Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа

При роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа возникает ряд проблем, вызванных необходимостью оснащать сварочные роботы специальными сенсорными устройствами, которые поставляли бы системе управления информацию о реальном протекании процесса дуговой сварки в сильно ослож...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Автоматическая сварка
Дата:	2017
Автор:	Цыбулькин, Г.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2017
Теми:	Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148570
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа / Г.А. Цыбулькин // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 20-25. — Бібліогр.: 29 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-148570
record_format	dspace
spelling	Цыбулькин, Г.А. 2019-02-18T15:59:17Z 2019-02-18T15:59:17Z 2017 Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа / Г.А. Цыбулькин // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 20-25. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. 0005-111X https://doi.org/10.15407/as2017.06.03 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148570 621.791 При роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа возникает ряд проблем, вызванных необходимостью оснащать сварочные роботы специальными сенсорными устройствами, которые поставляли бы системе управления информацию о реальном протекании процесса дуговой сварки в сильно осложненных для наблюдения условиях. В данной работе рассмотрены возможности практического использования дуговых сенсоров, которые, в отличие от других сенсорных устройств, не нуждаются в специальной защите от световых и тепловых потоков, от разбрызгивания расплавленного металла и интенсивного выделения аэрозолей в самой зоне измерения. Приведены аналитические соотношения для числовой оценки отклонения сварочного инструмента от линии стыка по результатам текущих измерений, поступающих от дугового сенсора. Эти соотношения могут быть использованы для построения алгоритмов автоматической коррекции движения сварочного инструмента непосредственно в процессе дуговой сварки. При роботизації дугового зварювання плавким електродом в середовищі захисного газу виникає ряд проблем, викликаних необхідністю оснащувати зварювальні роботи спеціальними сенсорними пристроями, які поставляли б системі управління інформацію про реальний перебіг процесу дугового зварювання в сильно ускладнених для спостереження умовах. У даній роботі розглянуті можливості практичного використання дугових сенсорів, які, на відміну від інших сенсорних пристроїв, не потребують спеціального захисту від світлових і теплових потоків, від розбризкування розплавленого металу і інтенсивного виділення аерозолів в самій зоні вимірювання. Наведено аналітичні співвідношення для числової оцінки відхилення зварювального інструмента від лінії стику за результатами поточних вимірювань, що надходять від дугового сенсора. Ці співвідношення можуть бути використані для побудови алгоритмів автоматичної корекції руху зварювального інструменту безпосередньо в процесі дугового зварювання. Robotization of gas-shielded consumable electrode arc welding provokes a series of problems. They are caused by necessity to equip welding robots with special sensing devices, which could communicate information on real process of arc welding to control system in very complicated for observation conditions. This work considers the possibilities of practical application of arc sensors, which in contrast to other sensing devices do not need special protection from light and heat flows, spattering of molten metal and intensive emission of fumes in measurement zone itself. Given are analytical relationships for numerical evaluation of welding tool deviation from joint line on the results of current measurements coming from the arc sensor. These relationships can be used for construction of algorithms of automatic correction of welding tool movement directly in process of arc welding. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа Деякі проблеми роботизації дугового зварювання плавким електродом в середовищі захисного газу Some problems of robotization of gas-shielded consumable electrode arc welding Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
spellingShingle	Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа Цыбулькин, Г.А. Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина
title_short	Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
title_full	Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
title_fullStr	Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
title_full_unstemmed	Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
title_sort	некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
author	Цыбулькин, Г.А.
author_facet	Цыбулькин, Г.А.
