Система управления сварочного робота

 

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СВАРОЧНОГО РОБОТА, содержащая приводы перемещения сварочной горелки по координатам X и , устройство формирования управляющих сигналов, привод вращения горелки, датчик угла поворота горелки, первый вычйтатель, один вход которого соединен через датчик угла поворота горелки с выходом привода вращения горелки, а выход - с входом этого привода, второй вычйтатель , вход которого подключен к выходным клеммам сварочного источника, причем устройство формирования управляющих сигналов состоит из тахогенераторов ; приводов перемещения сварочной горелки по координатам X и Ч, первый из которых подключен через первый квадратор к первому входу первого сумматора, первого и второго блоков умножения, выходы которых подключены к входам второго сумматора, третьего и четвертого блоков управления , выходы которых подключены к : входам третьего сумматора, первые входы первого и четвертого блоков .умножения подключены к выходу третьего вычитатапя, выход первого сумматора через первый функциональный преобразователь подключен к входу третьего вычитателя, выходы второго и третьего сумматоров подключены к соответствующим приводам переме-г щения сварочной горелки по координатам ( иЧ, отличающа. яся тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей за счет слежения за стыком, расположенным на цилиндрической поверхности, в нее введены привод поворота изделия с тахогенератором , привод перемещения сварочной горелки по координате Z , датчики перемещений сварочной горелки 1ПО координатам Ч и2, вычислительный блок, второй и третий функциональные.. преобразователи, масштабный блок, инвертор, ключ, четвертый и пятый сумматоры, пятый и шестой блоки умножения, два блока деления и датчик стыка, подключенный к первым входам второго и третьего блоков умножения , при зтом первые входы блоков деления подключены к выходу первого функционального преобра.- ователя, второй вход первого блока деления - к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате X , выход первого блокя деления подключен к вторым входам первого и третьего блоков умножения, а выход второго блока деления - к вторым входам второго и четвертого блоков умножения , выход второго вычитателя через масштабный блок и ключ соединен с приводом поворота изделия, а через второй функщтональный преобра

00l03 СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А

4 (51) В 23 К 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3616426/25-27 (22) 08.07.83 (46) 15. 01. 85. Бюп. 9 2 (72) -В.Ф.Трефилов (7 1) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. А.А.Жданова (53) 621.79 1.75.039(088.8) (56) 1. Трефилов В.Ф., Коробко Т.И.

Система управления адаптивного сварочного робота.-"Сварочное производство", 1981, В 10, с. 5-7.

2. Авторское свидетельство СССР

9 524639, кл. В 23 К 9/10, f976 (прототип). (54)(57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СВАРОЧНОГО РОБОТА, содержащая приводы перемещения сварочной rорелки по координатам r(и У, устройство формирования управляющих сигналов, привод вращения горелки, датчик угла поворота горелки, первый вычитатель, один вход которого соединен через датчик угла поворота горелки с выходом привода вращения горелки, а выход — с входом этого привода, второй вычитатель, вход которого подключен к выходным клеммам сварочного источника, причем устройство формирования управляющих сигналов состоит из тахогенераторов приводов перемещения сварочной горелки по координатам Х и Y первый из которых подключен через первый квадратор к первому входу пер вого сумматора, первого и второго блоков умножения, выходы которых подключены к входам второго сумматора, третьего и четвертого блоков управления, выходы которых подключены к входам третьего сумматора, первые входы первого и четвертого блоков . умножения подключены к выходу третье- го вычитателя, выход первого сумматора через первый функциональный преобразователь подключен к входу третьего вычитателя, выходы второго и третьего сумматоров подключены к соответствующим приводам переме-, щения сварочной горелки по .координатам Х и 1, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей эа счет слежения за стыком, расположенным на цилиндрической поверхности, в нее введены привод поворота изделия с тахогенератором, привод перемещения сваС2 рочной горелки по координате Z, датчики перемещений сварочной горелки по координатам Ч и,, вычислительный блок, второй и третий функциональные.. преобразователи, масштабный блок, инвертор, ключ, четвертый и пятый сумматоры, пятый и шестой блоки умножения, два блока деления и датчик стыка, подключенный к первым входам второго и третьего блоков умножения, при этом первые входы блоков деления подключены к выходу первого функционального преобразователя, второй вход первого блока деления — к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате Х, выход первого блока деления подключен к вторым входам первого и третьего блоков умножения, а выход второго блока деления — к вторым входам второго и четвертого блоков умножения, выход второго вычитателя через масштабный блок и ключ соединен с приводом поворота изделия, а через второй функцпональный преобра1134328 зователь — с первым входом четвертого сумматора, выход тахогенератора привода изделия подключен к первым входам пятого и шестого блоков умножения, второй вход пятого блока умножения через датчик перемещения сварочной горелки но координате У подключен,к выходу привода перемещения сварочной горелки по этой координате, выход пятого блока умножения через третий функциональный преобразователь — к второму входу четвертого сумматора, выход которого подключен к приводу перемещения сварочной горелки по координате 2, выход датчика перемещения сварочной горелки по координате 2 подключен к второму входу шестого блока умножения, выход

