Устройство для перемещения и колебаний сварочной горелки

 

Изобретение относится к сварке, а именно к автоматизации процесса дуговой сварки. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства. Устройство содержит механизм перемещения и колебаний горелки, выполненный в виде трех линейных электромагнитных двигателей, источник питания и блок управления приводом перемещения и колебаний горелки. Программа работы устройства задается с помощью микропроцессора. Логический сигнал, реализуемый в блоке управления устройства, дает разрешение на работу двигателей в режиме непрерывного (плавного) перемещения. Сварочная горелка опускается. Включается устройство коммутации сварочного агрегата, и начинается процесс сварки с поперечными и продольными перемещениями горелки по заданной программе. Устройство с микропроцессорной системой управления позволяет упростить механическую часть привода, реализовать различные его динамические состояния с обеспечением программного разгона и торможения, фиксации и реверса в заданных точках рабочего хода. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

I (1% ъ-ЮЪФ (ii)! (51)5 В 23 К 9/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕльСТВУГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

f, (21) 4409! 28/31-27 (22) )1.01.88 (46) 07.03.90. .Бюл. Р 9 (7l) Институт электродинамики АН .УССР (72) В. E. Тонкаль, А. А. Афонин, P. P Билозор и С. В. Бабенко (53) 621.791.75.037(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1133059, кл. В 23 K 9/30, 1985,, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЦЕНИЯ И КОЛЕБАНИЙ СВАРОЧНОЙ ГОРЕЛКИ (57) Изобретение относится к сварке, а именно .к автоматизации процесса дуговой сварки. Цель изобретения — уп- рощение конструкции и повышение надежности работы устройства. Устройство содержит механизм перемещения и, колебаний горелки, выполненный в ви. це трех линейных электромагнитных

:..цвигателей, источник питания и блок

Изобретение относится .к области сварки, а именно к автоматизации про"

;, цесса дуговой сварки.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства.

На фиг.. 1 приведена функциональная схема устройства для перемещения и колебаний сварочной -горелки; на фиг. 2 — функциональная блок-схема системы управления механизмом перемещения и колебаний горелки; на фиг. 3функциональная схема порогового устройства; на фиг; 4 — функциональная схема устройства коррекции частоты; на фиг. 5 — диаграмма изменения час2 управления прйводом перемещения и колебаний горелки. Программа работы уст ройства задается с помощью микропроцессора. Логический сигнал, .реализу.емый в блоке управления устройства, дает разрешение на работу двигателей в режиме непрерывного (плавного) перемещения. Сварочная горелка опускается. Включается устройство коммутации сварочного агрегата, и начинается. процесс сварки с поперечными и продольными перемещениями горелки по заданной программе. Устройство с микро процессорной системой управления поз воляет упростить механическую часть привода, реализовать различные его динамические состояния с обеспечени- М, ем программного разгона и торможения, g, фиксации и реверса в заданных точках рабочего хода. 6 ил. тоты управления импульсов в шаговом режиме работы двигателя продольных перемещений по заданному закону; на фиг. 6 — некоторые виды траекторий перемещения сварочной горелки.

Устройство (фиг. )) содержит многофазный линейный электромагнитный двигатель 1, перемещающийся по закрепленному на концах секционированному якорю 2, состоящему из ферромагнитных и немагнитных элементов и на" правлякппей 3, вдоль стыка свариваемого соединения. К индуктору двигателя

1 прикреплен многофазный линейный электромагнитный двигатель 4 поперечных колебаний горелки, в расточке

)547995

3 статора которого размещен .с возмож- . ностью продольного перемещения секци-. онированный якорь 5. К одному из коннов якоря 5 прикреплен однофазный линейный электромагнитный двигатель 6 вертикального перемещения горелки, к, концу штока якоря 7 которого жестко прикреплена сварочная горелка 8. Датчик 9 реверса и датчик 10 положения закреплены на индукторе двигателя с возможностью взаимодействия с на,правляющей 3. Отверстие 11 на направ ляющей 3 предназначено для выработки сигнала реверса йеремещения двигателя I>

1 в исходном положении с помощью

,датчика 9. Блок 12 управления осуше, ствляет программное, управление мехаi низмом перемещения и колебаний горел: ки. Датчик 13 изделия расположен под столом подачи -изделия в зоне сварки и предназначен для выработки сигнала о наличии изделия в блок 12 управления.

