Устройство для измерения положения оси привариваемого ребра к листу из немагнитного материала Советский патент 1990 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к контролю сварочных работ и может быть использовано, в частности, для электроннолучевой сварки изделий из немагнитных материалов (титан, его сплавы и т. д.).

Цель изобретения - повышение точности определения положения оси закрытого стыка при сварке немагнитных материалов.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема синхронного фильтра; на фиг. 3 - схема распределителя импульсов; на фиг. 4 и 5 - диаграммы работы узлов устройства.

Устройство содержит (фиг. 1) генератор 1 прямоугольных импульсов, распределитель 2 импульсов, генератор 3 синусоидального напряжения, преобразователь 4 напряжение- ток, преобразователь 5, сумматор 6, синхронный фильтр 7, инверторы 8 и 9, дополнительные ключи 10-13, две схемы 14 и 15 сравнения, источник 16 опорного напряжения, интегратор 17 с ключом 18. и- нератор 19 тактовых импульсов, триггер 20 с раздельными входами, схему 21 совпадения на два входа, генератор 22 образцовой частоты, счетчик 23 импульсов, блок 24 цифрового отсчета с ключом 25. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов подключен ко входу распределителя 2 импчльсов. первый выход которого связан с входом генератора 3 синусоидального напряжения, четыре последующих выхода подключены к управляющим входам синхронного фильтра 7, а шестой и седьмой его выходы подсоединены к управляющим входам первых двух дополнительных ключей 10 и II. Выход генератора 3 синусоидального напряжения через преобразователь 4 напряжение

СП

4 О СО

оо

ток подключен к входу преобразователя 5, выходы измерительных обмоток которого подсоединены к входам сумматора 6 на два входа. Выход последнего связан с входом синхронного фильтра 7, выход которого под- ключей к сигнальным входам двух дополнительных ключей 10 и 11, причем к ключу 10 непосредственно, а к ключу 11 через инвертор 8. Выходы дополнительных ключей 10 и 11 объединены и подсоединены к одному из входов первой схемы 14 сравнения и к входам ключей 13 и 12, причем, если к входу ключа 13 непосредственно, то к входу ключа 12 - через инвертор 9. Прямой выход первой схемы 14 сравнения подключен к управляющему входу дополнитель- ного ключа 12 и к входу индикатора знака блока 24 цифрового отсчета. Инвертирующий выход первой схемы 14 сравнения подсоединен к управляющему входу дополнительного ключа 13. Источник 16 опорного напряжения через интегратор 17, шунтируемый ключом 18, управляющий вход которого подключен к выходу генератора 19 тактовых импульсов, подсоединен к первым входам схем 14 и 15 сравнения. Второй вход схемы 15 сравнения подключен к объ- единенным вместе выходам второй пары дополнительных ключей 12 и 13,. а выход второй схемы 15 сравнения подключен к установочному входу триггера 20, прямой выход которого подсоединен к одному из входов схемы 21 совпадения на два входа, второй вход которой связан с выходом генератора 22 образцовой частоты. Выход схемы 21 совпадения подключен к входу счетчика 23 импульсов, сбросовый вход которого объединен со сбросовым входом триггера 20 и подключен к выходу генератора 19 тактовых им- пульсов. Выход счетчика 23 импульсов подсоединен к входу блока 24 цифрового отсчета, подключенному через ключ1 25, управляющий вход -которого связан с инвертированным входом триггера 20, к источнику питания. Преобразователь 5 выполнен на Ш-образном сердечнике из магнитного материала с большой магнитной проницаемостью, на среднем стержне которого размещена питающая обмотка, а на двух крайних - измерительные обмотки, включенные встречно.

Синхронный фильтр 7 содержит (фиг. 2) две схемы 26 и 27 выборки и хранения, два включенных в кольцо интегратора 28 и 29 и два ключа 30 и 31, причем вхоа первого интегратора является входом синхронного фильтра 7, подключенного к выходу сумматора 6. Выход второго интегратора 29 подключен к параллельно включенным двум схемам 26 и 27 выборки и хранения, выходы которых связаны с соответ- ствующими сигнальными входами двух ключей 30 и 31. Выходы последних объединены и подсоединены к соответствующим входам интеграторов 28 и 29. Управляю

0

0 5 0 5 0 5

р-

0

щие входы схем 26 и 27 выборки и хранения и ключей 30 и 31 являются входами синхронного фильтра, подсоединяемыми к соответствующим выходам распределителя 2 импульсов. Выходом синхронного фильтра 7 является выход схемы 26 выборки и хранения.

Устройство работает следующим образом.

