Способ сварки и устройство для его осуществления

(594 В 23 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ 1) 4346922/25-272) 28.09.87) Патент США ВВ 23 К 9/12, 1(46 (72 (53 (56 4538046985ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов, а имен-,но к автоматизации сварки изделийпроизвольного профиля с предварительным программированием перемещениясварочного электрода, и может бытьиспользовано при сварке стыков некруглых труб. Цель изобретения - упрощение механической части узла сварочной головки за счет ее перемещенияв нормальном по отношению к програмИзобретение относится к автоматизации сварочных процессов, а именно к автоматизации электродуговой сварки изделий произвольного профиля с предварительным программированием перемещения сварочного электрода, и может быть использовано при сварке стыков некруглых труб.Цель изобретения - упрощение меха" нической части узла сварочной головки путем ликвидации привода перемещения головки в нормальном направлении к программной траектории.Цель достигается тем, что согласно способу сварки с программным переме 2мной траектории направлении приводами перемещения по координатам Х, У. Особенность способа - задание величи ны корректирующих смещений по осям Х, У путем интегрирования составляю щих скоростей нормального перемещеии с учетом их знака, Устройство для ре ализации способа содержит датчик и задатчик расстояния, первый вычита" тель и приводы перемещения с програм мными задатчиками. Введенные в устройство второй эадатчик расстояния, второй вычитатель, преобразователь код-частота, два сумматора, два блока памяти, два интерполятора и два элемента ИСКЛЮЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ позволяет производить коррекцию программной траектории в импульсном режиме беэ использования дополнительного привода коррекции. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 8 ил. щением сварочной головки с одновременной коррекцией положения сварочнойголовки по сигналу датчика расстоя"ния, при котором коррекцию положенияголовки осуществляют в направлениинормали к программной траектории,корректирующее перемещение головки внормальном направлении к программнойтраектории производят программнымиприводами, причем результирующие сигналы на приводы определяют по формулам:х(с) х,(с)+лх;(е),сах; - 5 Ч(с) йс з 18 п(д),;Заказ ;ВНИИПИ роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина,В Е ЭМ932/15 Тираж 894Государственного комитета1)3035, Москва,Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб., д. 4/510 15 20 25 30 Оау. 1 У(е) с 1 с. з 1 р(д),од: 1-1, 7 Ч созч,7 щ 7 зьпЧ,где 1 - измеряемая датчиком длинаФдуги;1 " заданная эталонная длиназдуги;Ч - скорость корректирующегоперемещения электрода внормальном направлении ктраектории,Задание величины корректирующегосмещения по координатам х, у производится путем интегриронания составляющих скоростей нормального переме"щения с учетом их знака, Таким образом, нормальное перемещение сварочной головки осуществляется взаимосвязанной работой приводов перемещенияголовки по координатам х, у, что ис"ключает необходимость использованияспециального электропринода.На фиг.1 представлена блок-схемаустройства для реализации способа;на фиг.2 " блок-схема преобразователякод-частота; на фиг.Э - график иэме-ф нения корректирующего кода в зависимости от времени" на фнг.4 - блоксхема интерполятора на фиг.5 - вариант кинематической схемы устройства при расположении эпектрода снаружи свариваемого контура и наличиипривода вращения сваринаемого изделия; на фиг.б - то же,.но при расположении электрода изнутри снариваемого контура; на фиг.7 - то же, на срасположением электрода снаружи снариваемого контура при о".сутстнии привода вращения сваринаемого изделия;на фиг.8 - то же, при расположенииэлектрода по оси к при сварке швовтипа эллипсного с коррекцией положе,ния относительно линии стыка.Устройство для реализации способаКсодержит датчик 1 расстояния и зацатчик 2 расстоянияподключенные к входу первого вычитателя Э, ,и приводы4-б программного перемещения голов.