6.3. Числове програмне керування (чпк)складально-зварювальним устаткуванням і зварювальними роботами

Керування складально-зварювальним устаткуванням із ЧПК, ро­ботами і РТК зварювання полягає в забезпеченні узгодженого функ­ціонування маніпуляційної системи і зварювального устаткування, а також в обміні інформацією із зовнішніми системами, виходячи з про­грами виконання операції, інформації про внутрішній стан складових частин комплексу та інформації про виробниче середовище. Під вироб­ничим середовищем тут розуміється зварюваний виріб, пристрій, в яко­му він закріплений, устаткування, що здійснює транспортні та накопи­чувальні функції, а також інші системи, в тому числі люди, які беруть участь у виробництві.

Складально-зварювальне устаткування з ЧПК і спеціалізовані ро­боти, які звичайно агрегують із модулів в основному прямолінійного переміщення, з простішими системами керування, найпридатніші до ве- ликосерійного і масового виробництва з поодинокими (до чотирьох ра­зів на рік) змінами типорозмірів зварюваних виробів. Під модулем у даному випадку розуміють функціонально завершений вузол, що має самостійне значення і забезпечує переміщення за однією чи кількома координатами. Застосування модульних маніпуляторів інструменту з двома-чотирма ступенями рухомості доцільне, якщо зварюють вироби зі швами простої форми, перш за все з прямолінійними і круговими шва­ми, особливо в тих випадках, коли ці шви можуть бути орієнтованими вздовж напрямних.

Універсальні зварювальні роботи — це роботи, що мають 5—6 сту­пенів рухомості, оснащені функціонально гнучкими системами керу­вання, Найповніше вони виявляють свої властивості при багатономен- клатурному виробництві з частою зміною зварюваних деталей, тобто якщо функціональна гнучкість робота справді потрібна.

За п’ятьох і більше ступенів рухомості модульні роботи звичайно поступаються універсальним щодо металомісткості, точності, швидко­дії, естетики зовнішнього вигляду.

За визначенням стандартів більшості країн до роботів належать ма­ніпулятори тільки з цифровим (числовим) керуванням, за якого про­грама роботи робота задається в числовому вигляді, а фактичні перемі­щення ланок вимірюються за допомогою розглянутих вище датчиків положення. За вітчизняними стандартами роботи можуть мати і циклове керування.

Для спеціалізованих зварювальних роботів та іншого устаткування з цикловим і числовим програмним керуванням доцільно застосову­вати загальнопромислові пристрої ЦПК та ЧПК, які серійно випуска­ють, що дає змогу:

а) відмовитись від розробки додаткових пристроїв і їхніх модифіка­цій, які призначено для зварювальних операцій;

б) використовувати серійні, відносно недорогі пристрої ЦПК і ЧПК, освоєні експлуатаційними службами підприємств і забезпечені централізованим сервісом і запасними частинами;

в) зробити простішим у цілому процес впровадження зварювального устаткування з програмним керуванням.

Разом з тим такий підхід має істотні недоліки:

1) надмірність серійних пристроїв ЧПК (наприклад, за точністю відпрацювання, кількістю допоміжних команд) і їхню недостатність у деяких випадках за кількістю керованих рухомостей і можливістю віль­ного керування параметрами процесу зварювання;

2) обмежені можливості пристроїв ЧПК, що випускаються для авто­матизації обробки різанням, по нарощуванню системи керування засо­бами геометричної і технологічної адаптації для зварювання;

3) неоптимальність мовних засобів програмування пристроїв керу­вання іншими технологічними процесами при застосуванні їх для керу­вання зварювальними процесами.

Пристрій цифрового програмного керування УЦМ-100 призначено для керування маніпуляторами з позиціюванням по упорах, а також для керування технологічним устаткуванням.

Елементна база — ВІС мікропроцесорного набору КР580.

