Устройство для сварки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) Ш 80,1)5 В 23 К 9/10 О ТЕН Изобтизацииименноведения можетых раб варк я сварки соде строиство 1 контурн Х и прив вленк вых о упом локодом ко ОсудАРстВенный КомитетО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬС Г(56) Авторское свидетельство СССРМ 1348108, кл . В 23 Н 9/10, 1986.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ(57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к автоматизациидуговой сварки, и может быть использовано в системах автоматическогонаправления сварочной головки постыку, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей засчет сварки в различных пространственных положениях стыка при наличии прихваток, Устройство содержитсистему контурного управления привоетение относится к автомасварочного оборудования, а системам: автоматического сварочной горелки по стыку, быть использовано в сварочтах,изобретения - р функциональных возможностеи путем обеспечения с и при наличии прихваток.На фиг. 1 показана сварочная головка, имеющая четыре степени свободы - перемещение оси С по трем . направлениям Х, У, Е и вращение головки по дуге окружности относитель но оси. С (координата ); на фиг. 2- схема определения координат середины стыка; на фиг. 3 - блок-схема 2дами Х, У, блок автоматического напряжения дуги с приводом Е, привод вращения, блок синхронизации, два регистра углового положения, блок вычисления координат, четыре регист ра текущего положения, блок регистров координат, В устройство дополни тельно введены датчик стыка, блок управления и распределитель испульсов Реверс вращательного движения электрода осуществляется по результату сравнения текущего угла поворота электрода с угловой координатой точки реверса, полученной в пре д,дущем цикле вращения электрода, Пр потере ориентации с каждым циклом осуществляется увеличение угловой амплитуды вращения электрода.1 з,п. Ф-лы, 11 ил. устройства, реализующего способ; на фиг. 4 - структурная схема блока регистров координат; на фиг. 5 распределитель импульсов; на фиг, 6- структурная схема блока управления приводом вращения; на фиг, 7 - стру турная схема распределителя импульсов; на фиг. 8 - блок автоматическо го регулирования напряжения дуги, вариант выполнения; на фиг. 9 - структурная схема датчика стыка; на фиг, 10 - система контурного управления, вариант выполнения; на фиг. 1 - структурная схема блока синхронизации.Мотыль Редакто Подп ис ноеобретениям и открытиям при ГКНТ ССРаушская наб., д. 4/5изводственно-издательский комбинат Патент , г. Ужгород, у арина, 10 Заказ 524 Тираж б 4НИИПИ Государственного комитета по113035 Москва Жииорректор С. Шевкун девонФ 625 торой подключен. блок 2 синхронизации, привод 3 Е, регистры 4 дугового положения, информационные выходы которых связаны со входами блока 5 вычисления координат, привод 6 вра" щения с датчиком положения, блок 7 автоматического регулирования напряжения дуги, регистры 8 - 11 текущего положения, блок 12 регистров координат, датчик 13 кромки стыка, блок 14 управления приводом вращения, распределитель 1 5 импульсов. Выход блока 7 автоматического регулирования напряжения дуги (АРНД) связан с приводом 3 Е, Выходы регистров 8 - 11 текущего положения через блок 5 вычисления координат и последовательно соединенный с ним блок 12 регистров координат связаны с входами системы 1 контурного управления и блока 2 синхронизации. Выход блока 2 синхронизации связан со считывающим входом блока 12 регистров координат.Блок 12 регистров координат содержит регистры 1 6 и 17, мультиплексор 18, двоичный счетчик 19 и распределитель 20 импульсов. При этом выходы распределителя 20 импульсов 30 подключены к входам разрешения записи регистров 16 и 17, а его вход связан с вторым выходом блока 14 управления, Информационные выходы регистров 16 и 17 связаны с входами мультиплексоров, Выход счетчика 19 связан с управляющими входами мультиплексоров 18, а его вход связан с выходом блока 2 синхронизации, инФормационные входы регистров 16 и 17 связаны с выходами блока 5 вычисле 40 ния координат.