Устройство для адаптивного управления движением сварочной головки по стыку

 

Изобретение относится к автоматизации сварки и м.б. использовано в сварочных работах как устройство адаптации робота. Устройство содержит триггер, привод вращения, блок вычисления координат, систему контурного управления, блок синхронизации. С целью повьппения точности слежения за стыком устройство снабжено блоком автоматического регулирования напряжения дуги, приводом перемещения головки по вертикальной оси, датчиком скорости, компаратором, элементом задержки , регистрами и блоком регистров координат. Сварочная головка жестко закреплена на вращающейся оси с некоторым эксцентриситетом, позволяющим осуществлять колебания электрода по дуге окружности с автоматическим реверсом направления вращения в зависимости от ширины разделки стыка при сварке стыков с изменяющейся кривизной. При этом блок регистров координат задает движение оси вращения по стыку. Датчиком стыка является дуга. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. (Л со 4 X)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (1t) (11 4 В 23 К 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITVM

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3987983/25-27 (22) 12. 12.85 (46) 30.10.87. Вюл. М 40 (72) В.A. Анкудинов и М.А. Шепелев (53) 621.791.75(088 ° 8) (56) Патент США 11 4215299, кл. В 23 К 9/12, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СВАРОЧНОЙ ГОЛОВКИ

ПО СТЫКУ (57) Изобретение относится к автоматизации сварки и м.б. использовано в сварочных работах как устройство адаптации робота. Устройство содержит триггер, привод вращения, блок вычисления координат, систему контурного управления, блок синхронизации.

С целью повьппения тсчности слежения за стыком устройство снабжено блоком автоматического регулирования напряжения дуги, приводом перемещения головки по вертикальной оси, датчиком скорости, компаратором, элементом задержки, регистрами и блоком регистров координат. Сварочная головка жестко закреплена на вращающейся оси с некоторым эксцентриситетом, позволяющим осуществлять колебания электрода по дуге окружности с автоматическим реверсом направления вращения в зависимости от ширины разделки стыка при сварке стыков с изменяющейся кривизной. При этом блок регистров координат задает движение оси вращения по стыку. Датчиком стыка является дуга. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1 1348108 2

Изобретение относится к лвтамлтизлции гвлр) и и может бь)ть использовано в гвлрочн)м рабатах клк угтройство адаптации. .)

Цель изобретения — повышение точности гпежения эа стыком путем осуществления колебания электрода по дуге окружности с автоматическим реверсом направления вращения в зависимости ат ширины разделки стыка при сварке стыков с изменяющейся кривизной.

На фиг. 1 дана схема устройства (приводы Х, У, Z, q условно не пока- 16) заны); на фиг. 2 — поперечное сечение разделки стыка и траектории движения электрода при повороте головки относительно аси с с точками А,, А2 реверсов и точками В, В изменения ско- 2п рости вертикального перемещения электрода; на фиг. 3 — блок-схема устройства; на фиг. 4 — функциональная схема блока регистров координат; на фиг. 5 — функциональная схема системы 25 контурного управления", на фиг. 6 функциональная схема блока синхронизации.

Устройство содержит последовательlo саепиченные блок 1 автоматического 30

peróëèpоь лния напряжения дуги (УПНД) пг)ивад 2 порем< щения сварочной головки <;ТНпсНТе 1ьн< вертикальной аси Z, датчик 3 скnp<)eòè, кампарлтор 4, триггер 5, элемент 6 зллержки, привод 7 врлще) ия, регистр 8 угла ср, поворота, соатветству)<)щего точке В,, регистр 9 углас поворота головки, соответствующего тачке В ) регистр 10 положения головки относительно oc» X в точке В,,4г) регистр 1 1:) ) JI<)ee!I

° >

Вьс:.àä элемен гл 6 -:,..Iï<:pæêè свяэлн с вхадсм упрлвпечия записью блока 15 регистров к«.1)динс<т, г ыхап триггера 5 г аепине н г вхс,>.лми Ilp,l «!Iå)!èÿ эллис)>ю региг трав 8 — 13, ив<1>армлциа).ные входы регигтрав 8 и 9 гвязлнь) с выхадс)м привала 7 врлшения, информационные входы регистров 10 и 11 связаны с выходом Х системь) 16 к<)нтурнаго управления, информационные входы регистров

12 и 13 связаны с выхапам Y системы контурного управления, выход блока

17 синхронизации подключен к входу управления считыванием блока 15 регистров координат.

