Устройство для слежения по стыку

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов и мо, жет быть использовано для автоматического направления сварочной головки по линии свариваемого соединения.Целью изобретения является повышение качества сварки за счет повышения точности слежения,На фиг. 1 представлена фукциональная схема предлагаемого устройства;на фиг 2 и 3 - схемы конструктивного выполнения сварочной горелки исканирующего фотодатчика; на фиг. 4 -вариант выполнения схемы сравнения, 15Генератор 1 тактовых импульсовсвязан с информационным входом первой ключевой схемы,2, Выход первойключевой схемы 2 связан через схему3 управления приводом сканирования 20с приводом 4 сканирования, информационным входом второй ключевой схемы 5,а также с вторыми входами первой ивторой схем И 6 и 7. Выход второйключевой схемы 5 связан с входом 25источника 8 излучения. Вход первогоэлемента 9 задержки через первыйпереключатель 10 связан с шиной 11питания, а его выход связан с Бвходом первого триггера 12, прямой 30выход которого связан с управляющим,входом первой ключевой схемы 2,Входы второго триггера 13 черезтретий и четвертый переключатели14 и 15 связаны с шиной 11 питания.Прямой выход второго триггера 13 связан с управляющим входом второй клю-.чевой схемы 5, с управляющим входомтретьей ключевой схемы 16, а такжес управляющим входом второй схемы 17 40сравнения. Инверсный выход второготриггера 13 связан с управляющим входом четвертой ключевой схемы 18, атакже с управляющим входом первойсхемы 19 сравнения. Информационныевходы третьей и четвертой ключевыхсхем 16 и 18 связаны с выходом приемника 20 излучения, Выход третьей ключевой схемы 16 через селективный усилитель 21 и амплитудный детектор 22нсвязан с информационным входом первоисхемы 19 сравнения. Выход четвертойключевой схемы 18 через инвертирующийусилитель 23 связан с информационнымвходом второй схемы 17 сравнения. Выходы первой и второй схем 19 и 17сравнения связаны с входами третьеготриггера 24, прямой выход которогосвязан с первым входом первой схемы И 6, входом третьего элемента 25задержки и управляющим входом второгобуферного регистра 26. Инверсный выход третьего триггера 24 связан спервым входом второй схемы И 7, входом второго элемента 27 задержки иуправляющим входом первого буферного регистра 28, Информационный входпервого счетчика 29 связан с выходомпервой схемы И 6, а его управляющийвход связан с выходом второго элемен"та 27 задержки, Выходы первого счетчика 29 через первый буферный регистр28 связаны с входами первого цифроаналогового преобразователя 30, Информационный вход второго счетчика31 связан с выходом второй схемы И7, а его управляющий вход связан свыходом третьего элемента 25 задержки, Выходы второго счетчика 31 черезвторой буферный регистр 26 связаны свходом второго цифроаналогового преобразователя 32,Выходыпервого и второго цифроаналоговых преобразователей 30и 32 связаны с входами дифференциального усилителя 33, выход которогочерез схему 34 управления приводом35 перемещения сварочной горелки 36связан с входом привода 35 перемещениясварочной горелки 36. Вход К первоготриггера 12 через второй переключатель37 связан с шиной 11 питания.Генератор 1 тактовых импульсовпредназначен для генерирования непрерывной последовательности прямоугольных импульсов с частотой Р,Первая и вторая ключевые схемы2 и 5 предназначеныдля управленияпропусканием импульсов с выхода генератора 1 тактовых импульсов на входисточника 8 излучения, Источник 8 излучения предназначен для излученияпачек зондирующих ИК-импульсов счастотой Р в направлении свариваемыхдеталей и стыка,Приемник 20 излучения предназначен для приема через световод 38 отраженного от поверхности свариваемыхдеталей ИК-излучения с частотой модуляции Р при сканировании в переднейполуплоскости, а также приема ИК-излучения от сварного шва при сканировании в задней полуплоскости.