ки по координатам х у, ср с программными эадатчиками 7-9, второй задатчик 1 О расстояния, второй вычитатель11, преобразователь 12 код-частота,два сумматора 13 и 14, два блока 15и 16 памяти, дна интерполятора 17 и18 и два эеента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 и 20, Выход первого вычитателя 3 связан с вторым входом второго вычитателя 11 и через первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 и 20 - спервыми входами интерполяторов 17и 18, вторые и третьи входы которыхсвязаны соотнетственно с первым ивторым выходами преобразователя 12код-частота, четвертые и пятые входысвязаны соответственно с выходамипервого и второго блоков памяти. Выходы интерполяторов 17 и 18 связанысоответственно с входами первого 13и второго 14 сумматоров, выходами,связанных с приводом х 4 и с приводом у 5. Вторые входы сумматоров 13и 14 связаны соответственно с выходами программных задатчиков 7 и 8 покоординатам х, у. Выход программногозадатчика 9 по оси р через принод бсвязан с входом первого блока 15 памяти. Вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 и 20 связаны с выходомпервого блока 15 памяти. Преобразователь 12 код-частота содержит генератор 21 импульсов с и-выходами раэличной частоты, мультиплексор 22, последовательно соединенные задатчик 23, счетчик 24, элемент ИЛИ 25, элемент И 26. Выход генератора 21 импульсов с максимальной частотой связан с вторыми входами интерполяторов 17 и 18.,Остальные выходы генератора 21 через мультиплексор 22 и элемент И 26 свяО заны с третьими входами интерполяторон 17 и 18. Выход элемента И 26 связан с нычитающим входом счетчика 24,адресный вход мультиплексора 22 и вход разрешения предустановки счетчика 24 связаны с выходом второго нычитателя. Интерполятор 7 содержит последовательно соединенные первые реверсивный счетчик 27, преобразователь 28 кода, блок 29 умножения, последовательно соединенные вторые резерсинный счетчик 30, преобразователь ко,"да 31, блок 32 умножения, блок 33 сравнения, входами подключенный к ныходам блоков 29 и 30 умножения, апервым выходом - к стробирующему входу первого реверсивного счетчика 27, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34, выходом подключенный к управляющему входупервого реверсивного счетчика 27, а первым входом соединенный с нторым выходом блока 33 сравнения, вторым входом связанный с выходом второгореверсивного счетчика 30, Второй вход08 х = хпр(С)ч = рпр фгде с - время,У = У ар5 14934первого блока 29 умножения связан свыходом второго блока 16 памяти, Второй вход второго блока 32 умножениясвязан с выходом первого блока 15 памяти.5Датчик 1 расстояния выполнен в виде датчика напряжения дуги с фильтроми аналого-цифровым преобразователем.Возможен другой вариант цифрового датрчика расстояния, например индуктивный, емкостный оптический. В задатчике 2 расстояния задается цифровойсигнал эталонного расстояния. При использовании в качестве датчика 1 датчика стыка с выходным кодом различного знака в задатчике 2 задается нулевой код эталлонного расстояния.Приводы 4-6 - цифровые, следящие.Программные задатчики 7-9 выдают иэ Оменяющийся во времени код положенияприводов соответственно х пр,У р(с), Цр(е).Задатчик 1 О выполнен аналогичнопервому задатчику 2. Преобразователь 2512 код-частота имеет два выхода:,первый - с максимальной синхронизирующей частотой, второй - с частотой,линейно зависящей от входного кода.Блок 15 памяти представляет собой ЗООЗУ или ППЗУ, работающее в режиме постоянного считывания записанной внем информации, Блок 16 памяти выполнен в виде регистра или десятичногопереключателя с шифратором. Линейные35интерполяторы 17 и 18 выполнены идентично и осуществляют линейное изменение корректирующего кода в заданныхпределах со скоростью, зависящей отраэностного сигнала. Генератор 21 импульсов имеет несколько выходов различной частоты и реализован на кольцевом счетчике. Мультиплексор 22имеет в случае девяти выходов генератора 21 трехразрядный адреснъжвход, связанный с выходами старшихразрядов вычитателя 11. Таким образом, код разности вычитателя 11 квантуется навосемь уровней. Задатчик23 выполнен в виде регистра или десятичного переключателя с шифратором.