Многофункциональный измеритель параметров точечной контактной сварки

 

Изобретение относится к контролю технологии точечной контактной сварки. Измеритель состоит из двух блоков: блока усилия и блока тока, подсоединенных к устройству обработки-управления, выход которого соединен с табло. Блок усилия включает соединенные последовательно датчик усилия, предварительный усилитель и оконечный усилитель. Блок тока содержит соединенные последовательно датчик тока, интегратор и усилитель. Выходы устройства обработки-управления соединены с входами управления и компенсации интегратора, входами управления оконечного усилителя и усилителя и с входом компенсации предварительного усилителя. Дополнительно устройство снабжено соединенными последовательно аккумулятором, коммутатором и преобразователем напряжения. Устройство позволяет измерять усилие сжатия электродов и параметры сварочного тока в большом диапазоне (усилие сжатия 100 - 2000 кГс с погрешностью не более 5% и ток 2 - 250 кА с погрешностью не более 2,5%). Кроме этого, устройство измеряет длительность времени сварки в диапазоне 1 - 2000 mС. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контактной сварке, а именно к контролю технологических процессов сварки, выбору оптимальных сварочных режимов и оценке технического состояния сварочного оборудования при измерении усилия сжатия электродов и сварочного тока.

Изначально разрабатывались устройства, позволяющие измерять только один из указанных параметров. Так, известен измеритель усилия [1], содержащий датчик измерения усилия, измерительный усилитель и устройство обработки сигнала.

Другой измеритель тока [2] содержит устройство обработки токового сигнала, выполненное на основе микроЭВМ. Преобразование сигнала осуществляется интегратором, управляемым микроЭВМ, результат измерения - действующее значение сварочного тока - выводится на индикатор.

Дальнейшее развитие приборов такого типа привело к созданию многофункциональных измерителей параметров точечной контактной сварки [3], а именно устройства контроля качества точечной контактной сварки. Устройство содержит датчик сварочного тока, датчик падения напряжения на электродах, датчик усилия сжатия, блок вычисления диаметра ядра и блок индикации.

В качестве прототипа принято устройство для контроля процесса контактной точечной сварки [4] , содержащее датчик усилия сжатия, датчик сварочного тока, датчик падения напряжения на электродах, датчик измерения скорости движения электродов, блок вычисления диаметра ядра, блок отсчета диаметра ядра по скорости движения электродов, блок выбора режима контроля, блок коммутации, сумматор, делитель и блок индикации. Устройство работает следующим образом. Сигналы с датчика усилия, тока, падения напряжения на электродах поступают на блок вычисления диаметра ядра, где происходят соответствующие вычисления. Одновременно с датчика измерения скорости движения электродов поступает сигнал на блок отсчета диаметра ядра по скорости движения электродов. С выхода блоков вычисления и отсчета диаметра ядра результаты поступают на входы блоков выбора режимов контроля и коммутации, где результаты сравниваются и при условии нахождения их в области допустимых значений суммируются, делятся и индицируются. Если результаты вычисления и отсчета диаметра ядра вышли из заданной области, то в зависимости от характера возмущения, действующего на процесс сварки, на индикацию выводятся результаты либо вычисления, либо отсчета диаметра ядра. Прототип позволяет вычислять диаметр ядра сварочной точки по данным измерения усилия сжатия, сварочного тока и падения напряжения на электродах. В устройстве - прототипе не решена проблема точности измерения входных величин в широких пределах, что ограничивает его применение с конкретным типом машин точечной контактной сварки.

Задача изобретения - создание многофункционального измерителя параметров точечной контактной сварки, сочетающего расширение диапазонов и высокую точность измерения усилия сжатия и параметров сварочного тока, что позволит применять его для всех типов машин точечной контактной сварки.

Дополнительно ставится задача создания измерителя, в котором, наряду с сетевым, есть питание от встроенной аккумуляторной батареи с контролем за уровнем разряда батареи и автоматическим выключением ее для экономии ресурса аккумулятора.

Поставленная задача решается тем, что в многофункциональный измеритель параметров точечной контактной сварки, содержащий датчик усилия, датчик тока, устройство обработки информации и устройство индикации, согласно изобретению, дополнительно введены интегратор, предварительный усилитель, оконечный усилитель, причем датчик усилия через предварительный и оконечный усилители соединен с первым входом устройства обработки информации, датчик тока через интегратор и усилитель соединен с вторым входом устройства обработки информации, первый выход которого соединен с устройством индикации, второй, третий, четвертый, пятый, шестой выходы устройства обработки информации соединены соответственно с входом управления интегратора, с компенсационным входом предварительного усилителя, с компенсационным входом интегратора, с входом управления оконечного усилителя, с входом управления усилителя.