Блок 1 АРНД выполнен в виде датчика напряжения, подключенных к входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение — частота.

Компаратар 4 — цифровой, формирует на выходе сигнал логической единицы в случае превьяхения скорости вертикальнога подъема электрода, измеряемой датчиком 3 над заданным значением и сигнал логического нуля в случае невыполнения укаэанного условия.Триггер 5 — счетный, изменяет состояние по положительному перепаду напряжения на входе.

Блок 15 регигтрав координат содержит регистры 18-22 канала Х, регистры

23-27 канала У, регистры 28-32 канала

В, мультиплексор 33 канала Х, мультиплексор 34 канала У, мультиплексор

35 канала В, п< спел<)влтельна соединенные удвоитель 36 чл< готы и счетчик 37, выходы катарага подключены к входам управления записью регистров

18-32, вход удваителк 36 частоты соединен с выходам элемента 6 задержки, счетчик 38, гвяззнный выходом с входами управления мультиплексоров 3335 и входам с выходом блока 17 синхронизации.

Систему 16 к<)нтурнога управления образуют интерпапяторы 39 и 40, подключенные к 6п< к 1 управления следящими при))адл"..III, .)ыхопы катар<от а подкпюч -!Iы к входу привода Х ч2 и к входу привадл 3, <))ас)мира))лтепь 44 скорости, г< с.т я;,.ий из поглепавлгельна сс един<:ill I.".., .In!a T<)1>л 45, блока

46 умH<) кс н я, УM)) гг. рл 47 и блока

48 управ<:гния и)<теpi <>!I)IT<)pë)l)I. Выходы

llp1l вада в Х, У <,".),! и че ны к в:.адам

Х, У блока 1 < инхрс )))< )лпи)). Входы

;.IHTt pIl<)JI)I T<-;)<)I) )<), 40 l<);IKJII<)<;eHtl K выходам Х, У б: к;) 1 ) ре):<стран координат, первый «х<)п - у„)лтс)рл 45 подключен к ))),>х< и, В кл 15 регпгтрав

Каа() с)ИНЛТ ) Л > I < >< >Оп ВСОЦ К ЗЛ

1348108 датчику номинальной ширины разделки (сигнал В, на функциональной схеме) .

Второй вход сумматора 47 соединен с входом задатчика скорости сварки (сигнал 7 на структурной схеме).

Блок 17 синхронизации состоит из компаратора Х 49 и компаратора Y 50, выходы которых подключены к входам элемента И 51, выходом связанного че- 10 рез одновибратор 52 с входом управления считыванием блока 15 регистров координат, Входы компараторов 49 и

50 соединен с выходами системы 16 контурного управления и блока 15 регистров координат.

Счетчик 37 и кольцевой счетчик 38— счетчики двоичных чисел.

Устройство работает следующим образом.

Перед включением устройства записывают координаты начальной точки сварки Х, У и номинальную ширину В„ разделки стыка свариваемого изделия в регистры 18, 23 и 28. Заданную ширину В, устанавливают также в задатчике и подают на сумматор 45 формирователя 44 скорости системы 16 контурного управления, В задатчике контурной скорости (скорости сварки) устанавливают требуемое значение номинальнОЙ скорости сварки 1 и Вводят

его в сумматор 47 формирователя 44 скорости. Далее располагают ось С со сварочнОЙ гОлОвкоЙ в исхОднОЙ точке 35 с нулевыми координатами (или некоторыми заданными, определяющими исходное направление движения оси С), после чего включают устройство. В исходном состоянии дуга не горит, привод 40 вращения отключен и сварочная головка неподвижна относительно оси С, счетчики 37. и 38 и остальные регистры при включении содержат нулевую информацию, мультиплексоры 33-35 подключа- 45 ют выходы регистров 22, 27 и 32 соответственна к входам Х, У, В системы