Третья и четвертая ключевые схемы16 и 18 предназначены для поочередного пропускания сигналов с выходаприемника 20 излучения на соответствующие схемы обработки при сканиро"вании Фотодатчиком в передней и задней полуплоскостях стыка свариваемыхдеталей,Второй триггер 13 предназначен дляуправления третьей и четвертой ключевыми схемами 16 и 18, а также первой и второй схемами 19 и 17 сравнения и представляет собой КВ-триггерс прямым управлением.Третий и четвертый переключатели14 и 15 представляют собой концевыепереключатели, предназначенные дляуправления вторым триггером 13, иконструктивно расположены диаметрально противоположно на сварочной горелке 36. Первый переключатель 10 предназначен для осуществления пускавсего устройства. Второй переключатель 37 предназначен для осуществле ния остановки работы устройства.Первый элемент 9 задержки предназначен для задержки импульса пуска устройства на время, за котороесварочная горелка 36 производит сварку свариваемых деталей на расстояние,отделяющее сварочный электрод 39 отоси 40 сканирующего Фотодатчика.Первый 12 триггер представляет изсебя ВЯ-триггер с прямым управлением,который предназначен для выработкисигнала управления первой ключевойсхемой 2. Селективный усилитель 21предназначен для пропускания на входамплитудного детектора 22 сигналов счастотой Р из всей совокупностипринятых оптических сигналов прием.ником 20 излучения. Амплитудный детектор 22 предназначен для детектирования сигналов с частотой Г и инверсии продетектированного сигнала,Первая схема 19 сравнения предназначена для выработки сигнала в моментпрохождения сканирующим Фотодатчикомсередины стыка в передней полуплоскости сканирования и может быть выполнена по схеме, представленнойна Фиг. 5, содержащей усилитель 4 1,амплитудный детектор 42 и компаратор 43,Амплитудный детектор 42 предназначен для определения максимального по амплитуде входного сигнала,Компаратор 43 предназначен для выработки управляющего сигнала, определяющего момент прохождения сканирующим Фотодатчиком средины стыка впередней полуплоскости,Вторая схема 17 сравнения предназначена для выработки управляющего сигнала, определяющего момент прохождения сканирующим Фотодатчикомсредины сваренного шва (максимума 5температуры) в задней полуплоскости сканированияТретий триггер 24 предназначендля запоминания инФормации, поступившей на его входы, а также управления первой и второй схемами И 6и 7, первым и вторым буФерными регистрами 28 и 26, вторым и третьим элементами 27 и 25 задержки и выполненпо схеме триггера с прямым управле нием.Первая и вторая схемы И 6 и 7предназначены для управления пропусканием импульсов с генератора 1 тактовых импульсов на инФормационныевходы и первого и второго счетчиков29 и 31.Первый и второй счетчики 29 и 31предназначены для выработки пиФро"вых кодов, значения которых опреде ляют местоположение сварочной горелки 36 относительно средины стыка свариваемьм деталей, Второй и третийэлементы 27 и 25 задержки предназначеныдля задержки во времени импульсов,поступающих на управляющие входы первогои второго счетчиков 29 и 31, которыепроизводят их обнуление. Первый ивторой буФерные регистры 28 и 26предназначены для временного хране ния ЦиФрОВых кодовф записанных В первом и втором счетчиках 29 и 31.ДИФФеренциальный усилитель 33 предназначен для нахождения разности входных сигналов, т.е, сигнала, величинакоторого и знак однозначно определяют отклонение сварочной горелки 36 отсередины стыка свариваемьм деталей.Этот сигнал является управляющимдля схемы 34 управления приводом 45 35 перемещения сварочной горелки 36,Привод 35 перемещения сварочной горелки 36 со схемой 34 управленияпредназначен для автоматического перемещения сварочной горелки 36 в различные пространственные положения поотношению к свариваемым деталям исварному соединению.Привод 4 сканирования предназначен для перемещения источника 8 иприемника 20 излучения вокруг сварочной горелки 36 с постоянной скоростью и может быть выполнен с примеиенцем шагового двигателя с редуктором.