Устройство управления положением электросварочной горелки

 

Изобретение относится к сварке, а именно к автоматизации процессов электродуговой сварки различных швов в среде защитного газа или под флюсом. Цель - расширение функциональных возможностей. Устройство содержит приводы перемещения электросварочной горелки вдоль стыка, поперек стыка и вдоль собственной оси, а также приводы разворота электросварочной горелки и наклона оси электросварочной горелки к нормали к линии шва, колебатель горелки, датчики величины сварочного тока и сварочного напряжения, которые вместе с блоками обработки сигналов обеспечивают наведение электросварочной горелки на линию соединения сварочных швов, имеющих пространственное отклонение относительно заданной траектории движения электросварочной горелки, что позволяет автоматизировать процесс электродуговой сварки угловых и разделанных криволинейных пространственных швов. Устройство может найти применение при построении систем адаптации сварочных роботов в автоматических линиях. 2 ил и

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s B 23 К 9 /10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4760341/27 (22) 21,11.89 (46) 15.12.91. Бюл. М 46 (71) Тульский политехнический институт (72) О.В. Бундин, В.М. Панарин, В,П. Габрусенок и В.С. Карпов (53) 621.791.75 (088.8) (56) Авторское сеид тельство СССР

М 1087283, кл. В 23 К 9/10, 1984. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ЭЛЕКТРОСВАРОЧНОЙ ГОРЕЛКИ (57) Изобретение относится к сварке, а именно к автоматизации процессов электродуговой сварки различных швов в среде защитного газа или под флюсом. Цель — расширение функциональных возможностей.

Устройство содержит приводы перемеще„„SU„„1697999 А1

2 ния электросварочной горелки вдоль стыка, поперек стыка и вдоль собственной оси, а также приводы разворота электросварочной горелки и наклона оси электросварочной горелки к нормали к линии шва, колебатель горелки, датчики величины сварочного тока и сварочного напряжения, которые вместе с блоками обработки сигналов обеспечивают наведение электросварочной горелки на линию соединения сварочных швов, имеющих пространственное отклонение относительно заданной траектории движения электросварочной горелки, что позволяет автоматизировать процесс электродуговой сварки угловых и разделанных криволинейных пространственных швов. Устройство может найти применение при построении систем адаптации сварочных роботов в автоматических линиях. 2 ил, 1697999

10

Ъ

Изобретение относится к сварке, а именно к автоматизации процессов электродуговой сварки различных швов в среде защитного газа или под флюсом, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства, На фиг, 1 представлена структурная схема устройства пространственного управления положением электросварочной горелки; на фиг. 2 — расчетная кинематическая схема движения электросварочной горелки в пространстве, Устройство управления положением электросварочной горелки содержит датчик

1 величины сварочного тока, подключенный к шунту 2 в цепи сварочного тока, выход датчика 1 подключен к входу полосового фильтра 3, выход которого подключен к сигнальному входу синхронного. детектора

4, управляющий вход синхронного детектора 4 подключен к выходу датчика,5 знака отклонения дуги, вход которого подключен к выходу колебателя 6 горелки, выход синхронного детектора 4 подключен к входу усилителя 7, выход которого подключен к входу фильтра 8 низкой частоты, выход которого соединен с вторым входом делителя 9 сигналов и с входом 10 перемещения электросварочной горелки поперек стыка, первый вход первого делителя 9 сигналов подключен к выходу перемножителя 11 сигналов, к первому входу которого подключен выход задатчика 12 скорости перемещения электросварочной горелки (скорости сварки), к второму входу которого подключен выход косинусного преобразователя 13 сигналов, выход делителя 9 сигналов подключен к входу арксинусного преобразователя 14 сигналов, выход которого подключен к входу привода 15 разворота электросварочной горелки и к входу косинусного преобразователя 16 сигналов, выход которого подключен к первому входу перемножителя 17 сигналов, к второму входу перемножителя сигналов подключен выход задатчика 12 скорости перемещения электросварочной горелки (скорости сварки), который также подключен к первому входу делителя 18 сигналов, вход датчика 19 величины напряжения сварки подключен к источнику 20 сварочного напряжения, а выход подключен к первому входу делителя 21 сигналов, второй вход которого подключен к выходу датчика 1 величины сварочного тока, выход делителя 21 сигналов подключен к входу фильтра 22 высокой частоты, выход которого подключен к первому входу устройства 23 сравнения, второй вход которого подключен к формирователю 24 опорного сигнала, выход устройства 23 сравнения подключен к входу привода 25 перемещения электросварочной горелки вдоль собственной оси и к второму входу делителя 18 сигналов, выход которого подключен к входу арксинусного преобразователя 26 сигналов, выход которого подключен к входу привода 27 наклона оси электросварочной горелки к нормали к линии шва и к входу косинусного преобразователя 13 сигналов, выход которого подключен к третьему входу перемножителя 17 сигналов и к второму входу перемножителя 11 сигналов, выход перемножителя

