Бесконтактное устройство для автоматического управления геометрическими параметрами изделия в процессе его обработки давлением

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к автоматическим средствам управления процессом гибки труб при изготовлении теплообменник аппаратов. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение технологических возможностей. В корпусах 1 и 2 размещены источник 6 пульсирующего напряжения , цилиндрические линзы 7 и 8 и экран 9, состоящей из микрофотоэлементов 10. Источник излучения расположен в фокусе линзы 7, а экран - в фокусе линзы 8. Резонансная частота селективного усилителя 12 выбирается равной частоте пульсации источника 6. Выход усилителя через логическую схему 13 соединен с блоком памяти 14, связанным с операционной схемой 15. Через цифроаналоговый преобразователь 18 цифровой сигнал с операционной схемы преобразуется в аналоговый сигнал, подающийся на вход компаратора 16. Компаратор сравнивает заданное значение угла гибки с измеренным . Заданное значение подается с блока считывания 17. В процессе деформации трубной заготовки количество затененных микрофотоэлементов однозначно определяет угол изгиба заготовки. В компараторе происходит сравнение двух сигналов, харак теризующих заданное и измеренное значения угла изгиба заготовки. Разностный сигнал является управляющим сигналом для устройства управления приводом гибочной машины. 3 ил. /

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (5I)5 В 21 D 7 12 G 01 В 21 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4748066/27 (22) 11. 10.89 (46) 15.09.91. Бюл. № 34 (71) Научно-производственное объединение

«Атомкотлома ш» (72) Н. Н. Строкова (53) 531.715 (088.8) (56) Заявка Японии № 57-37806, кл. G Ol В 21/06, опублик. 12.08.82. (54) БЕСКОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ИЗДЕЛИЯ В ПРОЦЕССЕ ЕГО ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к автоматическим средствам управления процессом гибки труб при изготовлении теплообменных аппаратов. Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение технологических возможностей. В корпусах 1 и 2 размещены источник 6 пульсирующего напряжения, цилиндрические линзы 7 и 8 и экран 9, состоящей из микрофотоэлементов 10.

Источник излучения расположен в фокусе линзы 7, а экран — в фокусе линзы 8. Резонансная частота селективного усилителя 12 выбирается равной частоте пульсации источника 6. Выход усилителя через логическую схему 13 соединен с блоком памяти 14, связанным с операционной схемо" 15. Через цифроаналоговый преобразователь 18 цифровой сигнал с операционной схемы преобразуется в аналоговый сигнал, подающийся на вход компаратора 16. Компаратор сравнивает заданное значение угла гибки с измеренным. Заданное значение подается с блока считывания 17. В процессе деформации трубной заготовки количество затененных микрофотоэлементов однозначно определяет угол изгиба заготовки. В комнараторе происходит сравнение двух сигналов, харак теризующих заданное и измеренное значения угла изгиба заготовки. Разностный сигнал является управляющим сигналом для устройства управления приводом гибочной машины. 3 ил. з 16?

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к автоматическим средствам управления процессом гибки труб при изготовлении теплообменных аппаратов.

Цель изобретения — повышение точности измерений при одновременном расширении технологических возможностей.

На фиг. 1 представлена схема установки устройства на гибочной машине; на фиг. 2— функциональная схема устройства; на фиг. 3 — оптическая схема устройства.

Бесконтактное устройство для автоматического управления гибкой труб состоит из двух разъемных корпусов 1 и 2, жестко прикрепленных к траверсе 3, в которой установлен в роликовых опорах 4 верхний гибочный валок 5. В устройстве имеется протяженный цилиндрический источник 6 пульсирующего излучения. По ходу излучения расположены первая и вторая оптическая системы, выполненные в виде двух протяженных цилиндрических линз 7, 8 и экран 9, состоящий из микрофотоэлементов 10. При этом источник 6 излучения и линза 7 укреплены в разъемном корпусе 1, а линза 8 и экран 9 — в разъемном корпусе 2.

Разъемные корпуса 1, 2, устройства закреплены на траверсе 3 таким образом, что касательная в точке касания верхнего и нижнего валка проходит посередине между линзами 7, 8. Вся оптическая система укреплена так, что источник 6 излучения, лизны 7 и 8 и экран 9 параллельны между собой, при этом источник 6 излучения размещен в фокусе линзы 7, а экран 9 — в фокусе линзы 8. Размеры источника 6 излучения и линз 7 и 8 примерно одинаковы.

