Электромагнитный датчик параметров стыка сварного соединения

 

Изобретение относится к сварке, в частности к электромагнитным датчикам параметров стыка сварного соединения, и может быть использовано для автоматического управления процессом дуговой сварки. Цель - повьшение ности измерения ширины криволинейного стыка и расширение технологических возможностей. Электромагнитный датчик (ЭД) предназначен для контроля ширины зазора между кромками стыкового соединения, автоматического ведения электрода вдоль стыка, установки сварочного инструмента по высоте Он содержит воздушный трансформатор (ВТ), выполненный из подвижной и неподвижной частей. В пределах внутреннего диаметра ВТ размещены шесть индикаторных катушеко ЭД также содержит линейные детекторы, блоки вычислений , корректоры чувствительности, запоминающее устройство и следящий привод подвижной части ВТ с датчиком угла поворота. Параметры стыкового соединения определяются с помощью вычислительных устройств, входящих в ЭД. 2 ил. ласвз

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дц1 В 23 К 9/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4226214/3 1-27 (22) 08.04.87 (46) 30. 10.88. Бюп. У 40 (7i ) Уральский политехнический институт им. С.М. Кирова (72) В.П. Мокрецов, И.Н. Чесноков, АоВа Кокорин И«Па Никонов и ГсМ. Сю" касев (53) 621.791.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

К - 1234101, кл. В 23 К 9/10, 1985. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ПАРАМЕТРОВ СТЫКА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к электромагнитным датчикам параметров стыка сварного соеди нения, и может быть использовано для автоматического управления процессом дуговой сварки. Цель — повышение точности измерения ширины криволинейно„„SU,» 14336?6 А1 го стыка и расширение технологических возможностей. Электромагнитный датчик (ЭД) предназначен для контроля ширины зазора между кромками стыкового соединения, автоматического ведения электрода вдоль стыка, установки сварочного инструмента по высоте.

Он содержит воздушный трансформатор (ВТ), выполненный из подвижной и неподвижной частей. В пределах внутреннего диаметра ВТ размещены шесть индикаторных катушек. ЭД также содержит линейные детекторы, блоки вычислений, корр екторы чувствительности, запоминающее устройство и следящий привод подвижной части ВТ с датчиком угла поворота. Параметры стыкового соединения определяются с помощью вычислительных устройств, входящих в ЭД. 2 ил.

1433676 сварочного инструмента нац стыком., сумматора 31, следящего -п>ивода 32 подвижной части воздушного трансформатора, датчика 33 гла, Все индикаторные катушки 6=-11 инцуктивности со= единены с входами соответствующих линейж х детекторов 12-17, Выходы линейных детекторов 13"i6 6соединены с первьпы входами соответствуюших им блоков 19" 22 смещения нуля., выходы которых соединены с первыми входами соответствующих корректоров 23-26 чувствительности.

Вторые вхо"q». блоков 1";и 20 смещеHHR нуля H корректо>ов ° >. и 24 чувст вительности, Быходн з1е сиг налы KoTopblx

5О

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом дуговой сварки и может быть использовано для автоматического регулирования пара5 метров режима сварки в зависимости от ширины зазора м кцу кромками сты кового соединения, автоматического ведения электрода вдоль стьпса и установки сварочного инструмента по высо-10 .,те.

Цепь изобретения - повьш,ение точности измерения ширины криволинейного стыка уменьшением методической погрешности измерения и расширение технологических "".os îííîñ Yåé датчика.

На фиг. 1 представлены конструкция датчика и его расположение над стыком, на фиг. 2 — структурная схема датчика. 20

Свариваемые детали 1 и 2 (фиг,.1) образуют в стыке зазор, значение которого Обозначено > „Над cYbBcoM расположены неподвижная 3 и подвижная 4 части воздушного трансформатора. Под- g5 вижная часть содержит намагничивающую катушку 5 индуктивности, крайние индикаторные катушки 6 и 7 индуктивности, правые 8 и 9,, левые 10 и 11 сред= ние индикаторные катушки индуктивнос 30 ти.

Схема (фиг . 2) состоит из неподвижной 3 и подвижной 4 частей воздушног а трансформатора „намаг ничивающей катупп<и 5 индуктивнасти, крайних индикаторных катушек 6 и 7 индуктивности„..

35 средних левых 10 и 11 а правых 8 и 9 индикаторных катушек индуктивности, линейных детекторов l2- l, запоминающего устройства 18, блоков 19-22 смещения нуля, корректоров 23=-26 чувствительности блоков 2 7-.".9 вычитания, вычислителя ЗО высоты оа::;положения являются функцией левых средних индикаторных катушек 10 и 11, соединены с выходом линейного детектора 12, преобразующего сигнал левой крайней индикаторной катушки 6. Аналогичным образом связаны вторые входы блоков 21, 22, 25, 26 с выходом детектора 1?.

