Устройство для автоматического наведения оси сварочного инструмента на линию стыка при сварке пространственных швов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<11863227 (61) Дополнительное .к авт. сеид-ву (22) Заявлено 12J.279 (21) 2850328/25-27 (51)М. Кл з с присоединением заявки ¹

В 23 К 9/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150981. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 15.0981 (53) УДК621. 791. 75 (088.8) (72) Авторы изобретения

В А. Тимченко, Е.Ф. Малнченко, Н.Н. С и О.Й. Гудима (7 I ) Заявитель

Ордена Ленина и ордена Трудового Красного 3цдмени" институт электросварки им. Е.О. Патона (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО НАВЕДЕНИЯ

О И СВАРОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА HA H CTMKA

ПРИ СВАРКЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ШВОВ

Изобретение относится к оборудованию для электродуговой сварки металлов> в частности к средствам совмещения электрода со стыком, и может быть использовано для сварки пространственных каркасных и решетчатых изделий, например кабин тракторов и других конструкций.

Известны автоматические сварочные 1 манипуляторы с программным управлением, так называемые сварочные роботы, которые применяются для коротких швов на пространственных каркасных изделиях. У большинства роботов перемещение сварочного инструмента выполняется по расчетной rrporpa, подготавливаемой средствами внешнего программирования, или путем облучения, что требует точной сборки 20 элементов изделия в приспособлении и фиксации в позиции сварки

Известны также роботы, у которых для компенсации погрешностей сборки и установки изделия в позиции свар- 25 ки используется система корректировки горелки, содержащая два электромагнитных датчика, расположенных взаимно перпендикулярно и под углом 45 б к оси горелки (2 . 30

Однако указанное устройство не может применяться ддя сварки замкнутых швов на каркасных иэделиях, так как они содержат участки не только угловых, но и стыковых соединений. Кроме того, не решена задача автоматизации поиска начальной точки при сварке коротких швов.

Известно также устройство наведения оси сварочной головки на стык при сварке каркасных конструкций и нахождения точки начала сварки за счет определения положения элементов изделия образующих стык. В устройстве перемещают до соприкосновения с изделием контактный датчик, закрепленный относительно головки на фиксированном расстоянии. В программе.перемещений датчика введены условные точки очередного соединения по всем координатам. Эти точки назначаются таким образам, чтобы между изделием и контактным датчиком оставался гарантированный зазор при любых возможных смещениях изделия в позиции сварки. Из каждой точки поиска осуществляют программируемое по величине перемещение датчика в сторону изделия. В момент соприкосновения датчика с искомым элементом изделия

863227 отключают движение по данной координате, после чего включают программное перемещение датчика в условную точку по следующей коордйнате. После окончания поиска по всем координатам, включают перемещение по расчетной программе, с учетом расстояния от датчика до головки, и переводят сварочную голонку в точку начала сварки, а датчик отводят из зоны сварочной головки до получения гарантированного зазора между иэделием и наконечником датчика. Устройство перемещения сварочного инструмента использует импульсную систему программного управления и дополнительный генератор импульсов, „который запускается после выхода датчика и подключается к соответствующему приводу манипулятора — происходит отработка непрограммного перемещения. При контакте датчика с изделием выходной сигнал датчика становится равным нулю, генератор импульсов запирается и перемещение по соответствующей координате прекращается (3$.

Однако данное устройство характеризуется малой помехозащищенностью системы от импульсных помех сварочных цепей и силовых цепей приводов, что приводит к неточностям позиционирования; накоплением погрешностей каждого предыдущего положения датчика или сварочной горелки при перемещении в новую позицию, так как н системе отсчет перемещений рабочего органа производится от его предыдущего положения1 полной потерей информации о положении элементов робота при отключении электропитания.

