Способ сварки и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов, а именно к автоматизации сварки изделий произвольного профиля с предварительным программированием перемещения сварочного электрода, и может быть использовано при сварке стыков некруглых труб. Цель изобретения - упрощение механической части узла сварочной головки за счет ее перемещения в нормальном по отношению к программной траектории направлении приводами перемещения по координатам Х, У. Особенность способа - задание величины корректирующих смещений по осям Х, У путем интегрирования составляющих скоростей нормального перемещения с учетом их знака. Устройство для реализации способа содержит датчик и задатчик расстояния, первый вычитатель и приводы перемещения с программными задатчиками. Введенные в устройство второй задатчик расстояния, второй вычитатель, преобразователь код-частота, два сумматора, два блока памяти, два интерполятора и два элемента Исключающее ИЛИ позволяют производить коррекцию программной траектории в импульсном режиме без использования дополнительного привода коррекции. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

lsd 4 В 23 К 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4346922/25-27 (22) 28.09.87 (46) 15.07.89. Бюл. У 26 (72) В.А.Анкудинов (53) 621.791.75(088 ° 8) (56) Патент США В 4538046, кл. В 23 К 9/12, 1985 °

x(t)-х „, (с)+ х;() ° ср ах; 5 V„(t)-dt-sign(d), ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OlHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (54) СПОСОБ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов, а имен-, но к автоматизации сварки изделий произвольного профиля с предварительным программированием перемещения сварочного электрода, и может быть использовано при сварке стыков некруглых труб. Цель изобретения - упрощение механической части узла сварочной головки за счет ее перемещения в нормальном по отношению к програмИзобретение относится к автоматизации сварочных процессов, а именно к автоматизации электродуговой сварки изделий произвольного профиля с предварительным программированием перемещения сварочного электрода, и может быть использовано при сварке стыков некруглых труб.

Цель изобретения — упрощение механической части узла сварочной головки путем ликвидации привода перемещения головки в нормальном направлении к программной траектории.

Цель достигается тем, что согласно способу сварки с программным переме„.SUÄÄ 1493408 А1. мной траектории направлении приводами перемещения по координатам X, Y, Особенность способа - задание величины корректирующих смещений по осям

Х, Y путем интегрирования составляющих скоростей нормального перемещения с учетом их знака, Устройство для реализации способа содержит датчик и задатчнк расстояния, первый вычита" тель и приводы перемещения с программными задатчиками. Введенные в устройство второй эадатчик расстояния, второй вычитатель, преобразователь код-частота, два сумматора, два блока памяти, два интерполятора и два элемента ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ позволяет производить коррекцию программной траектории в импульсном режиме беэ использования дополнительного приво,да коррекции. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 8 ил. щением сварочной головки с одновременной коррекцией положения сварочной головки по сигналу датчика расстояния, при котором коррекцию положения головки осуществляют в направлении нормали к программной траектории, корректирующее перемещение головки в нормальном направлении к программной траектории производят программными приводами, причем результирующие сигналы на приводы определяют по формулам:

1493408

"l5

x(t) = у„„() + у; (-), Ф ау,. l V„(t) -dt sign(0), о

1р 1» Vу V cosp»

V sinq, где 1 — измеряемая датчиком длина

Ф дуги»

1 " заданная эталонная длина з дуги;

V — - скорость корректирующего перемещения электрода в нормальном направлении к траектории, Задание величины корректирующего смещения по координатам х, у проиэнодится путем интегриронания составляющих скоростей нормального переме" щения с учетом их знака,. Таким образом, нормальное перемещение сварочной головки осуществляе .ся взаимосвязанной работой приводов перемещения головки по координатам х, у, что ис" ключает необходимость использования специального электропринода.

На фиг.l представлена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг.2 - блок-схема преобразователя код-частота; на фиг.Э вЂ” график изме- нения корректирующего кода в зависимости от времени„" на фнг.4 — блоксхема интерполятора,, на фиг.5 - вариант кинематической схемы устройства при расположении эпектрода счаружи свариваемого контура и наличии привода вращения снаринаемого изделия; на фиг.б — то же,.но при расположении электрода изнутри снариваемого контура; на фиг.7 — то же, на с расположением электрода снаружи снариваемого контура при о"..сутстнии привода вращения сваринаемого изделия;

BB фиг . 8 — то же, при paIcIIQJIGKQHHH электрода по оси z при сварке швов типа эллипсного с коррекцией положе,ния относительно линии стыка.

