Устройство для адаптивного управления движением сварочной головки по стыку

(594 В 23 К ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОтнРытии АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2 Бюл. В 19динов и М.А.Шепел75(088.8)ША Ф 4215299,10, 980. втоколе- носиЖесткое е, свароч аться от ть симметричные вки с датчиком о дней линии стыка датчика на рыча и позволяет отка осуществл бания гол тельно ср размещени ной голов(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СВАРОЧНОЙ ГОЛОВКИПО СТЫКУ(57) Изобретение относится к системам автоматического направления сварочной головки по стыку. Устройствосодержит систему контурного управления, блок синхронизапии, датчикстыка, формирователь импульсов,первый триггер, привод вращения сдатчиком, блок вычисления координат. использ низма к устройс позволя Я ния,динат астот а р ус прощойст зеп ф лы 8 и стыка.(21) (22) (46) (72) (53) (56) кл. 3896704 20.05.8 23.05.8 В.А.Анк 621,791 Патент23 К 9 веденные в устройство второй тригер, элемент задержки, коммутатордва источника питания позволяют ования дополнительного меха" олебания датчика. Введение в тво блока регистров положения ет уменьшить частоту сканирори сохранении точности слекевведение блока регистров коор ает возможность регулировать и амплитуду колебаний датает программирование рабо ва и обеспечивает поиск1311885 Изобретение относится к автоматизации сварочных. процессов, а именно к системам автоматического направ ления сварочной головки по стыку, и может быть использовано в адаптивных сварочных работах.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности работы устрой" ства.Цель достигается за счет обеспечения поиска стыка и начального движения по стыку беэ программирования, а также обеспечения регулирования скорости и амплитуды сканирования сты ка датчиком.На фиг.1 изображено устройство, общий вид, на фиг,2 - сварочная голо ка с датчиком, вид сбоку, на фиг.3 сварочная головка с датчиком стыка, вид сверху, на фиг.4 - структурная схема системы управления, на фиг.5 стурктурная схема блока регистров координат, на фиг.б - структурная схема блока регистров положения", на фиг.7 - структурная схема системы контурного управления:, на фиг.8 структурная схема блока синхронизации. положительного напряжения и источника 21 отрицательного напряжения,блок 22 регистров положения, подключенный входом к выходу системы 13контурного управления, а выходом -к входу блока 15 вычисления координат, с выходом которого соединенвход блока 23 регистров координат,выходы последнего связаны с входами 1 О системы 13 контурного управления ис вторым входом блока 14 синхронизации,а вхоцы управления - с выходамн блока 14 синхронизации и элемента 18 задержки, выход коммутатора 19подключен к входу привода 4 вращения, выход которого подключен к датчику 16 вращения, связанного выходом в- с информационным входом блока 22регистров положения, управляющие входы которого связаны с выходами первого триггера 12, второго триггера 17 и формирователя 11 импульсов.Блок 22 регистров положения содержит регистр Х 24, регистр Х 25,25подключенные информационными входами 55 Устройство включает в себя стол 1 передвигающийся относительно горизонтальной оси Х по направляющим 2 посредством привода 3, привод 4 вращения, перемещающийся по направляющим 5 вдоль оси У посредством привода б, которые перемещаются вертикально по оси Е посредством привода 7, сварочную головку 8 связанную с приводом 4 вращения, который поворачивает ее относительно оси электрода. Сварочная головка 8 имеет рычаг 9, на конце которого жестко закреплен датчик 10 стыка, вращающийся вместе со сварочной головкой 8 относительно оси электрода, Устройство также содержит формирователь 1 1 импульсов, связанный входом с выходом датчика 10 стыка, а выходом - с входом триггера 12, систему 13 контурного управления, к выходу которой подключен блок 14 синхронизации, блок 15 вычисления координат, датчик 16 вращения, установленный на приводе 4 вращения, послед вательно соединенные второй триггер 17, элемент 18 задержки и коммутатор 19, сигнальные входы которого связаны с выходами источника 20 к выходу датчика обратной связи перемещения по осн Х (Лх) системы 13контурного управления, регистр У 26,регистр У 2, аналогично подключенные к выходу датчика обратной связипо оси У (Д), регистр ( 28, регистр ( 29, подключенные к выходу датчика 16 вращения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 30, инвертор 31, элементИ 32, элемент И 33. Входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 30 подключенык выходам триггера 12 и триггера 17,а его выход соединен с входом инвертора 31 и с первыми входами