Устройство для автоматического направления сварочной головки вдоль стыка

 

„„Я0;„, 1042

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) B 23 К 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO. ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3411406/25-27 (22) 23.03.82 (46) 23.09.83. Бюл. и 35 72) Л,М.Попов, В,H.Êðàñêîâ и Ю.Ф.Мосин (53) 621 ° 791.75 .03.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 302197» кл. В 23 К 9/10, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР и 454974, кл. B 23 K 9/10, 1971..

3. Авторское свидетельство СССР и 230349, кл. В 23:К9-10, 1967. (и рототип); (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОНАТИЧЕС,КОГО НАПРАВЛЕНИЯ СВАРОЧНОЙ ГОЛОВКИ ЭцОЛЬ СТЫКА, содержащее первичный преобразователь индукционного типа, ::усилитель постоянного тока, усилитель мощности, исполнительный двигатель, сварочную головку, генератор, причем сварочная головка механически связана с первичным преобразователем индуктивного типа и исполнительным двигателем, который электрически » соединен с усилителем мощности, о тл и ч а ю щ е. е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов при сохранении чувствительности, в него введены коммутатор, два узкополосных.фильтра, два амплитудных детектора, дифференциальный усилитель, операционный усилитель, причем генератор выполнен двухчастотным, а выход его через коммутатор, первичный датчик индуктивного типа, оба входа и выхода обоих узкополосных фильтров, оба входа и выхода обоих амплитудных детекторов, оба входа и выход дифференциального усилителя, второй вход и выход операционного усили-! теля, соединен с усилителем мощности, а выход первого амплитудного детектора через усилитель постоянного тока соединен с первым входом операционного усилителя, 1 10

Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов, в частности к устройствам автоматического направления сварочной горловки вдоль стыка.

Известен индукционный датчик положения свариваемого стыка, содержащий Ш-образный магнитопровод, раэделененный немагнитной прокладкой, первичную обмотку, питаемую от сети переменного тока, размещенную на центральном стержне, вторичную дифференциальную обмотку, размещенную на крайних стержнях,, магнитопро- вод с открытой стороны замкнут пластиной иэ ферромагнитного материала (lg .

Недостатком такого датчика является наличие Ш-образного магнитопровода, подверженного влиянию электромагнитных помех (в частности от сварочной дуги), значительные геометрические размеры, что является существенным при сварке малогабаритных изделий.

Известен бесконтактный комбинированный дифференциальный датчик, предназначенный для направления сварочной головки по стыку, содержащий основной и дополнительный магнитопроводы, две согласно вклюI ченные индикаторные катушки, расположенные на крайних стержнях "магнито. провода. При этом плоскости .намотки индикаторных катушек параллельны плоскости изделия, а дополнительный магнитопровод отделен от основного датчика экранирующей пластиной )2) .

Недостатком данного датчика является наличие двух магнитопрозодов и сложная конструкция.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для автоматического направления электрода по стыку, содержащее индукционный датчик и сварочную головку (3J.

Недостатком. известного устройства является необходимость подбора.частоты питания датчика для компенсации сигнала, полученного от превышения кромок при осутствии смещения. Поскольку эту частоту необходимо под" бирать и передавать через полосовой

Фильтр, то .этот фильтр должен быть перенастраиваемым либо быть с широ-, кой полосой пропускания, что ухудша ет помехозащищенность схемы. Кроме того, известное устройство содер429zj жит Ш-образный магнитопровод и работает на звуковых частотах, а это влечет к увеличению геометрических размеров датчика.

5 : Целью изобретения является уменьшение габаритов устройства при сохранении чувствителЬности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для автоматического направления сварочной головки вдоль стыка, содержащее первичный преобразователь индукционного типа, усялитель постоянного тока, усилитель мощности, исполнительный двигатель, S сварочную головку, генератор, причем сварочная головка механически связана с первичным преобразователем индуктивного тиба с исполнительным двигателем, который электрически

20 соединен с усилителем мощности, введены коммутатор, два узкополосных фильтра, два амплитудных детектора, дифференциальный усилитель, операци онный усилитель, причем генератор выполнен двухчастотным, а выход его через коммутатор, первичный датчик индуктивного типа, оба входа и выхода обоих узкополосных фильтров,- оба входа и выхода обоих амплитудных зо.детекторов, оба входа и выход диффе- ренциального усилителя, второй вход и выход операционного усилителя сое.динен с усилителем мощности, а выход первого амплитудного детектора .. через усилитель постоянного тока соединен с первым входом операционного. усилителя, На фиг.1 приведена схема расположения катушек первичного преобра-, 4О зователя индукционного типа над свариваемым стыком; на фиг.2 - блок-схе-) . ма предлагаемого устройства .