Целью изобретения является поны- шения надежности работы и помехозащищенности сварочного робота.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее контактный датчик, закрепленный сбвместно с горелкой на оконечном элементе робота и подключенный к нульоргану, блок ввода программы и приводы по каждой координате перемещения контактного датчика, введены по каждой управляемой координате датчик положения, запоминающий блок, компаратор, коммутатор, и два сумматора, причем„выход нуль-органа через коммутатор подключен к запоминающему блоку; другой выход последнего подключен к выходу первого сумматора, а выход запоминающего блока подключен 3b входу второго сумматора, при этом вход первого сумматора подсоединен к соответствующему датчику положения, другие входы обоих сумматоров включены параллельно и подключены к выходам блока ввода программы, а выход второго сумматора через компаратор подключен к соответствующим приводам координатного перемещения контактного датчика.

65 дальнейшем — датчик положения) . Датчик 14 выдает сигнал, пропорциональный величине перемещения подвижного элемента робота относительно абсолютного начала отсчета координат робота (он и может иметь одну из известных конструкций, реохордыый, кодовый и т.п., в зависимости от принятой системы управления) . Датчик положения 14 подключен к счетным вхоНа чертеже приведена блок-схема .устройства для одной (Z) управляемой координаты робота. Для остальных координат схема выполнена аналогично.

Положительные направления осей

5,координат робота обозначены через

Х, У и 2 . Пунктирами нанесена траектория перемещения щупа датчика при поиске положения поверхностей изделия. (О "

В качестве иэделия 1 представлен типовой узел сочленения стержневых элементов пространственных каркасных изделий, образующих линию соединения 2 с начальной точкой О. На руке 3 робота (координата Е) закреплены на фиксированном расстсянии друг от друга сварочный инструмент 4 и контактный датчик 5, соединенный с приводом 6 вывода датчика н положе20 ние измерения. Независимо от направления подхода датчика к искомой понерхности (вдоль оси датчика .или в любом направлении в плоскости,, перпендикулярной его оси), равное сме25 щение копирного рычага вызывает появление одинакового сигнала на выходе датчика. При отсутствии контакта между изделием и копирным рычаroM датчик выдает сигнал наибольшей величины полярности перемещение к иэделию, при окончании поиска элемента выходной сигнал датчика равен нулю. Количество программируемых степеней подвижности робота должно быть не менее трех и определяется технологическими требованиями для сварки данного класса иэделий.

На чертеже условно показан робот тремя подвижными элементами: рукой 3 (координата Z)у кареткой 7

40 (координата У); и суппором 8 (координата Х).

Механизм.поворота сварочного инструмента и контактного датчика условно не показаны для упрощения чертежа. Как указывалось выше, схема управления всеми координатами робота аналогична схеме управления по координатам Z, которые рассматривались выше. Устройство ввода программы 9

50 через сУмматоР 10 соединены с компаратором ll, который подключен к блоку управления 12 исполнительного механизма 13 перемещения суппорта.

С исполнительным механизмом 13 механически соединен датчик 14 обратной связи по положению суппорта 8 (в

863227

45 ствует зазор, то датчик выдает сигнал наибольшей величины, разрешающий перемещение в направлении изделию.

При этоМ запоминающее устройство 16 50 отключено, а сигналы с датчика по,ложения 14 поступают на компаратор

11 и сумматор 15 соответствующей координаты. Из устройства 9 вводится очередной кадр программы на перемещение датчика 5 в направлении к изделию, перпендикулярно к искомой поверхности (направление а-б). Величина этого перемещения назначается заведомо большей, чем расстояние от точки а до искомой поверхности изделия при любых возможных смещениях изделия . Информация этого кадра програм.мы о требуемом перемещении поступает в сумматор 15 и одновременно проходит без изменений через сумматор

d0

65 дам компаратора 11 и сумматора 15, который вторым входом соединен с устройством 9 ввода программы, а выходом — с запоминающим устройством

16.

Контактный датчик 15 подключен через нуль-орган 17 к блокам управ« ления 12 и через коммутатор 18 к запоминающим устройствам 16 всех управляемых координат Х, У, Е. Устройство ввода программы 9 каналом.вспомогательных команд связано через блок управления 19 с приводом 6 вывода контактного датчика в положение измерения °

Устройство работает следующим образом.

