Устройство для управления положением сварочного электрода Советский патент 1985 года по МПК B23K9/10 

1 ,

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к устройствам для автоматического управления положением электрода в разделке сварочного шва, и может быть использовано при сварке корпусных изделий атомного машиностроения таких, как корпуса реакторов, сепараторы пара, гидроемкости, а также роторов турбин, трубопроводов, полотнищ, карт: и других аналогичных изделий.

Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет автоматического позиционирования электрода.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления положением сварочного электрода, содержащее датчик в виде двух перекрещивающихся, шарнирно соединенных в точке пересечения подпружиненных щупов и привод горизонтального перемещения сварочной головки, введены сумматор, блок вычитания, первый и второй блоки сравнения, блок памяти и блок задержки, при этом входы сумматора и блока вычитания подключены к выходам датчика, выход сумматора через первый блок сравнения соединен с входом блока памяти, первый выход котврото соединен с вторым входом первого блока сравнения, второй выход блока памяти через второй блок сравнения и блок задержки соединен с входом привода горизонтального перемещения сварочной головки, второй вход второго блока сравнения соединен с выходом блока вычитания.

На фиг. 1 и 2 изображен датчик ориетации устройства относительно сварного шва; на фиг. 3 - блок-схема устройства.

Устройство содержит датчик ориентации относительно сварного шва, выполиенньй в виде двух перекрещиаакяцихся, шарнирно соединенных в точке пересечения подпружиненных щупов 1, на верхних концах которых закреплены две кодовые пластины 2, например сектора с чередующимися прозрачными и непрозрачными учас ками, по одну сторону от каждой кодовой пластины установлены источники света 3, по другую - фотоприемники 4, причем выходы фотоприемников, представляющих собой, напри669402 .

мер, набор раздельно включенных фотодиодов, поданы на входы сумматора 5 и блока 6 вычитания, блоки 7 и 8 сравнения, блок 9 памяти, 5 блок 10 задержки и индикатор 11, при этом первые выходы сумматора 5 и блока 9 памяти подключены к входам блока 7 сравнения, выход которой подключен к адресному входу

О блока 9 памяти, первый выход блока 6 вычитания и второй выход блока 9 памяти подключены к входам блока 8 сравнения, выход которой через блок 10 задержки подключен к приводу горизонтального перемещения сварочной головки (не показан), а вторые вьпсоды сумматора 5 и блока 6 вычитания подключены к индикатору.

20 Устройство управления положением электрода работает следующим образом.

Предварительно в блок 9 памяти заносятся эталонные кодовые значения ширины разделки для каждого типа раскладки валиков (равные максимальным значениям ширины разделок для соответствующего количества укладываемых валиков), а также эталон30 иь1е значения величины смещения головки от центрального положения при сварке боковых валиков для каждого типа раскладки. Кроме того, в блоке 10 задержки устанавливается

,. величина временной задержки, определяющаяся заданной скоростью сварки и расстоянием от электрода до щупов 1.

Подпружиненные концы щупов 1

40 вводятся в разделку и упираются в ее кромки. При изменении ширины разделки под действием на нижние кон1Ц 1 щупов 1 кодовые пластины 2 перемещаются между источниками све45 та 3 и фотоприемниками 4, причем каждому дискретному положению нижнего конца каждого щупа 1 соответствует определенное значение, образованное прозрачными и непрозрачными участками кодовых пластин 2. Прозрачные и непрозрачные участки кодовых пластин 2 соответственно открывают и перекрывают световой поток от источника света 3 на фото55 приемники 4, формируя на выходе последних электрические сигналы, например, в виде двоичного параллельного кода.

3

Кодовые значения величины отклонения одного из щупов 1 от оси электрода, сформированные первой кодовой пластиной 2, с вькодов фотоприемников 4 одного щупа складываются и вычитаются в сумматоре 5 и блоке 6 вьиитайия с кодовыми значениями величины отклонения второго щупа 1 от оси электрода, сформированными пересечением светового потока другой кодовой пластиной 2.

Сумма кодовых значений с выхода сумматора 5, соответствующая ширине разделки в месте измерения, поступает на индикатор 11 и на вход блока 7 сравнения, на второй вход которого подаются из блока 9 памяти эталонные кодовые значения, соответствукяцие значениям ширины разделки, при укладке определенного числа валиков в слое. С выхода блока 7 сравнения сигнал о результате сравнения кодовых значени эталонной и измеренной ширины разделки поступает на адресный вход блока 9 памяти.

