Устройство для слежения за стыком

 

Союэ Советских

Социалистических

Республик (111 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 04. 01. 79 (2l ) 270738б/25-27, (5))М. Кд.

В 23 K 9/10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

1аеударатааааыа каммктвт

CCCP до делам «зааретеник и аткрытнй

Опубликовано l 5 ..04. 82. Бюллетень № 1 4 (53) УДK б21.

° 791.75 (088..8) Дата опубликования описания 18 .04 .82!

В.К. Лебедев, Г.Л. Атаманчук, А.А. Цоскал

P.È. Широковский, Б.А. Стебловский, В.А. и В.Д. Шкапенко (72) Авторы изобретения енко с

Г

Ордена Ленина и Трудового Красного Знамени институт электросварки им. Е.О. Патона (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛЕЖЕНИЯ ЗА СТ6!КОИ

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к автоматизации. сварочных процессов.

Известны многочисленные способы и устройства для слежения за стыком и для пространственной ориентации ра. бочего инструмента относительно стыка, в которых в качестве источников информации о состоянии стыка кромок изделия применяются копирные элемен-. то ты, излучение изотопов, разность температур кромок, фотоэлектрические, электромагнитные датчики и т.д. (13.

Однако известные способы и устройства либо не отвечают требованиям .

15 надежности, точности управления, либо не отвечают требованиям надежности, точности управления, либо могут быть применимы лишь к конкретным условиям сварочного процесса и видам сварки, либо сложны и дороги в обслуживании и эксплуатации.

Известно устройство для пространственной ориентации рабочего инстру2 мента, в частности устройство для слежения за стыком, содержащее двух- кайальный регулятор с электромагнитным датчиком слежения за стыком, жестко связанным со сварочной головкой и выполненным в комбинации с датчиком превышения кромок, регулируемые уставки и промежуточные усилители с фазочувствительными выпрямителями в каждом из каналов, а также сумматор, усилитель мощности и исполнительный привод, регулятор снабжен дополнительными быстродействующими приводами настройки уставки дат- чика по каждому из каналов, выполнен« ных насыщающимися, а на входе сумматора установлен логический блок

И-ИЛИ с пороговым коммутатором, переключающий выходы фазочувствительных выпрямителей на опорные цепи двигате. лей дополнительных приборов до момента выхода усилителя из насыщения f2).

Однако при слежении с электромагнитным датчиком, жестко связанным

3 929820 4 со сварочной головкой, для обеспече- входами блока ключей, другие выходы ния задаваемой технологическими требо- блока частот подключены к входу шаФ(12- 021 ваниями точности слежения в пределах гового двигателя к входу пре 6 (О 32 — О 2) (,32 — 0,2) мм и достаточной поме- вателя аналог-число и к вх б входу лока хозащищенности необходимым требова- 5 ключей, а выход арифметического блонием является минимальное расстоя- ка через усилитель мощности подключен ние датчик-изделие. С уменьшением га- к исполнительному приводу. баритных размеров датчика, вызванных На фиг. 1 приведена функциональналичием прижимных устройств, эти ная схема предлагаемого устройства, требования еще более ужесточаются. 1о на фиг. 2 - выходные сигналы электроКомпенсация сигнала превышения кро- магнитного датчика и диаграммы, помок ввиду нелинейности характерис- ясняющие принципы управления. тик датчика может быть обеспечена Устройство состоит из датчика 1, принципиально лишь при получении сиг шагового двигателя 2., преобразоватенала компенсации с самого датчика. 25 ля сигнала датчика 3, порогового элеНаиболее уязвимым местом всех элект- мента 4, блока коммутации 5, командоромагнитных датчиков является именно аппарата 6, блока частот 7, блока клюпревышение кромок, а также действие чей 8, преобразователя аналог-число помех электромагнитного поля дуги, 9, арифметического блока lp, усилиизменения магнитных свойств контро- о телей мощности 11 и 12 соответственлируемого материала„. изменение вза- но вертикального и горизонтального имного положения кромок и т.д. Для перемещения, исполнительных привокомпенсации сигналов превышения кро- дов 13 и 14 вертикального и горизонмок данное устройство снабжено допол- тального перемещения соответственно. ни1ельным датчиком превышения кромок 25 Устройство. работает следующим оби целым рядом механизмов и узлов, а разом. также для исключения возмущений по Датчик 1 (фиг. 1) перемещает я е каналам дополнительным быстродействую- поперечном относительно стыка нащим приводом. которые зйачительно за- правлении с помощью шагов г ью шагового двигагромождают пространство около горел- Зо теля 2. В этом случае ом случае на выходе датки, затрудняя наблюдение за свароч- чика имеется сигнал 0 х()(фиг. 2а) ной ванной. . Этот сигнал преобразуется преобразователем 3 в форму U(x) (фиг. 26), Цель изобретения - повышение точ- удобную для дальн " " о о я дальнеишеи обработки. С ности слежения и помехоустойчивости З5 выхода преобразователя 3 сигнал 0(х) работы исполнительного привода. поступает на пороговый элемент 4, Поставленная цель достигается тем который в простейшем случае может что в устройство введены шаговый дви- состоять из одного триггера Шмидта, гатель, связанный с электромагнитным порог срабатывания которого в продатчиком, преобразователь сигнала 4о стейшем же случае целесообразно выбдатчика, блок коммутации, арифметичес- рать рать на уровне нулевого значения выкий блок, блок. ключей, преобразова- ходного сигнала U(8) преобразоватетель аналог-число, командоаппарат ля 3 (ф фиг, 2в); на блок коммутации 5, и блок частот, при этом выход элект- работа которого основана на принципе ромагнитного датчика подключен ко вхо- комм

