Устройство для слежения по стыку

Устройство для слежения по стыку

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН („) SU(») (5п 4 В 23 К 9/10 (21) 3701028/25-27 (22) 15,02.84 (46) 23.02.86. Бюл. Р 7 (71) Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР (72) В.В.Васильев, С.Н.Даниляк, И.А.Поплавский и Н.А.Ропало (53) 621.791.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 650749, кл. В 23 К 9/10, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Р- 1110572, кл. В 23 К 9/10, 1983. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛЕМИНИЯ ПО

СТЫКУ, содержащее линейно расположенные пары источников и приемников излучения, элементы И по числу приемников излучения, коммутатор, выходы которого подключены к источникам излучения, первым входам элементов И, управляющим входам блока памяти и первого регистра памяти, при этом вход первого регистра памяти связан поразрядно с выходом элементов И, его первый выход поразрядно связан с входами блока памяти, первый выход блока памяти через первый формирователь связан с первым входом привода перемещения сварочной головки, второй выход первого регистра памяти через второй формирователь связан с первым входом привода перемещения измерительной головки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварки путем повышения точности сле-, жения за стыком, устройство дополнительно снабжено селектиВными усилителями и детекторами по числу приемников излучения, двумя дополнительными детекторами, дифференциальным усилителем, сумматором, двумя блоками компараторов, четырьмя регистрами памяти, двумя аналого-цифровыми преобразователями, двумя цифроаналоговыми преобразователями, при этом выходы приемников излучения через селективные усилители и детекторы связаны с вторыми входами элементов И, выходы селективных усилителей, связанных с крайними приемниками излучения через два дополнительных детектора, связаны с входами дифференциального усилителя и входами сумматора, выход дифференциального усилителя связан с вторым входом привода перемещения измерительной головки и через первый аналого-цифровой преобразователь и второй регистр памяти связан с вторым входом блока памяти, выход сумматора через первый блок компараторов связан с третьим входом привода перемещения измерительной головки и через второй аналого-цифровой преобразователь и третий регистр памяти — с третьим входом блока памяти, второй выход блока. памяти через четвертый регистр памяти и первый цифроаналоговый преобразователь связан с вторым входом привода перемещения сварочной головки, третий выход блока памяти через пятый регистр памяти, второй цифроаналоговый преобразователь и второй блок компараторов связан с третьим входом привода перемещения сварочной головки.

1212728

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов и может бы ь использовано для авто матического направления сварочной головки по линии свариваемого соеди- 5

35 нения.

Цель изобретения,= повьппение качества.сварки эа счет повьппения точности слежения за стыком.

Слежение по стыку осуществляется

10 рядом линейно расположенных пар источник1 Й-и приемников излучения, 4 снабженных концентричнО..расположенными cBåòîðîäàìè, обеспечивающими контроль положения стыка. Измериl5 тельная и сварочная головки расположены на расстоянии, обеспечивающем нормальную работу приемников излучения и снабжены раздельными приводами поперечного перемещения относительно стыка.

Привод перемещения измерительной головки работает в следящем режиме.

Привод перемещения сварочной головки управляется в соответствии с ра25 ботой привода перемещения измерительной головки с задержкой во времени с учетом расстояния между головками.

Задержка во времени обеспечивается регистрами памяти. Синхронизация с ЗО работой привода продольного перемещения головок обеспечивается коммутатором, синхронизирующим работу устройства по перемещению головок вдоль стыка.

Для повышения помехозащищенности введена частотная модуляция с селективными усилителями сигнала приемников излучения.

Для контроля и корректировки 40 ,положения сварочной головки относительно поверхности свариваемых деталей введены измерители суммы и разности сигналов крайних приемников излучения, сигналы которых воздей- 45 ствуют на привод. перемещения измерительной головки и через регистры памяти — на привод перемещения сварочной головки.

На чертеже представлена функцио- 5О нальная схема устройства.

Коммутатор 1 первыми выходами связан с источниками 2(1)-2(n) излучения. Первые входы элементов И 3(1)3(!!) связаны с вторыми выходами коммутатора 1, а выходы — с информационными входами первого регистра

4 памяти. Выход первого формирователя 5 связан с первым входом привода!

