Устройство для слежения за стыком свариваемых изделий

Устройство для слежения за стыком свариваемых изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИН (gg y B 23 К 9/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

13 .. (21) 3811332/25-27 (22) 14.11.84 (46) 15.07.86. Бюл. Р 26 (71) Алтайский политехнический инс,титут им. И,И.Ползунова (72) П.И.Госьков, Е.А,Еремин и А.Е.Клюев (53) 621.791.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . Ф 1110572, кл. В 23 К 9/10, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1212728, кл. В 23 К 9/10, 1984. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛЕЖЕНИЯ ЗА

СТЫКОМ СВАРИВАЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащее оптическую систему с осветителем, выполненным в виде светодиодной матрицы, датчиком изображения, выполненным в виде фотодиодной матрицы, тактовый генератор, выход которого через модулятор связан с входом осветителя, полосовой фильтр и блок памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с.целью повьппения точности слежения за счет повышения помехоустойчивости, устройство дополнительно снабжено блоком развертки, дифференциатором, блоком привязки уровня, блоком умножения, интеграто„„SU„„ i24Ç 15 А1 ром, делителем частоты, тремя формирователями импульсов, блоком задержки импульсов, блоком обработки изображения, при этом выход тактового генератора связан с первым входом блока умножения, через делитель частоты — с входом блока развертки и входом третьего формирователя импульсов, а также через первый формирователь импульсов с шиной стирания датчика изображения и входом второго формирователя импульсов, выход блока развертки связан с адресным входом датчика изображения, выход которого через последовательно соединенные дифференциатор, блок привязки уровня и полосовой фильтр связан с вторым входом блока умножения, выход третьего формирователя импульсов связан с управляющим входом блока памяти и че. реэ линию задержки — со сбросовым входом интегратора, выход блока умножения связан с сигнальным входом интегратора, выход которого через блок памяти связан с входом блока обработки иэображения, выход второго формирователя импульсов связан с вторым входом блока привязки уровня.

1243915

Изобретение относится к управлению сварочными процессами, а именно к устройствам слежения эа стыком свариваемых изделий в процессе дуговой электросварки, и может быть использовано в качестве сенсора адаптивного сварочного робота.

Целью, изобретения является повьппе ние точности слежения за счет повьппения помехоустойчивости, устройства.

На фиг.l показана функциональная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит оптическую систему 1, связанную оптическим трактом с осветителем 2, соединенным через модулятор 3 с тактовым генератором 4, оптическую систему 5, связанную оптическим трактом с датчиком 6 изображения, выполненным в виде фотодиодной матрицы, связанной с блоком

7 развертки и последовательно соединейными дифференциатором 8, блоком 9 привязки уровня, полосовым фильтром 10, блоком 11 умножения, интегратором 12 со сбросом, блоком 13 памяти, а также делитель 14 частоты, три формирователя 15, 16 и 17 импульсов, блок 18 задержки импульсов и блок 19 обработки иэображения.

При этом тактовый генератор 4 связан с вторым входом блока 11 умножения, через делитель 14 частоты — с блоком 7 развертки и третьим формирователем 17, через первый формирователь 15 — с шиной стирания датчика 6 изображения и вторым формирователем

16, выход которого связан с управляющим входом блока привязки уровня.

Выход третьего формирователя 17 связан с управляющим входом блока 13 памяти и через блок 18 задержки импульсов — со сбросовым входом интегратора 12. Выход блока 13 памяти связан с блоком l9 обработки иэображе.ния.

Блок 9 привязки уровня выполнен в виде дифференцирующей цепочки и электронного ключа, включенного параллельно сопротивлению. Формирователи 15, 16 и 17 импульсов выполнены в виде одновибраторов. Интегратор 12 со сбросом выполнен на базе операционного усилителя и электронного ключа.

Устройство работает следующим образом.

il0

l5

ЗО

3S

40, 4;

Световой поток, созданный осветителем 2, выполненным в виде набора светодиодов, проецируется при помощи оптической системы 1 на поверхность свариваемых изделий.

Страженный от поверхности изделия световой поток посредством оптической системы 5 фокусируется на рабочей поверхности датчика б иэображения, В связи с тем, что поверхность свариваемых изделий вне стыка плоская,, а в зоне стыка отлична от плоскости, интенсивность рассеивания в направлении оптической оси датчика изображения различна. Вне линии стыка интенсивность засветки датчика изображения максимальна„ а в области стьпса,значительная часть светового потока рассеивается. Таким образом, интенсивность отраженного светового потока, регистрируемого датчиком 6 изображения, неравномерна и имеет минимум в зоне стыка свариваемых изделий.

Световой поток осветителя 2 модулируется с помощью модулятора 3 меандром 20, который формирует тактовый генератор 4.

Блок 7 развертки управляется тактовым генератором 4 через делитель

l4 частоты с коэффициентом деления, равным и. Сигнал блока 7 развертки для i. и 1. + 1 адресной шины датчика

6 иэображения показан на фиг.2 (21а, 21б). Иэображение стыка свариваемых изделий спроецированное на фоточувствительную поверхность датчика

6 изображения, построчно сканируется с частотой Еп, равной Я, и тмктlп преобразуется датчиком иэображения в импульсную последовательность 23.

Амплитуда импульсов пропорциональна распределению светового потока вдоль строк датчика изображения. При этом за время Т„„ коммутации каждой ячейки датчика иэображения формируется и видеоимпульсов, соответствующих количеству вспьппек осветителя за время коммутации одной ячейки.

