SU1391825A1 - Устройство дл слежени по стыку - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматизации производственных процессов и может быть использовано дл  автоматического направлени  сварочной горелки по линии свариваемого соединени . Оно обеспечивает повьппение качества сварки путем вьфаботки сигналов, корректирующих положение сварочной горелки по центру стыка в процессе сварки . Устройство содержит сканирующий по окружности вокруг сварочной горелки активный фотодатчик и устройство обработки сигналов с фотодатчика, которое производит вьщеление точки середины стыка впереди сварочной горелки и точки максимального нагрева шва позади сварочной горелки. Устройство обеспечивает автоматическую установку сварочной горелки на одной пр мой , соедин ющей эти две точки, т.е. по центру стыка свариваемых деталей. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. «о (Л

Description

со со

СХ)

to

ел

25

Изобретение относитс  к автоматизации производственных процессов и может быть использовано дл  автоматического направлени  сварочной голов- ки по линии свариваемого соединени . Целью изобретени   вл етс  повышение качества сварки за счет повьше- ни  точности слежени .

На фиг. 1 представлена фукциональ-Ю на  схема предлагаемого устройства-, на фиг. 2 и 3 - схемы конструктивного выполнени  сварочной горелки и

сканирующего фотодатчика; на фиг, 4 - вариант вьтолнени  схемы сравнени . 15

Генератор 1 тактовых импульсов св зан с информационным входом первой ключевой схемы.2, Выход первой

ключевой схемы 2 св зан через схему 3 управлени  приводом сканировани  20 с приводом 4 сканировани , информационным входом второй ключевой схемы 5, а также с вторыми входами первой и второй схем И 6 и 7. Выход второй ключевой схемы 5 св зан с входом источника 8 излучени . Вход первого элемента 9 задержки через первый переключатель 10 св зан с шиной 11 питани , а его выход св зан с S- входом первого триггера 12, пр мой 30 выход которого св зан с управл ющим входом первой ключевой схемы 2, Входы второго триггера 13 через третий и четвертый переключатели 14 и 15 св заны с шиной 11 питани . jj Пр мой выход второго- триггера 13 св зан с управл ющим входом второй клю-. невой схемы 5, с управл ющим входом третьей ключевой схемы 16, а также с управл ющим входом второй схемы 17 до сравнени . Инверсньй выход второго триггера 13 св зан с управл ющим входом четвертой ключевой схемы 18, а также с управл ющим входом первой схемы 19 сравнени . Информационные 45 входы третьей и четвертой ключевых схем 16 и 18 св заны с выходом приемника 20 излучени . Выход третьей ключевой схемы 16 через селективный усилитель 21 и амплитудный детектор 22 св зан с информатщонным входом первой схемы 19 сравнени . Выход четвертой ключевой схемы 18 через инвертируюш 1й усилитель 23 св зан с информационным входом второй схемы 17 сравнени . Вы- ходы первой и второй схем 19 и 17 сравнени  св заны с входами третьего триггера 24, пр мой выход которого св зан с первым входом первой схемы

5

5

0 0 j о 5

И 6, входом третьего элемента 25 задержки и управл ющим входом второго буферного регистра 26. Инверсный вы- ход третьего триггера 24 св зан с первым входом второй схемы И 7, входом второго элемента 27 задержки и управл ющим входом первого буферного регистра 28. Информационньй вход первого счетчика 29 св зан с выходом первой схемы И 6, а его управл ющий вход св зан с выходом второго элемента 27 задержки. Выходы первого счетчика 29 через первый буферный регистр 28 св заны с входами первого цифро- аналогового преобразовател  30, Информационный вход второго счетчика 31 св зан с вьйсодом второй схемы И 7, а его управл ющий вход св зан с выходом третьего элемента 25 задержки . Выходы второго счетчика 31 через второй буферньй регистр 26 св заны с- входом второго цифроаналогового пре- образовател  32, Выходы первого и второго тщфроаналоговых преобразователей 30 и 32 св заны с входами дифференциаль кого усилител  33, выход которого через схему 34 управлени  приводом 35 перемещени  сварочной горелки 36 св зан с входом привода 35 перемещени  сварочной горелки 36. Вход R первого триггера 12 через второй переключатель 37 св зан с шиной 11 питани ,