16 контурного управления. Ось С со сварочной головкой начинает движение к начальной точке Х,, У, определяю- 5п щей точку начала сварки (по прямой со скоростью сварки V ). При приближении оси С к начальной точке Х Y о а автоматически зажигается осциллятором дуга, включается привод 7 вращения и сварочная головка начинает вращаться в одном направлении относительно оси

С, пересекая разделку стыка в точках

A <, B» Вг, Аг. При вращении головки относительно осн С ее вертикальное положение регулируется следующим приводом Х 2 посредством блока 1 АРНД, электрод при вращении головки эквидистантно копирует контур разделки стыка. Компаратор 4 в момент подъема электрода в точках В,, Вг фиксирует превышение скорости подъема электрода, измеряемой датчиком 3, над некоторой заданной (для сварки неплавящимся электродом заданную скорость подъема устанавливают близкой к нулю или равной половине номинальной скорости подъема электрода при заданной частоте колебаний поперек стыка) скоростью, в результате .чего триггер 5 изменяет свое состояние, производя через время задержки, определяемое элементом 6 задержки, реверс двигателя привода 7 вращения. Таким обра3оМ, головка совершает колебательные движения относительно стыка с амплитудой, определяемой шириной разделки и временем задержки элемента 6 задержки. В моменты подъема электрода

В,, Вг в регистрах 8 и 9 по сигналу триггера 5 фиксируются углы поворота

q,è <р относительно оси С, соответствующие точкам В,, Вг, и одновременно в регистрах 10-13 фиксируются соответственно текущие координаты Х<, Х

Y<, Y оси С, поступающие с датчиков положения приводов 42 и 43 системы

16 контурного управления. За время задержки элемента 6 в блоке 14 вычиспения координат производится вычисление координат средней линии стыка по следующим формулам:

У, =Y;, +R sin („

Х

+уг и

) сг

Х Х +Rcos q В = (сО. — О3 ), У = Y. +R sing; сг г где R — расстояние между осями сварочной головки (электрода) и осью С вращения;

 — ширина разделки;

Индексы обозначают:

1 — координаты, соответствующие точке В,;

2 — координаты, соответствующие точке В текущие координаты;

С вЂ” координаты оси С. может изменяться в некоторых пределах (нлпример, »а 20-30Е). После нахождения дугc é стыка ось С продолжает перемещаться в исходном заданном направлении до ее позиционирования в пер-вую вычисленную точку стыка, после чего ось С перемещается во вторую вычисленную точку стыка, третью и т.д.

При этом вращательные колебания головки антоматичс ски осуществляются приблизительн. в нормальном относите.гьнс« стыка направлении. По мере движения

5

13481

Вы «нс. I«нные координлты сереги«ны рл.«;генки в моменты реверс л г оловки н точках А,, Л > «лггнсынлются I«блок 15 регистров координат в регистры 19

Ъ

24 и 29 (нремя задержки устанавливают больше времени вычисления), далее в регистры 20, 25 и 30, в следующем полуцикле колебаний — в регистры 21, 26 и 31 и т.д.. После записи коорди- 10 нат стыка в последние регистры 22, 27 и 32 информация записывается в перные регистры 18, 23 и 28, после чего цикл записи понторяется. Управление записью осуществляется посред- 15 ством кольцевого счетчика 37, связанного через удвоитель 36 частоты с выходом элемента 6 задержки, Считывание информации из блока 15 регистров координат осуществляется по мере от- 20 работки сигналов Х, У задания посредством блока 17 синхронизации. При выходе оси С н начальную точку с координатами Х, Y вблизи точки начала сварки выходной сигнал блока 17 синхронизации изменяет состояние счетчика 38 на единицу, что вызывает подключение следующего ряда регистров 19, 24 и 29 посредством MóëüòèïëåKсоров

