Система управления сварочного робота Советский патент 1985 года по МПК B23K9/10 

зователь - с первым входом четвертого сумматора, выход тахогенератора привода изделия подключен к первым входам пятого и шестого блоков умножения , второй вход пятого блока умножения через датчик перемещения сварочной горелки по координате V подключен.к выходу привода перемещения сварочной горелки по этой координате, выход пятого блока умножения через третий функциональный преобразователь - к второму входу четвертого сумматора, выход которого подключен к приводу перемещения сварочной горелки по координате 2 , выход датчика перемещения сварочной горелки по координате 7, подключен к второму входу шестого блока умножения, выход

которого подключен к первому входу пятого сумматора, второй вход этого сумматора подключен к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате Y, первый вход вычислительного блока подключен к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате X , выход вычислительного блока связан с входом второго вычитателя, а выход пятого сумматора подключен к второму входу вторрго блока деления, к второму входу вычислительного блока , через второй квадратор - к второму входу первого сумматора , а также через ин вертор - управляющему входу ключа.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СВАРОЧНОГО РОБОТА, содержащая приводы перемещения сварочной горелки по координатам X и , устройство формирования управляющих сигналов, привод вращения горелки, датчик угла поворота горелки, первый вычйтатель, один вход которого соединен через датчик угла поворота горелки с выходом привода вращения горелки, а выход - с входом этого привода, второй вычйтатель, вход которого подключен к выходным клеммам сварочного источника, причем устройство формирования управляющих сигналов состоит из тахогенераторов ; приводов перемещения сварочной горелки по координатам X и Ч, первый из которых подключен через первый квадратор к первому входу первого сумматора, первого и второго блоков умножения, выходы которых подключены к входам второго сумматора, третьего и четвертого блоков управления, выходы которых подключены к : входам третьего сумматора, первые входы первого и четвертого блоков .умножения подключены к выходу третьего вычитатапя, выход первого сумматора через первый функциональный преобразователь подключен к входу третьего вычитателя, выходы второго и третьего сумматоров подключены к соответствующим приводам переме-г щения сварочной горелки по координатам ( иЧ, отличающа. яся тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей за счет слежения за стыком, расположенным на цилиндрической поверхности, в нее введены привод поворота изделия с тахогенератором, привод перемещения сварочной горелки по координате Z , датчики перемещений сварочной горелки 1ПО координатам Ч и2, вычислительный блок, второй и третий функциональные.. преобразователи, масштабный блок, инвертор, ключ, четвертый и пятый сумматоры, пятый и шестой блоки умножения, два блока деления и датчик стыка, подключенный к первым входам второго и третьего блоков умножения, при зтом первые входы блоков деления подключены к выходу первого функционального преобра.- ователя, второй вход первого блока деления - к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате X , выход первого блокя деления подключен к вторым входам первого и третьего блоков умножения, а выход второго блока деления - к вторым входам второго и четвертого блоков умножения, выход второго вычитателя через масштабный блок и ключ соединен с приводом поворота изделия, а через второй функщтональный преобра

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при создании многокоординатных роботов для дуговой сварки.

Известно устройство, в котором осуществляется формирование управляю щих сигналов привода вертикального перемещения горелки, привода горизонтального перемещения горелки относительно центра поворота изделия вдоль одной оси и привода поворота изделия вокруг этой оси lj.

Все три привода воздействуют на дугу и совместно с устройствами формирования управлякицих сигналов образуют трехкоординатную систему управления, обеспечивающую стабилизацию напряжения дуги, скорости сварки и горизонтальность сварочной ванны. Совместная работа всех устройств, входящих в такую трехприводную систему управления, обеспечивает стабилизацию длины (напряжения) дуги, скорости сварки и расположение оси электрода по нормали к поверхности за счет вращения горелки относительно точки сварки.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором осуществляется формирование управляющих сигналов приводом по двум координатам плоскости с.использованием датчика ошибки в положении так, что

сигнал ошибки в напряжении дуги и сигналы ошибок в скоростях по вум координатам плоскости через тахогенёраторы и функциональные узлы подаются на приводы координат горелки. Кроме того, датчик угла вращения горелки через вычислительное устройство формирует управляющий сигнал привода, вращения горелки 2 .