6 перемещения сварочной головки, а выход второго формирователя 7 связан с первым входом привода 8 перемещения измерительной головки, Первые выходы первого регистра 4 памяти связаны с первыми входами блока 9 памяти, вторые выходы первого регистра 4 памяти связаны с вторым формирователем 7. Управляющий вход блока 9 памяти связан с третьим выходом коммутатора 1. Первые выходы блока 9 памяти связаны с входами первого формирователя 5. Выходы приемников 10(1)-10(tl) излучения через селективные усилители !1(1)-11(и) и детекторы 12(1)-12(h) связаны с вторыми входами элементов И 3(1)3(n). Выходы двух крайних селективных усилителей 11(1) и 11(a) через детекторы 13 и 14 связаны с входами сумматора 15 и дифференциального усилителя 16, выход которого связан с вторым входом привода 8 перемещения измерительной головки, а также через первый аналого-цифровой преобразователь 17 и второй регистр 18 памяти связан с вторыми входами блока 9 памяти. Выход сумматора

15 через первый блок 19 компараторов связан с третьим входом привода 8 перемещения измерительной головки, а также через второй аналогоцифровой преобразователь 20 и третий регистр 21 памяти связан с третьими входами блока 9 памяти. Вторые выходы блока 9 памяти через четвертый регистр 22 памяти и первый цифроаналоговый преобразователь 23 связан с вторым входом привода 6 перемещения сварочной головки. Четвертый выход коммутатора 1 связан с управляющими входами первого 4, вто- рого 18, третьего 21, четвертого 22 и пятого 24 регистров памяти.

Выход второго цифроаналогового преобразователя 25 связан с входом второго блока 26 компараторов.

Внутренние цилиндрические световоды 27 оптически связаны с источниками 2(1)-2(ъ) излучения, а внешние кольцевые световоды 28 — с при емниками 10(1)-10(n) излучения. Вторые концы световодов оптически связаны с измерительной головкой 29.

Привод 6 перемещения сварочной головки механически связан с сварочной головкой 30.

Коммутатор 1 предназначен для последовательного включения источников 2 излучения и синхронного включения элементов И 3, а также регистров 4, 18, 21, 22 и 24 памяти, и, блока 9 памяти.

Источники 2 излучения предназначены для излучения пачек зондирующих сигналов с несущей частотой F в направлении стыка свариваемых деталей через внутренние цилиндрические световоды 27. В качестве источников излучения используются малогабаритные лампочки или светодиоды.

Приемники 10 излучения предназначены для приема через внешние кольцевые световоды 28 отраженного от поверхностей свариваемых деталей излучения. Первый регистр 4 памяти предназначен для хранения сигналов, принятых в течение одного цикла сканирования, и, соответственно, отображения в своих разрядах положения линии сварного соединения.

Регистры 18, 21, 22 и 24 памяти предназначены для временного хранения цифровой информации, считываемой или записываемой в блок 9 памя-. ти, необходимой для непрерывной работы аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей.

Первый формирователь 5 предназначен для определения величины смещения незаполненных разрядов слова, записанного в блоке 9 памяти, относительно середины или крайних разрядов, регистрации этого смещения и управления приводом 6 перемещения сварочной головки для устранения этого смещения.

Второй формирователь 7 предназначен для определения величины смещения незаполненных разрядов регистра

4 памяти относительно середины или крайних разрядов, регистрации этого смещения и управления приводом 8 перемещения измерительной головки

29. с целью устранения этого смещения.

Привод 6 перемещения сварочной головки предназначен для автоматического перемещения сварочной головки 30 в различные пространственные положения по отношению к свариваемым деталям и сварному соединению.

Привод 8 перемещения измерительной головки 29 предназначен для ав томатического перемещения измери1212728 4 тельной головки в различные пространственные положения.

Элементы И 3(1)-3(n) предназначены для селективного пропускания сигналов, принятых приемниками 10 излучения, на соответствующие разряды первого регистра 4 памяти.

Блок 9 памяти предназначен для заполнения информации о пространственном положении измерительной голов. ки 29 при ее движении вдоль сварного соединения на расстояние,. отделяющее сварочную и измерительную головку, а также выдачи информации о пространственном положении измерительной. головки на привод перемещения сварочной головки при достижении сварочной головкой места нахождения измерительной головки.

Селективные усилители 11(1)11(n) предназначены для пропускания на первые детекторы 12(1)-.12(h? сигнала с частотой F из всей совокупности принятых оптических сигналов. приемниками 10(1)-10(11) излучения.

Детекторы 12(1)-12(в) предназначены для:детектирования сигналов с. частотой F, поступающих на них с селективных усилителей 11(1)-11(1 ).

Постоянная времени этих детекторов выбирается меньше, чем 1/f и больше

1/F, где f — частота повторений посылок оптических сигналов через источники излучения, Детекторы 13 и 14 предназначены

35 для определения расстояния, между свариваемыми деталями и крайними парами источников и приемников излучения. Постоянная времени этих детектороь выбирается больше, чем: 1/f.

Дифференциальный усилитель 16 предназначен для нахождения разности выходных сигналов детекторов 13 и 14.

Сумматор 15 предназначен для нахождения полусуммы выходных сигналов

5 детекторов 13 и 14. Первый блох 19 компараторов представляет собой два компаратора нарушения нижнего и верхнего пределов установкй высоты измерительной головки 29 и предназна50 чен для формирования сигналов управления механизмом привода 8 пере мещения .измерительной головки II0 высоте, при нарушении нижнего или, верхнего заранее установленных пре55 делов этой высоты.

