3. Сборочно-сварочные операции (С.А. Куркин, В.М. Ховов, А.М. Рыбачук - Nехнология, механизация и автоматизация производства сварных конструкции), страница 7

Установление заданного вылета электрода происхо­дит путем смещения корпуса 3 относительно направляю­щей поверхности цилиндра 6 снятием давления в полос­ти Б. При этом перемещение корпуса 3 ограничивается упором его кромки а (рис. 7, в) в поршень 7 щупа. Это правильное положение корпуса 3 с горелкой фиксиру­ется подачей воздуха в полость А и прижатием элементов фиксирующего устройства 5 к цилиндру 6 (рис. 7, 8). Затем щуп втягивается внутрь корпуса под действием пружины 2 при снятии давления в полости В. Начинается процесс сварки. В процессе сварки возможна периоди­ческая корректировка положения электрода аналогичным образом без прекращения горения дуги с остановкой дви­жения руки робота на 300 мс. На качестве сварки такие остановки обычно не сказываются.

Электромеханический датчик (рис. 9, д) содержит копирующий элемент — щуп 1, который под действием пружин, пневмоцилиндров или собственной массы прижи­мается к копируемой поверхности с небольшой силой 1 ... 10 Н. Копирование осуществляется впереди места сварки или сбоку от него.

На рис. 9, а ... г показаны различные варианты преоб­разования механического сигнала в электрический. В фотоэлектрическом преобразователе (рис. 9, а) поворот щупа 1 в корпусе датчика смещает светодиод 2 относи­тельно светочувствительных элементов 3; в электро­контактном преобразователе (рис. 9, б) поворот щупа 1 приводит к замыканию якорем 2 соответствующих групп контактов 3; в преобразователе резисторного типа (рис. 9, в) — к смещению движка 2 потенциометра 3; в дифферен­циально-трансформаторном преобразователе (рис. 9, г) — к перемещению сердечников 2 воспринимающих катушек 3. Полученный электрический сигнал используется для перемещения сварочного инструмента в нужном направ­лении.

Примером датчика такого типа является электро­механический двукоординатный датчик конструкции Ин­ститута электросварки им. Е. О. Патона (рис. 9,д) с диф­ференциально-трансформаторными преобразователями,рас­положенными в корпусе 2. Для повышения износостой­кости щуп 1 армирован твердосплавными пластинками. Корпус датчика и верхняя часть щупа охлаждаются водой. Датчик предназначен доя слежения за боковой стенкой и дном разделки глубиной до 300 мм, а также для сварки обычных стыковых швов с разделкой и угловых швов. Датчик обеспечивает слежение с погрешностью, не превы­шающей ± 0,5 мм.

При использовании электромеханических датчиков глубина разделки кромок, копируемой канавки или незаполненной части разделки должна быть не менее 3 мм (при качественной подготовке кромок и сбор­ке — не менее 1,5 мм).

К бесконтактным датчикам относятся телевизионные, фотоэлектрические, индуктивные, индукционные, пневма­тические и др.

Телевизионные датчики 2 (рис. 10, а ... в) снимают информацию о движении сварочной горелки 1 при наличии контрастных линий или границ при подсветке их освети­телем 3. Слежение возможно за линией стыка (рис. 10, а, б), за копирной линией или риской а (рис. 10, в), нане­сенной параллельно свариваемой кромке, за границей "черное — белое" на копирной ленте, наклеиваемой на одну из кромок, за зазором, подсвечиваемым со стороны, об­ратной расположению датчика (рис. 10, а). Для полу­чения контрастной линии можно окрашивать или зачи­щать до металлического блеска одну из свариваемых кро­мок. При слежении по стыку при сборке без зазоров для улучшения видимости на кромках снимают небольшие фаски.

Телевизионные датчики дают большой объем инфор­мации о положении и геометрических параметрах свар­ного соединения, современны и перспективны. Однако при использовании телевизионных датчиков возникают ложные сигналы, которые создают царапинки, риски и блики на поверхности свариваемых изделий, попадающие в поле зрения передающей камеры. Изменение освещенности поверхности, подсвечиваемой дугой при сварке, тоже от­рицательно влияет на работу систем управления с теле­датчиком. Наиболее резкие колебания освещенности поверхности наблюдаются при сварке в среде углекис­лого газа.

Условия применения фотоэлектрических датчиков аналогичны условиям применения телевизионных датчи­ков. Для получения сигнала контрастная линия а (лист 73, рис. 11) освещается источником света 2 через объектив 1. Отраженный световой поток в амплитудно-фазовой следя­щей системе У892 проходит через объектив 6, диафрагму 5 электромеханического модулятора, окуляр 4 фото­приемника и попадает на фоточувствительный слой фото­приемника 3. Величина смещения датчика с контрастной линии оценивается по углу сдвига фаз между сигналом, снимаемым с фотоприемника, и опорным напряжением. При использовании фотоэлектрических датчиков возни­кают трудности из-за тех же световых помех, которые мешают применению телевизионных датчиков.

