RU2241207C1 - Functional sensor of position of weldpool - Google Patents
Functional sensor of position of weldpool Download PDFInfo
- Publication number
- RU2241207C1 RU2241207C1 RU2003115137/28A RU2003115137A RU2241207C1 RU 2241207 C1 RU2241207 C1 RU 2241207C1 RU 2003115137/28 A RU2003115137/28 A RU 2003115137/28A RU 2003115137 A RU2003115137 A RU 2003115137A RU 2241207 C1 RU2241207 C1 RU 2241207C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diode
- circuit
- voltage
- angle
- resistance
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области электродуговой сварки, а именно к маятниковым датчикам пространственного положения сварочной ванны с целью удержания в ней расплавленного металла, и может найти применение для сварки неповоротных трубопроводных стыков, расположенных в вертикальной плоскости.The present invention relates to the field of electric arc welding, and in particular to pendulum sensors of the spatial position of the weld pool in order to hold molten metal in it, and may find application for welding fixed pipe joints located in a vertical plane.
Известно устройство - маятниковый датчик угла наклона (Авторское свидетельство СССР №1776992, кл. G 01 С 9/12, БИ №43, 1992 г.), содержащее: поперечный стержень; первый и второй боковые стержни, одна сторона каждого из которых выполнена с зубчатой рейкой, установленной с возможностью взаимодействия с первым зубчатым колесом, расположенным на оси подвеса; первый индукционный преобразователь наклона, статор которого жестко закреплен на оси подвеса, а ротор жестко скреплен с первым зубчатым колесом; второй индукционный преобразователь наклона с ротором, закрепленным соосно с первым ротором на втором зубчатом колесе, взаимодействующем с дополнительной зубчатой рейкой, закрепленной на одном из боковых стержней, при этом обмотки обоих роторов соединены последовательно и согласно.A device is known - a pendulum angle sensor (USSR Author's Certificate No. 1776992, class G 01 C 9/12, BI No. 43, 1992), comprising: a transverse rod; the first and second side rods, one side of each of which is made with a gear rack mounted to interact with the first gear located on the suspension axis; a first induction tilt converter, the stator of which is rigidly fixed to the suspension axis, and the rotor is rigidly fastened to the first gear wheel; the second induction tilt converter with a rotor mounted coaxially with the first rotor on a second gear wheel interacting with an additional gear rack mounted on one of the side rods, while the windings of both rotors are connected in series and in accordance.
Данный маятниковый датчик обладает недостатком, заключающимся в том, что маятник имеет сложную конструкцию, требующую сложного оборудования для изготовления зубчатых реек и зубчатых колес и специальной производственной базы для реализации конструкции индукционного преобразователя. Кроме того, еще одним недостатком, не позволяющим использовать данный датчик непосредственно для управления углом наклона сварочной головки, является то, что индукционный преобразователь угла наклона в этом датчике преобразует угол наклона в прямо пропорциональный ему сигнал.This pendulum sensor has the disadvantage that the pendulum has a complex structure that requires sophisticated equipment for the manufacture of gear racks and gears and a special production base for the construction of the induction converter. In addition, another drawback that does not allow the use of this sensor directly to control the angle of inclination of the welding head is that the induction angle converter in this sensor converts the angle of inclination into a signal directly proportional to it.
Прототипом является устройство для определения углов наклона объектов (Авторское свидетельство СССР №1760318, кл. G 01 С 9/12, БИ №33, 1992 г.), содержащее неподвижный корпус, гравитационно-чувствительный элемент, закрепленный на горизонтальной оси вращения, связанной с преобразователем угла поворота, груз и поплавок, связанные с чувствительным элементом симметрично относительно оси вращения.The prototype is a device for determining the angle of inclination of objects (USSR Author's Certificate No. 1760318, class G 01 C 9/12, BI No. 33, 1992), containing a stationary body, a gravitationally-sensitive element mounted on a horizontal axis of rotation associated with the angle of rotation transducer, the load and the float associated with the sensing element are symmetrical about the axis of rotation.
