Устройство для автоматического управления процессом дуговой сварки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) ИИ 27 А З(50 В 23 К 9/10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОткРытий К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Киевский институт автоматикиим.ХХУ съезда КПСС и Ордена Ленинаи ордена Трудового Красного Знамениинститут электросварки им,Е.О.Патона(56) 1. Автоматизация сварочногопроизводства в свете решений ХХУ 1съезда КПСС. Материалы краткосрочного семинара. Л., ЛДНТИ, 1981, с.37-38.2 Авторское свидетельство СССРпо заявке 11 2975531/25-27,кл. В 23 К 9/10, 19.08.80. 3. Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования сварочных процессов. М., "Машиностроение", 1973, с.116-118 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДУГОВОЙ СВАРКИ, содержащее последовательно соединенные блок программного управления, блок управления режимом сварки и блок перемещения сварочной горелки, к которому подключен выход первого сумматора, первый вход которого соединен с вторым выходом блока программного управления, блок зонди- . рования с приводом перемещения и датчиком положения, выход первого блока запаздывания соединен с вторым входом блока управления режимом сварки, выход второго блока, запаздывания соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом второго блока запаздывания, выход бпока определения угла через третий сумматор соединен с вторым входом второго сумматора, а также четвертый сумматор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены блок вьщеления сигнала наличия стыка и два ключа, при этом выходы блока зондирования соединены с первым входом перво-ЕС го ключа, с первым входом четвертого сумматора и входом блока вьщеления сигнала наличия стыка, выход которого соединен с входом блока программного управления, с первым входом второго ключа и через первый ключ с входом первого блока запаздывания, третий выход блока программного управления через четвертый сумматор соединен с входом привода перемещения блока зондирования, выход датчика положения блока зондирования через второй ключ соединен с вторым входом третьего сумматора и первым входом блока определения угла, второй вход которого соединен с выходом блока управления режимом сварки.Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для автоматического управления перемещением сварочной горелки и режимом дуговой сварки стыков сложной конфигурации при их некачественной сборке под сварку и неточной установке в заданное положение.Средства управления процессом дуговой сварки в общем случае содержат блоки управления перемещением сварочной головки относительно стыка и режимом сварки. Взаимосвязь между укаэанными блоками осуществляется по одному иэ параметров режима - скорос - 15 ти сварки. Определение величины этого параметра входит в Функцию блока управления режимом, а исполнение - в функцию блока управления перемещением сварочной горелки 13. 2 ОИэнестно также устройство для автоматического копирования линий стыка, содержащее принод перемещения сварочной горелки, поворотный рычаг с копирующим органом, шарнирно свя эанный со сварочной горелкой, датчик угла поворота рычага, вычислительный блок, блок запаздывания, блок определения скорости перемещения сварочной горелки, а также первый и второй сум- ЗО маторы, при этом выход привода подключен через блок определения 1 скорости к первому нходу вычислительного блока, выход которого связан с первым входом второго сумматора, выход датчика угла поворота рычага связан с вторыми входами вычислительного блока и второго сумматора, выход перного сумматора подключен к входу блока запаздывания, выход которого связан с входом привода и первым входом первого сумматора, второй нход которого соединен с выходом второго сумматора.Устройство обеспечивает автоматическое управление перемещением сварочной горелки по криволинейному стыку при поворотной связи копирующего органа со сварочной горелкой 21.Недостатком устройства является ограниченная функциональная возможность, так как н нем не предусмотрено управление параметрами режима вовзаимосвязи с управлением перемещением сварочной горелки,Для суммирования сигналов программы с сигналами коррекции положения горелки устройство может содержать третий сумматор ц блок программного управления, причем входы третьегосумматора связаны с выходами блокапрограммного управления и блока запаздывания, а выход подключен к блоку управления перемещением сварочнойгорелки.