SU1346368A1

SU1346368A1 - Method and apparatus for vertical stabilization of tool for gas electric welding

Info

Publication number: SU1346368A1
Application number: SU853842248A
Authority: SU
Inventors: Кирилл Васильевич Васильев; Николай Иванович Никифоров; Олег Константинович Пик; Игорь Никитович Матюнин; Валерий Кондратьевич Филатов
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Автогенного Машиностроения
Priority date: 1985-01-11
Filing date: 1985-01-11
Publication date: 1987-10-23

Abstract

Изобретение относитс к термической резке металлов и сварке неплав щимс электродом и позвол ет повысить точность стабилизации. Способ .включает преобразование излучени электрической дуги и поверхности обрабатываемого металла фотоэлементом в электрический сигнал, сравнение его с заданным значением и использование его после усилени дл автоматического управлени приводом. При этом фиксирование фотоэлемента производ т в зоне положени теневой границы, образованной контуром, газоэлектрического инструмента, и используют ее отклонение от заданного положени дл получени электрического сигнала. Устройство дл осуществлени способа содержит фотодатчик, оптическа ось которого пересекает вертикальную ось газоэлектрического инструмента, привод вращени фотодатчика , блок сравнени , блок усиле ни и привод вертикального перемещени . Оптическа ось фотодатчика направлена по касательной к наконечнику газоэлектрического инструмента и пересекает его вертикальную ось на рассто нии от нижнего торца h + 0,5d.ctg()d H(1,2d+.1,5)ctgoi, где h - рассто ние от поверхности металла До нижнего торца газоэлектрического инструмента; d - диаметр канала сопла газоэлектрического инструмента; об -.угол между оптической осью фотодатчика и осью инструмента . 2 с.п. и 2 з.п. ф-лы, 4 Hii. (Л, С t The invention relates to the thermal cutting of metals and welding with a non-consumable electrode and allows for improved stabilization accuracy. The method includes converting the radiation of the electric arc and the surface of the metal being treated by the photocell into an electric signal, comparing it with a given value and using it after amplification to automatically control the drive. In this case, the fixing of the photocell is performed in the zone of position of the shadow boundary formed by the contour of the gas-electric tool, and its deviation from the predetermined position is used to obtain an electrical signal. An apparatus for carrying out the method comprises a photo sensor whose optical axis intersects the vertical axis of the gas-electric instrument, a rotational drive of the photosensor, a comparison unit, a gain unit and a vertical movement drive. The optical axis of the photo sensor is directed tangentially to the tip of the gas-electric instrument and intersects its vertical axis at a distance from the lower end h + 0.5d.ctg () d H (1.2d + .1.5) ctgoi, where h is the distance from the surface metal To the bottom end of the gas-electric tool; d is the diameter of the nozzle channel of the gas-electric tool; ob-ugol between the optical axis of the photo sensor and the axis of the instrument. 2 sec. and 2 z. p. files, 4 Hii. (L, C t

Description

Изобретение относитс к газоэлектрической обработке металлов и может быть использовано в машинах дл термической резки металлов и сварки неплав щимс электродом.The invention relates to gas-electric metal processing and can be used in machines for thermal cutting of metals and welding with a non-melting electrode.

Цель изобретени - повышение точности вертикальной стабилизации газоэлектрического инструмента. - Изменение рассто ни меж,цу газо- электрическим инструментом и поверхностью обрабатываемого металла вызывает перемещение теневой гра иицы по светочувствительной поверхности фотодатчика, что мен ет вели- чину его внутреннего сопротивлени , приводит к разбалансированиго измерительной схемы и по влению электрического сигнала на входе электрического усилител . Усиленньй элект - рический сигнал вызывает вращение электрического двигател в ту или иную сторону и соответствующее перемещение газоэлектрического инст- .румента . до заданного положени j on реДел емого прохождением теневой границы через середину светочувствительной поверхности фотоэлемента,The purpose of the invention is to improve the accuracy of the vertical stabilization of the gas-electric tool. - A change in the distance between the gas-electric tool and the surface of the metal being processed causes the shadow boundary to move along the photosensitive surface of the photosensor, which changes its internal resistance, leading to imbalance of the measuring circuit and the appearance of an electrical signal at the input of the electric amplifier. The amplified electric signal causes the electric motor to rotate in one direction or another and the corresponding movement of the gas-electric tool. to a predetermined position j on that is solved by passing the shadow border through the middle of the photosensitive surface of the photocell,

