RU2802329C2 - Welding of metal can bodies - Google Patents
Welding of metal can bodies Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802329C2 RU2802329C2 RU2021108926A RU2021108926A RU2802329C2 RU 2802329 C2 RU2802329 C2 RU 2802329C2 RU 2021108926 A RU2021108926 A RU 2021108926A RU 2021108926 A RU2021108926 A RU 2021108926A RU 2802329 C2 RU2802329 C2 RU 2802329C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- weld
- control
- welding
- calibrator
- thickness
- Prior art date
Links
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 title abstract description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 131
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 40
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 9
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 230000008844 regulatory mechanism Effects 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к сварке корпусов металлических банок и, в частности, к способу и устройству контроля качества сварных швов и управления им за счет обеспечения замкнутой обратной связи и регулирования процесса сварки.The present invention relates to the welding of metal can bodies and, in particular, to a method and apparatus for quality control and control of welds by providing closed feedback and controlling the welding process.
Уровень техникиState of the art
Обычная металлическая банка из трех деталей содержит цилиндрический корпус металлической банки, а также верхний и нижний торцы, соединенные швами с корпусом металлической банки. Корпус металлической банки формируют путем сворачивания плоского прямоугольного бланка в цилиндр с образованием нахлестки кромок бланка. Затем цилиндр перемещают сквозь встречные сварочные ролики для выполнения продольного сварного шва корпуса металлической банки. Сварочные ролики действуют как электроды, проводя сильный ток через металл цилиндра для сваривания друг с другом соединенных внахлестку кромок цилиндра серией разнесенных, но все же перекрывающихся, ядер сварных точек. Вокруг каждого из сварочных роликов обычно располагают плющеные медные проволоки, действующие как жертвенные электроды для защиты поверхностей сварочных роликов. В типовой установке подают непрерывную медную проволоку на первый из сварочных роликов, а затем на второй сварочный ролик. В процессе прохождения от первого ко второму сварочному ролику происходит изменение стороны меди, открытой в сторону цилиндра, на обратную. После того, как проволока покинет второй сварочный ролик, ее рубят и утилизируют.A conventional three-piece metal can comprises a cylindrical body of the metal can, as well as top and bottom ends seamed to the body of the metal can. The body of a metal can is formed by folding a flat rectangular form into a cylinder with the formation of an overlap of the edges of the form. Then the cylinder is moved through the counter welding rollers to make a longitudinal weld of the body of the metal can. The welding rollers act as electrodes, passing a strong current through the metal of the cylinder to weld together the overlapped edges of the cylinder with a series of spaced, but still overlapping, weld spot nuclei. Around each of the welding rolls are usually flattened copper wires that act as sacrificial electrodes to protect the surfaces of the welding rolls. In a typical installation, a continuous copper wire is fed to the first of the welding rollers and then to the second welding roller. In the process of passing from the first to the second welding roller, the copper side, open towards the cylinder, changes to the opposite one. After the wire leaves the second welding roller, it is cut and disposed of.
Сварочная станция, содержащая пару сварочных роликов, один из которых обычно является приводным, может также содержать так называемый «зетовый профиль», направляющий цилиндр к сварочным роликам. Зетовый профиль выполнен с возможностью создания соответствующей конфигурации нахлестки краев цилиндра перед сварочными роликами. Цилиндры проталкивают вдоль зетового профиля в сварочную станцию либо посредством набора толкателей, встроенных в приводную цепь, либо механической толкающей системы. Калибратор расположен между концом зетового профиля и сварочными роликами и контролирует конечный диаметр цилиндра и, тем самым, величину нахлестки кромок цилиндра, когда цилиндр поступает на сварочные ролики. Калибратор обычно содержит набор роликов, например, семь, расположенных вокруг оси движения металлического цилиндра. Поверхности роликов совместно образуют кольцевой проход с центром на этой оси. Перемещая один или более роликов в радиальном направлении можно регулировать окружность прохода. Эту регулировку обычно осуществляют вручную.A welding station containing a pair of welding rollers, one of which is usually driven, may also contain a so-called "Z-profile", a guide cylinder to the welding rollers. The Z-profile is configured to create an appropriate overlapping configuration of the cylinder edges in front of the welding rollers. The cylinders are pushed along the Z profile into the welding station either by a set of pushers built into the drive chain or by a mechanical pushing system. The calibrator is located between the end of the Z-profile and the welding rollers and controls the final diameter of the cylinder and thus the amount of cylinder edge overlap as the cylinder enters the welding rollers. The calibrator usually contains a set of rollers, for example, seven, located around the axis of movement of the metal cylinder. The roller surfaces together form an annular passage centered on this axis. By moving one or more rollers in the radial direction, the circumference of the passage can be adjusted. This adjustment is usually carried out manually.
Поддержание удовлетворительного и неизменного качество сварного шва, без сомнения, является критически важным на любой производственной линии. Качество обычно связано с толщиной сварного шва; если сварной шов будет слишком тонким, высока вероятность разуплотнения и/или легкого повреждения изделий, а слишком большая толщина сварного шва приводит к неэффективному использованию материалов и, как следствие, росту издержек производства. Слишком тонкий сварной шов также может оказаться слишком хрупким или имеющим иные дефекты. С другой стороны, слишком толстый сварной шов может стать причиной склонности цилиндра к разуплотнению.Maintaining a satisfactory and consistent weld quality is without a doubt critical on any production line. Quality is usually related to the thickness of the weld; if the weld is too thin, there is a high possibility of loosening and/or easy damage to the products, and too thick a weld leads to inefficient use of materials and, as a result, an increase in production costs. A weld that is too thin can also be too brittle or have other defects. On the other hand, a weld that is too thick can cause the cylinder to decompress.