Счетчик 24 - двоичный, вычитающий спредустановкой. Предустановка числа,заданного на информационный входахс задатчика 23, производится по ну"левому сигналу на входе разрешенияпредустановки счетчика 24 и, следовательно, при положительном значениикода разности с вычитателя 11 (нулевом логическом сигнале на выходезнакового разряда вычитателя 11),Реверсивный счетчик 27 работает врежиме сложения при единичном сигнале на управляющем входе и в режимевычитания - при нулевом сигнале с вы-хода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34. Приединичном сигнале на стробирующемвходе счетчика 27 с выхода "Равно"блока 33 сравнения счетчик работаетв режиме хранения записанной в неминформации. Счетчик 30 выполнен аналогично реверсивному счетчику 27.Первый и второй преобразователи 28и 30 кода представляют собой преобразователи дополнительного кода в прямой при коде отрицательного числа навыходах реверсивного счетчика 27 и30.Способ осуществляют слецующим образом.Перед сваркой задают в задатчике2 расстояния код требуемой длины дуги (напряжения дуги), в эадатчике 7 -программу перемещения по оси х, взадатчике 8 - программу перемещенияпо оси у, в задатчике 9 - программуперемещения по оси Ср, в эадатчике1 О - код зоны нечувствительности, вкоторой осуществляется торможениеэлектрода. В блок 15 памяти записывают для каждого значения угланапример через градус, значения чисел + А, + А, определяющих максимальный корректйрующий код по осям х, уи направление нормали к программнойтраектории. В блок 16 памяти записывают значение интервала времени ДТ,определяющее скорость изменения корректирующего кода Ч , Чпо осям х,у, и, следовательно, скорость коррекции по нормали к программной траекто.рии Ч, в задатчике 23 преобразователя12 код-частота задают код перемещения электрода в зоне нечувствительности,При вкл;очении устройства счетчик24 реверсивный счетчик 27 и реверсив"ный счетчик 30 устанавливаются в исходное нулевое состояние, при этомкорректирующие коды по осям х, уравны нулю и сварочная головка перегмещается по программной траекториив соответствии с формулами:хр, ур, с - программные ко-Прординаты, задаваемые в задатчиках 7- 9Датчик 1 расстояния Формирует код, приблизительно пропорциональный5 длине дуги или напряжению дуги при сварке на постоянном токе, после чего на выходе первого вычитателя 3 появляется код, пропорциональный разно-. 0 сти Фактической и эталонной длины, дуги, задаваемой в зацатчике 2 расстояния. ЗМак выходного кода вычитателя 3 определяет с учетом направления нормали к программной траектории нвп равление изменения корректирующего кода д х , ду который затем сумми" руется в сумматорах 13 и 14 с программным кодом по следующим Формулам: х = хор+ Йху = у + Йу1 пР 1Направление изменения корректирую" щего кода формируется при помощи элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 и 20. Например, при превышении фактической 25 длины дуги заданной на выходе нычитателя 3 присутствует код положительного числа и, соответственно, на выходе знакового разряда вычитателя 3 - нулевой логический сигнал. Если внешняя нормаль к программной траектории находится в первом квадранте и числа А А у (проекция максимального корректирующего перемещения по оси х, у) положительны то на выходе знакового разряда А А у присутствуют также нулевые сигналы, а на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 и 20 - логические нули, и счетчик 30 времени работает в режиме вычитанияф 40 уменьшая корректируюштй код. При переходе счетчиков 27 и 30 через кулевое состояние н режиме вычитания на их выходах Формируется дополнительный код корректирующегс перемещения45 и текущего времени, В этом случае дополнительный код преобразуется н прямой код при помощи преобразователей кода 28 и 31.Скорость изменения корректирующего кода, определяющая скорость кор"50 рекции положения электрода по нормали к программной траектории, зацается частотой Г с выходда преобразователя 2 код-частота, по.тупающей на . вход реверсивного счетчика 30, Эта частота линейно зависит от величины кода разности Ь и с увеличением разности возрастает,. что уменьшает перерегулирование. Кроме того, зта час.тора зависит от величины кода эонынечувствительности задатчика 10, вкоторой частота Г минимальна. Заданиевеличины зоны нечувствительностиобеспечивает возможность регулирова".