Устройство для слежения по стыку

(50 4 В 23 К 9/10 оз и с третьния измвторой тель и третьим выход б регистр говый п рым вх рочной памяти второй стр памяти,преобразова(21) 3701028/25-27(71) Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР(56) Авторское свидетельство СССР В 650749, кл. В 23 К 9/10, 1977.Авторское свидетельство СССР Р, кл. В 23 К 9/1 О, 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 элемен тов 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 слежения за стыком, устройство дополнительно снабжено селектиВными усилителями и детекторами по числу приемников излучения, двумя дополнительными детекторами, диФФеренциальнымусилителем, сумматором, двумя блоками компараторов, четырьмя регистрами памяти, двумя аналого-циФровыми преобразователями, двумя циФроаналоговыми преобразователями, приэтом выходы приемников излучениячерез селективные усилители и детекторы связаны с вторыми входами элементов И, выходы селективных усилителей, связанных с крайними приемниками излучения через два дополнительных детектора, связаны с входамидиФФеренциального усилителя и входамсумматора, выход диФФеренциальногоусилителя связан с вторым входомпривода перемещения измерительнойголовки и через первый аналого-циФрвой преобразователь и второй регистр памяти связан с вторым входомблока памяти, выход сумматора чевый блок компараторов связан им входом привода перемещеерительной головки и через аналого-циФровой преобразоватретий регистр памяти - с входом блока памяти, второй лока памяти через четвертый памяти и первый циФроаналореобразователь связан с втодом привода перемещения сваголовки, третий выход блока через пятый регициФроаналоговый тель и второи блок компараторов связан с третьим входом привода перемеения сварочнои головкИзобретение относится к автоматизации производственных процессов и может быть использовано для автоматического направления сварочной головки по линии свариваемого соеди 35 нения.Цель изобретения,= повьппение качества сварки эа счет повьппенияточности слежения за стыком.Слежение по стыку осуществляется1 Орядом линейно расположенных пар источник 1 Й:иприемников излучения,4снабженных концентричнО,.расположенными световодами, обеспечивающимиконтроль положения стыка. Измери 15тельная и сварочная головки расположены на расстоянии, обеспечивающемнормальную работу приемников излучения и снабжены раздельными приводами поперечного перемещения относительно стыка.Привод перемещения измерительнойголовки работает в следящем режиме.Привод перемещения сварочной головки управляется в соответствии с ра 25ботой привода перемещения измерительной головки с задержкой во временис учетом расстояния между головками.Задержка во времени обеспечиваетсярегистрами памяти. Синхронизация с 30работой привода продольного перемещения головок обеспечивается коммутатором, синхронизирующим работуустройства по перемещению головоквдоль стыка.Для повышения помехозащищенностивведена 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 приемниковизлучения, сигналы которых воздействуют на привод. перемещения измерительной головки и через регистрыпамяти - на привод перемещения сварочной головки,На чертеже представлена Функциональная схема устройства.Коммутатор 1 первыми выходамисвязан с источниками 2(1)-2(и) излучения. Первые входы элементов И 3(1)3 связаны с вторыми выходами коммутатора 1, а выходы - с информационными входами первого регистра4 памяти. Выход первого Формирователя 5 связан с первым входом привода6 перемещения сварочной головки, авыход второго Формирователя 7 связанс первым входом привода 8 перемещения измерительной головки, Первыевыходы первого регистра 4 памятисвязаны с первыми входами блока 9памяти, вторые выходы первого регистра 4 памяти связаны с вторымформирователем 7. Управляющий входблока 9 памяти связан с третьим выходом коммутатора 1, Первые выходыблока 9 памяти связаны с входами первого Формирователя 5, Выходы приемников 1 О(1)-10(й) излучения черезселективные усилители 1(1)-11(п)и детекторы 12(1)-12(Н) связаны свторыми входами элементов И 3(1)3(н). Выходы двух крайних селективных усилителей 11(1) и 11(й) черездетекторы 13 и 14 связаны с входамисумматора 15 и дифференциальногоусилителя 16, выход которогосвязанс вторым входом привода 8 перемещения измерительной головки, атакжечерез