В зависимости от величины этого сигнала на второй выход блока 9 памяти подается кодовое значение величины сдвига электрода от центра разделки и с этого выхода указанное кодовое значение подается на первый вход блока 8 сравнения, на второй вход которого с выхода блока 6 вычитания поступает кодово значение текущего отклонения электрода от центра разделки.

С второго выхода блока 6 вычитания кодовое значение величины отклонения электрода от центра разделки поступает на вход индикатора 11 .

С выхода блока 8 сравнения сигнал результата сравнения значений истинного отклонения электрода от центра разделки и заложенного в па мять значения величины сдвига поступает на вход блока 10 задержки.

В блоке 10 задержки осуществляется задержка сигнала на время, за которое электрод подойдет к участку, ширина которого определялась.

С вькода блока 10 задержки сигнал на отработку перемещения поступает на блок управления приводом горизонтального перемещения сварочной головки (не показан).

669404

В самом начале сварки всегда осуществляется заварка корневого шва (один валик). При этом сигнал с выхода сумматора 5 поступает на 5 вход блока 7 сравнения и сравнивается с эталонными значениями первого выхода блока 9 памяти, которые соответствуют величинам ширины разделки для укладки одного, двух и

10 трех валиков. По окончании заварки одного валика сварочная головка перемещается вверх (автоматическим устройством, входящим в состав сварочного автомата и реагирующим

15 на изменение длины сварочной

дуги (не показано). При этом изменяется ширина разделки и, следовательно, кодовое значение, подаваемое с первого выхода сумматора 5

20 на вход блока 7 сравнения. Если после изменения ширины разделки указанное кодовое значение не превышает эталонного кодового значения для сварки в один валик на

25 первом выходе блока 9 «памяти, то сварка осуществляется в один валик, при этом на втором выходе блока 9 памяти кодовое значение равно нулю. Кодовое значение разностного

3Q сигнала фотоприемников 4 обоих

шупов; сравнивается блоком 8 сравнения с указанным нулевым кодовым значением При равенстве нулю ко.дового значения разности сигналов обоих фотоприемников 4 на выходе блока 8 сравнения сигнал отсутствует, это означает, что электрод расположен точно по центру разделки для разделки одного валика. При отклонении от нуля кодового значения значения разности сигналов обоих фотоприемников 4 (уход электрода в сторону от центрального положения) на выходе блока 8 сравнения появляхс ется сигнал, поступающий через

блок 20 задержки на блок управления приводом горизонтального перемещения с целью возвращения электрода в центральное положение.

50 Если после изменения ширины разделки кодовые значения на первом выходе сумматора 5 превьшз ают эталонные кодовые значения на первом выходе блока 9 памяти для сварки в

