Устройство автоматической коррекции движения сварочной горелки

Устройство автоматической коррекции движения сварочной горелки

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области автоматизации сварочных процессов, более точно к автоматизации электродуговой сварки разделанных и угловых швов в среде защитных газов и под флюсом. Оно может найти применение в машиностроении и приборостроении.

До настоящего времени большинство процессов электродуговой сварки ведется вручную, требует высокой квалификации сварщика и поддается автоматизации на массовом производстве лишь при условии качественной разделки швов и высокой точности установки деталей по отношению к сварочному стенду.

Это связано с тем, что для получения качественного шва при прочих равных условиях необходимо непрерывное совмещение оси горелки с серединой стыка. Таким образом, указанное совмещение является необходимым условием автоматизации электросварочного процесса.

Известно устройство для обнаружения дефектов сварного шва (см. Глаголев А.Е, Гаврюшина Г.Ф., Борцов Г.Ф Установка для ультразвукового контроля качества паяных и диффузионносварных соединений миниатюрных узлов // Дефектоскопия, 1972, №12, с.7-12).

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее источник питания дуги, шунт в сварочной цепи, датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, синхронный детектор, фильтр низкой частоты, усилитель, колебатель (патент на изобретение №2212321, опубл. в 2002 г., MПK⁷ B 23 К 9/12).

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно не обеспечивает требуемого качества изделия.