Распределитель 20 импульсов содержит счетчик 21, выход которого подключен к управляющему входу демультиплексора 22, вход которого и вход счетчика 21 соединены с выходом блока 14 управления. Датчик 13 кромки стыка содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик 23 и элемент ИЛИ 24, компаратор 25, пер" вый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 23, а второй вход соединен с выходом задатчика 26, Формирователь 27 импульсов, выход которого подключен. к входу распределителя 15 импульсов и к входу блока 14 управления приводом иуащення, элементы НЕ 28 и 29, элемент И 30, 31, генератор 32 импульсов,Выход компаратора 25 подключенк входу формирователя 27 импульсов ик входу первого элемента НЕ 29, выход которого соединен с первыми входами элементов И 30 и 31. Выход бло"ка 7 автоматического регулированиянапряжения дуги соединен через второй элемент НЕ 28 с вторым входомпервого элемента И 30 и связан с вто"рым входом второго элемента И 31.Выход первого элемента И 30 связанс входом сложения реверсивного счетчика 23. Выход второго элементаИ 31 связан с управляющим входомвычитания реверсивного счетчика 23.Третий вход второго элемента И 31соединен с выходом элемента ИЛИ 24.Счетный вход реверсивного счетчика23 соединен с выходом генератора 32импульсов.Блок 14 управления содержит блок33 памяти, выход которого подключенк первому входу сумматора 34 и к первому входу в ыч итателя 35, вторыевходы которых связаны соответственнос выходом второго и с выходом первого регистров 4 углового положения,блок 36 сравнения, первый вход которого подключен к выходу вычитателя35, а второй вход подключен к выходудатчика углового положения привода6 вращения, блок 37 сравнения, первый вход которого подключен к выходусумматора 34, а второй вход такжеподключен к выходу датчика положенияпривода 6 вращения, элемент НЕ 38,схему ИЛИ 39, одновибратор 40, делитель 41 частоты, мажоритарный элемент 42, счетчик 43. Выход счетчика 43 подключен к ад" ресному входу блока 33 памяти. Выход блока 36 сравнения подключен к входу элемента НЕ 38 и к первому входу мажоритарного элемента 42. Выход блока 37 сравнения подключен к втор му входу мажоритарного элемента 42 и к первому входу элемента ИЛИ 39. Второй вход элемента ИЛИ 39 подключен к выходу элемента НЕ 38. Выход элемента ИЛИ 39 цодключен к входу одновибратора 40 и к входу делителя 41 частоты, выход которого подключен к счетному входу счетчика 43. Сбросовый вход счетчика 43.соединен с выходок датчика 13 стыка, третийвход мажоритарного элемента 42 связан с выходом привода 6 вращения, Выход мажоритарного элемента 42 подключен к приводу 6 вращения. Выход одновибратора 40 соединен с вхг - дом управления записью блока 1 2 регистров координат.Распределитель 15 импульсов содержит элементы И 44 и 49, выходы которых подключены к записывающим входам регистров текущего положения, элементы НЕ 50 - 52, выходы которых подключены к первым входам элементов И 49, 44 и 45. Выход датчика 13 кромки стыка подключен к вторым входам элементов И 44 и 49. Первые входы элементов 46 - 48 и входы элементов НЕ 50 - 52 подключены к выходу датчика положения привода 6 вращения (к выходу схемы определениянаправления вращения), Блок 7 АРНД выполнен в виде задатчика 53 и датчика 54, подключенных к входу компаратора 55, Блок 1 контурного управления содержит интерполятор 56, блок 57 управления приводами, привод 58 Х, привод 59 У, формирователь 60 скорости. Блок 2 синхронизации содержит одновибратор 61, вход которого подключен к выходу элемента И 62, входы которого связаны с выходами компара" тора 63 Х и компаратора 63 У.Датчик положения привода 6 вращения импульсно-кодовый со схемой определения направления вращения, Вместо блока 7 АРНД может быть использо" ван также любой другой известный блок стабилизации расстояния электрода до изделия, Блок 14 управления приводом вращения снабжен элементом ИЛИ 65 и элементов И 66В регистры 16 блока 12 регистров координат эаписьвают координаты исходной начальной точки сварки Х Уо и номинальную ширину Во разделки стыка свариваемого изделия, В задатчике формирователя 60 скорости блока 1 контурного управления устанавливают требуемое значение номинальной скорости сваркиДалее располагают ось С со сварочной головкой в точке с нулевыми координатами (или некоторыми заданными, определяющими исходное направление движения оси С) и записьвают в регистры 4 (, иуглового положения коды, соответствующие положениям левой и правой кромок стыка и опре деляющие направление стыка в начальной точке сварки Х, У , после чегоо фвключают устройство. В исходном сос тоянии дуга не горит, привод 6 вращения выключен, сварочная головка неподвижна относительно оси С, все 10 15 20 25 ее в ертик аль ное п олож ение регулируется приводом 3 Е посредством блока7 АРНД, при этом электрод эквидистантно копирует контур разделки стыка. Реверс вращательного движенияэлектрода осуществляется посредст"вом блока 14 управления приводом вращения по сигналу датчика 13 кромки 3035 стыка, формирующего на выходу короткий прямоугольный импульс.