элемента И 32 и элемента И 33, вторые входы которых связаны с выходом формирователя 11 импульсов. Выходы элемента И 32 связаны с входами управлениязаписью регистра Х 24, регистра У 26и регистра ц 28. Выходы элемента И 33 аналогично связаны с входами управления записью регистра Х 25, регистра У 27, регистра Ц 29. Информационные выходы регистров соединены с входом блока 15 вычисления координат. Блок 23 регистров координат содержит регистры 34-38 канала Х, регистры 39-43 канала У, регистры 44-48 канала В, мультиплексоры 49 и 50 регистров Х, мультиплексоры 51 и 52 регистров У, мультиплексор 53 регистров В, блок 54 вычитания, блок 55 вычитания,1318 последовательно соединенные удвоитель 56 частоты и счетчик 57, последовательно соединенные счетчик 58 иэлемент 59 вычитания единицы. Входудвоителя 56 частоты соединен с5выходом элемента 18 задержки, входсчетчика 58 связан с выходом блока 4 синхронизации, информационные входы регистров 34-48 соединены с выходом блока 15 вычисления координат. Выходы блока 54 вычитания,блока 55 вычитания, мультиплексоров 48,51,53 связаны с входами блока 14 синхронизации и системы 13 контурного управления. Входы блока 54 15вычитания подключены к выходу мультиплексора 49 и к выходу мультиплексора 50, входы которых соединены синформационными выходами регистров34-38. Входы блока 55 вычитания подключены к выходу мультиплексора 51и. к выходу мультиплексора 52, входыкоторых связаны с выходами регистров 39-43. Входы мультиплексора 53связаны с выходами регистров 44-48,Входы управления записью регистров34-48 соединены с выходом счетчика 57. Входы управления мультиплексорами 49,51,53 связаны с выходомсчетчика 58, а входы управления 30мультиплексорами 50,52 в с выходомэлемента 59 вычитания единицы,Система 13 контурного упрайления состоит из интерполяторов 60 и 61, подключенных к блоку 62 управления следящими проводами 63, датчиков 64 и 65 обратной связи, выходы которых подключены ко входу блока 14 синхронизации, формирователя 66 ско рости, выход которого подключен к управляющим вждам интерполяторов 60 и 61, Информационные входы интерполяторов 60 и 61 и формирователя 66 скорости связаны с выходами блока 23 регистров координат. Формирователь 66 скорости содержит последовательно соединенные сумматор 67, блок 68 умножения, сумматор 69 и блок 70 управления интерполяторами, 50 Блок 14 синхронизации состоит из компаратора Х 71, компаратора У 72, выходы которых подключены к входам элемента И 73, выходом связанного через одновибратор 74 с входом управ ления считыванием блока 23 регистров координат, Входы компараторов соединены с выходами системы 13 кон 85 4турного управления и блока 23 регистров координат.Формирователь 11 импульсов выполнен в виде последовательно соединенных блока дифференцирования и одновибратора. Триггеры 12 и 17 счетные. Блок 15 вычисления координат выполнен с использованием микропроцессора. Счетчик 5 - кольцевой, счетчик 58 - двоичный. Устройство работает следующим образом.Перед включением устройства записывают координаты начальной точки сварки Хо, Уо и номинальную ширину В разделки стыка свариваемого иэделия в регистры 34, 39, 44. Заданную ширину В устанавливают также в задат,чике и подают на сумматор 67 формирователя 66 скорости системы 13 контурного управления. В задатчике контурной скорости (скорости сварки) устанавливают требуемое значение номинальной скорости сварки Ч и ввоВо дят его в сумматор 69 формирователя 66 скорости. Далее располагают сварочную головку 8 с датчиком 10 стыка в направлении стыка в исходной точке с нулевыми координатами после чего включают устройство. С триггера 17 на коммутатор 19 поступает через элемент 18 задержки сигнал, вызывающий подключение источника 20 положительного напряжения к приводу 4 вращения, что приводит к вращению датчика 1 О стыка вместе с рычагом 9 и сварочной головкой 8 относительно оси электрода в одном направлении. Счетчики 57 и 58 и остальные регистры при включении содержат нулевую информацию, мультиплексоры 49, 51, 53 подключают выходы регистров 34, 39, 44 соответственно к блокам 54 и 55 вычитания и к второму входу сумматора 67. Мультиплексоры 50 и 52 подключают к вторым входам блоков 54 и 55 вычитания регистры 38, 43, в которых записана нулевая информация. С выходов блоков 54, 55 информация поступает в систему 13 контурного управления, Сварочная головка 8 начинает движение к начальной точке сварки с координатами Х У (по прямой) со скоростью сварки Ч,. При приближении головки 8 к начальной точке Х , У датчик 10офстыка пересекает кромки стыка в точках Р, Х, У Р (левую и пра5 131 вую кромки). Формирователь 11 импульсов формирует при пересечении кромок короткие прямоугольные импульсы, по переднему фронту которых изменяетсвое состояние триггер 12. После пересечения обоих кромок датчиком 10 стыка триггер 17, который выполняет функцию делителя частоты на два, из-. меняет свое состояние, вызывая через время задержки, установленное в элемент 18 задержки, подключение посредством коммутатора 19 к приводу 4 вращения источника 21 отрицательного напряжения, что приводит к реверсу вращения датчика 10 стыка. После пересечения датчиком стыка правой и затем левой кромок направление вращения изменяется снова на противоположное, таким образом, датчик .