Датчик слежения за стыком Советский патент 1993 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к области автоматизации сварочного производства, в частности к датчикам положения свариваемого стыка изделия (заготовки).

. Известно устройство - аналог, содержащее датчик стыка, располагаемый над стыком заготовки с проводником для создания магнитного потока, вложенным внутрь стыкового зазора.

Недостатком аналога является его очевидная невозможность использования при контроле плотных стыковых соединений.

Известно устройство-прототип, содержащее автогенератор с чувствительным элементом (элементом слежения),

выполненным в виде катушки (обмотки), включенной в цепь колебательного контура автогенератора на транзисторе.

Недостаток прототипа - низкая чувствительность, особенно к плотным стыковым соединениям, обусловленная неполным включением датчика в цепь колебательного контура генератора, а также недифференциальной характеристикой чувствительного элемента.

Целью изобретения является увеличение чувствительности при работе на плотных стыках.

Эта цель достигается тем, что введен второй конденсатор, в качестве элемента

v4 00 СЛ 00 СЛ СЛ

слежения использован трансформатор с ферритовым сердечником в форме прямоугольного параллелепипеда, на котором намотаны возбуждающая обмотка и две измерительных обмотки, последние намотаны соответственно симметрично относительно плоскости,- параллельной граням сердечника и проходящей через его середину, возбуждающая и измерительные обмот- к и расположены во взаимно, перпендикулярных плоскостях, коллектор транзистора соединен через возбуждающую обмотку с вторым выводом источника питания, база транзистора соединена с общей точкой второго и третьего резисторов и соответственно через первый и второй конденсаторы с первыми выводами измерительных обмоток, вторые выводы которых соединены с общей шиной, коллектор транзистора соединен с выходом датчика слежения на стыком.

Датчик слежения за стыком показан на фиг.1,фиг.2а,б. На фиг.1 помещена электрическая схема; на фиг.2а указано расположение элемента слежения относительно заготовки, а также расположение обмоток; на фиг.26 приведена схема обмоток. Начала и концы обмоток элемента слежения обозначены соответственно m, n, k и т , n , k .

Датчик слежения за стыком содержит элемент слежения 1, сориентированный относительно заготовки 2 со стыком, обозначенным осью О-О1, измерительные 3 и возбуждающую 4 обмотки, причем измерительные обмотки 3 симметричны относительно плоскости, параллельной граням ферроеердечника 5, а обмотка 4 намотана равномерно на весь ферррсердечник 5, выполненный в виде прямоугопьного параллелепипеда. Возбуждающая обмотка 4 включена между вторым выводом источника питания Ек и коллектором транзистора 6. Параллельная RC-цепь 7 включена между эмиттером транзистора б и общей шиной. Второй 8 и третий 9 резисторы, включенные между вторым выводом источника питания Ек и общей шиной, образуют делитель напряжения, задающий постоянное .смещение базы транзистора б, которая соответственно через первый Ci и второй С2 конденсаторы соединена с первыми выводами измерительных обмоток 3, вторые выводы которых соединены с общей шиной.

Работа датчика слежения за стыком основана на использовании положительной обратной связи между обмотками элемента слежения 1, возникающей только посредством контуров вихревых токов кромок стыка, наводимых флюктуационными составляющими коллекторного тока и поддерживающими условия генерации на одной из выбранных рабочих частот, определенных преимущественно параметрами базовых цепей транзистора, а также так называемым

5 петлевым усилением схемы автогенератора, и осуществляется она следующим о.бра- зом.

В случае расположения оси стыка О-О1 строго между нижними участками измерио тельных обмоток 3 (фиг.2а) генерация в схеме датчика отсутствует, это обусловлено тем, что наводимые возбуждающей обмоткой 4 в поверхности заготовки 2 вихревые токи окажутся равными, как равными и ЭДС

5 в обмотках 3, которые взаимодействуют и друг с другом, предотвращай при этом возникновение процесса автогенерации в схеме, фиг.1. Отсутствует генерация в схеме на фиг.1 ив случае ухода элемента слежения 1

0 далеко из зоны стыка (на расстояния, превышающие размеры элемента слежения). Это обусловлено тем, что ЭДС в измерительных обмотках будут минимальными, поскольку на участке металла без стыка имеет

5 место зеркальное отражение контура обмотки 4 с минимальной плотностью вихревых витков в центре.

