Система автоматического копирования линии сварного соединения

Система автоматического копирования линии сварного соединения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (бт ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 28.04.81 (2! )3280044/25 27

1 с присоединением заявки № (5l)M. Кй.

В 23 К 9/00

Гееудзрстееииый кеиитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 07.02.83. Бюллетень № 5 ве делен изееретеиий к втерытнй (53) УДт(624.. .791.75 (088.8) Дата опубликования описания 07.02.83

»»»»

Г. А. Спыну, Г. И. Сергацкий, К). М. Коротун, Ь. T. - Àíõîéâéêî,.

Й. В. Коваленко и С. Н. Родичев (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени..инстит»ут электросварки им. Е. О. Патона (7I ) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОПИРЗВАНИЯ

ЛИНИИ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и может быть использовано в сварочном оборудовании для автоматического ведения рабочего органа вдоль линии сварного соеди-. нения, например,при дуговой или электрон- но-лучевой сварке.

Известна система автоматического копирования линии сварного соединения, основанная на использовании дуги в ка!

О честве датчика взаимного положения электрода и линии соединения, содержащая сварочную горелку с приводами переметце.— ния в горизонтальной и вертикальной плоскостях, последовательно соединенные блок измерения параметров дуги и преобразователь параметров дуги в сигналы отклонения положения электрода от заданного в горизонтальной плоскости поперек направления сварки и по вертикали, причем. выходы преобразователя соединены с приводами перемещения сварочной - горелки соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях (1).

Принцип работы данной системы автоматического копирования основан на определении взаимного положения электрода и линии соединения непосредственно в точ- ке сварки по результатам измерения параметров дуги (напряжения на дуге, сварочного тока, частоты короткихж замыканий дугового, промежутка) QQ

Недостатками системы с использованием дуги в качестве датчика являются возможность срыва слежения при сварке прерывистых швов или обрыве дуги, невозможность поиска начальной точки сварки, трудность выделения сигнала коррекции для ряда профилей разделки, невозможность управления ориентацией сварочной головки при сварке швов сложной конфигурации. В целом такие системы имеют ограниченные функциональные и технологические возможности.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является система автоматического копирования линии сварно3 99417 го соединения, содержащая сварочную горелку с приводом ее перемещения, по,воротный рычаг с копирующим элементом, шарнирно связанный со сварочной горелкой,. датчик угла поворота рычага, вычис- > лительное устройство, к первому входу которого подключен датчик поворота рычага, а выход — к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с датчиком угла поворота рычага, блок lO определения скорости перемещения сварочной горелки вдоль линии стыка, вход которого подключен к приводу перемещения сварочной горелки, а выход связан с вто, рым входом вычислительного блока, вто- з рой сумматор, выход которого связан с входом блока запаздывания, первый вход с выходом первого сумматора, а второй ° с выходом блока запаздывания соединен. с входом привода перемещения сварочной ®О горелки и вторым входом второго сумматора.

Данная система автоматического копирования позволяет с помощью вынесенного вперед от места сварки копирующего д элемента автоматически отслеживать линию сварного соединения, расположенную на плоскости.

Недостатком такой системы является невысокая точность копирования, что обусловлено удалением измерительного органа (копирующего элемента) or свароч- . ной горелки. Погрешности копирования возникают при этом из-еа возможных потерь информации о положении копируемой линии в процессе преобразования и

35 отработки, а также из-эа тепловых деформаций свариваемой детали. Влияние последнего источника погрешности копирования увеличивается с удалением копирующего элемента от сварочной головки.

Белью изобретения является повышение . качества сварки за счет увеличения точности копирования линии сварного соеди» нения, фЯ

Бель достигается тем, что система автома тического копирования линии сварного соединения, содержащая сварочную горелку с приводами ее перемещения вдоль и поперек линии сварного соедине50 ния, поворотный рычаг с копирующим эле- ° ментом, шарнирно связанный со сварочной горелкой, датчики угла поворота рычага в горизонтальной и вертикальной плоскостях, два вычислительных устройства, к первым: входам которых подключен блок задания ско рости перемещения сварочной горелки вдоль линии сварного соединения, а к вторым— выходы датчиков угла поворота рычага, 4 ф дополнительно содержит привод вертикального перемещения сварочной горелки, интерполятор, блок измерения параметров дуги, преобразователь параметров дуги в сигналы отклонения электрода от заданного положении, два умножителя и три сумматора, при этом первый и второй входы интерполятора соединены с выходами вычислительных устройств соответственно, первые входы сумматоров соединены с выходами интерполятора, первые входы умножителей подключены к первому выходу преобразователя, вторые входы — к первому и второму выходам интерполятора, выходы первого и второго умножителей соединены с вторыми входами соответ стк енно второго и первого сумматоров, выходы последних подключены к приводам перемещения сварочной горелки вдоль и поперек лийии сварного соединения, второй вход третьего сумматора соединены с вторым выходом преобразователя, а выход третьего сумматора связан с приводом вертикального, перемещения сварочной горелки.