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при создании многокоординат- . ных роботов для дуговой сварки.

Известно устройство, в котором осуществляется формирование управляю-. щих сигналов привода вертикального перемещения горелки, привода горизонтального перемещения горелки относительно центра поворота изделия 10 вдоль одной оси и привода поворота изделия вокруг этой оси (1) .

Все три привода воздействуют на дугу и совместно с устройствами формирования управляющих сигналов обра- 15 зуют трехкоординатную систему управления, обеспечивающую стабилизацию напряжения дуги, скорости сварки и горизонтальность сварочной ванны.

Совместная работа всех устройств, 20 входящих в такую трехприводную систему управления, обеспечивает стабилизацию длины (напряжения) дуги, скорости сварки и расположение оси электрода по нормали к поверхности 25 за счет вращения горелки относительно точки сварки.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором осуществляется формирование управляющих сигналов приводом по двум координатам плоскости с.использованием датчика ошибки в положении так, что которого подключен к первому входу пятого сумматора, второй вход этого сумматора подключен к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате Y первый вход вычислительного блока подключен к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате Х, выход вычислительного блока связан с входом второго вычитателя, а выход пятого сумматора подключен к второму входу второго блока деления, к второму входу вычислительного блока, через второй квадратор — к второму входу первого сумматора, а также через ин— вертор — управляющему входу ключа. сигнал ошибки в напряжении дуги и сигналы ошибок в скоростях по двум координатам плоскости через тахогенераторы и функциональные узлы подаются на приводы координат горелки.

Кроме того, датчик угла вращения roрелки через вычислительное устройство формирует управляющий сигнал привода вращения горелки (2).

Недостатком известных систем является ограниченность их применения только для слежения за стыком, расположенным в одной плоскости (горизонтальной или вертикальной).

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей системы за счет слежения за стыком, расположенным на. цилиндрической поверхности.

При этом выполняются следующие условия сварочного процесса: стабильная длина дуги (напряжение дуги) или отклонение напряжения дуги от заданного значения Cg О; горизонтальность сварочной ванны, что соответствует погрешности р О, где (3 - угол наклона касательной вектора скорости к поверхности в точке сварки относительно оси У; стабильность скорости сварки или отклонении относительно заданной скорости E = О; ч ошибка в положении горелки относительно стыка, т.е. расстоянии 3 между проекцией электрода на горизонЭ 1134 тальную плоскость и проекцией точки ,сварки на ту же плоскость, E g = О; нерасположение плоскости электрод—

1 присадочная проволока (электрод— датчик стыка) в плоскости, проходящей через касательную к стыку в точке сварки (определяется углом поворота привода вращения горелки).