Второй блок 26 компараторов по

:назначению и своему техническому исполнению аналогичен первому блоку

1?12728

19 компараторон и предназначен для сварочной головки 30.

Первый и второй аналого-цифровые преобразователи 17 и 20 предназначены для преобразования аналоговой информации об угловом положении и высоте установки измерительной головки 29 в цифровой код.

Первый и второй цифроаналоговые преобразователи 23 и 25 предназначены для преобразования цифровой информации об угловом положении и высоте установки измерительной головки в аналоговые сигналы, в момент времени, когда сварочная головка

30 достигнет положения измерительной головки 29.

Устройство работает следующим образом.

На все источники 2 излучения с . коммутатора 1 последовательно и синхронно поступают пачки зондирующих сигналон с частотой заполнения сигналов г и частотой повторения пачек

Одновременно на первые входы элементов И 3(1)-3(п) также последовательно синхронно поступают импульсы с частотой и длитель-. ностью, равной длительности одной пачки зондирующих сигналов. На вы. ходах 10(1.)-10(11) сигналы с частотой " появляются только в том случае, когда излучение соответствующего источника излучения попадает через внутренний цилиндрический све-. товод 27 на поверхность металла.и, отражаясь, через внешний кольцевой световод 28 попадает в соответствующий приемник 10 излучения. В месте . расположения стыка свариваемых деталей отраженное излучение не попадает в приемники 10. С выходов приемников

10 полезные сигналы с частотой а также помеха от сварочной дуги поступают на селективные усилители

1 1(1)-1 1(11), которые производят частотную селекцию и усиление сигналон с частотой F . Детекторы 12(1)12(11) производят детектирование этих сигналов. Постоянная времени детекторов 12(1)-12(n) выбирается меньше, чем 1/3 и больше 1/F, т.е. вьгходная емкость детектора должна сохранять значение амплитуды входного сигнала в течение времени одной пачки зондирующих сигналов, но должна успевать разряжаться до момента вре5 !

О

55 мени поступления следующей пачки, что позволяет избежать появления ,накапливающейся ошибки слежения по стыку и повысить точность слежения.

Выходные сигналы с выходов детекторов 12(1)-12(n) через элементы

3(1)-3(h) поступают на соответствующие разряды первого регистра 4 памяти, где сохраняются в течение одного цикла сканирования. В конце каждого цикла сканирования информация с первого регистра 4 памяти в параллельном коде поступает в блок

9 памяти. Управление режимами записи — считывания блока 9 памяти осуществляется коммутатором 1. Положение линии стыка сварина мых деталей отражается н разрядах первого регистра 4 памяти и определяется положением разрядов, на которые не поступили сигналы с выходов элементов И

3(1)-3(г1). Смещение незаполненных разрядон относительно середины или крайних разрядов первого регистра 4 памяти регистрируется вторым формирователем 7 и .поступает на привод 8 перемещения измерительной головки

29, который комггенсирует отклонение измерительной головки относительно середины стыка сваринаемых деталей.

В следующий момент времени процесс сканирования стыка свариваемых деталей повторяется и новая информация о положении измерительной голонки

3 записывается из первого регистра 4 памяти н новые ячейки памяти блока

9 памяти. Поскольку движение измерительной и сварочной головок 29 и

30 вдоль стыка происходит синхронно, так как они обладают общим приводом перемещения вдоль стыка, то при достижении сварочной головкой места расположения измерительной головки происходит считывание информации о положении измерительной головки над этим местом с блока 9 памяти.

Эта информация регистрируется первым формирователем 5 и поступает на привод 6 перемещения сварочной головки, который компенсирует отклонение сварочной головки относительно середины стыка свариваемых деталей. При дальнейшем движении сварочной головки .вдоль стыка процесс считывания информации из новых ячеек блока 9 памяти повторяется и сварочная головка полностью отслеживает положение измерительной головки поперек

I 2I 2728 стыка при ее движении вдоль стыка с учетом компенсации ее отклонения относительно середины стыка свариваемых деталей. Запись и считывание информации в блок 9 памяти происходит циклически, т.е. в ячейки памяти, иэ которых была считана информация для управления сварочной голов-. кой 30, заносится информация о положении измерительной головки 29, которая. находится на некотором расстоянии впереди сварочной головки.

Расстояние между головками выбирается из соображений обеспечения необходимой помехоэащищенности измерительной головки от оптического излучения сварочной головки. Наличие селективных усилителей 11(1)-11(h) позволяет уменьшить это расстояние без снижения помехозащищенности всего устройства, что также приводит к уменьшению объема памяти блока 9 памяти и иовышению точности слежения устройства.

