Следящие системы с электромагнитными датчиками.
Такие системы наиболее распространены. Электромагнитные датчики могут быть использованы для определения положения стыка без разделки кромок, кромки верхнего листа нахлесточного соединения, скосов кромок; для измерения расстояния до поверхности свариваемых элементов, ширины зазора, величины превышения кромок; для определения положения начала и конца свариваемого изделия или прихваток.
Выбирая разные положения датчиков относительно поверхностей свариваемых элементов, можно использовать эти датчики при сварке разных соединений (рисунок 4.34).
Рисунок 4.34 – Типы и конструкции соединений а — угловое (изнутри); б — тавровое с одной узкой полкой; в — стыковое (при точных размерах свариваемых элементов); г — стыковое с узким глубоким зазором; д — стыковое с разделкой кромок; 1 — ось сварочного электрода; 2 — датчик |
Простейший электромагнитный датчик состоит из Ш-образной магнитной системы и трех обмоток (рисунок 4.35, а). Обмотка 2, расположенная на среднем стержне, питается от источника тока повышенной частоты. Переменное магнитное поле, создаваемое обмоткой, наводит в свариваемом изделии вихревые токи. Непроводящий зазор между деталями разделяет вихревые токи на два контура (рисунок 4.35, б). Результирующее магнитное поле датчика создается не только током, протекающим в обмотке 2, но и вихревыми токами.
При симметричном относительно датчика расположении зазора контуры вихревых токов равны, симметричны и I1=I2. Соответственно равны магнитные потоки Ф1 и Ф2 и наводимые ими ЭДС в измерительных обмотках 1 и 3. При встречном включении обмоток 1 и 3 наводимые в них ЭДС компенсируются, и сигнал на выходе датчика равен нулю.
а — схема датчика; б, в — симметричное и несимметричное расположение вихревых токов относительно стыка; 1, 3 — измерительные обмотки; 2 — обмотка возбуждения; Ф1, Ф2 — магнитные потоки; I1, I2 — вихревые токи; Ε — ЭДС
Рисунок 4.35 – Принцип работы электромагнитного датчика
При несимметричном расположении датчика относительно стыка (рисунок 4.35, в) контуры вихревых токов оказываются различными токи I1 и Ι2. Это приводит к нарушению равенства магнитных потоков Ф1 и Ф2 и возникновению на выходе датчика ЭДС Е, сигнализирующей об отклонении средней плоскости датчика от плоскости стыка. Направление отклонения датчика от стыка видно по сдвигу фазы ЭДС относительно тока, протекающего в обмотке 2. При изменении направления отклонения на противоположное фазовый сдвиг ЭДС изменяется на 180°.
Электромагнитные датчики наиболее широко применяют для определения положения стыка при сварке стыковых соединений без разделки кромок.
На выходной сигнал датчика влияют координаты стыка; отклонения геометрических параметров соединения, подготовленного под сварку; качество подготовки заготовок; различия электрических и магнитных свойств материала заготовок, вызванные изменениями химического состава и условиями предварительной механической обработки; характеристики окружающей среды и процесса.
При сварке стыковых швов значительное влияние на выходной сигнал датчика оказывает взаимное превышение кромок. Чтобы уменьшить погрешность датчика, возникающую при превышении кромок, используют различные схемные и конструктивные способы компенсации. Один из них основан на различии фазы сигнала, получаемого от датчика, если он смещен относительно стыка при отсутствии или при наличии превышения кромок. Для компенсации превышений фаза опорного сигнала, подаваемого на фазовый детектор, подбирается так, чтобы она отличалась на 90° от составляющей фазы выходного сигнала датчика, вызванной превышением кромок. При этом выходной сигнал датчика практически не зависит от величины превышения кромок.
В последние годы появляются системы со сканирующими электромагнитными датчиками, которые (в сочетании с обработкой сигнала датчика средствами вычислительной техники) позволяют расширить возможности электромагнитного метода измерения.
Частота напряжения питания обмотки возбуждения электромагнитных датчиков может быть от одного до нескольких десятков килогерц. Это позволяет свести к минимуму влияние на выходной сигнал (датчика) электромагнитных полей промышленной частоты и сделать датчики работоспособными на магнитных и немагнитных материалах.
Для реализации задач геометрической и технологической адаптации сварочных автоматов и роботов наряду с решением задачи ориентации сварочного инструмента на стык необходимо также получать информацию о геометрических параметрах стыка. Решить эти задачи позволяет дифференциальный электромагнитный датчик, состоящий из двух параллельно расположенных стержневых прямоугольных ферритовых сердечников 1 (рисунок 4.36). На концах сердечников намотаны по одной секции генераторных катушек 2, последовательно встречно подключенных к генератору синусоидального высокочастотного напряжения Uon. Создаваемый ими переменный магнитный поток в магнитопроводах имеет противоположное направление. Индикаторные катушки 4 и 5 закреплены соосно между полюсами магнитопровода, расположенными над свариваемым стыком. На нижних концах ферритового сердечника намотаны две другие индикаторные катушки 3 и 6. Ось датчика располагается перпендикулярно плоскости стыка, образованного деталями.
1 — сердечник; 2 — генераторная (возбуждающая) катушка; 3—6 — индикаторные катушки; 7 — разновысокие кромки; а — расстояние между кромками; h — расстояние от датчика до стыка; Δχ — смещение стыка относительно оси датчика; ДА — превышение кромок; Uon — опорное напряжение; U1 — U6 — напряжение на катушках
Рисунок 4.36 – Схема электромагнитного дифференциального датчика положения свариваемого стыка
При отсутствии изделия создаваемый катушкой 2 магнитный поток замыкается через воздушный зазор у полюсов магнитопроводов, образуя замкнутый контур. Разностные сигналы ЭДС индикаторных катушек 4, 5 и 3, 6 равны нулю. Магнитный поток в датчике можно разделить на два зависящих один от другого потока: основной поток, который замыкается по полному контуру между торцами магнитопроводов, и поток рассеяния, который сосредоточен в основном между внутренними гранями у полюсов. При введении изделия со стыком под датчик основной поток с торца входит в металл и вызывает в нем появление вихревых потоков, которые создают противодействующий (размагничивающий) магнитный поток. Таким образом, основной поток с торцов магнитопроводов — это обратная функция размагничивающего потока вихревых потоков, а поток рассеяния с внутренних граней — прямая функция. Если ось датчика расположена в плоскости стыка, то дифференциальные сигналы индикаторных катушек 4, 5 и 3, 6 равны нулю. Смещение стыка Δχ от плоскости симметрии датчика приводит к перераспределению размагничивающего действия пластин под полюсами магнитопроводов и, следовательно, изменяется основной поток рассеяния (изменения их разнополярные). Поток магнитопровода, в сторону которого наблюдается смещение стыка, будет испытывать большее размагничивание в силу большей концентрации вихревых потоков под ним. Появятся разностные сигналы на индикаторных катушках 4, 5 и 3, 6.
Дата добавления: 2022-05-27; просмотров: 135;