Поставленная цель дос тига ется т еи, что в систему управления сварочного робота, содержащую приводы перемещения сварочной горелки по координатам Х и У, устройство формирования управляющих сигналов, привод вращения горелки, датчик угла повотора горелки, первый вычитатель, один вход которого соединен через датчик угла поворота горелки с выходом привода вращения горелки, а выход — с входом этого привода, второй вычитатель, вход которого подключен к выходным клеммам сварочного источника, причем устройство формирования управляющих сигналов состоит из тахогенераторов приводов перемещений сварочной горелки по координатаи Х и У, первый иэ которых подключен через первый квад-. ратор к первому входу первого сумма:тора, первого и второго блоков умно жения, выходы которых подключены к входам второго сумматора, третьего и четвертого блоков умножения, выхо. ды которых подключены к входам третьего сумматора, первые входы первого и четвертого блоков умножения под- 35 ключены к выходу третьего .вычитателя, выход первого сумматора через первый функциональный преобразова тель подключен к входу третьего вычи.тателя, выходы второго и третьего 40 сумматоров подключены к соответствующим приводам перемещения сварочной горелки по координатам Х и У, введены привод поворота изделия с тахогенератором, привод перемещения свароч- 45 ной горелки по координате Я, датчики перемещений сварочной горелки но координатам У и Я, вычислительный блок, второй и третий функциональные преобразователи, масштабный блок, 50 инвертор, ключ, четвертый и пятый сумматоры, пятый и шестой блоки умножения, два блока деления и датчик

:стыка, подключенный к первым входам

,второго и третьего блоков умножения, 55 при этом первые входы блоков деления подключены к выходу первого функционального преобразователя, второй

328 4 вход первого блока деления — к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате

Х, выход первого блока деления подключен к вторым входам первого и третьего блоков умножения, а выход второго блока деления — к вторым входам второго и четвертого блоков умножения, выход второго вычитателя через масштабный блок и ключ соединен с приводом поворота изделия, а через второй функциональный преобразователь — с первым входом четвертого сумматора, выход тахогенератора ,привода иэделия подключен к первым входам пятого и шестого блоков умножения, второй вход пятого блока ум". ножения через датчик перемещения сварочной горелки по координате У подключен к выходу привода перемещения сварочной горелки по этой координа.— те, выход пятого блока умножения через третий функциональный преобразователь — к второму входу чет,вертого сумматора, выход которого подключен к приводу перемещения сварочной горелки по координате Z выход датчика перемещения сварочной горелки Но координате2 подключен к второму входу шестого блока умножения, выход которого подключен к первому входу пятого сумматора, второй вход этого сумматора подключен к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате У, первый вход вычислительного блока подключен к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате Х, выход вычислительного блока связан с входом второго вычитателя, а выход пятого сумматора подключен к вто" рому входу второго блока деления, к второму входу вычислительного блока, через второй квадратор — к второму входу первого сумматора, а также через инвертор — к управляющему входу ключа.

На фиг. 1 показано. расположение сварочного стыка на цилиндрической поверхности и сварочной горелки относительно осей координат; на фиг. 2блок-схема предлагаемой системы управления сварочного робота.

Система управления сварочного робота содеркит датчик 1 стыка, тахогенератор 2 привода 3 перемещения по координате Х, тахогенератор 4 приво1134328 да 5 перемещения по координате У, тахогенератор 6 привода 7 поворота изделия, датчик 8 координат У привода 5 горизонтального перемещения горелки вдоль оси У относительно цент- 5 ра поворота изделия, датчик 9 коор- . динаты Z привода 10 вертикального перемещения горелки вдоль оси относительно центра поворота изделия.

Выходы тахогенератора 6 и датчика 9 связаны с входами шестого блока 11 умножения, выход которого связан с первым входом пятого сумматора 12» второй вход K0Toporo связан с тахогенератором 4. Выход сумматора 12 связан через второй квадратор 13 с вторым входом первого сумматора 14, первый вход которого через первый квад" ратор 15 связан с выходом тахогенератора 2. Выход сумматора .34 связан 20 с входом первого функционального преобразователя 16. Выход последнего связан с третьим вычитателем 17 и с первым входом первого блока 18 деления, второй вход которого связан 25 с тахогенератором 2. Выход преобразователя 16 связан также с первым входом второго блока 19 деления, второй вход которого соединен с выходом сумматора 12. Выходы датчика

1 и блока 19 деления соединены с входами втсрого блока 20 умножения, а выходы вычитателя 17 и делителя 18— с входами первого блока 21 умножения. Выходы блоков 20 и 21 умножения 35 связаны с входами второго сумматора

22, выход которого соединен с входом привода 3. Выходы датчика I и блока .