В данном устройстве угол наклона преобразуется в прямо пропорциональную ему величину напряжения, что не позволяет использовать это напряжение для управления углом наклона сварочной головки в функции пространственного положения сварочной ванны, так как связь между углом положения сварочной головки и пространственным положением сварочной ванны, определяемым углом между вертикалью и нормалью к свариваемой поверхности в центре сварочной ванны, является не прямо пропорциональной, а нелинейной. Кроме того, конструкция данного датчика сложна, ввиду чего он не может быть изготовлен без специального оборудования, требует специальных комплектующих материалов и т.д.In this device, the angle of inclination is converted into a voltage directly proportional to it, which does not allow using this voltage to control the angle of inclination of the welding head as a function of the spatial position of the weld pool, since the relationship between the angle of the position of the welding head and the spatial position of the weld pool, determined by the angle between the vertical and the normal to the surface being welded in the center of the weld pool is not directly proportional, but non-linear. In addition, the design of this sensor is complex, which is why it cannot be manufactured without special equipment, requires special components, etc.
Поставлена задача разработать простой и надежный датчик, который позволял бы непрерывно фиксировать ориентацию сварочной ванны относительно линии действия силы тяжести (иначе говоря, фиксировать пространственное положение сварочной ванны) и преобразовывать пространственное положение в электрический сигнал, изменяющийся в соответствии с определенной функцией.The task is to develop a simple and reliable sensor that would continuously fix the orientation of the weld pool relative to the line of gravity (in other words, fix the spatial position of the weld pool) and convert the spatial position into an electrical signal that changes in accordance with a certain function.
Поставленная задача решается тем, что функциональный датчик пространственного положения сварочной ванны содержит корпус, неподвижно закрепленный на механизме передвижения сварочной головки вдоль линии шва, и гравитационно-чувствительный элемент, выполненный в виде маятника, который закреплен на оси поворота преобразователя угла наклона в напряжение потенциометрического типа. К выходу преобразователя угла поворота в напряжение, которым являются средняя точка потенциометра и его движок, подключен делитель напряжения, состоящий из последовательно включенных сопротивления и трех параллельных цепей, одна из которых состоит из диода и регулируемого сопротивления. Вторая цепь состоит из диода и регулируемого сопротивления, причем диод в этой цепи включен встречно по отношению к диоду первой цепи. Третья цепь состоит из стабилитрона, регулируемого сопротивления и диода, причем диод третьей цепи включен в том же направлении, что и диод во второй цепи. Параллельно цепи, состоящей из трех параллельных цепей, подключена мостовая выпрямительная схема, с вывода которой снимется напряжение, представляющее закон управления углом наклона сварочной головки в функции пространственного положения сварочной ванны.The problem is solved in that the functional sensor of the spatial position of the weld pool contains a housing fixedly mounted on the movement mechanism of the welding head along the seam line, and a gravitationally sensitive element made in the form of a pendulum, which is fixed on the axis of rotation of the transducer of the angle of inclination to voltage of a potentiometric type. A voltage divider consisting of series-connected resistances and three parallel circuits, one of which consists of a diode and an adjustable resistance, is connected to the output of the angle-to-voltage converter, which is the midpoint of the potentiometer and its engine. The second circuit consists of a diode and adjustable resistance, and the diode in this circuit is turned on counter to the diode of the first circuit. The third circuit consists of a zener diode, an adjustable resistance and a diode, and the diode of the third circuit is turned on in the same direction as the diode in the second circuit. In parallel to the circuit, consisting of three parallel circuits, a bridge rectifier circuit is connected, the output of which is removed from the voltage, representing the law of controlling the angle of inclination of the welding head as a function of the spatial position of the weld pool.
