PL174309B1 - Spawarka automatyczna do spawania na miejscu - Google Patents

Abstract

1. Spawarka automatyczna do spawania na miej- scu co najmniej dwóch elementów metalowych wzdluz obrysu wspólnego dla obu elementów, sklada- jaca sie z podstawy zamocowanej na stale wzgledem elementów, suportu zainstalowanego przesuwnie na podstawie i prowadzonego wzdluz toru posuwu, insta- lacji spawajacej z palnikiem lub podobnej, zainstalo- wanej ruchomo i prowadzonej na suporcie, systemu przemieszczania suportu i palnika wzgledem podsta- wy, srodków detekcyjnych polozenia palnika wzgle- dem elementów, oraz programowalnego urzadzenia sterujacego systemem przemieszczania i instalacja spawajaca polaczonego ze srodkami detekcyjnymi, znamienna tym, ze srodki detekcyjne (6) sa wyposa- zone w srodki pomiarowe zawierajace, zainstalowany na suporcie (3) odleglosciomierz lokalizacyjny (60) do pomiaru odleglosci miedzy suportem spawarki (1) i jednym z elementów (P1, P2), zas urzadzenie steru- jace (7) jest wyposazone w srodki zapisu pamieciowe- go (7M) wspólrzednych punktów przejscia, (CP1 - CP12) oraz w pierwsze srodki obliczeniowe (71). F i g : 1 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest spawarka automatyczna do spawania na miejscu

W szczególności, obecny wynalazek dotyczy automatycznej spawarki do spawania elementów metalowych, a dokładniej, spawarki sterowanej za pomocą programowalnego urządzenia sterującego przystosowanego do spawania na miejscu, to znaczy, przykładowo, na placu budowy, przeznaczonych do łączenia elementów wzdłuż wspólnego obrysu zawierającego co najmniej jeden odcinek krzywoliniowy.

Proponowane były do tej pory rozmaite automatyczne urządzenia umożliwiające łączenie za pomocą spawania co najmniej dwóch elementów metalowych wzdłuż wspólnego obrysu. Każde urządzenie posiada na ogół podstawę nieruchomą względem łączonych elementów, na której był zainstalowany i prowadzony po trajektorii posuwu robot lub suport. Urządzenie wyposażone jest w odpowiednią instalację do spawania, w skład której wchodzi przede wszystkim palnik przystosowany do spawania punktowego lub liniowego. Sam palnik jest osadzony ruchomo i prowadzony na suporcie, przy czym przewidziany jest system napędowy do przemieszczania zarówno palnika jak i suportu wzdłuż kierunków lub ukierunkowanych trajektorii względem stałej podstawy. Spawarka wyposażona jest w środki detekcyjne położenia palnika w stosunku do elementów spawanych oraz w programowalne sterujące urządzenie przeznaczone do kontrolowania systemu napędowego oraz instalacji spawającej. W celu wykonania spoiny wzdłuż wspólnego obrysu elementów urządzenie sterujące połączone jest ze środkami detekcyjnymi i ustala każdorazowe przemieszczenie palnika w oparciu o dane przekazywane przez te środki.

W spawarkach znanych ze stanu techniki do wykrywania i dostosowywania położenia palnika spawającego są jednak stosowane często stykowe czujniki mechaniczne (dotykowe, programowane itp.). Dlatego też, zwłaszcza w przypadku gdy proces spawania jest całkowicie zautomatyzowany, a obrys zawiera odcinki krzywoliniowe, urządzenia znane ze stanu techniki są stosunkowo mało dokładne i nie pozwalają uzyskać w szybki sposób spoiny o dobrej jakości. Poza tym większość znanych spawarek ma duży ciężar i duże rozmiary przez co trudno je wykorzystywać do spawania elementów na miejscu, to znaczy na miejscu wykorzystania tych elementów.

174 309

W związku z tym obecny wynalazek ma na celu przedstawienie automatycznej spawarki do spawania na miejscu, która byłaby dokładna, szybka i lekka aby zapobiec wszystkim wymienionym wyżej niedogodnościom występującym w maszynach znanych ze stanu sztuki.

Spawarka automatyczna do spawania na miejscu co najmniej dwóch elementów metalowych metodą spawania wzdłuż obrysu wspólnego dla obu elementów, składająca się z podstawy zamocowanej na stałe w względem elementów, suportu zainstalowanego przesuwnie na podstawie i prowadzonego wzdłuż toru posuwu, instalacji spawającej z palnikiem lub podobnej, zainstalowanej ruchomo i prowadzonej na suporcie, systemu przemieszczania suportu i palnika względem podstawy, środków detekcyjnych położenia palnika względem elementów, oraz programowalnego urządzenia sterującego systemem przemieszczania i instalacją spawającą połączonego ze środkami detekcyjnymi, według wynalazku charakteryzuje się tym, że środki detekcyjne są wyposażone w środki pomiarowe zawierające, zainstalowany .na suporcie odległościomierz lokalizacyjny do pomiaru odległości między suportem spawarki i jednym z elementów, zaś urządzenie sterujące jest wyposażone w środki zapisu pamięciowego współrzędnych punktów przejścia, oraz w pierwsze środki obliczeniowe.

Korzystnie na suporcie jest osadzona ślizgowo płyta, z którą jest połączony na stałe palnik, przy czym płyta ta jest osadzona ślizgowo na suporcie zgodnie z kierunkiem wznoszenia, który jest zasadniczo równoległy do odległości zmierzonej przez odległościomierz lokalizacyjny i prostopadły do toru posuwu, przy czym układ przemieszczania obejmuje pierwszy człon napędowy suportu wzdłuż toru osadzony między suportem i stałą podstawą, oraz drugi człon napędowy, połączony na stałe z suportem.

Korzystnie urządzenie sterujące jest wyposażone w drugie środki obliczeniowe.

Korzystnie palnik jest zamocowany na suporcie za pośrednictwem ślizgowego elementu zgodnie z kierunkiem nadążnym, prostopadłym do toru przesuwu oraz do odległości zmierzonej przez odległościomierz lokalizacyjny, przy czym układ przemieszczania jest wyposażony w trzeci człon napędowy palnika po obu stronach zarysu zgodnie z nadążnym kierunkiem, a ponadto środki detekcyjne są wyposażone w odległościomierz nadążny, połączony na stałe z palnikiem zaś trzeci człon napędowy jest sprzężony z odległościomierzem nadążnym.

Korzystnie oba odległościomierze, odległościomierz lokalizacyjny i odległościomierz nadążny składają się z głowicy detekcyjnej zainstalowanej na suporcie i wyposażonej w nadajnik oraz odbiornik wiązek laserowych, oraz skrzynki kontrolnej korzystnie umieszczonej w szafce łączącej wspomniane urządzenie sterujące z głowicą.

Korzystnie palnik jest zamocowany na suporcie za pośrednictwem przegubu kierunkowego, do obracania palnika względem stałej podstawy wokół osi zasadniczo prostopadłej do toru posuwu i do odległości zmierzonej przez odległościomierz lokalizacyjny, zaś układ przemieszczania zawiera czwarty człon napędowy, połączony na stałe z przegubem kierunkowym.

Korzystnie środki detekcyjne zawierają czujnik regulacyjny do ustalania odległości między obrysem i palnikiem, przy czym palnikjest zainstalowany na prowadnicy połączonej na stałe z suportem biegnącej w kierunku regulacji w płaszczyźnie zasadniczo równoległej do toru posuwu i do odległości zmierzonej przez wspomniany odległościomierz lokalizacyjny, zaś układ przemieszczania zawiera piąty człon napędowy, połączony na stałe z prowadnicą i sprzężony z czujnikiem regulacyjnym.

Korzystnie palnik jest palnikiem elektrycznym do spawania lukowego, zwłaszcza bez doprowadzania materiału i w strumieniu gazu obojętnego, korzystnie jest palnikiem z elektrodą wolframową w osłonie argonu lub palnikiem plazmowym.

Korzystnie czujnikiem regulacyjnym jest woltomierz stanowiący środki pomiaru odległości między obrysem i palnikiem.

Korzystnie stała podstawa wyposażona jest w mechanizmy szybkiego mocowania.

Korzystnie stała podstawa zawiera szynę, której wzdłużne usytuowanie pokrywa się z torem posuwu.

Korzystnie na szynie, wzdłuż 'tej szyny umocowane są zębatka współpracująca z mniejszym kołem zębatym przekładni zamocowanym obrotowo i nierozłącznie z pierwszym członem napędowym oraz co najmniej jedna listwa prowadząca współpracująca z rolkami zainstalowanymi obrotowo na suporcie.

174 309

Korzystnie urządzenie sterujące oraz tablica sterownicza spawarki są umieszczone w szafce, korzystnie zainstalowanej na rolkach, przy czym szafka jest połączona za pośrednictwem elastycznych przewodów z zespołem sterowania zdalnego i z suportem oraz z częścią stałą instalacji spawającej do której podłączony jest również za pomocą elastycznego przewodu palnik.

