Устройство для измерения положения оси привариваемого ребра к листу из немагнитного материала

НИЯ СУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ ГКНТ СССР ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Пензенский политехнический институт и Институт электросварки им. Е. О. Патона(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕН ПОЛОЖЕНИЯ ОСИ ПРИВАРИВАЕМО РЕБРА К ЛИСТУ ИЗ НЕМАГНИТНО МАТЕРИАЛА Изобретение относится к контролю сварочных работ и может быть использовано, в частности, для электроннолучевой сварки изделий из немагнитных материалов (титан, его сплавы и т, д.).Цель изобретения - повышение точности определения положения оси закрытого стыка при сварке немагнитных материалов.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2- схема синхронного фильтра; на фиг. 3 - схема распределителя импульсов; на фиг. 4 и 5 - диаграммы работы узлов устройства.Устройство содержит (фиг. 1) генератор 1 прямоугольных импульсов, распределитель 2 импульсов, генератор 3 синусоидального напряжения, преобразователь 4 напряжение - ток, преобразователь 5, сумматор 6, синхронный фильтр 7, инверторы 8 и 9, до(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для автоматизации процесса электронно-лучевой сварки изделий из титана и его сплавов. Изобретение позволяет повысить точность определения положения оси привариваемого ребра к листу путем автоматизации процесса электронно-лучевой сварки и улучшить его качество. Для достижения цели в устройство введены генератор прямоугольных импульсов, распредслитель импульсов, преобразователь напряж;ние - ток, сумматор, синхронный фильтр, инверторы и дополнительные ключи. Благодаря введению указанных элементов и связей между ними исключается влиянис при измерении перекоса оси преобразова.теля по отношению к положению оси за- ф крытого стыка. Синхронный фильтр содержит две схемы выборки и хранения, два интегратора и два ключа. 1 з. и. ф-лы, 5 ил.С: М полнительные ключи О - 13, две схемы 14СЛ и 15 сравнения, источник 6 опорного напряжения, интегратор 17 с ключом 18, с СР нератор9 тактовых импульсов, триггер 20 с раздельными входами, схему 21 совпадс.ния на два входа, генератор 22 образцовой частоты, счетчик 23 импульсов, блок 24 цпф.рового отсчета с ключом 25. Выход гене.ратора 1 прямоугольных импульсов подключен ко входу распределителя 2 импульсов, первый выход которого связан с входом генератора 3 синусоидального напряжения, четыре последующих выхода подключены к управляющим входам синхронного фильтра 7, а шестой и седьмой его выходы подсоединены к управляюпим входам первых двух дополнительных ключей О и 1. Выход генератора 3 синусоидального напряжсния через преобразователь 4 напряжс ниц10 15 20 ток подключен к входу преобразователя 5, выходы измерительных обмоток которого подсоединены к входам сумматора 6 на два входа. Выход последнего связан с входом синхронного фильтра 7, выход которого подключен к сигнальным входам двух дополнительных ключей 10 и 11, причем к ключу 10 непосредственно, а к ключу 11 через инвертор 8. Выходы дополнительных ключей 10 и 1 объединены и подсоединены к одному из входов первой схемы 4 сравнения и к входам ключей 13 и 12, причем, если к входу ключа 3 непосредственно, то к входу ключа 12 - через инвертор 9. Прямой выход первой схемы 14 сравнения подключен к управляющему входу дополнительного ключа 12 и к входу индикатора знака блока 24 цифрового отсчета. Инвертируюший выход первой схемы 14 сравнения подсоединен к управляющему входу дополнительного ключа 13. Источник 6 опорного напряжения через интегратор 17, шунтируемый ключом 18, управляющий вход которого подключен к выходу генератора 19 тактовых импульсов, подсоединен к первым входам схем 14 и 5 сравнения. Второй вход схемы 15 сравнения подключен к объединенным вместе выходам второй пары