Изделие 1 Устанавливают в позицию сварки. При этом могут возникнуть смещения изделия по любой из координат Х, У и Z. Расчетная программа, подготовленная заранее, обеспечивает 20 перемещение руки 3 робота в исходное положение для поиска очередного элемента соединения 2 изделия. Условные точки поиска выбирают таким образом, чтобы обеспечить зазор по всем координатам между датчиком 5, выведенным в положение измерения, и элементами изделия при любом максимальном отклонении иэделия в положение сварки, Перед окончанием этого перемещения из устройства 9 ввода программы происходит вспомогательная команда на блок 19 и привод б выводит датчик

5 в положение измерения (точка а), а также проходит вспомогательная команда на коммутатор 18, для подключения выхода датчика 5 к запоминающему устройству 16 той координаты, по которой будет производиться поиск положения изделия (на рисунке — координата Е). Одновременно, датчик 5 4() подключается к блоку управления 12 соответствующей координаты. Датчик

5 занимает относительно сварочного инструмента 4 фиксированное, заранее известное положение. Так как между датчиком 5 и изделием 1 суще10,так как в запоминающем устройстве 16 информация отсутствует. Информация кадра программы поступает s компаратор 11 (по соответствующей координате Z), где сравнивается с показаниями датчика положения 14 и блок 12 выдает управляющий сигнал соответствующий полярности и величине на привод 18 для перемещения дат чика в расчетное положение (в данном ,случае, перемещается рука 3).

При контакте датчика 5 с изделием (точка б) выходной сигнал датчика становится равным нулю. При этом, через нуль-орган 17 проходит команда на останов привода 13 (через блок

12), подключение запоминающего устройства 16 по координате поиска (координата Е), а также на ввод следующего кадра программы. В указанном положении координаты Z точки б и начальной точки 0 линия соединения 2 совпадает. Таким образом найдено положение начальной точки 0 в направлении Е, фактическая координата Е начальной точки 0 на данном стыке 2 соответствует сигналу датчика положения 14 ° Этот сигнал поступает на сумматор 15 и сравнивается с введенными по программе значениями расчетного положения точки б. На входе сумматора 15 появляется сигнал, пропорциональный разности координат Е фактического и расчетного положения искомой поверхности изделия, к поправке, которую нужно вводить в расчетную программу перемещений по координате Е. при обработке данного стыка 2 на данном изделии 1. Этот сигнал запоминается в устройстве 16 по величине и знаку. Указанная поправка пропорциональна величине случайного смещения, линии соединения 2 относительно абсолютного нуля координаты Е робота.

В процессе дальнейшей работы системы запоминающее устройство 16 остается включенным и на его выходе имеется сигнал. При вводе очередных кадров программы датчик 5 перемещают в следующую условную точку поиска в. Отработка расчетной программы по координате Е (по которой уже определено фактическое положение изделия) производится следующим образом: в сумматоре 10 расчетная величина, ;поступающая из устройства 9, алгебраически суммируется с поправкой, хранящейся в запоминающем устройстве

16, и этот суммарный сигнал подается на компаратор 11 ° Отработка перемещения производится аналогично известным системая программного управления, т.е. в компараторе 11 величина требуемого перемещения сравнивается с показаниями датчика положения 14 и блок 12 выдает управляющий сигнал соответствующей полярности и величины на привод 13 для перемещения ру863227 ки 3 и в направлении уменьшения разности между показаниями счетчика 14 и компаратора 11. В требуемом положении руки 3 укаэанная разность равна

0 и привод 13 руки останавливается.

После вывода контактного датчика

5 в точку иэ устройства 9 вводится очередной кадр программы для перемещения датчика по координате У в направлении к иэделию. Информация этого кадра программы поступает однонременно н сумматоры 10 и 15 цепи управления координатой У робота. Функционирование цепи управления координатой

У аналогично описанному для координаты Z. Каретка 7 начинает перемещаться с рукой 3 и датчиком 5 к изделию. 15

При контакте датчика 5 с иэделием (точка г) выходной сигнал датчика станови-, я равныл1 нулю и через нульорган 17 проходит команда на останов привода 13 по координате У. Подклю- Щ чение запоминающего устройства 16 координаты. У к соответствующему сумматору 15, а также на ввод следующего кадра программы. В указанном положении координаты У точки д и начальной точки 0 линии соединения 2 совпадают, т.е. найдено положение начальной точки 0 в направлении У.