Korzystnie pierwszy i drugi człon napędowy są silnikami krokowymi.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania, na rysunku, na którym figura 1 przedstawia widok częściowy spawarki według wynalazku w rzucie pionowym, figura 2 przedstawia rzut perspektywiczny przykładu elementów łączonych za pomocą spawarki z figury 1, na którym zaznaczone są jej główne osie, figura 3 przedstawia widok w przekroju wzdłuż linii III- III z figury 1, figura 4 przedstawia widok w kierunku oznaczonym strzałką IV na figurze 1, figura 5 przedstawia widok częściowy w kierunku oznaczonym strzałką V na figurze 4, figura 6 przedstawia widok częściowy w kierunku oznaczonym strzałką VI na figurze 4 pokazując mechanizm, szybkiego mocowania spawarki według wynalazku, figura 7 przedstawia widok schematyczny zespołu spawarki według wynalazku, figura 8 przedstawia w sposób schematyczny odcinek krzywoliniowy obrysu elementu przeznaczonego do spawania oraz punkty przejścia wprowadzone do pamięci i odpowiednie położenia palnika spawarki według wynalazku, figura 9 przedstawia widok podobny do pokazanego na figurze 8 pokazujący sposób w jaki urządzenie sterujące dokonuje ekstrapolacji łuków co pozwala oznaczyć każde kolejne położenie palnika spawarki według wynalazku na krzywoliniowym odcinku.

Na figurach 1, 4, 5 i 7 pokazana jest automatyczna spawarka 1 umożliwiająca łączenie co najmniej dwóch metalowych elementów, oznaczonych P1 i P2, wzdłuż obrysu P, który jest wspólny dla różnych elementów przeznaczonych do łączenia.

Spawarka 1 składa się z podstawy 2 zamocowanej na stałe względem elementów P1, P2, a tym samym obrysu P. Suport 3 jest zainstalowany przesuwnie na stałej podstawie 2 i jest przez nią prowadzony w taki sposób aby można było go przemieszczać w jedną lub w drugą stronę po trajektorii T zwanej trajektorią posuwu. Palnik40, stanowiący część instalacji czyli stanowiska spawania 4 (figura 7), jest zainstalowany ruchomo i prowadzony na suporcie 3 posuwu. Spawarka 1 posiada oczywiście układ przemieszczania 5 suportu 3 i palnika 40 względem obrysu P elementów P1 i P2 według przewidzianych sterowanych przesunięć stałej podstawy 2, suportu 3 i palnika 40.

Poza tym automatyczna spawarka 1 wyposażona jest w środki detekcyjne 6 położenia palnika 40 względem elementów P1 i P2 oraz pokazane na figurze 7 programowalne urządzenie sterujące 7. Z figury tej wynika, że urządzenie sterujące 7, którego działanie można zaprogramować, jest specjalnie połączone ze środkami detekcyjnymi 6, z układem przemieszczania 5 i stanowiskiem spawania 4. Oczywiście urządzenie sterujące 7 może sterować pracą stanowiska spawania 4, a tym samym palnika 40 oraz układu przemieszczania 5 w oparciu o dane doprowadzane między innymi przez środki detekcyjne 6 w celu wykonania zgrzewu wzdłuż obrysu P.

Poniżej wyjaśniony zostanie szczegółowo sposób wykonania spawarki 1 według wynalazku.

Na podstawie zilustrowanego przykładu spawarka 1 pozwala wykonać na miejscu, to znaczy na placu budowy, spoinę liniową biegnącą między elementami P1 i P2 wzdłuż obrysu P. Elementami oznaczonymi P1 i P2 są dwa arkusze blachy ze stali austenitycznej, stanowiące część przegrody, membrany lub podobnego elementu osadzonego na warstwie podłoża C za pośrednictwem szeregu wkładek metalowych I, jak to pokazano na figurze 3. Każda wkładka I jest osadzona w ' warstwie C i umożliwia wykonanie zgrzeiny przerywanej F w celu ustalenia położenia blachy czyli elementu P1 lub P2 na podłożu C. Rozumie się samo przez się, że spawarka 1 może być wykorzystywana do spawania innych elementów oraz innych metali, a opisane tu blachy stanowią jedynie niczym nieograniczony przykład.

Każda z blach, czyli elementów P1 lub P2, styka się z podłożem C (i ewentualnie wkładką I) według pewnego kierunku ułożenia. Kierunek ten, który może być pionowy, poziomy lub biec dowolnie w warstwie C, wyznacza dwie osie odniesienia X i Z, stanowiące część układu odniesienia X, Y, X, w stosunku do którego spawarka 1 zostanie opisana. Trzecia oś układu

174 309 odniesienia X, Y, Z jest bezpośrednio prostopadła do kierunku ułożenia XZ jak to wynika z zwłaszcza figury 2.

W dalszym ciągu na tej samej figurze widać, że w blachach lub elementach P1 i P2 uformowane są zgrubienia OP i OP', zasadniczo prostoliniowe i posiadające kształt odwróconego U. Zgrubienia te, czyli fale OP i OP' tworzą występ w płaszczyźnie X, Z wzdłuż osi Y, a więc w płaszczyźnie czołowej elementów P1 i P2 przeciwległej do warstwy C. Fale OP są w przybliżeniu równoległe do osi Z i mają wymiar, lub wysokość ukierunkowaną wzdłuż osi Y, mniejszą od wysokości fal OP'. Fale OP', zwane dużymi falami, biegną w przybliżeniu równolegle do osi X, a tym samym prostopadle do małych fal OP. Należy przyjąć, że po połączeniu blachy, czyli elementów P1 i P2 stanowią część przegrody lub membrany, na przykład zbiornika zawierającego ciecz, wewnątrz której małe i duże fale krzyżują się pod kątem prostym, tworząc węzły N podobne do pokazanego na figurze 2.

Z figur 2 i 3 wynika, że blachy, czyli elementy P1 i P2 są umieszczone w stosunku do siebie na styk to znaczy zachodząc na siebie. Obrys P jest wyznaczony przez obrzeże górnej blachy i przez powierzchnię blachy dolnej przeciwległą do warstwy C na odcinku jej zakładki. Obrys P między krawędzią blachy, stanowiącej element P2 i górną powierzchnią blachy, stanowiącej element P1 biegnie w płaszczyźnie obwiedni zasadniczo prostopadłej do kierunku ułożenia XZ i równolegle do Y. Niemniej jednak należy zwrócić uwagę, że w przeciwieństwie do podanego przykładu obwiednia obrysu może nie być płaska i założenie to zostało przyjęte wyłącznie w celu uproszczenia niniejszego opisu. Tak więc obwiednia obrysu wzdłuż którego spawarka 1 według wynalazku wykonuje spoinę może być na przykład cylindryczna, w kształcie stożka ściętego lub mieć inny kształt.

Podobnie można spostrzec, że trajektoria posuwu T jest zasadniczo prostopadła do osi odniesienia X pokazanej na figurach. Wiadomo jednak, że jeśli obwiednia obrysu P nie ma kształtu płaskiego, wówczas trajektoria T nie jest prostoliniowa.

Ponadto, z uwagi na to, że obrys P biegnie prawie równolegle do osi X a małe fale OP są ukierunkowane zasadniczo wzdłuż osi Z, obrys P posiada co najmniej jeden odcinek krzywoliniowy TC na przecięciu z jedną z tych fal. Rozumie się samo przez się, że obrys P będzie zawierał tyle odcinków krzywoliniowych TC ile ma przecięć z falami. Widać również, że obrys P zawiera ponadto co najmniej jeden odcinek prostoliniowy TR. W rzeczywistości obrys P posiada co najmniej dwa odcinki prostoliniowe TR, które biegną szeregowo i zasadniczo równolegle do trajektorii T i zarazem do osi X.

Jak podano powyżej spawarka 1 różni się od urządzeń znanych ze stanu techniki przede wszystkim tym, że środki detekcyjne 6 obejmują odległościomierz lokalizacyjny 60, którego głowica 61 umożliwia pomiar wybranej odległości między suportem 3 spawarki 1 i jednym z przeznaczonych do spawania elementów P1 lub P2 (i ewentualnie obydwoma elementami). Odległość ta dobierana jest w celu uwzględnienia jej poza obrębem danego odstępu na odcinku krzywoliniowym TC obrysu P.