Толщина сварного шва связана с величиной нахлестки в цилиндрическом корпусе. Чем меньше нахлестка, тем меньше толщина сварного шва, при этом чем больше нахлестка, тем больше толщина сварного шва. Чем больше количество материала, поступающего на сварочные ролики, тем выше будет сопротивление и, как следствие, степень раздавливания (т.е. разность толщины материала до и после сварки), достигаемая с одинаковым током и приложенным усилием, будет меньше. Стандартная нахлестка может находиться в диапазоне от 0.4 мм до 0.5 мм. Полученный в результате сварной шов обычно будет приблизительно в 1.4 раза толще поступающего металлического листа.The thickness of the weld is related to the amount of overlap in the cylindrical body. The smaller the overlap, the smaller the thickness of the weld, while the greater the overlap, the greater the thickness of the weld. The greater the amount of material fed to the welding rollers, the higher the resistance will be and, as a result, the degree of crushing (i.e. the difference in material thickness before and after welding) achieved with the same current and applied force will be less. Standard overlap can be in the range of 0.4 mm to 0.5 mm. The resulting weld will typically be approximately 1.4 times the thickness of the incoming metal sheet.
Толщину сварного шва традиционно контролировали путем ручного и визуального контроля произведенных корпусов металлических банок. Можно выполнить регулировки для коррекции нахлестки и уровней выдавливания, однако пользователи без надлежащих навыков и четкого представления о процессе сварки зачастую осуществляют неправильные регулировки. В связи с этим процесс регулировки приобретает характер способа проб и ошибок. Более того, ручная регулировка часто приводит к простоям станка и, как следствие, потере производительности. При этом известен ряд способов управления процессом регулировки или содействия в процессе регулировки.The thickness of the weld has traditionally been controlled by manual and visual inspection of the produced metal can bodies. Adjustments can be made to correct overlaps and extrusion levels, but users without the proper skills and understanding of the welding process often make incorrect adjustments. In this regard, the adjustment process takes on the character of a trial and error method. Moreover, manual adjustment often leads to machine downtime and consequent loss of productivity. There are a number of ways to control the adjustment process or assist in the adjustment process.
В ЕР 0465038А1 раскрыт блок контроля сварного шва для контроля качества сварного шва на основе измерения напряжения на сварочных роликах или средней мощности, поглощенной каждым ядром сварной точки (мощности сварки). Результаты могут быть представлены оператору линии на графическом дисплее. Исходя из опыта, оператор может регулировать калибратор для достижения желаемого качества сварного шва. В число других публикаций, относящихся к данной области техники, входят:EP 0 465 038 A1 discloses a weld inspection unit for monitoring the quality of a weld based on measuring the voltage on the welding rollers or the average power absorbed by each spot weld (welding power). The results can be presented to the line operator on a graphical display. Based on experience, the operator can adjust the calibrator to achieve the desired weld quality. Other publications related to this technical field include:
US 4376884 A, в котором раскрыто устройство изменения относительного потребления мощности в ходе процесса сварки; иUS 4376884 A, which discloses a device for changing the relative power consumption during the welding process; And
US 4449028 A, относящийся к электрической сварке, в частности - к выполнению продольных сварных швов цилиндрических корпусов металлических банок из трех деталей путем сварки сопротивлением переменного тока.US 4449028 A, relating to electric welding, in particular - to the implementation of longitudinal welds of cylindrical bodies of three-piece metal cans by welding with alternating current resistance.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства с возможностью агрегирования и обработки данных от систем, например, блока контроля сварного шва, настроек станка и исходных положений, и преобразования этих данных в корректирующие регулировки для калибратора, выполняемые автоматически для обеспечения желаемого качества сварного шва без ручного ввода или с минимальным ручным вводом. Как следствие, варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают возможность создания линий производства металлических банок с меньшим числом остановов для достижения определенного качества сварного шва.The aim of the present invention is to provide a method and apparatus capable of aggregating and processing data from systems such as a weld control unit, machine settings and home positions, and converting these data into corrective adjustments for the calibrator, performed automatically to ensure the desired quality of the weld without manual input or with minimal manual input. As a consequence, embodiments of the present invention allow metal can production lines to be designed with fewer shutdowns to achieve a certain weld quality.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено устройство управления сварочной станцией, применяемой для выполнения сварных швов, проходящих вдоль корпусов цилиндрических металлических банок, при этом сварочная станция содержит пару сварочных роликов и калибратор для создания желаемой нахлестки кромок цилиндра при сварке, при этом указанный калибратор выполнен с возможностью регулирования по меньшей мере по трем разным осям регулирования, при этом устройство содержит: блок контроля сварного шва, выполненный с возможностью контроля сварных швов и выдачи электрического сигнала, характеризующего толщину сварного шва в серии заранее определенных точек по длине шва; регулятор, выполненный с возможностью приема указанного электрического сигнала и реагирования на него путем генерирования одного или более управляющих электрических сигналов; множество регулирующих механизмов, выполненных с возможностью соединения с калибратором или образующих часть калибратора, при этом указанные регулирующие механизмы выполнены с возможностью приема управляющего электрического сигнала (сигналов) и реагирования на него путем регулирования калибратора относительно одной или более из указанных трех осей регулирования, для обеспечения желаемой нахлестки кромок цилиндра и/или желаемого качества сварного шва.According to the first aspect of the present invention, there is provided a device for controlling a welding station used to make welds along the bodies of cylindrical metal cans, while the welding station includes a pair of welding rollers and a calibrator for creating the desired overlap of the edges of the cylinder during welding, while the specified calibrator is configured to regulation along at least three different control axes, the device comprising: a weld control unit configured to control welds and issue an electrical signal characterizing the thickness of the weld in a series of predetermined points along the length of the weld; a controller configured to receive and respond to said electrical signal by generating one or more control electrical signals; a plurality of control mechanisms configured to be connected to or forming part of the calibrator, wherein said control mechanisms are configured to receive and respond to a control electrical signal(s) by adjusting the calibrator about one or more of said three control axes to provide the desired overlapping edges of the cylinder and / or the desired quality of the weld.