Третьи входы блоков 19-26 соединены с выходом запоминающего устройства 18, на входы которого поступают сигналы с выходов линейных детекторов 12 и 17. Входы вычислителя 30 высоты расположения сварочногэ инструмента над стыком соединены с выходами линейных детекторов 12 и 17 и запоминающего устройства 18.

Входы сумматора 31 соединены с выходами корректоров чувствительности

24 и 25, сигналы на выходах которых пропорциональны ЭДС индикаторных катушек 10 и 9, расположенньж на концах отстающей малой стороны 02 0 (фиг. 1б) внисанного квадрата

00 050 6 в окружность, на которой размещены центры 0,-0 6 индикаторных катушек индуктивности, Выходы блоков 24 и 25 (фиг.2) соединены с входами блока 28 вычитания. Входы блока 27 вычитания соединены с выходами блоков 23 и 26, т.е. сигнал на выходе блока 27 пропорционален разности ЭДС средних индикаторных катушек 8 и 11, Выходы блоков 27 и 28 вычитания соединены с входами блока 29 вычитания, выход которого связан с входом следящего привода 32, имеющего механическую связь с подвижной частью

4 воздушного трансформатора.

Ротор датчика 33 угла и зубчатое колесо 34 (фиг. 1а), насаженные на ось 35 подвижной части 4 воздушного трансформатора, сцеплены с зубчатым колесом редуктора следящего привода

32, механические части которого неподвижным образом связаны с неподвижной частью 3 воздушного трансформатора.

На фиг. 1б пунктирной линией изображены,следы 36 кромок стыка в случае непараллельного расположения оси стыка (обозначена штрихпунктирной линией со сдвоенными точками) и оси CD подвижной части воздушного трансформатора.

Расстояние В (фиг. 1) между левой и правой сторонами вписанного прямоугольника выбрано равным среднему значению ширины зазора в стыке

1433676 сварного шва. Расстояние В„между осями крайних индикаторных катушек индуктивности выбрано равным В(= (1, 2-1, 5) (В + d „), где d „— наружный диаметр индикаторных катушек индуктивности. При выборе таких значений В и В(сигналы с крайних индикаторных катушек индуктивности пропорциональны только высоте Ь, Ь„ их расположения над деталями стыка и не зависят от зазора в стыке, а сигналы со средних индикаторных катушек индуктивности являются функцией высоты расположения их над кромками стыка и координаты кромки стыка Х> определяемой по формуле

ehi = Shehi + eho (2) 40 а на средних индикаторных катушках

8-11 индуктивности наводится ЭДС

ei = Sxi + eio- (3) 45

eh - eho Shhi

ei + Х + (I „() . (()р

+ — hi +

c Sh . eh - eho1

2 2

50 где Sh — чувствительность индикаторных катушек к изменению координаты hi;

hi — высота расположения i-й индикаторной катушки над кром- 5 кой стыка;

eho — ЭДС индикаторной катушки при

hi 0

9 где - ширина зазора стыка,  — база или расстояние между осями средних индикаторных катушек индуктивности; о — смещение оси стыка относи" тельно середины базы В.

Устройство работает следующим образом.

При протекании тока I возбуждения через намагничивающую катушку 5 30 (фиг. 2) создается магнитное поле, наводящее вихревые токи в свариваемых деталях 1 и 2 стыка (фиг. 1).

Магнитные поля, создаваемые катушкой намагничивания и вихревыми тока- 35 ми, наводят в индикаторных катушках

6-11 индуктивности 6 ЭДСе1. Причем (ЭДС крайних катушек 6 и 7 определяется как

S — чувствительность средних индикаторных катушек к изменению координаты Х;;

eio — ЭДС средней индикаторной катушки при Х; = О; еЬ вЂ” ЭДС индикаторных катушек при h — пригеденный диаметр индикаfig торной катушки.

На выходе блоков смещения нуля сигнал определяется формулой е е

eki ei — ehi — е ehi + S е Ь|Кор е

S„, . ehi ецио; (5) а на выходе корректоров чувствительности сигнал определяется как

ekoi =(Р (ehi — eho) + С (ehi— еЬа) — R ) eki; (6) е е е е е где С, Я„ог, Р, С, R — коэффициенты, определяемые экспериментально.

Сигнал eki по формуле (6) отвечает условию смещения нуля

eki = О при Х;= О. (7) Сигнал е, . по формуле (7) не зависит от высоты hi расположения средней индикаторной катушки над кромкой стыка. Параметры Sh, eho и еЬ, идентичны для всех индикаторных катушек индуктивности, благодаря расположению их центров по окружности. Идентичность этих параметров обусловлена тем, что все индикаторные катушки одинаково удалены от центральной оси намагничивающей катушки.