В качестве датчика 54 использует-ся датчик расстояния, основанный на измерении напряжения между свариваемым изделием и конком сварочного электрода. При касании электродом разделки датчик 54 формирует сигнал нулевого напряжения, при отсутствии касания и без сварочной дуги " сигнал напряжения холостого хода источника сварочного тока, при наличии сварочной дуги - сигнал падения напряжений на дуге, соответствующий расстоянию электрода до поверхности разделки. В задатчике 53 расстояния устанавливают напряжение, соответствующее заданной длине дуги и номинальному напряжению дуги. В случае йревышения напряжения дуги заданного значения компаратор 55 Формирует сигнал логической единицы, что приводит к перемещению электрода вглубь разделки посредством привода 3 2, В об 40 45 50 55 счетчики и остальные регистры, кроме указанных содержат нулевую информацию, мультиплексоры 18 подключают выходы регистров 16 соответственно к входам Х,7, В блока 1 контурного управления, Ось С со сварочной головкой начинает движение к начальной точке Х, У определяющей точку начала сварки, по прямой со скоростью 7При приближении оси С к начальной точке Х, Х автоматически зажигается осциллятором дуга и включается привод 6 вращения, сварочная головка начинает колебаться по дуге окружности относительно заданных программных угловых начальных координат Ц и , пересекая кромки стыка в точках Р, и Р, При вращательных колебаниях головки относительно оси Сратном случае и при касании электродом разделки на выходе компаратбра55 п рис утс тв ует лог ическ ий нуль, чтопривбдит к движению электрода к по 5верхности стыка,В процессе колебательных движений электрода поперек разделки высота подъема электрода из самой глубокой точки разделки измеряется ре 1 Оверсивным счетчиком 23, а в моментпревьппения этой высоты, заданнойв цифровом задатчике 26, на выходекомпаратора 25 фбрмируется единичный сигнал. По фронту этого сигнала 15формирователь 27 импульсов формирует короткий прямоугольный импульсстыка, который является импульсомразрешения записи информации в регистры 4,8,9,10 и 11 текущего положения, а также сбросовым импульсомсчетчика 43 блока 14 управленияприводом вращения, определяющимамплитуду колебаний электрода поперек стыка. Реверсивный счетчик 23 25работает в режиме сложения в процессе подъема из разделки до заданнойвысоты, что обеспечивается элементами НЕ 28, 29 и элементом И 30.После достижения заданной высотыподъема на управляющем входе сложения реверсивного счетчика 26 формируется нулевой сигнал и сложение импульсов, поступающих с генератора32, прекращается. После реверсаэлектрод опускается в разделку, однако в этот момент времени выходнойсигнал реверсивного счетчика 23 нулевой (сброс осуществляется в моментреве "са ф что устраняет появление слу 40чайного сигнала единицы на выходе компаратора 25. В процессе опускания электрода в разделку импульсы с генератора32 на вход вычитания не поступают,так как на выходе элемента ИЛИ 24 45присутствует логический нуль, закрывающий элемент И 31,В течение времени прохождения электрода по дну разделки счетные 50 импульсы попеременно поступают на входы сложения и вычитания, что предотвращает накопление импульсов в реверсивном счетчике 23 перед началом подъема электрода по разделке. После этого электрод начинает подниматься по разделке И циклы формирования сигналов кромок стыка повторя"ются. В зав исимости от нап равления в ращения головки, которое определяется датчиком положения привода 6 вращения, сигнал кромки стыка распределяется по входам управления записью регистров Ц Х, Х, или регистровХ, Х, что обеспечивается элементами НЕ 50-52 и элементами И 44-49. Так им об ра зом, текущие координаты, соответствующие левой кромке, записываются в одни регистры, а правой кромки - в другие, Направление вращения задается блоком 14 управления приводом 6 вращения посредством мажо ритарного элемента 42, В процессе вращения текущий угол поворота электрода Ц) с датчика положения привода 6 вращения непрерывно сравнивается с граничньии углами 0,0 у где 0= Ц,+ а, 0,= С,-а (акод, определяющий интервал времени между моментом прохождения электродом углового положения, записанного в регистре 4 и моментом реверса).