Сигнал, характеризующий толщину сварного шва, может быть производным от сигнала, характеризующего смещение оси вращения одного или обоих сварочных роликов. Сигнал, характеризующий толщину сварного шва, может содержать поправку на эксцентриситет сварочных роликов и/или изменения профиля расходной проволоки, расположенной между сварочными роликами и свариваемым цилиндром.The signal characterizing the thickness of the weld may be derived from the signal characterizing the displacement of the axis of rotation of one or both of the welding rollers. The signal characterizing the thickness of the weld may contain a correction for the eccentricity of the welding rollers and/or changes in the profile of the consumable wire located between the welding rollers and the cylinder to be welded.
Сигнал, характеризующий толщину сварного шва, может представлять собой сигнал, характеризующий среднюю или иным образом статистически выведенную толщину сварного шва в серии заранее определенных точек в последовательности сваренных корпусов металлических банок.The signal indicative of the thickness of the weld may be a signal indicative of the average or otherwise statistically derived thickness of the weld at a series of predetermined points in a sequence of welded can bodies.
Серия может содержать по меньшей мере четыре заранее определенные точки, опционально включающие в себя: передний конец цилиндра; середину длины шва; задний конец цилиндра; положение опрокидывания.The series may contain at least four predetermined points, optionally including: the front end of the cylinder; the middle of the seam length; rear end of the cylinder; tipping position.
Электрический сигнал может также характеризовать толщину сварного шва, усредненную по всей длине шва.The electrical signal may also represent the thickness of the weld, averaged over the entire length of the weld.
Регулятор может содержать систему принятия решений, выполненную с возможностью приема вводных данных, включающих в себя электрический сигнал и текущее положение одного или более регулирующих механизмов, и вычисления, в качестве выходного сигнала, необходимой регулировки одного или более регулирующих механизмов. Система принятия решений может быть выполнена с возможностью сравнения толщины сварного шва в каждой из серии заранее определенных точек с целевой толщиной сварного шва для этой точки, и, в случае отклонения в одной или более заранее определенных точках от целевой толщины сварного шва, вычисления необходимой регулировки для устранения отклонения.The controller may include a decision system configured to receive input, including an electrical signal and the current position of one or more control mechanisms, and calculate, as an output signal, the necessary adjustment of one or more control mechanisms. The decision system may be configured to compare the weld thickness at each of a series of predetermined points with the target weld thickness for that point, and if one or more predetermined points deviate from the target weld thickness, calculate the necessary adjustment to elimination of deviation.
Регулирующие механизмы могут быть выполнены с возможностью реагирования на управляющий сигнал (сигналы) для регулирования: радиального положения ролика калибратора относительно направления перемещения цилиндров сквозь сварочную станцию; продольного положения калибратора по оси регулирования, перпендикулярной линии, проходящей через центр каждого сварочного ролика; их комбинации.The control mechanisms may be configured to respond to a control signal(s) to control: the radial position of the calibrator roller relative to the direction of movement of the cylinders through the welding station; longitudinal position of the calibrator along the control axis perpendicular to the line passing through the center of each welding roller; their combinations.
Один из регулирующих механизмов может быть выполнен с возможностью реагирования на управляющий сигнал (сигналы) для регулирования вертикального положения калибратора по оси регулирования, параллельной линии, проходящей через центр каждого сварочного ролика.One of the control mechanisms may be configured to respond to a control signal(s) to control the vertical position of the calibrator along a control axis parallel to a line passing through the center of each welding roller.
Один из регулирующих механизмов может быть выполнен с возможностью регулирования радиального положения ролика калибратора с помощью системы взаимодействующей двойной резьбы, управляемой посредством мотора с энкодером и редуктора.One of the adjusting mechanisms may be configured to adjust the radial position of the calibrator roller by means of a cooperating double thread system controlled by an encoder motor and gearbox.