Схема 3 управления приводом 4 сканирования представляет собой схемууправления шаговым двигателем и состоит из распределителя импульсов иусилителей мощностй, подключенных ксоответствующим обмоткам управления,шагового двигателя привода 4 сканиРования,Источник Я и приемник 20 излучения в совокупности образуют сканирующий Ьотодатчик, они расположенына одной оси 40 и защищены от излучения сварочной дуги экраном 44, который выполнен в виде полого цилинд 9ра покрытого изнутри светлопоглощающим материалом. Световод 38 охватывает по периметру источник 8 излучения. Источник 8 и приемник 20 излучения связаны с остальной схемой при 20.помощи кольцевых контактных площадок, 45 и скользящих металлических лепестковв 46.Устройство работает следующим об разом.25Первоначально сварочная горелка36 устанавливается в исходной точке, начала сварочного процесса. Сканирую ,щий фотодатчик устанавливается в т,С,при этом третий переключатель 14 зам- у)кнут, и на прямом выходе второготриггера 13 состояние, логической единицы, При этом вторая и третья ключевые схемы 5 и 16 открыты и происходит обнуление второй схемы 17сравнения. Логический нуль на инверсном выходе второго триггера 13 закрывает четвертую ключевую схему 18.При начале сварочного процесса изамыкании первого переключателя 10через определенное время на выходепервого элемента 9 задержки появляется импульс, устанавливающий первыйтриггер 12 в единичное состояние.Первый элемент 9 задержки задерживает входной сигнал на время, за которое сварочная горелка производитсварку свариваемых деталей на расстояние, отделяющее сварочный электрод 39 от оси 40 сканирующего Аото-.датчика, Сигнал на выходе первого, триггера 12.разрешает прохождениеимпульсов с частотой Р с генератора1 тактовых импульсов на вход схемы 3управления приводом 4 сканированиячерез первую ключевую схему 2. При 55вод 4 сканирования начинает перемещать Аотодатчик вокруг сварочной горелки 36 с постоянной скоростью, определяемой частотой генератора 1 тактовых импульсов.Сигналы с выхода генератора 1 тактовых импульсов также поступают на вход источника 8 излучения, который излучает оптические ИК-сигналы в направлении свариваемых деталей и стыка. Отражаясь от свариваемых деталей или стыка, эти оптические сигналы поступают через световод 38 на приемник 20 излучения. Величина сигнала на выходе приемника 20 излучения определяется величиной принятого оптического сигнала. Чем больший по интенсивности оптический сигнал поступает на вход приемника 20 излучения, тем больший по амплитуде сигнал (переменная составляющая) на выходе приемника 20 излучения, Таким образом, при сканировании Аотодатчиком в районе стыка интенсивность принятого ИК- излучения минимальна, а значит и величина сигнала на выходе приемника 20 излучения также минимальна, На выходе селективного усилителя 21 присутствуют лишь сигналы с частотой Р, на которую настроен селективный усилитель 21, Наличие селективного усилителя 21 существенно повышает помехозащищенность работы всего устройства, и тем самым, повышает точность слежения эа стыком за счет отсутствия сбоев, связанных с приемом оптического ИК-излучения сварочной дуги.С выхода селективного усилителя 21 сигналы поступают на вход амплитудного детектора 22, который производит их детектирование и инверсию продетектированного сигнала.Выходное напряжение с амплитудного детектора 22 поступает на информационный вход первой схемы 19 сравнения, которая работает следующим образом, Предположим, что сканирующий . Фотодатчик перемещается из т,С в т, В. Напряжение на информационном входе первой схемы 19 сравнения постепенно возрастает по мере приближения к центру разделки кромок. Напряжение на емкости С 1 амплитудного детектора 42 отслеживает величину напряжения на входе первой схемы 19 сравнения. При прохождении Аотодатчиком точки В напряжение на входе уменьшается по величине, что приводит к закрыванию диода 7 Т)2 амплитудного детектора 42 и срабатыванию компаратора 43. На ем 13918кости С 1 максимальное напряжение, поступившее на вход первой схемы 19 сравнения.