. Генератор 1 тактовых импульсов предназначен дл  генерировани  не- прерьшной последовательности пр моугольных импульсов с частотой F,

Перва  и втора  ключевые схемы 2 и 5 предназначены дл  управлени  пропусканием импульсов с вькода генератора 1 тактовых импульсов на вход источника В излучени , Источник 8 излучени  предназначен дл  излучени  пачек зондирующих ИК-импульсов с частотой F в направлении свариваемых деталей и стыка.

Приемник 20 излучени  предназначен дл  приема через световод 38 отраженного от поверхности свариваемых деталей ИК-излучени  с частотой моду- ЛЯ1ЩИ F при сканировании в передней полуплоскости, а также приема ИК-излучени  от сварного щва при сканировании в задней полуплоскости.

Треть  и четверта  ключевые схемы 16 и 18 предназначены дл  поочередного пропускани  сигналов с выхода приемника 20 излучени  на соответст- вующие схемы обработки при сканировании фотодатчиком в передней и задей полуплоскост х стыка свариваемых еталей.

Второй триггер 13 предназначен дл  управлени  третьей и четвертой ключевыми схемами 16.и 18, а также первой и второй схемами 19 и 17 сравнени  и представл ет собой RS-триггер с пр мым управлением.

Третий и четвертьш переключатели 14. и 15 представл ют собой концевые переключатели, предназначенные дл  управлени  вторым триггером 13, и конструктивно расположены диаметрально противоположно на сварочной горелке 36. Первьй переключатель 10 предназначен дл  осуществлени  пуска всего устройства. Второй переключатель 37 предназначен дл  осуществле- ни  остановки работы устройства. /.

Первый элемент 9 задержк предназначен дл  задержки импульса пус- ка устройства на врем , за которое сварочна  горелка 36 производит сварку свариваемых деталей на рассто ние, отдел ющее сварочньй электрод 39 от оси 40 сканирующего фотодатчика.

Первый 12 триггер представл ет из себ  RS-триггер с пр мым управлением, который предназначен дл  выработки сигнала управлени  первой ключевой схемой 2. Селективньй усилитель 21 предназначен дл  пропускани  на вход амплитудного детектора 22 сигналов с частотой F из всей совокупности прин тых оптических сигналов приемником 20 излучени . Амплитудный детектор 22 предназначен дл  детектировани  сигналов с частотой F и инверсии продетектированного сигнала. Перва  схема 19 сравнени  предназначена дл  выработки сигнала в момент прохождени  сканирующим фотодатчиком середины стыка в передней полуплоскости сканировани  и может быть выполнена по схеме, представленной на фиг, 5, coдepжaF eй усилитель 41, амплитудньй детектор 42 и компаратор 43.Амплитудный детектор 42 предназначен дл  определени  максимального по амплитуде входного сигнала.

Компаратор 43 предназначен дл  выработки управл ющего сигнала, определ ющего момент прохождени  сканирующим фотодатчиком средины стыка в передней полуплоскости.

Втора  схема 17 сравнени  предназначена дл  выработки управл ющего

o

5

0

5

0

5

0

5

0

5

сигнала, определ ющего момент прохождени  сканирующим фотодатчиком средины сваренного шва (максимума температуры) в задней полуплоскости сканировани .

Третий триггер 24 предназначен дл  запоминани  информации, поступившей на его входы, а также управлени  первой и второй схемами И 6 и 7, первым и вторым буферными регистрами 28 и 26, вторым и третьим элементами 27 и 25 задержки и выполнен по схеме триггера с пр мым управлением .

Перва  и втора  схемы И 6 и 7 предназначены дл  управлени  пропусканием импульсов с генератора 1 тактовых импульсов на информационные входы и первого и второго счетчиков 29 и 31.

