Фотоэлектрический датчик

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социапистических

Республик (!!)83 7659!!т Q

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 230579 (21) 2767115/25-27 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.81. Бюллетень М

Дата опубликования описания 1 0681 р )м. кл.

В 23 К 9/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

1 (5З) Ю 621 . 791 . . 75 (088.8) (72) Авторы изобретения

М.И.Сычев, С.Б.Бойко, С.Е.Грищенко и Л.А.Данилов (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИ ДАТЧИК

Изобретение относится к сварочному производству, в, частности к фотоэлектрическим устройствам систем ориентации сварочной головки, используемым при автоматизации слежения за стыком при сварке.

Известно устройство для ориентации сварочной головки с электродом по стыку, содержащее фотодатчики, пре-10 образователи их выходных сигналов и функционально связанный с одним из фотодатчиков блок управления поперечным перемещением сварочного электрода, при этом устройство имеет исполнительные механизмы угловых перемещений фотодатчиков относительно собственной оси, блок управления исполнительными механизмами, корректор, экстремальный регулятор и узел задержки. Это устройство предназначено для повышения качества слежения при сварке стыков значительной кривизны f1).

Однако устройство имеет черезвычайно сложную и надежную в эксплуатации конструкцию. Недостатки устройства также заключаются в том, что затруднена ориентация оси оптических фотодатчиков относительно оси электрода, наличие погрешностей в работе датчиков от тепловой энергии сварочной ванны из-за близкого их расположения к свариваемому стыку снижает надежность и точность работы устройства, сложность настройки и контроля функциональных блоков и устройства в целом в процессе сваркг, частности в начале, необходимость специальной обработки кромок стыка для улучшения качества сигнала, поступающего от них на датчики.

Известен фотоэлектрический датчик системы ориентации сварочной головки, который содержит световод и функционально связанный с приводом поперечного перемещения головки с электродом фотоприемник и обтюратор с синхронным электродвигателем, причем обтюратор выполнен в виде непрозрачного полуцилиндра, ось которого лежит в плоскости симметрии двухсекторного световода, а его диаметр не меньше расстояния между крайними наружными поверхностями секторов световода (2j.

Наличие погрешностей в работе обтюратора из-за влияния колебаниЯ напряжения в цепи синфазного электродвигателя и в работе фотоприемника из-за тепловых наводок от близко837659 вестного датчика недостаточно высока. 5

Цель изобретения — повышение точности ориентации сварочной головки относительно стыка свариваемых деталей.

Поставленная цель достигается тем, что на сварочной головке по ее оси шарнирно установлен по ходу

30 движения головки объектив, снабженный блендой и окуляром, а фотоприемник выполнен в виде двух противоположно размещенных относительно его оптической оси ячеек, при этом между окуляром и фотоприемником смонтирована затемненная камера со смотровым окном и установленной в ней призмой, а между ячейками фотоприемника и укаэанной призмой установлен относительно оси фотоприемника экран.

На фиг. 1 изображен датчик, общий вид, на фиг. 2 — схема датчика; на фиг. 3 — вид А на фиг. 1.

Датчик имеет световод 1 функционально связанный с приводом 2 поперечного перемещения сварочной головки 3 с электродом 4 фотоприемник

5, выполненный в виде двух противоположно размещенных относительно оптической оси 6 световода ячеек

45

50 (фотодиоды), граница раздела которых параллельна оптическому изображению свариваемого стыка 7. Световод 1 при этом выполнен гибким, например из стеклянных волокон 8 и снабжен объективом 9 с блендой 10 и окуля- ром 11, причем объектив 9 с блендой

10 установлен впереди электрода 4 по направлению его движения, а ось блен<0 ды 10 расположена от оси электрода

4 на расстоянии, которое меньше диаметра сварочной головки 3.

На противоположном конце светово. да 1 в зоне размещения окуляра 11

ro расположения к сварочной ванне снижает надежность и точность работы известного датчика. Сложность настройки и контроля работы обтюратора затрудняет процесс определения середины светящейся полосы, у которой распределение температуры в. ее поперечном сечении имеет колоколообразную форму. Для обеспечения качества. отраженных и направляемых в световод световых потоков требуется специальная предварительная. обработка кромок стыка под сварку.

Известен также фотоэлектрический датчик, содержащий световод с объективом,.призму и фотоэлемент, на который проектируется преломленный с 15 призмы свет ГЗ)..

Однако датчик дает значительную погрешность при близком расположении

его к сварочной ванне, не дает возможность визуально наблюдать за фор- 20 мированием сварного шва, сложны настройка и контроль за работой датчика„ а значит, точность ориентации сварочной головки при использовании изустановлена затемненная камера 12 со смотровым окном 13, которая снабжена установленным перед ячейками фотоприемника 5 полупрозрачным экраном

14 посредством размещенной в камере

12 призмы 15. При этом экран 14 связан с ячейками фотоприемника 5 и может перемещаться в горизонтальной плоскости, перпендикулярной оптической его оси 6 с помощью имеющихся на экране рычагов 16, выведенных из камеры через имеющиеся на ней дугообразные прорезы 17, которые обеспечивают поворот экрана 14 относительно оси фотоприемника 5 и возвратно-поступательного движения его в горизонтальной плоскости.