topic	Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина
topic_facet	Пленарные доклады международной конференции «Роботизация и автоматизация сварочных процессов» 12–14 июня 2017 г., Киев, Украина
publishDate	2017
language	Russian
container_title	Автоматическая сварка
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
format	Article
title_alt	Деякі проблеми роботизації дугового зварювання плавким електродом в середовищі захисного газу Some problems of robotization of gas-shielded consumable electrode arc welding
description	При роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа возникает ряд проблем, вызванных необходимостью оснащать сварочные роботы специальными сенсорными устройствами, которые поставляли бы системе управления информацию о реальном протекании процесса дуговой сварки в сильно осложненных для наблюдения условиях. В данной работе рассмотрены возможности практического использования дуговых сенсоров, которые, в отличие от других сенсорных устройств, не нуждаются в специальной защите от световых и тепловых потоков, от разбрызгивания расплавленного металла и интенсивного выделения аэрозолей в самой зоне измерения. Приведены аналитические соотношения для числовой оценки отклонения сварочного инструмента от линии стыка по результатам текущих измерений, поступающих от дугового сенсора. Эти соотношения могут быть использованы для построения алгоритмов автоматической коррекции движения сварочного инструмента непосредственно в процессе дуговой сварки. При роботизації дугового зварювання плавким електродом в середовищі захисного газу виникає ряд проблем, викликаних необхідністю оснащувати зварювальні роботи спеціальними сенсорними пристроями, які поставляли б системі управління інформацію про реальний перебіг процесу дугового зварювання в сильно ускладнених для спостереження умовах. У даній роботі розглянуті можливості практичного використання дугових сенсорів, які, на відміну від інших сенсорних пристроїв, не потребують спеціального захисту від світлових і теплових потоків, від розбризкування розплавленого металу і інтенсивного виділення аерозолів в самій зоні вимірювання. Наведено аналітичні співвідношення для числової оцінки відхилення зварювального інструмента від лінії стику за результатами поточних вимірювань, що надходять від дугового сенсора. Ці співвідношення можуть бути використані для побудови алгоритмів автоматичної корекції руху зварювального інструменту безпосередньо в процесі дугового зварювання. Robotization of gas-shielded consumable electrode arc welding provokes a series of problems. They are caused by necessity to equip welding robots with special sensing devices, which could communicate information on real process of arc welding to control system in very complicated for observation conditions. This work considers the possibilities of practical application of arc sensors, which in contrast to other sensing devices do not need special protection from light and heat flows, spattering of molten metal and intensive emission of fumes in measurement zone itself. Given are analytical relationships for numerical evaluation of welding tool deviation from joint line on the results of current measurements coming from the arc sensor. These relationships can be used for construction of algorithms of automatic correction of welding tool movement directly in process of arc welding.
issn	0005-111X
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148570
citation_txt	Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа / Г.А. Цыбулькин // Автоматическая сварка. — 2017. — № 5-6 (764). — С. 20-25. — Бібліогр.: 29 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT cybulʹkinga nekotoryeproblemyrobotizaciidugovoisvarkiplavâŝimsâélektrodomvsredezaŝitnogogaza AT cybulʹkinga deâkíproblemirobotizacíídugovogozvarûvannâplavkimelektrodomvseredoviŝízahisnogogazu AT cybulʹkinga someproblemsofrobotizationofgasshieldedconsumableelectrodearcwelding
first_indexed	2025-11-25T23:28:43Z
last_indexed	2025-11-25T23:28:43Z
_version_	1850581460969324544
