устройство выделения информации и управления положением сварочного электрода

Формула изобретения

Устройство выделения информации и управления положением сварочного электрода, содержащее источник питания дуги, шунт в сварочной цепи, сварочную горелку, датчик величины сварочного тока, усилитель коррекции, привод коррекции сварочной горелки поперек стыка, схему сравнения, усилитель амплитуды колебаний электрода, регулятор амплитуды колебаний электрода, сумматор, привод подачи сварочной горелки вдоль стыка, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены первый и второй аналоговые коммутаторы, первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая, седьмая, восьмая, девятая, десятая, одиннадцатая аналоговая память, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый фильтр сглаживающего среднего, первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая, седьмая, восьмая, девятая, десятая, одиннадцатая, двенадцатая схемы сравнения, первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая, седьмая, восьмая, девятая, десятая, одиннадцатая постоянная аналоговая память, блок управления, блок выделения минимума, цифровая память, блок управления приводом сварочной горелки поперек стыка, второй сумматор, первый и второй и третий компараторы, логический элемент Исключающее ИЛИ, первый, второй и третий инверторы, первый, второй и третий аналоговые ключи, усилитель привода управления высотой сварочной горелки, привод управления высотой сварочной горелки, логический элемент И, первый и второй логические элементы ИЛИ, причем выход датчика тока подключен к входу первого аналогового коммутатора, выходы первого аналогового коммутатора подключены к входам первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой, седьмой, восьмой, девятой, десятой, одиннадцатой аналоговой памяти, выходы которой подключены к входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого фильтров сглаживающего среднего, выходы которых подключены к первым входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого устройств сравнения, ко вторым входам которых подключены выходы первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой, седьмой, восьмой, девятой, десятой, одиннадцатой постоянной аналоговой памяти, выходы первого, второго, третьего, четвертого, пятого устройство сравнения подключены к входам первого сумматора, выход шестого устройства сравнения подключен к входу третьего компаратора и входу второго аналогового ключа, выход третьего компаратора подключен к первому входу первого логического элемента И и входу третьего инвертора, выход третьего инвертора подключен к второму входу второго логического элемента И, выходы седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого устройств сравнения подключены к входам второго сумматора, первый выход первого сумматора подключен к входу первого компаратора, второй выход первого сумматора подключен к входу первого аналогового ключа, выход второго сумматора подключен к входу второго компаратора, выход первого компаратора подключен к первому входу логического элемента Исключающее ИЛИ, ко второму входу которого подключен выход второго компаратора, выход логического элемента Исключающее ИЛИ подключен к входу первого инвертора, выход которого подключен к управляющему входу первого аналогового ключа, первый выход первого аналогового ключа подключен к входу третьего аналогового ключа, второй выход первого аналогового ключа подключен к входу усилителя коррекции, выход которого подключен к входу привода подачи сварочной горелки вдоль стыка, выход которого соединен со сварочной горелкой, выход второго аналогового коммутатора подключен к входу блока выделения минимума, выход которого подключен к первому входу цифровой памяти, первый выход блока управления подключен к управляемому входу второго аналогового коммутатора и второму входу цифровой памяти, второй выход блока управления подключен к блоку выделения минимума, третий выход блока управления подключен к первому входу устройства сравнения, к второму входу которого подключен выход цифровой памяти, выход устройства сравнения подключен к первому входу устройства управления приводом сварочной горелки поперек стыка и входу логического элемента ИЛИ, первый выход устройства управления приводом сварочной горелки поперек стыка подключен к третьему входу устройства сравнения, второй выход подключен к приводу коррекции сварочной горелки поперек стыка, выход которого соединен со сварочной горелкой, выход логического элемента ИЛИ подключен к входу второго инвертора, выход которого подключен к второму входу первого логического элемента И и первому входу второго логического элемента И, выход первого логического элемента И подключен к управляющему входу второго аналогового ключа, выход которого подключен к входу усилителя привода управления высотой, выход усилителя привода управления высотой подключен к входу привода управления высотой сварочной горелки, выход которого соединен со сварочной горелкой, выход второго элемента И подключен к управляющему входу третьего аналогового ключа, выход которого подключен к входу усилителя амплитуды колебаний электрода, выход усилителя амплитуды колебаний электрода подключен к входу регулятора амплитуды колебаний электрода, первый выход которого подключен к управляющему входу первого коммутатора, второй выход которого подключен к сварочной горелке.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области автоматизации сварочных процессов, более точно - к автоматизации электродуговой сварки разделанных и угловых швов в среде защитных газов и под флюсом. Оно может найти применение в машиностроении и приборостроении.

