Устройство для определения и фиксации положения сварного шва

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к листопрокатному производствудля местонахождения дефекта на листе. Цель изобретения - повышение достоверности и автоматизации контроля сварного шва. Устройство содержит датчик шва, последовательно соединенные задатчик сигнала смещения, сумматор, фильтр, компаратор, счетчик импульсов и вычислительное устройство. Датчик шва может быть выполнен в виде толщиномера радиоизотопного или рентгеновского. На выходе фильтра формируется опорный сигнал, изменяющийся в зависимости от сигнала датчика шва,, что повышает точность измерения, 1 з.п. ф-лы. 6 ил.

союз совгтских

СОЦИАЛИС1ИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 21 С 51/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4766651/27 (22) 11.12.89 (46) 30.01,92, Бюл, ¹ 4 (71) Липецкий политехнический институт (72) А. Г. Журавский, С. П. Слаута и В. Ф.

Кузнецова (53) 621.77,08(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1590153, кл. В 21 С 51/00, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И

ФИКСАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ СВАРНОГО

ШВА (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к листопрокатному производству

Изобретение относится к металлургии, а именно к листопрокатному производству, и может быть использовано в качестве датчика в системах управления технологическими процессами.

Известны устройства для фиксации сварных швов, которые включают в себя, как правило, нанесение метки на сварной шов, а затем считывание этой метки в технологическом процессе контактными или бесконтактными методами.

Так, известен способ индикации сварного шва, основанный на нанесении распылителя покрытия с последующим считыванием метки контактным датчиком, соприкасающимся подвижными электродами с полосой.

Однако для нормальной работы датчика необходимо постоянство контакта с движущейся полосой и роликами, что требует достаточно прецизионного выполнения считывающей головки, которая сложна и громоздка в изготовлении. Существенным.. Ж» 1708468 А1 для местонахождения дефекта на листе.

Цель изобретения — повышение достоверности и автоматизации контроля сварного шва. Устройство содержит датчик шва, последовательно соединенные задатчик сигнала смещения, сумматор, фильтр, компаратор, счетчик импульсов и вычислительное устройство. Датчик шва может быть выполнен в виде толщиномера радиоизотопного или рентгеновского. На выходе фильтра формируется опорный сигнал, изменяющийся в зависимости от сигнала датчика шва,. что повышает точность измерения, 1 з.п, ф-лы, 6 ил.

1 недостатком способа является также необходимость нанесения лакокрасочного Ilo крытия. Кроме того, возможны ложные срабатывания датчика на участках больших поверхностных дефектов (надавы, вмятины), а также разрушение метки при уплотнении витков в рулоне в начальный период процесса прокатки.

Известен способ фиксации сварных швов с применением в качестве считывающих датчиков фотоголовок, при этом нанесение меток осуществляется с помощью специальных красителей.

Однако и этот способ имеет существенные недостатки, связанные с нанесением меток, их сохранением и надежным считыванием.

Известен также способ фиксации сварного шва, предусматривающий вырубку круглого отверстия перед (после) швом, а затем индикацию его с помощью фотоследящего устройства. Вместо круглых отверстий предлагается также в качестве метки нано1708468 сить полукруглые вырезки с обеих сторон ат шва по краям полосы, которые также индицируются фотоследящим устройством.

Недостатком этих двух способов является необходимость вырубки отверстий, что требует специальных штампов, При этом отверстия, являясь концентратором напряжений, повышают опасность образования трещин (надрывов) на этом участке полосы, а также возможность обрыва, Кроме того, способ требует специальной считывающей головки, а также определенных материальных и трудовых затрат для его реализации.

Необходимость создания систем контроля за положением сварных швов. свободных от указанных недостатков, не вызывает сомнения, поскольку плавки металла, проходящего обработку в агрегатах непрерывного действия, состоят из 20 — 22 полос общим весом 70 — 80 т и обладают не только межплавочной, но и внутриплавочной неоднородностью GBOAcTB.

