SU1741999A1 - Способ слежени за стыком свариваемых изделий и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Использование.-в сварочном оборудовании при лазерной сварке. Сущность изобретени : способ состоит в использовании дл  целей измерени  непосредственно из зоны термовоздействи  части основного потока излучени , отраженного от кромок стыка, предварительно направл емого под углом к продольной оси стыка.Устройство, реализующее способ, содержит расположенные на пути потоков отражени  две отклон ющие поверхности, разделенные зазором, соответствующим установленному размеру стыка , и направл ющие это отражение в сторону пироэлементов, подключенных к схеме измерени . 2 с.п.ф-лы, 6 ил.

Description

со С

Изобретение относитс  к автоматизации сварочного производства, в частности к способам регулировани  сварочного процесса , преимущественно при лазерной обработке промышленных изделий.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности слежени  за стыком при лазер- ной сварке путем контрол  непосредственно за местом проплавлени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе слежени  за свариваемым стыком , заключающемс  в анализе разности измер емых параметров и про вл ющихс  на кромках стыка с последующей коррекцией положени  стыка относительно лазерной горелки, лазерный луч в процессе сварки направл ют под углом к продольной оси стыка в их общей плоскости, а на траектории

его отражени  симметрично оси стыка и под углом друг к другу располагают отклон ющие участки поверхности, разделенные в месте их пересечени  зазором, равным по ширине установленному размеру стыка, причем отклон ющие участки поверхностей ориентируют в направлении приемников потоков, отраженных от кромок стыка.

На фиг. 1-4 приведена конструкци  устройства; на фиг. 5 - схема измерени , на фиг. 6 - функциональна  схема.

Изделие 1 со стыком 2 ориентировано под углом ip относительно осей лазерной горелки 3 и отверсти  механического модул тора 4 с узлом 5. Последний содержит два пироэлемента 6 и 7, чувствительные части которых ориентированы через отклон ющие (отражающие) плоскости 8, 9 в направvj

Ю Ю Ю

лении места воздействи  луча на стык 2. На фиг. 4 условно показана св зь между модул тором 4 и пироэлементами 6 и 7, отражающа  внешнее воздействие. Далее входы элементов 6 и 7 св заны с выходом блока 5, а выходы этих блоков - с входами операционного усилител  11. Выход усилител  11 подключен к одному из входов синхронного детектора 12, другой вход которого св зан с выходом элемента 5 (электронно-управл ющей схемой). Выход синхронного детектора

12подключен к одному из входов усилител 

13посто нного тока (выполнен на операционном усилителе), а к другому входу его под- ключен выход интегратора 14 (также выполнен на операционном усилителе), далее выходы блоков 13 и 14 объединены вместе и сигналы от них подвод тс  к электроприводам коррекции положени  детали 1 относительно горелки 3 или наоборот . Блоки 6-14 выполн ютс  на стандартных элементах, например 6,7 - пи- ромодули МГ-30, а узлы 5,11-14-на микросхемах серии 155 и 140.

Принцип работы устройства, реализующего предложенный способ, основан на использовании части падающей на стыковое соединение энергии луча лазера, отражающейс  от симметрично расположенного относительно кромок оси стыка 2 фокусного п тна. Эффект обусловлен тем, что характер распределени  энергии в п тне имеет закон Гаусса, согласно которому зона нагрева описываетс  выражением

,2

q(x)-qexp(--T),

0)

где х - текуща  координата;

г- внешний радиус п тна (отношение х/г учитывает плотность распределени  энергии в п тне).

у

Из (1) следует, что дл  х г или - 1 qo(x)

0,37q0, полага  q0 1 нетрудно обнаружить , что на периферии п тна оказываетс  примерно 37% энергии, недостаточной дл  проплавлени  металла, часть которой (при угловом падении луча) может рассеиватьс  в окружающее пространство. Кроме того, характер образовани  сварочной ванны при лазерном воздействии на металл носит прерывистый характер, при котором энерги  воздействи  уходит вглубь ванны, отража сь от стенок кратера расплава. Таким образом, основна  часть энергии луча при его попадании внутрь стыка 2 либо поглотитс  им, либо (из-за нестационарности процесса) отразитс  меньшей долей в ближайшую полусферу пространства. При достаточном удалении пироэлементов 6 и 7 от

полусферы эта энерги  ими приниматьс  не будет, а энерги  отражени  кромок окажетс  информативной. Так, например, при нормальном расположении п тна отражени 

5 от пластин 8 и 9 будут одинаковы. При смещении стыка 2 влево или вправо характер отражени  изменитс . Эффект имеет место и при плотных стыках. Зазор между сход щимис  кра ми пластин 8 и 9 выбирают

10 эквивалентным ширине стыка 2 с учетом рассто ни  от зоны п тна до места расположени  элементов 6 и 7.