Первый и второй счетчики 29 и 31 предназначены дл  выработки пифро- вых кодов, значени  которых определ ют местоположение сварочной горелки 36 относительно средины стыка свариваемых деталей. Второй и третий элементы 27 и 25 задержки предназначены дл  задержки во времени импульсов, поступающих на управл ющие входы первого и второго счетчиков 29 и 31, которые производ т их обнуление. Первьй и второй буферные регистры 28 и 26 предназначены дл  временного хране- ни  цифровых кодов, записанных в первом и втором счетчиках 29 и 31.

Дифференциальньй усилитель 33 предназначен дл  нахождени  разности входных сигналов, т.е. сигнала, величина которого и знак однозначно определи- . ют отклонение сварочной горелки 36 от середины стыка свариваемых деталей. Этот сигнал  вл етс  управл ющим дл  схемы 34 управлени  приводом 35 перемещени  сварочной горелки 36. Привод 35 перемещени  сварочной горелки 36 со схемой 34 управлени  предназначен дл  автоматического перемещени  сварочной горелки 36 в различные пространственные положени  по отношению к свариваемым детал м и сварному соединению.

Привод 4 сканировани  предназначен дл  перемещени  источника 8 и приемника 20 излучени  вокруг сварочной горелки 36 с посто нной скоростью и может быть вьтолнен с применением шагового двигател  с редуктором .

Схема 3 управлени  приводом 4 сканировани  представл ет собой схему управлени  шаговым двигателем и состоит из распределител  импульсов и усилителей мощност, подключенных к соответствующим обмоткам управлени  шагового двигател  привода 4 сканировани .

Источник 8 и приемник 20 излучени  в совокупности образуют сканирующий фотодатчик, они расположены на одной оси 40 и защищены от излучени  сварочной дуги экраном 44, ко

редел емой частотой генератора 1 тактовых импульсов.

Сигналы с выхода генератора 1 тактовых импульсов также поступают на вход источника 8 излучени , который излучает оптические ИК-сигналы в направлении свариваемых деталей и стыка . Отража сь от свариваемых деталей или стыка, эти оптические сигналы поступают через световод 38 на приемник 20 излучени . Величина сигнала на выходе приемника 20 излучени  определ етс  величиной прин того опти

торый выполнен в виде полого цилинд- 5 ческого сигнала. Чем больший по инра , покрытого изнутри светлопоглощаю- щим материалом. Световод 38 охватывает по периметру источник 8 излучени . Источник 8 и приемник 20 излучени  св заны с остальной схемой при

I помощи кольцевых контактных площадок 45 и скольз щих металлических лепестI ков 46.

Устройство работает следующим образом .

Первоначально -сварочна  горелка 36 устанавливаетс  в исходной точке начала сварочного процесса. Сканирую1 щий фотодатчик устанавливаетс  в т.С,

тенсивности оптический сигнал пост пает на вход приемника 20 излучени тем больший по амплитуде сигнал (п ременна  составл юща ) на выходе п

20 емника 20 излучени . Таким образом при сканировании фотодатчиком в ра не стыка интенсивность прин того И излучени  минимальна, а значит и в личина сигнала на выходе приемника

25 20 излучени  также минимальна. На выходе селективного усилител  21 присутствуют лишь сигналы с частот F, на которую настроен селективньй усилитель 21. Наличие селективного

: при этом тр етий переключатель 14 зам- JQ усилител  21 существенно повьшает

кнут, и на пр мом выходе второго триггера 13 состо ние .логической единицы . При этом втора  и треть  ключевые схемы 5 и 16 открыты и происходит обнуление второй схемы 17 сравнени . Логический нуль на инверсном выходе второго триггера 13 закрывает четвертую ключевую схему 18.