Кількість дискретних виходів (типу 100 В, 0,5 А або 24 В, 2 А) керу­вання приводами устаткування — до 64 одного або іншого типу, або ж 16 одного і 48 другого типу. Кількість дискретних виходів (24 В, 100 мА) керування безконтактною автоматикою — до 16. Кількість дискретних входів сигналів (24 В, 10 мА) з датчиків стану устаткування — до 96.

Обсяг пам’яті для розміщення керуючої програми споживача — не менш як 2 кБайт; кількість циклів перезаписування керуючої програми 10⁴. Кількість керованих ланок — до 16 (один або кілька маніпулято­рів). Кількість точок позиціювання кожної ланки — до 8.

Режим роботи: «Автоматичний» (багаторазове виконання робочого циклу програми споживача); «Цикл» — одноразове виконання робо­чого циклу; «Кадр» — виконання одного кадру програми; «Команда» — послідовне виконання команд, що складають кадр; «Ручний» — керу­вання ланками і механізмами технологічного устаткування вручну.

Носій програмного забезпечення — ВІС ППЗП із ультрафіолето­вим стиранням.

Пристрій УЦМ-100 містить блоки обробки логічної інформації, дже­рела живлення датчиків, кіл керування приводами, потужні вихідні ключі постійного і змінного струму, а також комутаційні поля для вми­кання входів і виходів керованого устаткування.

Конструктивно блок керування (БК) виконано у вигляді підлогової стійки блочного виконання. Стійка складається з двох блоків: логічного і живлення.

Основу логічного блоку складає контролер (рис. 6.11). Зв’язок між модулями контролера здійснюється за внутрішнім інтерфейсом, яким використано системний інтерфейс ВІС мікро­процесорного набору КР580. Конструктивно цей інтерфейс виконано у вигляді генмонтажної плати. Обробка логічної інформації і формування сигналів інтерфейси здійснюється модулем мікроЕОМ. На даному модулі розміщено і канал зв’язку з ЕОМ верхнього рівня.

Модуль ППЗП зберігає керуючі програми споживача. Модуль зв’яз­ку призначено для спряження ПК із виносними пультами, а так°^ж Для видавання команд керування безконтактною автоматикою. Модуль вве­дення приймає дискретні сигнали про стан датчиків обслуговуваного устаткування. Модуль виведення забезпечує формування і видавання дискретних команд на привод керованого устаткування. Тип і кількість модулів виведення визначаються виконанням пристрою.

До складу комплекту ПЦМ-100 входять також програматор (ПРГ), пульт ручного керування (ПРК) і пульт інженерний (ПІ). ПІ вмикать­ся до внутрішньосистемного інтерфейси контролера БК або до внутрньосистемного інтерфейса ПРГ, ПРК або іншого ПІ на час проведення Діагностики або налагодження.

Пристрій числового програмного керування 2Р32 призначено Для керування устаткуванням із трьома ступенями рухомості, до тогож за лінійної інтерполяції кількість одночасно керованих координат Дорів­нює трьом, а за кругової — двом. Пристрій побудовано на базі мікро ЕОМ (рис. 6.12).

Обсяг пам’яті для керуючих програм 4 кБайт. Введення програми можливе з клавіатури ПЧПК, із перфострічки зовнішнього фотозчитувача і по каналу зв’язку з ЕОМ.

Для керування приводами в ПЧПК формується аналоговий сигнал —10... + 10 В. Передбачено формування для кожної з координат сигналу «Аварійне розузгодження».

Як датчики зворотного зв’язку (ДЗЗ) можуть використовуватись інкрементні фотоелектричні перетворювачі ВЕ-178 або індуктив^ні пе­ретворювачі ВТМ-1Г (обертовий трансформатор) чи ПИЛПІ-А2 (індук- тосин) залежно від виконання пристрою.