На фиг. 1 приведено устройство дл вертикальной стабилизации газо- электрического инструмента имеющего цилиндрическую симметрию относительно вертикальной оси, общий вид; на фиг. 2 - вариант устройства дл газоэлектрического инстру- мента, не имеющего указанной симметрии; на фиг. З разрез А-А на фиг. (дл случа обработки металла ма- jibiMH токамиJ либо дл случаев расположени фотодатчика на большом уда- лении от газоэлектрического инструмента ) ; на фиг, 4 - то же5 вариан устройства дл стабилизации газоэлектрического инструмента большой мощности,FIG. 1 shows a device for vertical stabilization of a gas-electric tool having a cylindrical symmetry about a vertical axis, a general view; in fig. 2 shows a variant of a device for a gas-electric tool that does not have the specified symmetry; in fig. S section A-A in FIG. (for the case of metal processing with jibiMH currents or for the case when the photosensor is located at a large distance from the gas-electric tool); FIG. 4 shows the same 5 version of the device for stabilizing a high power gas-electric tool,

Устройство содержит газоэлектрический инструмент 1,наход ащйс на рассто нии h от обрабатываемого металла 2, который через шток 3 подвижно закреплен на суппорте 4 машины . На последнем установлен реверсивный электрический двигатель 5 выходной вал которого снабжен винтовой парой, сочлененной с т гой 6, котора закреплена на конце штока 3 На суппорте машины также смонтирова другой электрический двит атель 7, кинематически св занный через пару цилиндрических шестерен с кронштейThe device contains a gas-electric tool 1, located at a distance h from the metal to be machined 2, which is movably fixed on the support 4 of the machine through the rod 3. The latter is equipped with a reversible electric motor 5 whose output shaft is equipped with a screw pair articulated with a thrust 6, which is attached to the end of the rod 3 Another electric twin valve 7 mounted kinematically connected through a pair of spur gears with a bracket is also mounted on the car slide

0 5 0 5

Q Q 5Q Q 5

00

5five

ном 8, установленным на штоке 3 с возможностью вращени вокруг вер- тикальной оси. На кронштейне смонтирован фотодатчи1С 9 с фотоэлементом 10, Оптическа ось 11 фотодатчика направлена по касательной к наконечнику 12 газоэлектрического инструмента и пересекает вертикальную ось последнего на рассто нии Н от его нижнего ,8 mounted on the rod 3 with the possibility of rotation around the vertical axis. A photo sensor 1C 9 with a photocell 10 is mounted on the bracket. The optical axis 11 of the photo sensor is directed tangentially to the tip 12 of the gas-electric instrument and intersects the vertical axis of the latter at a distance H from its bottom,

Фотоэлемент 10 электрически св зан с блоком 13 сравнени 5 электрическим усилителе 14 и электрическим двигателем ).The photo cell 10 is electrically connected to a unit 13 of comparison 5 with an electric amplifier 14 and an electric motor).

В случае несиммсгтричности наружного контура газоэлектрического инструмента дл образовани теневой границы наружный торец тубуса фотодатчика 9 снабжаетс экраном 15. Фо- тодатчик может быть снабжен отражателем 16 (фиг. 2-4), ось симметрии которого имеет эксцентриситет относительно оси установки; в корпусе фо тодатчика, с устройством в виде зкн- та 17 с контргайкой дл юстировки.In the case of the external contour of the gas-electric tool, the outer end of the tube of the photosensor 9 is provided with a shield 15 to form a shadow boundary. The photosensor may be equipped with a reflector 16 (Fig. 2-4), the axis of symmetry of which has eccentricity relative to the axis of the installation; in the photo sensor case, with the device in the form of a button 17 with a lock nut for alignment.