первый аналого-цифровой преобразователь 17 и второй регистр 18памяти связан с вторыми входамиблока 9 памяти. Выход сумматора15 через первый блок 19 компараторов связан с третьим входом привода 8 перемещения измерительной головки, а также через второй аналогоцифровой преобразователь 20 и третийрегистр 21 памяти связан с третьимивходами блока 9 памяти. Вторые выходы блока 9 памяти через четвертыйрегистр 22 памяти и первый цифроаналоговый преобразователь 23 связан с вторым входом привода 6 перемещения сварочной головки, Четвертый выход коммутатора 1 связан суправляющими входами первого 4, вто"рого 18, третьего 21, четвертого 22и пятого 24 регистров памяти,Выход второго цифроаналоговогопреобразователя 25 связан с входомвторого блока 26 компараторов.Внутренние цилиндрические световоды 27 оптически связаны с источниками 2(1)-2(ъ) излучения, а внешние кольцевые световоды 28 - с приемниками 10(1)-10(п) 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 зондирующихсигналов с несущей частотой Г внаправлении стыка свариваемых деталей через внутренние цилиндрическиесветоводы 27, В качестве источниковизлучения используются малогабаритные лампочки или светодиоды.Приемники 10 излучения предназначены для приема через внешниекольцевые световоды 28 отраженногоот поверхностей свариваемьгх деталейизлучения. Первый регистр 4 памятипредназначен для хранения сигналов,принятых в течение одного цикла сканирования, и, соответственно, отображения в своих разрядах положениялинии сварного соединения,Регистры 18, 21, 22 и 24 памятипредназначены для временного хранения цифровой информации, считываемой или записываемой в блок 9 памяти, 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 иуправления приводом 6 перемещениясварочной головки для устраненияэтого 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 автоматического перемещения измери 1212728 4тельной головки в различные пространственные положения.Элементы И 3(1)-3(п) предназначены для селективного пропусканиясигналов, принятых приемниками 10излучения, на соответствующие разряды первого регистра 4 памяти,Блок 9 памяти предназначен длязаполнения информации о пространст 10 венном положении измерительной головки 29 при ее движении вдоль сварногосоединения на расстояние,. отделяющее сварочную и измерительную головку, а также выдачи информации о пространственном положении измерительнойголовки на привод перемещения сварочной головки при достижении сварочной головкой места нахожденияизмерительной головки,Селективные усилители 11(1)- 11(п) предназначены для пропусканияна первые детекторы 12(1)-12(Ь) сигнала с частотой Р из всей совокупности принятых оптических сигналов.приемниками 10(1)-10(11) излучения,Детекторы 12(1)-12(п) предназначены для,детектироваиия сигналов с.частотой , поступающих на них сселективных усилителей 11(1)-11(1).Постоянная времени этих детектороввыбирается меньше, чем 1 Я и больше1/Г, где 1 - частота повторенийпосылок оптических сигналов черезисточники излучения,Детекторы 13 и 14 предназначеныЗ 5 для определения расстояния, между свариваемыми деталями и крайними парами источников и приемников излучения. Постоянная времени этих детектороь выбирается больше, чем: 1/1.40Дифференциальный усилитель 16 предназначен для нахождения разностивыходных сигналов детекторов 13 и 14.Сумматор 15 предназначен для нахождения полусуммы выходных сигналов455 детекторов 13 и 14, Первый блох 19компараторов представляет собой двакомпаратора нарушения нижнего иверхнего пределов установкй высотыизмерительной головки 29 и предназна 5 О чен для формирования сигналовуправления механизмом привода 8 перемещения .измерительной головки повысоте, при нарушении нижнего или. верхнего заранее установленных пре 55 делов этой высоты.Второй блок 26 компараторов по:назначению и своему техническомуисполнению аналогичен первому блоку19 компараторон и предназначен длясварочной головки 30,Первый и второй аналого-цифровыепреобразователи 17 и 20 предназначены для преобразования аналоговойинформации об угловом положении ивысоте установки измерительной голо и 29 н ц Фр вой код,Первый и второй цифроаналоговыепреобразователи 23 и 25 предназначены для преобразования цифровой информации об угловом положении и высоте установки измерительной головки в аналоговые сигналы, в моментвремени, когда сварочная головка30 достигнет положения измерительнойголовки 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 пачекОдновременно на первые входыэлементов И 3(1)-3(п) также последовательно синхронно поступают импульсы с частотой 1 и длительностью, равной длительности однойпачки зондирующих сигналов. На вы. ходах 10(1.)