Более детально сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:In more detail, the invention is illustrated by drawings, which depict:
на фиг.1 - схема сварки;figure 1 - diagram of the welding;
на фиг.2 - график зависимости угла наклона оси электрода от угла наклона нормали, проведенной к поверхности стыка через центр сварочной ванны;figure 2 is a graph of the angle of inclination of the axis of the electrode from the angle of inclination of the normal drawn to the surface of the joint through the center of the weld pool;
на фиг.3 - конструкция датчика (вид спереди);figure 3 - sensor design (front view);
на фиг.4 - конструкция датчика (вид сбоку);figure 4 - sensor design (side view);
на фиг.5 - электрическая схема датчика;figure 5 - electrical circuit of the sensor;
на фиг.6 - график, представляющий закон изменения угла наклона сварочной головки в функции пространственного положения сварочной ванны.6 is a graph representing the law of change of the angle of inclination of the welding head as a function of the spatial position of the weld pool.
Далее необходимо пояснить следующее.Next, you need to clarify the following.
Современные исследования в области формирования сварного шва при дуговой сварке неповоротных орбитальных стыков, расположенных в вертикальной плоскости, показали, что при сварке “на спуск” необходимо корректировать угол β наклона оси электрода относительно нормали, проведенной к поверхности стыка через центр тяжести сварочной ванны в плоскости стыка. Согласно упомянутым исследованиям угол β наклона оси электрода необходимо изменять в зависимости от того, как в данный момент сварочная ванна ориентирована относительно линии действия силы тяжести. Указанное ориентирование шва выражается углом α наклона нормали (поведенной к поверхности стыка и проходящей через центр тяжести сварочной ванны) к вертикали (фиг.1). Определение пространственного положения сварочной ванны посредством датчика, установленного на механизме перемещения сварочной головки вдоль линии стыка (сварочной тележке), возможно благодаря тому, что сварочная ванна и сварочная тележка в пространстве жестко друг с другом связаны. Корректировка угла наклона оси электрода в плоскости стыка обеспечивает управление процессом формирования сварного шва, необходимое для удерживания сварочной ванны от вытекания. Согласно проведенным исследованиям одним из оптимальных вариантов зависимости β от α является зависимость, представленная на фиг.2. Эта зависимость состоит из трех характерных участков (I, II и III), на каждом из которых характер изменения β различен. Для того, чтобы осуществить управление углом β, как функцией угла α (в соответствии с представленной на фиг.2 зависимостью), необходимо получить сигнал, который изменялся бы в функции угла α и отражал бы при этом указанную зависимость.Modern research in the field of the formation of a weld in arc welding of fixed orbital joints located in a vertical plane has shown that when welding on the run, it is necessary to correct the angle β of the inclination of the axis of the electrode relative to the normal drawn to the surface of the joint through the center of gravity of the weld pool in the joint plane . According to the aforementioned studies, the angle β of the inclination of the axis of the electrode must be changed depending on how the weld pool is currently oriented with respect to the line of action of gravity. The specified orientation of the seam is expressed by the angle α of the inclination of the normal (directed to the surface of the joint and passing through the center of gravity of the weld pool) to the vertical (Fig. 1). Determination of the spatial position of the weld pool by means of a sensor mounted on the mechanism for moving the weld head along the joint line (welding cart) is possible due to the fact that the weld pool and welding cart in space are rigidly connected to each other. Correction of the angle of inclination of the axis of the electrode in the junction plane provides control of the process of formation of the weld, necessary to keep the weld pool from escaping. According to studies, one of the best options for the dependence of β on α is the dependence shown in figure 2. This dependence consists of three characteristic sections (I, II, and III), on each of which the nature of the change in β is different. In order to control the angle β as a function of the angle α (in accordance with the dependence shown in FIG. 2), it is necessary to obtain a signal that would change as a function of the angle α and reflect this dependence.
Следовательно, чтобы качественно выполнить сварной шов, необходимо получить на выходе датчика требуемую функциональную зависимость напряжения от пространственного положения сварочной ванны при его непрерывном изменении, с целью использования этой зависимости для управления процессом сварки, обеспечивающим удерживание сварочной ванны от вытекания во всех пространственных положениях.Therefore, in order to qualitatively perform the weld, it is necessary to obtain the required functional dependence of the voltage on the spatial position of the weld pool at its output at a continuous change in order to use this dependence to control the welding process, ensuring that the weld pool is kept from flowing out in all spatial positions.
