Система автоматического копирования линии сварного соединения

Союз Советски Сфциалистнческн республик(22) Заявлено 28,04 вт. св У80044/25 1(2 с присоединением заявки23 К 9 Приоритет блккова вф делен изек втевытки Бюллетеньгеиии 53) УДК 62,83 72) Авторы изобретеки Г. А. Спыну, Г. И. Сергацкий, К), М. Ко Д. В, Коваленко и С. Н. Родичев Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамениинститут электросварки им. Е, О. Патона7) Заявител 54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОПИРОВАНИЯ ЛИНИИ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ1Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и можетбыть использовано в сварочном оборудовании для автоматического ведения рабочего органа вдоль линии сварного соеди-.нения, например,при дуговой или электрон-но-лучевой сварке.Известна система автоматического копирования линии сварного соединения,основанная на использовании дуги в каОчестве датчика взаимного положения электрода и линии соединения, содержащаясварочную горелку с приводами переметце. -ния в горизонтальной и вертикальнойплоскостях, последовательно соединенныеблок измерения параметров дуги и преобразователь параметров дуги в сигналыотклонения положения электрода ог заданного в горизонтальной плоскости поперекнаправления сварки и по вертикали, причем. выходы преобразователя соединеныс приводами перемещения сварочной горелки соответственно в горизонтальной ивертикальной плоскостях 1 ),Принцип работы данной системы автоматического копирования основан на определении взаимного положения электрода и линии соединения непосредственно в точ- ке сварки по результатам измерения параметров дуги (напряжения на дуге, сва рочного тока, частоты короткитж замыканий дугового, промежутка) С Я.Недостатками системы с использованием дуги в качестве датчика являются возможность срыва слежения при сварке прерывистых швов или обрыве дуги, невозможность поиска начальной гочки сварки, трудность выделения сигнала коррекции для ряда профилей разделки, невозможность управления ориентацией сварочной головки при сварке швов сложной конфигурации, В целом такие системыимеют ограниченные функциональные и технологические возможности,Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является система автоматического копирования линии сварно3 99417 го соединения, содержащая сварочнуюгорелку сприводом ее перемещения, по,воротный рычаг с копирующим элементом,шарнирно связанный со сварочной горелкой,. датчик угла поворота рычага, вычис-лительное устройство, к первому входукоторого подключен датчик поворота рычага, а выход - к первому входу первогосумматора, второй вход которого соединенс датчиком угла поворота рычага, блокопределения скорости перемещения сварочной горелки вдоль линии стыка, вход которого подключен к приводу перемещениясварочной горелки, а выход связан с вто,рым входом вычислительного блока, вто Фзрой сумматор, выход которого связан свходом блока запаздывания, первый входс выходом первого сумматора, а второйс выходом блока запаздывания соединен.с входом привода перемещения сварочной Огорелки и вторым входом второго сумматора.Данная система автоматического копирования позволяет с помощью вынесенного вперед от места сварки копирующего дэлемента автоматически отслеживать линию сварного соединения, расположеннуюна плоскости.Недостатком такой системы являетсяневысокая точность копирования, чтообусловлено удалением измерительногооргана (копирующего элемента) от свароч- .ной горелки. Погрешности копированиявозникают при этом из-за возможныхпотерь информации о положении копируемой линии в процессе преобразования и35отработки, а также из-эа тепловых де- .формаций свариваемой детали. Влияниепоследнего источника погрешности копирования увеличивается с удалением копи.рующего элемента от сварочной головки,Белью изобретения является повышение. качества сварки за счет увеличения точности копирования линии сварного соединения,4Бель достигается тем, что системаавтоматического копирования линии сварного соединения, содержащая сварочнуюгорелку с приводами ее перемещениявдоль и поперек линии сварного соединеФЯния, поворотный рычаг с копирующим эле-ментом, шарнирно связанный со сварочнойгорелкой, датчики угла поворота рычага вгоризонтальной и вертикальной плоскостях,два вычислительных устройства, к первым:входам которых подключен блок задания скофрости перемещения сварочной горелки вдольлинии сварного соединения, а к вторым -выходы датчиков угла поворота рычага,4дополнительно содержит привод вертикального перемещения сварочной горелки, интерполятор, блок измерения параметров дуги, преобразователь параметров дуги в сигналы отклонения электрода от заданного положения, два