Способ автоматического управления процессом сварки и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 127 А 1 И 9) (1 4 В 2 ВСЕССЖ, гя13 . САНИЕ ИЗОБРЕТЕН которым про ое перемеще во снабже- перемещеум взаимно и следящим шаибы с лектродом имости от скотано лока автоматинапряжения дуг и скорост риводамиволяет пропрофилей ние следящимиУстройство парку замкнутыхфигурании безнтрирования сс.п. ф-лы, 3 л устроиства изводить сложной к е вар ваемо тельного изделия. СУДАРСТБЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Патент США В 4365132, кл. В 23 К 9/12, 1982.Авторское свидетельство СССР У 308624, кл. В 23 К 37/02, 1970. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО У 11 РАВЛЕН 1 И ПРОЦЕССОМ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВ 31 ЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматизации дуговой сварки и может быть использовано при сварке неповоротных стыков иэделий сложной конфигурации автоматическими манипуляторами. Целью изобрения является расширение функциональных возможностей. Для этого в процессе сварки вычисляют угол наклона направления нормали к поверх ности, в соответствии с изводят плоскопараллель ние электрода. Устройс но следящими приводам ния направляющих по д перпендикулярным осям приводом вращения пла установленным на ней Блок управления в зав рости сварки и радиус электрода по сигналу ческого регулирования обеспечивает позицион1368127 Изобретение относится к автоматизации дуговой сварки и может бытьиспользовано при сварке неповоротныхизделий сложной конфигурации автоматическими манипуляторами.Цель изобретения " расширениефункциональных возможностей за счетсварки профилей сложной конфигурации без предварительного центрирования сварочного изделия.На фиг. 1 показано устройствореализующее предлагаемый способ (следящие приводы условно не показаны),общий вид; на фиг. 2 - схема перемещения электрода относительно планшайбы и последней относительно изделия(стыка); на фиг. 3 - блок-схема устройства,Устройство для автоматического управления процессом сварки содержитоснование 1 с кольцевыми направляющими, по которым перемещается планшайба 2 с электродом 3, жестко наней закрепленным, блок 4 автоматическбго регулирования напряжения дуги,подключенный к источнику 5 сварочного тока (к дуговому промежутку), следящий привод 6 вращения планшайбы 2,следящий привод 7 перемещения основания 1 по оси Х, следящий привод 8перемещения основания 1 по оси У,блок 9 управления следящими приводами, входами подключенный к выходамприводов и к выходу блока 4 автоматического регулирования напряжениядуги. При необходимости устройствоможет быть снабжено приводом перемещения основания 1 по оси Е для настройки электрода на стык.Привод 6 вращения планшайбы - следящий циФровой, позиционный шаговый,с датчиками угловой скорости Я и перемещения(кодовыми) . Приводы 7и 8 перемещения оснований 1 по осямХ и У также цифровые шаговые следящие, с заданием по скорости линейного перемещения с датчиками скоростейХ, У и перемещений Х, У.Блок 9 управления приводами формирует цифровые сигналы управления положением р планшайбы 2 и скоростямиЧ и Ч перемещения основания 1относительно изделия.В качестве блока 9 управления следящими приводами используется микроЭВМ.Блок 9 выполняет следующие функ- .ции: вычисление текущих координат 2положения электрода 3 и их приращений по формуламХ, =Х+Ксоз; д Х; =Х; -Х;,, =+К 1 п,; дг;=;-где- текущая координата;К - радиус планшайбы (расстояние между кончиком электрода и осью планшайбы) за вы четом длины дуги);вычисление угла (р положения нормалив зависимости от знаков приращенийпо формулам1. С=агсйд ДУ;/ЬХ; +2, ДХсО, ЬУ)0;1 Г Т11. Ч=агс 8 ЬУ;/ЬХ,+р, ЬХ 0, ЬУ(0; 111. Ч =агс Е 8 ЬУ; /Ь Х;+ и, Д ХО, ДУЛО;ЗТ1 Ч, Я=агс 8 Ь У, /ЬХ, + - , ЬХО, ЬУ 0;20вычисление составляющих Ч, Ч тангенциальной составляющей Ча скоростиперемещения основания 1 по формулам7Ч =(Ч -аК) сов о+г);25фЧ =(Ч -яК) зп(+Т),б о 2 фгде Ч - скорость сварки;ю - угловая скорость вращения ЗО; планшайбы;вычисление составляющих Ч ь и Чнормальной составляющей Ч скоростиперемещения основания 1 по формулам Ч=К ДЦ созЧ) =К ЬП з 1 п(р,где К - коэффициент пропорциональности (в качестве функции управления Е(ЬП) выбрана линейная функция Е(ЬП)= 40 =КЬП, соответствующая пропорциональ"ному закону регулирования;)к вычисление составляющих Ч.и Ч скорости перемещения основания 1 относительно изделия производится по формулам Ч=Ч+Ч;Ч =Ч, +Ч.50 Блок 4 автоматического регулирования напряжения дуги выполнен в ви-, де последовательно соединенных задатчика, дифференциального усилителя и аналого-цифрового преобразователя,55 ВТОРОЙ Вход дифференциальноГО усилителя подключен к дуговому промежутку. Устройство работает следующим образом, 1368 127Х=Х, +К соя Я,; , =, +К яп ц,и вычисляются составляющие скоростиперемещения основания 1 согласноформуле Ч =Ч -ц К, где Ч - скоростьсварки.Так как в исходном состоянииЪ=О,И+-)2 Ч =Ч, соя(р, Ех,=Ч . яп(Ц, о то в начальный момент времени планшайба 2 не вращается и сварка производится посредством тангенциального перемещения основания 1 (двумяприводами одновременно). Перемещениеоснования 1 приводит к изменению текущих координат конца электрода,при этом в блоке 9 производится вычисление приращений координат и углас положения нормали к вектору приращения в системе координат, жестко связанной с изделием ЬХ -Х,-Х; -Х -Х, Х - Х+К созе,; Ь, У; =У; -У;, =У -У,; 7, =У+К я 1 п Ч; (вычисление приращений координат и нового положения нормали производится и интервалом дискретности Ь Гьгвыч ЬС- время вычисления приращений и угла положения нормали).