При начале сварочного процесса и замыкании первого переключател  10 через определенное врем  на выходе первого элемента 9 задержки по вл етс  импульс, устанавливаю1чий первьй триггер 12 в единичное состо ние. Первый элемент 9 задержки задерживает входной сигнал на врем , за которое сварочна  горелка производит сварку свариваемых деталей на рассто ние , отдел ющее сварочный элект

род 39 от оси 40 сканирующего фотодатчика . Сигнал на выходе первого триггера 12.разрешает прохождение импульсов с частотой F с генератора 1 тактовых импульсов на вход схемы 3 управлени  приводом 4 сканировани  через первую ключевую схему 2. Привод 4 сканировани  начинает перемещать фотодатчик вокруг сварочной горелки 36 с посто нной скоростью, оптенсивности оптический сигнал поступает на вход приемника 20 излучени , тем больший по амплитуде сигнал (переменна  составл юща ) на выходе приемника 20 излучени . Таким образом, при сканировании фотодатчиком в районе стыка интенсивность прин того ИК- излучени  минимальна, а значит и величина сигнала на выходе приемника

20 излучени  также минимальна. На выходе селективного усилител  21 присутствуют лишь сигналы с частотой F, на которую настроен селективньй усилитель 21. Наличие селективного

,

Q

5

0

5

помехозащищенность работы всего устройства , и тем самым, повьшает точность слежени  за стыком за счет отсутстви  сбоев, св занных с приемом оптического Ж-излучени  сварочной дуги.

с выхода селективного усилител  21 сигналы поступают на вход амплитудного детектора 22, которьй производит их детектирование и инверсию про- детектированного сигнала.

Выходное напр жение с амплитудного детектора 22 поступает на информационный вход первой схемы 19 сравнени , котора  работает следующим образом . Предположим, что сканирующий фотодатчик перемещаетс  из т.С в т. В. Напр жение на информационном входе первой схемы 19 сравнени  постепенно возрастает по мере приближени  к центру разделки кромок. Напр жение на емкости С1 амплитудного детектора 42 отслеживает величину напр жени  на входе первой схемы 19 сравнени . При прохождении фотодатчиком точки В напр жение на входе уменьшаетс  по величине, что приводит к закрьшанию диода 71)2 амплитудного детектора 42 и срабатыванию компаратора 43. На емкости С1 максимальное напр жение, поступившее на вход первой схемы 19 сравнени .

Выходной сигнал первой схемы 19 сравнени  устанавливает третий триггер 24 в единичное состо ние. Сигнал логической единицы на пр мом выходе третьего триггера 24 разрешает прохождение импульсов с генератора 1 тактовых импульсов через первую схему И 6 на информационный вход первого счетчика 29. Этот же сигнал производит запись информации с второго

счетчика 31 во второй буферный регистр хождение на информационный вход вто25

30

35

26, а также, пройд  через третий элемент задержки 25 на управл ющий вход второго счетчика 31, производит его сброс. Таким образом, при прохождении фотодатчиком центральной части стыка 20 на первьй счетчик 29 начинают поступать импульсы с выхода генератора 1 - тактовых импульсов.

При достижении фотодатчиком T.D срабатьшает четвертый переключатель 15 и устанавливает . второй триггер 13 в нулевое состо ние, что, в свою очередь, запрещает поступление зондирующих импульсов на источник 8 излучени . Выходные сигналы второго триггера 13 также закрывают третью ключевую схему 16 и открывают четвертую ключевую схему 18. Таким образом , выходные сигналы с приемника 20 излучени  теперь поступают через четвертую ключевую схему 18 на вход инвертирующего усилител  23. Выходной сигнал с инверсного выхода второго триггера 13 также поступает на управл ющий вход первой схемы 19 нени  и производит обнуление амплитудного детектора 42.

При приближении фотодатчика к т.А, имеющей максимальную температуру, на вход приемника 20 излучени  пос-- тупает ИК-излучение от сварного шва,- которое увеличиваетс  по мере приближени  к средине шва. По мере приближени  фотодатчика к т.А выходное напр жение приемника 20 излучени  уменьшаетс  и достигает своего мини- , мума в т.А. При дальнейшем продвиже НИИ фотодатчика оно возрастает, так как уменьшаетс  интенсивность принимаемого ИК-излучени . Инвертирующий усилитель 23 инвертирует это напр жение .

