Устройство для автоматического управления процессом дуговой сварки Советский патент 1984 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для автоматического управления перемещением сварочной горелки и режимом дуговой сварки стыков сложной конфигурации при их некачественной сборке под сварку и неточной установке в заданное положение. Средства управления процессом дуговой сварки в общем случае содержат блоки управления перемещением свароч ной головки относительно стыка и режимом сварки. Взаимосвязь между указaнны и блоками осуществляется по одному из параметров режима - скорое ти сварки. Определение величины этого параметра входит в функцию блока управления режимом, а исполнение - в функцию блока управления перемещением сварочной горелки L1. Известно также устройство для автоматического копирования линий стыка, содержащее привод перемещения сварочной орелки, поворотный рычаг с копирующим органом, шарнирно свя. заннь й со сварочной горелкой, датчик угла поворота рычага, вычислительный блок, блок запаздывания, блок опреде ления скорости перемещения сварочной горелки, а также первый и второй сум маторы, при этом выход привода подключен через блок определенияОскорос ти к первому входу вычислительного блока, выход которого связан с первы входом второго сумматора, выход датчика угла поворота рычага связан с вторыми входами вычислительного блок и второго сумматора, выход первого сумматора подключен к входу блока запаздывания, выход которого связан с входом привода и первым входом пер вого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора Устройство обеспечивает автоматическое управление перемещением сварочной горелки по криволинейному стыку при поворотной связи копирующего органа со сварочной горелкой 2 Недостатком устройства является ограниченная функциональная возможность, так как в нем не предусмотрено управление параметрами режима во взаимосвязи с управлением перемеще. нием сварочной горелки. Для суммирования сигналов програм мы с сигналами коррекции положения горелки устройство может содержать третий сумматор и блок программного 62 управления, причем входы третьего сумматора связаны с выходами блоКа программного управления и блока запаздывания, а выход подключен к блоку управления перемещением сварочной горелки. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для автоматического управления процессом дуговой сварки, содержащее связанные друг с другом блоки управления перемещением сварочной горелки и режимом сварки, блок программного управления, первый выход которого подключен к входу блока управления режимом, а второй через блок запаздывания - к блоку управления перемещением сварочной горелки, блок зондирования, связанный с блоком управления перемещением, сумматоры для суммирования сигналов программы и сигналов коррекции положения сварочной горелки. Датчик положения стыка в известном устройстве может быть снабжен приводом перемещения относительно сварочной горелки. Данное устройство обеспечивает комплексное управление процессом дуговой сварки, т.е. управление перемещением сварочной горелки вдоль стыка и параметрами режима путем коррекции заданной програ1чмы в соответствии с информацией датчиков положе 1ия стьжа и показателей качества сварного шва 33. Недостатком известного устройства является невысокая точность управления всем комплексом параметров в их взаимосвязи с учетом фактического положения стыка: в устройстве не предусмотрена коррекция положения датчика в зависимости от текущего положения сварочной горелки при наличии механической связи между ними, отсутствуют средства управления циклом сварки с учетом нестабильности положения начала и конца стыка относительно запрограммированного. Это снижает точность управления параметрами процесса и, следовательно, качество сварного соединения, его прочность и надежность. Целью изобретения является повышение качества сварного соединения за счет повьииения точности управления сварочным процессом. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для автоматического управления процессом дуговой сварки, содержащее последовательно соединенные блок программного управления, блок управления режимом сварки и блок перемещения сварочной горелки, к которому подключен выход первого сумматора, первьш вход которого соединен со вторым выходом блока программного управления, блок зон дирования с приводом перемещения и датчиком положения, выход первого блока запаздывания соединен со вторы входом блока управления режимом сварки, выход второго блока запаздывания соединен со вторым входом первого сумматора и первым входом второ го сумматора, выход которого соедине со входом второго блока запаздывания выход блока определения угла через третий сумматор соединен со вторым входом второго сумматора, а также четвертый сумматор, в него введены блок выделения сигнала наличия стыка и два ключа, при этом выходы блока зондирования соединены с первым входом первого ключа, с первым входом четвертого сумматора и входом блока выделения сигнала наличия стыка, вы ход которого соединен с входом блока программного управления, с первым входом второго ключа и через первый ключ с входом первого блока запазды вания, третий выход блока программн го управления через четвертый сумма тор соединен с входом привода перемещения блока зондирования, выход датчика положения блока зондировани через второй ключ соединен с вторым входом третьего сумматора и первым входом блока определения угла, второй вход которого соединен с выходо блока управления режимом сварки. На фиг.1 изображена блок-схема устройства для автоматического управления процессом дуговой сварки, на фиг.2 - схема блока программного управления. Устройство содержит блок 1 управления режимом сварки, блок 2 управления перемещением сварочной горелки 3, блок 4 программного управления блок 5 зондирования с приводом 6 и датчиком 7 перемещения относительно сварочной горелки 3, первьй 8 и второй 9 блоки запаздывания, блок 10 определения угла, блок 11, вьщеления сигнала наличия стыка, первый 12 и второй 13 ключи, первый , второй 15, третий 16 и четвертый 17 сумматоры. Выходы блока 1 управления режимом соединены с первым входом блока 2 управлепия перемещениемj вторым входом блока 10 определения угла, приводом 18 подачи электродной проволоки и источником 19 питания. Выход блока 2 управления перемещением подключен к приводу 20 механизма перемещения сварочной горелки 3. Первый выход блока 4 программного управления соединен с первым входом блока 1 управления режимом, а второй - с первым входом первого сумматора 14. Выходы блока 5 зондирования соединены через первый ключ 12 с выходами первого блока 8 запаздывания и блока 11 вьщеления сигнала наличия стыка и первым входом четвертого сумматора 17. Выходы блока 11 вьщеления сигнала наличия стыка подключены к управляющим входам первого 12 и второго 13 ключей и входу блока 4 программного управления. Выход четвертого сумматора 17 связан с приводом 6 перемещения блока 5 зондирования, а второй вход - с третьим выходом блока 4 программного управления, Выход датчика 7 положелия через второй ключ 13 соединен с первым входом блока 10 определения угла, и вторым входом третьего сумматора 16. Второй вход блока 10 определения угла связан с выходом блока 1 управления режимом, соединенньм с блоком 2 управления перемещением, а выход подключен к первому входу третьего сумматора 16, выход которого связан с вторь м входом второго сумматора 15. Выход последнего соединен с входом второго блока 9 запаздывания, выход которого подключен к второму входу первого сумматора 14 и первому входу второго сумматора 15. Пример выполнения блика 4 программного управления представлен на фиг.2. Блок 4 представляет собой стандартное процессорное устройство, включающее в себя в укрупненном виде центральный процессор 21, блоки памяти 22 и 23,,таймер 24, терминал ввода/, вывода 25, канал ЭВМ 26, интерфейсные блоки 27 пользователя. Центральный процессор 21 через интерфейсные блоки 27 пользователя выдает многоразрядные слова, содержащие информацию о величине перемещения сварочной горапки 3 по осям координат в блок 2, производящий преобразование информации для привода 20 - интерпо$11ляция, величине перемещения блока зондирования 5 относительно сварочной горелки 3, номере технологической модели управления для блока 1. Все эти сведения вводятся в блок 4 в виде программы через треминал ввода/вывода 25. Отработка программы перемещения горелки может производиться либо по временному принципу с помощью таймера. 1-разрядный сигнал с блока 11 выделения сигнала наличия стыка либо разрешает работу блока 4, либо переключает его на выполнение подпрограммы поиска точки сварки. Функции устройства для автоматичёс- З дят в