умножителя и три сумматора, при этом первый и второй входы интерполятора соединены с выходами вычислительных устройств соответственно, первые входы сумматоров соединены с выходами интерполятора, первые входы умножителей подключены к первому выходу преобразователя, вторые входы - к первому и второму выходам интерцолятора, выходы первого и второго умножителей соединены с вторыми входами соответстк енно второго и первого сумматоров, выходы последних подключены к приводам перемещения сварочной горелки вдоль и поперек лийии сварного соединения, второй вход третьего сумматора соединены с вторым выходом преобразователя, а выход третьего сумматора связан с приводом вертикального. перемещения сварочной горелки.На фиг. 1 представлен пример компановки измерительных органов на манипуляторе сварочной горелки; на фиг. 2- структурная схема системы автоматического копирования; на фиг. 3 - блок-схема вычислительного устройства.Сварочная горелка 1 с электродом 2 установлена неп пинией сварного соединения 3, Копируюший элемент 4 укреплен на човоротном рычаге,5 на расстоянииот сварочной горелки 1. Перемещение рычага 5 относительно горелки 1 вокруг оси горелки 1 производится приводом 6 и измеряется датчиком 7 угла поворота о, а в плоскости оси вращения горелки приводом 8 и датчиком 9 угла поворота Ч , Сварочная горелка 1 снабже на координатными приводами 10, 11 и12 по осям Х, У, Е, при этом ось Х соответствует направлению перемещения сварочной горелки вдоль линии сварного соединения, ось Ч - поперек линии сварного соединения и ось Л соответствует приводу вертикашного перемешения горел ки, причем ось 2 совпадает с осью вращения горелки. Положение сварочной горелки по указанньгм осям измеряется датчиками 13, 14 и 15 соответственно. Параметры дуги измеряются блоком 16 измерения, выход которого соединен с входом преобразователя 17, с первого выхода которого снимается сигнал Я, о смешении електрода 2 относительно линии сварного соединения 3 и плоскости,- 5 99417перпендикулярной оси 2., а с второговыхода - сигнал о смешении электродапо оси 2Выходы датчиков 7 и 9 (значенияуглов поворота а и Ч) подключены квыходам первого и второго вычислительных устройств 18 и 3.9 соответственно,вторые входы которых. соединены с блоком20 задания скорости сварки Чсв., Выходы вычислительных устройств 18 и 19 1 фсоединены соответственно с первым и вторыми входом интерполятора 21, три выхода которого соответственно через сумматоры 22, 23 и 24 подключены к входам приводов 10, 11 и 12.перемещения дсварочной горелки 1 по координатам )(Ч, Е . Кроме того, первый и второйвыходы интерполятора 21 соединены свходами первого и второго умножителей25 и 26, вторые входы которых соедине ны с первым выходом преобразователя. 17, выделяющего сигнал Е ХЧ отклонениягорелки 1 от линии сварного соединенияв плоскости, перпендикулярной оси. Выходы умножителей 25 и 26 подключены. 25к вторым входам сумматоров 23 и 22 соответственно, второй вхоа сумматора 24 сое-.динен со вторым выходом преобразовате-ля 17, на котором формируется сигналЯ 2 смещения электрода 2 по оси 2ЗвИнгерполятор 21 содержит два синуснокосинусных преобразователи 27 и 28,выходы которых соединены с входамитретьего-шестого умножителей 29, 30, 31и 32, и регулятор 33 расстояния между зсварочной горелкой и копирующим элемен.том эВычислительные устройства 18 и 19идентичны по всей структуре. На фиг.3 представлена блок-схема вычислитель- рного устройства 18, Оно содержит первый и второй сумматор 34 и 35, блок36 запаздывания и вычислительныйблок 37,Система автоматического копированияработает следующим образом.По сигналам копирующего элемента4 автономная системе слежения (не показана) по каждой степени свободы копирующего элемента 4 поддерживает с помощьюприводов 6 и 8 заданное положение копиЮрующего элемента 4 относительно линиисварного соединения 3. Углы поворотарычага 5 измеряются датчиками 7 и 9,и их значения поступают на входы вычислительных устройств 18 и 19, которыепо текущим значениям углов с и 9 изаданной величине скорости сварки Чопределяют направление линии сварного 4 6соединения в точке копирования относительно прямой, проходящей через точкукопирования и точку сварки (углы у а6 ), По истечении времени запаздывания между точкой копирования и точкой сварки вычислительные устройства18 и 19 с учетом запаздывания выдаютрезультаты вычислений на входы интерполятора 21, Интерполагор 21 осуществляет преобразование сигналов направиениялинии стыка (углы Э. и Э ) из СФерической системы координат (с полюсом вточке пересечения осей поворота рычага5 в прямоугольную систему координатприводов 10, 11 и 12 перемещения сва-,рочной горелки 1. Преобразование системы координат производится согласносоотношениям путем умножения в умножигелях 29 - 32 сигнала, пропорционального расстоянию 1 между осями копирующего элемента 4 и сварочной горелки 1, на тригонометрические функции углов З и 9 получаемые на выходах синусно-косинусных преобразователей 27 и 28. Сигналы на выходах интерполягора 21 представляют собой проекции текущего направления вектора скорости на оси координатных приводов и через сумматоры 22, 23 и 24 поступают на приводы 10, 11.