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является устройство для автоматического управления процессом дуговой сварки, содержащее связанные друг с другом блокиуправления перемещением сварочной горелки и режимом сварки, блок программного управления, первый выход которого подключен к входу блока управления режимом, а второй через блок запаздывания - к блоку управления перемещением сварочной горелки, блок зондирования, связанный с блоком управления перемещением, сумматоры длясуммирования сигналон программы исигналов коррекции положения сварочной горелки, Датчик положения стыкав известном устройстве может бытьснабжен приводом перемещения относительно сварочной горелки,Данное устройство обеспечиваеткомплексное управление процессом дуговой сварки, т.е. управление перемещением сварочной горелки вдоль стыкаи параметрами режима путем коррекциизаданной программы в соответствии синформацией датчиков положения стыкаи показателей качества сварногошна31,Недостатком известного устройства является невысокая точность управления всем комплексом параметров н их взаимосвязи с учетом Фактического положения стыка: в устройстве не предусмотрена коррекция положения датчика в зависимости от текущего положения сварочной горелки при наличии механической связи между ними, отсутствуют средства управления циклом сварки с учетом нестабильности положения начала и конца стыка относительно запрограммированного. Это снижает точностьуправления параметрами процесса и,следовательно, качество сварного соединения, его прочность и надежность,Целью изобретения является повышение качества сварного соединения засчет повышения точности управлениясварочным процессом,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для автоматического управления процессом дуговойсварки, содержащее последовательно соединенные блок программного управления, блок управления режимом сварки и блок перемещения сварочной горелки, к которому подключен выход 5 первого сумматора, первьп вход которого соединен со вторым выходом блока программного управления, блок зондирования с приводом перемещения и датчиком положения, выход первого10 блока запаздывания соединен со вторым входом блока управления режимом сварки, выход второго блока запаздывания соединен со вторым входом первого сумматора и первым входом второ го сумматора, выход которого соединен со входом второго блока запаздывания, выход блока определения угла через третий сумматор соединен со вторым входом второго сумматора, а также четвертый сумматор, в него введены блок выделения сигнала наличия стыка и два ключа, при этом выходы блока зондирования соединены с первым входом первого ключа, с первым входом 25 четвертого сумматора и входом блока выделения сигнала наличия стыка, выход которого соединен с входом блока программного управления, с первым входом второго ключа и через первый 30 ключ с входом первого блока запаздывания, третий выход блока программного управления через четвертьп сумматор соединен с входом привода перемещения блока зондирования, выход датчика положения блока зондирования через второй ключ соединен с вторым входом третьего сумматора и первым входом блока определения угла, второй вход которого соединен с выходом блока управления режимом сварки. На фиг.1 изображена блок-схемаустройства для автоматического управления процессом дуговой сварки, 45на фиг.2 - схема блока программногоуправления,Устройство содержит блок 1 управления режимом сварки, блок 2 управления перемещением сварочной горелки 3, блок 4 программного управления,блок 5 зондирования с приводом 6 идатчиком 7 перемещения относительносварочной горелки 3, первый 8 и второй 9 блоки запаздывания, блок 10определения угла, блок 11, выделениясигнала наличия стыка, первый 12 ивторой 13 ключи, первый 14, второй15, третий 16 и четвертый 17 сумматоры, Выходы блока 1 управления режимом соединены с первым входом блока 2 управления перемещением, вторымвходом блка 10 определения угла,приводом 18 подачи электродной проволоки и источником 19 питания. Выходблока 2 управления перемещением подключен к приводу 20 механизма перемещения сварочной горелки 3. Первый выход блока 4 программного управлениясоединен с первым входом блока 1 управления режимом, а второй - с первымвходом первого сумматора 14. Выходыблока 5 зондирования соединены черезпервый ключ 12 с выходами первогоблока 8 запаздывания и блока 11 вьделения