NO824389L - Anordning til avfoeling av avstand mellom et objekt av elektrisk ledende materiale og et referansepunkt - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning til avføling av avstand mellom et objekt av elektrisk ledende materiale og et referansepunkt, hvor anordningen har en elektrode med en spiss som danner referansepunktet.

Avstands- eller posisjonsavfølende anordninger av forskjellige typer er kjent. Visse av disse anordninger anvendes særlig i såkalte fugefølgere for mekanisert eller automatisk sveising, hvorved de avføler avstanden til eller posisjonen for en fuge og avgir derav avhengige signaler til en signalomformer, som omformer signalene til signaler for styring av servomotorer. Disse servomotorer er koplet til en holder, f.eks. et sleidekors, som bærer en sveisepistol, og regulerer holderens innstilling og derved sveisepistolens stilling i forhold til fugen.

Fugefølgere av denne type kan kjennetegnes etter det av-følingsprinsipp som benyttes, dvs. etter typen avfølingsanord-ning eller giver. Derved skiller man mellom berøringsgivere og berøringsfrie givere. Berøringsgivere er givere som frembringer elektrisk kontakt eller mekanisk berøring med objektet og er således ingen avstandsavfølere. Avstandsavfølende anordninger er berøringsfrie. Som eksempel på berøringsfrie givere kan nevnes induktive og kapasitive givere.

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en forholdsvis enkel og billig, men likevel pålitelig anordning til avføling av avstand mellom et objekt av elektrisk ledende materiale og et referansepunkt.

Et annet formål med oppfinnelsen er å frembringe en av-standsavf ølende anordning som er velegnet for anvendelse i en berøringsfri fugefølger for mekanisert eller automatisk sveising.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse

er å frembringe en avstandsavfølende anordning som til forskjell

fra f.eks. visse typer kapasitive og induktive givere krever meget liten måleflate på objektet og som ved anvendelse i en fugefølger av den ovenfor angitte type kan anbringes meget nær sveisepistolen.

Disse formål oppnås ifølge den foreliggende oppfinnelse med en anordning som er av den innledningsvis angitte type og kjennetegnes ved en høyspenningskilde som elektroden er koplet til via en mateledning og som er innrettet til å generere høy-spenningspulser for å frembringe en lysbue mellom elektrodespissen og objektet, og ved et måleorgan som er innrettet til å av-føle det elektriske felt rundt mateledningen og avgi et med dette felt proporsjonalt målesignal og som er koplet til en målesig-nalavfølende krets.

I en foretrukket utførelsesform er måleorganet en luftviklet målespole, hvis ene ende er fri og hvis annen ende er koplet til den målesignalavfølende krets. I den foretrukne ut-førelsesform er dessuten målespolen anordnet rundt mateledningen, og den målesignalavfølende krets omfatter en komparatorenhet, som er innrettet til å sammenlikne målesignalet med et signal som svarer til en forutbestemt avstand mellom objektet og elektrodespissen .

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet nærmere under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk to avstandsavfølende anordninger ifølge oppfinnelsen som givere i en fugefølger for mekanisert sveising, samt tilhørende elektriske kretser. Fig. IA viser i større målestokk en elektrode for avføling av horisontal stilling. Fig. IB viser i større målestokk en elektrode for avføling av vertikal stilling.

Fig. 2A-2G viser spenningssignaler i forskjellige punkter

i de elektriske kretser ved den avstand som bør foreligge mellom elektrode og objekt.

En i fig. 1 skjematisk vist fugefølger for mekanisk sveising arbeider i store trekk på følgende måte: En sveisepistol 1 er innrettet til å frembringe en sveis 2 i en fuge mellom et første arbeidsstykke 3, som er vist vertikalt i fig. 1, og et andre arbeidsstykke 4, som er vist horisontalt i fig. 1. Arbeidsstykkene 3 og 4 utgjøres her av plater av elektrisk ledende materiale, som er koplet til jord. Arbeidsstykkene 3 og 4 og sveisepistolen 1 kan flyttes i forhold til hverandre vinkelrett på tegningsplanet. I den viste utførelse flyttes arbeidsstykkene 3 og 4, mens sveisepistolen 1 bare er bevegelig i tegningsplanet, dvs. i et plan vinkelrett på arbeidsstykkenes 3 og 4 forflyt-ningsretning. Sveisepistolens 1 bevegelse frembringes ved hjelp

et

av sleidekors 5 med to sleider 6 og 7 som er bevegelige vinkelrett mot hverandre. Sleiden 6, som er fast forbundet med sveisepistolen 1 via en holder 8, er ved hjelp av en motor Mv flyttbar frem og tilbake langs to vertikale glidestenger 9 som er fast forbundet med sleiden 7. Sleiden 7, som således bærer sleiden 6, er ved hjelp av en motor Mh flyttbar frem og tilbake langs to faste horisontale glidestenger 10.