Выходное напр жение с инвертирующего усилител  23 поступает на ин45

50

55

рого счетчика 31. Кроме того, управл ющий сигнал с инверсного выхода тре тьего триггера 24 производит запись информации с первого счетчика 29 в первый буферный регистр 28, а также производит через некоторое врем , определ емое временем задержки второго элемента 27 задержки, обнуление перво го счетчика 29. Таким образом, в первом счетчике 29 производитс  подсчет числа импульсов, поступающих на его информационньй вход за врем  движени  сканирующего фотодатчика от т. В до т. А.

При достижении сканирующим фотодат чиком т. С снова срабатывает третий переключатель 14 и весь процесс работы устройства повтор етс  в описанной последовательности. Во втором счетчике 31 производитс  подсчет числа импульсов, поступивших на его информационный вход за врем  движени  сканирующего фотодатчика от точки А до точки В.

При центральном расположении сва-. рочной горелки 36 относительно стыка , когда т. А и В и сварочна , горел- кд 36 наход тс  на одной пр мой, в первом и втором счетчиках 29 и 31 записаны одинаковые цифровые коды, а значит и на выходах первого и второго цифроаналоговых преобразователей 30 и 32 присутствуют одинаковые по амплитуде аналоговые напр жени .Дифференциальный усилитель 33 не вьфабатывает сигнал рассогласовани  этих напр жений.

При отклонении сварочной горелки 36 от центрального положени (дуга АВ будет меньше по величине чем дуга НА) что соответствует большему цифровому КОДУ, записанному в первом счетчике 20, чем во втором 31 -счетчике. На выходах цифроаналоговьгх преобразо 1825«

Лормационный вход второй схемы 17 сравнени , котора  вьфабатывает сигнал в момент прохождени  фотодатчиком т.А - точки максимальной температуры сварного шва. Выходной сигнал второй схемы 17 сравнени  устанавливает пр мой выход третьего триггера 24 в нулевое состо ние, а его

инверсньм выход - в единичное, что в свою очередь, запрещает прохождение импульсов с генератора 1 тактовых импульсов на информацио нный вход первого счетчика 29 и разрешает их про5

0

5

0

д

5

0

5

рого счетчика 31. Кроме того, управл ющий сигнал с инверсного выхода третьего триггера 24 производит запись информации с первого счетчика 29 в первый буферный регистр 28, а также производит через некоторое врем , определ емое временем задержки второго элемента 27 задержки, обнуление первого счетчика 29. Таким образом, в первом счетчике 29 производитс  подсчет числа импульсов, поступающих на его информационньй вход за врем  движени  сканирующего фотодатчика от т. В до т. А.

При достижении сканирующим фотодатчиком т. С снова срабатывает третий переключатель 14 и весь процесс работы устройства повтор етс  в описанной последовательности. Во втором счетчике 31 производитс  подсчет числа импульсов, поступивших на его информационный вход за врем  движени  сканирующего фотодатчика от точки А до точки В.

При центральном расположении сва-. рочной горелки 36 относительно стыка , когда т. А и В и сварочна , горел- кд 36 наход тс  на одной пр мой, в первом и втором счетчиках 29 и 31 записаны одинаковые цифровые коды, а значит и на выходах первого и второго цифроаналоговых преобразователей 30 и 32 присутствуют одинаковые по амплитуде аналоговые напр жени .Дифференциальный усилитель 33 не вьфабатывает сигнал рассогласовани  этих напр жений.

При отклонении сварочной горелки 36 от центрального положени (дуга АВ будет меньше по величине чем дуга НА) что соответствует большему цифровому КОДУ, записанному в первом счетчике 20, чем во втором 31 -счетчике. На выходах цифроаналоговьгх преобразователеи присутствуют разные по величине напр жени . Дифференциальный усилитель 33 вырабатывает сигнал рассогласовани , знак которого определ ет направление смещени  сварочной гот релки 36 относительно центра стыка, а его величина определ ет величину этого смещени t Выходной сигнал с дифференциального усилител  33 поступает на вход схемы 34 управлени  приводом 35 перемещени  сварочной горелки 36. Привод 35 производит установку сварочной горелки 36 по центру стыка.