сигнала наличия стыка и первымвходом четвертого сумматора 17. Выходы блока 11 выделения сигнала наличия стыка подключены к управляющимвходам первого 12 и второго 13 ключейи входу блока 4 программного управления, Выхс,. четвертого сумматора 17связан с приводом 6 перемещения блока 5 зондирования, а второй вход - стретьим выходом блока 4 программногоуправления, Выход датчика 7 положениячерез второй ключ 13 соединен с первым входом блока 1 О определения угла,и вторым входом третьего сумматора16, Второй вход блока 10 определенияугла связан с выходом блока 1 управления режимом, соединенным с блоком2 управления перемещением, а выходподключен к первому входу третьегосумматора 16, выход которого связанс вторым входом второго сумматора 15.Выход последнего соединен с входомвторого блока 9 запаздывания, выходкоторого подключен к второму входупервого сумматора 14 и первому входувторого сумматора 15.Пример выполнения блока 4 программного управления представлен нафиг.2. Блок 4 представляет собойстандартное процессорное устройство,включающее в себя в укрупненном видецентральный процессор 21, блоки памя-ти 22 и 23,таймер 24, терминал ввода/вывода 25, канал ЭВХ 26, интерфейсныеблоки 27 пользователя,Центральный процессор 21 через интерфейсные блоки 27 пользователя выдает многоразрядные слова, содержащие информацию о величине перемещения сварочной горелки 3 по осям координат в блок 2, производящий преобразование информации для привода 20 - интерпо 110927 бляция, величине перемещения блока зондирования 5 относительно сварочной горелки 3, номере технологической модели управления для блока 1. Все эти сведения вводятся в блок 4 в виде 5 программы через треминал ввода/вывода 25, Отработка программы перемещения горелки может производиться либо по временному принципу с помощью таймера. 1-разрядный сигнал с блока 11 выделения сигнала наличия стыка либо раэрешает работу блока 4, либо переключает его на выполнение подпрограммы поиска точки сварки.функции устройства для автоматичес 45 кого управления процессом дуговой сварки определяются принятыми технологическими и конструктивными условиями: положения начальной точки сварки, как и положение всего стыка плоско го изделия, в общем случае не совпадает с запрограммированным перемещением сварочной горелки 3, ширина зазора между кромками стыка - величина непостоянная. Объектом управления 25 является сварной шов - его форма и размеры поперечного сечения. Функции блока 5 зондирования заключаются в определении величины и знака своего отклонения от середины стыка, необхоО димых для коррекции программы перемещения сварочной горелки 3 и сМчого блока 5 зондирования, и в определении ширины зазора, действительная величина которого используется для управления параметрами режима: скоростью подачи электродной проволоки пр, напряжением дуги ЧЬ и скоростью сварки Ч. Предполагается, что блок 1 управления режимом содержит для дан 4 О ной комбинации материалов изделия и электрода модели, на входе которых исходные технологические условия (вид соединения, диаметр электродной проволоки, толщина свариваемого ма 45 териала и величина зазора в соединении), а на выходе значения параметров режима. В соответствии с моделью для правильного формирования шва при переменной величине зазора в соединении необходимо изменение всех50 параметров режима, Выбор модели осуществляет блок 4 программного управления, Таким образом, блок 1 управления режимом регулирует параметры режима в зависимости от заданных по программе вида соединения, используемого диаметра электродной проволоки, толщины металла и текущих значений ширины зазора, измеряемых блоком 5 зондирования, В функции блбка 2 управления перемещением входят в общем случае интерполяция (декодирование) сигналов блока программного управления и сигналов коррекции положения сварочной горелки, поступающих с выхода первого сумматора 14, поддержание требуемой скорости сварки, задаваемой блоком 1 управлениярежимом, реализация алгоритмов разгона и торможения привода 20 перемещения сварочной горелки 3. В функции блока 2 управления перемещением входят в общем случае интерполяция (декодирование) сигналов блока программного управления и сигналов коррекции положения сварочной горелки, поступающих с выхода первого сумматора14, поддержание требуемой скорости сварки, задаваемой блоком 1 управления режимом, реализация алгоритмов разгона и торможения привода 20 перемещения сварочной