Odległościomierzem lokalizacyjnym 60 jest tu odległościomierz laserowy, to znaczy taki, którego głowica 61 zawiera emiter wiązek laserowych oraz ich odbiornik i skrzynkę kontrolną (nie pokazane). Emiterem może być na przykład źródło światła oparte o laser półprzewodnikowy o mocy rzędu 5 mW zdolne dokonać pomiaru wybranej odległości nie przekraczającej 100 mm z dokładnością od Du do 0,7 mm. Głowica 61 odległościomierza lokalizacyjnego 60 jest osadzona na suporcie 3 przed palnikiem 40 patrząc w kierunku jego posuwu i w stosunku do elementu P1. Głowica 61 jest usytuowana w taki sposób aby dokonywać pomiaru zgodnie z kierunkiem oznaczonym na figurach 1 i 4 jako ML i w przybliżeniu równoległym do osi Y.

Tak więc wysyłane przez emiter czyli głowicę 61 odległościomierza lokalizacyjnego 60 wiązki (w sposób przerywany, w przybliżeniu co 1 ms) są odbijane przez element P1 w kierunku odbiornika odległościomierza. Ponieważ głowica 61 odległościomierza lokalizacyjnego 60 jest połączona ze skrzynką kontrolną (na przykład umieszczoną w pobliżu urządzenia sterującego 7, w szafce 9, ukazanej schematycznie na figurze 7), odbiornik dokonuje pomiaru długości fali i/lub średnicy każdej odbitej wiązki po czym przesyła do skrzynki sygnał odpowiadający temu pomiarowi. . Skrzynka wskazuje wówczas za pośrednictwem konwertera, analogowo-cyfrowego wartość odpowiadającą wynikowi tego pomiaru dokonanego przez urządzenie sterujące 7.

174 309

Według omawianego przykładu wykonania, średnica wiązki wykryta przez głowicę 61 odległościomierza lokalizacyjnego 60 jest rzędu od 0,2 do 2 mm, podczas gdy długość fali w środkowym przedziale drgań oscylacji emitera wynosi około 780 nm. Oczywiście mogą być również stosowane inne rodzaje odległościomierzy, na przykład z czujnikiem na prąd indukowany lub im podobne.

Oczywiste jest, że w przypadku odbicia przez element P1 wiązek wyemitowanych przez głowicę 61 odległościomierza lokalizacyjnego 60, kiedy suport przemieszcza tę głowicę 61 względem fali OP lub OP' będąca przedmiotem pomiaru odległość między emiterem i punktem odbicia wiązki, zmniejsza się o wartość równą wymiarowi na odcinku ML (lub Y) tej fali. Takie zmniejszenie pociąga za sobą proporcjonalne zmiany średnicy i długości fali wiązki laserowej, które są uwzględniane przez odbiornik w celu ustalenia odległości będącej przedmiotem pomiaru.

Następnie na podstawie tych zmian odległości łatwo jest ustalić obecność, usytuowanie i ewentualnie typ napotkanej przez wiązkę lasera fali. Jeżeli na przykład odległość ta nie mieści się w granicach odstępu, którego skrajne wartości odpowiadają wartościom minimalnym i maksymalnym wybranej odległości przy różnicy amplitudy rzędu od 0,5 do 5 mm zmierzonej na prostym odcinku TR, odległościomierz lokalizacyjny 60 przekazuje do urządzenia sterującego 7 informację odpowiadającą odczytowi fali. Wówczas zależnie od tej informacji, urządzenie sterujące 7 ustala obecność i usytuowanie względem obrysu P odcinka krzywoliniowego TC, na który natrafiła wiązka laserowa.

Przede wszystkim w tym właśnie celu programowalne urządzenie sterujące 7 jest wyposażone w pamięć 7M i pierwsze środki obliczeniowe 71. W rzeczywistości urządzeniem sterującym 7 może być komputer osobisty typu przemysłowego lub korzystnie konwencjonalny automat, który wyposażony jest w karty elektroniczne podłączone do karty przewodniej, która z kolei jest w szafce 9. Każda karta, przypisana z góry określonemu poleceniu, może być wyposażona w procesor, pamięci stałe i operacyjne, interfejsy analogowe i numeryczne, interfejsy zasilania i na przykład sterujące przekaźniki elektryczne.

Poza tym przewidziana jest pamięć 7M przeznaczona do rejestrowania względnych współrzędnych punktów przejścia rozmieszczonych na odcinku krzywoliniowym TC wyznaczonym przez każdą falę OP lub OP', z którą krzyżuje się obrys P spawania. W przypadku pokazanej spawarki 1 jeden dany obrys P krzyżuje się tylko z jednym rodzajem fali, małą OP lub dużą OP’ Także współrzędne punktów przejścia rozmieszczone tylko na dwóch rodzajach lub typach fal powinny być zapisane w pamięci 7m urządzenia sterującego 7. Urządzenie to jest połączone z dwustabilnym wybiórczym przełącznikiem 87, dzięki któremu do urządzenia sterującego 7 przekazywana jest informacja odnośnie typu fali, a tym samym odcinka krzywoliniowego TC na przewidzianym do spawania obrysie P. Możliwe jest jednak wprowadzenie do pamięci urządzenia 7 współrzędnych punktów przejścia na większej ilości różnych odcinków krzywoliniowych, tak aby urządzenie to mogło ustalać za pomocą pierwszych środków obliczeniowych 71 położenie i kształt każdego odcinka krzywoliniowego występującego na obrysie P.

Przez określenie współrzędne względne należy rozumieć, że wprowadzone do pamięci położenia punktów przejścia na każdym odcinku TC są zapisywane w odniesieniu do układu podobnego do XYZ, ale o innym charakterze. Inaczej mówiąc jedne współrzędne wszystkich punktów przejścia tego samego odcinka TC są zapamiętywane w odniesieniu do innych. Tak więc lokalizacja tych punktów polega na określeniu współrzędnych tych punktów w tym samym układzie XYZ co obrys P w oparciu o informacje przekazywane przez odległościomierz lokalizacyjny 60.

W nawiązaniu do przykładu z figury 8 wzdłuż krzywoliniowego odcinka TC, wyznaczonego przez małą falę OP, rozmieszczone jest dość regularnie w kierunku T, dwanaście punktów przejścia oznaczonych od CP1 do CP12. Można zauważyć, że punkty przejścia CP1 i CP12 są punktami połączenia odpowiedniego odcinka TC z sąsiednimi odcinkami tego samego obrysu

P. Punkty przejścia w przypadku dużej fali OP’ są zasadniczo podobne do punktów małej fali.

Po dokonaniu opisanej wyżej lokalizacji pierwsze środki obliczeniowe 71 powinny jeszcze określić, metodą ekstrapolacji kołowej między sąsiednimi punktami przejścia odcinka TC (tzn. CP1 i CP2, CP2 i CP3,... CP11 i CP12, zgodnie z przykładami pokazanymi na figurach 8 i 9),

174 309 jeden szereg tzn. daną liczbę punktów, które wyznaczają łuki łączące sąsiednie punkty przejścia i zasadniczo pokrywające się z odpowiednim odcinkiem krzywoliniowym TC.

Ekstrapolacja kołowa jest dokonywana przez pierwsze środki obliczeniowe 71 w podobny sposób, jak to ma miejsce w przypadku obrabiarki ze sterowaniem numerycznym. Każdy z tych łuków zostaje rozłożony na szereg punktów odpowiadających kolejnym położeniom palnika 40 podczas jego przemieszczania się na spotkanym odcinku krzywoliniowym TC. Przestrzeń między punktami ekstrapolowanych łuków jest ustalona, przy czym dokładność skoku palnika 40 między kolejnymi dwoma położeniami może być uzyskana za pośrednictwem układu przemieszczania 5. Tak więc, interpolacja czy też ekstrapolacja kołowa polega na wyznaczeniu dla stałego wektora prędkości przemieszczania palnika 40 promienia koła lub łuku, którego odcinek łukowy łączący dwa wybrane punkty przejścia zasadniczo pokrywa się z odpowiednią częścią krzywoliniowego odcinka TC. Innymi słowy, pierwsze środki obliczeniowe 71 wyznaczają, w oparciu o stałą prędkość przemieszczania i określony skok palnika 40 między jego kolejnymi położeniami i położeniem dwóch punktów przejścia usytuowanych względem pozostałej części obrysu P, promień i kąt, które określają łuk koła lub krzywej pokrywający się w przybliżeniu z odpowiednią częścią odcinka TC, a przynajmniej dostosowanego do wykonania na tym odcinku procesu spawania. W nawiązaniu do figur 8 i 9 oczywiste jest, że taka ekstrapolacja kołowa pozwala określić położenie każdego z punktów usytuowanych między punktami przejścia CP1 i CP12 pokazanymi na figurze 9, które biegną w jednakowej prawie odległości wzdłuż obrysu fali OP. Prędkość przemieszczania się palnika 40 na odcinku krzywoliniowym TC może być rzędu od 2,5 do 3,5 mm/sek.