Блок 12 управления (фиг. 2) содер- 2 жит генератор 14 тактовых импульсов регулируемой частоты, последовательно соединенные между собой задающий ге". нератор 15 повьппенной частоты, четьгрехканальный цифроаналоговый задат„чик 16, схему ИЛИ 17, распределитель

l8 импульсов, источник 19 питания постоянного. тока, усилитель 20 мощности, микропроцессор 21, трехканальный цифроаналоговый эадатчик 22, порого-; вое устройство 23, четырехканальный регулятор 24 напряжения, аналого-цифровой преобразеватель 25, схему НЕ 26, устройство 27 коррекции, частоты, одновибратор 28, устройство 29 управле ния "поперечными колебаниями горелки 40 и устройство 30 управления вертикаль- ными перемещениями двигателя 6 (с це,лью упрощения отдельные связи на фиг. 2 показаны одной функциональной связью каждая), Устройство 27 коррекции частоты (фиг. 4) содержит потенциометр 31

I ручной регулировки частоты, пять схем

32 36 совпадения, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, 50 дешифратор, два диода и сопротивле. ние (с целью упрощения связи между блоком 12 управлений, линейными дви- . гателями I, 4 и 6 и датчиками 9 и 10, на фиг. -l 9оказаны соотретственно каждая одной функциональной связью), Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы двигатель

1 находится в исходном положении (справа на фиг. 1} и с помощью микропроцессора 21 через первые -три его восьмираэрядных выходных порта устанавливаются в цифровом коде необходимые значения величий конечного напряжения U„ù„зоны U З торможения и зоны 01.0 позицйонйроьания Эти значения в цифровом параллельном коде поступают на входы второго трехка» нального цифроаналогового задатчика

22, на выходах которого устанавливаются аналоговые значения величин U кон

0 и U» поступающие на входы порорового устройства 23, где сравниваются. с величиной напряжения U j датчика 10 положения индуктора. В исходном состоянии двигателя 1 значение U p .минимальное и на выходах устройства

23 устанавливаются следующие величины напряжений,: U 1 и U > — логическая "1", U — логический "О";

Трехканальное устройство 23 устро-ено следующим образом. Основу каждого канала составляет операционный . усилитель или коИпаратор (фиг. 3), Если величина напряжения на прямом входе каждого амплитудного компаратора превьппает величину напряжения на инверсном входе, то на его выходе устанавливается значение высокого уров . ня, т.е. логической "1". В противном случае на выходе компаратора устанавливается значение низкого уровня, т.е. логического "0". Сигнал логического "0" с выхода устройства 23 по-. ступает в усилителиформирователи четырехканального. регулятора 24.напря" жения, устанавливая.erо транзисторы в проводящее состояние, а также бло.— . кирует первый задающий генератор 15 повышенной частоты и через .схему

НЕ 26 разрешает работу второго генератора 14 тактовых. импульсов регулируемой частоты. При этом. на выходе

U устройства 23 имеется сигнал логи-. ческой "I", разрешающий работу устройства 27 коррекции частоты генератора 14. В результате тактовые импульсы от генератора 14 через схему

HJIH 17 поступают в распределитель 18 импульсов, который осуществляет коммутацию, обмоток двигателя 1 в усилителе 20 мощности по заданному алго-, ритму. В этом случае осуществляется шаговый режим работы двигателя 1 с программным разгоном и торможением.