fulltext	Роботизация и автоматизация - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - Удк 621.791 некоторые проБЛемы роБотизации дУговой сварки пЛавяЩимся ЭЛектродом в среде заЩитного газа Г. А. ЦЫБУЛЬКИН иЭс им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. киев-150, ул. казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua при роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа возникает ряд проблем, вызванных необходимостью оснащать сварочные роботы специальными сенсорными устройствами, которые поставляли бы си- стеме управления информацию о реальном протекании процесса дуговой сварки в сильно осложненных для наблюде- ния условиях. в данной работе рассмотрены возможности практического использования дуговых сенсоров, которые, в отличие от других сенсорных устройств, не нуждаются в специальной защите от световых и тепловых потоков, от разбрызгивания расплавленного металла и интенсивного выделения аэрозолей в самой зоне измерения. приведены аналитические соотношения для числовой оценки отклонения сварочного инструмента от линии стыка по результатам текущих измерений, поступающих от дугового сенсора. Эти соотношения могут быть использованы для построения алгоритмов автоматической коррекции движения сварочного инструмента непосредственно в процессе дуговой сварки. Библиогр. 29, рис. 3. К л ю ч е в ы е с л о в а : роботизация дуговой сварки, плавящийся электрод, электродуговые адаптивные системы применение роботов для контактной точечной сварки началось еще в 70-х годах прошлого сто- летия фирмой «General Motors» при изготовлении автомобильных кузовов [1] и получило впослед- ствии широкое распространение во всех высоко- развитых странах. Это стало возможным благода- ря тому, что сама операция контактной точечной сварки достаточно легко поддается роботизации. иное положение сложилось в дуговой сварке. для ее выполнения с помощью робота с жестким программным управлением необходимо, чтобы свариваемые детали были изготовлены и собраны под сварку с достаточно высокой точностью, при которой сохранялось бы постоянство формы, пло- щади разделки, зазора между свариваемыми дета- лями и их пространственное положение. однако в реальных условиях сварочного производства не всегда удается выполнить эти жесткие требова- ния. поэтому неизбежны отклонения сварочного инструмента, перемещаемого роботом по заранее заданной программе, от реальных свариваемых соединений. при выходе указанных отклонений за пределы допусков качество сварного соедине- ния может стать недопустимо низким. могут быть и другие причины несовпадения необходимой и программно заданной траектории движения сва- рочного инструмента, например, температурные деформации тонких деталей в процессе сварки, так называемое магнитное дутье и т. п. для обеспечения требуемого качества свар- ных соединений в условиях не полностью опре- деленной и частично меняющейся «технологиче- ской среды» используют адаптивное управление, под которым понимается управление сварочным роботом в функции от контролируемых параме- тров этой среды. адаптивные сварочные роботы способны «приспосабливаться» к изменяющимся условиям дуговой сварки и, в частности, к изме- нению пространственного положения сваривае- мых соединений. но для реализации адаптивного управления нужно, чтобы сварочный робот был оснащен специальными сенсорными устройства- ми (датчиками), которые доставляли бы систе- ме управления информацию о реальном текущем положении конца электрода относительно линии свариваемого соединения. проблема сенсорного оснащения сварочного ро- бота до сих пор остается актуальной. дело в том, что дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитного газа сопровождается мощным световым, электромагнитным и тепловым излучением, раз- брызгиванием расплавленного металла, интенсив- ным выделением аэрозолей и пыли непосредственно в самой зоне измерения. надежность функциониро- вания оптических, индукционных или акустических сенсорных устройств в таких условиях невысока. в этой связи, судя по многочисленным публикациям [2–20], особое внимание обращено на электродуго- вые сенсоры, то есть сенсоры, в качестве источни- ка информации которых выступает сама сварочная дуга. в литературе они получили название «дуго- вые сенсоры» (Arc Sensors). повышенный интерес к ним обусловлен еще и тем, что определение поло- жения конца электрода относительно линии свари- ваемого соединения осуществляется непосредствен- но в точке сварки при полном отсутствии вблизи нее каких-либо измерительных устройств. однако ду- говые сенсоры способны функционировать лишь