Устройство слежения за линией стыка при электронно-лучевой сварке Советский патент 1990 года по МПК B23K15/00 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для слежения за линией стыка при электронно-лучевой сварке.

Цель изобретения - повышение точности при отслеживании криволинейных стыков.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства слежения за линией стыка; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип формирования сигнала рассогласования; на фиг.З - диаграмма, поясняющая поворот развертки сканирования; на фиг. 4 - диаграмма, описывающая алгоритм управления движением сервопривода; на фиг. 5 - диаграмма, показывающая принцип формирования постоянства линейной ско- ,рости на криволинейном стыке; на фиг. 6 - алгоритм работы микропроцессорной системы, реализующей устройство.

Устройство слежения за линией стыка при электронно-лучевой сварке содержит последовательно соединенные датчик 1 вторичных электронов, усилиел

со

СО О 1C

со

315

тель 2, логический блок 3, двоичный счетчик 4, клапан 5, блок 6 исходной установки перпендикуляра, блок 7 коррекции сканирования, первый цифроана- логовый преобразователь 8, блок 9 сканирования, двухкоординатную отклоняющую систему 10, вход которой подключен к второму входу логического блока 3, второй выход которого подсоединен к второйу управляющему входу клапана 5, второй выход которого подключен к входу блока 7 коррекции сканирования, а дополнительный третий выход - к входу блока 11 коррекции скорости, последовательно соединенного через второй цифроаналоговый преобразователь 12 с входом блока 13 управления скоростью привода, а также блок 14 управления сервоприводом, вход кото- рого подключен к выходу первого циф- роаналогового преобразователя 8.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 вторичных электронов, установленный над поверхностью свариваемых изделий, обеспечивает непрерывный контроль потока вторичных электронов и регистрацию изменения величины тока эмиссии при прохождении лу- ча через стык. Усилитель 2 выделяет сигнал от стыка на фоне помех, формирует и усиливает его. Логический блок 3 измеряет временной интервал между возникновением импульса от стыка и моментом перехода пилообразного напряжения через нуль блока 9 сканирования, и формирует сигнал рассогласования Д с учетом знака (запаздывания или опережения сигнала с выхода дат- чика вторичных электронов относительно нуля пилообразного напряжения). Кроме того, логический блок 3 управляет работой клапана 5.

Сигнал рассогласования преобразуется в двоичный код с помощью реверсивного двоичного счетчика 4 и в зависимости от режима работы клапана 5 поступает на блок 7 коррекции сканирования -или блок 11 коррекции скорости, или блок 6 исходной установки перпендикуляра.

Блоки коррекции 7, 11 осуществляю преобразование кода рассогласования д, после чего код поступает на первый 8 и второй 12 цифроаналоговые преобразователи и корректирует работу блока 9 сканирования, двухкоордиQ5 0

5 п „

5

5

0

5

натной отклоняющей системы 10, блока 14 управления сервоприводом и бло-

1 о

ка и управления скоростью привода.

Устройство работает в двух режимах - режиме установки перпендикулярности развертки и стыка перед сваркой в начальной точке стыка и режиме слежения за стыком в процессе сварки.

В первом режиме луч выводится на стык путем задания напряжения, управляющего перемещением координатного стола по оси X (поперечной оси). При этом продольное перемещение отсутствует, развертка луча осуществляется подачей пилообразного напряжения V лишь на пластины X с амплитудой V0 , отрабатывается сигнал рассогласования Л, вызванный смещением по оси X.

Во втором режиме деталь начинает двигаться параллельно оси стыка

(ВДОЛЬ ОСИ Y) СО СКОРОСТЬЮ Vyg .

На каждом периоде развертки пилообразного напряжения V определяется сигнал рассогласования Д; и сравнивается с й- на предыдущем периоде. Если $ &-,.-&,(/- О, то нужно произвести поворот развертки сканирования и поворот оси, вдоль которой движется свариваемое изделие, на угол м , пропорциональный о .

Поворот развертки сканирования достигается подачей пилообразного напряжения на пластины, отклоняющие по X и Y с амплитудами (фиг. 3).

Vx V0 . cosy ;

Vy V0-sin ,Ш

Поворот оси движения изделия достигается подачей напряжения, управляющего движением сервопривода вдоль оси X (фиЈ. 4)

Uny /V / cosfl ,(2)

гду ипч напряжение управления приводом.

Угол определяется как (фиг.4) V arctg ;-- (3)

MV -I vl

где My - масштабный коэффициент.