Датчик (фиг.3, 4) состоит из корпуса 1, служащего одновременно для закрепления датчика на механизме перемещения сварочной головки вдоль линии стыка; преобразователя угла поворота потенциометрического типа 2; гравитационно-чувствительного элемента 3, выполненного в виде маятника, закрепленного на оси преобразователя угла поворота с помощью крепежного устройства 4, а также блока электрического преобразования сигнала 5 (БЭПС). В состав БЭПС входит делитель напряжения, состоящий из двух последовательно включенных резисторов 6 и 7 (фиг.5), имеющих одинаковый номинал. Этот делитель включен последовательно преобразователю угла поворота 2. В состав БЭПС входит также делитель напряжения, состоящий из резистора 8 и трех параллельных цепей, первая из которых состоит из нерегулируемого сопротивления 9 и диода 10; вторая состоит из регулируемого сопротивления 11 и диода 12, причем диод второй цепи включен встречно по отношению к диоду первой цепи; третья цепь состоит из стабилитрона 13, регулируемого сопротивления 14 и диода 15, причем диод третьей цепи включен параллельно диоду второй цепи. Также в состав БЭПС входит выводное устройство, состоящее из выпрямительного блока 16 и потенциометра 17.The sensor (Figs. 3, 4) consists of a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В момент начала движения механизма изменения угла наклона сварочной головки, на котором закреплен корпус преобразователя угла поворота 2 (ПУП) датчика, движок ПУП находится в положении b, несколько отстоящем от крайнего положения а, к контакту которого подключен положительный вывод источника питания датчика. При движении механизма изменения угла наклона сварочной головки вдоль сварного стыка движок ПУП осуществляет перемещение от положения b, в котором центр сварочной ванны расположен в самой верхней точке сварного стыка, к положению е, в котором центр сварочной ванны распложен в самой нижней точке сварного стыка, отстоящему от положения b на 180°. Положение с движка ПУП отстоит от положения а на 90°. Когда движок ПУП находится в положении с, потенциалы контакта движка ПУП и общей точки сопротивлений 6 и 7 равны, а напряжение на выводном устройстве 17 блока 5 отсутствует.At the moment of starting the movement of the mechanism for changing the angle of inclination of the welding head, on which the body of the transducer of the angle of rotation 2 (PUP) of the sensor is fixed, the PUP engine is in position b, slightly spaced from the extreme position a, to the contact of which the positive output of the sensor power source is connected. When the mechanism changes the angle of inclination of the welding head along the weld joint, the PUP engine moves from position b, in which the center of the weld pool is located at the highest point of the weld joint, to position e, in which the center of the weld pool is located at the lowest point of the weld joint from position b through 180 °. The position from the PUP engine is 90 ° away from position a. When the PUP engine is in position c, the contact potentials of the PUP engine and the common point of resistances 6 and 7 are equal, and there is no voltage at the output device 17 of
Когда движок ПУП находится в положении d, напряжение на выходе БЭПС, обусловленное функцией самого БЭПС, равно напряжению, которое соответствует положению бегунка b.When the PUP engine is in position d, the voltage at the output of the BEPS, due to the function of the BEPS itself, is equal to the voltage that corresponds to the position of the slider b.