Регулятор может представлять собой регулятор замкнутого контура, например, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор.The controller may be a closed loop controller, such as a proportional-integral-derivative controller.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложена сварочная станция, содержащая устройство по раскрытому выше первому аспекту, благодаря чему станция включает в себя систему управления по замкнутому контуру для поддержания желаемого качества сварного шва.According to a second aspect of the present invention, there is provided a welding station comprising the apparatus of the first aspect disclosed above, whereby the station includes a closed loop control system to maintain a desired weld quality.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен способ управления сварочной станцией, применяемой для выполнения сварных швов, проходящих вдоль корпусов цилиндрических металлических банок, при этом сварочная станция содержит пару сварочных роликов и калибратор для создания желаемой нахлестки кромок цилиндра при сварке, при этом способ включает в себя этапы, на которых: контролируют сварные швы и выдают электрический сигнал, характеризующий толщину сварного шва в серии заранее определенных точек по длине шва; генерируют один или более управляющих электрических сигналов в качестве реакции на указанный электрический сигнал, характеризующий качество сварных швов; и выдают один или более управляющих электрических сигналов одному один или более из множества регулирующих механизмов, выполненных с возможностью регулирования калибратора относительно одной или более из трех осей регулирования, для создания желаемой нахлестки кромок цилиндра.According to a third aspect of the present invention, a method is provided for controlling a welding station used to make welds along the bodies of cylindrical metal cans, wherein the welding station comprises a pair of welding rollers and a calibrator to create the desired overlap of the edges of the cylinder during welding, the method including the steps , on which: control welds and give out an electrical signal characterizing the thickness of the weld in a series of predetermined points along the length of the weld; generate one or more control electrical signals in response to the specified electrical signal characterizing the quality of the welds; and providing one or more electrical control signals to one or more of a plurality of control mechanisms configured to adjust the calibrator about one or more of the three control axes to create the desired cylinder edge overlap.
Сигнал, характеризующий толщину сварного шва, может быть производным от сигнала, характеризующего смещение оси вращения одного или обоих сварочных роликов.The signal characterizing the thickness of the weld may be derived from the signal characterizing the displacement of the axis of rotation of one or both of the welding rollers.
Сигнал, характеризующий толщину сварного шва, может включать в себя поправку на эксцентриситет сварочных роликов и/или изменения профиля расходной проволоки, расположенной между сварочными роликами и свариваемым цилиндром.The signal characterizing the thickness of the weld may include a correction for the eccentricity of the welding rollers and/or changes in the profile of the consumable wire located between the welding rollers and the cylinder being welded.
Сигнал, характеризующий толщину сварного шва, может представлять собой сигнал, характеризующий среднюю или иным образом статистически выведенную толщину сварного шва в серии заранее определенных точек в последовательности сваренных корпусов металлических банок.The signal indicative of the thickness of the weld may be a signal indicative of the average or otherwise statistically derived thickness of the weld at a series of predetermined points in a sequence of welded can bodies.
Серия может содержать четыре заранее определенные точки, опционально включающие в себя: передний конец цилиндра; середину шва; задний конец цилиндра; положение опрокидывания.The series may contain four predefined points, optionally including: the front end of the cylinder; the middle of the seam; rear end of the cylinder; tipping position.
Электрический сигнал может также характеризовать толщину сварного шва, усредненную по всему шву.The electrical signal may also represent the thickness of the weld, averaged over the entire weld.
Этап, на котором генерируют один или более управляющих электрических сигналов, может включать в себя прием электрического сигнала и вводных данных, относящихся к положению одного или более регулирующих механизмов, и вычисление, в качестве выходного сигнала, необходимой регулировки одного или более регулирующих механизмов.The step of generating one or more electrical control signals may include receiving an electrical signal and inputs relating to the position of one or more control mechanisms, and calculating, as an output, the required adjustment of the one or more control mechanisms.
Этап, на котором генерируют один или более управляющих электрических сигналов, может включать в себя сравнение толщины сварного шва в каждой из серии заранее определенных точек с целевой толщиной сварного шва для этой точки и, в случае отклонения в одной или более заранее определенных точках от целевой толщины сварного шва, вычисление, в качестве выходного сигнала, необходимой регулировки для устранения отклонения.The step of generating one or more electrical control signals may include comparing the weld thickness at each of a series of predetermined points with a target weld thickness for that point and, if one or more predetermined points deviates from the target thickness weld, calculating, as an output signal, the necessary adjustment to eliminate the deviation.
Регулирующие механизмы могут быть выполнены с возможностью реагирования на управляющий сигнал (сигналы) для регулирования: радиального положения ролика калибратора относительно направления перемещения цилиндров сквозь сварочную станцию; продольного положения калибратора по оси регулирования, перпендикулярной линии, проходящей через центр каждого сварочного ролика; их комбинации.The control mechanisms may be configured to respond to a control signal(s) to control: the radial position of the calibrator roller relative to the direction of movement of the cylinders through the welding station; longitudinal position of the calibrator along the control axis perpendicular to the line passing through the center of each welding roller; their combinations.
Один из регулирующих механизмов может быть выполнен с возможностью реагирования на управляющий сигнал (сигналы) для регулирования вертикального положения калибратора по оси регулирования, параллельной линии, проходящей через центр каждого сварочного ролика.One of the control mechanisms may be configured to respond to a control signal(s) to control the vertical position of the calibrator along a control axis parallel to a line passing through the center of each welding roller.
Один из регулирующих механизмов выполнен с возможностью регулирования радиального положения ролика калибратора с помощью системы взаимодействующей двойной резьбы, управляемой посредством мотора с энкодером и редуктора.One of the control mechanisms is configured to adjust the radial position of the calibrator roller by means of an interacting double thread system controlled by an encoder motor and a gearbox.