Należy tu zwrócić uwagę, że jeśli prędkość przemieszczania się palnika 40 nie jest równa wartości dobranej dla przejścia przez odcinek krzywoliniowy, przewiduje się na poprzedzającym odcinku obrysu P, za odcinkiem krzywoliniowym patrząc w kierunku trajektorii T, strefę regulacji tej prędkości. Tak więc na podstawie opisywanego przykładu prędkość przemieszczania się palnika 40 jest rzędu 6-10 mm/sek. na odcinkach prostoliniowych. Ponieważ jednak przed i za każdym odcinkiem krzywoliniowym TC, patrząc w kierunku trajektorii T, znajduje się odcinek prostoliniowy TR, przewiduje się po obu stronach każdej fali występującej na obrysie strefę opóźnienia i strefę przyspieszenia. Jak zostanie wyjaśnione poniżej, strefy przyspieszenia i opóźnienia obrysu P umożliwiają również dokonanie regulacji pochylenia palnika 40 w stosunku do spawanego obrysu P.

Nawiązując ponownie do figur 1, 4 i 5, opisane zostaną elementy konstrukcyjne dzięki którym na danym odcinku krzywoliniowym TC układ przemieszczenia 5 spawarki 1 przypisuje każdemu z punktów łuku wyznaczonych przez pierwsze środki obliczeniowe 71 jedno z kolejnych położeń palnika 40.

Suport 3 składa się tutaj z ramy zasadniczo utworzonej przez dwie poprzeczne belki 31 i 32, korzystnie wykonane z lekkiego stopu, np. z aluminium. Rama utworzona przez poprzeczne belki 31 i 32 jest prowadzona po stałej podstawie 2 w kierunku osi X i przemieszczana za pomocą pierwszego członu napędowego 51 wzdłuż trajektorii T. Ponadto palnik 40 jest połączony na stałe z suportem 3, a dokładnie z poprzeczną belką 31 za pomocą płyty 33, która zainstalowana jest obrotowo na poprzecznej belce 31. Dokładniej rzecz ujmując, na poprzecznej belce 31 umocowana jest za pośrednictwem przykręcanego pryzmatu 35 kolumnowa prowadnica 34, której oś obrotu jest zasadniczo równoległa do osi odniesienia Y. Prowadnica 34 ma kształt przypominający słup z wysięgnikiem i jest korzystnie wykonana z takiego lekkiego stopu jak np. aluminium. Płyta 33 jest zainstalowana obrotowo i prowadzona na słupie wysięgnikowym prowadnicy 34 za pomocą dwóch słupowych prowadnic 343 wykonanych ze stali. Słupowe prowadnice 343 mają kierunek osi Y i rozmieszczone są po obu stronach gwintowanego wału napędowego 523 usytuowanego w kierunku osi Y i osadzonego obrotowo na wysięgniku prowadnicy 34. Wał napędowy 523 przechodzi na wylot przez tuleję kulkową lub gwintowaną (nie pokazaną), która umocowana jest do płyty 33. W związku z tym każdy obrót wału napędowego 523 w określonym kierunku powoduje obrót płyty 33 a tym samym palnika 40, w odpowiednim kierunku osi Y. Wał napędowy 523 oraz drugi człon napędowy 52, z którym wał ten połączony jest na stałe obrotowo, stanowią część układu przemieszczania 5 spawarki 1. W przedstawionym przykładzie pierwszy człon napędowy 51 jest zamontowany na poprzecznej

174 309 belce 31 suportu 3 i współpracuje ze stałą podstawą 2 umożliwiając przemieszczanie suportu 3, co dokładnie zostanie wyjaśnione poniżej.

W przedstawionym przykładzie pierwszymi i drugimi członami napędowymi 51, 52 są elektryczne silniki krokowe bez szczotek typu hybrydowego. Dokładnie rzecz ujmując korzystne będzie zastosowanie silników krokowych o rozdzielczości rzędu 200 skoków na obrót, a więc o minimalnym kącie obrotu rzędu 1,8°. Prąd fazowy doprowadzony do takiego silnika jest prądem stałym, wyprostowanym i przepuszczonym przez filtr. Prąd jest ustalany w zależności od momentu obrotowego jaki silnik jest w stanie osiągnąć i może być doprowadzany za pośrednictwem dwubiegunowego układu sterującego z odcięciem częstotliwości zapewniającego zasilanie każdej z cewek silnika prądem o napięciu około 28V. W związku z powyższym oczywistym jest, że palnik 40 może być przemieszczany wzdłuż osi Y względem elementów P1 i P2 za pomocą członu napędowego 52, który stanowi tym samym człon podnoszący palnika 40. Ponieważ silnik 51 umożliwia przemieszczanie suportu 3 w kierunku T tym samym zapewnia on przemieszczenie palnika 40 wzdłuż osi X. Biorąc pod uwagę, że pierwsze środki obliczeniowe 71 są połączone z systemem sterowania układu przemieszczania 5, w skład którego wchodzą człon napędowy 52 i silnik 51 zwany silnikiem posuwu, spawarka 1 może przemieszczać palnik 40 do dowolnego punktu obwiedni obrysu P równoległej do płaszczyzny XY w taki sposób, aby swobodna końcówka palnika mogła przesuwać się wzdłuż obrysu P objętego tą obwiednią w efekcie wypadkowej ruchów wytwarzanych przez układ przemieszczania 5 wzdłuż osi X i Y.

Między płytą 33 suportu 3 i palnikiem 40 umieszczony jest ponadto suwakowy element 36. Podobnie jak prowadnica 34, ten suwakowy element posiada dwie stalowe prowadnice słupowe 363 oraz gwintowany stalowy wał napędowy 536. Prowadnice słupowe 363 i wał napędowy 536 są jednak w przybliżeniu równoległe do osi Z, to znaczy prostopadłe do płaszczyzny XY. Ten kierunek zasadniczo równoległy do osi Z, w którym element 36 umożliwia ślizgowe prowadzenie palnika 40 zwany jest kierunkiem nadążnym. Prowadzenie uzyskuje się za pomocą łapy 364, na której osadzony jest palnik 40 i która wyposażona jest w kulkową lub gwintowaną tuleję (nie pokazaną), w którą wkręcony jest wał napędowy 536. Na figurze 5 widać, że prowadnice słupowe 363 elementu 36 są osadzone w odpowiednich wytoczonych otworach łapy 364, aby zapewnić jej prowadzenie w ich podłużnym kierunku. Staje się wówczas oczywiste, że każdy obrót wałka napędowego 536 w dowolnym kierunku powoduje ruch ślizgowy palnika 40 w osi Z, to jest w kierunku odpowiadającym kierunkowi obrotu i skokowi gwintu wałka 536.

W tym celu układ przemieszczania 5 został wyposażony w trzeci człon napędowy 53, który zainstalowany jest na wysięgniku, dzięki któremu wał 536 jest zainstalowany obrotowo. Wał 536 jest połączony obrotowo na stałe z trzecim członem napędowym 53. Tym członem napędowym 53 jest korzystnie krokowy silnik elektryczny podobny do opisanych powyżej.

W przeciwieństwie do członów napędowych 51 i 52, człon napędowy 53 jest jednak umieszczony w taki sposób, aby przekazywać napęd na łapę 364, a tym samym na palnik 40, wówczas, gdy jest on przemieszczany nad odcinkiem prostoliniowym TR obrysu P, po obu stronach tego obrysu w kierunku nadążnym, naprzemiennie w jednym, a następnie w przeciwnym kierunku. Innymi słowy człon napędowy 53 powoduje taki ruch palnika 40, że ten ostatni przemieszcza się po falistej trajektorii w płaszczyźnie równoległej do XZ, przy czym amplituda ruchów falistych jest najwyżej rzędu kilku milimetrów, a korzystnie rzędu 0,3 mm.

Poza tym środki detekcyjne 6 obejmują odległościomierz nadążny 63, z którym współpracuje człon napędowy 53. Odległościomierz nadążny 63 połączony jest na stałe w kierunku osi Z z palnikiem 40 i w kierunku osi X z suportem 3. W przedstawionym przykładzie odległościomierz nadążny 63 jest prawie taki sam jak odległościomierz lokalizacyjny 60, z tym, że dokonuje on pomiaru w kierunku MS, który jest prawie równoległy do kierunku ML. Dzięki pomiarowi różnicy odległości między głowicą detekcyjną i punktem odbicia wiązki laserowej emitowanej przez tę głowicę, odległościomierz nadążny 63 przystosowany jest do wykrywania obecności obrysu P na wprost palnika 40. Ponieważ, jak już wyjaśniono wcześniej, blachy, czyli elementy P1 i P2 są spawane na styk, tworzą one na obrysie P odcinek o grubości zasadniczo równej, w kierunku osi Y, grubości elementu górnego. Oczywiście każda zmiana odległości zmierzona przez odległościomierz nadążny 63 zasadniczo równa lub większa od wymiaru odcinka utwo10

174 309 rzonego przez oba elementy P1 i P2 na obrysie P umożliwia wzbudzenie sygnału przez głowicę detekcyjną i skrzynkę kontrolną odległościomierza nadążnego 63, który to sygnał informuje trzeci człon napędowy 53, że palnik 40 znalazł się na wprost obrysu P. Ponieważ trzeci człon napędowy 53 współpracuje z odległościomierzem nadążnym 63, każdorazowo po wykryciu obrysu P powoduje on zmianę kierunku napędu palnika 40. Taka współpraca umożliwia precyzyjne prowadzenie palnika 40 wzdłuż obrysu P i unikanie zmian położenia palnika 40 w kierunku osi Z. Można spostrzec, że w przedstawionym przykładzie wykonania krokowy silnik, czyli człon napędowy 53 zapewnia ruch postępowo-zwrotny palnika 40 tylko nad odcinkami prostoliniowymi TR obrysu P i wyłącza się nad odcinkami krzywoliniowymi TC, jakkolwiek nie musi.