Задачей изобретения является повышение качества сварного соединения при автоматической коррекции сварочного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее сварочную горелку, привод коррекции сварочной горелки поперек стыка, колебатель, первый сумматор, усилитель с переменным коэффициентом усиления, первый фильтр низкой частоты, первый блок аналоговой памяти, задатчик, усреднитель, первый усилитель амплитуды, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены первый, второй, третий и четвертый датчики ультразвуковых колебаний, второй, третий и четвертый усилители амплитуды, первый, второй, третий и четвертый детекторы, второй, третий и четвертый фильтры низкой частоты, первый, второй, третий и четвертый триггеры, первый, второй, третий и четвертый интеграторы, первый, второй, третий дифференциальные усилители, второй, третий и четвертый блоки аналоговой памяти, блок управления приводом высоты электрода, блок управления приводом угла поворота сварочной горелки, блок управления приводом коррекции сварочной горелки поперек стыка, привод высоты электрода, привод угла поворота сварочной горелки, второй сумматор, датчик вылета электрода, задатчик высоты электрода, задатчик угла поворота сварочной горелки, первый и второй инверторы, генератор синусоидальных колебаний, генератор импульсов, одновибратор, счетчик, мультиплексор, первый, второй, третий и четвертый усилители мощности, первый, второй, третий и четвертый излучатели ультразвуковых колебаний, блок преобразования сигнала, блок управления колебателем, причем выход генератора синусоидальных колебаний соединен с первым входом мультиплексора, выход импульсного генератора соединен со входом счетчика и одновибратора, выход счетчика соединен с вторым входом мультиплексора, выход одновибратора соединен с третьим входом мультиплексора, первый выход мультиплексора соединен с входом первого усилителя мощности и первым входом первого триггера, второй выход мультиплексора соединен с входом второго усилителя мощности и первым входом второго триггера и входом первого инвертора, третий выход мультиплексора соединен с входом третьего усилителя мощности и первым входом третьего триггера и входом второго инвертора, четвертый выход мультиплексора соединен с входом четвертого усилителя мощности и первым входом четвертого триггера, выход первого усилителя мощности соединен с входом первого излучателя, выход второго усилителя мощности соединен с входом второго излучателя, выход третьего усилителя мощности соединен с входом третьего излучателя, выход четвертого усилителя мощности соединен с входом четвертого излучателя, выход первого датчика ультразвуковых колебаний соединен с входом первого усилителя амплитуды, выход которого соединен с входом первого детектора, выход которого соединен с входом первого фильтра низкой частоты, выход которого соединен со вторым входом первого триггера, выход второго датчика ультразвуковых колебаний соединен с входом второго усилителя амплитуды, выход которого соединен с входом второго детектора, выход которого соединен с входом второго фильтра низкой частоты, выход которого соединен со вторым входом второго триггера, выход третьего датчика ультразвуковых колебаний соединен с входом третьего усилителя амплитуды, выход которого соединен с входом третьего детектора, выход которого соединен с входом третьего фильтра низкой частоты, выход которого соединен со вторым входом третьего триггера, выход четвертого датчика ультразвуковых колебаний соединен с входом четвертого