Устройство содержит двухчастотный генератор 1, выход которого подключен

45 к коммутатору 2. Коммутатор поочередно подключает эти частоты к первичному преобразователю 3 индукционного типа, который жестко связан со сварочной головкой ч. Сварочная головка о осуществляет поперечное перемещение электрода поперек стыка с помощью исполнительного электродвигателя 5.

Сигнал первичного преобразователя через узкополосные фильтры 6 и 7, настроенные соответственно на частоты и f2 подается на амплитудные детекторы 8 и 9: Сигнал с амплитудного детектора 8 подается на усилитель. 10 постоянного тока и один из923 4

9 соответственно. На выходе амплитудных детекторов включены RC-цепочки, постоянная времени которых больше, чем время коммутации частот, поэтому на входах дифференциального усилителя 11 постоянно присутствуют сигналы, соответствующие частотам fg u fZ.

Сигнал на выходе амплитудного детектора 8 можно представить формулой

U» = а1х + с »(h), а сигнал на выходе амплитудного детектора 9 - формулой

U < = à Z,. х + q (h) . После амплитудного детектора 8 сигнал U» подаетея на усилитель 10 постоянного тока, имеющего коэффициент усиления К q, и на одиН из входов дифференциаль- ного усилителя 11. Сигнал U, пройдя усилитель постоянного тока 10,принимает значение (!5=<

3 4 042 входов дифференциального усилителя,.::, 11. На второй вход этого усилителя подается сигнал с амплитудного де-.„- тектора 9 ° Выходы усилителей 10 и 1,1соединены с входами операционного усилителя 12., нагруженного на уси-, литель 13 мощйости, Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 имее1 два выхода и --. -"::: !0 непрерывно. генерирует две частоты -:

Е» и fz. Выходы генератора подключен к коммутатору 2, который с определенными интервалами времени подключает эти частоты к первичноМу преобразо-."вателю 3 индукционного типа, жестко* связанному со сварочной головкой 4, Сварочная головка имеет исполнительный реверсивный электродвигатель-, 5, осуществляющий перемещение голов-,. ки поперек стыка в ту или иную сторону в зависимости от полярности уп-;.., равляющего напряжения. Первичный :.-. преобразователь выполнен в виде двух .одинаковых плоских катушек индуктивности без сердечников. Оси катушек перпендикулярны поверхности свариваемого изделия и разнесены на расстояние, равное двум диамет" рам катушек. Это расстояние может быть и другим, так как оно опреде- - .

30 ляется требуемой чувствительностью первичного преобразователя и ширй" ной зазора в стыке..Магнитные потоки-, пронизываюшие катушки, являются ре-, зультатом взаимодействия собствениых..35. магнитных потоков катушек и магнит"., ных потоков, созданных вихревыми токами, наведенными в металле. Ин-".— формационным сигналом U является разность напряжений, снимаемых в -, 40 точках АВ и АС (фиг.1), т.е. U =

= Ug - Ugg . Информационный сигнал

U зависит одновременно как от .смещения катушек от линии стыка этому смещению соответствует сигнал = 45 (U} = F(x)}, так и от превышения крой ж (U" = y(h), т.е. U = F(x) + y (.j) "., причем каждая из составляющих F(3фi -"- -.

u g (h) определяется частотой питоеф щего напряжения f» или f2 . Далее HH- . 50 формационный сигнал первичного npe".."