Вычисление угла нормалипроизводится по формулам Перед сваркой в блок 9 управления вводят требуемые значения скорости сварки Ч радиуса К, соответствующего вылету электрода в планшайбе и заданной длине дуги, в задатчике блока 4 автоматического регулирования напряжения дуги устанавливают напряжение дуги У , соответствующее требуемой длине дуги, далее зажигают дугу осциллятором, после чего электрод движется по радиусу в направлении своей исходной оси к поверхности изделия (ось электрода располагают приблизительно по нормали к поверхности в исходном положении). После переходного процесса установления заданной длины дуги, включается основной ток и начинается автоматический процесс вычисления и сварки (в переходном процессе горит дежурная дуга).Сначала вычисляются в блоке 9 координаты исходной точки И, 1. =-агсГКЬУ;/ЬХ, +, ЬХО,11. с=агсЕ 8 ЬУ5 111, ц=агсГяЬУ 1 ЧФ =агсГЯьУ ЬУ) 0;ЬУ(О; ЬУ(0; ЬУ 0;Далее следящий привод 6 поворотапланшайбы поворачивает планшайбу всоответствии с заданием , т.е. производит позиционирование планшайбы,приводя разность измеряемого угла )вращения планшайбы и заданного ск нулю.В процессе отработки заданияследящим приводом 6 поворота следящая двусвязная система радиальногоперемещения основания, состоящая изприводов 7 и 8, стабилизирует длинудуги в соответствии с заданным значением напряжения Б приводя разность ЬУ заданного и измеренного напряжения к нулю посредством перемещения основания по двум осям Х и Ус некоторой результирующей скоростьюЧ. Плоскопараллельное перемещениеоснования 1 в радиальном направлении и не влияет на результирующуюскорость перемещения электрода относительно контура. Это перемещениеосуществляется приводами Х и У в зависимости,от угла положения планшайбы 2, при этом скорости перемещения 35Ч и Чопределяют из формулЧ=К ЬП созеЧ=К ЬБяп.40Вращение электрода производитсяотносительно центра планшайбы, чтоприводит к необходимости коррекциитангенциальной составляющей скорости перемещения в соответствии с формулой45=Ч -й КЕ о фгде Я - угловая скорость вращенияпри отработке заданного угла Ц.Сигналы тангенциальной составляющей на приводы Х и У распределяютсяследующим образом;Ч =(Ч -яК)соя(+-);бх оЭ55б о 2Таким образом, в процессе сваркипланшайба разворачивает электрод понормали к поверхностиЦ), а приводы1368127 50 1Х и У осуществляют перемещение осноВания со скоростью Ч=Чя+ЧПРи постоянной длине дуги и перемещения электрода относительно контура со скоростью сварки ЧПри этом сигналы на приводы Х и У распределяются по формулам Ч+Чо10Ч=Ч +Ч.Способ и реализующее его устройство позволяют производить сварку замкнутых профилей сложной конфигурации без точного предварительного центрирования свариваемого изделия при упрощении конструкции модуля сварочной головки, обеспечивающей расширение номенклатуры свариваемых изделий,20 Формула изобретения 1. Способ автоматического управления процессом сварки неповоротных стыков, при котором перемещают электрод относительно свариваемого изделия по направляющим, охватывающим изделие, регулируют длину дуги по сигналу разности измеренного и заданного напряжений дуги, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет сварки профилей сложной конфигурации, вычисляют в процессе сварки угол направления нормали к поверхнос- З 5 ти изделия, после чего осуществляют позиционирование электрода относительно направляющих в соответствии с вычисленным направлением нормали, в процессе позиционирования измеряют. текущие угловые скорость и положение электрода относительно направляющих и производят плоскопараллельное перемещение направляющих относительно изделия со скоростью, определяемой формулой Ч=Ч+Чи, Че Чо-О;к; Ч= ( ) где 7 - скорость плоскопараллельногоперемещения направляющих Относительно изделия;скорость перемещения направ=.ляющих по касательной к поверхности изделия (тангенциальная составляющая скоростиперемещения направляющих относительно изделия);Ч - скорость перемещения направляющих по направлению нормали к поверхности радиальнаясоставляющая скорости перемещения направляющих относительно изделия);ЙЬ 1 - функция управления;ьБ - разность заданного и измеренного напряжений дуги;К - радиус кривизны направляющих,уменьшенный на величину вылета электрода и длину дуги;и - единичный вектор направлениянормали к поверхности;Ч - скорость сварки;Ю = 0 в исходном состоянии.2, Устройство для автоматического управления процессом сварки неповоротных стыков, содержащее сварочную горелку, закрепленную на план- шайбе, установленной с возможностью вращения относительно основания и охватывающей изделие, привод вращения планшайбы и блок автоматического регулирования напряжения дуги, подключенный к источнику сварочного тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей за счет сварки профилей сложной конфигурации, в негодополнительно введены привод перемещения основания по оси Х, привод перемещения основания по оси 7 и блокуправления приводами, все приводывыполнены следящими, входы приводовподключены к выходам блока управления приводами, а вход блока управления приводами подключен,к выходу блока автоматического регулированиянапряжения дуги;Редактор И.Горн ектор В,гирняк Заказ 151/1 Тираж 920 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/ роиэводственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул,Проектная, 4