Устройство для сварки

";:в,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 1311885, кл. В 23 К 9/10, 1985.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ(57) Изобретение относится к областиавтоматизации сварочного производства и может быть использовано в сва-рочных работах. Цель изобретениярасширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечениясварки пространственных швов, Устройство содержит датчик стыка с приводом его вращения, систему контурного управления, вычислительньй блок,Изобретение относится к области машиностроения, а именно к автоматизации дуговой сварки, и может быть использовано в сварочных работах при сварке пространственных швов.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения сварки пространственных швов.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема расположения сварочной головки над стыком; на фиг. 3 а то же, вид в плоскости средней линии стыка; на Аиг, 4 в . ортогональная система координат робота; на Лиг. 5 - блок-схема датчика стыка 9803558598 А 1 блок памяти, блок управления, В устройстве осуществляется сканированиедатчика относительно оси сварочнойголовки. В моменты пересечения датчиком стыка записываются текущие координатысварочной головки, по которым вычисляют опорные точки траектории. В соответствии с этим сварочнаяголовка перемещается по стыку. Цополнительно вычисляется положение нормали к программной траектории, а перемещение головки производится по тремортогональным и трем угловым осям.При этом головка непрерывно (с учетом дискретности интервалов измерения) самокорректирует свое положение, Таким образом появляется возможность сварки стыков с црихватками;1.з.п.ф-лы, 12.ил. на фиг, 6 - блок-схема первого блока ф памяти текущих координат; ца фиг. 7 - ОО блок-схема блока управления приводом СЛ вращения; на фиг, 8 - элемент задерж- ЯР ки; на фиг. 9 - блок-схема второго Я) блока памяти вычисленных координат;на фиг. 10 - распределитель импульсов; на фиг. 11 - блок-схема системы контурного управления приводами; ца фиг, 12 - блок-схема вычислительного .блока, авеЪУстроиство (фиг. 1) содержит датчик 1 стыка, последовательно соединенные систему 2 коцтурцого управления, первый блок 3 цвмвти, вычислительный блок 4 и второй блок 5 цамв 1558598Фие 6 Составитель В.Покровскийактор Н.Бобкова Техред М.дидык Корректор В.Гирняк роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Га а, 101 ЗакВНИИП 801Госуд Тираж ственного комите 113035, Москва8 Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СС -35, Раушская наб д, 4/5ти, выходом подключенный к входусистемы 2 контурного управления, привоц 6 вращения датчика относительно оси сварочной голонки, блок 7 управ ления приводом вращения. Вход датчика 1 стыка подключен к первому выходу блока 7 управления приводом вращения, первый выход датчика. 1 стыка поцключен к первому входу блока 7 10 управления, второй выход датчика 1 стыка подключен к второму входу блока 7 управления и к второму входу второго блока 5 памяти, третий выход цатчика 1 стыка подключен к второму вхоцу первого блока 3 памяти, Первый и второй выходы привода 6 вращения датчика подключены соответственно к третьему и к четвертому входам блока 7 управления приводом вращения. Вход привода 6 вращения подключен к второму выходу блока 7 управдения, Тре= тий выход последнего подключен ктретьему входу первого блока 3 памяти, пятый вход блока 7 управления 25 привбцом вращения связан с выходом первого блока 3 памяти. Четвертый вход первого блока 3 памяти связан с первым выходом привода 6 вращения датчика. Второй вход вычислительного блока 4 связан с вторым выходом второго блока 5 памяти. Третий вход вычислительного блока 4 связан с вторым выходом системы 2 контурного управления.35Датчик 1 стыка (Ьиг, 5) содержит датчик 8 расстояния, экстрематор 9, зацатчик 10, одновибратор 11, элемент 12 задержки, последовательно соединенные блок 13 памяти, вычита тель 14, блок 15 сравнения. Выход датчика 8 расстояния подключен к входу экстрематора 9, к входу блока 13 памяти и к второму входу вычитателя 14. Выход экстрематора 9 подклю 45 чен к второму входу блока 13 памяти, второй вход экстрематора 9 связан с первым выходом блока 7 управления приводом 6 вращения датчика. Выход задатчика 10 подключен к второму входу блока 15 сравнения, Выход одновибратора 11 соединен с входом элемента 12 задержки, с вторым входом второго блока 5 памяти и с вторым входом блока,7 управления. Вход 55 одновибратора 11 связан с выходом блока 15 сравнения. Выход элемента 12 задержки связан с первым входом блока 7 управления. 