RU2066844C1

RU2066844C1 - Contactless servo system

Info

Publication number: RU2066844C1
Application number: RU93038842A
Authority: RU
Inventors: А.И. Сутин; С.В. Шостенко
Original assignee: Волгоградский Политехнический Институт
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1996-09-20

Abstract

FIELD: measurement technology, mechanical engineering. SUBSTANCE: jet position transducers are manufactured in the form of two slot nozzles 9, 10 attached to welding head 8 and two chokes 11, 12 which interchoke space is connected to input of comparison element 13 and to chambers 14, 15 of mechanism of longitudinal movement which membranes 16 , 17 are joined to carriage 18 of longitudinal movement having rod 2 connected to case. Upper chamber 4 is connected to pressure transducer 22, lower chamber 6 is connected through pneumatic valves 20, 21 with make and break pneumatic contacts and OR gate 19. EFFECT: expanded application field, enhanced operational reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и машиностроению и может быть использовано для стабилизации зазора между инструментом, например сварочной головкой, и кромкой изделия. The invention relates to measuring technique and mechanical engineering and can be used to stabilize the gap between the tool, for example a welding head, and the edge of the product.

Известна бесконтактная следящая система за положением инструмента (см. а. с. N 861940, кл. G 01 B 13/02, 07.09.81), содержащая не менее 3 струйных датчиков положения, предназначенных для соединения с инструментом, пневмоэлектропреобразовательную систему с исполнительно-следящими элементами по числу струйных датчиков, и связанный с ними реверсивный привод подъема и опускания инструмента, причем, исполнительно-следящие элементы выполнены в виде датчиков-реле напора, контакты которых при осуществлении операции подъема соединены между собой параллельно, а при осуществлении операции опускания соединены между собой последовательно. Known non-contact tracking system for the position of the tool (see and.with. N 861940, class G 01 B 13/02, 09/07/81), containing at least 3 inkjet position sensors designed to connect to the tool, a pneumatic electro-conversion system with tracking elements according to the number of inkjet sensors, and a reversible drive for raising and lowering the tool associated with them, moreover, executive-tracking elements are made in the form of pressure sensors-relays, the contacts of which are connected in parallel during the lifting operation, and when carrying out the lowering operations are interconnected in series.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известной системы относится то, что у нее отсутствует возможность слежения за кромкой изделия в горизонтальном направлении. The reasons that impede the achievement of the required technical result when using the known system include the fact that it does not have the ability to track the edge of the product in the horizontal direction.

Наиболее близкой системой того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является "Бесконтактная следящая система" (см. а.с. N 438868, кл. G 01 B 13/02, 05.08.74), содержащая предназначенный для установки инструмента, например термического резака, корпус, реверсивный привод для его подъема и опускания, струйный датчик положения, скрепленный с корпусом, два струйных реле, сообщенных входами с выходом струйного датчика положения: одно непосредственно, а другое через дроссельный делитель и два дискретных пневмоэлектрических преобразователя, по одному в электрических цепях подъема и опускания, причем она снабжена двумя скрепленными с корпусом дополнительными струйными датчиками положения идентичными первому, каждый также с двумя струйными реле, и струйным логическим устройством, реализующим операции "два" из трех", входы которого сообщены с выходами реле, а выходы с входами пневмоэлектрических преобразователей. The closest system of the same purpose to the claimed object according to the totality of signs is the "Contactless tracking system" (see AS No. 438868, class G 01 B 13/02, 05.08.74), containing intended for installation of a tool, such as thermal torch, housing, reversible drive for raising and lowering it, an inkjet position sensor attached to the body, two inkjet relays communicated by the inputs to the output of the inkjet position sensor: one directly, and the other through a throttle divider and two discrete pneumatic-electric converters atelier, one in the electric circuits of raising and lowering, and it is equipped with two additional inkjet position sensors, fastened to the housing, identical to the first, each also with two inkjet relays, and an inkjet logic device that implements two out of three operations, the inputs of which are communicated with relay outputs, and outputs with pneumatic transducers inputs.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известной системы, относится то, что она не позволяет осуществить слежение за кромкой изделия в горизонтальном направлении и обеспечить одновременное слежение по двум координатам, а также достичь высокой точности слежения из-за наличия пневмоэлектрических преобразователей и электропривода, что существенно повышает инерционность системы. The reasons that impede the achievement of the required technical result when using the known system include the fact that it does not allow tracking the product edge in the horizontal direction and ensuring simultaneous tracking along two coordinates, as well as achieving high tracking accuracy due to the presence of pneumatic-electric converters and an electric drive , which significantly increases the inertia of the system.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание пневматической следящей системы, которая найдет применение в различных отраслях техники, например, в металлообработке, сварке и др. The problem to which the invention is directed is the creation of a pneumatic servo system that will find application in various branches of technology, for example, in metalworking, welding, etc.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является обеспечение возможности слежения за кромкой изделия по двум координатам и повышение точности слежения путем сравнения давлений на выходах струйных датчиков положения. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to enable tracking of the product edge along two coordinates and to increase tracking accuracy by comparing the pressures at the outputs of the inkjet position sensors.