Фотодатчик 9 имеет герметичный корпус дл ггредотвращени конденсации паров обрабатьпзаемого металла на рабочих поверхност х фотоэлемента 10 и отражател 16.The photosensor 9 has a sealed housing for preventing condensation of vapors from processing metal on the working surfaces of the photocell 10 and the reflector 16.

Устройство работает следзпощим образом .The device works as follows.

При заданном рассто нии h между нижним торцом газо; лектрического инструмента 1 и пове))хность о обрабатываемого металла 2 тенева границаj образованна конту)ом наконечника 12, проходит через середину светочувствительной поверхности фотоэлемента . Таким образом, половина светочувствительной поверхности фотоэле м ента освещена световым потоком, а друга остаетс неосвещенной. На блок 13 сравнени с фотоэлемента 10 поступает электрический сигнал, который сравниваетс с электрическим напр жением. Если рассто ние h соответствует заданному, блок сравнени не вьщает никакого сигнала на блок 14 усилени . При изменении рассто ни h в ту мпк иную сторону тенева граница на светочувствитель - ной поверхности фотоэлемента ТО смещаетс и измен етс соотношение между дол ми освещенной и затененной поверхности. При этом мен етс величина электрического сигнала, по- данаемого на блок сравнени ,, вследствие чего формируетс электрически сигнал, соответствующий отклонению от заданного рассто ни h.For a given distance h between the bottom end of the gas; Electric tool 1 and the surface) of the treated metal 2, the shadow boundary j formed to the contour of the tip 12, passes through the center of the photosensitive surface of the photocell. Thus, half of the photosensitive surface of the photoelement is illuminated by the luminous flux, while the other remains unlit. The comparison unit 13 with the photocell 10 receives an electrical signal which is compared with the electrical voltage. If the distance h corresponds to a given one, the comparison unit does not impart any signal to the gain unit 14. When the distance h is changed to the other side, the shadow border on the photosensitive surface of the photocell TO shifts and the ratio between the portions of the illuminated and shaded surfaces changes. In this case, the magnitude of the electric signal applied to the comparison unit, as a result of which an electrically signal is generated, corresponds to a deviation from a given distance h.

Усилитель 14 усиливает сигналд пступающий от блока 13 сравнени , и подает усиленный сигнал на электрический двигатель 5, который начинает вращатьс и через винтовую пару, сочлененную с т гой 6, вызываетAmplifier 14 amplifies the signal, which comes from comparator unit 13, and supplies an amplified signal to an electric motor 5, which begins to rotate and through a screw pair coupled to tension 6, causes

подъем или опускание газоэлектрического инструмента 1. Вместе с перемещением газоэлектрического инструмента измен етс положение теневой границы на светочувствительной по верхности фотоэлемента и при установлении теневой границы в среднем положении электрический сигнал исчезает , двигатель 5 останавливаетс и газоэлектрический инструмент фиксируетс на заданном рассто нии h от поверхности обрабатываемого ме- талла. raising or lowering the gas-electric tool 1. Together with the movement of the gas-electric tool, the position of the shadow border on the photosensitive surface of the photocell changes and when the shadow border is set in the middle position, the electric signal disappears, the engine 5 stops and the gas-electric tool is fixed at a given distance h from the surface of the workpiece - Talla.

Оптическа ось фотодатчика пересекает вертикальную ось газоэлект: рического инструмента на удалении Н от нижнего торца, равномThe optical axis of the photo sensor intersects the vertical axis of the gas-electric tool: at a distance H from the lower end, equal to

h + Os5d ctgcf. Н (1,2d+ 1,5)ctg.h + Os5d ctgcf. H (1.2d + 1.5) ctg.

