Устройство слежения за стыком

(56) Авторское свидетельство СССРВ 1087283, кл. В 23 К 9/10, 1982.(57) Изобретение относится к авт ции дуговой сварки и может быть и вано в сварочных аппаратах, св роботах и другом сварочном обору Цель изобретения - повышение сварочного соединения за счет повышения точности слежения за стыком. Устройство содержит датчик 1 величины сварочного тока, шунт 2, полосовой фильтр 3, синхронный детектор 4, датчик 5 направления отклонения горелки, фильтр б нижних частот, усилитель 7, привод 8 перемещения горелки поперек стыка, горелку 9, механизм колебания 10 горелки, формирователь 11 импульсов, блок 12 определения скорости изменения отклонения горелки и сумматор 13, При отклонении горелки от среднего положения выделяется составляющая сварочного тока и формируется корректирующий сигнал на привод горелки. 4 ил.(2) Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов и может быть использовано в оборудовании для автоматической дуговой сварки в защитном газе угловых швов и стыковых швов,с разделкой.Известно устройство, содержащее датчик величины сварочного тока, фильтр, усилитель, датчик знака отклонения дуги и привод перемещения сварочной горелки относительно стыка.Известное устройство обеспечивает слежение сварочной горелки за стыком, но имеет недостаток, заключающийся в том, что не может обеспечить получения достаточно качественного шва. Это связано с тем, что величины сварочного тока, измеряемые в момент предельных поперечных отклонений сварочной горелки, обладают большой дисперсией,Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является устройство слежения за стыком, содержащее датчик величины сварочного тока, подключенный к шунту, полосовой фильтр, синхронный детектор, фильтр нижних частот, датчик знака отклонения сварочной горелки, усилитель, привод поперечного перемещения сварочной горелки и колебатель сварочной горелки.Это устройство, реализующее способ синхронного детектирования гармонического сигнала, выделяемого полосовым фильтром, обеспечивает непрерывное измерение величины отклонения среднего положения колеблющейся поперек стыка горелки от линии стыка, Однако из-за большого запаздывания информационного сигнала, проходящего через полосовой фильтр и фильтр нижних частот, измеренная величина отклонения горелки существенно отличается от истинного ее отклонения в данный момент времени, причем это отличие, т.е, погрешность измерения не постоянна во времени, а изменяется как по величине, так и по знаку в зависимости отскорости изменения самого отклонения горелки от линии стыка, что приводит к низкой точности слежения за стыком и не позволяет получить достаточно качественное сварное соединение.Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет повышения точности слежения за стыком.При этом повышение точности обеспечивается введением простейших блоков.Для достижения поставленной цели в известное устройство слежения за стыком, содержащее датчик величины сварочного тока, подключенный к шунту, включенному 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 в цепь сварочного тока, полосовой фильтр, синхронный детектор, фильтр нижних частот, датчик направления отклонения горелки, усилитель, соединенный с приводом перемещения горелки поперек стыка и колебатель горелки, причем к первому входу синхронного детектора подключен через полосовой фильтр датчик величины сварочного тока, к второму входу синхронного детектора подключен датчик направления отклонения горелки, а выход синхронного детектора соединен с фильтром нижних частот, дополнительно введены формирователь импульсов, блок определения скорости изменения отклонения горелки и сумматор, причем вход формирователя импульсов соединен с выходом датчика направления отклонения горелки, а три выхода формирователя импульсов подключены к трем входам блока определения скорости изменения отклонения горелки, четвертый вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, выход блока определения скорости изменения отклонения горелки соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, выход сумматора соединен со входом усилителя,Предлагаемое устройство обладает возможностью получения информации о скорости изменения отклонения горелки от свариваемого стыка, а также возможностью формирования в соответствующего корректирующего сигнала, подаваемого на привод перемещения горелки,Введение дополнительных функциональных блоков и связей между ними обеспечивает формирование на входе привода сигнала, который зависит от скорости изменения текущего отклонения, согласно зависимостих) = м)Щ, р) где ф(1) - управляющий сигнал;р(т) - текущее измеренное отклонение среднего положения колеблющейся поперек стыка горелки от линии стыка;К 1 - коэффициент усиления усилителя; К 2- коэффициент пропорциональности; Л- средняя скорость изменения теку 1щего отклонения эа промежуток времени Лт.