Obecnie opisane zostaną te elementy konstrukcyjne spawarki 1, które umożliwiają automatyczną regulację ukierunkowania palnika 40. Według przedstawionego przykładu wykonania palnik 40 zamocowany jest na suporcie 3 za pośrednictwem przegubu kierunkowego 37. Dokładniej mówiąc przegub kierunkowy 37 łączy palnik 40 z częścią łapy 364, która, jak to pokazuje figura 4, ma kształt U. Przegub kierunkowy 37 składa się z wału 372 osadzonego obrotowo między dwoma ramionami utworzonymi przez część łapy 364 w kształcie U. Prowadnica 38, która zostanie opisana dalej i na której osadzony jest palnik 40, jest połączona obrotowo na stałe z wałem 372. Tak więc spawający palnik 40 może odchylać się od osi zasadniczo równoległej do osi Z. Z wałem 372 połączone jest również obrotowo na stałe koło pasowe 537, korzystnie karbowane. To koło pasowe 537 jest połączone z innym ewentualnie karbowanym kołem pasowym 574 za pośrednictwem pasa 576, korzystnie karbowanego. Na figurze 1 widać, że koło pasowe 574 osadzone jest obrotowo w osi zasadniczo równoległej do osi Z na części łapy 364 tworzącej płytę podporową i usytuowanej w przybliżeniu równolegle do płaszczyzny XY. Na tej właśnie płycie podporowej łapy 364 osadzony jest czwarty człon napędowy 54 (figura 5). Również w tym przypadku członem napędowym 54 jest silnik krokowy podobny do silników stanowiących człony napędowe 51, 52 i 53. Z figury 5 wynika, że oś wyjścia silnika, czyli członu napędowego 54, zasadniczo równoległa do osi Z, jest połączona obrotowo na stałe z kołem pasowym 574. Oczywiście gdy silnik, stanowiący człon napędowy 54 obraca się w jednym lub drugim kierunku pas 576 obraca w odpowiednim kierunku koło pasowe 537 i prowadnik 38. Obrót prowadnicy 38 powoduje odpowiednią zmianę położenia palnika 40 względem stałej podstawy 2.

Rozumie się samo przez się, że człon napędowy 54, koła pasowe 574 i 537 oraz pas 576 stanowią układ przemieszczania 5 spawarki 1. W związku z tym człon 54 jest sterowany przez urządzenie sterujące 7, aby palnik 40 był ukierunkowany w odpowiedni sposób względem obrysu P w osi 372 równoległej do osi odniesienia Z. Takie ukierunkowanie palnika 40 odpowiada kątowi KA zaznaczonemu na figurze 2. Jakkolwiek nie zostało to pokazane, na odcinkach prostych TR obrysu P przy stałej prędkości posuwu suportu 3, ukierunkowanie KA będzie rzędu 40° w stosunku do osi Y. Ukierunkowanie KA palnika 40 jest poprawiane do momentu osiągnięcia kąta zerowego w stosunku do osi Y nad częściami odcinka TR gdzie szybkość suportu 3 ulega spowolnieniu. W podobny sposób zmieniane jest stopniowo ukierunkowanie KA palnika 40 nad częściami odcinka TR gdzie suport 3 przyspiesza, dotąd dopóki podłużna oś palnika w rzucie na płaszczyznę równoległą XY nie utworzy z osią Y kąta w przybliżeniu równego 40°.

W nawiązaniu do figur 8 i 9 jest oczywistym, że urządzenie sterujące 7 oddziaływuje na człon napędowy 54 w taki sposób, aby na odcinkach krzywoliniowych Tc utrzymać w przybliżeniu stałe ukierunkowanie KA wyjaśnionego powyżej rzutu podłużnej osi ' palnika 40 w stosunku do stycznej do odpowiedniej krzywizny wyznaczonej przez pierwsze środki obliczeniowe 71. Faktycznie, widać, że nad punktami łączącymi CP1 i CP12 rzuty podłużnej osi palnika 40 odpowiednio oznaczone jako 401 i 412 są w przybliżeniu równoległe do osi Y. Nad odpowiadającymi im punktami przejścia CP2 i CP11 rzuty 402 i 411 są w przybliżeniu prostopadłe do stycznej do obrysu P.

Na figurze 7 oznaczenie 64 wskazuje czujnik regulacyjny stanowiący część środków detekcyjnych 6. Ten czujnik regulacyjny 64, umieszczony tu w środku części stałej 42 instalacji spawającej, jest przystosowany do określania dystansu palnika 40 od obrysu P. Z figur 1, 4 i 5

174 309 wynika, że palnik ten jest zamontowany ślizgowo w osi zasadniczo równoległej do osi Y w stosunku do suportu 3. W rzeczywistości palnik 40 porusza się ślizgowo w kierunku MR równoległym do osi Y i zwanym kierunkiem regulacji właśnie dzięki prowadnicy 38 wykonanej w kształcie prowadnicy wysięgnikowej podobnej do prowadnicy dystansowej oznaczonej 34.

Dokładniej zaś prowadnica regulacyjna, której część stanowi wysięgnikowa prowadnica 38 posiada gwintowaną oś 384, zamontowaną obrotowo na wysięgnikowej prowadnicy 38. Gwintowana część osi 384jest wkręcona i przechodzi przez w ramię 385 za pośrednictwem stałej nagwintowanej tulei. Ramię 385 jest zamontowane na wysięgnikowej prowadnicy 38 w taki sposób, aby obrót osi 384 powodował jej przemieszczenie w odpowiednim kierunku zgodnym z kierunkiem regulacji MR. Widać wyraźnie, że palnik 40 jest zamocowany za pomocą śruby regulacyjnej 394 na występie 39, który jest z kolei przykręcony do ramienia 385. W konsekwencji każde przemieszczenie ramienia 385 w kierunku MR powoduje odpowiednie przemieszczenie palnika 40. Można natomiast dostrzec, że na wysięgnikowej prowadnicy zainstalowany jest piąty człon napędowy 55 układu przemieszczania 5. Również w tym przypadku człon 55 stanowi silnik krokowy, którego oś wyjściowa połączona jest obrotowo na stałe z osią 384. Człon napędowy 55 współpracuje z czujnikiem regulacyjnym 64 w sposób umożliwiający zachowanie zasadniczo stałego dystansu między końcówką użyteczną czyli elektrodą palnika 40 i obrysem P w funkcji ustalonej wstępnie zadanej wielkości.

Według przedstawionego przykładu palnik 40 jest palnikiem elektrycznym do spawania łukowego. W takim przypadku czujnikiem regulacyjnym 64 może być woltomierz przystosowany do określania dystansu między obrysem P i palnikiem 40 na podstawie napięcia łuku wytwarzanego przez ten palnik. Tak więc wartością zadaną jest wstępnie ustalona wartość napięcia łuku. Układ sterowania piątego członu napędowego 55 może na przykład utrzymywać napięcie łuku wytwarzane przez palnik 40 na poziomie wartości zadanej rzędu 10 V. Można dostrzec, że prowadnica 38 wyposażona jest w czujnik położenia krańcowego 638 przystosowany do przerywania ruchu przesuwnego ramienia 385 w kierunku MR w momencie gdy znajdzie się ono w położeniu zwanym ustawieniem zerowym.

Widać tu, że śruba regulacyjna 394, która usytuowana jest w przybliżeniu równolegle do osi X, umożliwia regulację pochylenia podłużnej osi palnika 40 w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny YZ. Pochylenie to, oznaczone na figurze 2 jako KF, utrzymywane jest poprzez dociśnięcie śruby 394 i nie ulega zmianie przez okres pracy spawarki.