совершает колебательные движения относительно стыка с амплитудой, определяемой временем задержки элемента 18 В моменты пересечения кромок датчиком 10 в блоке 22 регистров положения фиксируются текущие координаты головки Х,У и угол поворота головки с датчиком соответственно для левой и правой кромок стыка.Данные, соответствующие левой кромке, записываются в регистры 24, 26,28, а правой кромке - в регистры 25, 26, 29, что обеспечивается схемой записи, содержащей элемент ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ 30, инвертор 31 и элементы И 32 и 33, За время задержки элемента 18 в блоке 15 вычисления координат производится вычисление координат средней линии стыка по следующим формуламх,+ х х х=х +Гсов(О 2 1 г, т 1 )У Уг + д здпЧ 1 )2х х + 1 совУ= Уг +здпЧ где 2. - длина рычага 9,В - ширина разделки. Индексы обозначают:1. - координаты, соответствующие левой кромке,2 в координаты, соответствующиеправой кромке, 1885 Вычисленные координаты стыка в моменты реверса датчика 10 стыка записываются в блок 23 регистров координат в регистры 35, 40, 45, далее в регистры 36, 41, 46, в регистры 37, 42, 47 н т,д, После записи координат стыка в последние регистры 38, 43, 48 информация записывается в первые регистры 34, 39, 44 и снова в ре-. гистры 35, 40, 45, после чего цикл записи повторяется. Управление записью осуществляется посредством кольцевого счетчика 57 связанного через удвоитель 56 частоты с выходом элемента 18 задержки. Считывание информациииз блока 23 регистров координат осуществляется по мере отработки заданных перемещений Д Х, 1 д У по выходному сигналу блока 14 синхронизации через блоки 54 и 55 вычитания, и в абсолютной форме - с выходов мультиплексоров 49, 51, 53. При выходе сварочной головки в начальную точку сварки с координатами Х , У" блок 14 синхронизации изменяет состояние счетчика 58 на единицу, что вызывает подключение выходов регистров 34 и 35 посредством мультиплексоров 49 и 50 к входам блока 54 вычитания, при этом информация регистра 35 определяет новую координату Х, аналогично к входам блока 55 вычитания подключаются выходы регистров 39 и 40, а информация регистра 40 определяет новую точку У, Информация о ширине разделки через мультиплексор 53 поступает в систему 13 контурного управления в абсолютной форме. После отработки следящими приводами системы 13 контурного управления информации, записанной в ре- гистрах 35, 40, 45 производится отработка информации из последующих регистров 36, 41, 46 из 37, 42, 47, из 38, 43, 48 и затем из 34, 39, 44 и снова из 35, 40, 45, повторяя цикл считывания. К моменту выходаголовки в точку с координатами ХО,У, информация о линии стыка заполняет только часть регистров (общее количество регистров выбирается с некоторым запасом с целью компенсации возможных отклонений скоростей записи и считывания интервал времени между записью и считыванием может 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 д - текущие координаты,г - головка, 1311885изменяться в некоторых пределах, например 20-307),После выхода головки в точку свар"ки Х , У по сигналу блока синхронизации включается ток сварки и начинается отработка следящими приводамизаписанных точек, в процессе которойпроизводится запись новой информации,По мере движения сварочной головки текущая ширина разделки сравнивается с 10заданной в сумматоре 67, выходнойсигнал которого через блок 68 умно"жения на коэффициент поступает навход сумматора 69, корректируя задание скорости, поступающее в блок 70 15управления интерполяторами, Такимобразом, в,процессе сварки формирователь 66 скорости осуществляет изменение контурной скорости с учетомширины разделки стыка, т,е, в процессе сварки осуществляется адаптация движения головки к ширине и направлению разделки стыка.Введение в устройство второготриггера, элемента задержки, коммутатора и двух источников питанияпозволяет осуществлять симметричные автоколебания головки датчикомотносительно средней линии стыка,при этом амплитуда колебания регулируется элементом задержки, что повышает надежность работы устройства.