Недостатком известных систем является ограниченность их применения только для слежения за стыком, расположенным в одной плоскости (горизонтальной или вертикальной).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей системы за счет слежения за стыком, расположенным на. цилиндрической поверхности

При этом выполняются следующие условия сварочного процесса: стабильная длина дуги (напряжение дуги) или отклонение напряжения дуги от заданного значения горизонтальность сварочной ванны, что соответствует погрешности д О, где jb - угол наклона касательной вектора скорости к поверхности в точке сварки относительно оси У; стабильность скорости сварки или отклонении относительно заданной скорости ошибка в положении горелки относительно стыка, т.е. расстоянии 8 между проекцией электрода на горизонтальную плоскость и проекцией точки .сварки на ту же плоскость, 6 0; «расположение плоскости электрод присадочная проволока (электрод :дат 1ик стыка) в плоскости, проходящей через касательную к стыку в точке сварки (определяется углом поворо та привода вращения горелки). Поставленная цель достигается тем что в систему управления сварочного робота, содержащую приводы перемещения сварочной горелки по координатам X и У, устройство формирования управляюпщх сигналов, привод вращения горелки, датчик угла повотора горелки, первый вычитатель, один вхо которого соединен через датчик угла поворота горелки с выходом привода вращения горелки, а выход - с входом этого привода, второй вычитатель, вход которого подключен к выходным клеммам сварочного источника, причем устройство формирования управляющих сигналов состоит из тахогенераторов приводов перемещений сварочной горел ки по координатам X и У, первый из которых подключен через первый квадратор к первому входу первого суммаiTopa, первого и второго блоков умножения, выходы которых подключены к входам второго сумматора, третьего и четвертого блоков умножения, выхо|ды которых подключены к входам треть :го сумматора, первые входы первого и четвертого блоков умножения подключены к выходу третьего вычитателя, выход первого сумматора через первый функциональный преобразователь подключен к входу третьего вычн тателя, выходы второго и третьего сумматоров подключены к соответствую щим приводам перемещения сварочной горелки по координатам X и У, введены привод поворота изделия с тахоге нератором, привод перемещения свароч ной горелки по координате Z , датчики перемещений сварочной горелки по координатам У и Z вычислительный блок, второй и третий функциональные преобразователи, масштабный блок, инвертор, ключ, четвертый и пятый сумматоры, пятый и шестой блоки умно жения , два блока деления и ; стыка, подключенный к первым входам ; второго и третьего блоков умножения при этом первые входы блоков деления подключены к выходу первого функционального преобразователя, второй вход первого блока деления - к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате X, выход первого блока деления подключен к вторым входам первого и третьего блоков умножения, а выход второго блока деления - к вторым входам второго и четвертого блоков умножения, выход второго вычитателя через масштабный блок и ключ соединен с приводом поворота изделия, а через второй функциональный преобразователь - с первым входом четвертого сумматора, выход тахогенератора привода изделия подключен к первым входам пятого и шестого блоков умножения, второй вход пятого блока умножения через датчик перемещения сварочной горелки по координате У подключен к выходу привода перемещения сварочной горелки по этой координате, выход пятого блока умножения через третий функциональный преобразователь - к второму входу чет;вертого сумматора, выход которого подключен к приводу перемещения сварочной горелки по координате 2 , выход датчика перемещения сварочной горелки по координате. подключен к второму входу шестого блока умножения, выход которого подключен к первому входу пятого сумматора, второй вход этого сумматора подключен к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате У, первый вход вычислительного блока под|спючен к выходу тахогенератора привода перемещения сварочной горелки по координате X, выход вычислительного блока связан с входом второго вычитателя, а выход пятого сумматора подключен к второму входу второго блока деления к второму входу вычислительного блока, через второй квйдратор - к второму входу первого сумматора, а