При использовании устройства для слежения по стыку при сварке с различными скоростями и обеспечения постоянства числа сканирований на миллиметр длины стыка необходимо изменять скорость сканирования стыка, частоту считывания и записи в блок 9 памяти, которые определяются частотой задающего генератора коммутатора 1. Таким образом, между скоростью сварки и частотой задающего генератора существует опреде-. ленное тождество, с помощью которого обеспечивается постоянство точности сопровождения сварочной головки по стыку при различной скорости сварки.

Предлагаемое устройство позволяет также выдерживать автоматически необходимую высоту и угол установки сварочной головки.

В основу измерения угла наклона и высоты установки измерительной и соответственно сварочной головок положен принцип изменения амплитуды принятых сигналов крайними приемниками 10(1) и 10(0) с изменением указанных выше параметров °

Принятые зондирующие сигналы с крайних селективных усилителей 11(1) и 11(я) поступают на детекторы 13 и 14, на выходах которых имеются постоянные напряжения, величина которых пропорциональна расстоянию между свариваемыми деталями и крайними приемниками излучения. Полей. Этот сигнал поступает в первый

50 блок 19 компараторов на входы двух компараторов контроля нижнего и верхнего пределов высоты установки измерительной головки над свариваемы55

t5

45 стоянная времени этих детекторов выбирается больше, чем 1/4 . Это связано с тем, что изменения по высоте установки измерительной головки являются медленно меняющимися по времени, и на выходе этих детекторов выделяется огибающая пачек отраженных зондирующих сигналов. Выбор большой постоянной времени детекторов 13 и 14 делает устройство нечувствительным к пропаданию сигналов на выходах селективных усилителей между циклами сканирования и кратковременным сбоем в системе приема отраженных зондирующих сигналов.

При ориентации измерительной головки 29 строго параллельно свариваемым деталям на выходах детекторов

13 и 14 напряжения одинаковые по величине. При наличии определенного наклона измерительной головки эти напряжения изменяются в большую или меньшую. стороны, что приводит к появлению на выходе дифференциального усилителя 16 разностного сигнала, величина которого соответствует величине наклона измерительной головки по отношению к поверхностям свариваемых деталей, а:полярностьс направлением наклона. Этот сигнал является управляющим для узла направления и механизма изменения угла наклона измерительной голонки привода 8 перемещения измерительной головки. Этот,же аналоговый сигнал поступает на первый аналого-цифровой преобразователь 17, где, преобразовавшись в цифровой.код, через второй регистр 18 памяти запись1ва- ° ется в конце каждого цикла сканирования в ячейки блока .9 памяти.

Выходные сигналы с выходов детекторов 13 и 14, кроме дифференциального усилителя 16, поступают на входы сумматора 15, на выходе которого формируется сигнал, свидетельствующий о расстоянии центральных источников и приемников излучения до поверхностей свариваемых детами деталями. При нарушении этих пределов в процессе сварки на выходах компараторов вырабатываются управляющие сигналы, которые поступают в привод 8 для осуществления

ВНИИПИ Заказ 700/20 Тираж 1000 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 коррекции установки высоты измерительной головки 29. Выходной сигнал с выхода сумматора 15 через второй аналого-цифровой преобразователь 20 и третий регистр 21 памяти в конце каждого цикла сканирования записывается в блок 9 памяти.

При достижении сварочной головкой

30 положения измерительной головки

29 цифровая информация об угловом положении и высоте установки измерительной головки в этом месте считывается с блока 9 памяти в четвертый 22 и пятый 24 регистры памяти, который так же, как и регистры

18 и 21 памяти, предназначены для временного хранения и предотвращения потери информации о положении измерительной головки, когда блок

9 памяти работает в режиме записисчигывания. Цифроаналоговые преобразователи 23 и 25 преобразуют цифровую информацию, записанную в четвертом 22 и пятом 24 регистрах памяти в аналоговый сигнал. Управляющий сигнал об угловом положении измерительной головки .в этом месте стыка с выхода первого цифроанало)2)2728 )О гового преобразователя 23 поступает непосредственно на узел управления и механизм перемещения угла наклона сварочной головки 30 привода 6 перемещения сварочной головки.

С выхода .второго цифроаналогового преобразователя 25 аналоговая информация о высоте установки измерительной головкИ поступает во вто1О рой блок 26 компараторов на входы двух компараторов контроля нижнего и верхнего пределов высоты установки сварочной головки над свариваемыми деталями. При нарушении этих пределов на выходах компараторов вырабатываются управляющие сигналы, которые поступают в привод 6 перемещения сварочной головки 30 для осуществления коррекции установки высоты сварочной головки 30, Устройство, обеспечивает автоматическое пространственное направление сварочной головки с высокой

25 точностью и помехозащищенностью по линии стыка свариваемых деталей, имеющих значительную пространственную кривизну вдоль стыка.