Файл: Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства.pdf

некоторые виды наплавочных работ), а также необходимость хо­ лостого пробега головки, снижающая производительность процесса и крайне затрудняющая комплексную механизацию и автоматизацию.

При сварке однопроходных швов применение этой системы, как правило, нецелесообразно. Исключение могут составить лишь те слу­ чаи, когда сварку необходимо вести на высоких скоростях, не поз­ воляющих осуществлять ручную коррекцию направления электрода по шву в процессе сварки.

Телевизионные следящие системы. В последнее время успешно разрабатываются телевизионные следящие системы, контролирую­ щие положение сварочной дуги относительно стыка непосредствен­ но в зоне сварки [6]. В настоящее время эти системы являются пока единственными, которые контролируют и корректируют положение именно дуги, а не сварочной головки или ее мундштука, и притом в самой зоне сварки.

Это качество позволяет исключить ряд погрешностей, порож­ даемых неточностью и нестабильностью взаимного расположения дуги относительно сварочной головки и ее электродного мундштука,

атакже относительно датчика.

Вэтих системах отсутствуют сложные устройства запоминания, записи и последующего считывания информации от датчика. Одна­ ко это упрощение осуществлено за счет введения не менее сложных телевизионных устройств.

Первоначально внедрение телевизионных устройств в свароч­ ное производство было обусловлено необходимостью дистанцион­ ного визуального наблюдения за процессом сварки в тех случаях, когда присутствие оператора у сварочной головки невозможно или недопустимо по условиям техники безопасности, например в радио­ активных зонах. В дальнейшем Я- С. Вайсбанд, А. Б. Войцеховский и др. [6] расширили область промышленного применения телеви­ зионных систем с целью их использования для автоматического направления дуги или электрода по стыку при сварке открытой (видимой) дугой, в частности, при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом.

Телевизионная следящая система, в которой в качестве датчика используется передающая телевизионная камера, отличается от описанных выше систем как принципом выделения и обработки ин­ формации о положении электрода относительно стыка, так и неко­ торыми своими новыми возможностями.

Система состоит из: телевизионной установки замкнутого типа, содержащей передающую камеру-датчик, видеоконтрольное устрой­ ство и кабель; блока обработки сигнала и исполнительного при­ вода перемещения электрода относительно стыка. Передающая ка­ мера закрепляется на сварочном аппарате или его мундштуке так,

146

чтобы в ее поле зрения попадали конец электрода, дуга, сварочная ванна, участок стыка перед дугой и некоторая часть поверхности металла вокруг зоны сварки. Такое расположение передающей ка­ меры и наличие в следящей системе видеоконтрольного устройства позволяет осуществлять одновременно не только автоматическое направление электрода, но и дистанционное визуальное наблюде­ ние за процессом сварки.

Принцип действия телевизионной следящей системы основан на

положении и о величине смещения электрода от оси стыка, т. е. о некоторой разнице между номинальным (нулевым) и фактическим состоянием. Эта разница (рассогласование) преобразуется затем в разностное напряжение, которое является управляющим сигналом для работы электропривода перемещения электрода относительно стыка (корректора).

Испытания опытного образца телевизионной следящей системы в ЦНИИТС показали, что она обеспечивает автоматическое направле­ ние электрода по шву с точностью ± 0 ,7 мм при однопроходной свар­ ке прямолинейных и криволинейных стыков на скоростях до

0,7 м/мин.

Эта система может осуществлять слежение и по стыку с прихват­ ками длиной 30—50 мм. При этом во время прохождения электрода над прихваткой следящая система автоматически отключается, а электрод движется параллельно направляющим сварочной каретки. В тот момент, когда электрод оказывается над концом прихватки, система автоматически включается в режим слежения.

Если снабдить телевизионную следящую систему соответствую­ щими дополнительными блоками, то можно несколько расширить ее возможности и сделать более универсальной. В частности, можно получить возможность слежения как за одной, так и за обеими кром­ ками одновременно, за вспомогательной копирной линией, нанесен­ ной вблизи шва, и т. д. Однако основное ограничение ее области при­ менения все же остается: слежение возможно только при сварке от­ крытой (видимой) дугой. Следовательно, для сварки под флюсом телевизионные системы непригодны.

Телевизионную систему все же можно применять в тех случаях, когда дуга невидима, но при этом придется контролировать не по­ ложение дуги или электрода непосредственно, а положение свя­ занного с электродным мундштуком светового указателя относитель­ но линии стыка. При таком способе слежения телевизионная следящая система теряет свое главное преимущество, которое заклю­ чается в отсутствии погрешностей, вносимых дистанционным распо­ ложением датчика или указателя впереди дуги.