Таким образом, на всех участках криволинейного стыка луч будет сканировать стык перпендикулярно к нему и точность определения Д и, следовательно, точность отслеживания криволинейных стыков возрастет.

Однако при воздействии сервоприводом только на перемещение сервопривода вдоль оси X суммарная скорость движения изделия будет зависеть от угл а поворота Ар и при аварке криволинейных стыков тепловложение на от- дельных участках шва будет не одина-- ковым. Чтобы избежать этого, необходимо производить коррекцию движения скорости и по оси Y.

Так из фиг. 5 видно, что для обеспечения одинаковой скорости Vae напряжения ,управляющие движением сервопривода по осям X и Y должны быть пропорциональны

U,

Vj .V40-sinjf ;

U

V4

V4

(4)

ny - Vy- COS 2f .

Выбор таких управляющих напряжений обеспечит одинаковое тепловложение на всем протяжении криволинейных стыков, следовательно, улучшится качество свариваемых соединений.

Примером схемной реализации вводимых блоков - клапана 5, блока установки перпендикуляра 6, блоков корреции сканирования 7 и скорости 11 является использование серийно выпускаемого микроконтроллера Электроника МС2702. При этом связь с выходом счетчика 4 и входами блоков сканирования 9 (по X и Y) управление сервоприводом 14 и блока 13 управления скоростью привода осуществляется с помощью двух схем, программируемых параллельных интерфейсов КР580ВВ55 по каналам 1А, 1В, 2А, 2В, 2С соответственно, а вход логического блока 3, сигнализирующего о наличии кода Д на выходе счетчика 4, подается на вход INT1 запроса прерывания микроконтроллера.

Алгоритм работы микроконтроллера приведен на фиг. 6, где М ц, масштабные коэффициенты.

Работа устройства испытывалась на электронно-лучевых установках, укомплектованных энергокомплексами ЭЛА 60/60, ЭАА 60/15. При углах поМу

10

15

20

25

30

35

40

45

ворота стыка ±45° обеспечивалось усч- тойчивое слежение с погрешностью +0,01 мм, при этом было получено высокое качество сварочных швов на всех участках криволинейного стыка.

Формула изобретения

1 .Устройство слежения за линией стыка при электронно-лучевой сварке, содержащее последовательно соединенные датчик вторичных электронов, усилитель, логический блок, двоичный счетчик, а также цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к входу блока управления сервоприводом и входу блока сканирования, выход которого соединен с входом двух- координатной отклоняющей системы электронно-лучевой сварочной пушки и вторым входом логического блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности отслеживания криволинейных стыков, оно снабжено блоком исходной установки перпендикуляра, клапаном и блоком коррекции сканирования, причем выход блока коррекции сканирования подсоединен к входу цифроаналогового преобразователя, а вход - к выходу блока исходной установки перпендикуляра, вход которого подключен к первому выходу клапана, а выход - к второму выходу клапана, первый вход которого соединен с выходом двоичного счетчика, а второй управляющий - с вторым выходом логического блока.

2. Устройство по п. 1, отличающее ся тем, что клапан выполнен с дополнительным третьим выходом и оно снабжено последовательно соединенными блоком коррекции скорости, вторым цифроаналоговым преобразователем и блоком управления скоростью привода, причем клапан выполнен с третьим входом, подключенным к входу блока коррекции скорости.

«og

фиг.З

ТЧ ,.

I

,

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для слежения за линией стыка при электронно-лучевой сварке. Цель изобретения - повышение точности отслеживания криволинейных стыков и повышение качества свариваемых соединений. Устройство содержит блок исходной установки перпендикуляра, клапан и блок коррекции сканирования. Выход блока коррекции сканирования подсоединен к входу первого цифроаналогового преобразователя, выход которого управляет сервоприводом. Повышение качества свариваемых соединений достигается введением последовательно соединенных блока коррекции скорости, второго цифроаналогового преобразователя и блока управления скоростью привода. Устройство позволяет добиться перпендикулярности сканирования луча на всех участках криволинейного стыка, увеличить точность совмещения луча со стыком, а также обеспечить одинаковое тепловложение на всем протяжении криволинейного стыка и повысить тем самым качество свариваемого соединения. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

ч

Фаг. 5

fНачалоJ

Переход 8резки ожидании

1

e fy/

Определение sinf и cos У соответстЗующеей

Vx cosr Vyi-fystnr

I

,, /

ит,ипд I Т

Й/л.