ния в импульсном режиме, а также исключает возможность перерегулированияположения. электрода. При превышенииабсолютного значения разности Д свыхода вычитателя 3 кода задатчика1 О на выходе второго вычитателя 11формируется кодположительного числа.Соответственно с выхода знаковогоразряда вычитателя 1 нулевой логический сигнал поступает на вход разрешения прецустановки счетчика 24. Врезультате в него записывается код сзадатчика 23, на выходе элемента ИЛИ25 логическая единица и импульсы сгенератора 21 через мультиплексор 22и элемент И 26 поступают на входы ренерсинных счетчиков 30 интерполйторон 17 и 18. При этом частота Е определяется старшими разрядами выходного кода нычитателя 11. При входеэлектрода в зону нечувствительностина выходе нычитателя 1 присутствуеткод отрицательного числа, а на выходезнакового разряда - единичный сигнал,что запрещает предустановку с задатчика 23 в счетчик 24. В связи с этим,счетчик 24 н режиме вычитания производит вычитание импульсов до нулевого состояния, в котором на выходеэлемента ИЛИ 25 присутствует нулевойсигнал и поступление импульсов насчетный вход счетчика 24 и на счетный вход реверсивного счетчика 30прекращается. При этом счетчик 24фиксируется в нулевом состоянии домомента превышения разности д величины кода эоны нечувствительности. Кодзадатчика 23 определяет величину перемещения электрода в пределах зонынечувствительности и для непрерывного режима составляет приблизительнополовину зоны нечувствительности, адля импульсного режима меже быть задан более половины зоны нечувствительности, но не более величины зонынечувствительности. В импульсном режиме также величина кода в задатчике10 задается с учетом колебаний напряжения дуги н импульсе и паузе и величины зоны нечувствительности в непрерывном режиме.Линейное изменение корректирующего кода обеспечивается интерполяторами 17 и 18. Интерполяторы работают следующим образом. С преобразователя 2 код-частота на счетный вход реверсивного счетчика 27 поступают импульсы с максимальной частотой генератора 21 импульсов. В зависимости от выполнения условия Одс,. А )ДТ Дх;,Дс; А 7 ДТ Ду;в реверсивном счетчике 27 производит 15ся сложение или вычитание импульсов.При выполнении следующего условия: Дс; А, А= д Т ах;, ду, (2) реверсивный счетчик 27 сохраняет записанную в нем информацию, Таким об 20 разом, реверсивный счетчик 27 осуществляет следящую отработку линейного изменения кода при изменении текущего времени в реверсивном счетчике 30. Реализация условий (1) и (2) обеспечивается при помощи блоков 29 и 32 умножения, блока 33 сравнения и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34. Введением в устройство второго вычитателя 11 и выполнение преобразователя 12 код-частота со счетчиком 24, осуществляющим задержку отработки, позво. - ляет улучшить качество регулирования и распирить функциональные возможности путем использования устройства в 35 импульсном режиме. Введение в устройство преобразователя 12 код-частота позволяет улучшить качество регулирования путем задания необходимого закона преобразования. Введение в уст ройство интерполяторов 17 и 18 обеспечивает линейное изменение корректирующего кода, причем путем задания в блоке 15 памяти чисел, характеризу" ющих направление корректирующего .45 перемеп 1 ения, корректирующее перемещение производится по нормали с траектории без накопления ошибки смещения головки вдоль траектории. Сум" маторы 13 и 14 обеспечивают совместную обработку как программного, так и корректирующего кодов.Особенностью предлагаемого способа является задание величины корректирующих смещений по осям х, у путем интегрирования составляющих скоростей нормального перемещения с учетом из знака. Скорость нормального перемещения задается частотой Г, величиной ДТ и значением А максиМального перемещения в направлении нормали к траектории. Составляющие скоростей нормального перемещения по осям х, у определяются величинами А, Ау, а их знак определяется знаком разности Д,Предлагаемый способ и реализующее его устройство могут быть использованы также для направления сварочной головки по стыку при сварке швов, лежащих в плоскости ху, например круговых швов. В этом случае в эадатчике 2 задается нулевой код, а роль датчи-: ка расстояния выполняет датчик стыка. Способ и устройство позволяют осуществлять стабилизацию длины дуги или коррекцию положения электрода относительно стыка без дополнительных приводов стабилизации или коррекции, что особенно важно для орбитальных головок с программным управлением, применяемым в стесненных условиях, например при сварке трубопроводов.