Указанный технический результат достигается тем, что в бесконтактной следящей системе, содержащей предназначенный для установки инструмента, например, сварочной головки, корпус, реверсивный привод его подъема и опускания, струйные датчики положения, причем струйные датчики положения выполнены в виде двух щелевых сопел, закрепленных на сварочной головке и двух дросселей, междроссельное пространство которых подключено к входам элемента сравнения и к камерам механизма продольного перемещения, мембраны которого соединены с кареткой продольного перемещения с закрепленным на ней реверсивным приводом подъема и опускания, выполненном в виде двухполостной камеры со штоком, соединенным с корпусом, при этом верхняя камера подключена к задатчику давления, а нижняя соединена с выходом элемента сравнения через пневмоклапаны с размыкающими и замыкающими пневмоконтактами и элемент ИЛИ. The specified technical result is achieved by the fact that in a non-contact servo system containing for mounting a tool, for example, a welding head, a housing, a reversible drive for raising and lowering it, inkjet position sensors, the inkjet position sensors are made in the form of two slotted nozzles mounted on the welding the head and two chokes, the inter-throttle space of which is connected to the inputs of the comparison element and to the cameras of the longitudinal movement mechanism, the membranes of which are connected to the carriage an axial movement with a reversible drive for raising and lowering mounted on it, made in the form of a two-cavity chamber with a rod connected to the housing, while the upper chamber is connected to the pressure regulator, and the lower one is connected to the output of the comparison element through pneumatic valves with opening and closing pneumatic contacts and an OR element .

Выполнение бесконтактной следящей системы в виде механизма слежения за кромкой изделия, состоящего из двух мембранных приводов, струйных датчиков положения в виде двух щелевых сопел и двух дросселей, обеспечивает работу левого и правого струйных датчиков положения типа соплозаслонка на одинаковых участках их статических характеристик, что значительно повышает точность системы. Установка элемента сравнения, элемента ИЛИ, размыкающего и замыкающего пневмоклапанов позволяет осуществить одновременное слежение за кромкой изделия по двум координатам, путем сравнения давлений на выходах струйных датчиков положения. The implementation of a non-contact tracking system in the form of a mechanism for tracking the edge of the product, consisting of two membrane actuators, inkjet position sensors in the form of two slotted nozzles and two chokes, ensures the operation of the left and right inkjet position sensors of the nozzle type on the same sections of their static characteristics, which significantly increases system accuracy. The installation of a comparison element, an OR element, opening and closing pneumatic valves allows simultaneous monitoring of the product edge in two coordinates, by comparing the pressures at the outputs of the jet position sensors.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существующим признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формулу изобретения. The analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant has not found an analogue characterized by features identical to all existing features of the claimed invention, and the definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed to identify the set of essential in relation to the seen lem the technical result of the distinguishing features in the claimed object set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step" under applicable law.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой системы; на фиг. 2 -разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed system; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Бесконтактная следящая система состоит из корпуса 1, который одним концом крепится на штоке 2 реверсивного привода подъема и опускания 3, состоящего из камеры 4 с подвижной мембраной 5 и камеры 6, образованной мембранами 5 и 7, соединенных общим штоком 2. На другом конце корпуса 1 закреплен инструмент, например сварочная головка 8, на конце которой установлены щелевые сопла 9, 10, образующие соответственно с дросселями 11, 12 струйные датчики положения, междроссельное пространство которых подключено к входам элемента сравнения 13 и к соответствующим камерам 14, 15 механизма продольного перемещения, включающего в себя мембраны 16, 17, соединенные с кареткой продольного перемещения 18, на которой крепится реверсивный привод подъема и опускания 3. Камера 6 подключена к выходу элемента ИЛИ 19, входы которого соединены с выходами замыкающего 20 и размыкающего 21 пневмоклапанов. Управляющие входы пневмоклапанов 20, 21 соединены с выходом элемента сравнения 13, а питающие входы подключены, соответственно, к камерам 14 и 15. К камере 4 подключен задатчик давления 22, обеспечивающий постоянство зазора между концом сварочной головки 8 и свариваемой кромкой изделия 23 по вертикали. The non-contact follow-up system consists of a housing 1, which is attached at one end to a rod 2 of a reversible drive for raising and lowering 3, consisting of a chamber 4 with a movable membrane 5 and a chamber 6 formed by membranes 5 and 7 connected by a common rod 2. At the other end of the housing 1 a tool is fixed, for example, a welding head 8, at the end of which slotted nozzles 9, 10 are installed, forming jet sensors of position, respectively, with throttles 11, 12, the inter-throttle space of which is connected to the inputs of the comparison element 13 and to the corresponding cameras 14, 15 of the longitudinal movement mechanism, including membranes 16, 17 connected to the longitudinal movement carriage 18, on which the reversible drive for raising and lowering 3 is attached. The camera 6 is connected to the output of the OR element 19, the inputs of which are connected to the outputs of the closing 20 and disconnecting 21 pneumatic valves. The control inputs of the pneumatic valves 20, 21 are connected to the output of the comparison element 13, and the supply inputs are connected, respectively, to the chambers 14 and 15. A pressure regulator 22 is connected to the chamber 4, ensuring a constant gap between the end of the welding head 8 and the welded edge of the product 23 vertically.