На фиг. 1 представлен пример компановки измерительных органов на манипуляторе сварочной горелки; на фиг. 2структурная схема системы автоматического копирования; на фиг. 3 — блок-схема вычислительного устройства.

Сварочная горелка 1 с электродом 2 установлена нвц пинией сварного соединения 3. Копирующий элемент 4 укреплен на човоротном рычаге,5 на расстоянии от сварочной горелки 1. Перемещение рычага 5 относительно горелки 1 вокруг оси горелки 1 производится приводом

6 и измеряется датчиком 7 угла поворота ot., а в плоскости оси вращения горелки приводом 8 и датчиком 0 угла поворота Ч . Сварочная горелка l снабже на координатными приводами 10, l l u 12 по осям Х, У, Z, при этом ось Х соответствует направлению перемещения сварочной горелки вдоль линии сварного соединения, ось Y — поперек линии сварного соединения и ось Z соответствует приводу вертикаш ного перемещения горел ки, причем ось Z совпадает с осью вращения горелки. Положение сварочной горелки по указанньгм осям измеряется датчиками 13, 14 и 15 соответственно.

Параметры дуги измеряются блоком 16 измерения, выход которого соединен с входом преобразователя 17, с первого выхода которого снимается сигнал Я, о смещении електрода 2 относительно линии сварного соединения 3 и плоскости, Х= L со5 ф gjp Q (= L sin )-s п 8

7=4 с05 8

- 5 99417 перпендикулярной оси Z,,а с второго выхода — сигнал о смешении электрода

- E.z

Выходы датчиков 7 и 9 (значения углов поворота а и Ч) подключены к выходам первого и второго вычислительных устройств 18 и 19 соответственно, вторые входы которых. соединены с блоком

20 задания скорости сварки V .. Выходы вычислительных устройств 18 и 19 ig соединены соответственно с первым и вторыми входом интерполятора 21, три выхода которого соответственно через сумматоры 22, 23 и 24 подключены к входам приводов 10, 11 и 12 перемещения д сварочной горелки 1 по координатам )(Ч, Z . Кроме того, первый и второй выходы интерполятора 21 соединены с входами первого и второго умножителей

25 и 26, вторые входы которых соедине-щ ны с первым выходом преобразователя . l7, выделяющего сигнал Е ХЧ отклонения горелки 1 ог линии сварного соединения в плоскости перпендикулярной оси. Выходы умножителей 25 и 26 подключены 25 к вторым входам сумматоров 23и 22 соогветственно, второй вхо@ сумматора 24 сое-. динен со вторым выходом преобразовате- ля 17, на котором формируется сигнал

Я-2 смещения электрода 2 по оси 2 .. 3e

Ин герполятор 21 содержит два синуснокосинусных преобразователя 27 и 28, выходы которых соединены с входами третьего-шестого умножителей 29, 30, 31 и 32, и регулятор 33 расстояния между сварочной горелкой и копирующим элементом.

Вычислительные устройства 18 и 19 идентичны по всей структуре. На фиг.

3 представлена блок-схема вычислитель- о ного устройства 18, Оно содержит первый и второй сумматор 34 и 35, блок

36 запаздывания и вычислительный блок 37, Система автоматического копирования работает следующим образом.

По сигналам копирующего элемента

4 автономная системе слежения (не показана) по каждой степени свободы копирующего элемента 4 поддерживает с помощью приводов 6 и 8 заданное положение копи50 рующего элементе 4 относительно линии сварного соединения 3. Углы поворота рычага 5 измеряются датчиками 7 и 9, и их значения поступают на входы вычислительных устройств 18 и 19, которые по текущим значениям углов с(. и 9 и заданной величине скорости сверки Ч определяют направление линии сварного

4 6 соединения в точке копирования относи тельно прямой, цроходяшей через точку копирования и точку сварки (углы я и

0 ). По истечении времени запаздывания между точкой копировании и точкой сварки вычислительные устройства

18 и 19 с учетом запаздывания выдают результаты вычислений на входы интерполяторе 21. Интерполягор 21 осуществляет преобразование сигналов направиения пинии стыка (углы g и 9 ) из сферической системы координат (с полюсом s точке пересечения осей nosopora рычага

5 J в прямоугольную систему координат приводов 10, 11 и 12 перемещения сва-, рочной горелки 1. Преобразование системы координат производится согласно соотношениям путем умножения в умножигелях 29—

32 сигнале, пропорционального расстоянию L, ìåæäó осями копирующего элемента 4- и сварочной горелки 1, на тригонометрические функции углов г и 9 получаемые на выходах синусно-косинусных преобразователей 27 и 28. Сигналы на выходах интерполягора 21 нредставляюг собой проекции текущего направления вектора скорости на оси координатных приводов и через сумматоры 22, 23 и 24 поступают на приводы 10, 11.и 12 перемещения сварочной горелки в пространствее.