En anordning liv ifølge den foreliggende oppfinnelse av-føler den vertikale avstand til det horisontale arbeidsstykket 4 og avgir et av den avfølte avstand avhengig styresignal til motoren Mv for regulering av sveisepistolens 1 vertikalstilling. En likedan anordning llh ifølge oppfinnelsen avføler den horisontale avstand til det vertikale arbeidsstykket 3 og avgir et av den avfølte avstand avhengig styresignal til motoren Mh for regulering av sveisepistolens 1 horisontale stilling. Ved hjelp av en kontinuerlig avføling av både den vertikale og den horisontale avstand og en derav avhengig kontinuerlig styring av de respektive motorer Mv og Mh reguleres således sveisepistolens 1 stilling i forhold til fugen mellom arbeidsstykkene 3 og 4. Sveisepistolen 1 kan derved bringes til å nøye følge fugen under arbeidsstykkenes 3 og 4 forflytning i forhold til sveisepistolen.

Avfølingsanordningen llh ifølge oppfinnelsen vil nå bli beskrevet nærmere under henvisning til fig. 1, IA og 2A-2G. Av-følingsanordningen llh har en høyspenningselektrode 12h, fortrinnsvis av wolframkarbid, som er fast forbundet med sveisepistolen 1 ved hjelp av en isolerende del 13h. En pulsgenerator 14 mater via en mateledning 15h elektroden 12h med høyspenningspulser (fig. 2A) for å frembringe en lysbue 16h (fig. IA) mellom elektrodens 12h spiss og det jordete vertikale arbeidsstykket 3.

Som det fremgår av fig. 2A er høyspenningspulsene firkantpulser, som i det viste eksempel har en pulslengde på ca. 18 ms og en pulsluke på ca. 150 \ xs, noe som tilsvarer ca. 512 pulser pr. sekund, samt en pulshøyde på ca. 10 kV.

En luftviklet målespole 17h, hvis ene ende er fri, er anordnet rundt mateledningen 15h for å avføle det elektriske felt rundt denne. Dette elektriske felt er avhengig av lysbuens 16h lengde, dvs. av avstanden mellom elektrodens 12h spiss og arbeidsstykket 3, og danner i målespolen 17h et målesignal hvis amplityde er proporsjonal med denne avstand. Målespolens 17h andre ende er koplet til en forsterker 18h. Ved en bestemt avstand,

den avstand som bør foreligge, mellom elektrodens 12h spiss og arbeidsstykket 3 mottar forsterkeren 18h det i fig. 2B viste innsignal (målesignalet) og avgir det i fig. 2C viste utsignal. Som det fremgår svinger innsignalet mellom -5 V og +5 V og utsignalet mellom 0 V og +24 V.

Forsterkeren 18h er koplet til en integrator-invertor 19h, som integrerer forsterkerens 18h utsignal og inverterer det integrerte signal. Utsignalet fra integrator-invertoren 19h er vist i fig. 2D. Som det fremgår er utsignalnivået -8 V for den avstand som bør foreligge.

Integrator-invertoren 19h er forbundet med en som adderer koplet forsterkers 20h ene inngang. En likespenningskilde 21h, hvis utsignal danner referansesignal og er innstillbar ved hjelp av et potensiometer Ph, er forbundet med forsterkerens 20h andre inngang. Likespenningskildens 21h utsignal er ved hjelp av poten-siometeret Ph innstilt på en verdi som svarer til den avstand som bør foreligge mellom elektroden 12h og arbeidsstykket 3,

dvs. i dette tilfelle som vist i fig. 2E på +8 V. Forsterkeren 20h summerer de to innsignaler og avgir et sumsignal, hvilket som vist i fig. 2F er et "nullsignal", idet avstanden mellom elektroden 12h og arbeidsstykket 3 i det viste tilfelle er lik den avstanden som bør foreligge.