Наличие внутриплавочной неоднородности требует оценки качества отдельных полос и рулонов с целью корректировки технологических режимов на последующих переделах, для чего необходимо контролировать сварной шов, отделяющий одну полосу от другой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для определения положения сварного шва магнитным методом. Основу датчика шва составляет бесконтактный индуктивный датчик, выполненный в виде броневого магнитопровода открытого типа, на внутреннем стержне которого находится намагничивающая катушка, а измерительные катушки размещены на диаметрально противоположных сторонах торца наружной части магнитопровода. Сигналы с измерительных катушек после преобразования вычитаются, что позволяет получать с выхода датчика короткий импульс в момент прохождения шва. Достоинством магнитного метода является отсутствие необходимости нанесения меток или отверстий, требующих специальных приспособлений, Недостатком этого устройства, а также всех устройств-аналогов является низкая достоверность определения положения шва при использовании этих да гчиков в системах автоматического управления, когда сигналы с датчиков считываются YRM. Это связано с тем, что УВМ обращается к устройствам ввода информации дискретно (так, в системах управления процессом отжига полосы дискретность опроса составляет 1-2 c}, а длительность импульса при прохождении шва рассмотренных датчиков

10 !5

55 шва не превышает 0,2-0,3 с, т.е, импульсы, вызываемые сварным швом, вполне могут пройти между опросами, а значит, и не быть зафиксированными.

Существенным недостатком устройства-прототипа является то, что оно требует для своего внедрения значительных материальных затра-;, необходимых для изготовления индуктивного датчика, установки его в линии технологического агрегата, прокладки кабельных трасс для подключения его к устройству связи с обьектом УВМ, изготовления блока питания и т,д.

Цель изобретения — повышение достоверности контроля. снижение затрат на внедрение устройства и автоматизация п роцесса контроля.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения и фиксации положения сварного шва содержит датчик контроля шва, вычислительное устройство, сумматор, эадатчик сигнала смещения, фильтр, компаратор и счетчик импульсов, причем входы сумматора подключены к выходу датчика шва и эадатчика сигнала смещения, выход сумматора соединен с входом фильтра, выход фильтра соединен с одним входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом датчика шва, выход компаратора соединен со счетным входом счетчика, выходы которого, в свою очередь, подключены к вычислительному устройству.

Датчик шва в этом устройстве может быть выполнен в виде толщиномера, например радиоизотопного или рентгеновского.

На фиг. 1 представлена блок-схема предложенного устройства; на фиг, 2 — временные диаграммы, характеризующие принцип действия устройства; на фиг. 3— временные диаграммы выходных сигналов датчика шва и триггера (в случае замены им счетчика); на фиг. 4 — временные диаграммы выходных сигналов датчика шва и каждого иэ выходов счетчика; на фиг, 5 и 6 — временные диаграммы выходного сигнала датчика шва, выполненного в виде толщиномера в случае прохождения накладного и стыкового шва.

Устройства (фиг. 1) содержит датчик 1 шва и задатчик 2 сигнала смещения, выходы которых подключены к сумматору 3. Выход сумматора соединен с входом фильтра 4, в качестве которого может быть использовано инерционное звено первого порядка, Компаратор 5 предназначен для сравнения сигналов, поступающих на его входы с фильтра 4 и датчика 1 шва. Выход компаратора 5 соединен с входом счетчика 6. Выходы счетчика подключены к вычислительному устройству 7.

1708468

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии шва сигнал Uy с выхода фильтра превышает сигнал Бд с выхода датчика шва на величину смещения 0, что позволяет обеспечить помехозащи,ценность устройства от влияния разнотолщинности полос или других возмущающих воздействий, На выходах компаратора и счетчика при этом наблюдается неизменное логическое состояние.

При прохождении шва сигнал с датчика шва Up вследствие инерционности фильтра кратковременно превышает сигнал с выхода фильтра Uy, что приводит к появлению импульса на выходе компаратора U,. и изменени1о состояния выходов счетчика (фиг. 2).

Временные диаграммы, изображенные на фиг. 2 — 4, 38cl_#_cBidbl r1pH испьп ании ripe JiIBгаемого устройства в промышленных условиях с помощь1о самопишущего пятиканального прибора с криволинейным ходом исполнительного органа.