Иэ соотношения (1) видно, что всякий раз, когда начинает увеличиваться или уменьшаться отклонение р (т), появляется корректирующий сигналприводящий к соответствующему дополнительному увеличению или уменьшению управляющего сигнала фт). Дополнительное увеличение управляющего сигнала ф(т) приводит к форсированному движению горелки к линии стыка, компенсируя таким образом запаздывание сигнала р(т) и тем самым повышает динамическую точность слежения горелки эа,свариваемым стыком, Дополнительное уменьшение управляющего сигнала ф (т), появляющееся при уменьшении отклонения О (1), т.е. при подходе горелки к линии стыка, обеспечивает более плавный подход к этой линии. Повышение точности за счет введения дополнительного корректирующего сигнала п(т). согласно формулам (1), (2), подтверждено путем экспериментальной проверки на действующем макете устройства.На фиг.1 изображена структурная схема устройства слежения за стыком; на фиг,2 - схема блока определения скорости изменения отклонения горелки; на фиг,З - временные диаграммы работы формирователя импульсов; на фиг,4 - графики изменения во времени измеренных отклонений горелки от линии стыка в предлагаемом и известном устройствах.Устройство слежения за стыком (фиг,1) содержит датчик 1 величины сварочного тока, подключенный к шунту 2, включенному в цепь сварочного тока, полосовой фильтр 3, синхронный детектор 4, датчик 5 направления отклонения горелки, фильтр б нижних частот, усилитель 7, привод 8 перемещения горелки поперек стыка, горелку 9, механизм 10 колебания горелки, формирователь 11 импульсов, блок 12 определения скорости изменения отклонения оси колебания горелки, и сумматор 13.Датчик 1 величины сварочного тока предназначен для преобразования величины сварочного тока ф), протекающего через шунт 2, в напряжение О(т). пропорциональное этому току 1(т),Полосовой фильтр 3 предназначен для выделения из напряжения О(т) гармонической составляющей Щт) с частотой Е вынужденных колебаний горелки.Синхронный детектор 4 предназначен для выпрямления (детектирования) сигнала Оэ(т), поступающего на его первый вход. Синхронный детектор снабжен вторым входом, соединенным с выходом датчика 5 направления отклонения горелки, и выходом, на котором выделяется сигнал О(с), среднее значение, которого за период Т одного поперечного колебания горелки характеризует величину и знак отклонения е среднего положения горелки от линии стыка.Датчик 5 направления отклонения горелки предназначен для формирования пе риодического сигнала Ок(1) (см.фиг.З),обеспечивающего синхронное детектирование, которое заключается в выполнении операции умноженияОо(т)=Ов(т), Ок(т), (3)10при поперечном движениигде О(ф горелки в прямом нвпрввлении,-при поперечном движениигорелки15 Фильтр 6 нижних частот (фиг.1) предназначен для усреднения за период Т сигнала О(1), т.е. для формирования сигналау(1) -Х О,й, (4) 20 характеризующего величину и знак измеренного отклонения горелки от линии стыка.Усилитель 7 предназначен для преобразования сигнала, поступающего с выхода сумматора 13, в управляющий сигналф (1) 25 привода перемещения горелки.Привод 8 перемещения горелки, включающий в себя двигатель и исполнительный механизм, предназначен для осуществления перемещения горелки 9 поперек стыка 30 в прямом и обратном направлениях.Механизм 10 колебания горелки предназначен для поперечного колебания горел 1ки 9 с заданной частотой Г = - .Т35 Формирователь 11 импульсов предназначен для формирования трех непрерывных и сдвинутых во времени друг относительно друга серий 51, 52, Яз прямоугольных импульсов длительностью т и частотой следо вания Е, Импульсы серии Я 1 могутформироваться, например, по переднему фронту импульсов Ок (см.фиг,З), импульсы серии 52 - по заднему фронту импульсов Ок, а импульсы серии Яз - по заднему фронту 45 импульсов серии 52. Длительность тимпульсов серий Я 1, 52 и Яз не должна при этом превышать четверть периода Т колебаний горелки. т.е. должно выполняться условие т,Т/4, Формирователь 11 импульсов снаб жен тремя выходами 14 - 16.Блок 12 определения скорости изменения отклонения оси колебания горелки (фиг.1) предназначен для определения текущей средней скорости изменения отклоне ния среднего положения колеблющейсяпоперек стыка горелки от линии стыка и формирования сигнала о (1), характеризующего величину и знак этой скорости, согласно соотношению (2).