Устройство для реализации способа содержит датчик 1 расстояния и задатчик 2 расстояния„ подключенные к входу первого вычитателя 3» и приводы

4-б программного перемещения голов.ки по координатам х„ у, ср с программными эадатчиками 7-9, второй задатчик 10 расстояния, второй вычитатель

11, преобразователь 1 2 код-частота, два сумматора 13 и 14, два блока 15 и 16 памяти, дна интерполятора 17 и

18 и два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 и 20. Выход первого вычитателя 3 связан с вторым входом второго вычитателя 11 и через первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 и 20 — с первыми входами интерполяторов 17 и 18, вторые и третьи входы которых связаны соотнетственно с первым и вторым выходами преобразователя 12 код-частота, четвертые и пятые входы связаны соответственно с выходами первого и второго блоков памяти. Выходы интерполяторов 17 и 18 связаны соответственно с входами первого 13 и второго 14 сумматоров, выходами, связанных с приводом х 4 и с приво- . дом у ". Вторые входы сумматоров 13 и 14 связаны соответственно с выходами программных задатчиков 7 и 8 по координатам х, у. Выход программного задатчика 9 по оси р через принод б связан с входом первого блока 15 памяти. Вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 и 20 связаны с выходом первого блока 15 памяти. Преобразователь 12 код-частота содержит генератор 21 импульсов с и-выходами различной частоты, мультиплексор 22, последонательно соединенные задатчик 23, счетчик 24, элемент ИЛИ 25, элемент

И 26. Выход генератора 21 импульсов с максимальной частотой связан с вторыми входами интерполяторон 17 и 18..

Остальные выходы генератора 21 через мультиплексор 22 и элемент И 26 свяО заны с третьими входами интерполяторон 17 и 18. Выход элемента И 26 связан с нычитающим входом счетчика 24, адресный нход мультиплексора 22 и вход разрешения предустановки счетчика 24 связаны с выходом второго нычитателя. Интерполятор !7 содержит последонательно соединенные первые реверсивный счетчик 27, преобразователь

28 кода, блок ?9 умножения, последовательно соединенные вторые резерсинный счетчик 30, преобразователь ко," да 31» блок 32 умножения, блок 33 сравнения, входами подключенный к ныходам блоков 29 и 30 умножения, а первым выходом — к стробирующему входу первого реверсивного счетчика 27, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34, выходом подключенный к управляющему входу первого реверсивного счетчика 27, а первым входом соединенный с нторым выходом блока 33 сравнения, вторым входом связанный с выходом второго реверсивного счетчика 30. Второй вход

X = Xgp (t), ар() где t — время, у = yap(t), 5 14934 первого блока 29 умножения связан с выходом второго блока 16 памяти. Второй вход второго блока 32 умножения связан с выходом первого блока 15 памяти.

Датчик 1 расстояния выполнен в виде датчика напряжения дуги с фильтром и аналого-цифровым преобразователем.

Возможен другой вариант цифрового дат-10 чика расстояния, например индуктивный, емкостный,, оптический. В задатчике 2 расстояния задается цифровой сигнал эталонного расстояния. При использовании в качестве датчика 1 дат- 15 чика стыка с выходным кодом раэличного знака в задатчике 2 задается нулевой код эталлонного расстояния.

Приводы 4-6 — цифровые, следящие.

Программные задатчики 7-9 выдают иэ- 20 меняющийся во времени код положения приводов соответственно х пР(с), у ., (. ), ч ., () .

Задатчик 10 выполнен аналогично первому задатчику 2. Преобразователь 25

12 код-частота имеет два выхода:,первый — с максимальной синхронизирующей частотой, второй — с частотой, линейно зависящей от входного кода.

Блок 15 памяти представляет собой З0

ОЗУ или ППЗУ, работающее в режиме постоянного считывания записанной в нем информации. Блок 16 памяти выполнен в виде регистра или десятичного переключателя с шифратором. Линейные

35 интерполяторы 17 и 18 выполнены идентично и осуществляют линейное изменение корректирующего кода в заданных пределах со скоростью, зависящей от раэностного сигнала. Генератор 21 им- 40 пульсов имеет несколько выходов различной частоты и реализован на кольцевом счетчике. Мультиплексор 22 имеет в случае девяти выходов генератора 21 трехразрядный адреснъж вход, связанный с выходами старших разрядов вычитателя 11. Таким образом, код разности вычитателя 11 квантуется на i восемь уровней. Задатчик

23 выполнен в виде регистра или десятичного переключателя с шифратором.

