находятся на одной прямой, в первом и втором счетчиках 29 и 31 записаны одинаковые цифровые коды, а значит и на выходах первого и второго цифроаналоговых преобразователей 30 и 32 присутствуют одинаковые по амплитуде аналоговые напряжения.Дифференциальный усилитель 33 не вьфабатывает сигнал рассогласования этих напряжений.

При отклонении сварочной горелки 36 от центрального положения(дуга АВ будет меньше по величине чем дуга НА) что соответствует большему цифровому КОДУ, записанному в первом счетчике 20, чем во втором 31 -счетчике. На выходах цифроаналоговьгх преобразователеи присутствуют разные по величине напряжения. Дифференциальный усилитель 33 вырабатывает сигнал рассогласования, знак которого определяет направление смещения сварочной гот релки 36 относительно центра стыка, а его величина определяет величину этого смещенияt Выходной сигнал с дифференциального усилителя 33 поступает на вход схемы 34 управления приводом 35 перемещения сварочной горелки 36. Привод 35 производит установку сварочной горелки 36 по центру стыка.

Таким образом, предлагаемое устройство автоматически удерживает сварочную горелку 36 На одной прямой между т. Аи В.

Формула изобретения

схемой управления приводом перемещения сварочной горелки относительно оси стыка, привод сканирования, связанньй со схемой управления приводом сканирования, отл-ичающее- с я тем, что, с целью повьпдения качества сварки за счет повышения точности слежения за стыком, устройство дополнительно снабжено четырьмя ключевыми схемами, четырьмя переключателями, тремя элементами задержки, селективным усилителем, амплитудным детектором, инвертирующим усилителем

второй схемой сравнения, двумя счет- .г тепь - с вторым входом дифференциальчиками, двумя цифроаналоговыми преобразователями, вторым буферным регистром и шиной питания, при этом генератор тактовых импульсов через первую ключевую схему связан с входом второй ключевой схемы, входом схемы управления приводом сканирования и первыми входами схем И, шина питания через первый переключатель и первый элемент задержки связана с S- входом первого триггера, через второй переключатель - с R -входом первого триггера, через третий переключатель - с S-входом второго триггера

50

55

ного усилителя, выход которого связан с входом схемы управления приводом перемещения сварочной горелки относительно оси стыка, причем источник и приемник излучения выполнены в виде коаксиально расположенной опто- пары,

10

15

20

у, 2530

182510

и через четвертьй переключатель - с R-входом второго триггера, прямой выход первого триггера связан с управляющим входом первой ключевой схемы, прямой выход второго триггера - с управляющими входами второй и третьей ключевых схем и первым входом второй схемы сравнения, инверсньй выход второго триггера - с управляющим входом четвертой схемы сравнения и первым входом первой схемы сравнения, выход второй ключевой.схемы подключен к входу источника излучения, выход приемника излучения через третий ключевой элемент, селективный усилитель, амплитудньй детектор связан с вторым входом первой схемы сравнения, выход которой связан с S-входом третьего триггера, кроме того, выход приемника излучения через четвертую ключевую схему и инвертирую1Г(ИЙ усилитель связан с вторым входом второй схемы сравнения, выход которой подключен к R-входу третьего триггера, прямой выход третьего триггера связан с вторым входом первой схемы И, управляю1тим входом второго буферного регистра и через третий элемент задержки с обнуляющим входом второго счетчика, инверсньй выход третьего триггера связан с вторым входом второй схемы И, управляющим входом первого буферного регистра и через второй элемент задержки с обнуляющим входом первого счетчика, выход первой, схемы И связан с входом первого счетчика, выход которого через первый бу- ферньй регистр и первьй цифроаналоГо- вьш преобразователь связан с первым входом дифференциального усилителя, выход второй схемы И через второй счетчик, второй буферньй регистр и второй цифроаналоговьй преобразова35

40

ного усилителя, выход которого связан с входом схемы управления приводом перемещения сварочной горелки относительно оси стыка, причем источник и приемник излучения выполнены в виде коаксиально расположенной опто- пары,

l-tt

Cpa i. i

1391825

20