Фактическая координата У начальной точки 0 на данном стыке 2 соответствует сигналу датчика положения 14 по координате У.

Этот сигнал поступает на сумматор

15 координаты У и сравнивается с введенным по программе значением расчетного положения точки г. На ныхоце сумматора 15 координаты У появляется сигнал, пропорциональный разности координат У фактического и расчетного положения искомой поверхности изделия, так как пропорциональный поправке, которую надо вводить в расчетную программу перемещений по координате У при обработке данного стыка на данном изделии. Указанная поправка пропорциональна величине 45 случайного смещения линии соединения

2 относительно абсолютного нуля координаты У робота. Этот сигнал запоминается н устройстве 16 координаты У по величине и знаку. 30

После этого, датчик 5 перемещается иэ очки r н точку д и аналогично описанному находится в положение начальной точки 0 н направлении Х.

Таким образом, три координаты

Х, У и 2 начальной точки О.определены, а н устройствах 16 по соответствующим координатам хранятся значения поправок к расчетной программе.

Последующими кадрами программы контактный датчик 5 отводится приводом 60 б иэ положения измерения и сварочный инструмент 4 совмещают с начальной точкой 0 соединения 2. При этом, н расчетной программе учитына ют расстояние между концом электро- б5 да и наконечником копирного рычага датчика 5 при выдаче им нулевого сигнала. Отработка программы производится с учетом поправок, хранящихся в запоминающих устройствах

16, т.е. по каждой координате (Х, У и Е) в сумматорах 10 расчетная величина перемещения rfo координате, поступающая иэ устройства 9 ввода программы, алгебраически суммируется с соответствующей поправкой, хранящейся в запоминающих устройствах 16, 1 и этот суммарный сигнал подается на компаратор 11 соответствующей координаты.

После сварки данного соединения 2 иэ устройства 9 проходит вспомогательная команда, устанавливающая запоминающие устройства 16 в нулевое состояние и робот может переходить к поиску очередного соединения.

Использование предлагаемого устройства позволяет определить случайное смещение стыка относительно абсолютного нуля координатной системы робота, запомнить величину этого смещения по каждой управляемой координате и корректировать расчетную программу при сварке этого стыка, обеспечивая требуемую точность наведения сварочного инструмента на стык. Использование системы программного управления с абсолютным отсчетом величины перемещений повышает ее помехозащищенность, исключает накоп- ление погрешностей позиционирования в процессе работы, что повышает качество сварки за счет точного совмещения электрода со стыком.

Формула изобретения

Устройство для автоматического наведения оси сварочного инструмента на линию стыка при сварке пространственных швов, преимущественно решетчатых и каркасных конструкций, содержащее контактный датчик, закрепленный совместно с горелкой на оконечном элементе сварочного робота и подключенный к нуль-органу, блок ввода программы и приводы по каждой координате перемещения контактного датчика, о т л и ч а ю щ е е с я, тем что, с целью повышения надежности работы и помехоэащищенности сварочного робота, в устройство введены по каждой управляемой координате датчик положения, запоминающий блок, компаратор, коммутатор и два сумматора, причем выход нуль-органа через коммутатор подключен к запоминающему блоку, другой выход последнего подключен к выходу первого сумматора, а выход запоминающего блока подключен ко входу второго сумматора, при этом вход первого сумматора подсоединен к соответствующему датчику положения, 863227

Составитель Л. Глаголева

Техред Л. Пекарь

Корректор Г. Назарова

Редактор Н. Погориляк

Заказ 7654/19 Тираж 1151

BHHHIIM Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 другие входы обоих сумматоров включены параллельно и подключены к выходу блока ввода программы, а выход второго сумматора через компаратор подключен к соответствующему приводу координатного перемещения контактного датчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патон Б.Е., Спыну Г ° А. Тимошенко В. Г. Промышленные роботы ,для сварки. К., Наукова Думка,"

1977.

2".Н! tachi hyo

3. Авторсоке свидетельство СССР

Р 648360, кл. В 23 К 9/10, 1976.