До настоящего времени большинство процессов электродуговой сварки ведется вручную, требует высокой квалификации сварщика и поддается автоматизации на массовом производстве лишь при условии качественной разделки швов и высокой точности установки деталей по отношению к сварочному стенду. Это связано с тем, что для получения качественного шва при прочих равных условиях необходимо непрерывное совмещение оси горелки с серединой стыка. Таким образом, указанное совмещение является необходимым условием автоматизации электросварочного процесса.

Известен ряд устройств для наведения электрода на стык свариваемых кромок с использованием дуги в качестве чувствительного элемента (см. Тимченко В.А. и др. Системы автоматического наведения электрода на линию соединения с использованием дуги в качестве датчика // Автоматическая сварка. -1981. - N 6. - с.59-64).

Известно устройство управления движением сварочной головки относительно оси стыка при механизированном процессе сварки, содержащее датчик сварочного тока, датчик знака отклонения дуги, аналоговые интеграторы, схему управления, привод перемещения сварочной горелки поперек стыка и схему управления этим приводом (а.с.СССР №1087283, опубл. 1982, МПК⁷ В 23 К 9/10).

Недостатком данного устройства является то, что измерение электрических параметров дуги производят в течение одного периода ее качания поперек стыка и, следовательно, результат его зависит от флуктуации тока или напряжения, характерных для процесса электросварки, что снижает качество получаемого шва.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее источник питания дуги, шунт в сварочной цепи, сварочную горелку, датчик величины сварочного тока, усилитель коррекции, привод коррекции сварочной горелки поперек стыка, схему сравнения, усилитель амплитуды колебаний электрода, сумматор, привод подачи сварочной горелки вдоль стыка (а.с.СССР №1187940, опубл. в 1985, МКИ³ В 23 К 9/10).

Недостаток этого устройства состоит в том, что при сварке с короткими замыканиями оно не обеспечивает требуемого качества.

Задачей изобретения является повышение качества сварного соединения.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее источник питания дуги, шунт в сварочной цепи, сварочную горелку, датчик величины сварочного тока, усилитель коррекции, привод коррекции сварочной горелки поперек стыка, схему сравнения, усилитель амплитуды колебаний электрода, регулятор амплитуды колебаний электрода, сумматор, привод подачи сварочной горелки вдоль стыка, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены первый и второй аналоговые коммутаторы, первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая, седьмая, восьмая, девятая, десятая, одиннадцатая аналоговая память, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый фильтр сглаживающего среднего, первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая, седьмая, восьмая, девятая, десятая, одиннадцатая, двенадцатая схемы сравнения, первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая, седьмая, восьмая, девятая, десятая, одиннадцатая постоянная аналоговая память, блок управления, блок выделения минимума, цифровая память, блок управления приводом сварочной горелки поперек стыка, второй сумматор, первый и второй и третий компараторы, логический элемент Исключающее ИЛИ, первый, второй и третий инверторы, первый, второй и третий аналоговые ключи, усилитель привода управления высотой сварочной горелки, привод управления высотой сварочной горелки, логический элемент И, первый и второй логические элементы ИЛИ, причем выход датчика тока подключен к входу первого аналогового коммутатора, выходы первого аналогового коммутатора подключены к входам первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой, седьмой, восьмой, девятой, десятой, одиннадцатой аналоговой памяти, выходы которой подключены к входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого фильтров сглаживающего среднего, выходы которых подключены к первым входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого устройств сравнения, ко вторым входам которых подключены выходы первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой, седьмой, восьмой, девятой, десятой, одиннадцатой постоянной аналоговой памяти, выходы первого, второго, третьего, четвертого, пятого устройств сравнения подключены к входам первого сумматора, выход шестого устройства сравнения подключен к входу третьего компаратора и входу второго аналогового ключа, выход третьего компаратора подключен к первому входу первого логического элемента И и входу третьего инвертора, выход третьего инвертора подключен к второму входу второго логического элемента И, выходы седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого устройств сравнения подключены к входам второго сумматора, первый выход первого сумматора подключен к входу первого компаратора, второй выход первого сумматора подключен к входу первого аналогового ключа, выход второго сумматора подключен к входу второго компаратора, выход первого компаратора подключен к первому входу логического элемента Исключающее ИЛИ, к второму входу которого подключен выход второго компаратора, выход логического элемента Исключающее ИЛИ подключен к входу первого инвертора, выход которого подключен к управляющему входу первого аналогового ключа, первый выход первого аналогового ключа подключен к входу третьего аналогового ключа, второй выход первого аналогового ключа подключен к входу усилителя коррекции, выход которого подключен к входу привода подачи сварочной горелки вдоль стыка, выход которого соединен со сварочной горелкой, выход второго аналогового коммутатора подключен к входу блока выделения минимума, выход которого подключен к первому входу цифровой памяти, первый выход блока управления подключен к управляемому входу второго аналогового коммутатора и второму входу цифровой памяти, второй выход блока управления подключен к блоку выделения минимума, третий выход блока управления подключен к первому входу устройства сравнения, к второму входу которого подключен выход цифровой памяти, выход устройства сравнения подключен к первому входу устройства управления приводом сварочной горелки поперек стыка и входу логического элемента ИЛИ, первый выход устройства, управления приводом сварочной горелки поперек стыка подключен к третьему входу устройства сравнения, второй выход подключен к приводу коррекции сварочной горелки поперек стыка, выход которого соединен со сварочной горелкой, выход логического элемента ИЛИ подключен к входу второго инвертора, выход которого подключен к второму входу первого логического элемента И и первому входу второго логического элемента И, выход первого логического элемента И подключен к управляющему входу второго аналогового ключа, выход которого подключен к входу усилителя привода управления высотой, выход усилителя привода управления высотой подключен к входу привода управления высотой сварочной горелки, выход которого соединен со сварочной горелкой, выход второго элемента И подключен к управляющему входу третьего аналогового ключа, выход которого подключен к входу усилителя амплитуды колебаний электрода, выход усилителя амплитуды колебаний электрода подключен к входу регулятора амплитуды колебаний электрода, первый выход которого подключен к управляющему входу первого коммутатора, второй выход которого подключен к сварочной горелке.