Счетчик 24 — двоичный, вычитающий с предустановкой. Предустановка числа, заданного на информационный входах с задатчика 23, производится по ну" левому сигналу на входе разрешения предустановки счетчика 24 и, следовательно, при положительном значении кода разности с вычитателя 11 (нулевом логическом сигнале на выходе знакового разряда вычитателя 11), Реверсивный счетчик 27 работает в режиме сложения при единичном сигнале на управляющем входе и в режиме вычитания — при нулевом сигнале с вы- хода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34. При единичном сигнале на стробирующем входе счетчика 27 с выхода "Равно" блока 33 сравнения счетчик работает в режиме хранения записанной в нем информации. Счетчик 30 выполнен аналогично реверсивному счетчику 27.

Первый и второй преобразователи 28 и 30 кода представляют собой преобразователи дополнительного кода в прямой при коде отрицательного числа на выходах реверсивного счетчика 27 и

30.

Способ осуществляют слецующим образом.

Перед сваркой задают в задатчике

2 расстояния код требуемой длины дуги (напряжения дуги}, в эадатчике 7— программу перемещения по оси х, в задатчике 8 — программу перемещения по оси у, в задатчике 9 — программу перемещения по оси у в эадатчике

10 — код зоны нечувствительности, в которой осуществляется торможение электрода. В блок 15 памяти записывают для каждого значения угла например через градус, значения чисел + А„, + А„, определяющих максимальный корректйрующий код по осям х, у и направление нормали к программной траектории. В блок 16 памяти записывают значение интервала времени hT определяющее скорость изменения корректирующего кода V „, J „ no осям х, у, и, следовательно, скорость коррекции по нормали к программной траектории V, в задатчике 23 преобразователя

12 код-частота задают код перемещения электрода в зоне нечувствительности, При включении устройства счетчик

24 реверсивный счетчик 27 и реверсив" ный счетчик 30 устанавливаются в исходное нулевое состояние, при этом корректирующие коды по осям х, у равны нулю и сварочная головка пере мещается по программной траектории в соответствии с формулами: 1493408

Х11Р i У11Р е С Р вЂ” ПРОГРаММНЫЕ КОПр ординаты, задаваемые в задатчиках

7-9.

Датчик 1 расстояния формирует код, приблизительно пропорциональный

5 длине дуги или напряжению дуги при сварке на постоянном токе, после чего на выходе первого вычитателя 3 появляется код, пропорциональный разно-. 10 сти фактической и эталонной длины, дуги, задаваемой в зацатчике 2 расстояния. ЗМак выходного кода вычитателя

3 определяет с учетом направления нормали к программной траектории нап- 15 равление изменения корректирующего кода h х, 3y ., который затем суммируется в сумматорах 13 и 14 с программным кодом по следующим формулам: х:= х11р+ dx., у = у + ду

АР 1

Направление изменения корректирую" щего кода формируется при помощи элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 и 20. Например, при превышении фактической 25 длины дуги заданной на выходе нычитателя 3 присутствует кад положительного числа и, соответственно, на выходе знакового разряда вычитателя 3— нулевой логический сигнал. Если внешняя нормаль к программнои траектории находится в первом квадранте и числа А „„ А у (проекция максимального корректирующего :еремещения по оси х, у) положительны., та на выходе знакового разряда А.„А присутствуют также нулевые сигналы, а на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮ1ЦЕЕ ИЛИ 19 и 20— логические нули, и счетчик 30 времени работает в режиме вычитания

40 уменьшая карректирух1штй код. При переходе счетчиков 27 и " 0 через нулевое состояние н режиме вычитания на их выходах формируется дополнительный код корректирующегс перемещения

45 и текущего времени. В этом слу1ае дополнительный кад преобр".зуется н прямой код при помощи реобразанате лей кода 28 и 31.