и 12 перемещения сварочной горелки в пространстве. Однако удаление друг от друга точки копирования и точки сварки приводит к появлению погрешности копирования, источники которой указаны выше. С цепью ее устранения в точке сварки измеряют параметры дуги блоком 16 измерения и преобразуют результаты измерений в сигналы отклонения электрода 2 от требуемого положения. Эту функцию выполняет преобразователь 17. Преобразователь 17 по параметрам дуги выдает сигнал о величине и направлении смешения электрода поперек направления сварки в плоскости, перпендикулярной оси 2, иплоскости, перпендикулярной оси Ч , что обусловливает необходимость разложениясигналов коррекции положения электродана составляющие по осям системы координат .приводов коррекции положения сварочной горелки. Сигнал Е вертикальногоотклонения электрода 2 непосрепственноскладывается с сигналом скоростиэлементом, шарнирно связанный со свароч, ной горелкой, датчики угла поворота ры 7 9941перемещения сварочной горелки по координате 2 сумматора 24, Сигнал ЕХсмещения электрода 2 в плоскости, перпендикулярной оси 2, необходимо разложить по осям координат Х и ( взависимости от направления проекции век.гора скорости сварки Чс на эту плоскость относительно указанных осей координат. Разложение сигнала ЕХу осуществляется его умножением в умножигелях 25 и 26 на сигналы, пропорциональные проекциям вектора скорости сваркина оси координат Х и У и снимаемыес первого и второго выходов интерполягора 21, Перекрестное суммирование 5сигналов коррекции положения электродаучитывает то обстоятельство, что направление измерения смещения электрода(и, соответственно, направление самогосмещения ЕХу ) перпендикулярно направ Опению движения сварочной горелки (направлению скорости сварки).,Таким образом, в результате разложения сигналов системы копировании с использованием дуги в качестве датчикана оси координат приводов с учетом компоповки относитепьно этих осей измери .тельной части системы, а также в результате последующего алгебраическогосуммирования сигналов коррекции обеихсистем обеспечивается автоматическоекопирование линии сварного соединенияс высокой точностью.Такую систему целесообразно применять при сварке конструкций различногоназначения при требовании повышенной35точности копирования линии сварного соединения,Техническая эффективность изобретенияпо сравнению с прототипом заключается40в повышении точности совмещения электрода с линией свариваемого соединения,в том числе при наличии значительных сварочных "деформаций.",45Системе автоматического копированиялинии сварного соединения, содержащая 74 8 сварочную горелку с приводами ее перемещения вдоль и поперек линии соединения, поворотный рычаг с копирующим чага в горизонтальной и вертикальнойплоскостях, два вычислительных усгройсгва, к первым входам которых подключен блок задания скорости перемещениясварочной горелки вдоль линии сварного соединения, а к вторым - выходы датчиков угла поворота рычага, о т и и ч а ю " щ а я с я тем, что, с целью повышения качества сварки за счет увеличения точности копирования линии сварного соединения, она дополнительно содержит привод вертикального перемещения сварочной горелки, интерполягор, блок измерения параметров дуги, преобразовательпараметров дуги в сигналы отклоненияэлектрода ог заданного положения, дваумножителя и три сумматора, при этомпервый и второй входы интерполятора соединены с выходами вычислительных устройств соответственно, первые входы сумматоров соединены с выходами ингерполятора, первые входы умножителей подключены к первому выходу преобразователя, вторые входы к первому и второму выходам интерполягора, выходы первого и второго умножителей соединены с вторыми входами соответственно второго и первого сумматоров, выходы последних подключены к приводам перемещения сварочнойо горелки вдоль и поперек линии сварного соединения, второй вход третьего сумматора соединен с вторым выходом преобразователя, а выход третьего сумматора связан с приводом вертикального перемещения сварочной горелки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Заявка ФРГ2645788,кл. В 23 К 9/12, 13,04.78.2, Авторское свидетельство по заявке2975531/25-27, кл. В 23 К 9/10,20,02.81 (прототип).