При перемещении бегунка ПУП из положения b в положение с разность потенциалов между клеммами G и К монотонно убывает от U1 до U2=0, а клемма G является плюсом по отношению к клемме К. Так как клемма G является плюсом по отношению к клемме К, то ток через делитель, состоящий из сопротивления 8 и трех параллельных цепей, потечет по цепи: клемма G - сопротивление 8 - диод 10 - сопротивление 9 - клемма К, а напряжение на выводном устройстве, снимаемое с клемм L и К, будет пропорционально отношению сопротивлений R9/R8. При перемещении движка ПУП от положения с к положению d полярность на клеммах G и К поменяется и клемма К станет плюсовой по отношению к клемме G, при этом ток через делитель потечет по цепи: клемма К - сопротивление 11 - диод 12 - сопротивление 8 - клемма G, a напряжение на выводном устройстве, снимаемое с клемм К и L, будет пропорционально отношению сопротивлений R11/R8, при этом регулируемое сопротивление 11 настраивается таким образом, что отношение R11/R8 больше отношения R9/R8 ровно на столько, что напряжение на выводном устройстве, снимаемое с клемм К и L, будет соответствовать снимаемому с этих клемм напряжению в случае нахождения бегунка ПУП в положении b. Положение точки d, при котором достигается вышеуказанное равенство напряжений, не является постоянным, а может быть установлено в любом месте между точками с и е, исключая крайние положения, посредством изменения сопротивлений 11 и 14.When the PUP slider moves from position b to position c, the potential difference between terminals G and K monotonically decreases from U 1 to U 2 = 0, and terminal G is a plus with respect to terminal K. Since terminal G is a plus with respect to terminal K , then the current through the divider, consisting of resistance 8 and three parallel circuits, will flow through the circuit: terminal G - resistance 8 - diode 10 - resistance 9 - terminal K, and the voltage at the output device, taken from terminals L and K, will be proportional to the ratio resistance R9 / R8. When the PUP engine moves from position c to position d, the polarity at terminals G and K will change and terminal K will become positive with respect to terminal G, while the current through the divider will flow through the circuit: terminal K - resistance 11 - diode 12 - resistance 8 - terminal G, a voltage at the output device, taken from terminals K and L, will be proportional to the ratio of resistances R11 / R8, while the adjustable resistance 11 is adjusted so that the ratio R11 / R8 is greater than the ratio R9 / R8 by so much that the voltage at the output device removed from terminals K and L , will correspond to the voltage removed from these terminals in the event that the PUP slider is in position b. The position of point d at which the above equality of voltages is achieved is not constant, but can be set anywhere between points c and e, except for the extreme positions, by changing the resistances 11 and 14.
При достижении бегунком ПУП положения d открывается стабилитрон 13, имеющий соответствующее напряжение стабилизации, в результате чего ток начинает течь по двум параллельным цепям:When the slider reaches the PUP position d, the zener diode 13 opens, having the corresponding stabilization voltage, as a result of which the current begins to flow in two parallel circuits:
1. клемма К - сопротивление 11 - диод 12 - клемма L - сопротивление 8 -клемма G;1. terminal K - resistance 11 - diode 12 - terminal L - resistance 8 - terminal G;
2. клемма К - стабилитрон 13 - сопротивление 14 - диод 15 - клемма L -сопротивление 8 - клемма G.2. terminal K - zener diode 13 - resistance 14 - diode 15 - terminal L - resistance 8 - terminal G.
В это время напряжение на выводном устройстве, снимаемое с клемм К и L, будет пропорционально отношению суммарного сопротивления цепей, одна их которых состоит из сопротивления 11 и диода 12, а другая - из стабилитрона 13, сопротивления 14 и диода 15, к сопротивлению 8 (фиг.5).At this time, the voltage at the output device, taken from the terminals K and L, will be proportional to the ratio of the total resistance of the circuits, one of which consists of resistance 11 and diode 12, and the other from zener diode 13, resistance 14 and diode 15, to resistance 8 ( figure 5).