Перед работой система настраивается на заданную величину зазора в вертикальном направлении. Для этого с помощью задатчика 22 регулируется давление в камере 4 реверсивного привода подъема и опускания 3, обеспечивающее положение сварочной головки 8 относительно кромки изделия 23 с заданным зазором. Before operation, the system is adjusted to a predetermined amount of clearance in the vertical direction. For this, with the help of the adjuster 22, the pressure in the chamber 4 of the reversible drive for raising and lowering 3 is adjusted, which ensures the position of the welding head 8 relative to the edge of the product 23 with a given clearance.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

В случае, когда сварочная головка 8 расположена точно по центру свариваемой кромки изделия 23, устанавливается равенство давлений на выходах струйных датчиков положения с соплами 9 и 10, что обеспечивает равные давления в камерах 14 и 15 механизма продольного перемещения. При этом каретка продольного перемещения 18 перемещаться в горизонтальном направлении не будет и, соответственно, сварочная головка 8 будет оставаться в равновесии относительно центра свариваемой кромки изделия 23. Одновременно равенство давлений на входах элемента сравнения 13 обеспечит наличие сигнала на его выходе, что вызывает открытие клапана 20, а значит свободный доступ воздуха через элемент ИЛИ 19 в камеру 6 реверсивного привода подъема и опускания 3. Так, как в камере 4 с помощью задатчика давления 22 заранее установлено определенное давление, то повышение давления в камере 6 будет происходит до тех пор, пока не установится требуемое положение сварочной головки 8 по отношению к кромке изделия 23, соответствующего заданному зазору. При вращении изделия 23 положение свариваемой кромки относительно центра сварочной головки 8 в горизонтальном направлении может измениться. Например, при смещении кромки влево, уменьшается перекрытие сопла 9, что вызывает падение давления на соответствующем выходе струйного датчика положения и в камере 14 механизма продольного перемещения. Разность давлений в камерах 14 и 15 обеспечит смещение каретки продольного перемещения 18 влево, то есть в сторону камеры с меньшим давлением. Соответственно происходит перемещение сварочной головки 8 влево до установления равенства давлений на выходах струйных датчиков положения и в камерах 14, 15. При этом сварочная головка 8 располагается точно по центру кромки изделия 23. Аналогично происходит работа системы при смещении кромки изделия вправо. При изменении зазора между сварочной головкой 8 и кромкой изделия 23 по вертикали, независимо от положения кромки относительно центра сварочной головки 8, происходит регулирование положения инструмента по высоте. При изменении сопротивления в одном из сопел 9, 10, вызывающем повышение давления, например в струйном датчике положения с щелевым соплом 10, происходит переключение элемента сравнения 13 и на его выходе сигнал исчезает. Это приводит к открытию клапана 21 и давление от струйного датчика положения с соплом 10 подается через клапан 21, и элемент ИЛИ 19, в камеру 6 реверсивного привода подъема и опускания 3. Повышение давления в камере 6 вызывает перемещение мембранного блока 5-7 со штоком 2 вверх. При этом перемещается вверх корпус 1 со сварочной головкой 8. Происходит отвод инструмента от изделия 23, при этом давление начинает снижаться до установления равновесия сил, действующих на мембрану 5. Система стабилизируется. Независимо от положения кромки изделия 23 относительно щелевых сопел 9, 10 слежение по вертикали обеспечивается включением клапанов 20, 21. Если, например, давление на выходе струйного датчика положения с соплом 9 будет больше, то происходит переключение элемента сравнения 13 и появление на его выходе сигнала, что вызывает открытие клапана 20 и давление поступит через элемент ИЛИ 19 в камеру 6. Таким образом, реверсивный привод подъема и опускания 3 всегда получает сигнал от того струйного датчика положения, в котором давление больше. Слежение за положением свариваемой кромки детали 23 происходит всегда одновременно по двум координатам. In the case when the welding head 8 is located exactly in the center of the welded edge of the product 23, the pressure is equal to the outputs of the jet position sensors with nozzles 9 and 10, which ensures equal pressures in the chambers 14 and 15 of the longitudinal movement mechanism. In this case, the longitudinal movement carriage 18 will not move in the horizontal direction and, accordingly, the welding head 8 will remain in equilibrium with respect to the center of the welded edge of the product 23. At the same time, the pressure at the inputs of the comparison element 13 will provide a signal at its