Файл: Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы..pdf

Для швов, имеющих участки с весьма малым радиусом кривизны, что характерно для закруглений различных конструктивных эле­ ментов, нельзя пренебречь требуемыми изменениями ориентации горелки, связанными с отклонением соответствующих точек линии соединения от расчетного положения. Задача текущей геометриче­ ской адаптации здесь существенно усложняется, что обусловлено необходимостью определять текущую коррекцию не только положе­ ния, но и ориентации горелки относительно изделия; большой ско­ ростью изменения переносных и ориентирующих координат при сварке на закруглениях, а также техническими трудностями получе­ ния информации о положении линии соединения на закруглениях малого радиуса. Поэтому для швов с малыми радиусами кривизны целесообразно комбинированное решение задачи адаптации, основан­ ное на том, что участки с малым радиусом кривизны имеют малую длину и могут рассматриваться как случайным образом смещенные в пространстве без искажения их формы.

Для измерения отклонений, линии соединения во время сварки при выполнении швов сложной формы и швов «в упор» (т. е. до стенки, пересекающей шов) датчики необходимо располагать сбоку от точки сварки. При сварке прямолинейных участков швов датчики поло­ жения линии соединения могут располагаться перед точкой сварки. При сварке швов небольшой кривизны в отдельных случаях датчики могут располагаться перед точкой сварки при условии, что прямая, соединяющая точку измерений и точку сварки, интерпретируется программой как хорда к линии соединения. Измерение отклонений до начала сварки можно осуществлять в точке, расположенной произвольно относительно рабочей точки горелки, однако наиболее удобно совмещать точку измерения с рабочей точкой горелки.

6.3. Технические средства адаптации промышленных роботов для дуговой сварки

В тех случаях, когда линию соединения можно рассматривать как смещенную случайным образом в пространстве без искажения ее формы и размеров, в качестве датчиков поиска базовых точек для адаптации могут применяться тактильные датчики или лока­ ционные датчики расстояния до поверхностей свариваемых элемен­ тов (рис. 6.3).

В качестве тактильных датчиков могут быть использованы элек­ тромеханические датчики координатно-измерительных машин или специально разработанные для сварки электромеханические так­ тильные датчики. Подобный датчик позволяет осуществлять поиск в любом направлении, перпендикулярном оси щупа, а также вдоль его оси. В зависимости от типа первичного преобразователя выход­ ная характеристика датчика может быть релейной либо иметь много­ ступенчатый или линейный участок. Датчики такого типа разме­ щают на определенном расстоянии от горелки, и их можно крепить не только к горелке, т. е. к последнему звену манипуляционной

1 8 2

правление усилия копирования

1 — гирелка; 2 — щуп; 3 — шар­ нир поворота щупа в корпусе датчика; 4 — корректоры на­ правления и усилия копирова­ ния поперек оси электрода; 5 — корректор копирования вдоль оси электрода; 6 — корпус пер­ вичных преобразователей; 7 — первичные преобразователи; 8 — корпус Датчика; 9 — кор­ ректоры нулевых положении вдоль и поперек оси электрода

линии соединения по программе с опережением, равным времени перемещения точки сварки вдоль линии шва на расстояние между точкой сварки и точкой измерения, а также вычисления отклонения линии соединения от расчетного положения для точки измерения и использования полученной информации для корректировки про­ граммы с соответствующей задержкой по времени.

В адаптивных промышленных”роботах для^ дуговой сварки на­ ходят применение пневматические датчики двух типов, которые позволяют измерять расстояние до поверхности изделия. Датчик типа сопло-заслонка, т. е. дроссельного типа, работает при избыточ­

•—1,0) мм, диаметр дросселя d;i = 0,25 мм. Наибольшее расстояние, контролируемое датчиком, составляет десятые доли миллиметра, что затрудняет его использование при грубых поверхностях, характер­ ных для многих свариваемых изделий.

Датчик, основанный на использовании давления отраженной струи, работает при избыточном давлении питания Р о ==(ОД4- 4-0,2) МПа. С помощью этого датчика можно контролировать поло­ жение поверхности изделия на расстоянии до 6 мм. Перспективно использование струйно-акустических датчиков, в которых выходной сигнал определяется параметрами ультразвуковых колебаний, воз­ никающих в результате взаимодействия воздушной струи с поверх­ ностью изделия. Два струйных датчика можно использовать для изме­ рения положения линии таврового или углового соединения с' вну­ тренней стороны. Сканирующий струйно-акустический датчик при­ меняют для определения не только отклонения линии соединения, но и для измерения параметров разделки, т. е. для решения задач технологической адаптации.