при определенных условиях. © г. а. цыбулькин, 2017 Роботизация и автоматизация 21 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - цель данной работы — рассмотреть усло- вия применимости дуговых сенсоров в системах адаптивного управления сварочными роботами и получить аналитические соотношения для оценки отклонений конца плавящегося электрода от ли- ний соединения свариваемых деталей по резуль- татам текущих измерений, поступающих от дуго- вого сенсора. Условия применимости дуговых сенсоров. одно из главных условий заключается в том, что- бы линия поперечного сечения свариваемых по- верхностей F = F(y) имела экстремальный харак- тер (рис. 1), а сам экстремум находился на осевой линии свариваемого соединения. данному усло- вию, согласно работ [21, 22], удовлетворяют боль- шинство свариваемых соединений, к которым относятся угловые, тавровые и нахлесточные сое- динения, а также стыковые соединения с V-образ- ной разделкой кромок. еще одним непременным условием является допустимость (с точки зрения самой технологии сварки) колебаний электрода поперек линии сва- риваемого соединения непосредственно в процес- се сварки. согласно работе [22], использование поперечных колебаний в большинстве случаев вполне допустимо и даже приводит к положитель- ному эффекту: возрастает ширина шва, снижает- ся глубина проплавления, уменьшается перегрев металла шва и его химическая неоднородность. поэтому дуговую сварку чаще всего ведут с попе- речными колебаниями, исходя из чисто техноло- гических соображений. и наконец, важно, чтобы частота поперечных колебаний электрода не попадала в полосу частот, в которой возможны колебания сварочного тока, вызванные иными причинами, например, флукту- ациями напряжения на входе источника сварочно- го тока или крупнокапельным переносом метал- ла. при выполнении этих условий сварочная дуга вполне может выступать в качестве источника ин- формации о текущем положении конца электрода относительно линии свариваемого соединения и стать как бы чувствительным элементом некоего виртуального сенсорного устройства [23]. итак, наличие экстремальной характеристики у объекта управления и использование поисковых колебаний как средства получения информации о фактическом положении системы относитель- но экстремума являются, как известно [24–27], основными признаками, указывающими на при- надлежность систем с дуговыми сенсорами в цепи обратной связи к классу адаптивных систем экстремального типа. в теории экстремального управления разработан ряд достаточно эффектив- ных методов поиска экстремума, полное представ- ление о которых можно получить в специальной литературе, например, в работе [24]. для решения задач слежения за линией свариваемого соедине- ния в процессе дуговой сварки наиболее подхо- дящими, согласно работе [20], являются два ме- тода: разностный метод и метод модулирующего воздействия. здесь мы кратко остановимся лишь на раз- ностном методе. идея разностного (или, как его иногда называют, дифференциального) метода состоит в следующем. траекторию движения сва- рочного инструмента в рабочем пространстве сва- рочного робота задают в виде «зигзагообразной» кривой y = y(x), симметрично расположенной от- носительно осевой линии, которая в идеале долж- на совпадать с осевой линией свариваемого сое- динения. в процессе движения по кривой y = y(x) измеряют значения функции F = F(y) в ее левой и правой крайних точках и вычисляют разность ∆F измеренных значений. если осевая линия кривой y = y(x) совпадает с осевой линией свариваемого соединения, то разность ∆F будет равна нулю. от- личие же этой разности от нуля непосредственно свидетельствует об отклонении осевой линии кри- вой y = y(x) от желаемой линии. сигнал, соответ- ствующий разности ∆F, используется для коррек- ции текущего положения сварочного инструмента. для построения электродуговой адаптивной системы на основе разностного метода достаточ- но располагать лишь датчиком сварочного тока i. измерение сварочного тока i или его отклонения δ = i – in от номинального значения in производит- ся в крайних точках поперечных колебаний горел- ки. задача состоит в том, чтобы найти аналитиче- ские соотношения, позволяющие по результатам этих измерений получать текущие числовые оцен- рис. 1. схема движения сварочного инструмента поперек ли- нии соединения свариваемых