Жесткое размещение датчика нарычаге сварочной головки позволяетотказаться от необходимости использо вания дополнительного механизма колебания датчика относительно тангенциального направления, отпадает необходимость в использовании системыразворота головки в тангенциальном 40направлении,Введение в устройство блока регистров положения позволяет уменьшить частоту. сканирования при сохранении 45 точности слежения, так как при пересечении кромок стыка фиксируются действительные координаты сварочной головки, а введение блока регистров коордйнат, состоящего из отдельных регистров, дает возможность неодновременной записи и считывания, а также регулирования частоты и амплитуды колебаний датчика, упрощает программирование начала работы устройства, что расширяет его функциональные возможности.,Устройство позволяет осуществить автоматический поиск стыка и регулирование амплитуды и,частоты колебаний датчика,а также повысить надежность, работы за счет уменьшения амплитуды колебаний и упрощения устройства. Формула изобретения1. Устройство для адаптивного управления двчжением сварочной голов- ки по стыку, содержащее систему контурного управления, выход которой подключен к первому входу блока синхронизации, последовательно сое" диненные датчик стыка, формирователь импульсов и первый триггер, привод вращения с датчиком вращения, блок вычисления координат, о т л,и ч а ющ е е с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности работы, в него дополнительно введены второй триггер, элемент задержки, коммутатор, два источника питания, блок регистров положения, блок регистров координат,при этом входы блока регистров положения связаны с выходами формирователя импульсов, выходами первого и второго триггеров, выходом датчика вращения и выходом системы контурного управления, выход блока регистров положения через блок вычисления координат связан с первым входом блока регистров координат, выход которого связан с вторым входом блока синхронизации и входом системы контурного управления, выход первого триггера через последовательно соединенные второй триггер и эле; мент задержки связан с первым входом коммутатора и вторым входом блока регистров координат, второй вход блока регистров координат связан с выходом блока синхронизации, второй и третий входы коммутатора связаны с выходами источников питания, а выход - с. входом привода вращения.2. Устройство по п.1, о т л и ч а - ю щ е е с я тем,что блок регистров положения содержит две группы регистров рекущего положения по координатам Х,У, ( , два элемента И, инвертор, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом входы элемента ИСКЛЮЧАКП 1 ЕЕ ИЛИ связаны с выходами первого н второго триггеров, выход последнего свя-, зан с первым входом первого элемента И,и через инвертор - с первым входом второго элемента И, вторые входы9 13118 элементов И связаны с выходом формирователя импульсов, выходы перво-. го и второго элементов И связаны соответственно с первыми входами регистров текущего положения по коорди натам Х, У,первой и второй групп, вторые входы регистров текущего положения по координатам Х, У связаны с выходом системы контурного управления, второй вход регистра текущего по О ложения по координате ( связан с выходом датчика вращения, выходы регистров текущего положения Х, У, у связаны с входом блока вычисления коС ординат. 15 3, Устройство по п.1,о т л и ч а ющ е е с я тем, что, блок регистров координат содержит регистры координат Х, регистры координат У, регист ры ширины разделки стыка, два мультиплексора регистров Х, два мультиплексора регистров У, мультиплексор регистров ширины разделки стыка, два счетчика, два блока вычитания, элемент вычитания единицы и удвоитель 10частоты, при этом входы регистров координат Х, У и ширины разделки составляют первый вход блока регистров координат, выход удвоителя частоты является вторым входом этого блока и его третьим входом является вход второго счетчика выходы первых мультиплексоров регистров Х,У связанные с первыми входами блоков вычитания, и выходы этих блоков составляют первый выход блока регистров координат, второй выход блока регистров координат, выходы всех трех регистров связаны с обоими входами соответствующих мультиплексоров, выходы вторых муль" типлексоров регистров Х, У связаны с вторыми входами блоков вычитания, выход второго счетчика связан с управляющими входами первыХ мультиплексоров регистров Х, У и ширины разделки стыка и через элемент вычитания единицы связан с управляющими входами вторых мультиплексоров регистров Х,У, выход удвоителя частоты через первый счетчик связан с управлякщими входами регистров.