5 1547995 6

Устройство 27 коррекции частоты . ном регулировании токов в обмотках генератора 14 работает следующим об- двигателя l . Сигналы повышенной часразом. тоты от генератора 15 поступают в

С помощью потенциометра 31 ручной первый четырехканальный цифроаналогорегулировки частоты устанавливается вый эадатчик 16, а также в устройство начальная частота f. генератора 14 29 управления поперечными колебаниякоммутации фаз двигателя l (фиг. 4). ми горелки двигателя 4 и устройство

При наличии сигнала логической "1" 30 управления вертикальными перемешенапряжения И от устройства 23 ("Раз- 0 ниями двигателя 6. Аналоговые сигнаII Ъ

10 гон ) первый импульс от 14 поступает лы с выходов задатчика 16 поступают через нижнюю часть схемы 34 совпаде- на входы четырехканального регулято- ния.и схему 35 на счетный вход ревер- ра 24, где и осушествляется четырехсивного счетчика и преобразуется циф- фаэное регулирование токов в двигатероаналоговым преобразователем в при- 1< e l по заданному закону в режиме ращение напряжения BU, которое суммн- искусственного дробления шага двигаруется на входе генератора 14 и выэы- теля и плавного перемещения подвижновает увеличение частоты f„ peB R - ro элемента. ших импульсов на его выходе. Второй Линейный электродвигатель 6 верти, импульс вызывает очередное приращение 20 кальных перемещений горелки предста1Ц на выходе ЦАП, и т.д, до восьмого .вляет собой однофазную структуру (обимпульса, при появлении которого на мотка и ферромагнитный сердечник) с седьмом выходе.дешифратора появляется пружиной. При плавном увеличении тоII !1 логическая 1., блокирующая через схе- ка в его обмотке якорь двигателя за му 33 поступление импульсов от генера-25 счет сжатия противодействующей пружитора 14 на схему 34. Процесс нараста- ны начинает. плавно перемешаться и ния частоты управляюших импульсов сварочная горелка опускается до конпрекращается и дальнейшая коммутация такта .со свариваемым изделием. При обмоток двигателя 1 производится с уменьшении тока в обмотке пружина постоянной частотой на заданном рас- 30 распрямляется и сварочная горелка стоянии (количестве шагов) . При-по-, . поднимается над изделием после оконатуплении от устройства 23 сигнала чания процесса сварки. ., U логического "0" (" Торможение" ) про- Сигнал логической "1" с выхода !! цесс снижения частоты Ку управляющих . порогового устройства 23 дает разреимпульсов происходит в обратном по шение на работу, двигателей в режиме. рядке, Таким Образом осуществляются непрерывного (плавного) перемещения, 35 . программные разгон.и торможение под- сварочная горелка опускается, черезвижного элемента двигателя 1 на за- одновибратор 28 с задержкой включает- данном количестве шагов (фиг. 5). ся устройство коммутации сварочного

В результате двигатель 1 продоль- агрегата и начинается процесс сварки ного перемещения горелки разгоняется с поперечными и продольными перемешедо заданной скорости движения до зоны ииями горелки по заданной программе. торможения. При подходе к зоне тормо- При достижении сварочной горелки жения на выходе U порогового устрой- конечной точки сварки величина п з. р ства 23 появляется сигнал логического . становится больше заданной величинь!

"0" и осуществляется торможение дви- U„,„, на выходе U, устройства 23 появгателя 1 на заданном количестве шагов. ляется логический "0", который переВ этом случае устройство приближает- ключает распределитель 18 и устройстся к зоне позиционирования, и, когда во 30 на реверс, блокирует устройство величина U д становится больше вели- 5< коммутации сварочного агрегата и почины U>, на выходе U устройства 23 ступает в микропроцессор 21. Процесс (фиг. 2) появляется сигнал логической сварки прекращается, сварочная горел"1", который через схему !1Е 26 блоки- ка поднимается, а задатчик !6 и уст- рует работу генератора 14, разрешает ройство 29 блокируются сигналами с работу задающего генератора 15 режима четвертого выходного порта микропро55 плавного перемещения подвижных эле- цессора 21. При поступлении сигнала ментов двигателей устройства и под- . U уровня логического "0" в микропроключает транзисторы регулятора 24на- цессор ?1 на выходах эадатчика 22 ус.пряжения в режим СИИ при четырехфаз- танавливаются максимальные значения индуктора двигателя представляет собои многооборотный потенциометр типа