Однако удаление друг от друга точки копирования и точки сварки приводит к появлению погрешности копирования, источники которой указаны выше. С цепью ее устранения в точке сварки измеряют параметры дуги блоком 16 измерения и преобразуют результаты измерений в сигналы отклонения электрода 2 or требуемого положения. Эту функцию выполняет преобразователь 17. Преобразователь 17 по параметрам дуги выдает сигнал о величине и направлении смешения электрода поперек направления сварки в плоскости, перпендикулярной оси Z u плоскости, перпендикулярной оси Ч, что обусловливает необходимость разложения сигналов коррекции положения электрода не составляющие по осям системы координат .приводов коррекции положения сварочной горелки. Сигнал Е Z вертикального отклонения электрода 2 непосредс твенно складывается с сигналом скорости элементом, шарнирно связанный со свароч, ной горелкой, датчики угла поворота ры7 9941 перемещения сварочной горелки по ко ординате 3 сумматора 24. Сигнал Я смещения электрода 2 в плоскости, перпендикулярной оси 2, необходимо разложить по осям координат Х и Y в зависимости от направления проекции вектора скорости сварки 9С на эту плоскость относительно указанных осей координат. Разложение сигнала Ех./ осуществляется его умножением в умножи- 10 гелях 25 и 26 на сигналы, пропорциональные проекциям вектора скорости сварки на оси координат Х и Y и снимаемые с первого и второго выходов интерполягора 21. Перекрестное суммирование сигналов коррекции положения электрода учитывает то обстоятельство, что направление измерения смещения электрода (и, соответственно, направление самого смещения F gy ) перпендикулярно направ- лению движения сварочной горелки (направлению скорости сварки) ..

Таким образом, в результате разложения сигналов системы копировании с использованием дуги в качестве датчика на оси координат приводов с учетом ком« поповки относительно этих осей измери тельной части системы, а также в резульrare последующего алгебраического суммирования сигналов коррекции обеих систем обеспечивается автоматическое копирование линии сварного соединения с высокой точностью.

Такую систему целесообразно приме- нять при сварке конструкций различного назначения при требовании повышенной

35 точности копирования линии сварного соединения.

Техническая эффективность изобретения по сравнению с прототипом заключается ео в повышении точности совмещения электрода с линией свариваемого соединения, в том числе при наличии значительных сварочных "деформаций. .Формула изобретения

",45

Система автоматического копирования линии сварного соединения, содержащая

74 8 сварочную горелку с приводами ее перемещения вдоль и поперек линии соединения, поворотный рычаг с копирующим чага в горизонтальной и вертикальной плоскостях, два вычислительных ycrpoNcrва, к первым входам которых подключен блок задания скорости перемещения сварочной горелки вдоль линии сварного соединения, а к вторым - выходы датчиков угла поворота рычага, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества сварки за счет увеличения точности копирования линии сварного соединения, она дополнительно содержит привод вертикального перемещения сварочной горелки, интерполягор, блок измере ния параметров дуги, преобразователь параметров дуги в сигналы отклонения электрода ог заданного положения, два умножителя и три сумматора, при этом первый и второй входы интерполягора соединены с выходами вычислительных устройств соответственно, первые входы сумматоров соединены с выходами ингерполятора, первые входы умножителей подключены к первому выходу преобразователя, вторые входы «к первому и второму выходам интерполягора, выходы первого н второго умножителей соединены с вторыми входами соответственно второго и первого сумматоров, выходы последних подключены к приводам перемещения сварочной о горелки вдоль и поперек линии сварного соединения, второй вход третьего сумматора соединен с вторым выходом преобразователя, а выход третьего сумматора связан с приводом вертикального перемещения сварочной горелки.

Источники информации, I принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ № 2645788, кл. В 23 К 9/12, 13.04.78.

2. Авторское свидетельство по заявке ¹ 2975531/25-27, кл. В 23 К 9/10, 20.02.81 (прототип) .