3Блок 7 (Фиг. 7) содержит блок 16 сравнения, первый 17 и второй 18 элементы ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ, распределитель 19 импульсов, мультиплексор 20, последовательно соединенные счетчик 21, блок 22 памяти, элемент 23 задержки, Первый вход блока 16 сравнения связан с первым выходом привода 6 вращения датчика, второй его вход связан с выходом мультиплексора 20, выход блока 16 сравнения подключен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17. Второй вход первого элемента ИС 1 ОЮЧАЮ 11 ЕЕ ИЛИ 17, второй вход второго элемента ИСКЛЮЧАВШЕЕ ИЛИ.18, первый вход распределителя 19 импульсов и первый вход мультиплексора 20 связаны с вторым выходом привода 6 вращения датчика.Первый вход второго элемента ИСКЛЮЧАЮщЕЕ ИЛИ 18 связан с выходом элемента 23 задержки. Выход второго зле мента ИСКЛЮ,ИОЩЕЕ ИЛИ 18 связан с входом привода 6 вращения датчика. Второй вход распределителя 19 импульсов связан с первым выходом датчика 1 стыка. Второй и третий входы мультиплексора 20 связаны с выходом первого блока 3 памяти. Первый вход счетчика 21 связан с вторым выходом датчика 1 стыка, второй вход счетчика 21 и вход датчика 1 стыка связаны с выходом элемента 23 .задержки.Система 2 контурного управления (фиг. 11) содержит последовательно, соединенные коммутатор 24, линейнйй интерполятор 25, приводы 26, формирователь 27 скорости, выходом под.ключенный к второму входу линейного интерполятора 25, а входом - к выходу коммутатора 24. Второй. выход интерполятора 25 подключен к второму вхоцу коммутатора 24 и третьему входу вычислительного блока 4.Вычислительный блок 4 (Лиг. 12) содержит последовательно соединенные первый 28 и второй 29 вычислители, последовательно соединенные коммутатор 30, третий 31 и четвертый 32 вычислители. Вход первого вычислителя 28 связан с выходом первого блока 3 памяти. Вход коммутатора, 30 связан с выходом второго. блока 5 памяти. Вы ход второго вычислителя 29 связан с вхоцом четвертого вычислителя 32 и с входом блока 5 памяти. Выход четвертого вычислителя 32 связан с входом второго блока 5 памяти.515Распределитель 33 импульсов выходом связанный с пятью регистрами 34 содержит поаледовательно соединенные счетчик 35 и демультиплексор 36.Элемент 23 задержки (Аиг, 8) содержит последовательно соединенные задатчик 37, мультиплексор 38, элемент И 39, счетчик 40, элемент ИЛИ 41, элемент НЕ 42. Выход элемента ИЛИ 41 подключен к второму входу элемента И 39. Вход предустановки счетчика 40 связан с выходом блока ,22 памяти, Вход разрешения предустановки связан с выходом элемента ИСК 58598 ЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17. ИнАормационный входмультиплексора 38 связан с выходомблока синхронизации линейного интерполятора 25.Датчик 1 стыка по первому выходуАормирует импульс, по которому производится запись текущих координатн блок 3 памяти и изменение адресана единицу в распределителе 33 им"пульсов блока 5 памяти. По второмувыходу датчика 1 стыка Аормирует, импульс кромки стыка, по. третьемувыходу - и-разрядный код расстоянияот датчика 1 стыка до поверхностистыка. Вход датчика 1 стыка стробирует второй выход на время осуществления реверса привода 6 вращения датчика. В качестве системы 2 контурного управления исполвзована системаконтурного управления робота с пятьюстепенями свободы перемещения сварочной голонки,Система 2 контурного управленияпо первому выходу с датчиков приводом Аормирует 5 п-разрядньп код положения (КО,с,с,с в ангулярной(системе или код положения (Х , У , Е,О,) в ортогонально-ангулярной системе (три ортогональных перемещенияголовки и два вращения), или код положения (Х, У, Е, В,р ) в ортогональной системе (с вращением относительно концов электрода) в зависимости откинематической структуры используемого роббтн, по второму выходу - с выхода интерполятора 25 система 2 Аормирует сигнал;разрешения считываниявектора таьгенциального направленияиз блока 5 памяти в вычислительньпблок 4, Система 2 контурного управления