17 сигналов подключен к входу привода 28 перемещения электросварочой горелки вдоль стыка.

Устройство работает следующим образом.

Колебатель 6 электросварочной горелки работает непрерывно в процессе сварки и обеспечивает необходимые амплитуду и частоту колебаний. Полная величина сварочного тока; проходящего через шунт 2, пре - i образуется датчиком 1 величины сварочного тока в сигнал, поступающий на вход полосового фильтра 3, который выделяет гармоническую составляющую сварочного тока на частоте колебаний электрода (дуги). После полосового фильтра 3 сигнал поступает на сигнальный вход синхронного детектора 4, которым он детектируется, усиливается усилителем 7 и фильтруется фильтром 8 низкой частоты. Затем сигнал поступает на один иэ входов делителя 9 сигналов, в котором происходит его деление на сигнал, поступающий с г<еремножителя 11 сигналов на другой вход делителя 9 сигналов, С делителя 9 сигналов сигнал поступает в арксинусный преобразователь 14 сигналов, который преобразовывает его в сигнал той величины, которая соответствует величине угла разворота электросварочной горелки от исходного положения, согласованного с осью У, Этот сигнал поступает на привод 15 разворота электросварочной горелки и на вход косинусного преобразователя 16 сигналов, на выходе которого образуется величина сигнала, соответствующая косинусу угла разворота электросварочной горелки от исходного положения, согласованного с осью

Y (угол c),и поступает на один из входов перемножителя 17 сигналов, Одновременно сигнал, поступающий с датчика 19 величины сварочного напряжения, делится на сигнал, поступающий с датчика 1 величины сварочного тока, в делителе

21 сигналов, Результатом деления является величина сигнала, соответствующая величине сопротивления сварочной дуги. Этот сигнал проходит через фильтр 22 высокой частоты, 1б97999

Таким образом, угол наклона между осью электросварочной горелки и нормалью к линии шва (Pj относительно плоскости, определяемой координатными осями

Х и,У, будет зависеть от арксинуса отношения величины сигнала, поступающего на вход привода 15 перемещения горелки вдоль ее оси к величине сигнала, поступаюЭ

55 имеющий частоту среза, меньшую частоты колебаний электрода (дуги), сравнивается в устройстве 23 сравнения сигналов с сигналом, поступающим с формирователя 24 опорного сигнала,и результат сравнения 5 сигналов, величина которого пропорциональна.отклонению электросварочной горелки по оси Z относительно сварочного шва, а знак соответствует направлению отклонения, поступает как на привод25пе- 10 ремещения электросварочной горелки вдоль собственной оси, так и в делитель 18 сигналов, в котором осуществляется деление этого сигнала на сигнал, поступающий с задатчика 12 скорости перемещения алек- 15 тросварочной горелки (скорости сварки).

Результат этого деления соответствует синусу угла наклона оси электросварочной горелки к нормали к линии шва и поступает s арксинусный преобразователь 26 сигналов, 20 который преобразовывает его в сигнал той величины, которая соответствует величине угла наклона оси электросварочной горелки к нормали к линии шва (угол P). Этот сигнал поступает одновременно на привод 27 на- 25 клона оси электросварочной горелки к нормали к линии шва и косинусный преобразователь 13 сигналов, на выходе которого образуется величина сигнала, соответствующая косинусу угла наклона оси 30 электросварочной горелки к нормали к линии шва. Этот сигнал поступает на один из входов перемножителя 11 сигналов, где перемножается с сигналом задатчика 12 скорости перемещения электросварочной 35 горелки (скорости сварки) и на один из входов перемножителя 17 сигналов, где перемножаются сигналы с косинусных преобразователей 16 и 13 с сигналом задатчика 12 скорости перемещения электросва- 40 рочной горелки (скорости сварки), На выходе перемножителя 11 сигналов образуется такая величина сигнала, которая соответствует величине проекции вектора скорости сварки на плоскость, определяе- 45 мую осями Х и Y. Одновременно на выходе перемножителя 17 сигналов образуется сигнал, величина которого соответствует величине составляющей скорости перемещения электросварочной горелки по оси У. 50 щего с задатчика 12 скорости перемещения горелки:

Чсв

/5 = arcsin

Чсв

Угол разворота электросварочной горелки относительно координатных о ==A Х и

Y будет зависеть от арксинуса отношения величины сигнала, поступающего на вход 10 привода перемещения горелки поперек стыка,к произведению величины сигнала, поступающего с задатчика 12 скорости перемещения эгектросварочной горелки (скорости сварки) и косинуса угла наклона оси электросварочной горелки к нормали к линии шва

Чсв Чсв х х а = arcsin—

Чсв cos св

Составляющая скорости сварки по оси

Y бчдет

VÄ =VÄ cosa = Ч...cosa созр, где Р— угол наклона между осью электросварочной горелки к нормали к линии шва в случае, если линия шва лежит в плоскости, определяемой осями Х и Y, P = 0; а — угол, соответствующий повороту электросварочной горелки от исходного положения, согласованного с осью Y в случае о, совпадения линии стыка с осью Y, a = 0;

Чсв — скорость поперечного перемещения электросварочной горелки при сварке прямолинейного плоского стыка в случае его отклонения от заданной программной траектории движения электросварочной горелки, Эта скорость является также составляющей скорости перемещения электросварочной горелки по оси Х;

V, — составляющая скорости перемещения электросварочной горелки по оси У;

" Vc — скорость перемещения электросварочной горелки вдоль собственной оси при отклонении линии стыка от плоскости, определяемой осями Х и У. Эта скорость является также составляющей скорости перемещения электросварочной горелки по оси Z;

Vcâ — скорость перемещения электросварочной горелки вдоль стыка (скорость сварки);

Чсв — проекция вектора скорости перемещения электросварочной горелки в пространстве на плоскость, определяемую осями Х и Y.

Устройство управления положением электросварочной горелки позволяет расширить функциональные возможности путем слежения за стыком, имеющим пространственные отклонения относительно заданной траектории движения электросварочной горелки, автоматизировать

1697999

8 процесс электродуговой сварки угловых и разделанных криволинейных пространственных швов.

Формула изобретения

Устройство управления положением электросварочной горелки, содержащее последовательно соединенные датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, синхронный детектор, усилитель, фильтр низкой частоты и привод перемещения электросварочной горелки поперек стыка, причем датчик величины сварочного тока подключен входами к сварочному шунту, включенному в сварочную цепь источника сварочного напряжения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены последовательно соединенные первый делитель, первый арксинусный преобразователь и привод разворота электросварочной горелки, последовательно соединенные датчик величины напряжения сварки, второй делитель, фильтр высокой частоты, устройство сравнения и привод перемещения электросварочной горелки вдоль собственной оси, последовательно соединенные задатчик скорости перемещений электросварочной горелки, третий делитель, второй арксинусный преобразователь и первый косинусный преобразователь, последовательно соединенные второй косинусный преобразователь, первый перемножитель и привод перемещения электросварочной горелки вдоль стыка, а также формирователь опорного напряжения, второй перемножитель, привод накло5 на оси электросварочной горелки к нормали к линии шва и последовательно соединенные колебатель горелки и датчик знака отклонения дуги, соединенный выходом с вторым входом синхронного детектора, при этом

10 второй перемножитель первым входом соединен с входом третьего делителя и вторым входом первого перемножителя, вторым входом — с выходом первого косинусного преобразователя и третьим входом первого

15 перемножителя, а выходом — с первым входом первого делителя, второй вход которого связан с выходом фильтра низких частот, формирователь опорного сигнала подключен к второму входу устройства сравнения, 20 выход которого соединен с вторым входом третьего делителя, кроме того, выход первого арксинусного преобразователя связан с входом второго косинусного преобразователя, а выход второго арксинусного преоб25 разователя — с приводом наклона оси электросварочной горелки к нормали к линии шва, датчик величины напряжения сварки соединен с источником сварочного напряжения, а выход датчика величины сва30 рочного тока — с вторым входом второго делителя.