При H i h + 0,5d«ctg контур газоэлектрического инструмента может или полностью затенить светочувствительную поверхность фотоэлемента или сместить положение теневой границы на периферию. В первом случае устройство не работает, so втором - по вл етс недостаток: чувствитель- кость устройства зависит от геометрической формы светочувствительной поверхности фотоэлемента. Т.е., если последн , например имеет форму окружности, то устройство имеет разную величину чувствительности при изменении рассто ни h в сторону его увеличени или уменьшени .When H i h + 0,5d “ctg, the contour of the gas-electric instrument can either completely obscure the photosensitive surface of the photocell or shift the position of the shadow boundary to the periphery. In the first case, the device does not work, and so in the second, a disadvantage appears: the sensitivity of the device depends on the geometric shape of the photosensitive surface of the photocell. That is, if the latter, for example, has the shape of a circle, then the device has a different sensitivity value when the distance h changes in the direction of its increase or decrease.

При + (1,2d + 1,5)ctgci возможны два случа : светочувствительна поверхность фотоэлемента полностью освещена излучением электрической дуги и устройство не работает или чувствительность устройства зависит от геометрической формы свето- чувствительной поверхности фотоэлемента .At + (1.2d + 1.5) ctgci, two cases are possible: the photosensitive surface of the photocell is fully illuminated by the radiation of an electric arc and the device does not work or the sensitivity of the device depends on the geometric shape of the photosensitive surface of the photocell.

Вследствие вертикальной несимметричности формирующегос плаз- менно-дугового реза при изменении направлени относительного перемещени газоэлектри1 еского инструмента происходит смещение тенепой границы даже при сохранении заданного рассто ни h до поверхности обрабатываемого металла. Устранение этого недостатка в предлагаемом устройстве дл вертикальной стабили- заш7.-1 газоэлектрического инструмен10 та до..- :г.зетс системой вращени фотодгтчкка вместе с кронштейном 8 вокруг вертикальной оси от электродвигател 7 через пару шестерен Электрический сигнал дл этой целиDue to the vertical asymmetry of the forming plasma-arc cut, when the direction of the relative movement of the gas-electric tool changes, the shadow boundary evens out if the given distance h is kept to the surface of the metal being processed. The elimination of this disadvantage in the proposed device for vertical stabilization 7.-1 gas-electric tool to ..-: is equipped with a photo-rotating system with a bracket 8 around the vertical axis from the electric motor 7 through a pair of gears Electric signal for this purpose

15 формирует автоматическа система управлени машиной.15 forms an automatic machine control system.

Дл стабильной работы устройства корпус фртодатчика снабжен системой охлаждени .For stable operation of the device, the sensor housing is equipped with a cooling system.

0 Устройство может быть использовано дл вертикальной стабилизации газоэлектрических инструментов различной мощности. При этом энергетическа освещенность светочувстви5 тельного сло фотоэлемента в зависимости от мощности электрической дуги может колебатьс в широких пределах . Регулировать энергетическзгю освещенность фотоэлемента, а также0 The device can be used for vertical stabilization of gas-electric tools of various power. In this case, the energy illumination of the photosensitive layer of the photocell, depending on the power of the electric arc, can vary within wide limits. Regulate the energy of the photocell illumination, as well as

0 сохран ть высокую чувствительность устройств с фотодатчиком, снабженным экраном 15 на свободном торце тубуса, позвол ет цилиндрический отражатель 16. Кривизна этого отра жател в плоскости нормальной его0, a high sensitivity of devices with a photosensor provided with a screen 15 on the free end of the tube allows the cylindrical reflector 16 to be curved. The curvature of this reflector is in the plane of its normal