Электромагнитные датчики получают информацию о стыке или поверхности изделия в результате изменения па­раметров магнитного поля, созданного самим датчиком. Их можно применять при сварке стыковых соединений. Ими можно измерять одновременно несколько парамет­ров (смещение с линии соединения и расстояние до сва­риваемого изделия). Они пригодны при сварке магнит­ных и немагнитных металлов, малогабаритны; конст­рукция их проста.

Электромагнитные датчики подразделяются на индук­тивные (рис. 12) и индукционные (рис. 13). В индук­тивном датчике (рис. 12, а) при смещении -х: стыка от средней линии равенство магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ и сопротивлений катушек L₁ и L₂, нарушается, и возника­ет напряжение на дифференциальном выходе (клеммы 1 ... 3). Индуктивные датчики чувствительны к превы­шению кромок. Для увеличения точности работы индуктивных датчиков предложены конструкции с незам­кнутым магнитопроводом (рис. 12, б), менее чувстви­тельные к превышению кромок h.

Индукционные датчики содержат задающие обмот­ки W₁, питаемые переменным током, и индикаторные обмотки W₂, в которых наводится электродвижущая си­ла, пропорциональная смещению стыка относительной плоскости симметриии магнитной системы. Индикатор­ные обмотки могут располагаться как на среднем стер­жне магнитопровода (рис. 13, а), так и на крайних (рис. 13,6).

В Институте электросварки им. Е. О. Патона разрабо­тана гамма унифицированных по принципу действия бессердечниковых индукционных датчиков положения стыкового соединения (рис. 13, в), датчиков расстояния до поверхности изделия (рис. 13, г) и комбинирован­ных (рис. 13, д), которые дают информацию одновре­менно о смещении у , z стыка и расстоянии hи до изде­лия. На рис. 14, в ... з и 15, а ... г (лист 74) показано раз­мещение датчиков 1 положения стыкового соединения, датчиков 2 расстояния до поверхности изделия и комби­нированных датчиков 3 при сварке различных сварных соединений. В конце шва часть стыка на длине Х _откл (рис. 15, в, г) сваривается без слежения. Размещение индукционных датчиков и сварочной горелки на руке робота "Универсал-15М" показано на рис. 16.

Пневматические датчики (рис. 17) используют вза­имодействие потока газа, вытекающего из сопла диа­метром d_с с поверхностью изделия. Давление р газа в вы­ходном сопле служит сигналом для управления сварочным инструментом. Величина сигнала сильно зависит от сме­щения датчика с кромки, от расстояния до середины зазора и расстояния до изделия. В пневматическом дат­чике дроссельного типа (рис. 17, а) воздух под давлением р_о подается через дроссель диаметром d_д = 0,25 мм. Дав­ление р на выходе пропорционально расстоянию до изде­лия х. Расстояние, контролируемое этим датчиком, изме­ряется десятыми долями миллиметра. Поэтому его можно использовать только на чистых поверхностях. Струйный датчик (рис. 17, б) контролирует давление отраженной струи и может использоваться на расстоянии х до 6 мм.

Пневматические датчики (рис. 18) компактны и обладают хорошей чувствительностью. Их можно исполь­зовать для направления электрода по разделке, используя кромку (рис. 19, в) или зазор, для поддержания постоян­ным вылета электрода (рис. 19, б), при сварке в узкую разделку (рис. 19, в), при контактной точечной сварке (рис. 19, г). Датчик обеспечивает постоянство параметра а (рис. 19,а... г) при сварке.

Большой объем информации о расположении сварива­емых элементов и форме наплавленного валика можно получить, используя лазерный луч.

Применение монохроматического освещения с по­мощью лазера уменьшает чувствительность к световым по­мехам при дуговой сварке и дает возможность получать остросфокусированный световой луч диаметром 0,3 ... 0,5 мм у поверхности свариваемых элементов. На горелке 3 (рис. 20) установлен двигатель 1 кругового сканирования луча полупроводникового лазера 2 мощностью 1 ... 10 Вт в импульсе. Информация о положении яркого светового пятна на поверхности изделия воспринимается другой оптической системой. За один поворот датчика вокруг горелки проводится около 200 измерений, дающих пол­ную трехмерную модель сварного соединения в зоне вок­руг места сварки. Эта модель позволяет определить: угол

разделки или угол между свариваемыми элементами, превышение кромок, форму наплавленного валика, рас­стояние между горелкой и поверхностью изделия, угол между осью горелки и линией соединения.

Общим недостатком рассмотренных выше различ­ных типов датчиков является то, что они не обеспечива­ют контроля за блужданием электродной проволоки из-за ее искривленности или вследствие износа токоподвода.