Таким образом, предлагаемое устройство автоматически удерживает сварочную горелку 36 На одной пр мой между т. Аи В.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1 . Устройство дл  слежени  по стыку, содержащее источник излучени  и приемник излучени . сканирующий по ок- 25 ружности вокруг сварочной горелки, генератор тактовых импульсов, три триггера , две схемы И, первьй буферный регистр, первую схему сравнени , привод перемещени  сварочной горелки от-30 носительно .оси стыка, св занньй со

   схемой управлени  приводом перемещени  сварочной горелки относительно оси стыка, привод сканировани , св занньй со схемой управлени  приводом сканировани , отл-ичающее- с   тем, что, с целью повьпдени  качества сварки за счет повышени  точности слежени  за стыком, устройство дополнительно снабжено четырьм  ключевыми схемами, четырьм  переключател ми , трем  элементами задержки, селективным усилителем, амплитудным детектором, инвертирующим усилителем

   второй схемой сравнени , двум  счет- .г тепь - с вторым входом дифференциальчиками , двум  цифроаналоговыми преобразовател ми , вторым буферным регистром и шиной питани , при этом генератор тактовых импульсов через первую ключевую схему св зан с входом второй ключевой схемы, входом схемы управлени  приводом сканировани  и первыми входами схем И, шина питани  через первый переключатель и первый элемент задержки св зана с S- входом первого триггера, через второй переключатель - с R -входом первого триггера, через третий переключатель - с S-входом второго триггера

   50

   55

   ного усилител , выход которого св зан с входом схемы управлени  приводом перемещени  сварочной горелки относительно оси стыка, причем источник и приемник излучени  выполнены в виде коаксиально расположенной опто- пары,
2. 2. Устройство по п, 1, от л.и - чающее с   тем, что кажда  схема сравнени  содержит усилитель, вход, которого  вл етс  информационным входом схемы сравнени , амплитудный детектор, первый вход которого св зан с выходом усилител , KOMtiapa-i

   10

   15

   20

   у, 25 30

   182510

   и через четвертьй переключатель - с R-входом второго триггера, пр мой выход первого триггера св зан с управл ющим входом первой ключевой схемы, пр мой выход второго триггера - с управл ющими входами второй и третьей ключевых схем и первым входом второй схемы сравнени , инверсньй выход второго триггера - с управл ющим входом четвертой схемы сравнени  и первым входом первой схемы сравнени , выход второй ключевой.схемы подключен к входу источника излучени , выход приемника излучени  через третий ключевой элемент, селективный усилитель, амплитудньй детектор св зан с вторым входом первой схемы сравнени , выход которой св зан с S-входом третьего триггера, кроме того, выход приемника излучени  через четвертую ключевую схему и инвертирую1Г(ИЙ усилитель св зан с вторым входом второй схемы сравнени , выход которой подключен к R-входу третьего триггера, пр мой выход третьего триггера св зан с вторым входом первой схемы И, управл ю1тим входом второго буферного регистра и через третий элемент задержки с обнул ющим входом второго счетчика, инверсньй выход третьего триггера св зан с вторым входом второй схемы И, управл ющим входом первого буферного регистра и через второй элемент задержки с обнул ющим входом первого счетчика, выход первой, схемы И св зан с входом первого счетчика , выход которого через первый бу- ферньй регистр и первьй цифроаналоГо- вьш преобразователь св зан с первым входом дифференциального усилител , выход второй схемы И через второй счетчик, второй буферньй регистр и второй цифроаналоговьй преобразова35

   40

   ного усилител , выход которого св зан с входом схемы управлени  приводом перемещени  сварочной горелки относительно оси стыка, причем источник и приемник излучени  выполнены в виде коаксиально расположенной опто- пары,

   2. Устройство по п, 1, от л.и - чающее с   тем, что кажда  схема сравнени  содержит усилитель, вход, которого  вл етс  информационным входом схемы сравнени , амплитудный детектор, первый вход которого св зан с выходом усилител , KOMtiapa-i

   l-tt

   Cpa i. i

   1391825

   20