кого управления процессом дуговой сварки определяются принятыми технологическими и конструктивными условиями: положения начальной точки сварки. как и положение всего стыка плоско-20 14,

го изделия, в общем случае не совпадает с запрограммированным перемещением сварочной горелки 3, ширина зазора между кромками стыка - величина непостоянная. Объектом управления является сварной шов - его форма и размеры поперечного сечения. Функции блока 5 зондирования заключаются в определении величины -и знака своего отклонения от середины стыка, необхс(-зо димых для коррекции программы переме .щения сварочной горелки 3 и блока 5 зондиро1зания, и в определении ширины зазора, действительная величина которого используется для управления параметрами режима: скоростью подачи электродной проволоки V rjp , напряжением дуги Njj и скорость сварки , . Предполагается, что бло 1 управления режимом содержит для да ной комбинации материалов изделия и электрода модели, на входе которых исходные технологические условия (вид соединения, диаметр электродной проволоки, толщина свариваемого материала и величина зазора в соединении) , а на выходе значения параметров режима. В соответствии с моделью для правильного формирования шва при переменной величине зазора в сое динении необходимо изменение всех параметров режима. Выбор модели осуществляет блок 4 программного управления. Таким образом, блок 1 управле ния режимом регулирует параметры режима в зависимости от заданных по программе В1ща соединения, используемого диаметра электродной проволоки, толщины металла и текущих знакодирование) сигналов блока программного управления и сигналов коррекции положения сварочной горелки, поступающих с выхода первого сумматора