18 деления соединены также с входами третьего блока 23 умножения, а выхо- 4р ды вычитателя 17 и делителя 19 соединены с входами четвертого блока 24 умножения. Выходы блоков 23 и 24 соединены с входами третьего сумматора

25, выход которого связан.с приво- 45 дом 5. Выходы тахогенератора 6 и датчика 8 связаны с входами пятого блока 26 умножения, выход которого через третий функциональный преобразователь 27 связан с вторым входом чет-50 вертого сумматора 28, первый вход которого через второй функциональный преобразователь 29 связан с выходом второго вычитателя 30, на входы которого поданы заданное и истинное напряжения дуги. Выход. сумматора 12. через инвертор 31 связан с управляющим входом ключа 32, сигнальный вход которого через масштабный блок 33 связан с выходом вычитателя 30. Выход тахогенератора 2 и выход сумматора 12 связаны также с входами вычислительного блока 34, выход которого связан с первым входом вычитателя 35, второй вход которого связан с датчиком 36 угла горелки. Выход вычитате ля 35 связан с входом привода 37 вращения горелки. Приводы 3, 5, 10 и 37 совместно действуют на сварочную горелку 38, а привод 7 — на свариваемое изделие. Выходные клеммы сварочного источника 39 подключены к входу второго вычитателя 30.

Датчик 1, тахогенераторы 2 и 4, квадраторы 13 и 15, сумматоры 14, 22 и 25, функциональный преобразователь

16, вычитатель 17, блоки 20, 21, 23 и 24 умножения а также блоки 18 и 19 деления образуют устройство 40 формирования управляющих сигналов приводов

3 и 5 сварочной горелки по координатам Х и У. Датчик 8, блок 26 умножения, функциональные преобразователи 27 и 29, сумматор 28 представляют собой устройство 41 формирования управляющих сигналов привода 10 координаты Е . Вычислительный блок 34, вычитатель 35 и датчик 36 образуют устройство 42 формирования управляющих сигналов привода 37 вращения горелки. !

Работа системы управления сварочного робота осуществляется следующим образом .

Датчик 1 стыка формирует на выходе сигнал, пропорциональный ошибке

Eg в положении горелки относительно стыка. Тахогенератор 2 привода 3 перемещения по координате Х формирует на выходе сигнал, пропорциональный скорости ?, тахогенератор 4 привода 5 перемещения по координате У формирует на выходе сигнал, пропорциональный скорости U, тахогенератор

6 привода 7 поворота изделия формирует на выходе сигнал, пропорциональный скорости поворота Д . Датчик

8 горизонтального перемещения формирует сигнал, пропорциональный перемещению У привода 5 и сварочной горелки, а датчик 9 вертикального пере,мещения сигнал, пропорциональный перемещению Z привода 10 вертикального перемещения и горелки относительно центра поворота изделия. Сигнал с тахогенератора 6 и с датчика 9 по7 1134 ступает на входы блока 11 умножения, на выходе которого .формируется сигнал

ß2. С выхода блока 11 сигнал поступает на первый вход сумматора 12, на второй вход которого поступает сигнал " с тахогенератора 4. На выходе сумматора 12 формируется сигнал (V +QZ). Этот сигнал через первый квадратор 13 поступает на второй вход сумматора 14, на первый вход которого подается сигнал с выхода второго квадратора 15, на вход которого подан сигнал Vx с выхода тахогенератора 2. С выхода сумматора

14 сигнал поступает на первый функ- 15 циональный преобразователь 16, на выходе которого находится сигнал ч,4(, ), . ( ный скорости сварки / ). Этот. сигнал поступает в вычитатель 17, где срав- 20 нивается с сигналом, пропорциональным заданной скорости сварки Vo . В ре- зультате на выходе вычитателя 17 получается сигнал ошибки в скорости сварки Я . Одновременно сигнал с вы- 2S хода преобразователя 16 поступает на первый вход первого блока 18 деления, на второй вход которого поступает сигнал 3 с тахогенератора 2.