также через инвертор - к управляющему входу ключа. На фиг. 1 показано расположение сварочного стыка на цилиндрической поверхности и сварочной горелки относительно осей координат; на фиг. 2 блок-схема предлагаемой системы управления сварочного робота. . Система управления сварочного робота содержит датчик 1 стыка, тахогенератор 2 привода 3 перемещения по координате X, тахоге«ератор 4 привода 5 перемещения по координате У, тахогенератор 6 привода 7 поворота изделия, датчик 8 координат У привода 5 горизонтального перемещения горелки вдоль оси У относительно центра поворота изделия, датчик 9 координаты 2 привода 10 вертикального перемещения горелки вдоль оси Z отгносительно центра поворота изделия. Выходы тахогенератора 6 и датчика 9 связаны с входами шестого блока 11 умножения, выход которого связан с первым входом пятого сумматора 12 второй вход которого связан с тахоге нератором 4. Выход сумматора 12 связав через второй квадратор 13 с вторым входом первого сумматора 14, пер звый вход которого через первый квадратор 15 связан с выходом тахогенератора 2. Выход сумматора.14 связан с входом первого функционального преобразователя 16, Выход последнего связан с третьим вычитателем 17 и с первым входом первого блока 18 деления, второй вход которого связан с тахогенератором 2. Выход преобразователя 16 связан также с первым , входом второго блока 19 деления, второй вход которого соединен с выходом сумматора 12, Выходы датчика 1 и блока 19 деления соединены с вхо дами второго блока 20 умноженияj а выходы вычитателя 17 и делителя 18 с входами первого блока 21 умножения. Выходы блоков 20 и 21 умножения связаны с входами второго сумматора 22, выход которого соединен с входом привода 3, Выходы Д;атчика 1 и блока 18 деления соединены также с входами третьего блока 23 умножения, а вьгходы вычитателя 17 и делителя 19 соеди нены с входами четвертого блока 24 умножения. Выходы блоков 23 и 24 сое динены с входами третьего сумматора 25, выход которого связан с приводом 5. Выходы тахогенератора 6 и дат чика 8 связаны с входами пятого блока 26 умножения, выход которого через третий функциональный преобразователь 27 связан с вторым входом чет вертого сумматора 28, первый вход которого через второй функциональны преобразователь 29 связан с выходом второго вычитателя 30, на входы которого поданы заданное и истинное напряжения дуги. Выход, сумматора 12 через инвертор 31 связан с управляю щим входом ключа 32, сигнальный вхо 11 86 которого через масштабный блок 33 связан с выходом вычитателя 30. Выход тахогенератора 2 ивыход сумматора 12 связаны также с входами вычислительного блока 34, выход которого связан с первым входом вычитателя 35, второй.вход которого связан с датчиком 36 угла горелки. Выход вычитателя 35 связан с входом привода 37 вращения горелки. Приводы 3, 5, 10 и 37 совместно действуют на сварочную горелку 38, а привод 7 - на свариваемое изделие. Выходные клеммы сварочного источника 39 подключены к входу второго вычитателя 30. Датчик 1, тахогенераторы 2 и 4, квадраторы 13 и 15, сумматоры 14, 22 и 25, функциональный преобразователь 16, вычитатель 17, блоки 20, 21, 23 и 24 умножения, а также блоки 18 и 19 деления образуют устройство 40 формирования управляющих сигналов приводов 3 и 5 сварочной горелки по коррдинатам X и У. Датчик 8, блок 26 умножения, функциональные преобразователи 27 и 29, сумматор 28 представляют собой устройство 41 формирования управляющих сигналов привода 10 координаты 2. Вычислительный блок 34, вычитатель 35 и датчик 36 образуют устройство 42 формирования управляющих сигналов привода 37 вращения горелки. Работа системы управления сварочного робота осуществляется следующим образом. Датчик 1 стыка формирует на выходе сигнал, пропорциональный ошибке л в положении горелки относительно стыка. Тахогенератор 2 привода 3 перемещения по координате X формирует на выходе сигнал, пропорциональный скорости V)( ; тахогенератор 4 привода 5 перемещения по координате У формирует на выходе сигнал, пропорциональный скорости V ц ; тахогенератор 6 привода 7 поворота изделия формирует на выходе сигнал, пропорциональный скорости поворота SI. Датчик g горизонтального перемещения формирует сигнал, пропорциональный перемещению У привода 5 и сварочной горелки, а датчик 9 вертикального перемещения сигнал, пропорциональный перемещению Z привода 10 вертикального перемещения и горелки относительно центра поворота изделия. Сигнал с тахогенератора бис датчика 9 поступает на входы блока 11 умножения, на выходе которого формируется сигна S5Z. С выхода блока 1 1 сигнал поступает на первый вход сумматора 12, .