Благодаря осевой симметрии магнитного поля намагничивакщей катушки, все идникаторные катушки индуктивности пронизываются одинаковыми магнитными потоками. Так как параметры eho и Sh крайних индикаторных катушек равны таким же параметрам средних индикаторных катушек, то расположение всех индикаторных катушек индуктивности по окружности позволяет исключить методическую погрешность преобразований (Я и (6) .

Высокочастотные ЭДС средних индикаторных катушек преобразуются в

ЭДС постоянного напряжения посредством линейных детекторов 13-16 (фиг.2).

Далее постоянные ЭДС с выходов линейных детекторов преобразуются в блоках 19-22 смещения нуля по формуле (5). На выходе этих блоков ЭДС

1433676

eki равна нулю и не зависит от координаты h если Х, = О. При X 0

ЭДС eki зависит от h существенно.

Далее ЭДС с выходов блоков смещения нуля преобразуется в корректорах

23-26 чувствительности по формуле (6), На выходе корректоров ЭДС е зависит только от координаты Х; и не зависит от координаты h.

Лля работы блоков смещения нуля и корректоров чувствительности необходимы величины ehi и eho, Величины еЬ снимаются с линейных детекторов

12 и 17, входы которых соединены с крайними индикаторными катушками.

Причем с детектора 12 сигнал еЬл поступает на вторые входы блоков 19 и

20 и корректоров 23 и 24, которые преобразуют сигналы левых средних индикаторных катушек 10 и 11, ЭДС которых зависит от координаты Ьл.

Сигнал ehn с детектора 17 поступает на вторые входы блоков 21 и 22 и корректоров 25 и 26, преобразующих сигналы правых индикаторных катушек

8 и 9, сигналы которых зависят от координаты hn.

Величина eho хранится в запоминающем устройстве 18, выход которого соединен с третьими входами блоков

19-26. Эта величина поступает в запоминающее устройство с выходов детекторов 12 и 17 в начале процесса сварки, когда для настройки устройства устанавливаются hn = hn = О.

После настройки координатам h задаются рабочие значения, а величина eho сохраняется неизменной во время даль" нейшей работы устройства. Работа блоков смещения нуля и корректоров чувствительности указана в прототипе.

На выходе сумматора 31 формируется сигнал е Ь пропорциональный ширине зазора в стыке Ь по формуле е Ь = 0,5(eko8 + eko9) .

На выходе вычитателя 28 формируется сигнал eR,, пропорциональный коор" динате 3, по формуле

eg, = 0,5(eko8 + eko9) . (8) На выходе вычитателя 27 формируется сигнал е 3, пропорциональный координате 3z по формуле е3, = О, 5 (eko 7 Ф eko10) аналогичной формуле (8) . Причем вели чины е3, и е8< имект разные знаки, если они образуются при повороте подвижной части 4 воздушного трансформатора относительно стыка. В этом случае на выходе блока 29 вычитания

5 возникает сигнал е, = eR e3 пропорциональный алгебраической разности eS, и ео . Для случая, иэобра ð женного на фиг. 1б, = рц l-41, так как еЕ, и е3< имеют разные знаки.

Следящий привод 32 по сигналу ошибки

15 е приводит во вращение подвижную часть 4 воздушного трансформатора, стремясь свести е„ к нулю, т.е. для прямолинейных участков стыка всегда

3, = 3 = 0 и ось всегда нормальна продольной оси стыка, если центр 0 подвижной части 4 воздушного трансформатора находится над продольной осью стыка. Если этот центр смещается относительно оси стыка, то сигна25 лы ец, и e3@ будут отличаться от нуля. Причем под:воздействием следящего привода ось С всегда параллельна, а ось А — нормальна оси стыка, следовательно, в этом случае справедд0 ливы соотношения (ео, = (е3 1; ей/ О, Таким образом, по сигналу е мож но определить значение и направление смещения оси СЭ относительно продольной оси стыка, что позволяет постро35 ить систему, отслеживающую изменение направления стыка.

Сигнал на выходе датчика 33 угла позволяет измерять направление сты40 ка относительно неподвижной части 3 воздушного трансформатора, что расширяет технологические возможности предлагаемого устройства. С учетом сигнала Р следящая система за направлением стыка может отрабатывать криволинейные швы.

Сигналы eh и е Ь служат для регулирования режима работы сварочной головки при изменении высоты ее расположения над стыком и (или) объема свароЧной ванны, определяемого сигналом eh .

Работа вычислителя 30 высоты расположения сварочного инструмента и

55 его структура приведены в .прототипе.