ПП или ППИЛ, на оси которого имеется колесо, находящееся в контакте с направляющей 3 (фиг, 1).. Значение напряжения 0 „ проrрaдyировано в соответствии с перемещением двигателя 1 ! по всей длине рабочего .хода. АПП 25 (фиг. 2) предстазляет собой стандартный быстродействующий аналого-цифровой преобразователь типа К1107ПВ1, широко использующийся в микроэлектрояцой технике в составе блоков аналогового ввода. Иикропроцессор 21 представляет собой микроконтроллер ,"Электроника ИС 2702" на основе микропроцессорной серии К 580.

Таким образом, с помощью системы . программного управления устройством перемещения и колебаний горелки на основе линейных электромагнитных двиГателей задается необходимый закон движения горелки в процессе сварки.

Некоторые виды траектории движения сварочной горелки, которые можно получить с помощью предлагаемого устройства, показаны на фиг. 6. Скорость перемещения и колебаний горелки устанавливается и регулируется с помо" щью генераторов 14 и 15 в шаговом и непрерывном режимах движений.

Устройство с микропроцессорной сг привода, реалнэовать различные его ем программного разгона и торможения, фиксации и реверса в заданных точках рабочего хода, Кроме того, упрощается конструкция и повышается надежповышается безопасность и уменьшает" ся загрязнение окружающей среды;

Устройство может использоваться

Формула изобретения

1547995 8

U> „и U>„, на выходе 11 порогового устройства 23 устанавливается логичеСкий "0", а íà U - логическая "l", Генератор 15 блокируется и .система гереводится в шаговый режим.. Двига- 5 ,ель 1 начинает возвращаться в исходное положение с программным разгоном

zoo заданной скорости перемещения, Когда величина напряжения U g стано !ится равной некоторому зацанному значению на обратном ходе двигателя

I, через АЦП 25 эта информация по тупает в микропроцессор 21 в цифра.ом коде, Hà выходе U>, устанавливатся минимальное значение, соответтвуюшее исходному положению двйгатея 1 и осуществляется торможение двиателя продольного перемещения горел», и. При достижении двигателем отвер- тия 11 на направляющей 3 (фиг. 1) рабатьвает фотодатчик 9 реверса дви" ения (представляющий, собой.оптопару ийа светодиод, — фотодиод), сигнал логической "1 . от которого поступает

Й микропроцессор 21 и в устройство

yïðàðëåíèÿ столом, подачи изделия. .. Йа выходе П„ „ задатчика 22 устанав" х1ивается минимальное значение исход.я!ого. сбстояния двигателя (U „„„.U>q)

„ и!а выходе U, устройства 23 опять по"® " > 30 ляется сигнал логического "0", пеебрасывая распределитель 18 на реверс и устанавливая с помощью микро- . стемой управления позволяет зна!иг!роцессора 21 требуемые для рабочего тельно упростить механическую часть процесса сварки первоначальные значе-:35 н!ия U z„, U>, и U,„íà выходах. за- динамические состояния с обеспечени атчика 22. Стол подачи перемешает в это время готовое изделие (фиг. 1), срабатывает датчик !3 наличия издел(ия -например, контактного типа, блок!ирует генератор 14, н устройство ность, обеспечиваются гибкость в уев исходном состоянии готово к даль- Равлении,, быстродействие, простота новейшей работе,. При подаче нового из- обслуживания> снижаются стоимость и делия датчик 13 разрешает работу ге- массогабаритные показатели, шумность, и ератора 14 и устройство начинает функционировать по описанному алго- р итму. .Текшая информация о положений для автоматизации процессов дуговой д!вигателя 1 и, соответственно, сна" сварки изделий, для электрошлаковой реечной горелки поступает от датчика 5 сварки, автоматической наплавки, окВ

О

liO через АЦП 25 в микропроцессор 21 . раски изделий и других задач автомачто:позволяет управлять работой за- тизацир производственных процессов. д атчика 16 по заданной программе. Информация об отработке заданного ко.личества шагов двигателем 4 поперечнйх колебаний горелки также поступает s цифровом виде в,микропроцессор устрой ства 29. Датчйк 10 положения