Кроме того, расстояние L между линзами 7 и 8 выбрано так, что оно превышает двойное фокусное расстояние линз 7, 8, а именно L)2F, где L — расстояние между линзами 7, 8; F — фокусное расстояние этих линз, что обеспечивает четкость теневого изображения объекта измерения на экране при любом вертикальном изменении положения этого объекта измерения относительно разъемных корпусов 1, 2.

Устройство содержит также импульсный источник 11 питания, подключенный к источнику 6 излучения. Введенные в устройство селективные усилители 12 своими входами соединены с выходами микрофотоэлементов 10. Резонансная частота селективного усилителя 12 выбирается равной частоте пульсаций источников 6 излучения.

Выходы усилителей 12 через логические схемы 13 соединены с входами блока памяти 14, выходы которых, в свою очередь, подключены к входам операционной схемы 15, выход которой подключен к одному из входов компаратора 16„к другому входу которого подключен выход блока 17 считывания.

Измерительная часть предлагаемого устройства может быть помещена в отдельный корпус и удалена из зоны гибки.

6712 4

Пульсирующий источник 6 излучения и первая оптическая система (линза 7) предназначены для формирования пульсирующего с определенной частотой потока параллельных световых лучей, направленных на объект измерения.

Вторая оптическая система в виде цилиндрической линзы 8, предназначена для формирования теневого изображения объекта с использованием указанного потока из ð лучения от пульсирующего источника 6, проектируя его на экране 9, и заменяя часть ми кроэле ментов 10.

Логическая схема 13 предназначены для одновременного пропускания сигналов с микрофотоэлементов 10 в блок памяти !4 и пре16 образование аналогового сигнала с селективных усилителей в цифровой код.

Селективные усилители 12 служат для выделения сигналов с микрофотоэлементов 10 только на определенной частоте, равной час20 тоте пульсаций источника 6 излучения.

В устройстве имеется цифроаналоговый преобразователь 18, который предназначен для преобразования цифрового сигнала с операционной схемы 15 в аналоговый сигнал.

Операционная схема 15 предназначена для определения ср-угла загиба объекта измерения — трубы 19 (по содержимому блока памяти !4).

Компаратор 16 предназначен для сравнения измеренного угла, вычисленного в опе30 рационнои схеме 15 ср., с углом — заданным (поступающим с блока 17 считывания) и при несовпадении rp ° и ср. выработке сигнала, поступающего к устройству управления приводом гибки (не показан) на про35 должение гибки, а при совпадении ср-. =

=ср. сигнала на останов привода гибки.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом гибки заготовка, например труба 19, устанавливается горизонталь40 но, а именно по линии касания верхнего и нижнего валка трубогибочной машины. При этом пульсирующий световой поток, сформированный источником 6 излучения, направляется параллельно с помощью линзы 7 на объект измерения, например трубу 19. С помощью линзы 8 на экране 9 формируется теневое изображение объекта, например трубы 19.

При этом затеняются часть микрофотоэлементов 10 с номера Nt по номер N .

Количество затененных микрофотоэлементов в начальный момент однозначно связаны с диаметром трубы 19 следующей зависимостью: =(2 N1) (!) где l — расстояние между соседними микБб рофотоэлементами

N i — номер первого затененного микрофотоэлемента;

Й вЂ” номер последнего затененного микрофотоэлемента.

1676712

Это следует из законов геометрической оптики.

Операционная схема 15 вычисляет начальный размер заготовки, например диаметр, трубы по формуле (1), и запоминает его.

После этого включается привод гибки.

Перемещаясь вверх под действием изгибающих усилий свободный конец заготовки, например трубы 19, затеняет последующие )p микрофотоэлементы 10 так, что в любой момент времени количество затененных микрофотоэлементов однозначно определяются углом загиба заготовки, например трубы !9, а также зависит от диаметра трубы 19, измеренного до начала процесса гибки.

Таким образом, данные перемещения заготовки, например трубы 19, фиксируются микрофотоэлементами 10, запоминаются блоком 14. По.содержимому блока памяти 14 в любой момент времени операционная схе- 20 ма 15 производит вычисление угла ср загиба заготовки, например трубы 19 по следующей геометрической зависимости: с

cp e.=arctg — — — — — -, (Л/те к р — Мтс к i ) l где d — диаметр трубы 19 вычисления по формуле (1);

l — расстояние между соседними микрофотоэлементами;

Nisei< — номер первого затененного микрофотоэлемента в любой текущий момент времени;

N- ã — номер последнего затененного микрофотоэлемента в любой момент времени.