В зависимости от направления текущего поворота электрода и сигналов компараторов 36 и 37 мажоритарный элемент 42 формирует сигнал управления приводом 6 вращения, при этом нулевой сигнал на выходе мажори тарного элемента 42 соответствует направлению вращения электрода относительно оси С против часовой стрелки, единичный - по часовой стрелке.При отсутствии сигнала кромки стыка с каждым циклом реверса электрода или через и циклов (что устанавливается посредством делителя 41 частоты) формируется импульс сложения на счетчик 43, изменяющий его состояние, определяющее адрес блока 33 памяти, в котором записаны значе" ния величины а, определяющие амплитуду колебаний электрода. С увеличением кода счетчика 43 величина а увеличивается (это обеспечивается программированием блока 33 памяти), что обеспечивает "нахождение" электродом стыка, после чего большая амплитуда колебаний становится ненужной, на сбросовый вход счетчика 43 поступает сигнал кромки стыка, переводящий счетчик 43 в нулевое состояние, при котором на выходе блока 33 памяти формируется исходная минимальная величина аЗа интервал времени между появлением сигнала кромки стыка с формиро+ 22 ст + В"пЧ; вателя 27 импульсов и моментом реверса, который Фиксируется посредством элемента НЕ 38, элемента ИЛИ 39 и одновибратора 40, в блоке 5 вычисления координат производится вычис 5 ление координат средней точки линии стыка, Вычисленные координаты середины стыка и расстояние между кромками В записьваются по сигналу одновибратора 40 в регистры 16 и 17 блока 12 регистров координат. С целью предотвращения формирования ложного преждевременного импульса записи в Х -ХХ = ---Х =Х + В созГф я 2 1 СУ, =У;, +В з 1 пИдм 1где В - расстояние между осями электрода и осью С вращения; В - ширина разделки; индексы обозначают: 1 координаты, соответствующие точке 25 В 1, 2 - координаты, соответствующие точке В , д - текущие координаты; С - координаты оси С.Блок 5 вычисления координат может быть реализован как программньм, так и аппаратурным путем использования комбинационных сумматоров, умножителей и вычислителей синуса и косинуса.В момент реверса электрода в точках А 1, А вычисленные координаты35 середины разделки и ширины разделки записываются в блок регистров координат последовательно в М столбцов регистров 16 и 17 (интервал времени 4 О между моментами реверса и сигнала с кромки стыка выбирают достаточным для вычисления координат в блоке 5). Например, запись производится во второй столбец, далее в третий-пятый и в последний М-й столбец регистров 17, после чего снова в первый, второй и т.д, по кольцу.Управление записью осуществляется посредством распределителя 20 им 50 пульсов, распределяющего импульсы с одновибратора 40 посредством двоичного счетчика 21 и демультиплексора 22. Считьвание информации из столбков регистров 16 и 17 осуществляется аналогично по кольцу посредством двоичного счетчика 19 и мультиплексоров 18. Состояние счетчика 19 измеряется на единицу после отработ.,момент появления сигнала кромки стыка в блок 14 управления приводомвращения дополнительно введены инвертор и элемент И 66,Импульс с одновибратора 40 устанавливает в нуль реверсивный счетчик 23 датчика 13 кромки стыка, подготавливая датчик 13 кромки стыкав формированию сигнала последующейкромки,Вычисление координат серединыстыка и расстояния между кромкамипроизводится по Формулам Х = Х, + Всоз;В=(с, - ;, ),ки координат предыдущего столбца с ис темой 1 к онтурного уп равления и формирования однов иб ратором 61 блока 2 синхронизации импульса, поступающего на счетный вход счетчика 19.Таким образом, после отработки следующими приводами Х, У блока 1 контурного управления информации из одного столбца регистров блока 12, регистров координат производится отработка информации иэ последующего столбца регистров и т.д. К моменту позиционирования оси С в первую вычисленную точку стыка информация о линии стыка заполняет только часть регистров 16 и 17 (общее количество столбцов регистров выбирается с некоторым запасом с целью компенсации возможных отклонений частот записи и считывания), После нахождения электродом стыка ось С продолжает перемещаться в исходном заданном направлении до ее позиционирования в первую вычисленную точку середины стыка, после чего ось С перемещается во вторую вычисленную точку стыка, третью и т,д, При этом вращательные колебания электрода автоматически осуществляются приблизительно в нормальном относительно стыка направлении.