Способ управления положением электросварочной горелки и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2448819:
Открытое Акционерное Общество "Институт по проектированию и исследовательским работам в нефтяной промышленности "Гипровостокнефть" (RU)
Изобретение относится к способу и устройству автоматического управления положением электросварочной горелки относительно стыка в процессе сварки с колебательными перемещениями электрода поперек. Способ включает измерение сварочного тока, формирование сигнала рассогласования и коррекцию положения оси горелки относительно середины стыка с использованием этого сигнала. Для формирования сигнала рассогласования выделяют гармоническую составляющую сварочного тока с частотой колебаний дуги. По фазе этой гармонической составляющей определяют знак, а по амплитуде - величину отклонения горелки от середины стыка и создают колебания электрода автоколебательным контуром, замкнутым по первой гармонике тока сварки. Формирование сигнала рассогласования осуществляют экстраполированием посредством нейронной сети, предварительно обученной ситуациями, возникающими в процессе сварки, и линии задержки. За счет обеспечения точности слежения по стыку повышается качество сварного соединения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области автоматизации электродуговой сварки плавящимся электродом разделанных и угловых швов в среде защитных газов и под флюсом. Оно может найти применение в машиностроении, судостроении и других областях техники.
В настоящий момент большая часть процессов электродуговой сварки ведется вручную. Автоматизация на массовом производстве возможна лишь при условии качественной разделки швов и высокой точности позиционирования деталей по отношению к сварочному механизму. Это связано с необходимостью непрерывного совмещения оси горелки с центром углового стыка для получения качественного соединения. Таким образом указанное совмещение является основным условием автоматизации электросварочного процесса.
Близким по технической сущности является способ управления положением электросварочной горелки относительно стыка, по информации от системы технического зрения как, например, в сварочном роботе Суго-750 фирмы Advanced Robotics или сварочном роботе AID-800 фирмы Norfolk & Western Railway. [Управление процессами и оборудованием при сварке: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Э.А.Гладков. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 432 с.].
Недостатком этого способа является то, что помехи от яркого света дуги и сварочной ванны, большая неравномерность отражения света от поверхности свариваемых деталей снижает точность слежения за линией шва.
Известен способ управления положением электросварочной горелки относительно стыка, принимаемый за прототип, при котором дуге сообщают колебательные перемещения поперек стыка, измеряют сварочный ток, формируют сигнал рассогласования и используют его для коррекции положения оси горелки относительно середины стыка. При этом для формирования сигнала рассогласования выделяют гармоническую составляющую сварочного тока с частотой вынужденных колебаний дуги. По фазе этой гармонической составляющей определяют знак, а по амплитуде - величину отклонения горелки от середины стыка [а.с. СССР №1087283, МПК3 В23К 9/10, опубл. в 1982 г.].
Недостатками такого способа являются снижение точности, а в некоторых случаях невозможность слежения за линей сварного шва в местах излома, большой кривизны поверхности, разветвления и др.
Этот способ осуществлен с помощью устройства, состоящего из датчика величины сварочного тока, датчика направления отклонения дуги, фильтра нижних частот, включенного последовательно с усилителем и приводом перемещения сварочной горелки, синхронного детектора и полосового фильтра. К первому входу синхронного детектора подключен через полосовой фильтр датчик величины сварочного тока, к второму входу синхронного детектора подключен выход датчика направления отклонения дуги, а выход синхронного детектора соединен с фильтром нижних частот [а.с. СССР №1087283, МПК3 В23К 9/10, опубл. в 1982 г.].
Недостатком устройства является то, что результат измерения электрических параметров дуги зависит от геометрии линии шва и для деталей сложной формы могут быть не правильно интерпретированы системой управления, что снижает качество получаемого шва.
Задачей изобретения является повышение качества сварного соединения.
Поставленная задача достигается тем, что в способе управления положением электросварочной горелки относительно стыка, при котором дуге сообщают колебательные перемещения поперек стыка, измеряют сварочный ток, формируют сигнал рассогласования и используют его для коррекции положения оси горелки относительно середины стыка. С целью повышения качества сварного соединения для формирования сигнала рассогласования используется экстраполятор, состоящий из нейронной сети, предварительно обученной ситуациями, возникающими в процессе сварки, и линии задержки, причем на вход экстраполятора поступают информация о линии сварного шва от системы технического зрения и сигнал рассогласования. Сформированные экстраполятором сигналы управления используются для корректировки траектории движения электросварочной горелки.