осуществляет контурное управление сварочным роботам по точкам,зачисанным в блоке 5 памяти. В блок 3памяти записываютпя по первому входу координаты текущего положения сварочной головки, по второму входу - кодрасстояния до поверхности стыка; почетвертому входу - текущий угол (поворота головки с датчиком относительно стыка,Третий вход блока 3 памяти (стретьего выхода блока 7 управления)- управляющий. Посредством него Аормируется сигнал, разрешающий записьинАормации в блок 3 памяти, которыйвыполнен в вице 14-ти п-разрядныхрегистров. ВычислительньпЪ блок 4 выполняет следующие Аункции: преобразование текущих координат голонкииз ангулярной или ортогонально-ангулярной системы в ортогональную систему координат, вычисление опорных20 точек траектории в ортогональной системе координат, вычисление углов положения головки в ортогональной системе координат, вычисление ширины В разделки, По первому входу вычислитель 25 ного блока 4 осуществляется ввод текущих координат о углов , поворотаголовки и расстояний Я по второмувходу в ввод двух жкторов координатвычисленных точек, определяющих вектор Г тангенциального направления.Третий вход вычислительного блока 4управляющий и является входом разрешения ввода инАормации из блока 5памяти,Вычислительный блок 4 формирует35на выходе код Х, У, Е, О, ( опорныхточек перемещения сварочной головкив ортогональной системе координатробота и код В ширины разделки,Блок 5 памяти выполнен в виде шстолбцов регистров 34 и выполняетфункцию буФерного устройства - Функцию задержки вычислительных векторовкоординат на время перемещения голов 45ки из точки В в точку 0 (Аиг. 3) .В качестве привода б вращения датчика использован привод любого типас датчиком, Аормирующим по первомувыходу код углового положения и по5 О второму выходу - код (одноразрядный)направления вращения. Блок 7 служитдля Аормирования по первому выходуимпульсного сигнала, стробирующеговторой выход датчика 1 стыка, что55препятствует появлению ложного сиг"нала.в моменты реверса датчика. По,второму выходу блок 7 Формирует логнческиц сигнал, определяющцц направление вращения головки с датчн(хЬм, + (2+ Хв. + Ь Х(81 п(,совв;+о (2; + 2(. Х,)1/г; Ум ) 1/2;2 м ) 1/2; ХМЪ12 8171+ 1 Б:-= Я; Кь= Х,+ Я=й 8; совф + впб,р = Гхп 1: ком, по третьему выходу - двухразрядный импульсный сигнал, по которому производится в зависимости от направления вращения датчика запись информации текущего положения головки либо5 в левые регистры с индексом 1 (при движении к левой кромке), либо в правые регистры с индексом 2 (при движении к правой кромке). По первому входу блока 7 с датчика 1 стыка поступает импульсный сигнал, распределяемый блоком 7 по входам разрешения записи регистров блока 3 памяти. По второму входу блока 7 поступает импульсный сигнал с датчика 1 стыка в момент пересечения датчиком кромки стыка на заданной высоте от дна разделки. По третьему входу в блок 7 с датчика положения привода 6 вращения датчика поступает код 4/; текущего углового положения сварочной головки. На четвертый вход блока 7 поступает одноразрядный код направления вращения сварочной головки относительно оси (,. посредством которого импульсный сигнал разрешения записи:с пеРвого входа распределяется на выход (двухразрядный) блока 7, , На пятый вход блока 7 с блока 3 поступает коц),. определяющий точки реверса вращения головки по осиДатчик Я расстояния имеет на выходе аналого-цифровой преобразователь.Экстрематор 9 формирует в момент достижения максимума расстояния импульсный сигнал и выполнен с одно- вибратором на втором входе, по сиг налу которого стробируетая выход . экстрематора в моменты реверса. Блок 13 памяти выполнен в виде регистра.40 Задатчик 10 выполнен в виде регистра или десятичного переключателя с шиф 9 а ч 1 Км=йб+ К+ 1 -К. - Х.д + М + 2 мт К: В, К Ксовр + Квдп(г; г Ьш; гце ( - угол, измеряемый против часо 55вой стрелки от вектора р квектору т (в системе координат головки); ратором. Счетчик 21 работает в режиме сложения, изменяет состояние пофронту импульсов, поступающих с элемента 23 задержки, регулируя посредством блока 22 памяти время задержки.