Способ обеспечивает возможность управления толщиной сварного шва по замкнутому контуру.The method provides the ability to control the thickness of the weld in a closed loop.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Фиг. 1 схематически иллюстрирует сварочную станцию линии производства металлических банок;Fig. 1 schematically illustrates the welding station of a metal can production line;
Фиг. 2 изображает вид сбоку в аксонометрии компонентов сварочной станции на Фиг. 1, включая калибратор, но без сварочных роликов;Fig. 2 is a perspective side view of the components of the welding station in FIG. 1, including calibrator, but without welding rollers;
Фиг. 3 - вид спереди калибратора на Фиг. 2 с парой регулируемый роликов;Fig. 3 is a front view of the calibrator in FIG. 2 with a pair of adjustable rollers;
Фиг. 4 - вид в аксонометрии электромеханического приводного блока калибратора на Фиг. 3;Fig. 4 is a perspective view of the electromechanical drive unit of the calibrator in FIG. 3;
Фиг. 5 и 5а - виды сбоку в поперечном разрезе электромеханического приводного блока на Фиг. 4;Fig. 5 and 5a are side cross-sectional views of the electromechanical drive unit of FIG. 4;
Фиг. 6 - развернутый вид в аксонометрии калибратора и подузлов сварочной станции на Фиг. 1, с указанием трех осей сварочной станции;Fig. 6 is an exploded perspective view of the calibrator and subassemblies of the welding station of FIG. 1, indicating the three axes of the welding station;
Фиг. 7 иллюстрирует визуальное отображение качества сварного шва на графическом дисплее компьютера;Fig. 7 illustrates the visual display of weld quality on a computer graphic display;
Фиг. 8 иллюстрирует визуальное отображение замеров толщины сварного шва на графическом дисплее компьютера;Fig. 8 illustrates a visual display of weld thickness measurements on a computer graphic display;
Фиг. 9 иллюстрирует систему принятия решений сварочной станции;Fig. 9 illustrates the decision making system of the welding station;
Фиг. 10 иллюстрирует первый пример регулировки толщины сварного шва;Fig. 10 illustrates a first example of weld thickness adjustment;
Фиг. 11 иллюстрирует второй пример регулировки толщины сварного шва;Fig. 11 illustrates a second example of weld thickness adjustment;
Фиг. 12 иллюстрирует третий пример регулировки толщины сварного шва;Fig. 12 illustrates a third example of weld thickness adjustment;
Фиг. 13 иллюстрирует четвертый пример регулировки толщины сварного шва;Fig. 13 illustrates a fourth example of weld thickness adjustment;
Фиг. 14 - блок-схема способа управления сварочной станцией на Фиг. 1.Fig. 14 is a flowchart of the control method of the welding station of FIG. 1.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Целью вариантов осуществления настоящего изобретения является обеспечение регулирования по замкнутому контуру калибратора сварочной станции для автоматического поддержания удовлетворительной толщины сварного шва и/или качества сварного шва цилиндрического корпуса металлической банки. Фиг. 1 схематически иллюстрирует сварочную станцию, в которой реализовано такое управление по замкнутому контуру. Станция содержит зетовый профиль 1, вдоль которого транспортируют скручиваемый металлический цилиндр 2 в сторону пары встречных сварочных роликов 3а, 3b. Как раскрыто выше, зетовый профиль предназначен для создания по существу правильной конфигурации нахлестки противоположных кромок цилиндра к моменту покидания цилиндром конца зетового профиля. Калибратор 4 расположен между концом зетового профиля и сварочными роликами. Калибратор 4 предназначен для регулирования нахлестки кромок цилиндра путем выполнения небольших регулировок окружности цилиндра 2. Для упрощения, несколько компонентов сварочной станции на чертежах не показаны.It is an object of the embodiments of the present invention to provide closed loop control of a welding station calibrator to automatically maintain a satisfactory weld thickness and/or weld quality of a cylindrical metal can body. Fig. 1 schematically illustrates a welding station in which such closed loop control is implemented. The station contains a Z profile 1, along which a twisted metal cylinder 2 is transported towards a pair of counter welding rollers 3a, 3b. As disclosed above, the Z profile is designed to create a substantially correct overlapping configuration of the opposite edges of the cylinder by the time the cylinder leaves the end of the Z profile. Calibrator 4 is located between the end of the Z profile and the welding rollers. Calibrator 4 is designed to control cylinder overlap by making small adjustments to the circumference of cylinder 2. For simplicity, several components of the welding station are not shown in the drawings.
Фиг. 2 и 3 более детально изображают калибратор 4 с предкалибровочным инструментом 6, отсутствующим на Фиг. 1, но способствующим направлению металлического цилиндра в сторону калибратора 4 и сварочных роликов 3а, 3b. Вид калибратора спереди (Фиг. 3) наилучшим образом демонстрирует то, что калибратор содержит набор из семи роликов 7а-g, закрепленных в раме 8 (при этом калибратор может содержать меньше или больше роликов, чем на Фиг. 3) с возможностью распределения роликов вокруг оси движения металлического цилиндра. Каждый ролик установлен с возможностью свободного вращения вокруг оси, по существу тангенциальной окружности с центром на указанной оси. Поверхности роликов выполнены вогнутыми, за счет чего они совместно образуют в целом круговую поверхность, сквозь которую направляют металлический цилиндр.Fig. 2 and 3 show in more detail the calibrator 4 with the pre-calibration tool 6, not shown in FIG. 1, but facilitating the direction of the metal cylinder towards the calibrator 4 and the welding rollers 3a, 3b. The front view of the calibrator (Fig. 3) best demonstrates that the calibrator contains a set of seven rollers 7a-g fixed in the frame 8 (the calibrator may contain fewer or more rollers than in Fig. 3) with the possibility of distributing the rollers around axis of motion of a metal cylinder. Each roller is mounted with the possibility of free rotation around an axis, essentially a tangential circle centered on the specified axis. The surfaces of the rollers are concave, whereby they together form a generally circular surface through which the metal cylinder is guided.