В случае нарушения симметрии расположения оси 0-0 относительно участков об0 моток 3, но не превышающего зоны их чувствительности, будет иметь место следующее: во-первых, возбуждающей обмоткой 4 на кромках стыкового соединения наве- дутся два вихревых тока взаимно .противо5 положного направления как результат известного эффекта вытеснения токов из центра участка на его периферию; во-вторых, плотность этих токов 4-у и -у окажется неодинаковой в силу

0. неравномерности площади перекрытия обмоткой поверхностей участков заготовки 2 вблизи стыка. Поэтому наводимые в обмотках 3 ЭДС окажутся неодинаковыми по величине и, кроме того, разного знака, что

5 способствует возникновению в одной из обмоток 3 такой ЭДС, при которой условия для самовозбуждения благоприятны. Так, например, если рассматривать случай, при котором (фиг,2а) ось стыка О-О1 окажется сдвинутой влево от оси симметрии участков 50 обмоток 3, то происходит следующее. Ток, протекающий через транзистор б и обмотку 4 от потенциальной шины источника питания Ек до общей шины (в том числе и через параллельную RC-цепь, обеспечивающую

5 режим работы схемы по постоянному току), флюктуирует, вызывая тем самым вихревые токи на участках заготовки 2, преимущественно вблизи оск стыка О-О1. Поскольку имеет место неравенство плотностей токов

/Ц-у/ /- у/, то это приведет к появлению . в одной из обмоток 3, обозначенной индексами k-k1, большей ЭДС, достаточной для возникновения положительной обратной связи в схеме датчика (фиг. 1) такой частоты, которая будет обусловлена реактивными параметрами обмотки с индексами k-k1, подключенной одним концом к общей ши не, а другим - через конденсатор С2 к базе транзистора 6. При этом, если имеет место соотношение, при. котором Ci Са, то частота генерации будет выше, чем в случае сдвига вправо: В свою очередь, амплитуда генерируемых схемой датчика колебаний будет зависеть не только от площади перекры- тия обмоток 4 кромок стыка заготовки 2, но и от зазора между заготовкой 2 и элементом слежения 1, Генерируемые датчиком колебания имеют синусоидальный вид, поскольку связь между обмотками 4 и 3 определяется в основном потерями в ме- ; талле заготовки 2 и не может превышать критическую.

Таким образом, с помощью сигналов, формируемых датчиком слежения за стыком, оказывается возможным судить о моменте выхода на стык, а тпкже оценивать рассогласования между элементом слежения и стыком, где направление отклонения учитывается частотой генерируемых колебаний, а степень отклонения - амплитудой этих колебаний. Дополнительным достоинством датчика является также возможность контролировать приближение элемента

слежения к одному из краев заготовки с учетом направления подхода.

Формула изобретения Датчик слежения за стыком, содержащий транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной через параллельную RC-цепь, источник питания, первый выход которого соединен с общей шиной непосредственно, а;второй -через соединенные последовательно второй и третий резисторы, элементслежения, первый конденсатор, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности при работе на плотных стыках, введен второй конденсатор, в качестве элемента слежения испрль- зован трансформатор с ферритовым сердечником в форме прямоугольного параллелепипеда, на котором намотаны возбуждающая обмотка и две измерительных обмотки, последние намотаны соответственно симметрично относительно плоскости, параллельной граням сердечника и проходящей через его середину, возбуждающая и измерительные обмотки расположе- ны во взаимно перпендикулярных плоскостях, коллектор транзистора соединен через возбуждающую обмотку с вторым выводом источника питания, база транзистора соединена с общей точкой второго и третьего резисторов и соответствен но через первый и второй конденсаторы с первыми выводами измерительных обмоток, вторые выводы которых соединены с общей шиной, коллектор транзистора соединен с выходом датчика слежения за стыком.

Изобретение относится к автоматизации сварочного производства, в частности к датчикам положения свариваемого стыка. Цель изобретения -. увеличение чувствительности при работе на плотных стыках, Датчик.слежения за стыком содержит транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной через параллельную RC-цепь, источник питания, первый выход которого соединен с общей шиной непосредственно, а второй через соединенные последовательно второй и третий резисторы, элемент сле- ж-ения, первый конденсатор. Новым является то, что введен второй конденсатор, в качестве элемента слежения использован трансформатор с ферритовым сердечником в форме прямоугольного параллелепипеда, на котором намотаны возбуждающая обмотка и две измерительные обмотки. Последние намотаны симметрично относительно плоскости, параллельной граням сердечника и проходящей через его середину. Возбуждающая и измерительные обмотки расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Коллектор транзистора соединен через возбуждающую обмотку с вторым выводом источника питания. База транзистора соединена с общей точкой второго и третьего резисторов и соответственно через первый и второй конденсатор с первыми выводами измерительных обмоток, вторые выводы которых соединены с общей шиной. Коллектор транзистора соединен с выходом датчика слежения за стыком. 2 ил. СЛ G