147

Системы жесткого программного управления движением. Для автоматического направления электрода по стыку в некоторых слу­ чаях, например при сварке точно изготовленных деталей, вполне возможно и целесообразно применение программных устройств с жесткой кинематической программой, не имеющей обратных связей и не учитывающей индивидуальных неточностей изготовления и сборки свариваемых деталей. Следовательно, эти устройства в от­ личие от рассмотренных выше следящих систем не осуществляют коррекцию движения электрода по стыку в процессе сварки, а также слежения по стыку.

Механические копиры прямого действия. Простейшим, элемен­ тарным представителем этих программных устройств может служить направляющий рельсовый путь для сварочной каретки — прямо­ линейный или криволинейный (в зависимости от конфигурации шва или заданной траектории движения). По сути такой копирный рельс, как и любая копирная линейка, представляет собой програм­ му движения электрода. Для той же цели иногда применяются про­ филированные копирные шаблоны, кулачки, диски, которые можно объединить под общим названием механических копиров прямого действия, например для сварки фигурного шва канистр.

Хотя область применения этих простейших программных уст­ ройств (механических копиров прямого действия) сильно ограниче­ на требованиями точности свариваемых деталей и их сборки, а так­ же требованием серийности продукции (для единичного производ­ ства изготовление сложных копирных шаблонов нецелесообразно), тем не менее благодаря своей предельной простоте и надежности в эксплуатации эти системы получили весьма большое распростра­ нение в сварочном производстве.

Электромеханические командоаппараты. В более сложных слу­ чаях простейшие механические копиры прямого действия применить не удается. В этих случаях программное устройство может быть осу­ ществлено в виде электромеханического командоаппарата, снабжен­ ного системой профилированных по заданной программе кулачков и дисков, управляющих через контактно-релейную систему работой соответствующих электроприводов, перемещающих сварочную го­ ловку. Ротор командоаппарата вращается синхронно с приводом движения сварочной дуги и в большинстве случаев жестко связан с ним.

Классическим образцом такого программного устройства может служить командоаппарат станка для наплавки пильгервалков, имеющих сложную пространственную кривизну наплавляемой ра­ бочей поверхности. Этот командоаппарат управляет перемещением сварочной головки в пространстве по трем взаимно перпендикуляр­ ным суппортам в строгом соответствии с работой механизмов вра-

148

шения и наклона валка. Описание этой программной системы при­ ведено в § 16.

Системы числового программного управления. В настоящее вре­ мя в машиностроении особое внимание уделяется системам числового программного управления движением. Однако в связи с относитель­ ной сложностью этих систем они до последнего времени приме­ нялись лишь для точной обработки металлов; в сварочной же техни­ ке они не получили распространения из-за своей сложности и резко­ го несоответствия классу точности производства.

Впоследние годы В. А. Тимченко [41] и другие доказали воз­ можность и целесообразность использования упрощенных систем числового программного управления применительно к электродуго­ вой и электроннолучевой сварке. Так как к сварочному движению не предъявляются такие высокие требования точности, как при ме­ ханической обработке металлов, то для сварки представляется воз­ можным применить сравнительно простую импульсно-шаговую си­ стему программного управления с большой величиной шага.

Всравнении с другими системами цифрового программного управления эта система по своей структуре наименее сложна, позво­

ляет получить устойчивые движения простыми средствами и требу­ ет программы в наиболее простом виде.

Обычные методы подготовки программы для систем числового программного управления движением основаны на применении ин­ терполяторов (кодовых преобразователей), которые являются са­ мой сложной и дорогой частью системы. При переработке малых объемов информации применение этой сложной вычислительной тех­ ники нецелесообразно. Движение сварочной дуги может быть зада­ но программой с небольшим объемом информации, что позволяет резко упростить методы ее подготовки и исключить из системы слож­ ные интерполяторы

Предложенный В. А. Тимченко [41] метод подготовки программы для импульсных систем числового программного управления за­ ключается в том, что аппроксимация заданной траектории произво­ дится с помощью сравнительно небольшого комплекта «стандартных» отрезков, интерполированные программы которых в унитарном коде (подпрограммы) постоянно хранятся в памяти устройства, нано­ сящего программу на программоноситель (на перфорированную или магнитную ленту), а собственно нанесение интерполированной про­ граммы на программоноситель производится путем автоматического переноса готовых подпрограмм из памяти. При этом необходимость в интерполяторе отпадает.

На практике для подготовки программы движения достаточ­ но графически определить координаты опорных точек по вычерчен­ ной в увеличенном масштабе траектории с таким расчетом, чтобы

149