I образователл,соответствующий частоте

f»,проходит через узкополосный филЬтр 6, а сигнал, соответствующий часто-"" те fg, проходит. через узкополоснЫй 55 фильтр 7, После прохождения фильт"... ров информационный сигнал детекти-; руется амплитудными детекторами 8:и, На выходе дифференциального усилителя 11 разнестный сигнал имеет значение

04 k,,(0,-0,}= К,(О,х сф,(Ь}-бах-(д,(И}) °

Сигналы 0 и 04 преобразуются опера" ционным усилителем 12 в .сигнал

И =К ц -Ц- Ч (И„(а„х ц„(И)-КДа, хну,(Ц-а х.@(Я, где К - коэффициент усиления опера" ционного усилителя 12. Эксперимен-.тально установлено, что отношение сигналов, полученных от превышения кромок, на различных частотах остается величиной постоянной, т.е. < (М ()

=Сопзй. Пусть Const = С, тогда

q (h) = q»-(h) С (2) . Учитывая (2), (1):можно записать в виде

U5=kq/k,eÄ kÄqÄ(h }-kgb(x-kqq, (hje—

+K,a,x k,q,® Cj=kÇ)k„a,х-1,а, х+

Ф k a х+ К„q (h}- g„ô,(h}.(1- С}).

Если обеспечить равенство: К К (1-С), то- формула (1) примет вид

Ф .05=- К5(К а -К а»-а Ц ° х, т.е. сигнал на выходе операционного усилителя 12 не зависят от превышения кромок, а определяется только смеще нием первичного преобразователя

1, у

1042

% относительно стыка. Далее сигнал

О усиливается усилителем 13 мощности и управляет работой исполнительного электродвигателя, который осуществляет перемещение свароч- 5 ной головки поперек стыка.

Обмотки первичного преобразователя единичны и имеют общую точку соединения А (фиг.1) . Выходы генератора сделаны также со средней точкой. 10

Полезная нагрузка — входные сопротивления узкополосных фильтров 6 и 7 (фиг.2) включены между точкой А и одной из средних точек выходов ге- нератора. Подключение катушек пер- 5 вичного преобразователя к тому или иному выходу генератора осуществляется с помощью коммутатора (переключателя). Под словами "Определенный интервал времени "следует пони- 20 мать время, в течение которого первичный преобразователь питается переменным напряжением с частотой или fg. Это время определяется постоянной RC-цепочек, включенных на выходах амплитудных детекторов. Поочередное питание первичного преоб разователя напряжениями с частотой либо f< необходимо для обеспечения работоспособности схемы, 30

Выражение "Каждая из составляющих Г (х), g (Ь) определяется частотой" следует понимать так, что эти составляющие зависят не только от смещения от линии стыка F(x) и от превышения кромок (f(Ь), но и от частоты напряжения, питающего первичный преобразователь.

Исполнительным механизмом устройства является реверсивный электро- 40 двигатель постоянного тока, Ilep

923

6 вичный же преобразователь питается переменным напряжением с частотой f или fry, поэтому в схему введены узкополосные фильтры 6 и 7 для выделения информационных сигналов, соответствующих этим частотам, и амплитудные детекторы 8 и 9 для преобразования переменного информационного сигнала в постоянный.

Дифференциальный усилитель 11 необходим для получения разности между сигналами, соответствующими частотам f и

Компоненты àj и а 2, приведенные в формулах, являются постоянными .коэффициентами и определяются из вольт-амперных характеристик диодов, используемых в качестве амплитудных детекторов.

Использование предлагаемого устройства позволяет производить сварку продольных и кольцевых швов малогабаритных изделий как с внутренней так и С наружной стороны, что может быть использовано при автоматизации сварочных процессов. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет исключить влияние йревышения сварочных кромок при слежении по стыку, что . повышает точность слежения по стыку и снижает брак сварных узлов. Поскольку первичный преобразователь предлагаемого устройства состоит всего из двух катушек индуктивности без сердечников и. работает на высоких частотах (десятки килогерц), то .

его размеры значительно меньше размеров известного датчика, что особенно важно при ведении процесса сварки в стесненных условиях.

1042923

Составитель В.Дроздов, Редактор В.Иванова Техред: H.-Костик КЬрректор Ю.Иакаренко

Заказ 7221/15 Тираж 1106 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретенйй: и открытий

119035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.-Ужгород, ул. Проектная, 4