SU1555080A1 - Способ сварки и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматизации дуговой сварки и может быть использовано в установках с программным управлением и сварочных работах. Цель изобретени  - улучшение качества сварки за счет повышени  точности слежени  за стыком большой кривизны. При перемещении электрода по заданной программе одновременно осуществл етс  его перемещени  по нормали к программной траектории. Это перемещение осуществл етс  посредством интерпол ции. Устройство дл  осуществлени  способа содержит преобразователь код-частота, блок интерпол ции, блок суммировани , блок синхронизации и программер. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относитс  к автоматизации сварочных процессов и может быть использовано в установках с программным управлением и сварочных роботах.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества сварки путем повышени  точности слежени  за стыком большой кривизны.

Цель достигаетс  тем, что согласно способу сварки с коррекцией траектории сварочного робота, при котором коррекцию осуществл ют по трем ортогональным ос м, суммиру  программные и корректирующие сигналы, вычисленные по сигналу ошибки датчика положени  сварочной головки, коррекцию осуществл ют в направлении по нормали к сварочной линии, причем вычисление корректирующих сигналов производ т по формулам

Ах ax(q,0) S;

Д av(lf,0 ) х S; йг аг(и,0 )« S; S J V(t)sign(&). at,

1сл

где Л

х

х

а

u A-z корректирующие сигналы по ортогональным ос м;

.,., &z - направл ющие косинусы нормали к программной траектории; S - текущее рассто ние от кончика электрода до программной траектории;

V(t) - скорость корректирующего перемещени  головки по нормали к траектории в функции времени t; Д - сигнал ошибки положени  электрода относительно сварочСП

ел

СП

о

00

о

31

ной линии (относительно издели ).

Согласно способу электрод перемещаетс  по заданной программе с одновременным перемещением вдоль его оси по нормали к программной траектории . Это перемещение осуществл етс  посредством интерпол ции.

На фиг. 1 показан сварочный робот с п тью степен ми свободы перемещени  головки, общий вид; на фиг. 2- то же, вид сверху; на фиг, 3 - блок- схема датчика положени  формирующего сигнал Л ошибки расположени  конца электрода от сварочной линии; на фиг. 4 - блок-схема контроллера сварочного робота; на фиг. 5 - блок- схема программера контроллера сварочного робота; на фиг. 6 - блок- схема блока интерпол ции контроллера; на фиг. 7 - блок-схема преобразовател  код - частота контроллера.

Устройство дл  реализации способа содержит последовательно соединенные датчик 1 положени , контроллер и механизм 3 перемещени  сварочной головки по трем ортогональным X, Y, Z и двум угловым 0, Cf ос м с приводами . Датчик 1 положени  содержит датчик 4 рассто ни  и задатчик 5 рассто ни , подключенные к входам вычитател  6. Контроллер 2 робота содержит последовательно соединенные преобразователь 7 код-частота и блок 8 интерпол ции, блок 9 суммиД

ровани , перва  группа входов и, и и, Д. 2 св зана с выходами блока 8 интерпол ции, блок 10 синхронизации выход которого св зан с входом преобразовател  код-частота, с вторым входом блока 8 интерпол ции и с входом программера 11. Перва  группа выходов программера П X, Y, Z подключена к второй группе входов блока 9 суммировани , а втора  группа 0,ц св зана с входами управлени  приводами по угловым ос м и с третьим и четвертым входами блока 8 интерпол ции , выходы блока 9 суммировани  подключены к входам приводов по ортогональным ос м.

Программе 11 содержит мультиплесоры 12 и 13, блок 14 интерпол ции, задатчик 15, выходом подключенный к адресному входу мультиплексора 12 зад тчик 16, выходом подключенный к адресному входу мультиплексора 13, блок 17 пам ти, выходом подключенный к входу блока 14 интерпол ции,

два других входа которого св заны с выходами мультиплексоров 12 и 13, входы которых св заны с выходом блока 1 0 синхронизации , выходы X, Y, Z блока 14 интерпол ции подключены к второй группе входов блока 9 суммировани , выходы 0,Ц блока 14 интерпол ции св заны с третьим и четвертым входами интерпол тора 8 и с вхо- дами приводов углового перемещени  сварочной головки.

Блок 8 интерпол ции содержит реверсивный счетчик 18, элемент ИЛИ 19, D-триггер 20, первый и второй элементы И 21 и 22, элемент НЕ 23, блок 24 пам ти, с первого по третий блоки 25 - 27 умножени , с первого

0

5

0

35

40 45 50

55

по четвертый элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 - 31 .