Выходной сигнал первой схемы 19 сравнения устанавливает третий триггер 24 в единичное состояние. Сигнал логической единицы на прямом выходе третьего триггера 24 разрешает прохождение импульсов с генератора 1 1 О тактовых импульсов через первую схему И 6 на ийФормационный вход первоС го счетчика 29. Этот же сигнал произ. водит запись инАормации с второго счетчика 31 во второй буФерный регист 15 26, а также, пройдя через третий элемент задержки 25 на управляющий вход второго счетчика 31, производит его сброс. Таким образом, при прохождении Аотодатчиком центральной части стыка 20 на первый счетчик 29 начинают поступать импульсы с выхода генератора 1 тактовых импульсов.При достижении Аотодатчиком т.П срабатывает четвертый переключатель 25 15 и устанавливаетвторой триггер 13 в нулевое состояние, что, в свою очередь, запрещает поступление зондирующих импульсов на источник 8 излучения. Выходные сигналы второго триггера 13 также закрывают третью ключевую схему 16 и открывают четвертую ключевую схему 18. Таким образом, выходные сигналы с приемника 20 излучения теперь поступают через четвертую ключевую схему 18 на вход инвертирующего усилителя 23. Выходной сигнал с инверсного выхода второго триггера 13 также поступает на управляющий вход первой схемы 19 срав 4 О нения и производит обнуление амплитудного детектора 42.При приближении Аотодатчика к т.А,имеющей максимальную температуру, на вход приемника 20 излучения пос 45 тупает ИК-излучение от сварного шва, которое увеличивается по мере приближения к средине шва. По мере приближения Аотодатчика к т.А выходное напряжение приемника 20 излучения уменьшается и достигает своего мини,мума в т.А, При дальнейшем продвижении Аотодатчика оно возрастает, так как уменьшается интенсивность принимаемого ИК-излучения. Инвертирующий усилитель 23 инвертирует это напряжение.Выходное напряжение с инвертирующего усилителя 23 поступает на ин-,25 8формационный вход второй схемы 17 сравнения, которая вырабатывает сиг нал в момент прохождения Аотодатчиком т.А - точки максимальной температуры сварного шва. Выходной сигнал второй схемы 17 сравнения устанавливает прямой выход третьего триггера 24 в нулевое состояние, а его инверсный выход - в единичное, что в свою очередь, запрещает прохождение импульсов с генератора 1 тактовых импульсов на инАормационный вход первого счетчика 29 и разрешает их прохождение на инАормационный вход второго счетчика 31. Кроме того, управляющий сигнал с инверсного выхода тре. тьего триггера 24 производит запись инАормации с первого счетчика 29 в первый буАерный регистр 28, а также производит через некоторое время, определяемое временем задержки второго элемента 27 задержки, обнуление первого счетчика 29. Таким образом, в первом счетчике 29 производится подсчет числа импульсов, поступающих на его инАормационный вход за время движения сканирующего Аотодатчика от т. В до т. А.При достижении сканирующим Фотодатчиком т. С снова срабатывает третий переключатель 14 и весь процесс работы устройства повторяется в описанной последовательности. Во втором счетчике 31 производится подсчет числа импульсов, поступивших на его инАормационный вход за время движения сканирующего Аотодатчика от точки А до точки В,При центральном расположении сва- рочной горелки 36 относительно сты" ка, когда т. А и В и сварочная горелка 36 находятся на одной прямой, в первом и втором счетчиках 29 и 31 записаны одинаковые цифровые коды, а значит и на выходах первого и второго цифроаналоговых преобразователей 30 и 32 присутствуют одинаковые по амплитуде аналоговые напряжения.ДиФФеренциальный усилитель 33 не вырабатывает сигнал рассогласования этих напряжений.При отклонении сварочной горелки 36 от центрального положения(дуга АВ будет меньше по величине чем дуга ВА) что соответствует большему циАровому коду, записанному в первом счетчике 20, чем во втором 31 счетчике. На выходах цифроаналоговых преобразо9 139182евателей присутствуют разные по величине напряжения, ДиААеренциальный усилитель 33 вырабатывает сигнал рассогласования, знак которого определя" ет направление смещения сварочной го-, релки 36 относительно центра стыка, а его величина определяет величину этого смещения. Выходной сигнал с диААеренциального усилителя 33 поступает на вход схемы Зч управления приводом 35 перемещения сварочной горелки 36. Привод 35 производит установку сварочной горелки 36 по центпары,2. Устройство по и, 1, о т л.