Forsterkeren 20h er via en strømvender 22h forbundet med

en integrator-invertor 23h, som integrerer forsterkerens 20h utsignal for å hindre selvsvingning i systemet og inverterer det integrerte signal. Integrator-invertoren 23h avgir for den avstand som bør foreligge det signal som er vist i fig. 2G.

Integrator-invertoren 23h er koplet til en motorstyreenhet 24h, som er en firekvadrantstyreenhet av kjent type og er koplet til motoren Mh, som i sin tur er tilbakekoplet til motorstyreenheten via en takometergenerator TGh. Motorstyreenheten er innrettet slik at den ved mottaking av et positivt signal bringer motoren Mh til å rotere i urviserretningen, noe som i det foreliggende tilfelle innebærer at sleiden 7 i sleidekorset 5 og derved sveisepistolen 1 føres mot venstre i fig. 1, hvorved sveisepistolens 1 og elektrodens 12h avstand til arbeidsstykket 3 minker, at den ved mottaking av et negativt signal bringer motoren Mh til å rotere mot urviserretningen, noe som i det foreliggende tilfelle innebærer at sleiden 7 og sveisepistolen 1 føres mot høyre i fig. 1, hvorved sveisepistolens 1 og elektrodens 12h avstand til arbeidsstykket 3 øker, samt at den når innsignalet er null, dvs. at den avstand som bør foreligge virkelig foreligger, og lar motoren Mh stille, slik at sleiden 7 og sveisepistolen 1 holdes i stilling i forhold til arbeidsstykket 3. Motorens Mh omløpstall er proporsjonalt med innsignalet til motorstyreenheten 24h.

Avfølingsanordningen liv er likedan og funksjonerer på samme måte som den nettopp beskrevne avfølingsanordning llh. Avfølingsanordningen liv har således en høyspenningselektrode 12v, som er fast forbundet med sveisepistolen 1 ved hjelp av en isolerende del 13v og mates av pulsgeneratoren 14 via en mateledning 15v med samme høyspenningspulser (fig. 2A) som elektroden 12h for å frembringe en lysbue 16v (fig. IB) mellom elektrodens 12v spiss og det jordete horisontale arbeidsstykket 4.

Det må påpekes at ikke bare fig. 2A, men også fig. 2B-2G også gjelder for avfølingsanordningen liv.

Avfølingsanordningen liv har dessuten en luftviklet målespole 17v, som avføler det elektriske felt rundt mateledningen 15v og hvis ene ende er fri og hvis annen ende er forbundet med en forsterker 18v (se fig. 2B). Forsterkeren 18v er koplet til en integrator-invertor 19v (se fig. 2C), som i sin tur er forbundet med en som adderer koplet forsterkers 20v ene inngang (se fig. 2D). En likespenningskilde 21v, hvis utsignal utgjør referansesignal og er innstillbar ved hjelp av et potensiometer Pv, er koplet til forsterkerens 20v andre inngang og avgir et signal som svarer til den avstand som bør foreligge mellom elektroden 12v og arbeidsstykket 4 (se fig. 2E).

Forsterkeren 20v er via en strømvender 22v koplet til en selvsvingningshindrende integrator-invertor 23v (se fig. 2F),

som i sin tur er koplet til en motorstyreenhet 24v (se fig. 2G). Motorstyreenheten 24v er slik som motorstyreenheten 24h en firekvadrantstyreenhet av kjent type og er koplet til motoren Mv,

som i sin tur er tilbakekoplet til motorstyreenheten 24v via en takometergenerator TGv. Motorstyreenheten 24v er innrettet slik at den ved mottaking av et positivt signal bringer motoren

Mv til å rotere mot urviserretningen, noe som i det foreliggende tilfelle innebærer at sleiden 6 og sveisepistolen 1 føres nedad i fig. 1, hvorved sveisepistolens 1 og elektrodens 12v avstand til arbeidsstykket 4 minker, at den ved mottaking av et negativt signal bringer motoren Mv til å rotere i urviserretningen, noe som i det foreliggende tilfelle innebærer at sleiden 6 og sveisepistolen 1 føres oppad i fig. 1, hvorved sveisepistolens 1 og elektrodens 12v avstand til arbeidsstykket 4 øker, samt at den når innsignalet er null, dvs. når avstanden som bør foreligge virkelig foreligger, holder motoren Mv stille, slik at sleiden 6 og sveisepistolen 1 holdes på plass i sin stilling i forhold til arbeidsstykket 4. Motorens Mv omløpstall er proporsjonalt med innsignalet til motorstyreenheten 24v.