По мере движения сварочной головки и заполнения разделки стыка текущая ширина разделки сравнивается с заданной в формирователе 60 скорости и результат сравнения через функциональный преобразователь, нд 1555078 121. Устройство для сварки, содержащее сварочную головку, блок контурного управления с приводом Х и приво 45 дом У, к первому и второму выходам которого подключены первые два входа блока синхронизации, два регистра углового положения и четыре регистра текущего положения, информационные выходы которых связаны с блоком вычисления координат, выходы которого через блок регистров координат связаны с входами блока контурного управления и блока синхронизации, выход блока синхронизации связан со считьвающим входом блока регистров координат, блок автоматического репример блок умножения на постоянное число, суммируется с заданнойскоростью сварки Уо, корректируязадание скорости в интерполяторе56 блока 1 контурного управления,Существенной особенностью предлагаемого устройства является формирование сигнала реверса по угловымкоординатам положения электрода,,зафиксированным в предыдущие циклы,что позволяет сохранять движениеэлектрода по стыку при отсутствиипоступления сигнала кромки стыка,например при появлении прихваткиили при наличии сильных помех длядатчика стыка, Другой особенностьюявляется выделение сигнала кромкистыка посредством вертикального отслеживания электродом поверхностистыка, причем сигнал кромки стыкаформируется без использования дополнительных датчиков, измеряющихвеличину подъема электрода из глубины разделки - потенциометров,датчиков скорости вертикальногоперемещения-тахогенераторов, чтопозволяет упростить узел сварочнойголовки,Кроме того, предлагаемое устройство позволяет повысить надежностьвыделения сигнала кромки стыка присварке изделий, а также позволяетосуществлять поиск и слежение застыком без дополнительных датчиковстыка, существенно ограничивающихтехнологические возможности автоматической сварки, и автоматически регулировать амплитуду колебаний электрода поперек стыка,Формула изобретения 105253040 гулирования напряжения дуги, связанный с входом привода Е, и привод вращения с датчиком положения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения сварки при наличии прихваток, в него введены датчик кромки стыка, блок управления приводом вращения и распределитель импульсов, вход датчика кромки стыка связан с выходом блока автоматического регулирования напряжения дуги, а выход - с первыми входами блока управления приводом вращения и распределителя импульсов, первый выход датчика положения привода вращения связан с вторым входом блока управления приводом вращения и информационными входами регистров углового положения, второй выход датчика положения привода вращения связан с третьим входом блока управления приводом вращения и вторым входом распределителя импульсов, шесть выходов которого связаны с управляющими входами регистров углового положения и регистров текущего положения, выходы блока контурного управления связаны с информационными входами регистров текущего положения, первый выход блока управления приводом вращения связан с входом привода вращения с датчиком положения, а второй выход блока управления приводом вращения связан с записьвающим входом блока регистрации координат.2. Устройство по п. 1, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что датчик стыка выполнен в виде последовательно соединенных реверсивного. счетчика и элемента ИЛИ, компаратора, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а второй вход соединен с выходом задатчика, формирователя импульсов, выход которого подключен к входу распределителя импульсов и к сбросовому входу счетчика блока управления, двух элемен" тов НЕ, двух элементов И, генератора импульсов, выход компаратора подключен к входу формирователя импульсов и к входу первого элемента НЕ, выход которого соединен с первыми входами элементов И, выход блока ав" томатического регулирования напряжения дуги соединен через второй элемент НЕ с вторым входом первого эле 13555073мента И и связан с вторым входом второго элемента И, выход первого элемента И связан с входом сложения реверсивного счетчика, выход второго5 элемента И связан с входом вычитания реверсивного счетчика, третий входвторого элемента И соединен с выходом элемента ИЛИ, счетный вход реверсивного счетчика соединен с выходомгенератора импульсов .