дополнительных ключей 12 и 13 а выход второй схемы5 сравнения подключен к установочному входу триггера 20, прямой выход которого подсоединен к одному из входов схемы 21 совпадения на два входа, второй вход которой связан с выходом генератора 22 образцовой частоты. Выход схемы 21 совпадения подключен к входу счетчика 23 импульсов, сбросовый вход которого объединен со сбросовым входом триггера 20 и подключен к выходу генератора 19 так,овых импульсов. Выход счетчика 23 импульсов подсоединен к входу блока 24 цифрового отсчета, подключенному через ключ 25, управляющий вход которого связан с инвертированным входом триггера 20, к источнику питания. Преобразователь 5 выполнен на Ц 1-образном сердечнике из магнитного материала с большой магнитной проницаемостью, на среднем стержне которого размещена питающая обмотка, а на двух крайних - измерительные обмотки, включенные встречно.Синхронный фильтр 7 содержит (фиг. 2) две схемы 26 и 27 выборки и хранения, два включенных в кольцо интегратора 28 и 29 и два ключа 30 и 31, причем вход первогоинтегратора является входом синхронного фильтра 7, подключенного к выходу сумматора 6. Выход второго интегратора 29 подключен к параллельно включенным двум схемам 26 и 27 выборки и хранения, выходы которых связаны с соответствующими сигнальными входами двух ключей 30 и 31. Выходы последних объединены и подсоединены к соответствующим входам интеграторов 28 и 29, Управляю 25 30 35 40 45 50 55 шие входы схем 26 и 27 выборки и хранения и ключей 30 и 31 являются входами синхронного фильтра, подсоединяемыми к соответствующим выходам распределителя 2 импульсов. Выходом синхронного фильтра 7 является выход схемы 26 выборки и хранения.Устройство работает следующим образом.Распределитель 2 импульсов, тактируемый генератором 1 прямоугольных импульсов, осуществляет управление синхронным фильтром 7, дополнительными ключами 10 и 11 и генератором 3 синусоидального напряжения. Выходное напряжение этого генератора преобразуется преобразователем 4 напряжение - ток в ток, поступающий в питающую обмотку преобразователя 5. Напряжение, снимаемое с измерительных обмоток преобразователя 5, складывается в сумматоре 6. Так как измерительные обмотки включены встречно, то на выходе сумматора 6 присутствует разностный сигнал, содержащий информацию об асимметрии магнитного поля преобразователя 5. Выходной сигнал этого преобразователя представляет собой сумму двух ортогональных составляющих, одна из которых (косинусоидальная) несет информацию о перекосе оси преобразователя 5 относительно оси закрытого стыка, а другая (синусоидальная) составляющая - о параллельном смешении оси преобразователя относительно оси закрытого стыка. С помощью синхронного фильтра 7 выделяется только, последняя составляющая, что позволяет теоретически полностью исключить погрешность измерения от перекоса осей датчика и закрытого стыка и за счет этого повысить точность преобразования. Выходной сигнал синхронного фильтра преобразуется в постоянное напряжение положительной или отрицательной полярности в зависимости от смещения оси преобразователя 5 относительно оси закрытого стыка вправо или влево. Эту операцию осуществляет совокупность инвертора 8 и ключей 10 и 11. Схема 14 сравнения определяет полярность этого напряжения и выдает информацию о знаке отключения оси преобразователя 5 относительно оси закрытого стыка на блок 24 цифрового отсчета и на дополнительные ключи 12 и 13. Совокупность элементов - инвертора 9 и дополнительных ключей 12 и 13 осуществляет выделение сигнала положительной полярности, пропорционального абсолютному значению отклонения оси преобразователя 5 относительно оси закрытого стыка. Этот сигнал поступает на вход схемы 15 сравнения, где сравнивается с пилообразным напряжением, которое формируется за счет интегрирования постоянного