Пять роликов 7а-е в проиллюстрированной конфигурации выполнены схожими по размеру, а два верхних ролика 7f-g меньше по размеру для обеспечения возможности включения в конструкцию достаточного числа роликов. Ролики 7а, 7 с и 7е-g смонтированы в раме так, что их радиальное положение относительно центральной оси является фиксированным, при этом остальные два ролика 7b, 7d можно регулировать в этом направлении посредством соответствующих регулирующих механизмов, включающих в себя электромеханические приводные блоки, в целом обозначенные номерами позиций 9а, 9b.The five rollers 7a-e in the illustrated configuration are similar in size, while the top two rollers 7f-g are smaller in size to allow a sufficient number of rollers to be included in the design. The rollers 7a, 7c and 7e-g are mounted in the frame so that their radial position relative to the central axis is fixed, while the remaining two rollers 7b, 7d can be adjusted in this direction by means of appropriate control mechanisms, including electromechanical drive units, in generally indicated by item numbers 9a, 9b.
Каждый из приводных блоков 9а, 9b выполнен в целом Г-образным и содержит три основных компонента:Each of the drive units 9a, 9b is generally L-shaped and contains three main components:
(1) механическую систему 19, содержащую монтажный блок, винт и муфту с взаимодействующими резьбами для обеспечения необходимого диапазона регулировки с применением небольших пошаговых регулировок. Механическая система также устраняет необходимость наличия внешнего электронного тормоза и выполнена с возможностью податливой работы в условиях производства и непредвиденных нагрузок (т.е. повреждения корпусов металлических банок) без изменения своего положения.(1) a mechanical system 19 comprising a mounting block, a screw, and a coupling with interacting threads to provide the required range of adjustment using small incremental adjustments. The mechanical system also eliminates the need for an external electronic brake and is capable of being responsive to production conditions and unexpected loads (ie damage to metal can bodies) without changing its position.
(2) угловой редуктор 20, передающий колебание от вала мотора механической системе и снижающий его, при этом позволяющий свести к минимуму площадь, занимаемую системой в целом.(2) an angle gearbox 20, which transmits vibration from the motor shaft to the mechanical system and reduces it, while minimizing the area occupied by the system as a whole.
(3) систему 21, содержащую сервомотор с энкодером.(3) a system 21 containing a servomotor with an encoder.
Фиг. 4 и 5 более детально изображают один из в целом Г-образных приводных блоков 9b. Приводной блок 9b прикреплен к одному из роликов 7d калибратора 4. Следует понимать, что второй приводной блок 9а в целом идентичен изображенному здесь приводному блоку 9b.Fig. 4 and 5 show one of the generally L-shaped drive units 9b in more detail. The drive unit 9b is attached to one of the rollers 7d of the calibrator 4. It should be understood that the second drive unit 9a is generally identical to the drive unit 9b depicted here.
Фиг. 4 иллюстрирует пример механической системы 19, редуктора 20 и системы 21 сервомотора с энкодером калибратора 9b, а Фиг. 5 представляет собой вид сбоку в поперечном разрезе того же примера. Фиг. 5а представляет собой увеличенный вид в разрезе механической системы 19, содержащей корпус 190 с внутренней резьбой, первый резьбовой винт 192, тарельчатую пружину 194, рифленые шайбы 196 и резьбовую муфту 198. Первый резьбовой винт 192 ввернут во внутреннюю резьбу корпуса 190, а резьбовая муфта 198 ввернута по меньшей мере частично во внутреннюю часть первого резьбового винта 192. Первый резьбовой винт 192 соединен с редуктором 20 и воздействует на резьбовую муфту 198 с возможностью регулирования калибровочного ролика 7d в направлении радиально внутрь или наружу, как раскрыто выше. В одном из вариантов осуществления первый резьбовой винт 192 и резьбовая муфта 198 имеют разные шаги.Fig. 4 illustrates an example of a mechanical system 19, a gearbox 20 and a servomotor system 21 with a calibrator encoder 9b, and FIG. 5 is a side cross-sectional view of the same example. Fig. 5a is an enlarged sectional view of a mechanical system 19 comprising a female body 190, a first threaded screw 192, a Belleville spring 194, knurled washers 196, and a threaded socket 198. The first threaded screw 192 is threaded into the internal threads of the body 190 and the threaded socket 198 is screwed at least partially into the interior of the first threaded screw 192. The first threaded screw 192 is connected to the gearbox 20 and acts on the threaded sleeve 198 to adjust the sizing roller 7d in a radially inward or outward direction, as discussed above. In one embodiment, the first threaded screw 192 and the threaded socket 198 have different pitches.