деталей и графики функций δ1 = δ1(y) и δ2 = δ2(y) Роботизация и автоматизация 22 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - ки бокового отклонения ε(t) среднего положения колеблющегося электрода от линии свариваемого соединения. Числовые оценки отклонения ε(t). пусть сва- рочный инструмент в процессе сварки перемеща- ется поперек линии углового соединения (вдоль оси Y на рис. 1) от точки O до некоторой точки 2A и обратно с постоянной скоростью vy = const. при этом предполагается, что скорость движения горелки вдоль оси X (направлена вверх по норма- ли к плоскости чертежа) сохраняется постоянной, т. е. vx = const. Линию F = F(y), следуя работе [7], аппрокси- мируем параболой F(y) = a(y – b)2 + c, (1) где a, b, c — положительные коэффициенты, ха- рактеризующие форму и положение кривой F(y) в системе координат OYZ. предполагается, что эти коэффициенты на ма- лом интервале времени θ = 2A/vy заметно не из- меняются. расстояние между точкой b и точкой A (рис. 1), равное ε = A – b, (2) характеризует искомое отклонение среднего поло- жения горелки от линии соединения свариваемых элементов. связь между функциями δ(y) = i(y) – in и F(y), согласно работе [20], можно описать дифференци- альным уравнением 1 1 , y w w d dF dy v T MT dy δ + δ = (3) где . w w R T EM= здесь M — параметр, характеризующий элек- трические, теплофизические и геометрические свойства плавящегося электрода; E — напря- женность электрического поля в столбе дуги; Rw — общее сопротивление сварочного конту- ра, а dF/dy — крутизна кривой в текущей точке сварки. используя уравнение (3) и принимая во вни- мание (1) и (2), запишем отдельно два уравнения, соответствующие движению электрода от точки O до точки 2A и обратно: 1 1 2 2 1 2 ( ) 1 2 (2 ). , y w w y w w d a y bdy v T MT d a A y bdy v T MT δ  + δ = −   δ + δ = − −   (4) в этих уравнениях через δ1 = δ1(y) обозначе- но отклонение сварочного тока, возникающее при движении горелки от точки O до точки 2A, а через δ2 = δ2(y) — отклонение сварочного тока при дви- жении горелки в обратном направлении 2A→O. решения уравнений (4) имеют вид 1 1 2 ( ) ( ) exp , y y w y w av yy y b v T CM v T  δ = − − + −   (5) 2 2 2 ( ) (2 ) 2exp , y y w y w av y A y b v TM A yC v T δ = − − − + + − + −   (6) где C1, C2 — некоторые константы. поскольку нас интересуют отклонения сварочного тока лишь в крайних точках поперечного колебания электрода, то, полагая в уравнении (5) y = 2A, а в (6) y = 0 и вводя обозначения δR = δ1(2A), δL = δ2(0), получим с учетом (2) следующие соотношения: 2 ( ), 2 ( ). y R y w y L y w av A v TM av A v TM −  δ = − + ε   δ = − ε  (7) отсюда 4 . y R L av Mδ − δ = ε (8) из последнего выражения видно, что если бы в процессе измерения δR и δL наряду со значениями параметров vy и M было также известно и значе- ние коэффициента a, то по разности (δR – δL) мож- но было бы получить достаточно точную оценку 4 ( )R L y M avε = δ − δ (9) интересующего нас бокового отклонения сварочной горелки от осевой линии свариваемого соединения. такого вида оценка, а именно: ε = K1(δR – δL), где K1 — некоторая константа, использовалась в ра- ботах [3, 11, 12]. к сожалению, коэффициент a, входящий в фор- мулу (9), лишь на небольшом интервале времени можно считать мало изменяющимся. в процессе дуговой сварки вследствие нестационарного дви- жения свободной поверхности жидкой ванны a изменяется непредсказуемым образом и практи- чески не поддается текущей идентификации. сле- довательно, оценка ε, получаемая на основе раз- ности (δR – δL), отражает истинное отклонение, в лучшем случае, лишь с точностью до знака. возникает естественный вопрос, можно ли устранить влияние неконтролируемых измене- ний параметра a на оценку ε, получаемую по ре- зультатам измерения δR и δL. оказывается, такая возможность действительно существует. в самом деле, если рассмотреть сумму (δR + δL) , которая согласно (7) равна Роботизация и автоматизация 23 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - 4 ), (y R L y w av A v TMδ + δ = − (10) то нельзя не заметить, что множитель 4avy /M в правой части этого выражения, содержащий неиз- вестный коэффициент a, точно такой же, как и в правой части выражения (8). на этот факт впервые нами было обращено внимание в работе [28]. разделим соотношение (8) на (10) и запишем результат в виде ). - ( R L y w