На фиг.6 изображен график, выражающий требуемый закон изменения напряжения на выходе со стороны потенциометра 17 (при неизменном значении входного постоянного напряжения на входе со стороны потенциометра 2), в зависимости от положения бегунка потенциометра 2.Figure 6 shows a graph expressing the desired law of variation of the output voltage from the side of the potentiometer 17 (at a constant value of the input DC voltage at the input from the side of the potentiometer 2), depending on the position of the
В соответствие с описанием работы принципиальной электрической схемы при движении бегунка потенциометра из положения b в положение с (фиг.5) напряжение на выходе со стороны потенциометра 17 падает от начального значения uн до нуля в соответствии с участком αb-αс графика (фиг.6). Далее при движении бегунка потенциометра 2 от точки с к точке d напряжение на выходе со стороны потенциометра 2 растет от нуля до начального значения uн и, далее, при движении бегунка потенциометра 2 от точки d к точке е - до своего максимального значения.In accordance with the description of the operation of the circuit diagram when the potentiometer slider moves from position b to position c (Fig. 5), the voltage at the output from the potentiometer 17 drops from the initial value un to zero in accordance with the plot αb-αc of the graph (Fig.6) . Further, when the slider of
Таким образом, в процессе работы датчика, при определении им непрерывно меняющегося пространственного положения, электрический сигнал на выходе БЭПС датчика меняется по закону, представленному на фиг.6. А так как зависимость, представленная на фиг.6, в сущности вполне полноценно отражает зависимость, представленную на фиг.2, то тем самым достигается выполнение поставленной задачи.Thus, during the operation of the sensor, when it determines a continuously changing spatial position, the electrical signal at the output of the BEPS of the sensor changes according to the law presented in Fig.6. And since the dependence presented in Fig.6, in essence, fully reflects the dependence presented in Fig.2, this completes the task.
Положительным эффектом применения этого датчика будет повышение качества сварных соединений.A positive effect of the use of this sensor will be an increase in the quality of welded joints.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003115137/28A RU2241207C1 (en) | 2003-05-21 | 2003-05-21 | Functional sensor of position of weldpool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003115137/28A RU2241207C1 (en) | 2003-05-21 | 2003-05-21 | Functional sensor of position of weldpool |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003115137A RU2003115137A (en) | 2004-11-27 |
| RU2241207C1 true RU2241207C1 (en) | 2004-11-27 |
Family
ID=34310892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003115137/28A RU2241207C1 (en) | 2003-05-21 | 2003-05-21 | Functional sensor of position of weldpool |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2241207C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2597847C1 (en) * | 2015-03-10 | 2016-09-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Welding torch inclination angle setting device |
-
2003
- 2003-05-21 RU RU2003115137/28A patent/RU2241207C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2597847C1 (en) * | 2015-03-10 | 2016-09-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Welding torch inclination angle setting device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3375717A (en) | Exercising measuring system | |
| US20050021248A1 (en) | Two-wire electromagnetic flowmeter | |
| RU2241207C1 (en) | Functional sensor of position of weldpool | |
| US5327789A (en) | Electromagnetic detection system for variable area flowmeter | |
| CN101813466A (en) | Device and method for measuring outer inclination angle of vehicle tyre | |
| JP4690631B2 (en) | Method and apparatus for operating a linear lambda sensor | |
| WO2010013360A1 (en) | Temperature measurement circuit in flowmeter | |
| KR0182334B1 (en) | Electrical quantity measurement device | |
| FI119406B (en) | Method and arrangement of the drive | |
| EP0039249B1 (en) | An electronic balance | |
| RU2597847C1 (en) | Welding torch inclination angle setting device | |
| JPH083421B2 (en) | Inclination detector | |
| JP2569486B2 (en) | Electronic balance | |
| JP3018311B2 (en) | Electromagnetic flow meter | |
| US4512189A (en) | Liquid quantity detecting device | |
| SU1270649A1 (en) | Float densimeter | |
| JPS5833129A (en) | Electronic balance | |
| SU1260807A1 (en) | Contactless conductometric converter | |
| JPH06273194A (en) | Output interpolating circuit for measuring apparatus | |
| JPS6247015Y2 (en) | ||
| SU676860A1 (en) | Transformer-type capacitive brifge for measuring displacements | |
| JPS5823900B2 (en) | Ripple detection circuit | |
| JPH0518366B2 (en) | ||
| SU1582074A2 (en) | Float densimeter | |
| SU1174867A1 (en) | Method of strong d.c. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050522 |