Дополнительно поставленная задача решается введением в многофункциональный измеритель последовательно соединенных аккумулятора, коммутатора и преобразователя напряжения, выход которого соединен с третьим входом устройства обработки информации, седьмой выход которого подключен к входу управления коммутатора.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого измерителя.

Измеритель состоит из последовательно соединенных датчика усилия 1, предварительного усилителя 2, оконечного усилителя 3 и последовательно соединенных датчика тока 5, интегратора 6 и усилителя 7.

Устройство обработки информации 4 представляет собой однокристальную микроЭВМ с аналоговыми и цифровыми портами ввода-вывода.

Вх. 1 (аналоговый) соединен с выходом оконечного усилителя 3.

Вх. 2 (аналоговый) соединен с выходом усилителя 7.

Вых. 1 (дискретный) соединен с устройством индикации 8 .

Вых. 2 (дискретный) соединен с входом управления интегратора 6.

Вых. 3 (аналоговый) соединен с компенсационным входом предварительного усилителя 2.

Вых. 4 (аналоговый) соединен с компенсационным входом интегратора 6.

Вых. 5 (дискретный) соединен с входом управления оконечного усилителя 3.

Вых. 6 (дискретный) соединен с входом управления усилителя 7.

МикроЭВМ выполняет следующие функции: - измеряет сигналы на Вх. 1 и Вх. 2, преобразует их и формирует на Вых. 1 код для индикации усилия в килограммах и тока в килоамперах; - вычисляет величину дрейфа усилителей и интегратора, формирует и выдает на аналоговых Вых. 3 и Вых. 4 сигналы, компенсирующие дрейф соответственно по Вх. 1 и Вх. 2; - формирует на дискретных выходах Вых. 5 и Вых. 6 коды управления коэффициентами усиления соответственно оконечного усилителя 3 и усилителя 7 в зависимости от величины напряжения на Вх. 1 и Вх. 2.

Желательно многофункциональный измеритель снабжен соединенными последовательно аккумулятором 9, коммутатором 10 и преобразователем напряжения 11, который соединен с Вх. 3 устройства обработки информации. Вых. 7 устройства обработки информации 4 соединен с входом управления коммутатора 10. Напряжение питания с преобразователя напряжения поступает на все элементы схемы.

Для решения поставленной задачи в измерителе существуют цепи обратной связи с микроЭВМ: - с Вых. 5 на оконечный усилитель 3 (обеспечивает управление коэффициентом усиления сигнала усилия); - с Вых. 6 на усилитель 7 (обеспечивает управление коэффициентом усиления сигнала тока); - с Вых. 3 на предварительный усилитель 2 (обеспечивает компенсацию дрейфа сигнала усилия); - с Вых. 4 на интегратор 6 и с Вых. 2 на интегратор 6 (обеспечивают компенсацию дрейфа интегратора и разряд интегратора).

Такая структура построения измерителя позволила решить поставленную задачу, при этом измеритель имеет всего две кнопки управления (включения и выключения питания и выбора индуцируемого параметра; на схеме кнопки не показаны).

Измеритель работает следующим образом.

Сигнал с датчика усилия 1 усиливается предварительным 2 и окончательным 3 усилителями и подается на Вх. 1 микроЭВМ. Оконечный усилитель 3 является усилителем с переменным коэффициентом усиления, код которого формируется микроЭВМ на Вых. 5.

До появления сигнала с датчика усилия 1 установлен код максимального коэффициента усиления. При появлении на Вх. 1 напряжения, пропорционального усилию сжатия, осуществляется сравнение его с пороговым значением и уменьшение кода до тех пор, пока напряжение на Вх. 1 превышает порог. Такая регулировка обеспечивает измерение усилия в 4-х поддиапазонах (100-250 кГ, 250-500 кГ, 500-1000 кГ, 1000-2000 кГ), что позволяет расширить общий диапазон измерения.

Для вычисления дрейфа усилителей микроЭВМ анализирует величину напряжения на Вх. 1, вычисляет и формирует на Вых. 3 напряжение смещения, компенсирующее дрейф. Это напряжение вычисляется после включения питания и после окончания измерения усилия. Указанное позволяет динамично и точно компенсировать дрейф датчика и усилителя, являющийся основным источником погрешности преобразования сигнала усилия.