В устройстве выделения информации и управления положением сварочного электрода фильтр сглаживающего среднего, аналоговый коммутатор, сумматор, усилитель, привод, датчик сварочного тока, устройство сравнения, блок управления, выпрямитель используются по своему прямому назначению и широко известны в электротехнике. Однако совокупность соединений, указанная выше, в патентной и научно-технической литературе не обнаружена.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема устройства автоматического управления положением сварочной горелки.

Устройство выделения информации и управления положением сварочной головки содержит последовательно соединенные выход источника питания дуги 1, соединенный с входом шунта в сварочной цепи 2, выход которого связан с входом датчика величины сварочного тока 4, выход датчика тока 4 подключен к входу первого аналогового коммутатора 5, выходы первого аналогового коммутатора 5 подключены к входам первой 6, второй 7, третьей 8, четвертой 9, пятой 10, шестой 11, седьмой 12, восьмой 13, девятой 14, десятой 15, одиннадцатой 16 аналоговой памяти, выходы которой подключены к входам первого 17, второго 18, третьего 19, четвертого 20, пятого 21, шестого 22, седьмого 23, восьмого 24, девятого 25, десятого 26, одиннадцатого 27 фильтров сглаживающего среднего, выходы которых подключены к первым входам первого 28, второго 29, третьего 30, четвертого 31, пятого 32, шестого 33, седьмого 34, восьмого 35, девятого 36, десятого 37, одиннадцатого 38 устройств сравнения, ко вторым входам которых подключены выходы первой 39, второй 40, третьей 41, четвертой 42, пятой 43, шестой 44, седьмой 45, восьмой 46, девятой 47, десятой 4S, одиннадцатой 49 постоянной аналоговой памяти, выходы первого 28, второго 29, третьего 30, четвертого 31, пятого 32 устройств сравнения подключены к входам второго сумматора 50, выход шестого устройства сравнения 33 подключен к входу третьего компаратора 61 и входу второго аналогового ключа 63, выход третьего компаратора 61 подключен к входу третьего компаратора 62, выход которого подключен к первому входу первого логического элемента И 62 и входу третьего инвертора 76, выход третьего инвертора 76 подключен к второму входу второго логического элемента И 75, выходы седьмого 34, восьмого 35, девятого 36, десятого 37, одиннадцатого 38 устройств сравнения подключены к входам первого сумматора 51, первый выход первого сумматора 50 подключен к входу первого компаратора 53, второй выход первого сумматора 50 подключен к входу первого аналогового ключа 56, выход второго сумматора 51 подключен к входу второго компаратора 52, выход первого компаратора 53 подключен к первому входу логического элемента Исключающее ИЛИ 54, к второму входу которого подключен выход второго компаратора 52, выход логического элемента Исключающее ИЛИ 54 подключен к входу инвертора 55, выход которого подключен к управляющему входу аналогового ключа 56, первый выход первого аналогового ключа 56 подключен к входу третьего аналогового ключа 77, второй выход аналогового ключа 56 подключен к входу усилителя коррекции 59, выход которого подключен к входу привода подачи сварочной горелки вдоль стыка 60, выход которого соединен со сварочной горелкой 3, выход второго аналогового коммутатора 66 подключен к входу блока выделения минимума 68, выход которого подключен к первому входу цифровой памяти 69, первый выход блока управления 67 подключен к управляемому входу второго аналогового коммутатора 