Устройство для слежения за стыком Советский патент 1982 года по МПК B23K9/10 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛЕЖЕНИЯ ЗА СТЫКОМ

1

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно кавтоматизации сварочных процессов.

Известны многочисленные способы и устройства для слежения за стыком и для пространственной ориентации рабочего инструмента относительно стыка, в которых в качестве источников информации о состоянии стыка кромок изделия применяются копирные элементы, излучение изотопов, разность температур кромок, фотоэлектрические, электромагнитные датчики и т.д. 1.

Однако известные способы и устройстйа либо не отвечают требованиям надежности, точности управления, либо не отвечают требованиям надежности, точности управления, либо могут быть применимы лишь к конкретным условиям caapO4HoVo процесса и видам сварки, либо сложны и дороги в обслуживании и эксплуатации.

Известно устройство для пространственной ориентации рабочего инструмента, в частности устройство для слежения за стыком, содержащее двухканальный регулятор с электромагнитным датчиком слежения за стыком, жестко связанным со сварочной головкой и выполненным в комбинации с датчиком превыш.ения кромок, регулируемые уставки и промежуточные усилители с фазочувствительными выпрямителями в каждом из каналов, а также

10 сумматор, усилитель мощности и исполнительный привод, регулятор снабжен дополнительными быcтpoдeйctвyющими приводами настройки уставки датчика по каждому из каналов, выполнен15ных насыщающимися, а на входе сум- . матора установлен логический блок И-ИЛИ с пороговым коммутатором, переключающий выходы фазочувствительных выпрямителей на опорные цепи двигате20лей дополнительных приборов до момента выхода усилителя из насыщения 2.