Наличие фильтра существенно увеличивает достоверность кон —ðîëÿ,,так как позволяет получать опорный сигнал, изменяющийся одновременно с сигналом датчика шва при низкочастотных возмущающих Воадействиях (например, изменение тольцины подката при выполнении датчика шва в виде толщиномера, изменение физико-химических свойств контролируемого участка материала при выполнении датчика шва в виде индукционного датчика и временной тренд выходного сигнала датчика). Дифференциальный характер контроля (сравнение сигналов в компараторе), таким образом. существенно повышает надежность контроля, Для исключения случаев нефиксации швов в устройство введен счетчик, который изменяет состояние одного (или нескольких) из своих выходов при появлении на его входе импульса с компаратора (фиг, 4). Поскольку состояние выходов счетчика, изменившиеся в момент прохождения шва, остаются неизменными до следующего шва, анализируя с помощью вычислительного устройства поступающие сигналы, мох<но утверждать, что, если за два последовательных промежутка времени (равных дискрете опроса УВМ) ни один из выходов счетчика не изменил cBoel0 состояния, то шов не проходил. При изменении состояния хотя бы одного из выходов делают вывод о прохождении шва.

Кроме того, введение счетчика является существенным признаком устройства, так как замена его триггером приводит к неудовлетворительHûм результатaì, поскольку из-за сложного характера выхо,„ного сигна5

45 ла датчика шва в момент его прохождения компаратор может выдать пачку импульсов (от одного до пяти), что, в свою очередь, приведет к многократному изменению состояния триггера — U>I> (фиг. 3). Причем в случае четного количества импульсов триггер, изменив несколько раз свое состяние, вернется к первоначальному, и прохождение шва зафиксировано не будет, так как частота опроса выхода триггера намного меньше частоты его переключений, При использовании счетчика происходит опрос всех четырех выходов, пересчет их состояния в десятичное и сопостайление этого значения с предыдущим, Ошибка типа

"Нефиксация" в этом случае пра;<тически исключена (фиг. 4).

В предлагаемом устройстве датчик шва может быть выполнен в виде толщиномера, поскольку сигнал толщины при прохождении как накладных, так и стыковых LBBOB изменяется весьма значительно (фиг. 5а и б), Подобная форма выполнения датчика шва имеет ряд преимуществ, так как практически все основные технологические агрегаты прокатных цехов снабжены толщиномерами. Кроме того, сигнал толщины является одним из основных технологических параметров, поэтому Во всех системах автоматизированного yrравления он вводится в УВМ. Поэтомy при Icclo lb30 вании предлагаемого устройства не возникает затрат для изготовления и установки датчика шва v. прокладки кабельных трасс.

Устройство реализовано на базе I!,1фровых и аналоговых микросхем и представляет со бой печатную плату, размещаемую непосредственно в одной из стоек УБМ.

Поскольку необходимое для работы схемы питание + 5 В "- 12 В уже имеется в блоках

УВМ, то при внедрении устройства не потребуется изготовление собственного источника питания, что также является достоинствОм устройства B случае выполнения датчика шва в виде толщиномера.

Предлагаемое устройство позволяет: рассчитывать момент перезаправки моталок с помощью УВМ; организовать переход к новым технологическим режимам при поступлении на обработку новой плавки именно в момент входа первой полосы в рабочее пространство печи; определить положение сварного шва в печи в случае аварийной ситуации, например обрыва; вычислять теоретический вес отдельных полос и плавок.

Зкономический эффект от внедрения предлагаемого устройства составляет 78880 г>х б.

1708468

Формула изобретения

1. Устройство для определения и фиксации положения сварного шва, содержащее датчик шва, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности и автоматизации контроля сварного шва, в него введены последовательно соединенные задатчик. сигнала смещения, сумматор, фильтр, компаратор, счетчик импульсов и вычислительное устройство, причем датчик шва подключен к вторым входам сумматора и компаратора.

2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что датчик шва выполнен в виде тол щиномера, 1708468

Фиг. ) 1708468

С оста вител ь А. Журавский

Редактор М.Келемеш Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид

Заказ 384 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101