Вход сложени  реверсивного счетчика 18 соединен с выходом первого элемента И 21, вход вычитани  реверсивного счетчика 18 соединен с выходом второго элемента И 22, выход реверсивного счетчика 18 св зан с входом элемента ИЛИ 19 и с первыми входами блоков 25 - 27 умножени , выход элемента ИЛИ 19 подключен к С-вхо- ду триггера 20, D-вход которого св зан с выходом элемента НЕ 23. Выход триггера 20 св зан с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 - 31, первые входы элементов И 21 и 22 св заны с выходом преобразовател  7 код - частота, вторые входы элементов И 21 и 22 соединены с выходом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, третий вход второго элемента И 22 св зан с выходом элемента ИЛИ 19. Вход элемента НЕ 23 и второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 св заны с выходом датчика 1 положени . Входы блока 24 пам ти св заны с выходами б, If угловых координат программера 11. Выходы блока 24 пам ти св заны с вторыми входами блоков 25 - 27 умножени  и с вторыми входами второго, третьего и етвертого элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29-31, выходы блоков 25 - 27 умножени  и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 - 31 св заны с первой группой Дх, Дц, &г блока 9 суммировани .

Преобразователь 7 код-частота содержит первый и второй задатчики 32 и 33, вычитатель 34, счетчик 35, мультиплексор 36, элемент ИЛИ 37, элемент И 38, выходом подключенный к первому входу блока 8 интерпол ции

и к счетному входу счетчика 35. Выход первого задатчика 32 подключен к первому входу вычитател  34, второй вход которого св зан с выходом датчика 1 положени . Выход вычитатл- л  ЗА св зан с входом разрешени  предустановки счетчика 35 и с адресным входом мультиплексора 36, группа входов которого св зана с выходом блока 10 синхронизации, а выход подключен к входу элемента И 38, второй вход которого св зан с выходом элемента ИЛИ 37. Вход предустановки счетчика 35 св зан с выходом второго задатчика 33. Выход счетчика 35 св зан с входом элемента ИЛИ 37.

Датчик 4 выполнен в виде датчика напр жени  дуги, эадатчик 5 цифровой . Возможен вариант с выполнением датчика 4 и задатчика 5 аналоговыми , а вычитател  6 - в виде усилител  с дифференциальными входами и аналогоцифровым преобразователем на выходе. Преобразователь 7 код-частота формирует импульсный сигнал с частотой , линейно завис щей от выходного кода Д вычитател  6. Блок 8 интерпол ции с заданной скоростью V, определ емой частотой f с выхода преобразовател  7 код-частота, формирует корректирующие приращени  ортогональных координат.

Блок 9 суммировани  выполнен в виде трех сумматоров по координатам X, Y, Z. Блок 10 синхронизации выполнен в виде генератора импульсов с выходами различной частоты.

Программе 11 формирует программные коды, измен ющиес  во времени по п ти координатам X(t), Y(t), S(t) fl(t),Cf(t).

Посредством мультиплексора 12 и задатчика 15 выбираетс  необходима  частота синхронизации дл  блока 14 интерпол ции, посредством мультиплексора 13 и задатчика 16 задаетс  частота, определ юща  дискретность времени в блоке 14 интерпол ции.

В блоке 17 пам ти задаютс  координаты конечных точек интерпол ции, запись производитс  в процессе обучени  при перемещении головки по эталонной линии сварки.

D-триггер 20 измен ет состо ние по срезу сигнала с выхода элемента ИЛИ 19. Блок 24 пам ти выполнен в виде ОЗУ или ППЗУ.

Задатчик 32 выполн ет Функцию задатчика зоны нечувствительности датчика 1 положени  и может быть выполнен в виде регистра или дес тичного переключател  с шифратором. Задатчик 33 выполнен аналогично зада тчику 32 и определ ет величину перемещени  электрода в зоне нечувствительности . Счетчик 35  вл етс  вычитающим с инверсным разрешающим входом преустановки (запись производитс  при нулевом сигнале на разрешающем входе). Мультиплексор 36 вы5 бирает с выхода блока 30 синхронизации выход с необходимой частотой f в зависимости от адресного сигнала с вычитател  34. Блок 9 суммировани  снабжен на выходе буферными

0 регистрами, стробируемыми импульсами с выхода мультиплексора 12 (дл  избежани  возможной недостоверности корректирующего кода при изменении адреса в блоке 24 пам ти).