Максимальне переміщення, яке програмується в одному кадрі, ста­новить 9999,999 мм. Геометрична інформація задається в одиницях дис­кретності, що дорівнюють 0,01 або 0,001 мм. Максимальна швидкість маршевих переміщень становить 10000мм/хв (167 мм/с). Передбачене урахування люфтів за реверсу. Люфт за кожною координатою зада­ється константами.

Конструктивно ПЧПК 2Р32 складається з блока обчислювача і пульта навчання і з’єднується за потребою з фотозчитувальним пристроєм «Консул», стрічковим перфоратором ПЛ150 і ЕОМ верх­нього рівня.

Стосовно до маніпуляторів роботів, які є розімкненими багатоланковиками, що складаються з 5—6 послідовно з’єднаних рухомих ланок, завдання числового програмного керування, особливо контурного, іс­тотно ускладнюється. Під час керування роботами і РТК для зварюван­ня істотну частку обчислень складають перетворення координат мані­пуляторів роботів (див. дод. 18).

Поняття про інтерполяцію під час керування роботами. Потреба ін­терполяції пов’язана з тим, що в програмі роботи робота задано коорди­нати лише так званих вузлових точок, тобто таких, у яких відбувається зміна форми траєкторії руху, зупинка, переорієнтація робочого органу, вміна параметрів процесу зварювання, подавання будь-яких команд тощо.

Інтерполяція дає змогу визначити всі проміжні точки траєкторії, що розміщені між вузловими точками, і провести декомпозицію (розподіл) вектора швидкості за окремими узагальненими координатами.

Розрізняють інтерполяцію лінійну, кругову, параболічну, полі­номами різних ступенів, інтерполяцію сплайн-функціями. У загально­му випадку лінійна інтерполяція — це рівномірна зміна значень коор­динат у тій чи іншій координатній системі. Оскільки більшість швів мають прямолінійну або кругову форму, у зварювальних роботах най­частіше застосовують лінійну і кругову інтерполяцію в базовій системі координат.

За лінійної інтерполяції потрібно задати координати точки зварю­вання і орієнтацію пальника на початку і в кінці прямолінійної ділян­ки шва. Під час виконання шва точка зварювання буде переміщуватись по прямій із постійною швидкістю, а орієнтація пальника при цьому буде рівномірно змінюватись у базовій системі координат від заданої у початковій точці до заданої у кінцевій точці (рис. 6. ІЗ, а).

Якщо орієнтацію пальника хочуть зберегти постійною, то задають її однаковою у початковій і кінцевій точках.

За кругової інтерполяції потрібно задати три точки на дузі кола: по одній на початку і в кінці дуги і одну десь у середній частині дуги кола (рис. 6.13, б).

Сучасні системи керування промисловими роботами є мікропроце­сорними керуючими пристроями, побудованими за ієрархічним прин­ципом. На верхньому рівні керування здійснюється розрахунок траєк­торії руху робочого органу, формування команд, що керують рухом ланок робота, логічна обробка інформації від периферійних пристроїв РТК, діалоговий режим роботи оператора через відеотермінальний при­стрій, обмін інформацією з ЕОМ верхнього рівня та зовнішнім програ­моносієм, керування роботом через пульт ручного керування, діагнос­тика роботи системи, калібрування координат ланок.

Нижній рівень керування використовується для розв’язку завдання керування рухом ланок і параметрами процесу зварювання відповідно до програми, що надходить від верхнього рівня (рис. 6.14).

Зв’язок між процесорами, що реалізують функції верхнього і ниж­нього рівнів керування, може здійснюватись через загальну пам’ять (системи із загальною пам’яттю) або через системну магістраль (роз­поділені системи). Прикладом системи із загальною пам’яттю є вітчиз­няна система МПСУ робота СУР МС (рис. 6.15), в якій обмін даними між процесорними модулями 8, 10, 11, 12 відбувається по таймеру че­рез спільну пам’ять, що розміщена в модулі 8.