напряжения с выхода источника 16 опорного напряжения интегратором 17, шунтируемым ключом 18. Таким образом, на выходе триггера 20, уп 1540 с)78равляемого схемой 15 сравнения, формируется интервал времени, пропорциональный величине отклонения оси преобразователя 5 относительно оси закрытого стыка. С пох)ошью схемы 2 совпадения ца лва входа 5 этот интервал времени заполняется импульсами генератора 22 образцовой частоты. Количество импульсов за этс)т интервал времени подсчитывается счетчиком 23 импульсов и регистрируется бзоком 24 цифрового отсчета. Генератор 19 тдктовых импульсов производит разрял интегратора 7 ключом 8 и сброс в нулевое состояние счетчика 23 импульсов и триггера 20 с разлет цми входами. При переходе три)гер 20 В нулевое состояние открывается ключ 25 ц рзре)пает 15 и нди ка ци ю резул ьта тов и:1 мсре н ця после окончания подсчета импульсов.Синхронный фильтр (фиг. 2) рзботает следующим образом. Двс вклкчецных в кольцо интегратора 28 и 2 с) обеспечивают подавление всс х гармоник сигилз кроме основной ицфс)рмтинной, сс)лержацсей сии)соила)1 пук и косицусоилальцун составляющис. Вслелствие цротинофзцсти рдбо.ты схем 2 и 27 выборки ц хранения они 1)цсмицдют соответствнцс значения си. 25 цусоидальной и косинусоиддльной состав.Яющих основной частоты. Сицусоидальцая составляюцая с выхола схемы 2 б Выборки и хранения используется для дальнейшей обработки. Совокупность ключей 30 и 31 и соответствуюпих связей обеспчивает лицсйцук) имцульсц) н ооратнук) сВязь с Выхс)лВ схе) 2( ц 27 Выоорки и хранения ца входы интеграторов 28 и 29.Эта СВЯЗЬ ЦОЗВОЛЯЕт ЦОВЫСцтЬ тс)ЧНОСтЬ Р- соты синхронного фильтра.35Схема рзспрелелителя импульсов 2 (фиг. 3) солержит шестиразрялный лвоичный счетчик импульсов и логическую схему, реализованную на элементах И, И - НЕ и НЕ.На фиг. 4 цриВелены временные диаграммы работы распределителя импульсов 2. Импульсы с выхолов ТИ - ТИ 7 прелставлены (фиг. 4) в виле напряжений (.,- 1 соответственно. Выходы распределителя импульсов ТИ 1- ТИ 5 управляют работой синхронного фильтра 7 (фиг. 2). Послелова тельцости импульсов ТИ 2, ТИ 3 управляют фазой и амплитулой выходного сигнала генератора 3 синусоилального напряжения.Сигналы с выколов ТИ 6 и ТИ 7 управлякт работой лололцительных ключей 10 исоответственно. 50Временные диаграммы, поясняющие работу синхронного фильтра при велены на фиг. 5. Злесь (,- вхолной сигнал, поступающий ца интегратор 28; (- выхолной сигнал этого интегратора 28; (выходной сигнал интегратора 29, ( 1,. ч Б"), (. э - - сигналы, соответствуюцие сигналам ТИ 1, ТИ 2, ТИ 4, ТИ 5 (фиг. 2); 11,-, - выходной сигнал схемы 27; 1- вы.солной сигнал клнчей 30 и 31;Вьхолнои с.и 1 цс),1 с)1 цх 1)с)ццс)го фи,зьтр)1.Сигналы (. и (. " Противофдзны. Однако слвиг фдз межлу соселничи импульсами этих послеловательнсотей 90" (фцг. 5). Таким образом, управляемые этичц сиги- лами СВи СВХзс)пох)ицс)к)т синусоилальные и коси нусоилзл ьные соста вля нз 1 цие соответственно.Таким образомпреллгаечс)с у стрс)йст. во обладает более высокой точностью в сн- релелении положения осц закрытого стыкд, чем известное, так кдк оно практически не. чувствительно к перекосу оси преобразователя относительно оси закрытого стыка. )тс достигнуто за счет введения в схему синхронного фильтра. Кроме того, введение преобразователя напряжение - ток позволяет снизить температурные погрешности, возникающие вслелствие изменения активцоп сопротивлсния питающей обмотки преобразователя при изменении температуры с)крхжаюшей среды. Приченение цреллагаемогс) устройства лает больцн)й эффект народному хозяйству за счез возможности применения электронно-лучевой сварки закрытых стыков лля леталей ответственного назначения И 1 титан и его сплавов.Фар.)су.)