Однако при слежении с электромагнитным датчиком, жестко связанным со сварочной головкой, для обеспечения задаваемой технологическими требо ваниями точности слежения в пределах t{0,32 - 0,2) мм и достаточной помехозащищенности необходимым требованием является минимальное расстояние датчик-изделие. С уменьшением га баритных размеров датчика, вызванных наличием прижимных устройств, эти требования еще более ужесточаются. Компенсация сигнала превышения кромок ввиду нелинейности характеристик датчика может быть обеспечена принципиально лишь при получении сиГ нала компенсации с самого датчика. Наиболее уязвимым местом всех электромагнитных датчиков является именно превышение кромок, а также действие помех электромагнитного поля дуги, изменения магнитных свойств контролируемого материала изменение взаимного положения кромок и т.д. Для компенсации сигналов превышения кромок данное устройство снабжено допол ниteльным датчиком превышения кромок и целым рядом механизмов и узлов, а также для исключения возмущений по каналам дополнительным быстродейству щим приводом, которые значительно за громождают пространство около горелки, затрудняя наблюдение за сварочной ванной. Цель изобретения - повышение точности слежения и помехоустойчивости работы исполнительного привода. Поставленная цель достигается тем что в устройство введены шаговый дви гатель, связанный с электромагнитным датчиком, преобразователь сигнала датчика, блок коммутации, арифметиче кий блок блок ключей, преобразователь аналог-число, командоаппарат и блок частот, при этом выход электромагнитного датчика подключен ко вхо-45 ду преобразователя сигнала датчика, первый выход которого подключен к входу арифметического блока через последовательно включенные пороговый элемент и блок ключей, а второй вы. ход преобразователя подключен к входу арифметического блока через последовательно включенные блоки коммутации, преобразователь анало -число и блок ключей, вход командоаппарата подключен к одному из выходов блока , а выходы командоаппарата соединены со входом шагового-двигателя, с другими входами блока коммутации и со 5( входами блока ключей, другие выходы блока частот подключены к входу шагового двигателя, к входу преобразователя аналог-число и к входу блока ключей, а рыход арифметического блока через усилитель мощности подключен к исполнительному приводу. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - выходные сигналы электромагнитного датчика и диаграммы, поясняющие принципы управления. Устройство состоит из датчика 1, шагового двигателя 2, преобразователя сигнала датчика 3, порогового элемента 4, блока коммутации 5, командоаппарата 6, блока частот 7. блока ключей 8, преобразователя аналог-число 9, арифметического блока 10, усилителей мощности 11 и 12 соответственно вертикального и горизонтального перемещения, исполнительных приводов 13 и Т вертикального и горизонтального перемещения соответственно. Устройство работает следующим образом. Датчик 1 (фиг. 1) перемещается в поперечном относительно стыка направлении с помощью шагового двигателя 2. В этом случае на выходе датчика 1 имеется сигнал U х(1)(фиг. 2а) Этот сигнал преобразуется преобразователем 3 в форму и(х) (фиг. 26). удобную для дальнейшей обработки. С выхода преобразователя 3 сигнал U(x) поступает на пороговый элемент , который в простейшем случае может состоять из одного триггера Шмидта, порог срабатывания которого в простейшем же случае целесообразно выбрать на уровне нулевого значения выходного сигнала U(8) преобразователя 3 (фиг, 2в); на блок коммутации 5, работа которого основана на принципе коммутации лишь максимальных амплитудных значений U(x) выходного сигнала преобразователя 3. Дальнейшей обработкой выходного сигнала преобразователя 3 управляет командоаппарат .6. Для объяснения общего алгоритма обработки выходного сигнала преобразователя 3 рассмотрим простейший пример реализации. Допустим: .а) полный период П колебательного движения датчика 1 разбит на 200 равных частей, каждой из которух соответствует временной интервал 1 FT где F тактовая частота, поступаю щая на вход командоаппарат 6 из блока частот 7. Эта частота определяется из выражения . . Г V. полный период колебагде 200 тельного движения датч ка 1 ; амплитуда колебания да чика 1, которую выбира равной или больше вели ны отрезка между макси мальными значениями. и(х)мпуг выходного сиг Nvqit выходного сиг ла датчика 1; скорость движения датч ка 1, которую принимаю например, постоянной. (1) в (2) получим Подставляя 200.УО| JM: f - 2-А А. пуск системы осуществляется с одновременной установкой всех счетны и запоминающих элементов системы в нулевое положение; в)все измерения и выполнение опе . рации по заданным алгоритмам производят за первые полпериода движения датчика 1 в его колебательном движе НИИ. За вторые полпериода производит ся отрабатывание полученных результа тов иtпoлнитeльными приводами Т сварочной головки с одновременнь1м выполнением операции по алгоритмам коррекции; г)движение датчика 1 начинается с крайнего положения (т. XQ амплитуды на фиг. 2). Командоаппарат 6 вырабатывает потенциалы, управляющие работой блока коммутации 5 и блока ключей 8, соответствующие нижеупомянутым временным интервалам. С выхода 01 командоаппарата 6 на вход блока коммутации 5 поступает разрешающий, потенциал (фиг. 2г), соответствующий временному интервалу между первым и десятым импульсом тактовой частоты (в последствии ). На протяжении это го временного интервала чердз блок коммутации 5 в преобразователь аналог-число 9 с выхода преобразователя 3 поступает сигнал, максимальный по амплитудному значению U(x)., преобразующийся в преобразователе аналог-число 9 в пропорциональную ему пачку импульсов с частотой F1. Частота F1 выбирается так, чтобы при максимальном значении сигнала U(x). на выходе преобразователя 3 количество икпульсов N в пачке на выходе преобразователя аналог-число 9 не превышало числа Д - максимальное число импульсов, которое может быть занесено в реверсивные счетчики PC арифметического блокд 10. Этот же потенциал поступает на блок ключей 8, разрешая прохождение импульсов с выхода преобразователя аналог-число 9 (фиг. 2д) через блок ключей 8 -на суммирующие входы реверсивных счетчиков РС1 и РС2(фиг. 2е) арифметического блока 10, В реверсивных счетчиках РС1 и PG2 запоминается (фиг, 2е) число, пропорциональг, ное и (фиг, 26). С выхода 02 командоаппарата 6 на вход блока коммутации 5 и блока ключей 8 поступает разрешающий потенциал tgg-tgg (фиг. 2ж), производящий действия, аналогичные .