Схема с взаимодействующей двойной резьбой позволяет механической системе 19 совершать очень тонкие регулировки положения калибровочного ролика 7b, 7d. Более того, энкодер системы 21 сервомотора выдает информацию о положении, благодаря чему известно текущее положение калибровочных роликов 7b, 7d относительно положения по умолчанию или начального положения. Например, в случае непредвиденных нагрузок, происходит податливый возврат роликов 7b, 7b в их исходное положение под действием тарельчатой пружины 194 (т.е. тарельчатая пружина 194 обеспечивает податливость при перегрузке), при этом устраняющие люфт рифленые шайбы 196 удерживают резьбы резьбового винта 192 и резьбовой муфты 198 впритык друг к другу. В не показанном здесь дополнительном варианте осуществления податливость роликов 7b, 7d можно обеспечить за счет давления воздуха.The cooperating double thread arrangement allows the mechanical system 19 to make very fine adjustments to the position of the sizing roller 7b, 7d. Moreover, the encoder of the servo motor system 21 outputs position information, whereby the current position of the calibration rollers 7b, 7d relative to the default position or home position is known. For example, in the event of unforeseen loads, the rollers 7b, 7b pliantly return to their original position under the action of the Belleville spring 194 (i.e., the Belleville spring 194 provides compliance when overloaded), while the backlash-eliminating knurled washers 196 hold the threads of the threaded screw 192 and threaded coupling 198 butt to each other. In an additional embodiment not shown here, the compliance of the rollers 7b, 7d can be provided by air pressure.
Благодаря применению вышеуказанных трех компонентов 19, 20, 21, каждый из Г-образных приводных блоков 9а, 9b выполнен с возможностью перемещения конкретных роликов 7b и 7d калибратора 4 внутрь и наружу относительно продольной оси цилиндра 2, и, тем самым, регулирования величины нахлестки кромок цилиндра.Through the use of the above three components 19, 20, 21, each of the L-shaped drive units 9a, 9b is configured to move specific rollers 7b and 7d of the calibrator 4 in and out relative to the longitudinal axis of the cylinder 2, and thereby adjust the amount of edge overlap cylinder.
При этом сварочная станция также может быть выполнена с возможностью регулирования продольного или вертикального положения калибратора 4. Данную регулировку выполняют относительно центровой линии (ЦЛ), проходящей через сварочные ролики, как показано на Фиг. 1.In this case, the welding station can also be configured to adjust the longitudinal or vertical position of the calibrator 4. This adjustment is performed relative to the center line (CL) passing through the welding rollers, as shown in FIG. 1.
На Фиг. 6 показано, что дополнительные регулирующие механизмы, включающие в себя продольный подузел 24 и вертикальный подузел 25, расположены в пределах сварочной станции с возможностью регулирования соответственно продольного и вертикального положения калибратора 4 относительно центровой линии (ЦЛ) (на Фиг. 1) сварочных роликов 3а, 3b. Вернемся к Фиг. 1: калибратор 4 выполнен с возможностью перемещения в сторону механизма 16 или от механизма 16, содержащего наружный (верхний) и внутренний (нижний) сварочные ролики 3а, 3b, и/или изменения его положения по вертикали относительно продольной оси сварочной станции.On FIG. 6 shows that additional control mechanisms, including a longitudinal sub-assembly 24 and a vertical sub-assembly 25, are located within the welding station with the possibility of adjusting the longitudinal and vertical position of the calibrator 4, respectively, relative to the center line (CL) (in Fig. 1) of the welding rollers 3a, 3b. Let's return to Fig. 1: the calibrator 4 is configured to move towards the mechanism 16 or away from the mechanism 16, containing the outer (upper) and inner (lower) welding rollers 3a, 3b, and/or change its vertical position relative to the longitudinal axis of the welding station.
В одном примере и вертикальный подузел 25, и продольный подузел 24 может содержать сервомотор и редуктор (не показано), при этом продольный подузел 24 может дополнительно содержать один или более пневматических цилиндров 28. Несмотря на то, что на виде с пространственным разделением на Фиг. 6 они изображены по отдельности, и вертикальный подузел 25, и продольный подузел 24 соединены с одной и той же кареткой 27. Каретка 27 смонтирована на калибраторе 4 (т.е. соединена с ним) или формирует часть калибратора 4. Таким образом, вертикальный подузел 25 и продольный подузел 24 функционально выполнены с возможностью перемещения каретки 27 продольно или вертикально относительно центровой линии (ЦЛ) сварочных роликов 3а, 3b.In one example, both the vertical subassembly 25 and the longitudinal subassembly 24 may comprise a servomotor and gear (not shown), while the longitudinal subassembly 24 may further comprise one or more pneumatic cylinders 28. Although in the exploded view of FIG. 6 they are shown separately, and the vertical sub-assembly 25 and the longitudinal sub-assembly 24 are connected to the same carriage 27. The carriage 27 is mounted on the calibrator 4 (i.e. connected to it) or forms part of the calibrator 4. Thus, the vertical sub-assembly 25 and the longitudinal subassembly 24 are functionally configured to move the carriage 27 longitudinally or vertically relative to the center line (CL) of the welding rollers 3a, 3b.
В альтернативном варианте осуществления вертикальный подузел 25 может включать в себя ортогональный редуктор для уменьшения занимаемой сварочной станцией площади.In an alternative embodiment, the vertical subassembly 25 may include an orthogonal gearbox to reduce the footprint of the welding station.
Из Фиг. 6 будет понятно, что калибратор 4 можно регулировать по трем разным осям регулирования следующим образом:From FIG. 6 it will be clear that the calibrator 4 can be adjusted in three different control axes as follows:
по оси 1 в отношении диаметра калибратора или инструмента 4 (т.е. диаметра окружности, образованной калибровочными роликами 7a-7f);along axis 1 in relation to the diameter of the calibrator or tool 4 (ie the diameter of the circle formed by the calibration rollers 7a-7f);
по оси 2 в отношении продольного положения калибратора (т.е. положения, ортогонального центровой линии (ЦЛ), проходящей через сварочные ролики 3а, 3b на Фиг. 1);along axis 2 with respect to the longitudinal position of the calibrator (ie, a position orthogonal to the center line (CL) passing through the welding rollers 3a, 3b in Fig. 1);
и по оси 3 в отношении вертикального положения калибратора 4 (т.е. положения, параллельного центровой линии (ЦЛ) сварочных роликов 3а, 3b).and along the axis 3 with respect to the vertical position of the calibrator 4 (ie the position parallel to the center line (CL) of the welding rollers 3a, 3b).