усилителя амплитуды, выход которого соединен с входом четвертого детектора, выход которого соединен с входом четвертого фильтра низкой частоты, выход которого соединен со вторым входом четвертого триггера, выход первого триггера соединен с входом первого интегратора, выход которого соединен с первым входом усреднителя и первым входом первого дифференциального усилителя, выход второго триггера соединен с входом второго интегратора и с вторым входом блока первой аналоговой памяти и вторым входом второго блока второй аналоговой памяти, выход второго интегратора соединен с вторым входом первого дифференциального усилителя и вторым входом усреднителя, выход которого соединен с первым входом второго дифференциального усилителя, выход датчика вылета электрода соединен с первым входом первого сумматора, на второй вход которого подается сигнал с выхода задатчика высоты электрода, выход первого сумматора соединен с вторым входом второго дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому входу первого блока аналоговой памяти, выход которой подключен к блоку управления приводом высоты электрода, выход которого подключен к приводу высоты электрода, который соединен со сварочной горелкой, выход задатчика угла поворота соединен с третьим входом первого дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом второго блока аналоговой памяти, выход которого соединен с блоком управления привода угла поворота сварочной горелки, выход которого соединен с приводом угла поворота сварочной горелки, который соединен со сварочной горелкой, выход третьего триггера соединен с первым входом третьего интегратора, выход четвертого триггера подключен к первому входу четвертого интегратора, к второму входу третьего блока аналоговой памяти и второму входу четвертого блока аналоговой памяти, выход второго инвертора соединен с вторым входом первого интегратора и вторым входом второго интегратора, выход первого инвертора подключен к второму входу третьего интегратора и второму входу четвертого интегратора, выход которого подключен к второму входу второго сумматора и второму входу третьего дифференциального усилителя, выход третьего интегратора подключен к первому входу второго сумматора и первому входу третьего дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому входу четвертого блока аналоговой памяти, выход которого подключен к входу блока управления приводом коррекции сварочной горелки поперек стыка, выход которого подключен к приводу коррекции сварочной горелки поперек стыка, который соединен со сварочной горелкой, выход второго сумматора подключен к входу блока преобразования сигнала, выход которого подключен к первому входу третьего блока аналоговой памяти, выход которого подключен к первому входу усилителя с переменным коэффициентом усиления, выход задатчика подключен к второму входу усилителя с переменным коэффициентом усиления, выход которого подключен к блоку управления колебателя, выход которого подключен к колебателю, который соединен со сварочной горелкой.

В устройстве автоматической коррекции движения сварочной горелки сглаживающий фильтр, сумматор, дифференциальный усилитель, компараторы, триггер, фильтр низкой частоты, блок аналоговой памяти используются по своему прямому назначению и широко известны в электротехнике. Однако совокупность соединений, указанная выше, в патентной и научно-технической литературе не обнаружены.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема устройства автоматической коррекции движения сварочной горелки.