45 коммутации лишь максимальных амплиду преобразователя сигнала датчика, тудных значений U(х) выходного первыи выход которого подключен к сигнала преобразователя 3. входу арифметического блока через по- Дальн альнеишей обработкой выходного следовательно включенные пороговый сигнала преобразователя 3 управляет элемент и блок ключей, а второй вы- 5 командоаппарат .6. Для объяснения об. ход преобразователя подключен к входу щего алг б 6 щего алгоритма обработки выходного арифметического блока через последо- сигна сигнала преобразователя 3 рассмотрим вательно включенные блоки коммутапростеишии пример реализации. ции, преобразователь аналог-число и Допустим: а) полный период П колеблок ключей, вход командоаппаРата под- бат ательного движения датчика 2 разбит ключен к одному из выходов блока час- н 2рр на равных частей. каждой из кото тот, а выходы командоаппарата соеди рых соот т

ых соответствует временной интервал нены со входом шагового, двигателя, с 1

/ другими входами блока коммутации и со Гт ,1) 5 9198 где F - тактовая частота, поступают щая на вход командоаппарата

6 из блока частот 7.

Эта частота определяется из выраже" ния 5

С2 = — — (4)

V„ где К „ — максимальное число импульсов, которое может быть занесено в реверсивные счетчики арифметического блока 10.

С выхода 04 командоаппарата 6 на блок ключей 8 поступает разрешающий потенциал „, (фиг. 2л), который про" пускает с блока частот 7 через блок ключей 8 на вычитающие входы реверсивных счетчиков РС1 и РС4 пачку им50

200- и = (2)

V„ где 200 t. — полный период колеба1 тельного движения датчика 1; 0

А — амплитуда колебания дат. чика I, которую выбирают равной или больше величины отрезка между макси% мальными значениями. 15

0 (х),с,„ выходного сигнала датчика 1;

V - скорость движения датчика 1, которую принимают, например, постоянной. g0

Подставляя (1) в (2) получим

200- Ч 100 с (3)

2-А А б) пуск системы осуществляется с одновременной установкой всех счетнЫх 25 и запоминающих элементов системы в " нулевое положение; в) все измерения и выполнение операции по заданным алгоритмам производят за первые полпериода движения датчика 1 в его колебательном движе нии. 3а вторые полпериода производится отрабатывание.полученных результатов исполнительными приводами 13 и

14 сварочной головки с одновременным 35 выполнением операции по алгоритмам коррекции; г) движение датчика .1 начинается с крайнего положения (т. Х0 амплитуды на фиг. 2).

Командоаппарат 6 вырабатывает потенциалы, управляющие работой блока коммутации 5 и блока ключей 8, соответствующие нижеупомянутым временным 45 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 tz-t< ). На протяжении это го временного ййтервала через 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

20 6 ему пачку импульсов с частотой Fl.

Частота Fl выбирается,так, чтобы при максимальном значении сигнала 0(х)м мс ц на выходе .преобразователя 3 количество импульсов Й в пачке на выходе преобразователя аналог-число 9 не превышало числа Кмис, где Кщ - максимакс мальное число импульсов, которое может быть занесено в реверсивные счетчики PC арифметического блока 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 PCl и РС2(фиг. 2е) арифметического блока 10. В реверсивных счетчиках РС1 и РС2 запомина ется (фиг. 2е) число, пропорциональ-. ное u (х)м,ц (фиг. 2б) .

С выхода 02 командоаппарата 6 на вход блока коммутации 5 и блока ключей 8 поступает разрешающий потенциал ted<3 tgq (фиг. 2ж), производящий действия, аналогичные .описанным по потенциалу t <-t<, с той лишь разницей, что пачка импульсов, пропорциональная 0"(х)„„ „ (фиг. 2б), 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

t„-t <, фиг. 2и), который при совпадении с разрешающим потенциалом поро" гового элемента 4 (фиг. 2в) пропускает с блока частот 7 на суммирующий вход реверсивного счетчика РС3 арифметического блока 10 (фиг. 2к) пачку Nl импульсов, пропорциональную времени разрешающего потенциала на выходе порогового элемента 4 с частотой F2. Частота F2 задается выражением

Формула изобретения

7 . 9198 пульсов (фиг. 2м), пропорциональную опорному сигналу 0 с частотой F3.