В результате измерения напряжения на Вх. 1 микроЭВМ формирует код, соответствующий измеряемому усилию в килограммах, и выдает его через Вых. 1 на табло 8.

Сигнал с датчика тока 5, пропорциональный производной от сварочного тока, подается на вход интегратора 6, на входе которого формируется напряжение, пропорциональное мгновенному значению сварочного тока. Усиленное значение этого напряжения с выхода усилителя 7 поступает на Вх. 2 микроЭВМ.

Регулировка коэффициента усиления сигнала тока (коэффициента усиления усилителя 7) осуществляется аналогично регулировке коэффициента усиления оконечного усилителя 3 для сигнала усилия. Измерение тока осуществляется в 7 поддиапазонах.

Основным источником погрешности измерений тока является дрейф интегратора. Некоторое уменьшение влияния дрейфа достигается известным способом - периодическим разрядом интегратора. Разряд осуществляется под управлением импульса с Вых. 2 микроЭВМ. Полная комиссия дрейфа производится подачей на интегратор 6 компенсирующего напряжения с Вых. 4 микроЭВМ. После включения питания или окончания измерения тока микроЭВМ вычисляет величину дрейфа, анализируя напряжение на Вх. 2, и формирует сигнал на Вых. 4. Это позволяет динамично и точно компенсировать дрейф интегратора 6.

При анализе сигнала, пропорционального мгновенному значению тока, поступающего на Вх. 2, микроЭВМ производит измерение и расчет действующего, максимального значений тока и времени протекания сварочного тока. На Вых. 1 формируются коды параметров, соответствующие действующему и максимальному току в кА и времени протекания в mC.

МикроЭВМ сохраняет коды всех четырех измеренных величин (усилия, действующего, максимального значений тока и времени протекания) до нового измерения или до выключения питания.

Введение еще одной цепи обратной связи, работающей при питании измерителя от аккумулятора, решает дополнительную задачу рационального использования ресурса путем измерения напряжения на аккумуляторе 9 и контроля времени работы измерителя. Для этого на Вх. 3 микроЭВМ с преобразователя напряжения 11 подается часть напряжения аккумулятора. МикроЭВМ сравнивает его с пороговыми значениями и выдает на табло 8 сигналы о степени разряда аккумулятора.

В случае, если интервал между сигналами на Вх. 1 и Вх. 2 превышает заданное значение, импульс, сформированный на Вых. 7, выключает аккумулятор 9. Это позволяет использовать энергию аккумулятора только в режиме измерений.

Таким образом, наличие новых элементов (предварительный усилитель 2, оконечный усилитель 3 для сигнала усилия и интегратор 6, усилитель 7 для сигнала тока) и новых связей между известными и вновь введенными элементами позволяет измерять усилие сжатия электродов и параметры сварочного тока в большом диапазоне изменения входных сигналов. При этом компенсация дрейфа усилителей и интегратора с помощью обратных связей гарантирует требуемую точность измерений.

Перечисленные свойства обеспечивают возможность контроля сварочного процесса на машинах контактной точечной сварки всех типов в диапазоне усилия сжатия 100-2000 кГс с погрешностью не более 5% и тока 2 250 кА с погрешностью не более 2,5%. Кроме этого, заявляемое устройство измеряет длительность времени сварки в диапазоне 1-2000 mC.

Введение, наряду с сетевым питанием, питания от аккумулятора с контролем и управлением от микроЭВМ позволяет работать заявляемому устройству в экономичном режиме.

Формула изобретения

1. Многофункциональный измеритель параметров точечной контактной сварки, содержащий датчик усилия, датчик тока, устройство обработки информации, устройство индикации, отличающийся тем, что он снабжен интегратором, предварительным усилителем, оконечным усилителем, усилителем, причем датчик усилия через предварительный и оконечный усилители соединен с первым входом устройства обработки информации, датчик тока через интегратор и усилитель соединен с вторым входом устройства обработки информации, первый выход которого соединен с устройством индикации, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы устройства обработки информации соединены соответственно с входом управления интегратора, с компенсационным входом предварительного усилителя, с компенсационным входом интегратора, с входом управления оконечного усилителя, с входом управления усилителя.

2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен последовательно соединенными аккумулятором, коммутатором и преобразователем напряжения, выход которого соединен с третьим входом устройства обработки информации, седьмой выход которого подсоединен к входу управления коммутатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1