ЭUh

оси симметрии позвол ет увеличить перемещение теневой границы по светочувствительной йоверхности фотоэлемента относительно изменени расд сто ни h, т.е. повысить тем самым чувствительность устройства и точность .стабилизации. Кривизна этого отражени в плоскости, проход щей через ось его симметрии, позвол jg ет регулировать энергетическую освещенность светочувствительной поверхности фотоэлемента. Например, выполнение поверхности отражател 16 в форме однополостного гиперболоида (фиг. 3) позвол ет увеличить энергетическую освещенность фотоэлемента , что дает возможность использовать устройство дл стабилизации маломощного газоэлектрического инструмента, так же как и выполнение указанной поверхности в форме эллипсоида вращени (фиг. 4) позвол ет снизить освещенность и защитить светочувствительную поверх0the axis of symmetry makes it possible to increase the displacement of the shadow boundary along the photosensitive surface of the photocell relative to the change in the distance h, i.e. thereby increasing the sensitivity of the device and the accuracy of stabilization. The curvature of this reflection in a plane passing through its axis of symmetry allows jg t to regulate the energy illumination of the photosensitive surface of the photocell. For example, making the surface of the reflector 16 in the form of a single-cavity hyperboloid (Fig. 3) allows increasing the photocell energy illuminance, which makes it possible to use the device for stabilizing a low-power gas-electric tool, as well as performing the specified surface in the form of a rotation ellipsoid (Fig. 4), which allows It can reduce illumination and protect the photosensitive over

5five

ность фотоэлемента от чрезмерной энергетической освещенности при стабилизации положени мощных газоэлектрических инструментов, photocell from excessive energy illumination when stabilizing the position of powerful gas-electric tools,

Использование способа вертикальной стабилизации газоэлектрического инструмента обеспечит повышение надежности устройств - фотодатчики могут , располагатьс на значительном удалении от места обработки и, следовательно , на них не могут попастьThe use of the method of vertical stabilization of a gas-electric instrument will provide an increase in the reliability of devices — photo sensors can be located at a considerable distance from the place of processing and, therefore, cannot be reached by them.

брызги расплавленного металла, на получаемый высокий по величине первич-- ный электри ческий сигнал не могут ощутимо вли ть посторонние электромагнитные пол , создаваемые электрической дугой, имеетс возможность обработки гофрированного металла.splashes of molten metal, extraneous electromagnetic fields created by an electric arc cannot be appreciably affected by the high-value primary electric signal generated by the electric arc, it is possible to process the corrugated metal.

Claims

1. A method of vertical stabilization of a gas-electric instrument, in which the radiation of an electric arc and the surface of a metal being processed is converted into an electrical signal, this signal is compared with a predetermined value, according to the result of the comparison, the distance between the gas-electric tool and the welded surface is adjusted to about half. the fact that, in order to increase the accuracy of stabilization, the radiation of the electric arc is fixed in the zone of the cut-off line formed by the contour of the gas-electric element

2o A device for vertical stabilization of a gas-electric instrument, comprising a photo sensor with a tube, the optical axis of which intersects the vertical axis of a gas-electric tool, an

0

five

0

five

0

rotomechanical drive of the photosensor rotation around the vertical axis of the gas-electric tool, the comparison unit, whose input is connected to the photoelectric sensor and the output through the amplification unit - with an electromechanical vertical movement actuator, characterized in that, in order to increase the stabilization accuracy, the optical axis of the photosensor is tangential to the tip gas tool and intersects its vertical axis at a distance H from its lower end, calculated from the format

h + 0,5d ctgwLiHeh-f (1, t, 5) ctg "i

where h is the distance from the surface of the metal being processed to the lower end of the gas-electric tool, mm; d is the diameter of the nozzle channel of a gas-electrically instrument,

MM |

S - the angle between the optical axis of the photo sensor and the axis of the gas-electric tool.

3. The device pops 2, characterized by the fact that at the free end of the gage of the photosensor a screen is installed, the cut of which is parallel to the surface of the metaplan being processed

and crosses the optical axis.

4. The device according to PPO 2 and 3, which is distinguished by the fact that in the photosensor along the optical axis in front of the photocell a reflector is installed, made in the form of a body of rotation with a second-order surface, the axis of symmetry of which is crossed with the optical axis at a right angle.

ten

FIG.

Editor I. Gorna

Compiled by, Gribov Tehred A. Kravchuk

Order 6319 Circulation 922 Subscription

VPIIPI USSR State Committee

for inventions and discoveries 11303.5, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Production and printing company, Uzhgorod, st. Design,

Proofreader G. Reshetnik