Устройство автоматической коррекции движения сварочной горелки содержит последовательно подключенные выход генератора синусоидальных колебаний 1, который соединен с первым входом мультиплексора 2, выход импульсного генератора 3 соединен со входом счетчика 4 и одновибратора 5, выход счетчика 4 соединен с вторым входом мультиплексора 2, выход одновибратора 5 соединен с третьим входом мультиплексора 2, первый выход мультиплексора 2 соединен с входом первого усилителя мощности 6 и первым входом первого триггера 7, второй выход мультиплексора 2 соединен с входом второго усилителя мощности 8 и первым входом второго триггера 9 и входом первого инвертора 10, третий выход мультиплексора 2 соединен с входом третьего усилителя мощности 11 и первым входом третьего триггера 12 и входом второго инвертора 13, четвертый выход мультиплексора 2 соединен с входом четвертого усилителя мощности 14 и первым входом четвертого триггера 15, выход первого усилителя мощности 6 соединен с входом первого излучателя 16, выход второго усилителя мощности 8 соединен с входом второго излучателя 17, выход третьего усилителя мощности 11 соединен с входом третьего излучателя 18, выход четвертого усилителя мощности 14 соединен с входом четвертого излучателя 19, выход первого датчика ультразвуковых колебаний 20 соединен с входом первого усилителя амплитуды 21, выход которого соединен с входом первого детектора 22, выход которого соединен с входом первого фильтра низкой частоты 23, выход которого соединен со вторым входом первого триггера 7, выход второго датчика ультразвуковых колебаний 24 соединен с входом второго усилителя амплитуды 25, выход которого соединен с входом второго детектора 26, выход которого соединен с входом второго фильтра низкой частоты 27, выход которого соединен со вторым входом второго триггера 9, выход третьего датчика ультразвуковых колебаний 28 соединен с входом третьего усилителя амплитуды 29, выход которого соединен с входом третьего детектора 30, выход которого соединен с входом третьего фильтра низкой частоты 31, выход которого соединен со вторым входом третьего триггера 12, выход четвертого датчика ультразвуковых колебаний 32 соединен с входом четвертого усилителя амплитуды 33, выход которого соединен с входом четвертого детектора 34, выход которого соединен с входом четвертого фильтра низкой частоты 35, выход которого соединен со вторым входом четвертого триггера 15, выход первого триггера 7 соединен с входом первого интегратора 36, выход которого соединен с первым входом усреднителя 37 и первым входом первого дифференциального усилителя 38, выход второго триггера 9 соединен с входом второго интегратора 39 и с вторым входом блока первой аналоговой памяти 40 и вторым входом второго блока второй аналоговой памяти 41, выход второго интегратора 39 соединен с вторым входом первого дифференциального усилителя 38 и вторым входом усреднителя 37, выход которого соединен с первым входом второго дифференциального усилителя 42, выход датчика вылета электрода 43 соединен с первым входом первого сумматора 44, на второй вход которого подается сигнал с выхода задатчика высоты электрода 45, выход первого сумматора 44 соединен с вторым входом второго дифференциального усилителя 42, выход которого подключен к первому входу блока аналоговой памяти 40, выход которого подключен к блоку управления приводом высоты электрода 46, выход которого подключен к приводу высоты электрода 47, который соединен со сварочной горелкой 48, выход задатчика угла поворота 49 соединен с третьим входом первого дифференциального усилителя 38, выход которого соединен с первым входом второго блока аналоговой памяти 41, выход которого соединен с блоком управления привода угла поворота сварочной горелки 50, выход которого соединен с приводом угла поворота сварочной горелки 51, который соединен со сварочной горелкой 48, выход третьего триггера 12 соединен с первым входом третьего интегратора 52, выход четвертого триггера 15 подключен к первому входу четвертого интегратора 53, к второму входу третьего блока аналоговой памяти 54 и второму входу четвертого блока аналоговой памяти 55, выход второго инвертора 13 соединен с вторым входом первого интегратора 36 и вторым входом второго интегратора 39, выход первого инвертора 10 подключен к второму входу третьего интегратора 52 и второму входу четвертого интегратора 53, выход которого подключен к второму входу второго сумматора 56 и второму входу третьего дифференциального усилителя 57, выход третьего интегратора 52 подключен к первому входу второго сумматора 56 и первому входу третьего дифференциального усилителя 57, выход которого подключен к первому входу четвертого блока аналоговой памяти 55, выход которого подключен к входу блока управления приводом коррекции сварочной горелки поперек стыка 58, выход которого подключен к приводу коррекции сварочной горелки поперек стыка 59, который соединен со сварочной горелкой 48, выход второго сумматора 56 подключен к входу блока преобразования сигнала 60, выход которого подключен к первому входу третьего блока аналоговой памяти 54, выход которого подключен к первому входу усилителя с переменным коэффициентом усиления 61, выход задатчика 62 подключен к второму входу усилителя с переменным коэффициентом усиления 61, выход которого подключен к блоку управления колебателя 63, выход которого подключен к колебателю 64, который соединен со сварочной горелкой 48.