66 и второму входу цифровой памяти 69, второй выход блока управления 67 подключен к входу блока выделения минимума, третий выход блока управления 67 подключен к первому входу устройства сравнения 70, к второму входу которого подключен выход цифровой памяти 69, выход устройства сравнения 70 подключен к первому входу устройства управления приводом сварочной горелки поперек стыка 71 и входу логического элемента ИЛИ 73, первый выход устройства управления приводом сварочной горелки поперек стыка 71 подключен к третьему входу устройства сравнения 70, второй выход подключен к приводу коррекции сварочной горелки поперек стыка 72, выход которого соединен со сварочной горелкой 3, выход логического элемента ИЛИ 73 подключен к входу второго инвертора 74, выход которого подключен к второму входу первого логического элемента И 63 и первому входу второго логического элемента И 75, выход первого логического элемента И 63 подключен к управляющему входу второго аналогового ключа 64, выход которого подключен к входу усилителя, привода управления высотой 65, выход усилителя привода управления высотой 65 подключен к входу привода управления высотой сварочной горелки 66, выход второго элемента И 75 подключен к управляющему входу третьего аналогового ключа 77, выход которого подключен к входу усилителя амплитуды колебаний электрода 57, выход усилителя амплитуды колебаний электрода 57 подключен к входу регулятора амплитуды колебаний электрода 58, выход которого подключен к управляющему входу первого коммутатора 5, второй выход которого соединен со сварочной горелкой 3.

Устройство автоматического управления положением сварочной головки работает следующим образом. Регулятор амплитуды колебаний электрода 58 обеспечивает колебания сварочной горелки 3 поперек шва. При движении сварочной головки 3 из одного крайнего положения в другое крайнее положение поперек шва на шунте 2 возникают колебания тока. Датчик величины сварочного тока 4 преобразует их в напряжение, пропорциональное мгновенному значению сварочного тока. С выхода датчика величины сварочного тока 4 сигнал поступает на вход первого аналогового коммутатора 5. С помощью первого аналогового коммутатора 5 (за один проход сварочной головки из одного крайнего положения в другое) осуществляется выборка значений тока в 11 точках. С выхода первого аналогового коммутатора 5 сигнал поступает на первую 6, вторую 7, третью 8, четвертую 9, пятую 10, шестую 11, седьмую 12, восьмую 13, девятую 14, десятую 15, одиннадцатую 16 ячейки аналоговой памяти.

С выхода ячеек аналоговой памяти сигналы поступают на входы первого 17, второго 18, третьего 19, четвертого 20, пятого 21, шестого 22, седьмого 23, восьмого 24, девятого 25, десятого 26, одиннадцатого 27 фильтров сглаживающего среднего. Фильтры сглаживающего среднего усредняют значения измерений. С выходов первого 17, второго 18, третьего 19, четвертого 20, пятого 21, шестого 22, седьмого 23, восьмого 24, девятого 25, десятого 26, одиннадцатого 27 фильтров сглаживающего среднего сигналы поступают на первые входы первого 28, второго 29, третьего 30, четвертого 31, пятого 32, шестого 33, седьмого 34, восьмого 35, девятого 36, десятого 37, одиннадцатого 38 устройств сравнения и входы второго аналогового коммутатора 66. В первой 39, второй 40, третьей 41, четвертой 42, пятой 43, шестой 44, седьмой 45, восьмой 46, девятой 47, десятой 48, одиннадцатой 49 ячейках постоянной аналоговой памяти записан профиль свариваемого стыка.