33-35 к входам системы 16 контурного 30

УПРав. «ЕНИЯ, Что ОПРЕДЕЛЯЕТ НОВЫЕ коорд;гнлты Х, У задания. После отрабс тки следующими приводами системы

16 контурного управления информации из регистров 19, 24 и 29 производится отработка информации из следующих рядон регистров и снова из регистров

18, "3 и 28, повторяя цикл считывания. К моменту позиционирования оси

С в первую вычисленную точку стыка 40 информация о линии стыка заполняет только часть регистров (общее количес.тво рядов регистров выбирается с некоторым запасом с целью компенсации возможггьгх отклонений скоростей записи и счиТывлния), так что интервал времени между записью и считыванием сварочной голог«ки и. заполнения разделки стыка текущая ширина разделки сравг«ивается с заданной в сумматоре

45, выходной сигнал которого через блок 46 умножения поступает на вход сумматора 47, корректируя задание скорости в блок 48 управления интерполяторами (амплитуда вращательных колебаний головки автоматически регулируется цепочкой элементов 1-7 устройства) .

Таким образом, в процессе сварки осуществляется регулирование амплитуды, частоты и направления вращательных колебаний сварочной головки.

Устройство характеризуют жесткое закрепление сварочной головки на оси

С с некоторым экспентриситетом R осей электрода и оси С и подключение цепи элементов устройства 1-6 к приноду 7 вращения, позволяющие осуществлять колебания электрода по дуге окружности с автоматическим реверсом напрлнления вращения в зависимости от ширины разделки при сварке стыков с изменяющейся кривизной, причем блок

15 регистров координат выполняет ноную функцию — задает движение оси С по стыку в то время, как дуга автоматически находит стык. Устройство позволяет осуществлять поиск и слежение за стыком без дополнительных датчиков стыка, ограничивающих его технологические возможности, и автоматически регулировать амплитуду и частоту колеблний электрода поперек стыка.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Устройство для адаптивного управления движением сварочной головки по стыку, содержащее систему контурного управления с приводом Х и приводом У, к выходам которой подключен блок синхронгг«злции, двл регистр; углового положения, входы управления записью которых вязаны с ньгходом триггера, а информационные ьходы с входом б;гок;1 нычг«с.лениг« координат, привод нр- ц.«I« ÷, о -. л и ч а н щ е ес я те.-г, «то, с цслью повышения точност ; слежения ;1 стыком в лего введены 3.ëñ.MQ т злг ержг.н, блок автоматического регул««рова««ггя напряжения дуги, привод 7., длтчгг1; скорости,компаратор, чс:тыре регистра тек щего пол.«жения, блок регнс ров к« ог:.".,IIT, при этом выход блока л1«-.с. ; ",...:cKoI" регулиро1348108

С

9 у в

В2 ванин напряжения дуги через последовательно связанные привод Z датчик

l скорости и компаратор связан с входом триггера, выход которого связан с элементом задержки и входами управления записью четырех регистров текущего положения, выход элемента задержки связан с входом привода вращения и записывающим входом блока регистров координат, выходы четырех регистров текущего положения через блок вычисления координат и блок регистров координат связаны с входами системы контурного управления и блока синхро- 15 низации, выход блока синхронизации связан со считывающим входом блока регистров координат, 2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блОк регистров координат содержит регистры координат

Х, регистры координат Y и регистры ширины разделки В, подключенные к соответствующим выходам блока вычисления координат, три мультиплексора, два счетчика и удвоитель частоты,входом подключенный к выходу элемента задержки и выходом связанный через первый счетчик с входами Х, У, В управления записью регистров, вход второго счетчика подключен к выходу блока синхронизации, à его выход соединен с управляющими входами мультиплексоров, выходы которых связаны с входами системы контурного управления. s «sio фс/2 5

1348108

xi yi

Составитель В, Грибова

Техред А.Кравчук КорректорВ. Гирняк

Редактор A. Oeap

Заказ 5149/12 Тираж 969 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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