Блок 22 памяти выполнен в виде ППЗУили ПЗУ. При возрастании адресногокода блок 22 формирует код возрастающего времени задержки. Коммутатор 24выполнен в виде мультиплексоров сосчетчиком, формирующим адресный сигнал по импульсному сигналу окончания,участка траектории,Линейный интерполятор 25 формирует линейно изменяющийся код Х, Х, 2,Ю,с преобразованием его в код М,М,О,Ы,08 . Скорость интерполяции (временной интервал) формируетсяпо заданному коду контурной скоростиперемещения Ч,сварочной головкина втором входе интерполятора 25,который выполнен на основе блока вычисления шагов по координатам накапливающих сумматоров по координатами блока синхронизации.Формирователь 27 скорости выполнен в виде вычислителя скорости посигналу В =. ( - , в виде ПЗУ с реализацией алгоритма обратно пропорционального регулирования скорости взависимости от ширины разделки. 1 ервый вычислитель 28 выполняет функциюпреобразования координат текущих точек траектории из ортогональной системы Х, У, Е, Д ,( в ангулярную систему К,.Вторрй вычислитель 29 осуществляет по текущим точкам вычисление орто- .гональных координат опорных точектраектории Х, У, 7, и ширины разделкипо следующим формулам: вхпО, сове, 81 пф сова, 8, К, 1).у и - единичный вектор, совпадающий по направлению с осьюэлектрода, направленный к егоконцу,10 1558598 В четвертом вычислителе 32 производится вычисление угловых координатО ,( по вектору й нормали, определяемому по Аормуле:1(Х, - . Х) + (У, - У) + (2, - 2) й = а + а 1 + а Тс ; ц = агсГ 8 а/а О = агссоз а Коммутатор 30 осуществляет вводкоординат опорных точек траекториив третий вычислитель 31. Коммутатор30 выполнен аналогично коммутатору24, Третий вычислитель 31 выполняетвычисление направляющих косинусовединичного вектора тангенциального Вычислители 28, 29, 31 и 32 могут быть выполнены на основе вычислителей сину са, косинуса (ЛЗУ), сумматора, умно жителей, а также в виде микропроцессорной системыРаспределитель 33 импульсов осуществляет распределение по кольцу смгналов разрешения записи в регистры 34. Например, запись производится последовательно в КСе, КС, КО, КС, КС и далее, снова в КС , КС и т.д.,Распределитель 33 выполнен в виде двоичного счетчика 35 с демулвтиплексором Зб.Элемент 23 задержки выполняетфункцию задержки сигнала, изменяющего направление вращения головки относительно оси, следовательно, изме няет амплитуду колебанийЗадатчик 37 может быть выполнен в виде регистра или десятичного переключателя с шиАратором. Мультиплексор 38 осуществляет выбор необ ходимой частоты, определяющей дискретность отсчета времени с блока синхронизации интерполятора 25 (с генератора частоты с и выходами различной частоты). Счетчик 40 вычитающий с предустановкой.Способ осуществляют следующим образом.Записывают перед сваркой в блок 5 памяти исходные координаты, определяющие начальную точку сварки и направление сварки, и записывают в регистры блока З.памяти информацию, соответствующую этим точкам, В Аорнаправления по прирагениям координат спорных точек. мирователе 27 задают закпн Ьормирования контурной скорости в зависимости от ширины разделки, программируют блок 22 памяти, Аормируя законизменения амплитуды колебаний головки,При включении устройства все счетчики устанавливаются в исходное нулевое состояние, Лри этом счетчик 21обеспечивает при нулевом адресномсигнале минимальное время задержкии минимальную амплитуду поиска стыка.Сварочный ток выключен, привод (/может находиться в произвольном состоянии либо выключен, либо включен;Тогда при движении к исходной точкеголовка совершает угловые колебания.Включение сварочного тока осуществляется после выхода головки в исходную точку.Формирование линейной траекториипри движении головки к исходной точкепроизводится таким же образом, как ипоследующая работа. Лри врацепии головки против часовой стрелки (еслисмотреть по направлению к концу электрода) схема определения направлениявращения привода 6 вращения датчикаАормирует нулевой логический сигнал,при вращении против часовой стрелки -единичный сигнал, что вызывает подключение к второму входу блока 1 бсравнения выхода регистра (Д или 1В моменты выхода кода текущего положения (; за установленные границыЦ) на выходе элемента ЛСКХПОЧЛИЕЕИЛИ 17 Аормируется единичный сигнал,Ем= Ев + 1фф ЬЕ(экоторый через время задержки элемента23 вызывает посредством второго элемента ИСКЛЮЧЙОГГГ ИЛИ 13 изменениекода направления и последующий реверс привода б вращения датчика. С5каждым моментом реверса состояниесчетчика 21 увеличивается на единицу,что вызывает изменение адреса блока22 памяти и соответствующее увеличение времени задержки. При этом амплитуда колебаний головки с датчикомрастет до максимальной. Если датчик1 не находит стык при максимальнойамплитуде то в следующем единичномсостоянии счетчика 21 производитсяотключение сварочного тока или остановка выполнения программы.