Для осуществления способа в устройство автоматического управления положением электросварочной горелки, включающее в себя последовательно соединенные датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, фильтр нижних частот, усилитель, устройство колебаний дуги и привод поперечного перемещения сварочной горелки относительно стыка, дополнительно введены сумматор, релейный элемент, устройство коррекции частоты автоколебаний, второй усилитель, третий усилитель, умножитель. Устройство коррекции частоты автоколебаний подключено в виде отрицательной обратной связи к релейному элементу, второй выход фильтра нижних частот подключен через второй усилитель к входу умножителя, выход которого соединен через первый усилитель с приводом перемещения горелки поперек стыка, второй выход релейного элемента подключен через третий усилитель к устройству колебаний дуги, подсоединенному к электросварочной горелке.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема устройства автоматического управления положением электросварочной горелки.
Устройство автоматического управления положением электросварочной горелки содержит последовательно соединенные источник питания дуги 1, шунт сварочной цепи 2, датчик величины сварочного тока 3, полосовой фильтр 4, настроенный на частоту колебаний электрода, фильтр нижних частот 5, сумматор 6, релейный элемент 7, устройство коррекции частоты автоколебаний 8, подключенное в виде отрицательной обратной связи к релейному элементу, второй выход фильтра нижних частот 5 подключен через второй усилитель 9 к входу умножителя 10, выход которого соединен с первым входом нейронной сети 17, ко второму входу которой подключена система технического зрения 16; линия задержки 18 подключена в виде отрицательной обратной связи к нейронной сети 17, выход которой соединен через первый усилитель 11 с приводом поперечного перемещения сварочной горелки 12, второй выход релейного элемента 7 подключен через третий усилитель 13 к устройству колебаний дуги 14, подсоединенному к сварочной горелке 15.
Способ автоматического управления положением электросварочной горелки осуществляется следующим образом.
При отклонении сварочной горелки 15 от стыка в сварочном токе появляются гармоническая составляющая на частоте колебаний электрода. Эта гармоническая составляющая выделяется полосовым фильтром 4 и сглаживается фильтром нижних частот 5. Этот сигнал поступает на вход сумматора 6, а затем на релейный элемент 7, на выходе которого существуют автоколебания заданной частоты. Сигнал с выхода релейного элемента 7 поступает на устройство коррекции частоты автоколебаний 8, соединенное в виде отрицательной обратной связи, реализуемой сумматором 6, с релейным элементом 7. На умножителе 10 периодический сигнал модулируется информацией из первой гармоники тока сварки, поступающей с выхода фильтра нижних частот 5 и прошедшей через второй усилитель 9. Этот сигнал и сигнал с системы технического зрения 16 поступают на эксторполятор, реализованный на нейронной сети 17 и линии задержки 18. Сигнал управления с нейронной сети 17 поступает на первый усилитель 11, связанный с приводом поперечного перемещения горелки 12. Второй выход релейного элемента 7 через третий усилитель 13 подключен к устройству колебаний электрода 14, обеспечивая тем самым поперечные колебания электрода.
Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемые способ и устройство обеспечивают большую точность слежения по стыку, чем достигается повышение качества сварного соединения.
1. Способ управления положением электросварочной горелки относительно стыка в процессе сварки с колебательными перемещениями электрода поперек стыка, включающий измерение сварочного тока, формирование сигнала рассогласования путем выделения гармонической составляющей сварочного тока с частотой колебаний дуги и осуществление коррекции положения оси горелки относительно середины стыка и коррекции колебаний электрода, отличающийся тем, что дополнительно получают сигнал с системы технического зрения, который совместно с сигналом рассогласования экстраполируют посредством нейронной сети и линии задержки, сформированные сигналы управлении используют для корректировки траектории движения электросварочной горелки.
2. Устройство автоматического управления положением электросварочной горелки относительно стыка в процессе сварки с колебательными перемещениями электрода поперек стыка, содержащее датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, фильтр нижних частот, первый усилитель привода поперечного перемещения электросварочной горелки относительно стыка, устройство колебаний дуги и привод поперечного перемещения сварочной горелки относительно стыка, сумматор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены система технического зрения, нейронная сеть, линия задержки, релейный элемент, устройство коррекции частоты автоколебаний, второй усилитель периодического сигнала, третий усилитель привода поперечного перемещения электросварочной горелки относительно стыка, умножитель, при этом выход датчик величины сварочного тока подключен к входу полосового фильтра, выход которого подключен ко входу фильтра нижних частот, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен ко входу релейного элемента, первый выход которого подключен ко входу устройства коррекции частоты автоколебаний, выход которого подключен ко второму входу сумматора, второй выход релейного элемента подключен через третий усилитель к устройству колебаний дуги, подсоединенному к электросварочной горелке, второй выход фильтра нижних частот через второй усилитель подключен ко входу умножителя, второй выход релейного элемента подключен ко второму входу умножителя, система технического зрения подключена к первому входу нейронной сети, выход умножителя подключен ко второму входу нейронной сети, линия задержки подключена к третьему входу нейронной сети, первый выход которой соединен через первый усилитель с приводом перемещения горелки, второй выход нейронной сети подключен ко входу линии задержки.