Структуры блоков 19-22 смещения нуля и корректоров 23-26 чувствительности также аналогичны прототипу. Блоки

27-29 вычитания могут быть построены

76

6 блок вычитания, вычислитель высоты расположения сварочного инструмента над стыком, причем крайние индикаторные катуики индуктивности через линей ные детекторы соединены с входами запоминающего устройства и вычислителя высоты расположения сварочного инструмента над стыком, а средние индикаторные катушки через другие линейные детекторы связаны с первыми входами соответствующих им блоков смещения нуля, выход запоминающего устройства связан с третьими входами всех блоков смещения нуля и корректоров чувствительности и с третьим входом вычислителя высоты расположения сварочного инструмента над стыком, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения ширины криволинейного стыка и расширения технологических воэможностей, в датчик дополнительно введены третья и четвертая средние индикаторные катушки индуктивности, пятый и шестой линейные детекторы, третий и четвертый блоки смещения нуля, третий и четвертый корректоры чувствительности, а также второй и третий блоки вычитания, датчик угла, следящий привод, воздушный трансформатор выполнен из неподвижной и подвижной частей, на последней иэ которых размещены намагничивающая и индикаторные катушки индуктивности и которая жестким валом соединена с выходом следящего привода и ротором датчика угла, причем центры всех индикаторных катушек индуктивности расположены по соосной с намагничивающей катушкой индуктивности окружности, центры осей крайних индикаторных катушек индуктивности расположены на концах диаметра этой окружности, а центры осей средних индикаторных катушек индуктивности расположены по углам вписанного в эту окружность прямоугольника, короткая сторона которого параллельна диаметру, на концах которого оси крайних индикаторных катушек индуктив ности, электрически третья средняя индикаторная катушка через пятый, а четвертая средняя индикаторная катушка через шестой линейные детекторы соответственно соединены с первыми входами третьего и четвертого соответственно блоков смещения нуля, вторые входы которых подключены к выходам соответственного линейного де

Формула иэ обретения

Электромагнитный датчик параметров стыка сварного соединения, содержащий воздушный трансформатор, образованный намагничивающей катушкой индуктивности и расположенными в пределах внутреннего диаметра намагничивающей катушки со стороны ее торцовой поверхности средними и крайними индикаторными катушками индуктивности, оси которых параллельны оси намагничивающей катушки индуктивности, линейные детекторы, блоки смещения нуля, корректоры чувствительности, запоминающее устройство, сумматор, 14336 на базе операционных усилителей, а линейные детекторы 12-17 — с применением операционных усилителей. Эапоми нающее устройство имеет структуру известного блока выборки и запомина5 ния. Датчйк угла 33 может быть построен на базе вращаннцихся трансформаторов.

Техническая эффективность предлагаемого датчика заключается в уменьшении погрешности измерения параметров стыка, которая обеспечивается уменьшением методической погрешности, обусловленной неоднородностью магнит- 15 ного поля намагничивающей катушки и уменьшением погрешности измерения ширины зазора стыка за счет непрерывного отслеживания изменений направления стыка.

3а базовый объект выбран сварочный автомат, например автомат аргонодуговой сварки тина АДСВ-6, изготовляемый заводом РПКО "Электромеханика" города Ржева. А автомате АДСВ-6 сварочная головка на осевой линии стыка свариваемых деталей удерживается с помощью измерительного блока БИСД-1, сигнал которого управляет двигателем поперечного перемещения сварочной ЗО головки. По сравнению с измерительным блоком БИСД-1 автомата АДСВ-6 предлагаемый датчик, кроме слежения за осевой линией стыка, позволяет контролировать ширину зазора криволи35 нейного стыка. Измерение ширины зазора стыка позволяет повысить качество сварки путем автоматического регулирования режимов работы сварочного автомата в зависимости от ширины зазора, что позволяет экономить сварочный материал. () 1433676 !О тектора той крайней катушки индуктив- щения нуля подключены к выходу запоности, которая ближе к соответствен- минающего устройства, выходы третьего но третьей или четвертой средней ка- и четвертого корректоров чувствительтушке индуктивности а выходы — к пер ности подключены к входам второго

У

5 вым входам соответственно третьего блока вычитания, выход которого поди четвертого корректоров чувствитель- ключен к первому входу третьего блоности, вторые входы которых также ка вычитания, второй вход которого соответственно подключены к вторым подключен к выходу первого блока вывходам третьего и четвертого блоков 1О читания, а выход подключен на вход смещения нуля, а третьи входы вместе следящего привода. с третьими входами всех блоков сме1433676

Составитель В. Грибова

Редактор И. Касарда Техред Л.Сердюкова Корректор Л, Пилипенко

Заказ 5492/13

Тираж 922 Подпис ное

ВНЯЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,,г. Ужгород, ул. Проектная, 4