Если датчик 1 находит стык, то посигналу с одновибратора 11 счетчик 21устанавливается в нулевое состояние,при котором амплитуда колебаний мини-мальна. Формирование задержки на заданное время обеспечивается счетчиком40 посредством элементов ИЛИ 41,НЕ 42,:И 39. При нулевом сигнале свыхода элемента. ИСКЛРЧАЮГЕЕ ИЛИ 17счетчик 40 находится в предустановленном состоянии, при единичном сигнале с выхода элемента ИСКЗЮЧАКПЧЕЕИЛИ 17 счетчик работает в режиме вычитания и после прихода в нулевоесостояние формирует единичный сигнална выходе элемента НК 42. При приближении датчика 1 к исходной точке датчик пересекает стык и формирует на 35левой и правой поверхностях от кромокстыка в точках Р, Г .импульсные.сигналы, по которйм н регистры (/, изаписываются новые значения, определяющие новые границы колебаний, ; 40прож. того, датчик 1 формирует согнал1 расстояния 8 в эти же момейтывремени посредством датчика 8 расстояния.В момент наибольшего расстояния кодрасстояния записывается в блок 13 памяти по импульсу с экстрематора 9,разрешающего запись. При вращениидатчика код расстояния уменьшается и на выходе вычитателя 14 появляется возрастающий код разности. В момент превьппения заданной величины в задатчике 10 по единичному сигналу с блока 15 сравнения одновибратор 11 формирует сигнал кромки стыка, посредством которого срабатывается счетчик 21. Сигнал с одновибратора 11 задерживается элементом 12 задержки с целью осуществления записи расстояния за пределами стыка в точках Г так как в этом случае расстояния Б, 8 характеризуют угловое положениеГ )электрода относительно продольной плоскости стыка, Сигнал расстояния Я, и сигнал текущего положения. а также текущие координаты головки 01,0,Ж,О, вв записываются в регистры с индексом 1 .или в регистры с индексом 2, в. зависимости от направления вращения головки, что обес печивается распределителем 19 имнуль сов с элемента 12 задержки датчика 1 стыка. Чо первому импульсу с одновибратора 11 производится перезапись в регистр 34 (ЙС) первой вычисленной точки, затеи состояние счетчика 35 изменяется на единицу по импульсу сэлемента 12 и с приходом нового импульса с одновибратора 11 вновь вы, численная точка (вектор) записывается уже в столбец регистра 34 КС и далее запись но импульсам с одновибратора 11 производится по кольцу в столбцы ЙС , КС, ЕСе. Таким образом, за время между импульсами с элементов 12 и 11, т.е. за время й ы 2 д+ фф фпроизводится вычисление последующего вектора координат, где лням время перемещения головки по днуразделки с поднятием на заданную вы соту Н, на которой формируется импульс кромки одновибратором 11..Вычисление координат производитсяпо следующему алгоритму:зан с третьим входом первого блока памяти, первый выход привода вращения датчика подключен к четвертому входу блока памяти, выход второго5 блока памяти связан с вторым входом вычислительного блока, выход первого блока памяти - с пятым входом блока управления и второй выход системы контурного управления подключен к третьему входу выцислительного блока.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что датчик стыка содержит датчик расстояния, экстрематор, задатчик, одновибратор, элемент задержки, последовательно соединенные блок памяти, вычитатель, блок сравнения, выход датчика расстояния подключен к входу экстрематора, к входу блока памяти и второмувходу вычитателя, выход экстрематораподключен к второму входу блока памяти, второй вход экстрематора связанс первым выходом блока управленияприводом вращения, выход задатчикаподключен к второму входу блока сравкения, выход одновибратора соединенс входом элемента задержки, с вторым входом второго блока памяти ивторым выходом блока управления, входодновиоратора связан с выходом блокасравнения, выход элемента задержкисвязан с первым входом блока управления приводом вращения и с третьимвходом второго блока памяти.