Блок 12 определения скорости изменения отклонения оси колебания горелки может быть выполнен так, как показано на. фиг,2. Блок 12 содержит гри схемы 17 - 19запоминания, дифференциальный. усилитель 20 и транзисторный ключи 21 - 23. Каждая схема запоминания состоит изрезистора 24, конденсатора 25 и повторителя 26 напряжения. Величина й резистора 24и величина С конденсатора 25 выбираютсятакими, чтобы выполнялось условие КСт,Схемы 17 и 18 предназначены для запоминания (хранения) величин отклонения01 и рг, измеренные в дискретные моменты времени, соответствующие появлению импульсов серии 51 и 52(фиг.З), Схема 19предназначена для запоминания величины о,пропорциональной разностиЛО - 02 - 01получаемой с выхода дифференциального усилителя 23, в дискретные моменты времени,соответствующие появлению импульсов серии Яз (фиг.З), т,е, для формирования навыходе блока 12 корректирующего сигналао(с) согласно формуле (2).Сумматор 13 предназначен для получения суммы величин р(1) и 0(т), характеризующих текущее измеренное отклонениесреднего положения колеблющейся поперек стыка горелки от линии стыка и среднюю скорость изменения этого отклонениясогласно формуле (1).ЬУстройство слежения за стыком работает следующим образом,Одновременно с началом дуговой сварки и началом движения горелки 9 вдоль свариваемого стыка запускается механизм 10колебания горелки. В результате сварки через шунт 2 начинает протекать сварочныйток (т), величина которого преобразуетсядатчиком 1 в сигнал О(т), который через полосовой фильтр 3, настроенный на частоту Рколебаний горелки, поступает на первыйвход синхронного детектора 4. Одновременно на второй вход синхронного детектора 4 подается напряжение Ок(т)прямоугольной формы (фиг.З) от датчика 5отклонения горелки (фиг.1). Так как сварноесоединение является угловым соединениемили стыковым соединением с разделкой, тосварочный ток 1(т) за период Т колебанийгорелки поперек стыка дважды возрастает идважды убывает. При этом, если среднееположение горелки совпадает с линией стыка, сигнал на выходе датчика 1 величинысварочного тока имеет симметричную форму и частоту вдвое большую частоты Г колебаний горелки, На выходе синхронногодетектора 4 и на выходе фильтра 6 нижних5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 частот в этом случае напряжения равны нулю, т,е., Щт)=0, р (1)=0, Равна нулю в этом случае и разность Лр = рг - р 1, образуемая в дискретные моменты времени на выходе дифференциального усилителя 20 (фиг.2) блока 12 определения скорости изменения отклонения оси колебания горелки (фиг.1), а значит, равна нулю и величина сг(т) на выходе блока 12. Следовательно, на выходе сумматора 13 управляющий сигнал также отсутствует и горелка 9 продолжает сохранять неизменным свое среднее положение относительно стыка.Когда среднее положение горелки по той или иной причине отклоняется от линии стыка.на некоторую величину к, сигнал О(т) на выходе датчика 1 величины сварочного тока приобретает несимметричную форму и в нем появляется переменная составляющая с частотой Г колебания горелки 9, Поло- совой фильтр 3 выделяет эту составляющую и на выходе фильтра 6 нижних частот появляется напряжение р (т), характеризующее текущее измеренное отклонение среднего положения горелки от линии стыка. Это напряжение р (т) подается через сумматор 13 и усилитель 7 на вход привода 8, который начинает перемещать горелку 9 и устранять тем самым появившееся отклонение я Одновременно сигнал о (т) поступает на вход блока 12, в котором вычисляется величина , а на его выходе формируется корректирующий сигнал а(с), который через сумматор 13 и усилитель 7 также поступает на вход привода 8 перемещения горелки 9, В результате на вход привода 8 подается управляющий сигнал ф(1), содержащий, кроме сигнала о текущем измеренном отклонении р (1) среднего положения горелки от линии стыка, дополнительный корректирующий сигнал 0(1), который соглаСно формулам (1),(2) непосредственно зависит от средней скорости изменения текущего отклонения р (т).Формирование корректирующего сигнала 0(с) в блоке 12 происходит следующим образом, В каждый дискретный момент времени т=пТ импульсом серии 51(фиг.З) открывается на время т транзисторный ключ 21 (фиг.2). За это время т конденсатор 25 схемы 17 запоминания через резистор 24 этой же схемы заряжается до уровня напряжения ф 1 = р пТ+ г, После окончания импульса серии 51 нап ряжение на конденсаторе 25, а значит и на выходе повторителя 26 напряжения и на выходе схемы 17 запоминания сохраняется (запоминается) до прихода следующего им1706796 актор С,Патрушев акаэ 228 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 С мм Составитель Г, ЦыбулькинТехред М.Моргентал Корректор А.Освуленко