Скорость изменения корректирующего кода, определяющая скорость кор"

50 рекции положения электрода па нормали к программной траектории, зацается частотой f с выходда преобразователя 12 код-частота, па тупающей на . вход реверсивного счет ::ика 30. Эта частота линейно зависит от величины кода разности и с увеличением разВосТр., возрастает,. что уменьшает перерегулирование. Кроме того, зта частора зависит от величины кода эоны нечувствительности задатчика 10, в которой частота f минимальна ° Задание величины зоны нечувствительности обеспечивает возможность регулирова". ния н импульсном режиме, а также исключает возможность перерегулирования положения. электрода. При превышении абсолютного значения разности Д с выхода вычитателя 3 кода задатчика

10 на выходе второго вычитателя 11 формируется код положительного числа.

Соответственно с выхода знаковогоразряда вычитателя ll нулевой логический сигнал поступает на вход разрешения прецустановки счетчика 24. В результате в него записывается код с задатчика 23, на выходе элемента ИЛИ

25 логическая единица и импульсы с генератора 21 через мультиплексор 22 и элемент И 26 поступают на входы ренерсинных счетчиков 30 интерполйто.рон 17 и 18. При этом частота f определяется старшими разрядами выходного кода нычитателя ll. При входе электрода в зону нечувствительности на выходе нычитателя 11 присутствует кад отрицательного числа, а на выходе знакового разряда — единичный сигнал, чта запрещает предустановку с задатчика 23 в счетчик 24 ° В связи с этим ,счетчик 24 н режиме вычитания производит вычитание импульсов да нулевого состояния, в котором на выходе элемента ИЛИ 25 присутствует нулевой сигнал и поступление импульсов на счетный вход счетчика 24 и на счетный вход реверсивного счетчика 30 прекращается. При этом счетчик 24 фиксируется в нулевом состоянии до момента превышения разности D величины кода эоны нечувствительности. Код задатчика 23 определяет величину перемещения электрода в пределах зоны нечувствительности и для непрерывнога режима составляет приблизительно половину зоны нечувствительности, а для импульсного режима может быть задан более половины зоны нечувствительности, на не более величины зоны нечувствительности. В импульсном режиме также величина кода в задатчике

l0 задается с учетом колебаний напряжения дуги н импульсе и паузе н величины зоны нечувствительности B непрерывном режиме..1493408

Линейное изменение корректирующего кода обеспечивается интерполяторами

17 и IS. Интерполяторы работают следующим образом. С преобразователя 12 код-частота на счетный вход реверсивного счетчика 27 поступают импульсы с максимальной частотой генератора

21 импульсов. В зависимости от выполнения условия f0 в реверсивном счетчике 27 производит15 ся сложение или вычитание импульсов.

При выполнении следующего условия:

gt; А„, A> = Л Т йх;, ду; (2) реверсивный счетчик 27 сохраняет записанную в нем информацию. Таким об20 разом, реверсивный счетчик 27 осуществляет следящую отработку линейного изменения кода при изменении текущего времени в реверсивном счетчике

30. Реализация условий (1) и (2) обеспечивается при помощи блоков 29 и 32 умножения, блока 33 сравнения и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34. Введением в устройство второго вычитателя

11 и выполнение преобразователя 12 код-частота со счетчиком 24, осуществляющим задержку отработки, позво.— ляет улучшить качество регулирования и распарить функциональные возможности путем использования устройства в 35 импульсном режиме. Введение в устройство преобразователя 12 код-частота позволяет улучшить качество регулирования путем задания необходимого закона преобразования. Введение в уст- 40 ройство интерполяторов 17 и 18 обеспечивает линейное изменение корректирующего кода, причем путем задания в блоке 15 памяти чисел, характеризу" ющих направление корректирующего .45 перемещения, корректирующее перемещение производится по нормали с траектории без накопления ошибки смещения головки вдоль траектории. Сум" маторы 13 и 14 обеспечивают совместную обработку как программного, так и корректирующего кодов.

Особенностью предлагаемого спосоI ба является задание величины корректирующих смещений по осям х, у путем интегрирования составляющих скоростей нормального перемещения с учетом из знака. Скорость нормального перемещения задается частотой f величиной dT и значением А максиМального перемещения в направлении нормали к траектории. Составляющие скоростей нормального перемещения по осям х, у определяются величинами А, А, а их знак определяется знаком разности

Предлагаемый способ и реализующее его устройство могут быть использованы также для направления сварочной головки по стыку при сварке швов, лежащих в плоскости ху, например круговых швов. В этом случае в эадатчике

2 задается нулевой код, а роль датчи-: ка расстояния выполняет датчик стыка.