5Способ осуществл ют следующим образом .

Записывают перед сваркой в блок 17 пам ти программера 11 координаты точек эталонной линии сварки (прог0 раммной траектории). В процессе

сварки блок 14 интерпол ции формирует коды, линейно измен ющиес  от точки к точке, в результате чего головка посредством механизма 3 пере5 мещаетс  по программной траектории с заданной скоростью. Ввиду того, что фактическое положение сварочной линии отличаетс  от программной, датчик 1 положени  формирует сигнал

0 ошибки А в направлении оси электрода , положение которой в пространстве определ етс  угловыми координатами ср, 9 .

Сигнал ошибки Д преобразуетс  в

5 частоту f преобразователем 7 код- частота. Эта частота f определ ет скорость корректирующего перемещени  электрода в направлении его оси, т.е. по нормали к сварочной линии.

Q Посредством блока 8 интерпол ции с учетом положени  оси электрода в пространстве производитс  разложение вектора корректирующего перемещени  на составл ющие Дг, Д и, Д. Таким

g образом, при повороте электрода и изменении углов Ц , 9 при нулевом сигнале ошибки Д обеспечиваетс  эквидистантное копирование сварочной линии . При нулевом сигнале ошибки Д

корректирующие перемещени  линейно измен ютс  в зависимости от положени  оси электрода и величины S текущего отклонени  сварочной линии от программной траектории.

Так как при осуществлении коррекции по ортогональным ос м угловое положение электрода не измен етс , то суммированием в блоке 9 суммировани  текущих программных координат и корректирующих приращений осуществл етс  перемещение сварочной головки с электродом по фактической линии сварки с заданным углом к поверхнос- ти. С целью улучшени  качества регулировани  (ввиду того, что осуществл етс  след щее изменение корректирующего кода), преобразователь 7 код-частота выполнен с дополнитель ным вычитателем 34 и счетчиком 35 и задатчиками 32 и 33. После того, как сигнал ошибки Д положени  электрода становитс  меньше величины, задаваемой в задатчике 32, формирование импульсов на выходе преобразовател  7 прекращаетс , но с задержкой на число импульсов, задаваемых в задатчике 33. Это обеспечивает быструю и точную остановку электрода внутри зоны нечувствительности, а также возможность регулировани  положени  электрода в импульсом режиме с колебани ми напр жени  дуги в импульсе и паузе сварочного тока. Счетчик 35 при положении электрода за пределами зоны нечувствительности (нулевой сигнал на выходе знакового разр да вычитател  34) находитс  в предустановленном состо нии, импульсы с выхода мультиплексора 36 проход т через элемент К 38 ввиду единичного сигнала с выхода элемента ИЛИ 37 на его втором входе. В зоне нечувствительности на разрешающем входе счетчика 35 единичный сигнал и счетчик работают в режиме вычитани  до обнулени , после чего прохождение импульсов через вентиль 38 прекращаетс .

Импульсы с частотой f через распределитель импульсов на элементах И 21 и 22 в зависимости от знака ошибки положени  Д поступают на вход сложени  или на вход вычитани  реверсивного счетчика 18, на выходе которого формируетс  код модул  текущего перемещени  S. Знак S формируетс  триггером 20 при нулевом состо 

5

0

нии реверсивного счетчика 18 и противоположен знаку ошибки Д, при этом посредством элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 обеспечиваетс  формирование кода положительного числа на выходе реверсивного счетчика 18 (исключаетс  переход из нулевого состо ни  счетчика сразу в единичное, которое свидетельствует о предельном отклонении сварочной линии от программной траектории и при нем может быть сформирован посредством, например, элемента И сигнал аварийной остановки робота). В зависимости от направлени  нормали к программной траектории и знаков направл ющих косинусов посредством элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 - 31 формируютс  знаки корректирующих приращений. Например, при сварке в потолочном положении положительному Д будет соответствовать перемещение по оси Z в отрицательном направлении.

Величина корректирующих приращений вычисл етс  в блоках 25 - 27 умножени  по формулам

Ь

а.

S;

а

S;

&з аг х S.