Распределитель 2 импульсов, тактируемый генератором 1 прямоугольных импульсов, осуществляет управление синхронным фильтром 7, дополнительными ключами 10 и И и генератором 3 синусоидального напряжения. Выходное напряжение этого генератора преобразуется преобразователем 4 напряжение-ток в ток, поступающий в питающую обмотку преобразователя 5. Напряжение, снимаемое с измерительных обмоток преобразователя 5, складывается в сумматоре 6. Так как измерительные обмотки включены встречно, то на выходе сумматора 6 присутствует разностный сигнал, содержащий информацию об асимметрии магнитного поля преобразователя 5. Выходной сигнал этого преобразователя представляет собой сумму двух ортогональных составляющих, одна из которых (косинусоидаль- ная) несет информацию о перекосе оси преобразователя 5 относительно оси закрытого стыка, а другая (синусоидальная) составляющая - о параллельном смещении оси преобразователя относительно оси закрытого стыка. С помощью синхронного фильтра 7 выделяется только, последняя составляющая, что позволяет теоретически полностью исключить погрешность измерения от перекоса осей датчика и закрытого стыка и за счет этого повысить точность преобразования. Выходной сигнал синхронного фильтра преобразуется в постоянное напряжение положительной или отрицательной полярности в зависимости от смещения оси преобразователя 5 относительно оси закрытого стыка вправо или влево. Эту операцию осуществляет совокупность инвертора 8 и ключей 10 и 11. Схема 14 сравнения определяет полярность этого напряжения и выдает информацию о знаке отключения оси преобразователя 5 относительно оси закрытого стыка на блок 24 цифрового отсчета и на дополнительные ключи 12 и 13. Совокупность элементов - инвертора 9 и дополнительных ключей 12 и 13 осуществляет выделение сигнала положительной полярности, пропорционального абсолютному значению отклонения оси преобразователя 5 относительно оси закрытого стыка. Этот сигнал поступает на вход схемы 15 сравнения, где сравнивается с пилообразным напряжением, которое формируется за счет интегрирования постоянного напряжения с выхода источника 16 опорного напряжения интегратором 17, шунтируемым ключом 18. Таким образом, на выходе триггера 20, управляемого схемой 15 сравнения, формируется интервал времени, пропорциональный величине отклонения оси преобразователя 5 относительно оси закрытого стыка. С помощью схемы 21 совпадения на два входа этот интервал времени заполняется импульсами генератора 22 образцовой частоты. Количество импульсов за этот интервал времени подсчитывается счетчиком 23 импульсов и регистрируется блоком 24 цифрового отсчета. Генератор 19 тактовых импульсов производит разряд интегратора 17 ключом 18 и сброс в нулевое состояние счетчика 23 импульсов и триггера 20 с раздельными входами. При переходе триггера 20 в нулевое состояние открывается ключ 25 и разрешает индикацию результатов измерения после окончания подсчета импульсов.

Синхронный фильтр (фиг. 2) работает следующим образом. Два включенных в кольцо интегратора 28 и 29 обеспечивают подавление всех гармоник сигнала кроме основной информативной, содержащей синусоидальную и косинусоида.чьную составляющие. Вследствие нротшюфазности работы схем 26 и 27 выборки и хранения они запоминают соответственно значения си- нусоидальной и косинусоидальной составляющих основной частоты. Синусоидальная составляющая с выхода схемы 26 выборки и хранения используется для дальнейшей обработки. Совокупность ключей 30 и 31 и соответствующих связей обес- почивает линейную импульсною обратную связь с выходов схем 26 и 27 выборки и хранения на входы интеграторов 28 и 29. Эта связь позволяет повысить точность работы синхронного фильтра.

Схема распределителя импульсов 2 (фиг. 3) содержит шестиразрядный двоичный счетчик импульсов и логическую схему, реализованную на элементах И, И- НЕ и НЕ. На фиг. 4 приведены временные диаграм- мы работы распределителя импульсов 2. Импульсы с выходов ТИ1-ТИ7 представлены (фиг. 4) в виде напряжений lv,4 - соответственно. Выходы распределителя импульсов ТИ1 -- ТИ5 управляют работой синхронного фильтра 7 (фиг. 2). Последова- тельности импульсов ТИ2, ТИЗ управляют фазой и амплитудой выходного сигнала генератора 3 синусоидального напряжения. Сигналы с выходов ТИ6 и ТИ7 управляют работой дололнительных ключей 10 и I 1 соответственно.

Временные диаграммы, поясняющие работу синхронного фильтра приведены на фиг. 5. Здесь LV - входной сигнал, поступающий на интегратор 28; L I.M, - выходной сигнал этого интегратора 28; U...,TL - выходной сигнал интегратора 29, i:,,,4, (. UiiuM, Ui««- - сигналы, соответствующие сиг- налам ТИ1, ТИ2, ТИ4, ТИ5 (фиг. 2); - выходной сигнал схемы 27; U°c - выходной сигнал ключей 30 и 31; Ьвы выходной сигнал синхронного фильтра.