Powracając ponownie do figury 7 można dostrzec, że urządzenie sterujące 7 posiada środki 72, równoległe do pierwszych środków obliczeniowych oznaczonych jako 71, i zwane drugimi środkami obliczeniowymi. Uruchamianie drugich środków obliczeniowych 72 przewidzianejest wówczas, gdy pierwsze środki obliczeniowe 71 znajdują się w stanie spoczynku. Innymi słowy, zadaniem drugich środków obliczeniowych 72 jest kierowanie przemieszczeniami palnika 40 na zmianę z pierwszymi środkami obliczeniowymi 71 na każdym z prostoliniowych odcinków TR obrysu P. Drugie środki obliczeniowe 72 są w zasadzie podobne do pierwszych środków obliczeniowych 71, z tym, że ustalają współrzędne kolejnych punktów wzdłuż których palnik 40 przemieszcza się na odcinku TR nie za pomocą ekstrapolacji krzywoliniowej a przy użyciu ekstrapolacji liniowej. Drugie środki obliczeniowe 72 funkcjonują więc wówczas, gdy głowica 61 odległościomierza lokalizacyjnego 60 środków detekcyjnych 6 nie dokonuje pomiaru związanego z obecnością fali OP lub OP' w obrębie obrysu P. Punkt wyjściowy od którego drugie środki obliczeniowe 72 ustalają współrzędne kolejnych punktów, pokrywających się zasadniczo z odcinkiem prostoliniowym TR, wzdłuż którego przemieszcza się palnik 40, jest ustalony bądź ręcznie bądź podczas ustawiania warunków początkowych lub zerowania spawarki 1, tzn. przed rozpoczęciem procesu spawania, bądź też według przedstawionego sposobu wykonania, za pomocą czujnika regulacyjnego 64.

Przed przystąpieniem do opisu stałej podstawy 2 oraz działania spawarki 1 należy zwrócić uwagę, że posiada ona osłonę 103 umocowaną na poprzecznych belkach 31 i 32 ramy suportu 3, zabezpieczającą większość elementów funkcjonalnych zainstalowanych na tym suporcie. Poza tym, do ramy suportu 3 a konkretnie na jego powierzchni czołowej położonej przeciwległe do palnika 40, zainstalowany jest również uchwyt manipulacyjny 133. Uchwyt manipulacyjny

174 309

133 umożliwia obsługę i instalację spawarki 1 oraz ręczne przemieszczanie suportu 3 względem stałej podstawy 2.

Z figur 1,4 i 5 wynika również, że stała podstawa 2 składa się głównie z szyny 22, której kierunek podłużny pokrywa się z trajektorią posuwu T suportu. Szyna 22 jest tu więc prostoliniowa i zasadniczo równoległa do osi X. Szyna 22 tworzy odcinek o długości odpowiadającej spawanemu obrysowi P rzędu 3 m. Widoczna na figurach 4 i 5 zębatka 221 umocowana jest na szynie 22 równolegle do osi X. Zębatka 221 biegnie na całej długości szyny 22 i współpracuje z mniejszym kołem zębatym 521 umocowanym obrotowo na stałe do opisanego poprzednio pierwszego członu napędowego 51. Mniejsze koło zębate 521, którego oś obrotu jest zasadniczo równoległa do osi Y, współpracuje z zębami zębatki 221 w taki sposób, że w przypadku uruchomienia silnika 51 suport 3 jest przemieszczany w odpowiednim kierunku wzdłuż szyny 22. Takie przemieszczenie suportu 3 jest kierowane za pomocą dwóch par rolek 322 i 312 zamontowanych obrotowo na osiach równoległych do osi Y i połączonych na stałe odpowiednio z poprzecznymi belkami 32 i 31 ramy suportu 3. Tak więc jedna rolka 312 i jedna rolka 322 są umieszczone na każdym podłużnym boku szyny 22. Każda z rolek 312 i 322 posiada obwodowy rowek w kształcie V. Na figurze 4 widać, że podłużna czołowa powierzchnia zewnętrzna zębatki 221 zamocowanej do szyny 22 ma kształt odpowiadający obwodowemu wgłębieniu rolek 312 i 322. Do szyny 22 umocowana jest równolegle do osi X listwa 212, która posiada również powierzchnię uformowaną w kształcie V, odpowiadającą powierzchni obwodowego rowka rolek 312 i 322. Listwa prowadząca utworzona przez zewnętrzną powierzchnię czołową zębatki 221 oraz listwa prowadząca 212 współpracują z rolkami 312 i 322 prowadząc suport 3 w kierunku T względem stałej podstawy 2, a tym samym elementów P1 i P2.

Na figurach ogólnych odnośnik 200 oznacza mechanizm szybkiego mocowania. W rzeczywistości stała podstawa 2 posiada szereg takich mechanizmów szybkiego mocowania 200, dzięki którym podstawa ta może być ustawiana w położeniu i ustalana w sposób odłączalny na co najmniej jednym z elementów przeznaczonych do połączenia.

W zależności od przypadku mechanizmy szybkiego mocowania 200 stałej podstawy 2 mogą być utworzone przez przyssawki, łyżwy magnetyczne lub im podobne. Natomiast według przedstawionego przykładu wykonania każdy z tych mechanizmów szybkiego mocowania 200 stanowi zacisk przystosowany do współpracy z węzłem N unieruchamiający spawarkę 1 względem elementów P1 i P2, przeznaczonych do spawania.

Konkretnie mechanizm szybkiego mocowania 200 typu zacisk posiada podkładkę 202, przykręconą na przykład do szyny 22. Stała szczęka 24 posiada dwa cylindryczne, ustalające klocki oporowe 241 i 242 usytuowane prawie równolegle do osi Y. Swobodny koniec każdego z klocków 241 i 242 opiera się na płaskiej powierzchni równoległej do płaszczyzny XZ co najmniej jednego z elementów spawanych i tworzy tym samym wsporniki podstawy. Każdy mechanizm szybkiego mocowania 200 posiada również ruchomą szczękę 23 umocowaną przesuwnie względem podkładki 202 w kierunku równoległym do osi Z. Ruchoma szczęka 23, której kształtjest prawie taki sam, jak stałej szczęki 24, również posiada dwa klocki lub wsporniki cylindryczne 231 i 232. Ruchoma szczęka 23 jest połączona z uchwytem zaciskowym 25 za pomocą trzpienia 234. Uchwyt ten jest zamontowany na podkładce 202 w sposób umożliwiający przemieszczanie ruchomej szczęki 23 w kierunku stałej szczęki 24 równolegle do osi Z i blokowanie poprzez zaklinowanie w ustalonym z góry położeniu po zaciśnięciu mechanizmu szybkiego mocowania 200. Zaciśnięcie to uzyskuje się, gdy węzeł N zostaje ściśnięty między ruchomą i stałą szczęką 23 i 24 i zaklinowaniu uchwytu 25. Oczywiste jest, że montaż i demontaż opisanego powyżej mechanizmu szybkiego mocowania 200 jest wyjątkowo łatwy i że mechanizm ten gwarantuje mocne i dokładne ustalenie położenia spawarki 1 na elementach przeznaczonych do spawania.

Ponadto, na figurze 7 widać, że suport 3 wyposażony jest w czujnik 26 wchodzący w skład środków detekcyjnych 6. W praktyce przewiduje się jeden lub dwa czujniki 26, np. czujniki zbliżeniowe na prąd indukowany funkcjonujące podobnie jak czujniki położenia krańcowego przystosowane do wyłączania pierwszego członu napędowego 51, gdy suport 3 znajdzie się w pobliżu jednej z końcowych części szyny 22. Wszystkie osie przemieszczania palnika 40

174 309 względem suportu są również wyposażone w co najmniej jeden czujnik położenia krańcowego lub ustawienia wartości początkowej.

Jak już wspomniano wcześniej, instalacja spawania 4 jest w tym przypadku stanowiskiem spawania łukowego. Można jednak przewidzieć w spawarce 1 według wynalazku inne stanowiska spawania, lutowania lub temu podobne jeżeli tylko pozwolą one wykonywać w sposób automatyczny połączenia punktowe i/lub ciągłe.

W tym przypadku bezwzględnie konieczne jest aby proces spawania elementów P1 i P2 przebiegał bez nadmiernego ich nadtapiania lub wytwarzania porowatości. W związku z tym dobrany palnik 40 umożliwia wykonywanie spoiny bez wprowadzania materiału w atmosferze gazu obojętnego. W tym celu robocza końcówka palnika 40 wyposażona jest w elektrodę wolfranową. Elektroda ta zasilana jest prądem o natężeniu rzędu od 70 do 140 A w postaci pulsacji wytwarzanych z częstotliwością około 16 Hz. Z figury 7 wynika, że palnik 40 podłączony jest do zewnętrznego przemysłowego źródła zasilania prądem elektrycznym S42 za pośrednictwem szafki, czyli części stałej 42, do której podłączone są źródło obojętnego gazu G i źródło cieczy chłodzącej SF (np. wody). W celu uzyskania dobrego roboczego przemieszczania spawarki 1, szafka, czyli część stała 42 połączona jest z palnikiem 40 za pomocą elastycznego przewodu, wewnątrz którego usytuowane są przewody i kable zasilania palnika 40 prądem elektrycznym, cieczą chłodzącą i gazem obojętnym. Długość przewodu ustalana jest w zależności od przewidywanego wykorzystania spawarki 1 i w tym przypadku wynosi około 10 m.