На шину стирания датчика изображения поступает импульсная последовательность, сформированная. иэ меандра

20 формирователем 15 импульсов. Импул:ьсная последовательность 22 формируется по отрицательным фронтам меандра 20, при этом длительность им1

Т. пульсов ранна — — ° На время

2 2

1243915 присутствия активного уровня сигнала на фотодиоды ячеек датчика изображения подается обратное напряжение смещения, заряжающее дифференциальную емкость фотодиода до напряжения

U > - При снятии активного уровня с шины стирания происходит разряд емкости фотодиода., Скорость разряда пропорциональна уровню освещенности.

Таким образом в течение времени средняя величина напряжения на выходе датчика постоянна и практически не зависит от уровня освещенности.

Однако, так как в течение времени фотодиоды матрицы работают в ре2 жиме прямого детектирования светового потока, на выходе датчика присутствует переменная составляющая помехового сигнала. от засветки фотоприемника бликами сварочной дуги.

В течение времени фотодиод интегрирует помеховый световой.поток от бликов сварочной дуги, в течение времени одновременно интегри-, руются IIQMexoBbIfl и полезный световые потоки. Разброс напряжения Ь П при коммутации следующих ячеек матрицы обусловлен разбросом параметров интегральных встроенных коммутирующих элементов фотодиодной матрицы и является паразктным сигналом.

Далее сигнал 23 с выхода датчика

6 изображения поступает на дифференциатор 8, где берется его производная по времени. Выходной сигнал 24 дифференциатора поступает на блок 9 привязки уровня, где в момент времени „ происходит привязка сигнала

24 к нулевому уровню, что позволяет частично компенсировать постоянную составляющую помехового сигнала, обусловленную бликами от сварочной дуги. Управление блоком привязки уровня осуществляется импульсной последовательностью 25, сформированной формирователем,16 по отрицательным фронтам последовательности 22 с выхода формирователя 15. Привязка уровня сигнала 24 происходит в моменты времени, соответствующие работе датчика изображения в режиме интегрирования помехового сигнала.

Напряжение видеосигнала 24 в эти моменты времени пропорционально среднему уровню помеховой засветки. Таким образом, привязка уровня дает компенсацию средней постоянной составляющей помехового сигнала.

Затем сигнал 26 фильтруется полосовым фильтром 10 с резонансной частотой, равной f „,, и полосой пропускания, равной удвоенной ширине спектра пространственных частот изображения стыка свариваемых изделий. Фильтрация позволяет ослабить энергию спектра помехового сигнала, лежащего вне полосы прозрачности фильтра 10. Блок 11 умножения осуществляет синхронное детектирование сигнала 27. Выходной сигнал 28 с выхода блока 11 умножения поступает на интегратор 12 со сбросом, где произ15 водится накопление полезного сигнала 29 за длительность коммутации каждой ячейки фотоматрицы. Выходной сигнал 30 блока памяти поступает в блок 19 обработки информации. Интег20 ратор сбрасывается в ноль перед началом работы каждой ячейки. Сброс производится сигналом 32, полученным путем задержки сигнала 31, сформированного формирователем 17 из сигнала 33

25 с выхода делителя 14.

Сигнал 31 управляет блоком 13 памяти, в котором происходит запоминание сигнала 29 с выхода интегратора 12 в моменты времени, предшествуюЗО щие началу каждой новой ячейки и соответствующие максимальному отношению сигнал/шум.

Выходной сигнал 30 блока 13 памяти поступает для дальнейшей обработки и Получения сигнала управления

35 приводом сварочного робота на вход блока 19 обработки изображения.

Спектр частот видеосигнала, соответствующего простейшему изображению

40 типа теневая зона, соответствующему распределению отраженного от сты, ка свариваемых иэделий световому потоку, занимает полосу частот, равную 1-5 кГц в зависимости от конт45 Растности изобРажения. .Спектр помех от засветки датчика изображения бликами сварочной дуги занимает более широкую полосу частот (до 20-30 кГц), в зависимости от ви5О да электросварки. Кроме того, в процессе сварки присутствует электромагнитная помеха, лежащая в низкочасто гном диапазоне и имеющая частотный спектр до 80 кГц.

55 При развертке изображения с частотой f спектр видеосигнала из области, прилегающей к нулевой частоте, транслируется в окрестности частоты

1243915 сй развертки U, При модуляции осветите ля меандром с частотой Е „ и синхронном стирании заряда фотодиодов матрицы, осуществляемом сигналом 22, происходит трансляция спектра видеосигнала в область частот, прилегающую к Гтаке

Величина f „выбирается около

100 кГц, т.е. там, где отсутствуют помехи от сварочной дуги, Последующая согласованная фильтрация фильтром 10 и синхронное детектирование в блоке !1 умножения и интеграторе

12 обеспечивают необходимую помехозащищенность устройства.

В сравнении с прототипом устройство обладает повьппенной помехозащищенностью, поскольку применение моду; .ляпни в совокупности с синхронным стиранием заряда фотодиодов датчика изображения позволяет перенести спектр сигнала в область частот с минимальным уровнем помех от сварочЪ ной дуги„ а также применить полосовое усилие и синхронное детектирование сигнала.

Повьппение помехоустойчивости ведет к повышению точности слежения за стыком во время процесса сварки ,и тем самым позволяет избавиться от необходимости .холостогопрохода стыка

1243915

2б

Составитель В,Покровский

Техред О. Гортвай Корректор M.Демчик

Редактор М.Бандура

Заказ 3750/14

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Ю

Иу

Ю

Тираж !001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5