R L A v T δ δ ε = −δ + δ (11) теперь в (11) вовсе не фигурирует коэффици- ент a. Это означает, что боковое отклонение ε, определяемое по этой формуле, совершенно не зависит от данного коэффициента. в выражение (11), в отличие от (9), входят только измеряемые величины δR, δL и заранее известные значения па- раметров A, vy и Tw. другими словами, оценка бо- кового отклонения , вычисляемая по формуле (11), обладает свойством робастности по отношению к текущему изменению формы свободной поверх- ности ванны. на рис. 2 представлены результаты компьютер- ного моделирования процесса дуговой сварки пла- вящимся электродом с поперечными колебания- ми горелки при постоянном боковом отклонении ε0 = 1 мм и при двух различных значениях параме- тра a, т. е. при a = 0,1 мм–1 и a = 0,25 мм–1. значения остальных параметров, используемых при модели- ровании, являются типовыми для роботизированной дуговой сварки: vx = 5 мм/с; vy = 12 мм/с; A = 3 мм; напряжение источника сварочного тока u = 30 в; скорость подачи электрода ve = 45 мм/с; i = 145 а; E = 2 в/мм; M = 0,31 мм/(с·а); L = 0,4 мгн; Rw = = 0,04 ом. из рис. 2 хорошо видно, что δ = δ(t, a) суще- ственно зависит от коэффициента a. подставляя в формулу (11) результаты измерений δR и δL: δR = 19,96 а, δL = 5,94 а (при a = 0,10 мм–1), δR = 55,07 а, δL = 17 а (при a = 0,25 мм–1), получаем 1 19,96 12 0,1) 0,9719,96 5,94 5,94 (3 −ε = − ⋅ =+ мм (при a = 0,10 мм–1), 2 55,17 12 0,1) 0,9655,17 16,80 16,80 (3 −ε = − ⋅ =+ мм (при a = 0,25 мм–1). сравнение ε1 и ε2 между собой и с ε0 убеди- тельно показывает, что коэффициент a не ока- зывает ощутимого влияния на результаты расче- та ε по формуле (11) и расчетные значения ε1 и ε2 фактически совпадают с реальным отклонени- ем ε0. Это означает, что оценка бокового отклоне- ния ε, выполненная по формуле (11), достаточно эффективна. в данной статье мы не станем углубляться в вопросы, касающиеся помехоустойчивости диф- ференциального дугового сенсора. заметим лишь, что в тех случаях, когда помехи на входе датчи- ка сварочного тока значительны, т. е. когда отно- шение сигнал-помеха недостаточно для гаранти- рованной оценки ε, можно воспользоваться одним из эффективных методов борьбы с помехами, так называемым методом накопления [29]. для этого в процессе измерения δR(t) и δL(t) следует брать не один отсчет, а несколько и их усреднять. при этом будут усредняться как полезные сигналы, так и мгновенные значения помех, но отношение сигнал-помеха в результате операции усреднения, как показано в работе [29], будет в n раз (n — чис- ло отсчетов) выше, чем в однократном измере- нии. таким образом, достоверность оценки при использовании метода накопления существенно увеличится. что касается времени накопления измерений τ, то при его выборе следует руководствоваться теоремой котельникова, согласно которой долж- но выполняться условие τ = n/υ, где υ — полови- на ширины спектра измеряемого сигнала. следует заметить, что если движение сварочной горелки поперек линии свариваемого соединения происхо- дит без остановок в крайних точках, то начинать накопление измерений нужно несколько раньше прихода сварочной горелки в крайнюю точку, т. е. в момент времени tm = 2A/vy – τ. при этом предпо- лагается, что за начало отсчета времени каждый раз берется момент, когда сварочная горелка нахо- дится в предыдущей крайней точке. итак, при использовании метода накопления боковое отклонение ε можно рассчитывать по формуле ),(R L y w R L A v T δ − δ ε = − δ + δ (12) рис. 2. кривые переходных процессов δ = δ(t, a): 1 — при a = 0,10 мм–1; 2 — при a = 0,25 мм–1 Роботизация и автоматизация 24 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - аналогичной формуле (11), но в которой вместо мгновенных значений δR(t) и δL(t) фигурируют средние значения Rδ и Lδ , полученные в резуль- тате накопления n отсчетов и их усреднения на интервале времени τ. в заключение следует подчеркнуть, что зада- ча адаптации сварочного робота к изменяющим- ся условиям дуговой сварки может быть реше- на с помощью дуговых сенсоров лишь частично, поскольку эти сенсоры функционируют только в процессе дуговой сварки. при «холостом» движе- нии сварочного инструмента от одного сваривае- мого соединения к другому, очевидно, требуются дополнительные средства адаптации. выходом из затруднений может оказаться обсуждаемая