Реализацию способа и работу устройства рассматривают с номинального положе15 ни . Отраженный от кромок стыка 2 лазерный луч модулируетс  элементом 4, а затем достигает приемников б и 7 излучени , раздвига сь пластинами 8 и 9. Поскольку приемники принимают поочередно прерывающиес  потоки, то они далее пре20 образуютс  в однопол рные электрические импульсы, вольтсекундна  площадь которых пропорциональна интенсивност м потоков (импульсы от приемников 6 и 7 синхронизуютс  по положению с по25 мощью блока 5). Сигналы с приемников 6 и 7 приход т на инвертирующий и неинвертирующий входы блока 11, образу  на его выходе разнопол рную последовательность импульсов, соответствующих разности раз30 щепленных потоков, которые в блоке 12 (синхронный детектор), преобразу сь в посто нное напр жение на его фильтре нижних частот (вход щий в блок 12 и отдельно не приводимый). Это напр жение поступает

35 на вход усилител  13 посто нного тока, на другой вход которого подаетс  сигнал с интегратора 14, подсоединенный входом к выходу блока 13. Блок 14 служит дл  устранени  дрейфа блока 13. Подключен40 ный в цепи обратной св зи блока 13 интегратор 14 позвол ет получить дифференцирование выходного сигнала с блока 13 с сохранением посто нной составл ющей . Такое сочетание позвол ет с одной

45 стороны при линейной сквозной характеристике всего устройства устранить вли ние дрейфа (так как при совпадении оси стыка с лучом двигатели коррекции положени  дол- жнг быть неподвижными), а с другой при

50 любом отклонении стыка суметь успеть отработать сигнал рассогласовани  (посто нна  интегратора выбираетс  достаточной дл  захвата этого сигнала рассогласовани ). Способ слежени  за стыком осуществ55 л етс  с помощью лазера типа ЛГ-52-1, приемников излучени , выполненных на основе пиромодулей МГ-30 с измерительными преобразовател ми , имеющими нормирован- ное выходное напр жение 0-3 В. Угол

наклона лазерного луча задавалс  в пределах 8-10°. Стекл нной оптикой формировалось на стыке с зазором 0,15 мм,фокусное п тно диаметром 0,5-0,6 мм. Использовались отражающие грани призмы, направл - ющие отражени  с участков стыка на датчики. Перемещени  фокусного п тна относительно оси стыка в пределах ± 0,25 мм вы вили отношени  сигналов с датчиков, наход щихс  в пределах 0,6-0,74.

Таким образом, преобразование части отраженного от кромок стыка излучени  в информативное, создаваемое при наклоне оси луча лазера при сварке под углом к линии стыка, гарантирует контроль за сты- ковым соединением непосредственно от района термовоздействи . Тем самым устран етс  методическа  погрешность, св занна  с выносом датчика из зоны т.ермовоздействи  и, следовательно, повы- шаетс  точность слежени .

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ слежени  зачпыком свариваемых изделий, при котором коррекцию положени  стыка относительно сварочной головки выполн ют по разности измер емых параметров, про вл ющихс  на кромках стыка, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности слежени  при лазерной сварке путем контрол  непосред- ственно за местом проплавлени , лазерный луч в процессе сварки направл ют под углом к продольной оси стыка в плоскости, перпендикул рной изделию, а на траектории его отражени  симметрично этой пло-

   J

   скости и под углом одна к другой располагают отражающие поверхности, которые ориентируют в направлении приемников излучени  потоков, отраженных от кромок стыка, причем эти потоки прерывают механически .
2. 2. Устройство слежени  за стыком свариваемых изделий, содержащее излучатель, механически св занные с ним два приемника излучени , механический прерыватель излучени , измерительный преобразователь и привод коррекции, отличающее- с   тем, что, с целью повышени  точности слежени  при лазерной сварке путем контрол  непосредственно за местом проплавлени , устройство дополнительно снабжено двум  отражающими пластинами, операционным усилителем, синхронным детектором , электронной схемой прерывател , интегратором и усилителем посто нного тока , при этом электронна  схема прерывател  через синхронный детектор и усилитель посто нного тока с интегратором в цепи обратной св зи св зана с входом привода коррекции , выходы приемников излучени  св заны с входами операционного усилител , выход которого подключен к второму входу синхронного детектора, функцию излучател  выполн ет лазерный сварочный луч, ориентированный в плоскости стыка, перпендикул рной плоскости издели  под углом к стыку, две отражающие пластины располагают симметрично так, чтобы лучи от поверхности свариваемых деталей попадали на приемники излучени .

   5

   Фиг. 1

   i

   1 Х ч|гх////х Я

   -TVФиг .2

   б ,8

   Фиг.З

   I

   ФиеЛ

   Pw.S