Особенностью предлагаемых способа и реализующего его устройства  вл етс  изменение корректирующих приращений в зависимости не только от сигнала ошибки, но и в зависимости от текущего направлени  нормали к программной траектории, что обеспечивает эквидистантное копирование сварочной линии при положении электрода в зоне нечувствительности датчика положени . Кроме того, при корректирующем перемещении электрод перемещаетс  по нормали к программной траектории без накоплени  ошибки его смещени  вдоль сварочной линии, что позвол ет повысить надежность выполнени  программы за счет устранени  сбоев, вызванных указанным смещением

Claims (4)

1. Способ сварки, при котором осуществл етс  коррекци  траектории сварочного робота, причем коррекцию осуществл ют по трем ортогональным ос м X, Y, Z, суммиру  программные и корректирующие сигналы, вычисленные по сигналу ошибки датчика положени  сварочной головки, о т л и - чающий с   тем, что, с целью повыгаенн  качества сварки путем повышени  точности слежени  за стыком большой кривизны, коррекцию осуществл ют в направлении по нормали к сварочной линии, причем вычисление корректирующих сигналов производ т по формулам

&х ах((|( 9) У S;

UT 0 S &z аг(М,0). S;

7 -J v(t)sign(A)at,

где b x & и., Л

а

Lx

корректирующие сигналы по ортогональным ос м;

а - направл ющие косинусы нормали к программной траектории; S - текущее рассто ние от кончика электрода до программной траектории;

Д - сигнал ошибки положени  электрода относительно свариваемого издели ; V(t) - скорость корректирующего перемещени  головки нормали к траектории в функции времени t.

2. Устройство дл  сварки, содержащее сварочную головку с приводами перемещени  по трем ортогональным ос м X, Y, Z и двум угловым б , Ц ос  с датчиками положени , о т л и ч а - ю щ е-е с   тем, что, с целью повышени  качества сварки путем повышени  точности слежени  за стыком большой кривизны, в устройство введены преобразователь код - частота, блок интерпол ции, блок суммировани , программер, блок синхронизации, при этом преобразователь код - частота через первый вход блока интерпол ции св зан с первой группой входов блока суммировани , блок синхронизации св зан с входом преобразовател  код - частота, вторым входом блока интерпол ции и входом программера, перва  группа выходов которого подключена к второй группе входов X, Y, Z блока суммировани , а втора 

группа выходов св зана с входами управлени  приводами по угловым ос м 0, ($ и третьим и четвертым входами блока интерпол ции.

3. Устройство по п. 2, о т л и - чающеес   тем, что преобразователь код - частота содержит первый и второй задатчики, вычитатель, Q счетчик, мультиплексор, элемент

ИЛИ, элемент И, выходом подключенный к первому входу блока интерпол ции и к счетному входу счетчика, выход первого задатчика подключен к перво- 5 му входу вычитател , второй вход которого св зан с выходом датчика положени , выход вычитател  св зан с входом разрешени  предустановки счетчика и с адресным входом муль- Q типлексора, группа входов которого св зана с выходом блока синхронизации , а выход подключен к входу элемента И, второй вход которого св зан с выходом элемента ИЛИ, вход 5 предустановки счетчика св зан с выходом второго задатчика, выход счетчика св зан с входом элемента ИЛИ.

4. Устройство по пп. 2 и 3, содержащее реверсивный счетчик, эле- о мент ИЛИ, триггер, первый и второй элементы И, элемент НЕ, блок пам ти , первый, второй и третий блоки умножени , первый, второй, третий и четвертый элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход сложени  реверсивного счетчика соединен с выходом первого элемента И, вход вычитани  реверсивного счетчика соединен с выходом второго элемента И, выход реверсив- го счетчика св зан с входом элемента ИЛИ и с первыми входами блоков умножени , выход элемента ИЛИ подключен к С-входу триггера, D-вход которого св зан с выходом элемента с НЕ, выход триггера св зан с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы элементов И св заны с выходом преобразовател  код - частота , вторые входы элементов И соеди5

0

нены с выходом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий вход второго элемента И св зан с выходом элемента ИЛИ, вход элемента НЕ и второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ св заны с выходом датчика положени , входы блока пам ти св заны с выходами угловых координат 9 ,(f программера, выходы блока пам ти св заны с вторыми входами блоков умножени  и с

вторыми входами второго, третьегого, третьего и четвертого элементов

и четвертого элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ св заны с первой

ИЛИ, выходы блоков умножени  и второ- группой входов блока суммировани .

Фиг.г

Фиг.з

Фи,ъб

Фиг. 7