Окончательная формула для вычисления угла загиба заготовки, например трубы 19, в любой момент времени определяется по формуле

25 2 (ргек=àrc!ÿ

-Л/тек р — @тек

40 где Ni — номер первого затененного микрофотоэлемента до начала процесса гибки;

Ф вЂ” номер последнего затененного микрофотоэлемента до начала процесса гибки;

N. i — номер первого затененного микрофотоэлемента в любой текущий момент процесса гибки;

Nre«g — номер последнего затененного микрофотоэлемента в любой текущий момент процесса гибки.

Таким образом, операционная схема 15 в любой момент времени вычисляет текущее значение угла р- изгиба заготовки.

Сигнал, пропорциональный величине угла (pre через цифроаналоговый преобразователь 18 поступает на один из входов компаратора 16, на другой вход которого поступает заданное значение угла гибки ср. из блока 17 считывания.

В компараторе 16 происходит сравнение этих двух сигналов.

Разностный сигнал является управляющим сигналом для устройства управления приводом гибки (не показано).

В случае ср.«не равно ср.» устройству управления приводом дается команда на продолжение процесса гибки.

Как только текущее значение гибки сравняется с заданным, а именно: фгек = ((ьа.1, то в устройство управления приводом гибки выдается команда на прекращение гибки.

При конкретном исполнении устройства в качестве источника 6 питания и источника излучения может быть использована люминесцентная лампа низкого давления ЛГБ.

Длина лампы -400 мм. Частота пульсаций излучения V=50 Гц.

В качестве экрана 9 с микрофотоэлементами 10 может быть использована промышленная фотоматрица.

Селективные усилители 12 могут быть реализованы на микросхеме серии 140УД! Б с обеспечением резонансной обратной связи с резонансной частотой V=50 Гц.

Логическая схема 13 выполнена в виде триггеров Шмитта на микросхемах 55 серии, например К155 ТЛ I.

Блок памяти выполнен на микросхемах серии 185PYj.

Операционная схема 5 выполнена на одной интегральной микросхеме КР5874К2.

Компаратор 16 выполнен на нескольких микросхемах К122УД1В.

Блок считывания 17 осуществляет считывание заданного угла гиба и преобразование информации о величине угла .; к виду, обеспечивающему совместную работу компаратора 6 и других блоков устройства. В предлагаемом устройстве блок считывания выполнен в виде стабилизированного источника напряжения и делителя напряжения.

Для обеспечения совместной работы компаратор 16 и операционной схемы 15 в устройстве имеется цифроаналоговый преобразователь 18, которыи выполнен на микросхеме КР572 ПА1А.

В качестве блоков 7 и 8 использовались цилиндрические линзы длиной 300 мм и фокусным расстоянием F=60 мм.

Расстояние между линзами 7 и 8 L=

=40 мм.

Устройство обладает более широкими технологическими возможностями, обеспечивает при этом большую точность измерений за счет повышения помехоустойчивости.

Устройство позволяет осуществлять функцию управления в автоматическом режиме по фактически получаемой форме изделия (углу гиба) в условиях трубогибочных цехов, так как позволяет определять не только геометрические размеры изделия, но и вырабатывать сигналы об угле наклона изделия, о его рассогласовании с заданным, 1676712 используя его для управления, обеспечивает точность измерений в процессе управления.

Формула изобретения

Бесконтактное устройство для автоматического управления геометрическими параметрами изделия в процессе его обработки давлением, содержащее последовательно установленные источник излучения, первую и вторую оптические системы, экран, состоящий из микрофотоэлементов и связанный с логической схемой, подключенной к входу блока памяти, выход которого операционной системой связан с приводом пере- 15 мещения рабочего инструмента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения технологических возможностей при обработке на валковых гибочных машинах, оно снабжено подключенным к выходам микрофотоэлементов экрана селективным усилителем, цифроаналоговым преобразователем, компаратором и блоком считывания, а источник излучения выполнен цилиндрическим с пульсирующим излучением, первая и вторая оптические системы выполнены в виде установленных параллельно источнику излучения цилиндрических линз, источник излучения.- и экран расположены соответственно в фокусе упомянутых линз, при этом выход селективного усилителя подключен к входу логической схемы, выход операционной системы связан с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к одному из входов компаратора, к другому входу компаратора подключен блок считывания, а выход компаратора связан с приводом перемещения рабочего инструмента.

167б7!2

Составитель В. Шаброва

Редактор М. Васильева ТехредА. Кравчук Корректор Л. Патай

Заказ 3066 Тираж 7k Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101