-10(п) сигналы с частотой Г появляются только в том случае, когда излучение соответствующего источника излучения попадаетчерез внутренний цилиндрический световод 27 на поверхность металла.и,отражаясь, через внешний кольцевойсветовод 28 попадает в соответствующий приемник 10 излучения. В месте . расположения стыка свариваемых деталей отраженное излучение не попадаетв приемники 10, С выходов приемников10 полезные сигналы с частотой Га также помеха от сварочной дуги поступают на селективные усилители1 1( 1)-11(и), которые производят частотную селекцию и усиление сигналон с частотой Г , Детекторы 12(1)- 12 Ь) производят детектирование этихсигналов, Постоянная времени детекторов 12(1)-12(п) выбирается меньше,чем 1 Я и больше 1/Г, т.е. выходная емкость детектора должна сохранять значение амплитуды входного сигнала в течение времени одной пачки зондирующих сигналов, но должна успевать разряжаться до момента вре 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(н) через элементы 3(1)-3(ь) 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 снаринамых деталей отражается н разрядах первого регистра 4 памяти и определяется положением разрядов, на которые не поступили сигналы с выходов элементов И 3(1)-3(й), 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 компенсирует 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 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 ин 30 5 О 15 20 25 35 40 45 50 Формации из новых ячеек блока 9памяти повторяется и сварочная головка полностью отслеживает положение измерительной головки поперекстыка 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(ь) позволяет уменьшить это расстояние без снижения помехозащищенности всего устройства, что также приводит к уменьшению объема памяти блока 9 памяти и повышению 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 задаю" щего 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(ц) с изменением указанных выше параметровПринятые 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, По лей. Этот сигнал поступает в первый 50 блок 19 компараторов на входы двухкомпараторов контроля нижнего и верхнего пределов высоты установки измерительной головкинад свариваемы 55 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 стоянная времени этих детекторов выбирается больше, чем 1/ . 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:полярность - с направлением наклона. Этот сигнал является управляющим для узла направления и механизма изменения угла наклона измерительной головки 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 запись 1 вается 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 центральныхисточников и приемников излучения до поверхностей свариваемых детами деталями. При нарушении этихпределов в процессе сварки на выходах компаратороввырабатываютсяуправляющие сигналы, которые поступают в привод 8 для осуществленияВНИИПИ Заказ 700/20 Тираж 1000 Подписное филиал ППП "Патент", г,Ужгород, ул.Проектна 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 1212728 10гового преобразователя 23 поступаетнепосредственно на узел управленияи механизм перемещения угла наклона сварочной головки 30 привода бперемещения сварочной головки.С выхода .второго циФроаналогового преобразователя 25 аналоговаяинФормация о высоте установки измерительной головки поступает во вто 10 рой блок 26 компараторов на входыдвух компараторов контроля нижнегои верхнего пределов высоты установки сварочной головки над свариваемыми деталями, При нарушении этих15 пределов на выходах компаратороввырабатываются управляющие сигналы,которые поступают в привод 6 перемещения сварочной головки 30 дляосуществления коррекции установки20 высоты сварочной головки 30,Устройство, обеспечивает автоматическое пространственное направление сварочной головки с высокой 25 точностью и помехозащищенностью полинии стыка свариваемых деталей,имеющих значительную пространственную кривизну вдоль стыка.1