горелки 3. В функьни вычислительного блока 10 в соответствии с известным техническим решением входит определение текушихзначений угла Р, , направления линиистыка в точке кодирования в зависимости от текущих значений ее направления в точке сварки и скорости сварки, Блоки выполняющие вычислительные функции, могут быть реализованы в виде подпрограмм управляющей ЭВИ. Аналогично могут быть реализованы блоки, выполняющие логические функции, а также суммирования и запаздывания. Блок 11 выделения сигнала наличия стыка может быть реализован в виде триггера, одно из состояний которого соответствует заданному положению блска 5 зондирования относительно стыка, т,е. свидетельствуетнахождении блока 5 зондирования над стыком. Это позволяет с учетом запаздывания, определяемым расстоянием межд блоком 5 зондирования и сварочной горелкой 3, управлять циклом сварки в соответствии с действительным положением начап" и конца стык, Программа перемещения сварочной горелки 3 и ориентация относительно нее блока 5 зондирования составляется предварительно одним из известных методов и может предусматри - вать процедуру поиска начальной точки сварки путем сканирования блока 5зондирования с помощью привода 6 его перемещения.Устройство для автоматического управления процессом дуговой сварки работает следующим образом.Сварочную горелку 3 и механически связанный с ней блок 5 зондирования 5 перемещают в направлении свариваемого иэделия по заданной программе. До достижения блоком 5 зондирования требуемого положения над начальной точкой а стыка блок 11 выделения сигнала на личий стыка через управляющие входы ключей 12 и 13 закрывает прохождение информации соответственно о ширине разделки и положении стыка на входы первого 8 и второго 9 блоков запазды вания. Результат сканирования блока 5 зондирования относительно сварочной горелки, поступающий с выхода датчика 7, также не поступает по истечении времени запаздывания на вход бло ка 2 управления режимом. После "захвата" стыка блоком 5 зондирования с третьего выхода последнего на первый вход четвертого сумматора 17 поступает сигнал отклонения блока 5 зондиро вания от середины стыка. Этот сигнал алгебраически суммируется в четвертом сумматоре 17 с сигналами блока 4 программного управления и поступает на вход привода 6 перемещения блока 5 30 зондирования относительно сварочной горелки 3. Происходит самоустановка блока 5 зондирования в начальную точку СХ сварки. Одновременно с выхода блока 11 выделения сигнала наличия стыка в блок 4 программного управления поступает сигнал на прекращение поиска начальной точки сварки, а через ключи 12 и 13 - разрешение на прохождение информации в первый 8 и 40 второй 9 блоки запаздывания. В дальнейшем в процессе слежения за стыком в блок 9 запаздывания и затем в блок 2 управления перемещением сварочной горелки 3 сигналы о величине коррекции ее запрограммированного положения г"ступают в соответствии с результатом вычисления текущих значений угла Ь и скорости сварки, суммирования значений углов К и ф в третьем сумматоре 16 и последующего суммирования в сумматоре 15 текущих значений суммы указанных углов с их значениями, получаемыми по и .течении времени запаздывания. Информация датчика 7 положения блока 5 зондирования прекра ает поступать через блок 10 определения угла, третий 16 и второй 15 сумматоры на вход блока 9 запаздывания после выдачи блоком 11 выделения сигнала наличия стыка соответствующего сигнала о конце стыка.Информация о начале и конце цикла сварки поступает в блок 1 управления режимом также с учетом действительного поле;ения стыка, причем сигналы о ширине стыка проходят через первый ключ 12 и первый блок 8 запаздывания. По текущим значениям ширины стыка в блоке 1 управления режимом определяются параметры режима, обеспечивающие в соответствии с моделью управления качественное формирование шва. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает управление параметрами режима и положением сварочной горелки с учетом неточно:ти сборки и установки изделия под сварку,что позволяет повысить качество сварного соединения, его прочность и надежность.Устройство может быть использовано в сварочных автоматах, а также промышленных роботах для дуговой сварки.) 1-ротйныу региг. р утрачено Иолою 2л - рцррЫО рписар уррадлеюир боои б разреЬее региир рубленая б.егерю l ае блока ИФиаказ 5982/10 Тираж 1037 Поддисао филиал ППП "Патентф, г.Ужгород, ул.Проектная, 4