При этом ячейки фотоприемника 5 подключены к дискриминатору 18, который через усилитель 19 сигналов связан с приводом 2 поперечного перемещения сварочной головки 3. Позицией 20 обозначена проекция стыка.

Для наблюдения за формированием сварочной ванны через смотровое окно

13 объектов 9 с блендой 10 с помощью шарнира 21 прикреплен к сварочной головке 3 с возможностью ориентации их оптической оси относительно оси головки 3 на угол с в плоскости, образованной указанными осями . фотоэлектрический датчик работает следующим образом.

Вначале производят настройку датчика путем искусственного подсвечивания свариваемого стыка 7 и установки электрода 4 на средней линии указанного стыка. В процессе подсвечивания отраженное от кромок проектируемое изображение стыка 7 оптически передается световодом 1 и фокусируется объективом 9 и окуляром 11 на экран 14 и с помощью призмы 15 передается в смотровое окно 13. Настройка может производиться по нанесенной на призму 15 риске, совмещение которой с изображением линии стыка 7 свидетельствует о правильном положении оптической оси датчика и электрода

4 относительно средней линии стыка 7.

Четкость оптического изображения стыка 7 на экране 14 достигается с помощью объектива 9 или окуляра 11 и визуального наблюдения за изменяемой резкостью изображения через окно

13. При отсутствии совмещения изображения стыка 7 с границей раздела ячеек фотоприемника 5 оператор устанавливает указанное совмещение путем горизонтального перемещения экрана 14 относительно оси 6, осуществляемое с помощью рычагов 16. При этом изображение стыка 7 в виде узкой темной полосы должно расположиться по границе раздела ячеек фотоприемника 5, а указанная темная полоса разграничивает круглое световое пятно, разделенное этой полосой на диаметрально противоположные световые секторы, которые

837659 располагаются на чувствительных к световому излучению поверхностях ячеек фотоприемника 5. При одинаковой освещенности ячеек фотоприемника 5 величины вырабатываемых ими ЭДС, одинаковые по величине поступают в дискриминатор 18,который не выдает полярного сигнала рассогласования через балансный усилитель

19 на привод 2 сварочной головки 3.

Отсутствие полярного сигнала свидетельствует об окончании настройки, После характеризованного выставления электрода 4 по средней линии стыка 7 и настройки фотоэлектрического датчика произ. водят процесс дуговой сварки в автоматическом режиме.

В момент образования сварочной дуги и движения электрода 4 по средней линии вдоль стыка 7 объектив 9 с блендой 10 постоянно находятся за зоной интенсивного светового излучения дуги и 20 ванны расплавленного металла, так как бленда 10 находится за пределами указанной ванны. Это обеспечивает исключение попадания в объектив

9, а следовательно, и экран 14, иска- 25 жающих изображение прямых световых лучей высокой интенсивности, так как бленда 10 располагается при движении головки 3 над той зоной свариваемого стыка 7, которая имеет относительно равномерную освещенность. При этом изображение указанной зоны постоянно проектируется в виде .световых секторов на ячейки фотоприемника 5 и проекции 20 стыка в виде темной полосы — изображения стыка 7, размещенного вдоль границы раздела указанных ячеек, При различных светоотражающих способностях стыкуемых деталей на дискриминаторе предусмотрено коррек- 40 тирующее устройство.

При малейшем отклонении электрода 4 от средней линии стыка 7 поперек его в ту или иную сторону площадь освещенных секторов изме- 4 няется что приводит к изменению величин, вырабатываемых ячейками (фотоприемника 5 ЭДС7. При этом лискриминатор 18 выдает на балансный усилитель 19 полярный сигнал рассогласования, который поступает через усилитель 19 на привод 2, вносящий корректирование в виде соответствующего поперечного перемещения сварочной головки 3 до совмещения оси электрода 4 со средней линией свариваемого стыка 7.

Шарнирное крепление объектива к сварочной головке обеспечивает высокую разрешающую способность фотоэлектрического датчика по кривизне стыка, что позволяет наблюдать свариваемый стык непосредственно под электродом.

Формула изобретения

Фотоэлектрический датчик, преимущественно системы ориентации перемещающейся сварочной головки, содержащий световод с объективом, призму и фотоприемник, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности ориентации сварочной головки относительно стыка свариваемых деталей, на сварочной головке по ее оси шарнирно установлен по ходу движения головки объектив, снабженный блендой и окуляром, а фо топриемник выполнен в виде двух противоположно размещенных относительно его оптической оси ячеек, при этом между окуляром и фотоприемником смонтирована затемненная камера со смотровым окном и установленной в ней призмой, а между ячейками фотоприемника и указанной призмой установлен относительно оси фотоприемника экран.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 578172, кл. В 23 К 9/10, 24.03.76

2. Авторское свидетельство СССР

9 490595, кл. В 23 К 9/10, 22.04.74

3. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования, М., "Машиностроение". 1965, с. 882, р. V II—

60/в.