Устройство автоматической коррекции движения сварочной горелки работает следующим образом.

Излучатели ультразвуковых колебаний и датчики ультразвуковых колебаний расположены с двух сторон сварочного электрода попарно над свариваемыми деталями, а именно, излучатель 16 - датчик 20, излучатель 17 - датчик 24, излучатель 18 - датчик 28, излучатель 19 - датчик 32. С помощью излучателя 16 и датчика 20 измеряется расстояние до левой детали, а с помощью излучателя 17 - датчика 24 измеряется расстояние до правой детали. С помощью излучателя 18 и датчика 28 измеряется расстояние до кромки шва правой детали, а с помощью излучателя 19 и датчика 32 измеряется расстояние до кромки шва левой детали. Пары излучатель 16 - датчик 20 и излучатель 18 - датчик 28 расположены над левой деталью (слева от стыка), а пары излучатель 17 - датчик 24 и излучатель 19 - датчик 32 расположены над правой деталью (справа от стыка). Во время сварки ультразвуковые датчики и ультразвуковые излучатели перемещаются вместе (синхронно) с движением электрода. При стабильном токе сварки и стабильной подаче электрода - вычисляется высота электрода над деталью. Электрические колебания с выхода синусоидального генератора 1 поступают на первый вход мультиплексора 2, импульсы с выхода генератора импульсов 3 поступают на вход счетчика 4 и на вход одновибратора 5. Счетчик 4 при этом увеличивает свое значение на единицу в пределах от ноля до трех. При значении, равном 3, счетчик 4 очередным импульсом сбрасывается в ноль. Значения счетчика 4 поступают на второй вход мультиплексора 2 (адресный вход). От пришедшего положительного перепада запускается одновибратор 5 и формирует на выходе короткий импульс, который поступает на третий вход мультиплексора 2 (вход разрешения). На четырех выходах мультиплексора 2 поочередно будет появляться частота синусоидального генератора 1 на время длительности импульса одновибратора 5. Сигнал с первого выхода мультиплексора 2 усиливаются первым 6 усилителем мощности и подается на первый 16 излучатель ультразвуковых колебаний, сигнал с второго выхода мультиплексора 2 усиливаются вторым 8 усилителем мощности и подается на второй 17 излучатель ультразвуковых колебаний, сигнал с третьего выхода мультиплексора 2 усиливаются третьим 11 усилителем мощности и подается на третий 18 излучатель ультразвуковых колебаний, а сигнал с четвертого выхода мультиплексора 2 усиливаются четвертым 14 усилителем мощности и подается на четвертый 19 излучатель ультразвуковых колебаний и поочередно излучаются. Одновременно сигнал с мультиплексора 2 переводит первый 7, второй 9, третий 12 или четвертый 15 триггер в единичное состояние. При этом на выходе первого 36, второго 39, третьего 52 или четвертого 53 интегратора начинает расти напряжение. Отраженный сигнал принимается первым 20, вторым 24, третьим 28 или четвертым 32 датчиком ультразвуковых колебаний, усиливается первым 21, вторым 25, третьим 29 или четвертым 33 усилителем амплитуды, детектируется первым 22, вторым 26, третьим 30 или четвертым 34 детектором и после первого 23, второго 27, третьего 31 или четвертого 35 фильтра низкой частоты подается на второй вход первого 7, второго 9, третьего 12 или четвертого 15 триггера. После чего первый 7, второй 9, третий 12 или четвертый 15 триггер переходит в нулевое состояние и изменение напряжения на выходе первого 36, второго 39, третьего 52 или четвертого 53 интегратора прекращается. При подаче импульса на второй вход первого 36, второго 39, третьего 52 или четвертого 53 интегратора напряжение на его выходе становится равным нулю. На выходах первого 36 и второго интеграторов 39 будут напряжения, пропорциональные высоте от первого 20 и второго 24 датчиков ультразвуковых колебаний до первой и второй свариваемых деталей (слева и справа от стыка). Усреднитель 37 выдает среднее арифметическое этих двух сигналов на второй дифференциальный усилитель 42, на второй вход которого поступает сумма значений вылета электрода и заданной высоты. Это значение запоминается первым блоком аналоговой памяти 40. Используя это значение, блок управления приводом высоты электрода 46 выдает сигналы на привод высоты электрода 47 для коррекции высоты электрода. Первый дифференциальный усилитель 38 сравнивает сигналы с первого интегратора 36, второго интегратора 39 и задатчика угла поворота сварочной горелки 49. Результат сравнения запоминается во втором блоке аналоговой памяти 41. При наличии напряжения на выходе второго блока аналоговой памяти 41 блок управления приводом угла поворота сварочной горелки 50 включает привод угла поворота сварочной горелки 51 для устранения рассогласования. Сигналы с третьего 52 и четвертого 53 интеграторов подаются на второй сумматор 56 и третий дифференциальный усилитель 57. В блоке преобразования сигнала 60 производится вычитание базовой величины и деление ее пополам. Выходной сигнал будет пропорционален ширине шва. Этот сигнал запоминается третьим блоком аналоговой памяти 54 и через усилитель с переменным коэффициентом усиления 61 и блок управления колебателем 63 задает амплитуду колебаний колебателя 64. На выходе третьего дифференциального усилителя 57 образуется сигнал, пропорциональный смещению от центра стыка. Это значение запоминается четвертым блоком аналоговой памяти 55 и через блок управления приводом коррекции сварочной горелки поперек стыка 58 управляет приводом коррекции сварочной горелки поперек стыка 59 для устранения образовавшейся ошибки.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает повышение качества шва за счет более точного расположения электрода относительно стыка по высоте, амплитуде, углу и величине смещения относительно стыка, чем достигается повышение качества сварного соединения.