формула изобретения. Способ сварки, при котором производят программное перемещение сва.рочной головки относительно координат х, у, .р и одновременно корректируют положение сварочной головки по сигналу датчика расстояния в направлении корм:ли к программной траектории, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрсщения механической части узла сварочной головки за счет ликви" дацин привода перемешения головки в направлении нормали к программной траектории, корректирующее перемещение головки в направлении нормали к программной траектории производят1программируемыми приводами перемещения по координатам х, у, ц, причем управляющие сигналы на приводы перемещения по осям х, у формируют по формуламх(с) = х(с) + а х;(с),дх, =-7(с)Дс, ахяп(д),.ау(с) у (с) + ду (с),14 у:, =:,(с) йс здап(л),сВ=1-1 Ч =Чсозф ХЧЧ зпу,где 1- измеряемая датчиком длина дуги; 1 - заданная эталонная длинадуги;- скорость корректирующегоперемещения электрода в нормальномнаправлении к траектории,2. Устройство для сварки, содержащее датчик расстояния и задетчик рас"стояния, подключенные к входу первого вычитателя и приводы программного перемещения голонки по координатам х, у, ц с программными задатчиками, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью упрощения механическойчасти узла сварочной головки за счетликвидации привода перемещения головки в направлении нормали к программной траектории, в устройство введены второй задатчик р,асстояния, второйвычитатель, преобразователь код-частота, два сумматора, два блока памяти, два интерполятора и два элементаИСКЛ 10 ЧЛОЩЕЕ ИЛИ, причем второй задатчик расстояния через первый вход вто, рого вычитателя связан с входом преобразователя код"напряжение, выходпервого вычитателя связан с вторым 25входом второго вычитателя и черезпервый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ - с первыми входами интерполятора, вторые и третьи входы которыхсвязаны соответственно с первым ивторым выходами преобразователя кодчастота, четвертые и пятые входы связаны соответственно с выходами первого и второго блоков памяти, выходыинтерполяторов связаны соответственно с входами, первого и второго сумма 35торов, выходы которых связаны с входом приводов программного перемеще"ния головки по координатам х р у рвторые входы сумматоров связаны соответственно с выходами программных з,датчиков по коордннатаг 1 ху у ( ) Выход программного задатчика по оси Ччерез привод Ч связан с входом первого блока памяти, вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ связаны с выходом первого блока памяти, при этом преобразователь код-частота содержит генератор импульсов с и-выходами различной частоты, мультиплексор, последовательно соединенные задатчик, счетчик элемент ИЛИ, элемент И, при этом выход генератора импульсов с максимальной частотой связан с вторыми входами интерполяторов, остальные выходы генератора импульсов через мультиплексор и элемент И связаны с третьими входами интерполяторов, выход элемента И связан с вычитающим входом счетчика, адресный вход мультиплексора и вход разрешения предустановки счетчика связаны с выходом второго вычитателя.3. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что интерполятор содержит последовательно соединенные первые реверсивный счетчик, преобразователь кода, блок умножения, последовательно соединенные вторые реверсивный счетчик, преобразователь кода, блок умножения, блок сравнения, входами подключенный к выходам блоков умножения, а первым выходом - к стробирующему входу первого реверсивного счетчика элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходом подключенный к управляющему входу первого реверсивного счетчика и первым входом соединечный с вторым выходом блока сравнения, а вторым входом связанный с выходом второго реверсивного счетчика, второй вход первого блока умножения связан с вы ходом второго блока памяти, второй вход второго блока умножения связан с выходом первого блока памяти, 1493408