С выхода первой 39, второй 40, третьей 41, четвертой 42, пятой 43 ячеек постоянной аналоговой памяти сигнал поступает на второй вход первого 28, второго 29, третьего 30, четвертого 31, пятого 32, шестого 33, седьмого 34, восьмого 35, девятого 36, десятого 37, одиннадцатого 38 устройств сравнения. Устройства сравнения выделяют разность между двумя поступившими сигналами. С выходов первого 17, второго 18, третьего 19, четвертого 20, пятого 21 устройств сравнения сигналы поступают на входы второго сумматора 50. Выход шестого устройства сравнения подключен к входу третьего компаратора 61 и входу второго аналогового ключа 63, выход третьего компаратора 61 подключен к первому входу первого логического элемента И 62 и входу третьего инвертора 76, выход третьего инвертора 76 подключен к второму входу второго логического элемента И 75.

С выходов седьмого 34, восьмого 35, девятого 36, десятого 37, одиннадцатого 38 устройств сравнения сигналы поступают на входы первого сумматора 51. С выхода второго сумматора 50 сигнал поступает на вход первого компаратора 53, со второго выхода первого сумматора сигнал поступает на вход первого аналогового ключа 56, с выхода второго сумматора 52 сигнал поступает на вход второго компаратора 52. Выход первого компаратора 52 подключен к первому входу логического элемента Исключающее ИЛИ 54, к второму входу которого подключен выход второго компаратора 52 в логическом элементе Исключающее ИЛИ 54 происходит логическое сравнение поступивших сигналов и с выхода логического элемента Исключающее ИЛИ сигнал поступает на вход инвертора 55, выход которого подключен к управляющему входу аналогового ключа 56, первый выход аналогового ключа 56 подключен к входу третьего аналогового ключа 77, второй выход аналогового ключа 57 подключен к входу усилителя коррекции 59, выход которого подключен к входу привода подачи сварочной горелки вдоль стыка 60, выход которого соединен со сварочной горелкой 3. Второй аналоговый коммутатор 66 управляется блоком управления 67. С блока управления 67 поступает цифровой сигнал на адресный вход второго аналогового коммутатора 66. В зависимости от этого сигнала второй аналоговый коммутатор 66 подключается к соответствующему входу. С выхода второго аналогового коммутатора 66 сигнал, поступивший на вход аналогового коммутатора, к которому он подключен в данный момент, поступает на блок выделения минимума 68. Блок управления 67 обеспечивает выдачу трех типов сигналов: сброса на блок выделения минимума 68 и на блок цифровой памяти 69; цифровой сигнал адреса на блок цифровой памяти 69 и для управления вторым аналоговым коммутатором 66; сигнал разрешения записи для устройства сравнения 70.

В блоке цифровой памяти 69 записывается номер ячейки аналоговой памяти, в которой был минимум. С выхода цифровой памяти 69 номер адреса поступает на устройство сравнения 70. Устройство сравнения 70 при поступлении сигнала из блока управления 67 вычитает из номера адреса заложенную константу (=6), запоминает ее, и эта разность поступает на цифровой вход блока управления приводом сварочной горелки поперек стыка 71. С первого выхода блока управления приводом сварочной горелки поперек стыка 71 на привод коррекции сварочной горелки поперек стыка 72 поступает полученное число импульсов для коррекции положения сварочной горелки. Со второго выхода блока управления приводом коррекции сварочной горелки поперек стыка 71 на вход устройства сравнения 70 поступает сигнал сброса, который обнуляет запомненное значение, с выхода устройства сравнения 70 сигнал поступает на вход логического элемента ИЛИ 73.

Первый выход устройства управления приводом сварочной горелки поперек стыка 71 подключен к третьему входу устройства сравнения 70, второй выход подключен к приводу коррекции сварочной горелки поперек стыка 72, выход логического элемента ИЛИ 73 подключен к входу второго инвертора 74, выход которого подключен к второму входу первого логического элемента И 62 и первому входу второго логического элемента И 75, выход первого логического элемента И 62 подключен к управляющему входу второго аналогового ключа 63, выход которого подключен к входу усилителя привода управления высотой 64, выход усилителя привода управления высотой 64 подключен к входу привода управления высотой сварочной горелки 65. Выход второго элемента И 75 подключен к управляющему входу третьего аналогового ключа 77, выход которого подключен к входу усилителя амплитуды колебаний электрода 57, выход усилителя амплитуды колебаний электрода 57 подключен к входу регулятора амплитуды колебаний электрода 58, первый выход которого подключен к управляющему входу первого коммутатора 5, второй выход которого подключен к сварочной горелки.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает большую точность слежения по стыку, чем достигается повышение качества сварного соединения.