9 154 двигатель поперечных колебаний горелки и блок управления, состоящий из генератора импульсов повышенной частоты, подключенного своим выходом к первому входу четырехканального цифроаналогового задатчика, аналоговые выходы которого подключены к первым входам четырехканального регулятора напряжения, распределителя импулвсов, подсоединенного к управляющим входам . многоканального усилителя мощности, устройства управления поперечными колебаниями горелки, к выходам которого подключены обмотки первого много. фазного электродвигателя, источник питания постоянного тока, подсоединенный своими шинами к регулятору напряжения и усилителю мощности, устройство коммутации сварочного. тока, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повьг шения надежности, оно. снабжено вторым многофазным линейным электроднига гелем продольного перемещения горелки с направляющей .для его индуктора и одно@азным линейным электродвигатег. лем вертикального перемешения горелки, датчиком наличия йзделия, вторым. генератором тактовых импульсов регулируемой частоты, вторым трехканальным цифроаналогоным эадатчиком, ана-. логово-цифровым преобразователем, микропроцессором, пороговым устройством, устройством коррекции частоты, одновибратором, схемами ИЛИ,. НЕ, устройством управления вертикальными перемещениями горелки при этом якорь второго многофазного электродвигателя жестко связан с направляющей для перемещения индуктора, на одной из боковых стенок индуктора жестко смонтированы датчик его положения и датчик реверса движения, а на нижней стенке индуктора жестко установлен статор второго многофазного линейного элект родвигателя, к одному из концов яко ря которого прикреплен однофазиый ли" нейный электродвигатель, к якорю которого жестко закреплена горелка, выход второго генератора соединен с одним иа входов схемы ИЛИ и входом устройства коррекции частоты, а выход первого генератора подключен к первому входу устройства управления попе7995, 10

Речными колебаниями и к входу устройства управления вертикальными переме шениями, цифровой выход первого циф- роаналогового задатчика подсоединен к второму входу схемы ИЛИ, а выход схемы ИЛИ подсоединен к первому входу распределителя импульсов, к второму входу которого подключены первый

:выход порогового устройства, первый вход микропроцессора, второй вход устройства управления вертикальными перемешениями и первый вход устройства коммутации сварочного агрегата, обмотки нторого многофазиого лиией)5 ного-электродвигателя подключены между выходами усилителя мощности и ре- . гулятора напряжения, второй вход i;оторого соединен с вторым выходом под> рогового устройстна, входом первого генератора, через схему. HE с первым входом второго генератора и через одновибратор с вторым входом устройства коммутации сварочного агрегата, а третий выход порогового устройства через устройство коррекции частоты. подключен к второму входу второго генератора, к третьему входу которого подключен датчик наличия изделия, выход датчика ренерса индуктора подсоединен к второму входу микропроцессора и к устройству управления столом подачи изделия, а выход датчика положения индуктора подключен к одному входу порогового устррйства и к вхоЗ5 ду аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к третьим входам микропроцессора, четвертый вход которого соединен с вторым выходом устройства управления поперечньг . ми колебаниями, три выходных порта микропроцессора подключены к входам второго трехканального цифроаналого» ного задатчика, выходы которого сое

45 динены с вторыми входами порогового устройства, четвертый выходной порт микропроцессора подключен к вторым входам первого цифроаналогового эадатчика и к вторым входам устройства управления поперечными колебаНиями, а к выходам устройства управления вертикальными перемешениями подключена обмотка однофазного линейного электродвигателя, 1547995

gtmjx4icfll8góÿ-,.

pn&ews спюЯЯ

Jdd

8У12

У Р У . У . сбарачноао агрегтаа

Quz.Ã! 547995 напраол(ние с8арк

/ лымл cmbwo

co duvesut

ФиМ

Ф

Составитель В. Пучинский .Редактор О. Юрковецкая Техред Д.Олийнык Корректор Т. Малец

Заказ l02 Тираж 65) . Подкисное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5 йв

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