Частота F3 задается таким образом, чтобы за время действия разрешающего потенциала t<< через блок ключей 8 успела пРойти с.блока частот 7 пачка импульсов, равная Км кс и = — " " (s)

tgg

С выхода 05 командоаппарата 6 на 1о блок ключей 8 поступает разрешающий потенциал t>> (фиг. 2н), который пропускает через блок ключей 8 на вычитающий вход реверсивного счетчика РС3. пачку импульсов с блока частот 7, пропорциональную опорному времени движения датчика 1 (фиг. 2о) с частотой Г4. Частота Г4 задается таким ,образом, чтобы за время действия разрешающего потенциала t < через блок щ ключей 8 успела пройти с блока частот 7 пачка импульсов, равная Кка„

F4 = (6)

Таким образом, к приходу разрешаю- 5 щего потенциала й1Оо командоаппарата

6 в реверсивных счетчиках арифметического блока 10 записываются числа и выполняются с ними- операции согласно следующим алгоритмам; зо в PCI U (х) < Upn в РС2 U (х) „„а 0" акс (7) в РС3 Ы ао, в РС4 U (x) макс "on

0 случае правь)шания кромок друг относительно друга производится по разрешающему потенциалу й„ коррекция, т.е. в зависимости от знака РС2, поступает либо на вычитающий вход

РС3, либо íà его суммирующий -вход пачка импульсов, равная числу в РС2 с частотой F3. Тогда в РС3 записано число, равное в РС3 (Й q. - М?оп) - г8)

t.0 {х) м,акс U (x)NQI(gg, С выхода 06 командоаппарата 6 на ключи 8 поступает потенциал t

40 199 разрешающий прохождение импульсов частотой F5 через РСI либо через РС4, в зависимости от знака в РС2, реализуя временной интервал

КPg ) (KPgy) ()

Ь F5 где Kpg< 1 К рсg - -числа, записанные в счетчиках РС1 и РС4, во время которого движется пр )вод вертикального перемещения в направлении, зависящем от знака в PCI(PC4 ), т.е.. в сторону

20 8 ликвидации возникшего возмущения dH.

При этом частота F5 задается согласно выражению

F5 - — — (10)

Vnp Ь где Н - максимально допустимая величина дугового промежутка;

Ч„ - скорость привода вертикального перемещения.

С выхода 07 командоаппарата 6 тот же потенЦиал йщО tÄ9 РазРешает пРо хождение импульсов частотой Fá черед суммирующий либо вычитающий, в зависимости от знака в РС3, вход РС3, реализуя временной интервал

t, KFÐ" ъ где Крс - число, записанное в РС3, во время которого привод горизонтального перемещения движется в направлении, зависящем от знака в РС3, т.е. в сторону ликвидации возникшего возмущения аХ, а частота Fá задается согласно выражению

F6 = )Аа", (12) щ. где Чп1) г — скорость привода горизонтального перемещения.

С выхода 08 командоаппарата 6 на шаговый привод 2 поступает, разрешающий потенциал t<-t<>o, обеспечивающий такой порядок. следования импульсов с блока частот, 7, при котором датчик 1 движется слева от точки Хо направо. При действии разрешающего потенциала С.к)„ -t датчик 1 движется справа налево, Точность регулирования составляет + 0,2 мм при действии различных возмущающих факторов, таких как изменение физических свойств, взаимное изменение кромок стыка, изМенение толщин контролируемого материала и т.д.

Устройство для слежения за стыком, преимущественно с пространственной ориентацией рабочего инструмента, содержащее электрически соединенные электромагнитный датчик, пороговый элемент, усилитель мощности и исполнительный привод, о т л и ч а ющ е е с я . тем, что, с целью повышения точности слежения и помехоустойчивости работы исполнительного пРивода, в устройство введены шаговый двигатель, связанный с электромагнитным

9. 919820 10 датчиком, преобразователь сигнала . ходы командоаппарата соединены со датчика, блок коммутации, -арифметмчес- входом шагового двигателя, с другими кий блок, блок ключей, преобразова- входами блока коммутации и со входатель аналог-число, командоаппарат и ми блока ключей, другие выходы блока

- „блок частот, при этом выход электро" частот подключены к входу шагового магнитного датчика подключен ко входу двигателя, к входу преобразователя преобразователя сигнала датчика, пер- аналог-число,и к входу блока ключей, вый выход которого подключен к входу а выход арифметического блока через арифметического блока через последо" усилитель мощности подключен к исполвательно включенные пороговый элемент 1о нительному приводу. .и блок ключей, а второй выход преоб- Источники информации, разователя подключен к входу арифме- принятые во внимание при экспертизе тического блока через последователь- . I Львов Н.С. Автоматизация нано включенные блоки коммутации, пре- правления сварочной головки по стыку образователь аналог-число и блок клю- ig М., "Машиностроение", 1966. чей, вход командоапаарата подключен к 2. Авторское свидетельство СССР одномуиз выходов блока частот, а вы- Й 411971, кл. В 23 К 9/10, 15.11.71.

Puz.1

919820

Составитель Л. Глаголева

Редактор М. Дылын Техред И,Гайду

Корректор С. Щомак

Тираж 1151 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2227/11

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4