186

При роботизированной дуговой сварке весьма перспективны си­ стемы очувствления с использованием самой сварочной дуги как датчика расстояния до поверхности свариваемых элементов. В ка­ честве информативного параметра используется сварочный ток и/или напряжение дуги в зависимости от вида характеристики источ­ ника питания. При пологой характеристике основная информация содержится в значении силы тока, а при крутопадающей характе­ ристике — в напряжении дуги. Сканирование дуги движения ро­ бота поперек линии соединения при сварке угловых швов позволяет определить смещение оси электрода как в поперечном, так и в про­ дольном (вдоль оси электрода) направлении. Информация а. попереч­ ном смещении содержится в разности сил сварочных токов для край­ них точек колебательного движения электрода или в разности инте­ гральных значений сил токов за время нахождения электрода слева и справа от среднего положения по отношению к амплитуде смещений. Информация о продольном смещении электрода содержится в разно­ сти суммарного значения сил указанных токов и некоторого эталон­ ного значения. Колебания электрода обычно обеспечиваются мани­ пулятором сварочной горелки. Для задания колебаний достаточно при обучении ввести в систему управления робота их амплитуду и частоту и иметь программу наложения колебательных движений на основное движение робота.

Главные достоинства систем очувствления с использованием сварочной дуги в качестве датчика: измерение непосредственно в точке сварки, что исключает погрешности, связанные с несовпаде­ нием точки измерения и точки сварки; управление положением са­ мой дуги, а не оси горелки; отсутствие в зоне сварки каких-либо измерительных или других устройств, необходимых для определения положения соединения.

Большой интерес представляют электромагнитные датчики поло­ жения и геометрических параметров соединения (зазор, превышение кромок, площадь сечения разделки), подготовленного под сварку. Это связано с простотой датчиков данного типа, их малыми габа­ ритными размерами, возможностью применения при сварке изде­ лий из магнитных и немагнитных материалов, а также возможностью получения интегральных усреднений результатов измерений по не­ которой площади. Вместе с тем на выходной сигнал электромагнит­ ных датчиков в условиях сварки могут оказывать влияние целый ряд мешающих факторов, которые должны быть учтены с помощью специальных измерительных схем и каналов. Определенное разме­ щение датчика или сочетание двух датчиков позволяет использовать их для реализации различных сварных соединений.

Однако использование электромагнитных датчиков накладывает ограничения на технологию сварки роботами. С помощью этих датчиков не представляется возможным вести сварку с текущей адаптацией в угловых участках внутри коробчатых конструкций, так как при этом требуется отвод датчиков. Электромагнитные дат­ чики нельзя также использовать для текущей адаптации при сварке угловых соединений как внутри, так и снаружи без изменения их

1 8 7

Рис. 6.7. Схема поиска базовых то­ чек для сварки изнутри в углах при

датчиков для тех случаев, когда непрерывная сварка с текущей адаптацией не­ возможна, иллюстрирует рис. 6.7.

При сварке в нижнем положении внутри прямо­ угольного коробчатого из­ делия начальная адапта­ ция осуществляется в сле­ дующем порядке:

из начального положе­ ния в положение 1 на мар­ шевой скорости;

из положения 1 в положение 2 на скорости поиска (поиск ниж­ ней стенки /);

из положения 2 в положение 3 на скорости поиска (поиск точки 3' левой стенки V);

из положения 3 в положение 4 на маршевой скорости с поддер­ жанием постоянного расстояния а от оси горелки до левой и нижней

положения 5 (для простоты рассмотрения в качестве оси поворота выбрана вертикаль, проходящая через точку пересечения оси го­ релки и осей датчиков);

из положения 5 в положение 6 на скорости поиска (поиск точки 6' задней I I и нижней / стенок);

из положения 6 в положение 7 на маршевой скорости с поддер­ жанием постоянного расстояния от задней и нижней стенок (поиск

из положения 9 в положение 10 на маршевой скорости с поддер­ жанием постоянного расстояния от правой и нижней стенок (поиск точки 10' правой стенки);

188

Рис. 6.8. Схема определения поло­ жения линии таврового соединения с помощмо датчика:

начинаться в любой из точек линии сопряжения свариваемых эле­ ментов, где возможна текущая адаптация. Сварка в углах ячейки выполняется по программе, но с учетом параллельного переноса в пространстве линии сопряжения свариваемых элементов углового участка.

При том же расположении датчиков сварка угловых швов угло­ вых соединений снаружи при изготовлении коробчатого изделия (приварка верхней стенки к четырем вертикальным стенкам) воз­ можна только с начальной адаптацией.

Для определения положения кромок датчики должны обеспечи­ вать с достаточной точностью информацию не только о достижении расстояния 60 до поверхности изделия, но и о смещении 6Кс кромки. Перемещение между точками 2 и 3, 6 и 7, 8 и 9, 12 и 13 и т. д. про­ исходит по’ линии, параллельной расчетному положению соответ­ ствующей поверхности изделия.

Наибольшее количество информации для решения задач адапта­ ции сварочных роботов могут представить СТЗ. Однако эти системы весьма сложны и дороги, а, главное, во многих случаях их примене­ ние для определения положения линий соединения на свариваемом изделии затруднено тем, что эти линии недостаточно контрастны на фоне остальной части изделия. Поэтому разрабатывают системы технического зрения, специально ориентированные на использование

189