Таким недостатком не обладают системы наведения с использованием дуги в качестве датчика (рис. 21). Эти системы основаны на изменении электрических парамет­ров дуги (напряжения, сварочного тока, сопротивления) либо частоты коротких замыканий (при сварке плавя­щимся электродом в среде защитных газов) с измене­нием длины дуги во время смещения дуги к одной из свариваемых кромок или при увеличении расстояния между горелкой и поверхностью свариваемого изделия.

Более четкая информация о месте стыка достигается сканированием дуги (рис. 21) или электрода (рис. 22) поперек стыка.

Для сканирования дуги, питающейся от источника 1 (рис. 21), можно использовать электромагнит 4, кото­рый питается от своего источника 3. В блоке управления 2 происходит сравнение мгновенных значений сварочного тока и напряжения на дуге, соответствующих отклонению дуги вправо и влево. Разница в их величине при смеще­нии электрода к одной из кромок разделки преобразу­ется в сигнал управления, который используется в кор­ректоре горелки, или для коррекции движения руки робота.

Использование дуги в качестве датчика положения линии соединения позволяет получать информацию непос­редственно в точке сварки, что исключает необходи­мость запоминания информации, и строить следящие сис­темы без дополнительных устройств на сварочной горел­ке. Эти системы перспективны для использования в ро­бототехнике.

Роботизированные технологические комплексы (листы 75 ... 80).

Роботизированными технологическими комплексами (РТК) называются снабженные роботами технологические ячейки, участки, линии. Компоновка РТК зависит от характера изделия и серийности его вы­пуска. При дуговой сварке в ряде случаев целесообраз­но разделять функции между механизмами перемещения сварочной горелки и манипулятором, служащим для перемещения свариваемого изделия (лист 75, рис. 1 и 2). При этом оба устройства работают по единой программе. Такой прием позволяет не только упростить кинематику и уменьшить число степеней подвижности самого робота, но и снизить требования к системе управления. На рис. 1, а, б приведены варианты использования робота с пря­моугольной системой координат в сочетании с вращателем. Различные типы сварочных манипуляторов показа­ны на рис. 2 (а... г).

Целесообразно для позиционирования деталей исполь­зовать поворотные столы (лист 76, рис. 3) с двумя при­способлениями для сборки. В этом случае оператор рабо­тает в паре с роботом-сварщиком, они разделены свето- и брызгозащитным экраном. Оператор собирает изделие, которое поворотным столом подается на сварку, а после сварки возвращается для контроля, подварки и съема изделия. Такая компоновка позволяет ввести оператив­ный контроль качества и облегчает задачу внедрения РТК, так как дает возможность обходиться без накопителей и загрузочных устройств. Изделия могут быть достаточно сложными. Оператор может осуществлять подгонку при сборке с целью поддержания постоянства зазоров и устра­нения смещений положения сварных швов. Хотя оператор не избавляется от ручного труда, но его производитель­ность при таком РТК увеличивается в 2,5 ... 3 раза, а усло­вия работы облегчаются.

При использовании роботов можно идти по пути кон­центрации выполнения операций на одном рабочем месте, например, производя сварку всего собранного изделия, закрепленного на манипуляторе (рис. 4). Обработка из­делий с одной установки сокращает вспомогательное время, способствует уменьшению сварочных деформа­ций и увеличивает точность изготовления изделия.

Расчленение операций с помощью использования многи-позиционных столов, конвейера (рис. 5 и лист 77, рис. 6) позволяет увеличить темп изготовления деталей, упрос­тить программу и работу роботов. Однако в этом случае возрастают затраты на установку, закрепление и тран­спортировку деталей.

Для обеспечения полной загрузки сварочного робо­та целесообразно использовать РТК с несколькими сбо-рочно-сварочными приспособлениями (вращателями, ма­нипуляторами изделия). На рис. 7, (лист 77), 8 (лист 78), 11 (лист 79) и 12 (лист 80) представлены варианты РТК для сварки различных изделий 3. Каждый робот 1 со своей рабочей зоной А имеет расположенные на участ­ке сварочное оборудование 5, устройства управления ро­ботом и устройство 4 управления вращателем 2.

На рис. 7, а ... в (лист 77) представлены РТК с враща­телями 2, расположенными на двухпозиционном поворот­ном столе. Изделие 3 при сварке вращается вокруг гори­зонтальной или вертикальной оси. Передача изделия с позиции сборки на позицию сварки и обратно происхо­дит поворотом стола вокруг вертикальной оси. При свар­ке изделий длиной более 1200 мм передачу изделия с позиции сборки на позицию сварки и обратно более целе­сообразно осуществлять поворотом приспособления вок­руг горизонтальной оси (рис. 7, в).

Варианты РТК с неподвижно установленными ро­ботами, представленные на рис. 7 ... 10, предназначены для сварки изделий, свариваемые швы которых размещаются в рабочей зоне А робота 1.