Структура розподілених систем може мати одну загальну системну магістраль, як у вітчизняній системі «Прогрес 1-8» (рис. 6,16), або кіль­ка системних магістралей,що взаємодіють через модуль зв’язку, як у системі «Сфера-36» (рис. 6.17.).

Програмно-математичне забезпечення (ПМЗ) систем керування про­мислових роботів для зварювання досить розвинуте і забезпечує зруч­ність задавання програми і виконання всіх потрібних функцій при її відпрацюванні. Основою ПМЗ є операційна система реального часу, яка забезпечує розподіл ресурсів системи, встановлює порядок розв’язу­вання завдань відповідно до їхніх пріоритетів, організує процедуру обміну даними між програмами, ініціює систему за її вмикання, запус­кає програмні тести для перевірки стану апаратної частини системи, припиняє функціонування системи при виявленні помилок (рис. 6.18).

Є два методи програмування маніпуляторів роботів і маніпуляцій- них систем РТК для зварювання: метод навчання (on — line), тобто задавання програми з використанням маніпуляційної системи РТК; метод зовнішнього програмування (off — line), тобто складання програ­ми без використання маніпуляторів РТК.

Розрізняють такі методи навчання:

а) із використанням оборотної кінематики маніпулятора і перемі­щенням інструменту чи його імітатора вручну по лінії з’єднання або з використанням рукоятки навчання з датчиками, що дають сигнали на приводи ланок у режимі слідкування за рукою оператора;

б) із використанням дистанційного керування з пульту навчання — для послідовного переміщення зварювального інструменту в характерні точки траєкторії. При цьому керують із пульту керування переміщен­ням окремо кожного із ступенів рухомості або переміщенням робочого органу вздовж осей однієї з систем координат (базової, інструменту).

Перевага методів навчання — наочність, а недоліки такі:

- під час навчання РТК не дає продукції;

- підвищена небезпека праці; більша частина травм, пов’язаних із використанням зварювальних роботів, відбувається під час навчання, коли зварник-програміст змушений перебувати в зоні дії робота;

- при зварюванні у великій кількості точок чи швів складної фор­ми або коротких швів програмування ускладнюється і вимагає великих витрат часу. Досвід показує, що для програмування однієї хвилини роботи РТК для дугового зварювання методом навчання потрібно витра­тити від 20 до 60 хв на програмування, зараховуючи й час пробних про­ходів і коректування програми до її остаточного відлагодження.

Розрізняють такі методи зовнішнього програмування:

а) текстуальне, якщо послідовність дій робота задається у вигляді команд-операторів, а величини переміщень і параметрів режиму зва­рювання вводяться у числовому вигляді;

б) програмування з використанням комп’ютерної графіки, що дає змогу у найнаочнішому вигляді моделювати роботу РТК, порівнювати різні варіанти виконання програми і перевіряти можливість її реалі­зації.

Методи зовнішнього програмування скорочують простої робота, пов’язані зі складанням нової програми, що особливо важливо для малосерійного виробництва, і сприяють підвищенню безпеки праці.

Методи зовнішнього програмування стосовно до зварювання зви­чайно вимагають «точного налагодження» програми перед її викорис­танням із застосуванням засобів геометричної адаптації.

У наш час найширше застосовується поєднання методу навчання (з використанням дистанційного керування для введення координат ха­рактерних точок) із текстуальним програмуванням для введення даних про характер траєкторії руху між цими точками і параметри процесу зварювання.

Приклад програмування робота РМ-01 наведено в дод. 19.

Методи програмування роботів і РТК розвиваються у напрямі спро­щення складання програми для оператора, вдосконалення штучного інтелекту роботів до рівня, який дає змогу скласти програму задаван­ням команд у термінах мети рухів. Комп’ютерна графіка систем зов­нішнього програмування розвивається в напрямі переходу від контур­них зображень до більш наочніших суцільних об’ємних зображень.