55 один валик, то сварку необходимо осуществлять в два валика. При этом на выходе блока 7 сравнения появляется сигнал, поступающий на адресный вход блока 9 памяти. По это му сигналу на втором выходе блока 9 памяти появляется кодовое значение, соответствующее отклонению электрода от центра при заварк бокового валика для сварки в два валика. При этом в блоке 7 сравнение кодового значения, поступающего на первый вход, осуществляется с эталонным кодовым значением для сварки в два валика, поступившим с первого выхода блока 9-памяти. Кодовое значение разностного сигнала фотоприемников 4 сравнивае ся с кодовым значением на втором выходе блока 9 памяти, соответству ющим отклонению электрода от центр при заварке бокового валика. При равенстве обоих кодовых значений сигнал на выходе блока 8 сравнения отсутствует и это означает, что электрод находится точно в положении, соответствующем положению п заварке бокового валика. При откло нении кодового значения разностног сигнала от кодового сигнала на втором выходе блока 9 памяти на вы ходе блока 8 сравнения появляется сигнал, поступающий через блок 10 задержки на блок управления приводом горизонтального перемещения с целью возвращения электрода в по ложение для сварки бокового валика После окончания заварки первого бокового валика ширина разделки в месте сварки уменьшается, щупы н ходятся в прос-сранстве разделки, ограниченном с одной стороны стенкой разделки, а с другой - уже направленным боковым валиком, а кодо вое значение на первом выходе сумматора 5 будет меньше эталонного кодового значения ширины для двух валиков на первом выходе блока 9 памяти. При этом сигнал с выхода блока 7 сравнения поступит на адресный вход блока 9 памяти. По это му сигналу изменяется кодовое значение на втором выходе блока 9 памяти, которое принимает нулевое значение, соответствующее централь ному положению электрода при сварке в один валик, а блок 7 сравнения осуществляет сравнение кодового значения сигнала на втором выходе сумматора 5 с эталонным код вым значением (для одного валика) на первом выходе блока 9 памяти. 06 По окончании заварки второго валика сварочная головка перемещается вверх (автоматическим устройством, входящим в состав сварочного автомата и реагирующим на изменение сварочной дуги). При этом изменяется ширина разделки и, следовательно, кодовое значение, подаваемое с первого выхода сумматора 5 на вход блока 7 сравнения. Кодовое значение на выходе сумматора 5 превышает эталонное кодовое значение на. первом выходе блока 9 памяти . Сварку нового слоя необходимо осуществлять в два валика. Процедура заварки нового слоя в два валика аналогична указанной выше. Если кодовое значение для сварки в два валика на первом выходе блока 9 памяти меньше кодового значения на первом выходе сумматора 5, то сварку необходимо производить в три валика, в соответствии с увеличившейся шириной разделки. При этом на выходе блока 7 сравнения появляется сигнал, поступающий на адресный вход блока 9 памяти. По этому сигналу изменяется кодовое значение на втором выходе блока 9 памяти. Блоком 7 сравнения в этом случае производится сравнение кодового значения на первом выходе сумматора 5 И С эталонным значением ширины разделки для сварки в три валика на первом выходе блока 9 памяти, а на втором выходе блока 9 памяти появляется кодовое значение, соответствующее отклонению электрода от центра при заварке бокового валика при сварке в три валика. При равенстве кодового значения разностного сигнала фотоприемников 4 кодовому значению на втором выходе блока памяти 9 сигнал на выходе блока сравнения 8 отсутствует, это означает, что электрод находится в положении, соответствующем положению при заварке бокового валика. При отклонении электрода от указанного положения сигнал с выхода блока сравнения 8 через блок задер кки 10 поступает на привод для возвращения электрода в установленное положение. 7 После заварки бокового валика ширина разделки в месте сварки уме шается и дальнейшая работа устройс ва осуществляется аналогично указанной для заварки двух валиков. После заварки BTqporo валика указа ным ранее способом проводится заварка третьего валика. Предложенное устройство позволя ет расширить его функциональные возможности, а именно создает возможность осуществить автоматическо управление положением электрода в любой заданной точке разделки и автоматической раскладки валиков при многопроходной сварке. Кроме того, предложенное устройство позволяет производить изме рение ширины разделки шва в любом 0 месте сварки и индицировать положение электрода относительно стенок разделки. Применение предложенного устройства позволит сделать систему управления положением электрода более гибкой и устранить зависимость аппаратных средств системы от параметров изделия за счет использования управляющей программы. Использование цифрового фотодатчика позволяет повысить помехоустойчивость системы с одновременным увеличением точности измерения ширины разделки. Экспериментально установлено, что точность измерения ширины разделки и расстояния электрода до стенок разделки не менее 0,45 мм при ширине разделки 6-20 мм.

фиг.5

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ СВАРОЧНОГО ЭЛЕКТРОДА, содержащее датчик в виде двзос перекрещивающихся, шарнирно соединенных в точке перес.ечения подпружиненных щзшов и привод горизонтального перемещения сварочной головки, о тличающеес.я тем, что, с целью повьпиения качества сварного соединения за счет автоматического позиционирования электрода, в него введены сумматор, блок вычитания, первый и второй блоки сравнения, блок памяти и блок задержки, при этом входы сумматора и блока вычита;:ия подключены к выходам датчика, сумматора через первый блок сравнения соединен с входом блока памяти, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения, второй выход блока памяти через, второй блок сравнения и блок задержки соединен с входом приводагоризонтального перемещесл ния сварочной головки, второй вход второго блока сравнения соединен с выходом блока вычитания. Од Од