Способ и устройство позволяют осуществлять стабилизацию длины дуги или коррекцию положения электрода относительно стыка без дополнительных приводов стабилизации или коррекции, что особенно важно для орбитальных головок с программным управлением, применяемым в стесненных условиях, например при сварке трубопроводов.

Формула изобретения

1. Способ сварки, при котором производят программное пере;ege n",е сва.Рочной головки относительно координат х, у, .«р и одновременно корректируют положение сварочной головки по сигналу датчика расстояния в направлении корм=-ли к программной траектории, отличающийся тем, что„ с целью упрсщения механической части узла сварочной головки за сче;- ликви" дацин привода перемешения головки в направлении нормали к программной траектории, корректирующее перемещение головки в направлении нормали к программной траектории производят

I программируемыми приводами перемещения по координатам х, у, ц, причем управляющие сигналы на приводы пере. мещения по осям х, у формируют по формулам

x(t) = х „Р() + e, х; (e) $ йх; =- f V„(t) ° dt, si.gn(d),о у() у пр() + 4у. (e) э

4У:, =: f U„(e).de.sign(), C

1-1 Ч =Чсоз к

V -- Ч sing, где 1 — измеряемая датчиком длина дуги; 1 - заданная эталонная длина

1493408

12 дуги; — скорость корректирующего перемещения электрода в нормальном направлении к траектории, 2. устройство для сварки, содержащее датчик расстояния и задатчик рас" стояния, подключенные к входу первого вычитателя„ и приводы программного перемещения головки по координатам х, у, ц с программными задатчиками, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения механической части узла сварочной головки за счет ликвидации привода перемещения головки в направлении нормали к программной траектории, в устролство введены второй задатчик расстояния, второй вычитатель, преобразователь код-частота, два сумматора, два блока памяти, два интерполятора и два элемента

ИСКЛ10ЧА10ЩЕЕ ИЛИ, причем второй задатчик расстояния через пс.рвый вход вто, рого вычитателя связан с входом преобразователя код"напряжение, выход первого вычитателя связан с вторым входом:второго вычитателя и через первый и второй элементы ИСКЛ10ЧА10ЩЕЕ

ИЛИ вЂ” с первыми входами интерполятора, вторые и третьи входы которых связаны соответственно с первым и вторым выходами преобразователя кодчастота, четвертые и пятые входы связаны соответственно с выходами первого и второго блоков памяти, выходы интерполяторов связаны соответственно с входами, первого и второго сумма35 торов, выходы которых связаны с входом приводов программного перемещения головки по координатам х р вторые входы сумматоров связаны соот" 4О ветственно с выходами программных з датчиков по координатам х, у, «р „ выход программного зада.тчика по оси Ч через привод Ч связан с входом первого блока памяти, вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ связаны с выходом первого блока памяти, при этом преобразователь код-частота содержит генератор импульсов с и-выходами различной частоты, мультиплексор, последовательно соединенные задатчик, счетчик„ элемент ИЛИ, элемент И, при этом выход генератора импульсов с максимальной частотой связан с вторыми входами интерполяторов, остальные выходы генератора импульсов через мультиплексор и элемент И связаны с третьими входами интерполяторов, выход элемента И связан с вычитающим входом счетчика, адресный вход мультиплексора и вход разрешения предустановки счетчика связаны с выходом второго вычитателя.

3. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что интерполятор содержит последовательно соединенные первые реверсивный счетчик, преобразователь кода, блок умножения, последовательно соединенные вторые реверсивный счетчик, преобразователь кода, блок умножения, блок сравнения, входами подключенный к выходам блоков умножения, а первым выходом — к стробирующему входу первого реверсивного счетчика„ элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходом подключенный к управляющему входу первого реверсивного счетчика и первым входом соединечный с вторым выходом блока сравнения, а вторым входом связанный с выходом второго реверсивного счетчика, второй вход первого блока умножения связан с вы. ходом второго блока памяти, второй вход второго блока умножения связан с выходом первого блока памяти.

1493408 ори, 1718

hu индера Л, 9

1493408

1493408

1493408

Составитель В.Покровский Редактор С,Лисина Техред А.Кравчук Корректор )К,Максимишинец

« Заказ 3932/15 -Тираж 894 Подписное

;ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11I3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101