Dersom elektrodens 12h avstand til arbeidsstykket 3 er større enn den avstand som bør foreligge, øker målesignalets amplityde, og det mottas ved forsterkerens 20h nevnte ene inngang et signal som er mer negativt enn tilsvarende signal for den avstand som bør foreligge. Ved forsterkerens 20h utgang mottas derfor et negativt signal, som i sin tur gir et positivt signal som innsignal til motorstyreenheten 24h. Dette positive signal bevirker som nevnt ovenfor en forflytning av sleiden 7 og sveisepistolen 1 og derved av elektroden 12h mot venstre i fig. 1,

dvs. nærmere arbeidsstykket 3. Dersom elektrodens 12h avstand til arbeidsstykket 3 er mindre enn den avstand som bør foreligge, frembringes på analog måte en forflytning av sleiden 7 og sveisepistolen 1 og derved av elektroden 12h mot høyre i fig. 1, dvs. bort fra arbeidsstykket 3.

Dersom elektrodens 12v avstand til arbeidsstykket 4 er større eller mindre enn den avstand som bør foreligge, føres på tilsvarende måte sleiden 6 og sveisepistolen 1 og derved elektroden 12v henholdsvis nærmere og lenger bort fra arbeidsstykket 4 .

I kretsen for avfølingsanordningen llh vises i fig. 1 mellom forsterkeren 20h og strømvenderen 22h en med hjelp av strøm-venderen innkoplbar invertor 2 5h, som har forsterkningen 1:1. Denne invertor 25h skal innkoples når sveisepistolen 1 skal danne en sveis 2' på arbeidsstykkets 3 annen side. I dette tilfelle er sveisepistolen 1 montert på arbeidsstykkets 3 annen side,

dvs. på samme side som sveisen 2'. Som følge av den av invertoren 25h frembrakte invertering vil motorstyreenheten 21h også i dette

tilfelle motta innsignaler som har riktig polaritet for korrekt stillingsregulering av sleiden 7 og sveisepistolen 1.

En invertor 25v, som tilsvarer invertoren 25h, kan selv-følgelig også anvendes i kretsen for avfølingsanordningen liv. En innkopling av denne invertor 25v er nødvendig dersom sveis-ingen utføres på arbeidsstykkets underside istedenfor på dets overside.

Som det turde fremgå av det som er anført ovenfor er det ifølge den foreliggende oppfinnelse frembrakt en forholdsvis enkel og billig.og samtidig pålitelig anordning til avføling av avstanden mellom et objekt av elektrisk ledende materiale og et referansepunkt som her defineres av elektrodespissen.

Som det også turde fremgå ovenfor er anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse meget velegnet for anvendelse i en be-røringsfri fugefølger for mekanisert eller automatisk sveising. Anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse krever meget liten måleflate på objektet og kan av den grunn f.eks. anvendes for avstandsavføling meget nær en kant på objektet.

Claims (5)

1. !• Anordning til avføling av avstand mellom et objekt (3,4) av elektrisk ledende materiale og et referansepunkt, hvor anordningen har en elektrode (12h,12v) med en spiss som danner referansepunktet, karakterisert ved en høyspen-ningskilde (14) som elektroden (12h,12v) er koplet til via en mateledning (15h,15v) og som er innrettet til å generere høyspen-ningspulser for å frembringe en lysbue (16h,16v) mellom elektrodespissen og objektet (3,4), og ved et måleorgan (17h,17v) som er innrettet til å avføle det elektriske felt rundt mateledningen (15h,15v) og avgi et med dette felt proporsjonalt målesignal og som er koplet til en målesignalavfølende krets (18h-25h, 18v-25v).
2. 2. Anordning i samsvar med krav 1, karakteri-r sert ved at måleorganet er en luftviklet målespole (17h,17v).
3. 3. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert ved at målespolens (17h,17v) ene ende er fri, og at dens andre ende er koplet til den målesignalavfølende krets (18h-25h, 18v-25v).
4. 4. Anordning i samsvar med krav 2 eller 3, karakterisert ved at målespolen (17h,17v) er anordnet rundt mateledningen (15h,15v).
5. 5. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at den målesignalavfølende krets (18h-25h, 18v-25v) omfatter en komparatorenhet (20h,20v) som er innrettet til å sammenlikne målesignalet med et signal som svarer til en forutbestemt avstand mellom objektet (3,4) og elektrodespissen.