сварки, задаваемой блоком 1 управления режимом, реализация алгоритмов разгона и торможения привода 20 перемещения сварочной горелки 3. В функцяи вычислительного блока 10 в соответствии с известным техническим решением входит определение текуших значений угла и . направления линии стыка в точке кодирования в зависи6чений ширины зазора, измеряемых: блоком 5 зондирования. В функции блока 2 управления перемещением входят в общем случае интерполяция (декодирование) сигналов блока программного управления и сигналов коррекции положения сварочной горелки, поступающих с выхода.первого сумматора 14, поддержание требуемой скорости свар-ки, задаваемой блоком 1 управления режимом, реализация алгоритмов разгона и торможения привода 20 перемещения сварочной горелки 3. В функции блока 2 управления перемещением вхообщем случае интерполяция (деподдержание требуемой скорости мости от текущих значений ее направления в точке сварки и скорости сварки. Блоки, выполняющие вычислительные функции, могут быть реализованы в виде подпрограмм управляющей ЭВМ. Аналогично погут быть реализованы блоки, вьтолняюпще логические функции, а также суммирования и запаздывания. Блок 11 выделения сигнала наличия стьжа может быть реализован в виде триггера, одно из состояний которого соответствует заданному положению блока 5 зондирования относительно стыка, т.е. свидетельствует о нахождении блока 5 зондирования над стыком. Это позволяет с учетом запаздывания, определяемым расстоянием между блоком 5 зондирования и сварочной горелкой 3.управлять циклом сварки в соответствии с действительным положением начала и конца стыка. Программа перемещения сварочной горелки 3 и ориентация относительно нее блока 5 зондирования составляется предварительно одним из известных методов и может предусматривать процедуру поиска начальной точки сварки путем сканирования блока 5 зондирования с помощью привода 6 его перемещения. 711 Устройство для автоматического управления процессом дуговой сварки работает следую1цим образом. Сварочную горелку 3 и механически связанный с ней блок 5 зондирования перемещают в направлении свариваемого изделия по заданной программе. До достижения блоком 5 зондирования требуемого положения над начальной точкой ex стыка блок 11 выделения сигнала наличия стыка через управляющие входы ключей 12 и 13 закрывает прохождение информации соответственно о ширине разделки и положении стыка на входы первого 8 и второго 9 блоков запаздывания. Результат сканирования блока зондирования относительно сварочной горелки, поступающий с выхода датчика 7, также не поступает по истечении времени запаздывания на вход блока 2 управления режимом. После захвата стыка блоком 5 зондирования с третьего выхода последнего на первый вход четвертого сумматора 17 поступа ет сигнал отклонения блока 5 зондиро вания от середины стыка. Этот сигнал алгебраически суммируется в четвертом сумматоре 17 с сигналами блока 4 про граммного управления и поступает на вход привода 6 перемещения блока 5 зондирования относительно сварочной горелки 3. Происходит самоустановка блока 5 зондирования в начальную точ ку о. сварки. Одновременно с выхода блока 11 вьщеления сигнала наличия стыка в блок 4 программного управления поступает сигнал на прекращение поиска начальной точки сварки, а через ключи 12 и 13 - разрешение на прохождение информации в первый 8 и второй 9 блоки запаздывания. В дальнейшем в процессе слежения за стыком в блок 9 запаздывания и затем в 6 блок 2 управления перемещением сварочной горелки 3 сигналы о величине коррекции ее запрограммировайного положения г гтупают в соответствии с результатом вьмисления текущих значений углаjb и скорости сварки, суммирования значений углов of-n в третьем сумматоре 16 и последующего суммирования в сумматоре 15 текутцих значений суммы указанных углов с их значениями, получаемыми по истечении времени запаздывания. Информация датчика 7 положения блока 5 зондирования прекращает поступать через блок 10 определения угла, третий 16 и второй 15 cy fмaтopы на вход блока 9 запаздывания после выдачи блоком 11 выделения сигнала наличия стыка соответствующего сигнала о конце стыка. Информация о начале и конце цикла сварки поступает в блок 1 управления режимом также с учетом действительного поло. ;ения стыка, причем сигналы о щирине стыка проходят через первый ключ 12 и первый блок 8 запаздывания. По текущим значениям ширины стыка в блоке 1 управления режимом определя ются параметры режима, обеспечивающие в соответствии с моделью управления качественное формирование шва. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает управление параметрами режима и положением сварочной горелки с учетом неточности сбор- ки и установки изделия под сварку, что позволяет повысить качество сварного соединения, его прочность и надежность. Устройство может быть использовано в сварочных автоматах, а также промьшшенных роботах для дуговой сварки.

L:

I

Фиг./

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДУГОВОЙ СВАРКИ, содержащее последовательно соединенные блок программного управления, блок управления режимом сварки и блок перемещения сварочной горелки, к которому подключен выход первого сумматора, первый вход которого соединен с вторым выходом блока программного управления, блок зонди- . рования с приводом перемещения и датчиком положения, выход первого блока запаздывания соединен с вторым входом блока управления режимом сварки, выход второго блока, запаздывания соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом второго блока запаздывания, выход блока определения угла через третий сумматор соединен с вторым входом второго сумматора, а также четвертый сумматор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены блок выделения сигнала наличия стыка и два ключа, при этом выходы блока зондиро о вания соединены с первым входом перво го ключа, с первым входом четвертого (Л сумматора и входом блока вьщеления сигнала наличия стыка, выход которого соединен с входом блока программного управления, с первым входом второго ключа и через первый ключ с входом первого блока запаздьшания, третий выход блока программного управления через четвертый сумматор соединен с входом привода перемещения блока зондирования, выход датчика положения блока зондирования через второй ключ соединен с вторым входомтретьего сумматора и первым входом блока опре9 деления угла, второй вход которого соединен с выходом блока управления р ежимом с в ар ки.