Устройство для слежения по стыку

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 25 А1 (19) (П) С59 4 В 23 К 9/1О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 7, К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4085115/31-27 (22) 09.07.86 (46) 30,04.88, Бюл. У 16 (71) Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР (72) В.В,Васильев, С.Н.Даниляк, Ю.П.Ройко, А.П.Ильчишин, И.А.Поплавский и И.А.Ропало (53) 621.791.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1207678, кл. В 23 К 9/10, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ СЛЕЖЕНИЯ ПО СТЫКУ (57) Изобретение относится к автоматизации производственнык процессов и может быть использовано для автоматического направления сварочной горелки по линии свариваемого соединения.

Оно обеспечивает повышение качества сварки путем выработки сигналов, кор— ректирующих 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 выделение 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, 1391825

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов и мо; жет быть использовано для автоматического направления сварочной головки по линии свариваемого соединения.

Целью изобретения является повышение качества сварки за счет повышения точности слежения.

На фиг. 1 представлена фукциональ- 10 ная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 и 3 — схемы конструктивного выполнения сварочной горелки и сканирующего фотодатчика; на фиг. 4-! вариант выполнения схемы сравнения, 15

Генератор 1 тактовых импульсов

1 связан с информационным входом первой ключевой схемы.2. Выход первой

1 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 25 источника 8 излучения. Вход первого элемента 9 задержки через первый переключатель 10 связан с шиной 11 питания, а его выход связан с Sвходом 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.

Прямой выход второго. триггера 13 связан с управляющим входом второй клю-. чевой схемы 5, с управляющим входом третьей ключевой схемы 16, а также с управляющим входом второй схемы 17 40 сравнения. Инверсный выход второго триггера 13 связан с управляющим входом четвертой ключевой схемы 18, а также с управляющим входом первой схемы 19 сравнения. Информационные 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 50 связан с информационным входом первои схемы 19 сравнения. Выход четвертой ключевой схемы 18 через инвертирующий усилитель 23 связан с информационным входом второй схемы 17 сравнения. Вы- 55 ходы первой и второй схем 19 и 17 сравнения связаны с входами третьего триггера 24, прямой выход которого связан с первым входом первой схемы

И 6, входом третьего элемента 25 задержки и управляющим входом второго буферного регистра 26. Инверсный выход третьего триггера 24 связан с первым входом второй схемы И 7, вхо дом второго элемента 27 задержки и управляющим входом первого буферного регистра 28. Информационный 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 цифроаналогового преобразователя 30, Информационный вход второго счетчика

31 связан с выходом второй схемы И

7, а его управляющий вход связан с выходом третьего элемента 25 задержки, Выходы второго счетчика 31 через второй буферный регистр 26 связаны с . входом второго цифроаналогового преобразователя 32, Выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей 30 и 32 связаны с входами дифференциаль ного 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 непрерывной последовательности прямоугольных импульсов с частотой F, Первая и вторая ключевые схемы

2 и 5 предназначены для управления пропусканием импульсов с выхода генератора 1 тактовых импульсов на вход источника 8 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 модуляции F при сканировании в передней полуплоскости, а также приема ИК-излучения от сварного-шва при сканировании в задней полуплоскости.

Третья и четвертая ключевые схемы

16 и 18 предназначены для поочередного пропускания сигналов с выхода приемника 20 излучения на соответствующие схемы обработки при сканиро1391825 вании фотодатчиком в передней и задней полуплоскостях стыка свариваемых деталей.

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 четвертый переключатели

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

Первый элемент 9 задержки предназначен для задержки импульса пуска устройства на время, за которое сварочная горелка 36 производит сварку свариваемых деталей на расстояние, отделяющее сварочный 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. Селективный 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 ?2 предназначен для детектирования сигналов с частотой Г 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, содержащей усилитель 4 1, амплитудный 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 сигнала, определяющего момент прохождения сканирующим фотодатчиком средины сваренного шва (максимума

5 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 пифровых кодов, значения которых опреде25 ляют местоположение сварочной горелки 36 относительно средины стыка свариваемьм 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. Первый и второй буферные регистры 28 и 26 предназначены для временного хранения IJHApoBblx кодов, записанных в первом и втором счетчиках 29 и 31.

Дифференциальный усилитель 33 пред. назначен для нахождения разности входных сигналов, т.е. сигнала, величина которого и знак однозначно определяют отклонение сварочной горелки 36 от середины стыка свариваемьм деталей.

Этот сигнал является управляющим для схемы 34 управления приводом

45 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 выполнен с применением шагового двигателя с редуктором.

1391825

Схема 3 управления приводом 4 сканирования представляет собой схему управления шаговым двигателем и состоит из распределителя импульсов и усилителей мощностй, подключенных к соответствующим обмоткам управления

;шагового двигателя привода 4 скани, рования.

Источник 8 и приемник 20 излучения в совокупности образуют сканирующий фотодатчик, они расположены на одной оси 40 и защищены от излу чения сварочной дуги экраном 44, ко1 торый выполнен в виде полого цилинд9 ра покрытого изнутри светлопоглощающим материалом. Световод 38 охватывает по периметру источник 8 излучения. Источник 8 и приемник 20 излучения связаны с остальной схемой при 20 .,ïîMoùè кольцевых контактных площадок, 45 и скользящих металлических лепест ковв 46.

Устройство работает следующим об разом. !

Первоначально сварочная горелка

36 устанавливается в исходной точке, начала сварочного процесса. Сканирую. щий фотодатчик устанавливается в т.C при этом третий переключатель 14 зам- gp 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, устанавливающий первый триггер 12 в единичное состояние.