а нзосрс танич1. Устройство лля измерения полсжсцця оси привариваемого ребра к листх ц:1 цемагнитного материала, солержд шее преобразователь, генератор синусоилдльногс) и;1- пряжения, источник с)цорного напряжения, интегратор, две схемы сравнения, триггер, генератор образцовой частоты, генератор тактовых импульсов, схему сс)впаленця, с )ст. чик импульсов, блок цифрового отсчет и ключ, причем выхол источника опор)гого н- пряжения подключен к первому входу инте. гратора, а выход генератора тактовых импульсов полклкчец к сбросовым вход)х триг. гера и счетчика имцхльсов, выход интесратора подключен к первому вхолу Втс)рой схемы сравнения, отяачаюиееся тем, что, с целью повышения точности определения положения оси закрытого стыка, В него введены генератор прямоугольных импульсов, распрелелитель импульсов, преоорззователь напряжения в ток, сумхтор, синхронный фильтр, лва инвертора, второй ключ и четыре дополнительных ключа. причем выхол генератора прячоугольного и;,. пряжения полключен к входу распрелсли. теля импульсов, первый выход которого связан с входом генератор сццусоилальцоп) напряжения, четыре слелуюцсих подключены к управляющим входам синхронного фильтра, а шестой и сельчой выхолы подсоединеныы к упра вля к) ши м в хола ч пер вь х Лвук ЛОПОЛНИтЕЛЬНЫХ КЛЮЧЕЙ, ВЫХОЛ Гс НЕ- ратора синусоилальцого напряжения чере) преобразователь напряжения в ток соединен с питающей обмоткой преобраз(втсхя, цз.мерительные обмотки которого соединены встречно и подключены через сумматор на вход синхронного фильтра, выход которого подключен к сигнальным входам первых двух дополнительных ключей, причем к пер вому непосредственно, а к второму - через первый инвертор, соединенные вместе выходы первого и второго дополнительных ключей соединены с сигнальными входами третьего и четвертого дополнительных ключей, причем с выходом третьего - непосредственно, а второго - через второй инвертор, выходы первых двух дополнительных ключей подключены также к первому входу первой схемы сравнения, прямой выход которой подключен к управляющему входу 15 четвертого дополнительного ключа и к входу индикации знака блока цифрового отсчета, а инвертирующий выход - к управляющему входу третьего дополнительного ключа, второй вход первой схемы сравнения подключен к общему потенциалу схемы устройства, выходы третьего и четвертого дополнительных ключей объединены и подключены к второму входу второй схемы сравнения, выход которой соединен со сбросовым входом триггера, выход генератора такто вых импульсов через второй ключ подсоединен к второму входу интегратора, преобразователь выполнен на Ш-образном сердечнике из магнитного материала с большой магнитной проницаемостью, на среднем стержне которого размещена питающая обмотка, а на двух крайних - измерительные обмотки.2, Устройство по п, 1, отличающееся тем, что синхронный фильтр содержит две схемы выборки и хранения, два интегратора и два ключа, причем первый вход первого интегратора является входом синхронного фильтра, выход второго интегратора подключен к второму входу первого интегратора и к объединенным информационным входам схем выборки и хранения, выходы которых соединены с,соответствующими сигнальными входами двух ключей, управляющие входы которых также, как управляющие входы схем выборки и хранения, являются управляющими входами синхронного фильтра, объединенные выходы ключей соединены с первым входом второго и с третьим входом первого интеграторов, второй вход второго интегратора соединен с выходом первого интегратора, выходом синхронного фильтра служит выход первой схемы выборки и хранения.1540978 ыинтг Ьы ьи Юь водствен Редактор Л ЗайЗаказ 250 ВНИИПИ Госуда Составитель В, Гр ибо вТехред И. ВересТираж 657рственного комитета по изобретениям и13035, Москва, Ж - 35, Раушскаяо.издательский комбинат Патент, г. Корректор С. ЧернПодписноеоткрытиям при ГКНТ СССабд. 4/5жгород, ул. Гагарина, 1 О 1