Устройство автоматической коррекции движения сварочной горелки, содержащее сварочную горелку, привод коррекции сварочной горелки поперек стыка, колебатель, первый сумматор, усилитель с переменным коэффициентом усиления, первый фильтр низкой частоты, первый блок аналоговой памяти, задатчик, усреднитель, первый усилитель амплитуды, отличающееся тем что в устройство дополнительно введены первый, второй, третий и четвертый датчики ультразвуковых колебаний, второй, третий и четвертый усилители амплитуды, первый, второй, третий и четвертый детекторы, второй, третий и четвертый фильтры низкой частоты, первый, второй, третий и четвертый триггеры, первый, второй, третий и четвертый интеграторы, первый, второй, третий дифференциальные усилители, второй, третий и четвертый блоки аналоговой памяти, блок управления приводом высоты электрода, блок управления приводом угла поворота сварочной горелки, блок управления приводом коррекции сварочной горелки поперек стыка, привод высоты электрода, привод угла поворота сварочной горелки, второй сумматор, датчик вылета электрода, задатчик высоты электрода, задатчик угла поворота сварочной горелки, первый и второй инверторы, генератор синусоидальных колебаний, генератор импульсов, одновибратор, счетчик, мультиплексор, первый, второй, третий и четвертый усилители мощности, первый, второй, третий и четвертый излучатели ультразвуковых колебаний, блок преобразования сигнала, блок управления колебателем, причем выход генератора синусоидальных колебаний соединен с первым входом мультиплексора, выход импульсного генератора соединен со входом счетчика и одновибратора, выход счетчика соединен с вторым входом мультиплексора, выход одновибратора соединен с третьим входом мультиплексора, первый выход мультиплексора соединен с входом первого усилителя мощности и первым входом первого триггера, второй выход мультиплексора соединен с входом второго усилителя мощности и первым входом второго триггера и входом первого инвертора, третий выход мультиплексора соединен с входом третьего усилителя мощности и первым входом третьего триггера и входом второго инвертора, четвертый выход мультиплексора соединен с входом четвертого усилителя мощности и первым входом четвертого триггера, выход первого усилителя мощности соединен с входом первого излучателя, выход второго усилителя мощности соединен с входом второго излучателя, выход третьего усилителя мощности соединен с входом третьего излучателя, выход четвертого усилителя мощности соединен с входом четвертого излучателя, выход первого датчика ультразвуковых колебаний соединен с входом первого усилителя амплитуды, выход которого соединен с входом первого детектора, выход которого соединен с входом первого фильтра низкой частоты, выход которого соединен со вторым входом первого триггера, выход второго датчика ультразвуковых колебаний соединен с входом второго усилителя амплитуды, выход которого соединен с входом второго детектора, выход которого соединен с входом второго фильтра низкой частоты, выход которого соединен со вторым входом второго триггера, выход третьего датчика ультразвуковых колебаний соединен с входом третьего усилителя амплитуды, выход которого соединен с входом третьего детектора, выход которого соединен с входом третьего фильтра низкой частоты, выход которого соединен со вторым входом третьего триггера, выход четвертого датчика ультразвуковых колебаний соединен с входом четвертого усилителя амплитуды, выход которого соединен с входом четвертого детектора, выход которого соединен с входом четвертого фильтра низкой частоты, выход которого соединен со вторым входом четвертого триггера, выход первого триггера соединен с входом первого интегратора, выход которого соединен с первым входом усреднителя и первым входом первого дифференциального усилителя, выход второго триггера соединен с входом второго интегратора и с вторым входом блока первой аналоговой памяти и вторым входом второго блока второй аналоговой памяти, выход второго интегратора соединен с вторым входом первого дифференциального усилителя и вторым входом усреднителя, выход которого соединен с первым входом второго дифференциального усилителя, выход датчика вылета электрода соединен с первым входом первого сумматора, на второй вход которого подается сигнал с выхода задатчика высоты электрода, выход первого сумматора соединен с вторым входом второго дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому входу первого блока аналоговой памяти, выход которой подключен к блоку управления приводом высоты электрода, выход которого подключен к приводу высоты электрода, который соединен со сварочной горелкой, выход задатчика угла поворота соединен с третьим входом первого дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом второго блока аналоговой памяти, выход которого соединен с блоком управления привода угла поворота сварочной горелки, выход которого соединен с приводом угла поворота сварочной горелки, который соединен со сварочной горелкой, выход третьего триггера соединен с первым входом третьего интегратора, выход четвертого триггера подключен к первому входу четвертого интегратора, к второму входу третьего блока аналоговой памяти и второму входу четвертого блока аналоговой памяти, выход второго инвертора соединен с вторым входом первого интегратора и вторым входом второго интегратора, выход первого инвертора подключен к второму входу третьего интегратора и второму входу четвертого интегратора, выход которого подключен к второму входу второго сумматора и второму входу третьего дифференциального усилителя, выход третьего интегратора подключен к первому входу второго сумматора и первому входу третьего дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому входу четвертого блока аналоговой памяти, выход которого подключен к входу блока управления приводом коррекции сварочной горелки поперек стыка, выход которого подключен к приводу коррекции сварочной горелки поперек стыка, который соединен со сварочной горелкой, выход второго сумматора подключен к входу блока преобразования сигнала, выход которого подключен к первому входу третьего блока аналоговой памяти, выход которого подключен к первому входу усилителя с переменным коэффициентом усиления, выход задатчика подключен к второму входу усилителя с переменным коэффициентом усиления, выход которого подключен к блоку управления колебателя, выход которого подключен к колебателю, который соединен со сварочной горелкой.