Szafka, czyli część stała 42, do której można doprowadzać zasilanie ze źródła S42 prądem elektrycznym o napięciu 220 V, 320 V lub 440 V i np. częstotliwości 50 lub 60 Hz, jest wyposażona w szczególności w ondulator zasilania zdolny do wytwarzania prądu zasilania palnika 40 o natężeniu sięgającym np. 160 A. W celu rozpoczynania spoin można przewidzieć część stałą 42 w postaci szafki transformatorowej prądu wytwarzającej prąd o wysokiej częstotliwości, który wytwarza iskry jonizujące gaz obojętny doprowadzony do nietopliwej elektrody palnika w celu wytworzenia łuku zgrzewalniczego między palnikiem 40 i obrysem P. W takim przypadku przewody elastyczne, urządzenia elektryczne i im podobne powinny być zbrojone i zabezpieczone przed oddziaływaniem prądu o wysokiej częstotliwości. Łuk można wytworzyć na skutek zwarcia między elektrodą i elementami przeznaczonymi do spawania, i kontrolować za pomocą czujnika regulacyjnego 64. W szafce, czyli części stałej 42 przewidziane są również zawory umożliwiające regulację i odcięcie zasilania palnika 40 gazem obojętnym, a w przypadku gdy palnik ten jest chłodzony cieczą, np. wodą, podobny zawór jest zainstalowany między palnikiem i źródłem SF.

Rozpatrując w dalszym ciągu figurę 7 można dostrzec, że szafka instalacji spawania 4 jest połączona elastycznym przewodem z szafką 9. Tego typu przewód może mieć znaczną długość, np. 30-60 m. W celu ułatwienia obsługi spawarki 1 szafka 9 może być zainstalowana na rolkach 99. Podobnie szafka, czyli część stała 42 może być również zainstalowana na rolkach. W szafce 9 zainstalowana jest główna tablica sterownicza spawarki 1, dostępna dla operatora. Można tu zauważyć, że elementy konstrukcyjne zainstalowane w szafce 9 mogą być ewentualnie zasilane oddzielnie, np. ze źródła prądu zmiennego S97, podobnego do opisanego wyżej źródła R42. Jednak jest bezwzględnie konieczne, aby prąd zasilający programowalne urządzenie sterujące 7 był prostowany i przepuszczany przez filtr.

Według przedstawionego przykładu przycisk sterujący 91 z dwoma położeniami umożliwia automatyczne lub ręczne obsługiwanie spawarki 1. Przycisk 92 jest przełącznikiem trójpołożeniowym, który umożliwia sterowanie posuwem palnika 40 w jedną lub drugą stronę w kierunku T. Przyciski 93, 95 i 96 są podobne do przycisku 92 i są połączone odpowiednio z silnikiem stanowiącym pierwszy człon napędowy 51, silnikiem stanowiącym drugi człon napędowy 52 i silnikiem stanowiącym czwarty człon napędowy 54. Przycisk 94 jest wyłącznikiem awaryjnym spawarki 1.

Należy zwrócić uwagę, że uruchomienie przycisku 94 wyłączenia awaryjnego powoduje zerowanie spawarki 1, które polega na ponownym umieszczeniu palnika 40 w ustalonym z góry położeniu, zwanym położeniem początkowym.

Na figurze 7 oznacznik 8 dotyczy przenośnego zespołu sterowania zdalnego spawarki 1, podobnie jak szafka 9, zespół ten jest wyposażony w przycisk wyłączania awaryjnego 88. Aby

174 309 umożliwić operatorowi sterującemu pracą spawarki 1 sterowanie tą pracą na odległość za pośrednictwem zespołu 4 i szafki 9, do tej ostatniej podłączony jest zespół 8 za pomocą elastycznego przewodu, podobnego do opisanych powyżej, o długości np. rzędu 15 m.

Przycisk 88 umieszczony na przedniej powierzchni zespołu 8 jest wyłącznikiem dwupołożeniowym, który umożliwia włączanie i wyłączanie spawarki 1. Przycisk 82 jest podobny do przycisku 92, a więc umożliwia wybieranie obsługi ręcznej lub automatycznej spawarki 1. Proces spawania można uruchomić za pomocą przycisku 84. Przyciski 85 i 87 są odpowiednio przyciskiem ustawiania spawarki w położeniu zwanym wyżej początkowym i uwalniania palnika 40, oraz elementem kontroli sygnalizacji świetlnej spawarki 1. Przycisk 86 umożliwia ustawienie typu zgrzewanej fali (OP lub OP'). Po ustaleniu położenia stałej podstawy 2 względem elementów P1 i P2, zamontowaniu suportu 3 na stałej podstawie 2 i podłączeniu napięcia do stanowiska spawania 4, szafki 9 i innych elementów spawarki 1 oraz doprowadzeniu pomocniczych cieczy (gaz obojętny i płyn chłodzący) można rozpocząć pracę spawarki.

Możliwe są cztery sposoby działania spawarki 1. Do pamięci urządzenia sterującego 7 wprowadzany jest odpowiedni program odpowiadający każdemu z tych sposobów. Pierwszy sposób pracy spawarki 1 jest całkowicie zautomatyzowany i umożliwia wykonywanie spoiny ciągłej na długości obrysu P. Rozmaite parametry spoiny, którą należy wykonać na długości obrysu P są wprowadzone do urządzenia sterującego 7 za pomocą przycisków wybiórczych opisanych powyżej. Należą do nich: rodzaj fal, położenie spawania, oraz wszystkie parametry niezbędne dla funkcjonowania spawarki 1.

Operator uruchamia wówczas przycisk rozpoczęcia cyklu, co powoduje ustalenie warunków wyjściowych lub zerowanie położenia suportu 3 i palnika 40 w odniesieniu do całego ich układu prowadnic. Dotyczy to zwłaszcza podnoszenia wzdłuż osi Y, kąta ukierunkowania palnika na osi równoległej do osi Z oraz środkowego położenia nadążnego S. Operator powinien wówczas sprawdzić prawidłowość podłączenia układów zasilania spawarki 1 i połączenia z masą. Można wówczas przystąpić do właściwego procesu spawania. Podczas tego procesu w zależności od tego, czy palnik znajduje się nad odcinkiem prostoliniowym TR czy też odcinkiem krzywoliniowym TC, ruchami palnika 40 sterują drugie środki obliczeniowe 72 lub wyłącznie pierwsze środki obliczeniowe 71 urządzenia sterującego 7 w opisany już powyżej sposób.

Proces spawania wzdłuż obrysu P może być przerwany bądź przez operatora bądź przez jeden z czujników 26 położenia krańcowego suportu 3 względem stałej podstawy 2, w przypadku wykrycia obecności suportu na końcu szyny. Proces spawania zostaje wówczas przerwany i palnik 40 oraz ruchome elementy spawarki 1 zostają automatycznie umieszczone w położeniu spoczynkowym i początkowym, które zostały opisane powyżej.

Drugi sposób pracy spawarki 1 umożliwia wykonywanie spoin nie ciągłych np. w celu wstępnego połączenia blach na wkładkach. Sposób ten jest zasadniczo taki sam jak opisany powyżej, z tym, że selektor typu spoiny powinien być umieszczony w położeniu spoina nieciągła. Przy obydwu wspomnianych sposobach pracy spawarka 1 rozpoczyna spaw w pełnej blasze w przeciwieństwie do sposobu pracy, który zostanie opisany poniżej, i który wymaga seryjnego rozpoczęcia spoiny na wykonanej już spoinie ciągłej, która wymaga kontynuacji lub naprawy.

Trzeci sposób pracy spawarki 1 umożliwia dokonywanie naprawy spoin. Polega on na kontynuacji procesu spawania poprzednio przerwanego na skutek przypadku losowego. Wykonywanie spoiny naprawczej rozpoczynane jest z niewielką prędkością na wykonanej poprzednio spoinie ciągłej. Jest to niezbędne w celu ponownego stopienia końcowej części wykonanej już spoiny ciągłej i połączenia jej z nową spoiną. Ten trzeci sposób pracy jest poza tym zasadniczo taki sam jak dwa poprzednie.