output, which causes the valve 20 to open , which means free access of air through the OR element 19 to the chamber 6 of the reversible drive of raising and lowering 3. Since in the chamber 4, using a pressure adjuster 22, a certain pressure, then the increase in pressure in the chamber 6 will occur until the desired position of the welding head 8 is established in relation to the edge of the product 23 corresponding to a given gap. When rotating the product 23, the position of the welded edge relative to the center of the welding head 8 in the horizontal direction can change. For example, when the edge is shifted to the left, the overlap of the nozzle 9 decreases, which causes a pressure drop at the corresponding output of the jet position sensor and in the chamber 14 of the longitudinal movement mechanism. The pressure difference in the chambers 14 and 15 will provide a displacement of the carriage of the longitudinal displacement 18 to the left, i.e. towards the chamber with less pressure. Accordingly, the welding head 8 moves to the left until the pressure is equal at the outputs of the jet position sensors and in the chambers 14, 15. In this case, the welding head 8 is located exactly in the center of the product edge 23. The system also works when the product edge is shifted to the right. When you change the gap between the welding head 8 and the edge of the product 23 vertically, regardless of the position of the edge relative to the center of the welding head 8, the tool is adjusted in height. When the resistance changes in one of the nozzles 9, 10, which causes an increase in pressure, for example, in a jet position sensor with a slot nozzle 10, the comparison element 13 switches and the signal disappears at its output. This leads to the opening of the valve 21 and the pressure from the jet position sensor with the nozzle 10 is supplied through the valve 21, and the OR element 19, into the chamber 6 of the reverse drive raising and lowering 3. The increase in pressure in the chamber 6 causes the membrane unit 5-7 to move with the rod 2 up. When this moves up the housing 1 with the welding head 8. There is a removal of the tool from the product 23, while the pressure begins to decrease until the balance of forces acting on the membrane 5. The system stabilizes. Regardless of the position of the edge of the product 23 relative to the slotted nozzles 9, 10, vertical tracking is provided by turning on the valves 20, 21. If, for example, the pressure at the output of the inkjet position sensor with the nozzle 9 is greater, the comparison element 13 is switched over and a signal appears on its output , which causes the valve 20 to open and the pressure will flow through the OR element 19 into the chamber 6. Thus, the reversing drive for raising and lowering 3 always receives a signal from the jet position sensor in which the pressure is greater. Tracking the position of the welded edge of the part 23 always occurs simultaneously in two coordinates.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении предназначено для использования в измерительной технике, для автоматизации сварки деталей с тонкими кромками и повышения качества сварного шва;
для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств и методов;
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:
the tool embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in measuring technology, to automate the welding of parts with thin edges and improve the quality of the weld;
for the claimed invention as described in the independent clause of the claims below, the possibility of its implementation using the means and methods described above in the application is confirmed;
means embodying the claimed invention in its implementation, is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability" under applicable law.

Claims

A non-contact follow-up system, comprising an installation tool, for example, a welding head, a housing, a reversible drive for raising and lowering it, inkjet position sensors, characterized in that the inkjet position sensors are made in the form of two slotted nozzles mounted on the welding head, and two chokes, the throttle space of which is connected to the inputs of the comparison element and to the chambers of the longitudinal movement mechanism, the membranes of which are connected to the longitudinal movement carriage fixed to second reversible lifting and lowering drive, designed as a double cavity and rod chamber connected with the housing, wherein the upper chamber is connected to the pressure vessel, and the lower chamber is connected to the output member through the comparison with the pneumatic valves open and close pnevmokontaktami and an OR gate.