описанным по потенциалу , с той лишь разницей, что пачка импульсов, пропорциональная (x)q.j. (фиг. 26), поступает на вычитающий вход РС2 и суммирующий вход реверсивного счетчика РС4 арифметического блока 10 (фиг. 2з). С выхода 03 командоаппарата 6 на блок ключей 8 поступает потенциал 2и) , который при совпаt -t g чФиг. ении с разрешающим потенциалом порогового элемента t (фиг. 2в) пропускает с блока частот 7 на суммируюий вход реверсивного счетчика РСЗ рифметического блока 10 (фиг. 2к) пачку N1 импульсов, пропорциональную времени разрешающего потенциала на выходе порогового элемента j с частотой F2. Частота F2 задается выражениеммаксимальное число импульсов, которое может быть занесено в реверсивные счетчики арифметического блока 10. С выхода Qk командоаппарата 6 на лок ключей 8 поступает разрешающий отенциал 1х,п(фиг. 2л), который проускает с блока частот 7 через блок лючей 8 на вычитающие входы реверивных счетчиков РС1 и PC пачку им7 ,9 пульсов (фиг, 2м), пропорциональную опорному сигналу UQ с частотой F3. Частота F3 задаетря таким образом, чтобы за время действия разрешающего потенциала через блок ключей8 успела пройти с,блока частот 7 пачка импульсов, равная KMOICC С выхода 05 командоаппарата 6 на блок ключей 8 поступает разрешающий потенциал tge (фиг. 2и), который про пускает через блок ключей 8 на вычитающий вход реверсивного счетчика РС пачку импульсов с блока частот 7 пропорциональную опорному времени движения датчика 1 (фиг. 2о) с частотой Ft. Частота F задается таким образом, чтобы за время действия раз решающего потенциала tgg через блок ключей 8 успела пройти с блока частот 7 пачка импульсов, равная F2, bMkt (6) Таким образом, к приходу разрешаю щего потенциала командоаппарата 6 в реверсивных счетчиках арифметического блрка 10 записываются числа и выполняются с ними-операции соглас но следующим алгоритмам: в РС1 и (х) в РС2 и (х)д. UMdXc в РСЗ N1Nion в PC u(x) Uon В случае превышения кромок друг относительно друга производится по разрешающему потенциалу t коррекция, т.е. в зависимости от знака РС2 поступает либо на вычитающий вход РСЗ, либо на его суммирующий вход пачка импульсов, равная числу в РС2 с частотой F3. Тогда в РСЗ записано число, равное в РСЗ N, - МюпЗ - tu (х)м«к.о- и (х). С выходе об командоаппарата 6 на ключи 8 поступает потенциал разрешающий прохождение импульсов частотой F5 через РС1 либо через PC в зависимости от знака в РС2, реализуя временной интервал {. (Крс4.) 6 где К PC4 числа, записанные в счетчиках РС1 и PC, во время которого движется вертикального перемещения в направлении, зависящем от знака в РСЦРС)), т.е. в сторону 08 ликвидации возникшего возмущения дН. При этом частота F5 задается согласно выражению . F5 ; (10) ПР.6 где Н - максимально допустимая величина дугового промежутка; npfe орость привода вертикального перемещения. С выхода 07 командоаппарата 6 тот же потенциал t., разре.шает прохождение импульсов частотой F6 через суммирую1щий либо вычитающий, в зависимости от знака в РСЗ, вход РСЗ, реализуя временной интервал 1- - fii -;F6 где К PC,,, - число, записанное в РСЗ, во время которого привод горизонтального перемещения движется в направлении, зависящем от знака в РСЗ, т.е. в сторону ликвидации возникшего возмущения лХ, а частота F6 задается согласно выражению F6 . (12) где Vpip - скорость привода горизонтального перемещения. С выхода 08 командоаппарата 6 на шаговый привод 2 поступает .разрешающий потенциал ,jQQ , обеспечивающий такой порядок следования импульсов с блока частот, 7, при котором датчик 1 движется слева от точки Х направо. При действии разрешающего потенциала tig -tijjjp датчик 1 движется справа налево. Точность регулирования составляет t0,2 мм при действии различных возмущающих факторов, таких как изменение физических свойств, взаимное изменение кромок стыка, изменение толщин контролируемого материала и т.д. Формула изобретения Устройство для слежения за стыком, преимущественно с пространственной ориентацией рабочего инструмента, содержащее электрически соединенные электромагнитный датчик, пороговый элемент, усилитель мощности и исполнительный привод, отличающееся тем, что, с целью повышения точности слежения и помехоустойчивости работы исполнительного привода, в устройство введены шаговый двигатель, связанный с электромагнитным

датчиком, преобразователь сигнала датчика, блок коммутации, арифметическ(й блок, блок ключей, преобразователь аналог-число, командоаппарат и блок частот, при этом выход электро- 5 магнитного датчика подключен ко входу преобразователя сигнала датчика, первый выход которого подключен к входу арифметического блока через последовательно включенные пороговый элемент to и блок ключей у а второй выход прёс разователя подключен к входу арифметического блока через последователь- . но включенные блоки коммутации, преобразователь аналог-число и блок кЛю- is чей, вход командоапаарата подключен к дномуиз/выходов блока частот, а выходы командоаппарата соединены со входом шагового двигателя с другими входами блока коммутации и со входами блока ключей, другие выходы блока частот подключены к входу шагового двигателя, к входу преобразователя аналог-число,и к входу блока ключей, а выход арифметического блока через усилитель мощности подключен к исполнительному приводу. / i Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

м

Jif hoKC t-f/f.

Н

S г S е

К

3

и к л и н о

lilllHIliL

JL

{)мокс

х.ин