Первый элемент 9 задержки задерживает входной сигнал на время, за которое сварочная горелка производит сварку снариваемых деталей на расстояние, отделяющее сварочный электрод 39 от оси 40 сканирующего фото-. датчика. Сигнал на выходе первого . триггера 12.разрешает прохождение импульсов с частотой Р с генератора

1 тактовых импульсов на вход схемы 3 управления приводом 4 сканирования через первую ключевую схему 2. При55 вод 4 сканирования начинает перемещать фотодатчик вокруг сварочной горелки 36 с постоянной скоростью, определяемой 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 оптического сигнала. Чем больший по интенсинности 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 ИКизлучения минимальна, а значит и величина сигнала на выходе приемника

20 излучения также минимальна, На выходе селективного усилителя 21 присутствуют лишь сигналы с частотой

Р, на которую настроен селективный усилитель 21. Наличие селективного усилителя 21 существенно повьппает помехозащищенность работы всего устройства, и .тем самым, повьппает точность слежения эа стыком sa счет отсутствия сбоев, снязанных с приемом оптического ИК-излучения сварочной дуги.

С выхода селективного усилителя

21 сигналы поступают на вход амплитудного детектора ?2, который производит их детектирование и инверсию продетектированного 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 Ci 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 закрыванию диода Л)2 амплитудного детектора 42 и срабатыванию компаратора 43. На ем13918 кости 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 1п тактовых импульсов через первую схему И 6 на ийформационный вход первоС

ro счетчика 29. Этот же сигнал произ. водит запись информации с второго счетчика 31 во второй буферный регист15

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 первый счетчик 29 начинают поступать импульсы с выхода генератора 1 тактовых импульсов.

При достижении фотодатчиком т.D срабатывает 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 срав4 нения и производит обнуление амплитудного детектора 42.

При приближении фотодатчика к т.А, имеющей максимальную температуру, на вход приемника 20 излучения пос45 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 продвижении фотодатчика оно возрастает, так как уменьшается интенсивность принимаемого ИК-излучения. Инвертирующий усилитель 23 инвертирует это напряжение.

Выходное напряжение с инвертирующего усилителя 23 поступает на ин-, 25 8 формационный вход второй схемы 17 сравнения, которая вырабатывает сиг. нал 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 инверсный выход — в единичное, что в свою очередь, запрещает прохождение импульсов с генератора 1 тактовых импульсов на информационный вход первого счетчика 29 и разрешает их прохождение на информационный вход второго 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 информационный 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 горелка 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 вырабатывает сигнал рассогласования этих напряжений.

При отклонении сварочной горелки

36 от центрального положения(дуга АВ будет меньше по величине чем дуга

ВА) что соответствует большему цифровому коду, записанному в первом счетчике 20, чем во втором 31 счетчике.

На выходах цифроаналоговых преобразо9 13918 о вателей присутствуют разные по величине напряжения. Дифференциальный усилитель 33 вырабатывает сигнал рассогласования, знак которого определяет направление смещения сварочной го-, релки 36 относительно центра стыка, а его величина определяет величину этого смещения. Выходной сигнал с дифференциального усилителя 33 поступает на вход схемы Зч управления приводом 35 перемещения сварочной горелки 36. Привод 35 производит установку сварочной горелки 36 по центру стыка. 15

Таким образом, предлагаемое устройство автоматически удерживает сварочную горелку 36 на одной прямой между т, А и В.

Формула изобр ет ения

1. Устройство для слежения по стыку, содержащее источник излучения и приемник излучения. сканирующий по окружности вокруг сварочной горелки, генератор тактовых импульсов, три триггера, две схемы И, первый буферный регистр, первую схему сравнения, привод перемещения сварочной горелки от- 3Э носительно.оси стыка, связанный со

Ф схемой управления приводом перемещения сварочной горелки относительно оси стыка, привод сканирования, связанный со схемой управления приводом

35 сканирования, о т л.и ч а ю m, е е— с я тем, что, с целью повышения качества сварки за счет повышения точности слежения за стыком, устройство дополнительно снабжено четырьмя клю†4Э чевыми схемами, четырьмя переключателями, тремя элементами задержки, селективным усилителем, амплитудным детектором, инвертирующим усилителем, второи схеМОА сравнения, двумя счет- 45 чиками, двумя цифроаналоговыми преобразователями, вторым буферным ре— гистром и шиной питания, при этом генератор тактовых импульсов через первую ключевую схему связан с вхо5Э дом 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 вто—

55 рой переключатель — с R -входом первого триггера, через третий переключатель — с S-входом второго триггера

25 и через четвертый 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, инверсный 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 при.емника излучения через третий ключевой элемент, селективный усилитель, амплитудный 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 ипвертирующий 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, управляющим входом второго буферного регистра и через третий элемент задержки с обнуляющим входом второго счетчика, инверсный 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.ферный регистр и первый цифроаналоговый преобразователь связан с первым входом дифференциального усилителя, выход второй схемы И через второй счетчик, второй буферный регистр и второй цифроаналоговый преобразователь — с вторым входом дифференциального 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 оптопары, 2. Устройство по и, 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что каждая схема сравнения содержит усилитель, вход которого является информационным входом схемы сравнения, амплитудный детектор, первый вход которого связан с выходом усилителя, компара-

1391825

Ass. 2 тор, входами связанный с выходами усилителя.и амплитудного детектора, а его выход является выходом схемы сравнения, при этом второй вход амплитудного детектора является управляющим входом схемы сравнения.

Составитель В.Грибова

Редактор Т.Парфенова Техред М.Ходанич 1<орректор А,Обручар

Заказ 1850/16 Тираж 921 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113635, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4