в по- следнее время идея создания мультисенсорных систем. в частности, для дуговой сварки плавящимся электродом угловых соединений и соединений с разделкой кромок можно использовать свароч- ный робот, оснащенный сенсорной системой, со- стоящей из двух устройств: дугового сенсора и видеокамеры. видеокамера позволяет оператив- но оценивать, насколько отличаются геометриче- ские характеристики свариваемого соединения от характеристик, заданных в программе. на основе этой информации система управления сварочным роботом автоматически корректирует программу движения сварочного инструмента перед началом дуговой сварки и при переходе от одного свари- ваемого соединения к другому. в ходе же самой сварки видеокамера не используется, а текущая информация о положении сварочного инструмен- та относительно линии свариваемого соединения поступает от дугового сенсора. Эта информация используется для коррекции движения сварочного инструмента непосредственно в процессе дуговой сварки. на рис. 3 показан один из возможных вари- антов системы адаптивного управления свароч- ным роботом с двумя сенсорными устройствами в контуре обратной связи, где приняты следующие обозначения: УУ — управляющее устройство; иУ — исполнительные устройства; ит — источ- ник сварочного тока; дс — дуговой сенсор; 1 — сварочный инструмент; 2 — датчик тока; 3 — сва- риваемое изделие; 4 — видеокамера. на вход дс поступает сигнал u = K2i, где K2 = const. на выхо- де дс формируется сигнал u* = u*(u), отвечающий требованиям интерфейса конкретного сварочного робота. оценка отклонения ε, возникающего в про- цессе дуговой сварки, вычисляется в УУ по форму- ле (11) или (12) и используется для автоматической коррекции движения сварочного инструмента непо- средственно в процессе дуговой сварки. коррекция пространственного положения сварочного инстру- мента до и после операции дуговой сварки произво- дится на основе информации, поступающей от ви- деокамеры 4. Выводы 1. при использовании роботов для дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа возникает ряд проблем, связанных с необходи- мостью оснащать эти роботы специальными сен- сорными устройствами, которые обеспечивали бы систему управления текущей информацией о ходе сварочного процесса в сильно осложненных для наблюдения условиях. 2. рассмотрена возможность частичного реше- ния этой проблемы с помощью дуговых сенсор- ных устройств, на которые, в отличие от оптиче- ских, индукционных или акустических сенсоров, не оказывают влияние световое, электромагнит- ное и тепловое излучение, турбулентные потоки газа, разбрызгивание расплавленного металла, ин- тенсивное выделение аэрозолей и пыли непосред- ственно в самой зоне измерения. 3. приведены формулы для числовой оцен- ки отклонения сварочного инструмента от линии стыка по результатам текущих измерений, посту- пающих от дугового сенсора. Эти формулы могут использоваться для построения алгоритмов авто- матической коррекции движения сварочного ин- струмента непосредственно в процессе дуговой сварки. 4. для расширения адаптационных возможно- стей сварочного робота представляется перспек- рис. 3. система адаптивного управления сварочным роботом с двумя сенсорными устройствами в контуре обратной связи (обозначения см. в тексте) Роботизация и автоматизация 25 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА - тивным использование дугового сенсора совмест- но с видеосенсорными системами. Список литературы 1. геттерт в., герден г., гюттнер х. и др. (1988) Сварочные работы: пер. с нем. г. н. клебанова, д. г. тесменицкого. москва, машиностроение. 2. Ushio M. (1991) Sensors in Welding. Transaction of JWRI, 20, 2, 157–163. 3. Cook G. E. (1983) Robotic arc welding: research in sensory feedback control. IEEE Trans. Ind. Electron, IE-30, 3, 252– 268. 4. кисилевский Ф. н., долиненко в. в. (1986) определе- ние поперечного смещения горелки относительно стыка при сварке с колебаниями. Информационные материалы СЭВ, 1, 37–41. 5. Fujimura H., Joint H. (1987) Joint Tracking Control Sensor of GMAW. Transactions of the Japan Welding Society, 58, 1, 32–40. 6. цыбулькин г. а., тимченко в. а., власов о. в. (1990) Устройство слежения за стыком при дуговой сварке: а. с. 1586873 ссср. 7. Yongyi A., Li Y. (1991) Arc sensor used in MIG/MAG weld tracking. Trans. China Welding Inst., 12, 3, 155–160. 