В результате на выходе блока 18 формируется сигналVxjV„, пропорциональный косинусу угла е поворота касательной вектора скорости к стыку .относительно Х. Одновременно сигнал с выхода преобразователя 16 поступа;ет на первый вход второго блока 19 .деления, на второй вход которого поступает сигнал (М +5?2) с выхода сумматора 12. В результате на выходе ,,Чц+а2 блока 19 формируется сигнал ",,щ пропорциональный синусу угла поворота с(, горелки к стыку относительно оси Х.

Сигналы с выходов датчика 1 и блока 19 деления поступают на входы второго блока 20 умножения, а с выходов вычитателя 17 и блока 18 деления — на входы второго блока 21 умножения. С выходов блоков 20 и 21 умножения сигналы поступают на входы третьего сумматора 22, с выхода которого сигнал „ поступает на вход привода 3 перемещения горелки по координате Х. С выходов датчика 1 и блока 18 деления сигналы поступают на входы блока 23 умножения, а с выходов вычитателя 17 и блока 19 деления — на блок 24 умножения. С выхо328 8 дов блоков 23 и 24 умножения сигналы поступают на входы сумматора 25, с выхода которого сигнал „поступает на вход привода 5 перемещения по координате У.

В то же время сигналы с выходов тахогенератора 6 и датчика 8 поступают на входы пятого блока 26 умножения, с выхода которого сигнал, пропорциональный Q У, через функциональный преобразователь 27 поступает на второй вход сумматора 28, на первый вход которого поступает сигнал ошибки в напряжении дуги Eg через второй преобразователь 29 с выхода второго вычитателя 30, на входы которого подано заданное напряжение дуги 1р и истинное напряжение дуги 0 .

На выходе сумматора 28 формируется сигнал

Gz %i g +ф где W<, — передаточная функция преобразователя 27;

W — передаточная функция пре"2 образователя 29.

Этот сигнал поступает на вход привода вертикального перемещения. Одною временно с этим сигнал (V +OX) с вы- .

Ч хода сумматора 12 через инвертор 31 поступает на управляющий вход ключа

32, на сигнальный вход которого через масштабный блок 33 поступает curxg., налjE — с вычитателя 30. С выхода ь ключа 32 сигнал

xsz, Ец g «gn(4)t AX)

- подается на вход привода 7 поворота

:,иэделия. Одновременно сигналы с тахогенератора 2 и сумматора 12 поступают на входы вычислительного блока 34, выполняющего операцию вычисления угла поворота касательной к стыку относительно оси Х. Сигнал, пропорциональный углу М,, поступает на первый вход вычитателя 35, второй вход которого соединен с датчиком

36 угла а вращения горелки. С выхода вычитателя 35 сигнал с „ поступает на вход привода 37 вращения горелки.

Совместная работа приводов обеспечивает стабилизацию напряжения Ug дуги, слежение за стыком, стабилизацию скорости сварки, горизонтальность сварочной ванны.

9 1134328 l0.

При сварке поверхностей, стык ко- образуется в трехкоординатную систеторых расположен в горизонтальной му, содержащую привод 5 координаты плоскости ХОУ, 7„=0, Е< =0 и система У, привод 10 вертикального перемещеуправления преобразуется в трехкоор- ния, привод 7 поворота изделия. динатную, содержащую привод 3 координаты Х, привод 5 координаты У, При сварке на цилиндрических попривод 37 вращения горелки. При свар- верхностях стыков произвольного наке поверхностей, стык которых распо- правления в работе участвуют все ложен в вертикальной плоскости У02, пять приводов с соответствующими

fgO, g 90 и система управления пре- 10 управляющими сигналами.

1!34328

Составитель В.Ткаченко

Редактор С.Лисина Текред А.Кикемезей!

Корректор В.Гирняк

Филиал ППП "Патент", r.ухгород, ул.Проектная, 4

Заказ 10006/11 Тирах 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, %-35, Раушская наб., д. 4/5