на второй вход которого поступает сигнал у с тахогёнератора 4. На выходе сумматора 12 формируется сигнал (Yh +52) . Этот сигнал через первый квадратор 13 поступает на второй вход сумматора 14, на первый вход которого подается сигнал с выхо да второго квадратора 15, на вход ко торого подан сигнал Vx с выхода тахогёнератора 2. С выхода сумматора 14 сигнал поступает на первый функциональный преобразователь 16, на выходе которого находится сигнал V,H(V + S2)+4/, (т.е. пропорциональ ный скорости сварки V). Этот сигнал поступает в вьгчитатель 17, где сравнивается с сигналом, пропорциональны заданной скорости сварки Vg. В результате на выходе вычитателя 17 получается сигнал ошибки в скорости сварки Sy . Одновременно сигнал с вы хода преобразователя 16 поступает на первый вход первого блока 18 деле ния, на второй вход которого поступает сигнал V) с тахогёнератора 2. В результате на выходе блока 18 формируется сигнал х пр опор циональный косинусу угла об поворота касательной вектора скорости к стыку I относительно X. Одновременно сигнал I с выхода преобразователя 16 поступа:ет на первый вход второго блока 19 iделения, на второй вход которого поступает сигнал (/(j -п2) с выхода сумматора 12. В результате на вькоде блока 19 формируется сигнал , - Nu пропорциональный синусу угла поворота ot горелки к стыку относительно оси X. Сигналы с выходов датчика 1 и блока 19 деления поступают на входы второго блока 20 умножения, а с выходов вычитателя 17 и блока 18 деления - на входы второго блока 21 умно жения. С выходов блоков 20 и 21 умно жения сигналы поступают на вхоДы третьего сумматора 22, с выхода кото рого сигнал поступает на вход привода 3 перемещения горелки по координате X. С выходов датчика 1 и блока 18 деления сигналы поступают на входы блока 23 умножения, а с выходов вычитателя 17 и блока 19 деления - на блок 24 умножения. С выходов блоков 23 и 24 умножения сигналы поступают на входы сумматора 25, с выхода которого сигнал . поступает на вход привода 5 перемещения по координате У. В то же время сигналы с выходов тахогёнератора 6 и датчика 8 поступают на входы пятого блока 26 умножения, с выхода которого сигнал, пропорциональный П У, через функциональный преобразователь 27 поступает на второй вход сумматора 28, на первый вход которого поступает сигнал ошибки в напряжении дуги fg- , через второй преобразователь 29 с выхода второго вычитателя 30, на входы которого подано заданное напряжение дуги Utfg и истинное напряжение дуги U-j-. На выходе сумматора 28 формируется сигнал ,.e, где Wg - передаточная функция преобразователя 27; W - передаточная функция преобразователя 29. Этот сигнал поступает на вход привода вертикального перемещения. Одновременно с этим сигнал (Vu +nZ) с выхода сумматора 12 через инвертор 31 поступает на управляющий вход ключа 32, на сигнальный вход которого через масшт абный блок 33 поступает сиг-- KSI, нал(Ьв.--- с вычитателя 30. С выхода Ь V(j ключа 32 сигнал. Я, подается на вход привода 7 поворота изделия. Одновременно сигналы с тахогёнератора 2 и сумматора 12 поступают на входы вычислительного блока 34, выполняющего операцию вычисления угла поворота касательной к стыку относительно оси X. Сигнал, пропорциональный углу off , поступает на первый вход вычитателя 35, второй вход которого соединен с датчиком 36 угла oij. вращения горелки. С выхода вычитателя 35 сигнал Е поступает на вход привода 37 вращения горелки. Совместная работа приводов обеспечивает стабилизацию напряжения U,f уги, слежение за стыком, стабилизацию скорости сварки, горизонтальность сварочной ванны.

При сварке поверхностей, стык ко торых расположен в горизонтальной плоскости ХОУ, Vj; 0, g 0 и система управления преобразуется в трехкоординатную, содержащую привод 3 координаты X, привод 5 координаты У, приврд 37 вращения горелки. При сварке поверхностей, стык которых расположен в вертикальной плоскости У02, , и система управления пре2 Стмн

образуется в трехкоординатную,систему, содержащую привод 5 координаты У, привод 10 вертакального перемещения, привод 7 поворота изделия.

При сварке на цилиндрических поверхностях стыков произвольного направления в работе участвуют все пять приводов с соответствующими управляю1цими сигналами.

ui.1