Należy jednak zwrócić uwagę, że w takim przypadku suport 3 został zatrzymany w położeniu przypadkowym, którego spawarka 1 nie rozpoznaje. Tym samym, bezwzględnie konieczne jest wyzerowanie osi prowadnic spawarki 1 z chwilą ponownego doprowadzenia zasilania. Następnie suport 3 jest przemieszczany w kierunku T do miejsca, w którym należy rozpocząć wykonywanie spoiny. Konkretnie, umieszcza się palnik 40 na wprost prostoliniowego odcinka TR obrysu P usytuowanego tuż za miejscem przerwania poprzedniej spoiny. Dzięki temu pierwsze środki obliczeniowe 71 mogą przystąpić do wykonywania obliczeń opisanej

174 309 wyżej ekstrapolacji lub interpolacji kołowej w oparciu o dane z odległościomierza lokalizacyjnego 60.

Wybór tego cyklu pracy wymaga ustawienia przycisku 81 w położeniu naprawa.

Należy tu zwrócić uwagę, że ten przycisk 81 uruchamiania procesu spawania powinien być włączany wyłącznie przy sposobie pracy związanym z naprawą spoin i wyłączany przy innych sposobach pracy.

Czwarty sposób pracy spawarki 1 umożliwia przemieszczanie palnika 40 bez wykonywania przy tym spoiny. W tym celu wystarczy ustawić odpowiedni przełącznik w położeniu eliminującym spawanie. W takim przypadku spawarka 1 może symulować jeden z powyżej opisanych trzech sposobów pracy.

Oczywiście wynalazek w żadnym stopniu nie ogranicza się do opisanych powyżej sposobów wykonania i obejmuje wszystkie odpowiedniki przedstawionych środków technicznych jak też ich zestawienia o ile są one wykonane w duchu wynalazku.

Między innymi odległościomierze 60 i 63 oraz takie czujniki detekcyjne jak oznaczony numerem 26, nie muszą być koniecznie odległościomierzami laserowymi. Można stosować również inne czujniki, korzystnie bezstykowe.

W przypadku, gdy pomiar lub detekcja są przeprowadzane w odniesieniu do elementu metalowego można stosować indukcyjne czujniki zbliżeniowe, natomiast gdy element ruchomy wykonany jest z substancji o właściwościach izolacyjnych można zastosować np. czujnik pojemnościowy. W przypadku przemieszczeń liniowych o małym skoku silniki krokowe można zastąpić dźwignikami lub podobnymi urządzeniami, jak to ma np. miejsce w przypadku nadążnego członu napędowego 53 i członu napędowego 52 podnoszenia.

Dzięki opisanej powyżej spawarce 1 można otrzymać szybko i dokładnie wykonaną spoinę wysokiej jakości zmniejszając tym samym do minimum udział człowieka i koszty związane z łączeniem odpowiednich elementów.

174 309

174 309

'221

174 309

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (14)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Spawarka automatyczna do spawania na miejscu co najmniej dwóch elementów metalowych wzdłuż obrysu wspólnego dla obu elementów, składająca się z podstawy zamocowanej na stałe względem elementów, suportu zainstalowanego przesuwnie na podstawie i prowadzonego wzdłuż toru posuwu, instalacji spawającej z palnikiem lub podobnej, zainstalowanej ruchomo i prowadzonej na suporcie, systemu przemieszczania suportu i palnika względem podstawy, środków detekcyjnych położenia palnika względem elementów, oraz programowalnego urządzenia sterującego systemem przemieszczania i instalacją spawającą połączonego ze środkami detekcyjnymi, znamienna tym, że środki detekcyjne (6) są wyposażone w środki pomiarowe zawierające, zainstalowany na suporcie (3) odległościomierz lokalizacyjny (60) do pomiaru odległości między suportem spawarki (1) i jednym z elementów (P1, P2), zaś urządzenie sterujące (7) jest wyposażone w środki zapisu pamięciowego (7M) współrzędnych punktów przejścia, (CP1 - CP12) oraz w pierwsze środki obliczeniowe (71).
2. 2. Spawarka według zastrz. 1, znamienna tym, że na suporcie (3) jest osadzona ślizgowo płyta (33), z którąjest połączony na stałe palnik (40), przy czym płyta (33) jest osadzona ślizgowo na suporcie (3) zgodnie z kierunkiem wznoszenia (Y), który jest zasadniczo równoległy do odległości zmierzonej przez odległościomierz lokalizacyjny (60) i prostopadły do toru posuwu (T), przy czym układ przemieszczenia (5) obejmuje pierwszy człon napędowy (51) suportu (3) wzdłuż toru (T) osadzony między suportem (3) i stałą podstawą (2), oraz drugi człon napędowy (52), połączony na stałe z suportem (3).
3. 3. Spawarka według zastrz. 1, znamienna tym, że urządzenie sterujące (7) jest wyposażone w drugie środki obliczeniowe (72).
4. 4. Spawarka według zastrz. 2, znamienna tym, że palnik (40) jest zamocowany na suporcie (3) za pośrednictwem ślizgowego elementu (36) zgodnie z kierunkiem nadążnym, prostopadłym do toru przesuwu (T) oraz do odległości (Y) mierzonej przez odległościomierz lokalizacyjny (60), przy czym układ przemieszczania (5) jest wyposażony w trzeci człon napędowy (53) palnika (40) po obu stronach zarysu (30P) zgodnie z nadążnym kierunkiem (Z), a ponadto środki detekcyjne (6) są wyposażone w odległościomierz nadążny (63), połączony na stałe z palnikiem (40), zaś trzeci człon napędowy (53) jest sprzężony z odległościomierzem nadążnym (63).
5. 5. Spawarka według zastrz. 4, znamienna tym, że oba odległościomierze, odległościomierz lokalizacyjny (60) i odległościomierz nadążny (63) składają się z głowicy detekcyjnej zainstalowanej na suporcie (3) i wyposażonej w nadajnik oraz odbiornik wiązek laserowych, oraz skrzynki kontrolnej korzystnie umieszczonej w szafce (9) łączącej wspomniane urządzenie sterujące (7) z głowicą.
6. 6. Spawarka według zastrz. 4, znamienna tym, że palnik (40) jest zamocowany na suporcie (3) za pośrednictwem przegubu kierunkowego (37) do obracania palnika (40) względem stałej podstawy (2) wokół osi (Z) zasadniczo prostopadłej do toru posuwu (T) i do odległości zmierzonej przez odległościomierz lokalizacyjny (60), zaś układ przemieszczania (5) zawiera czwarty człon napędowy (54), połączony na stałe z przegubem kierunkowym (37).
7. 7. Spawarka według zastrz. 1, znamienna tym, że środki detekcyjne (6) zawierają czujnik regulacyjny (64) do ustalania odległości między obrysem (P) i palnikiem (40), przy czym palnik (40) jest zainstalowany na prowadnicy (38) połączonej na stałe z suportem (3) biegnącej w kierunku regulacji (MR) w płaszczyźnie zasadniczo równoległej do toru posuwu (T) i do odległości zmierzonej przez odległościomierz lokalizacyjny (60), zaś układ przemieszczania (5) zawiera piąty człon napędowy (55), połączony na stałe z prowadnicą (38) i sprzężony z czujnikiem regulacyjnym (64).
8. 8. Spawarka wedhig zastrz . 6, znamiznna tym, że palnik (40)jestpajnik iem eleetrycenym do spawania łukowego, zwłaszcza bez doprowadzania materiału i w strumieniu gazu

   174 309 obojętnego, korzystnie jest palnikiem z elektrodą wolframową w osłonie argonu lub palnikiem plazmowym.
9. 9. Spawarkp wadług zasłrz. Z, znamienna tym, żeczujnikizm. regulacyjgulo' (64) jest woltomierz stanowiący środki pomiaru odległości między obrysem (P) i palnikiem (40).
10. 10. Spawarka według zastrz. 2, znamienna tym, że stała podstawa (2) wyposażona jest w mechanizmy szybkiego mocowania (200).
11. 11. Spawarka według zastrz. 2, znamienna tym, że stała podstawa (2) zawiera szynę (22), której wzdłużne usytuowanie pokrywa się z torem posuwu (T).
12. 12. Spawarka według zastrz. 11, znamienna tym, że na szynie (22), wzdłuż tej szyny umocowane są zębatka (221) współpracująca z mniejszym kołem zębatym (521) przekładni zamocowanym obrotowo i nierozłącznie z pierwszym członem napędowym (51) oraz co najmniej jedna listwa prowadząca (212) współpracująca z rolkami (312, 322) zainstalowanymi obrotowo na suporcie (3).
13. 13. Spawarka według zastrz. 1, znamienna tym, że urządzenie sterujące (7) oraz tablica sterownicza spawarki (1) są umieszczone w szafce (9), korzystnie zainstalowanej na rolkach (99), przy czym szafka (9) jest połączona za pośrednictwem elastycznych przewodów z zespołem (8) sterowania zdalnego i z suportem (3) oraz z częścią stałą (42) instalacji spawającej (4), do której podłączony jest również za pomocą elastycznego przewodu palnik (40).
14. 14. Spawarka według zastrz. 2, znamienna tym, że pierwszy i drugi człon napędowy (51, 52) są silnikami krokowymi.