8. Kim I. W., Na S. J. (1991) A Study on an Arc Sensor for Gas Metal Arc Welding of Horizontal Fillets. Welding research supplement, 8, 216–221. 9. Inoue K., Zhang J., Kang M. (1991) Analysis of detection sensitivity of arc sensor in welding process. Transactions of JWRI, 20, 2, 53–56. 10. цыбулькин г. а. (1992) Устройство слежения за сты- ком: а. с. 1706796 ссср. 11. Kim I. W., Na S. J. (1993) A Self-Organizing Fuzzy Control Approach to Arc Sensor for Weld Joint Tracking in Gas Metal Arc Welding of Butt Joints. Welding research supplement, 2, 60–65. 12. Dilthey U., Stein L., Oster M. (1996) Through-the-arc sensing – An universal and multipurpose sensor for arc welding automation. Int. J. for the Joining of Materials, 8(1), 6–12. 13. Sugitani Y. (2000) Making Best Use of the Arc Sensor. J. Japan Weld. Soc., 69, 2, 46–50. 14. карпов в. с., панарин в. м., помелов д. с. (2000) ис- следование гармонических составляющих сварочного тока при сварке различных стыков. Сварочное производ- ство, 8, 3–7. 15. Kim C. H., Na S. J. (2001) Development of rotating GMA welding system and its application to arc sensor. Proc. 11th International Conf. on Computer Tech. in Welding Columbus, pp. 46–50. 16. акулович Л. м., Буховец е. к., столович а. Ю. (2001) система слежения за линией сварного шва по дуге. 2-й Международный симпозиум «Сварка и родственные технологии: мировой опыт и достижения», минск, Бе- лорусь, cc. 136–137. 17. Dilthey U., Gollnick J., Paul C. (2002) Erweiterung der Einsatzgebiete von Lichtbogensensoren. Praktiker, 5, 164– 168. 18. Savu I. D. (2003) Building of the reference signal for the through-the-arc sensor systems function in two wires GMA welding. Sudura, XIII, 28–41. 19. Yoo W. S. et al. (2006) End Point Detection of Fillet Weld Using Mechanized Rotating Arc Sensor in GMAW. Welding Journal, 8, 180–187. 20. цыбулькин г. а. (2011) Дуговые сенсорные системы для сварочных роботов. киев, сталь. 21. стеклов о. и. (1986) Основы сварочного производства. москва, высшая школа. 22. патон Б. е. (ред.).(1974) Технология электрической свар- ки металлов и сплавов плавлением. москва, машино- строение. 23. цыбулькин г. а. (2014) Адаптивное управление в дуговой сварке. киев, сталь. 24. кунцевич в. м. (1961) Системы экстремального управ- ления. киев, «госиздат технической литературы Усср». 25. красовский а. а. (1963) Динамика непрерывных самона- страивающихся систем. москва, Физматгиз. 26. растригин Л. а. (1974) Системы экстремального управ- ления. москва, наука. 27. чаки Ф. (1975) Современная теория управления. Нели- нейные, оптимальные и адаптивные системы. москва, мир. 28. цыбулькин г. а. (1999) к оценке текущего отклонения электрода от линии свариваемого соединения. Автома- тическая сварка, 12, 53–54. 29. харкевич а. а. (1965) Борьба с помехами. москва, наука. г. о. цибулькін Іез ім. Є. о. патона нан України. 03680, м. київ-150, вул. казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua деякІ проБЛеми роБотизацІЇ дУгового зварЮвання пЛавким еЛектродом в середовиЩІ захисного газУ при роботизації дугового зварювання плавким електродом в середовищі захисного газу виникає ряд проблем, викликаних необхідністю оснащувати зварювальні роботи спеціальними сенсорними пристроями, які поставляли б системі управління інформацію про реальний перебіг процесу дугового зварювання в сильно ускладнених для спостереження умовах. У даній ро- боті розглянуті можливості практичного використання дугових сенсорів, які, на відміну від інших сенсорних пристроїв, не по- требують спеціального захисту від світлових і теплових потоків, від розбризкування розплавленого металу і інтенсивного виді- лення аерозолів в самій зоні вимірювання. наведено аналітичні співвідношення для числової оцінки відхилення зварювального інструмента від лінії стику за результатами поточних вимірю- вань, що надходять від дугового сенсора. ці співвідношення можуть бути використані для побудови алгоритмів автоматичної корекції руху зварювального інструменту безпосередньо в про- цесі дугового зварювання. Бібліогр. 29, рис. 3. Ключові слова: роботизація дугового зварювання, плавкий електрод, електродугові адаптивні системи поступила в редакцию 18.04.2017

Некоторые проблемы роботизации дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа

Репозитарії

Схожі ресурси