и -ч а ю щ е е с я тем, что каждая схема сравнения содержит усилитель,вход которого является инАормационным входом схемы сравнения, амплитудный детектор, первый вход которогосвязан с выходом усилителя, компарару стыка.Таким образом, предлагаемое устройство автоматически удерживает сварочную горелку 36 на одной прямой между т, А и В. 20Формула изобретения 1, Устройство для слежения по стыку, содержащее источник излучения и приемник излучения. сканирующий по окружности вокруг сварочной горелки, ге. нератор тактовых импульсов, три триггера, две схемы И, первый буферный регистр, первую схему сравнения, привод перемещения сварочной горелки от О носительно,оси стыка, связанный соФсхемой управления приводом перемещения сварочной горелки относительно оси стыка, привод сканирования, связанный со схемой управления приводом35 сканирования, о т л.и ч а ю щ е е - с я тем, что, с целью повышения качества сварки за счет повышения точности слежения за стыком, устройство дополнительно снабжено четырьмя клю О чевыми схемами, четырьмя переключателями, тремя элементами задержки, селективным усилителем, амплитудным детектором, инвертирующим усилителем, второй схемой сравнения, двумя счет чиками, двумя цифроаналоговыми преобразователями, вторым буФерным ре - гистром и шиной питания, при этом генератор тактовых импульсов через первую ключевую схему связан с входом второй ключевой схемы, входом схемы управления приводом сканирования и первыми входами схем И, шина питания через первый переключатель и первый элемент задержки связана с 8- .55 входом первого триггера, через вто - рой переключатель - с К -входом первого триггера, через третий переключатель - с Я-входом второго триггера и через четвертый переключатель - сК-входом второго триггера, прямой выход первого триггера связан с управляющим входом первой ключевой схемы,прямой выход второго триггера - суправляющими входами второй и третьейключевых схем и первым входом второйсхемы сравнения, инверсный выход второго триггера - с управляющим входомчетвертой схемы сравнения и первымвходом первой схемы сравнения, выходвторой ключевой. схемы подключен квходу источника излучения, выход приемника излучения через третий ключевой элемент, селективный усилитель,амплитудный детектор связан с вторым входом первой схемы сравнения,выход которой связан с Б-входом третьего триггера, кроме того, выход приемника излучения через четвертую ключевую схему и ипвертирующий усилитель связан с вторым входом второйсхемы сравнения, выход которой подключен к К-входу третьего триггера,прямой выход третьего триггера связан с вторым входом первой схемы И,управляющим входом второго буферногорегистра и через третий элемент задержки с обнуляющим входом второгосчетчика, инверсный выход третьеготриггера связан с вторым входом второй схемы И, управляющим входом первого буферного регистра и через второй элемент задержки с обнуляющим входом первого счетчика, выход первой,схемы И связан с входом первого счетчика, выход которого через первый бу.Ферный регистр и первый цийроаналоговый преобразователь связан с первымвходом диФференциального усилителя,выход второй схемы И через второйсчетчик, второй буферный регистр ивторой циФроаналоговый преобразователь - с вторым входом диААеренциального усилителя, выход которого связан с входом схемы управления приводом перемещения сварочной горелки относительно оси стыка, причем источник и приемник излучения выполнены ввиде коаксиально расположенной опто1391825 12 11 2 тоР, входами связанный с выходамиусилителя.и амплитудного детектора,а его выход является выходом схемы сравнения, при этом второй вход амплитудного детектора является управляющим входом схемы сравнения.Составитель В Редактор Т,Пя ова Техред М. Хо н нии Рауш Ужго ул, Проектная,ти Заказ 1850/16ВНИИПИпо113 О 35 Тираж 921Государствелам изобретосква, ЖПроизводственно-полиграфическое пр рибова ч 1(орректор А,Обручар Подписноеомитета СССРоткрытийкая наб д,