Сигналы I L.-Ч и I ,.N--J противофазны. Однако сдвиг фаз между соседними импульсами этих последовательностей 90° (фиг. 5). Таким образом, управляемые этими сигналами СВХ-27 и СВХ-26 запоминают синусоидальные и косинусоидальные составляющие соответственно.

Таким образом, .предлагаемое устройство обладает более высокой точностью в определении положения оси закрытого стыка, чем известное, так как оно практически нечувствительно к перекосу оси преобразователя относительно оси закрытого стыка. Это достигнуто за счет введения в схему синхронного фильтра. Кроме того, введение преобразователя напряжение - ток позволяет снизить температурные погрешности, возникающие вследствие изменения активного сопротивления питающей обмотки преобразователя при изменении температуры окружающей среды. Применение предлагаемого устройства дает большой эффект народному хозяйству за счет возможности применения электронно-лучевой сварки закрытых стыков для деталей ответственного назначения in титаня и его сплавов.

Формула изобретения

. Устройство для измерения положения оси привариваемого ребра к листу из немагнитного материала, содержащее преобразователь, генератор синусоидального напряжения, источник опорного напряжения, интегратор, две схемы сравнения, триггер, генератор образцовой частоты, генератор тактовых импульсов, схему совпадения, счетчик импульсов, блок цифрового отсчета и ключ, причем выход источника опорного напряжения подключен к первому входу интегратора, а выход генератора тактовых импульсов подключен к сбросовым входам триггера и счетчика импульсов, выход интегратора подключен к первому входу второй схемы сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения положения оси закрытого стыка, в него введены генератор прямоугольных импульсов, распределитель импульсов, преобразователь напряжения в ток, сумматор, синхронный фильтр, два инвертора, второй ключ и четыре дополнительных ключа, причем выход генератора прямоугольного н.,- пряжения подключен к входу распределителя импульсов, первый выход которого связан с входом генератора синусоидального напряжения, четыре следующих подключены к управляющим входам синхронно: о фильтра, а шестой и седьмой выходы подсоединены к управляющим входам первых двух дополнительных ключей, выход генератора синусоидального напряжения через преобразователь напряжения в ток соединен с питающей обмоткой преобразователя, измерительные обмотки которого соединены встречно и подключены через сумматор на вход синхронного фильтра, выход которого подключен к сигнальным входам первых двух дополнительных ключей, причем к первому непосредственно, а к второму - через первый инвертор, соединенные вместе выходы первого и второго дополнительных ключей соединены с сигнальными входами третьего и четвертого дополнительных ключей, причем с выходом третьего - непосредственно, а второго - через второй инвертор, выходы первых двух дополнительных ключей подключены также к первому входу первой схемы сравнения, прямой выход которой подключен к управляющему входу четвертого дополнительного ключа и к входу индикации знака блока цифрового отсчета, а инвертирующий выход - к управляющему входу третьего дополнительного ключа, второй вход первой схемы сравнения подключен к общему потенциалу схемы устройства, выходы третьего и четвертого дополнительных ключей объединены и подключены к второму входу второй схемы сравнения, выход которой соединен со сбросовым входом триггера, выход генератора тактовых импульсов через второй ключ под0

соединен к второму входу интегратора, преобразователь выполнен на ИЬобразном сердечнике из магнитного материала с большой магнитной проницаемостью, на среднем стержне которого размещена питающая обмотка, а на двух крайних - измерительные обмотки

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что синхронный фильтр содержит две схемы выборки и хранения, два интегратора и два ключа, причем первый вход первого интегратора является входом синхронного фильтра, выход второго интегратора подключен к второму входу первого интегратора и к объединенным информационным входам схем выборки и хранения, выходы которых соединены с .соответствующими сигнальными входами двух ключей, управляющие входы которых также, как управляющие входы схем выборки и хранения, являются1 управляющими входами синхронного фильтра, объединенные выходы ключей соединены с первым входом второго и с третьим входом первого интеграторов, второй вход второго интегратора соединен с выходом первого интегратора, выходом 5 синхронного фильтра служит выход первой схемы выборки и хранения.

5

0

28

г

Выход о

29

26

-Э

30

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматизации процесса электронно-лучевой сварки изделий из титана и его сплавов. Изобретение позволяет повысить точность определения положения оси привариваемого ребра к листу путем автоматизации процесса электронно-лучевой сварки и улучшить его качество. Для достижения цели в устройство введены генератор прямоугольных импульсов, распределитель импульсов, преобразователь напряжение-ток, сумматор, синхронный фильтр, инверторы и дополнительные ключи. Благодаря введению указанных элементов и связей между ними исключается влияние при измерении перекоса оси преобразователя по отношению к положению оси "закрытого" стыка. Синхронный фильтр содержит две схемы выборки и хранения, два интегратора и два ключа. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

27

31

Фаг.1

Фиг.З

Umm1

иинтг,

%/л

OE

Ч$и,

Убыл %r.f

Ь

л