Результаты регулировки калибратора 4 по одной один или более из указанных трех осей регулирования будут подробнее раскрыты ниже.The results of adjusting the calibrator 4 along one or more of these three control axes will be discussed in more detail below.
Калибратор 4 регулируют посредством управляющих сигналов, генерируемых регулятором 12. На Фиг. 1 и 2 каждый приводной блок 9а, 9b выполнен с входом 10а, 10b для приема управляющего сигнала 11 от регулятора 12. Аналогичным образом, и продольный подузел 24, и вертикальный подузел 25 выполнены с одним один или болееи входами (не показаны) для приема одного или более управляющих сигналов от регулятора 12. Регулятор 12 представляет собой компьютер, содержащий один или более процессоров и запоминающих устройств 13 для хранения данных и программного кода. Регулятор 12, в свою очередь, выполнен с входом 14 для приема электрического сигнала 5, характеризующего качество сварного шва, от блока 15 контроля сварного шва. В данном варианте осуществления сигнал, характеризующий качество сварного шва, представляет собой сигнал, характеризующий толщину сварного шва.Calibrator 4 is controlled by control signals generated by regulator 12. In FIG. 1 and 2, each drive unit 9a, 9b is configured with an input 10a, 10b for receiving a control signal 11 from the regulator 12. Similarly, both the longitudinal subassembly 24 and the vertical subassembly 25 are configured with one or more inputs (not shown) for receiving one or more control signals from the regulator 12. The regulator 12 is a computer containing one or more processors and storage devices 13 for storing data and program code. The regulator 12, in turn, is made with an input 14 for receiving an electrical signal 5, characterizing the quality of the weld, from the weld control unit 15. In this embodiment, the signal indicative of the quality of the weld is a signal indicative of the thickness of the weld.
Блок 15 контроля сварного шва соединен с механизмом 16, содержащим наружный (верхний) и внутренний (нижний) сварочные ролики 3а, 3b. Наряду с толщиной сварного шва, блок контроля сварного шва контролирует показатель качества (ПК), раскрытый в ЕР 0465038 А1, несмотря на то, что данный параметр не используется в раскрытой в настоящем документе системе управления с обратной связью. Данные, генерируемые блоком 15 контроля сварного шва, также поступают на графический дисплей 17 компьютера, как проиллюстрировано на Фиг. 7, где верхняя кривая представляет толщину сварного шва, а нижняя кривая - мощность сварки (ось y), и та, и другая - по длине цилиндра (ось x). Горизонтальные линии 22 представляют технологическое окно, а вертикальные линии 23 представляют передний конец (ПК) (справа) и задний конец (3К) (слева) цилиндра 2 на Фиг. 1. Иллюстрируемые кривые соответствуют средней толщине нескольких следующих друг за другом корпусов металлических банок, при этом провалы на каждом конце соответствуют переднему и заднему краю (средних) корпусов металлических банок.The weld control unit 15 is connected to a mechanism 16 containing an outer (upper) and an inner (lower) welding rollers 3a, 3b. Along with the thickness of the weld, the weld control unit monitors the quality index (QI) disclosed in EP 0465038 A1, despite the fact that this parameter is not used in the feedback control system disclosed herein. The data generated by the weld inspection unit 15 is also fed to the computer graphic display 17, as illustrated in FIG. 7, where the upper curve represents the thickness of the weld and the lower curve represents the welding power (y-axis), both along the length of the cylinder (x-axis). The horizontal lines 22 represent the process window and the vertical lines 23 represent the front end (PC) (right) and rear end (3K) (left) of cylinder 2 in FIG. 1. The illustrated curves correspond to the average thickness of several successive can bodies, with the dips at each end corresponding to the leading and trailing edge of the (middle) can bodies.
Кроме того, в пределах механизма 16, содержащего сварочные ролики 3а, 3b, положение внутреннего сварочного ролика 3b является фиксированным относительно оси вращения, а наружный сварочный ролик 3а подпружинен, благодаря чему возможно его перемещение относительно оси вращения. Таким образом, наружный сварочный ролик 3а выполнен с возможностью перемещения вверх и вниз относительно свариваемого корпуса металлической банки (Примечание: пружина прилагает относительно большое направленное вниз усилие к наружному сварочному ролику 3а, прижимая его к корпусу металлической банки). Механизм 16 также содержит линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор (ЛРДТ), выполненный с возможностью определения перемещения наружного сварочного ролика в сторону корпуса металлической банки и от него, т.е. определения положения наружного сварочного ролика 3а. ЛРДТ генерирует сигнал напряжения, выдаваемый в блок контроля сварного шва в составе сигнала 18.In addition, within the mechanism 16 comprising the welding rollers 3a, 3b, the position of the inner welding roller 3b is fixed relative to the rotation axis, and the outer welding roller 3a is spring-loaded so that it can be moved relative to the rotation axis. Thus, the outer sealing roller 3a is movable up and down relative to the metal can body to be welded (Note: the spring exerts a relatively large downward force on the outer welding roller 3a to press it against the metal can body). Mechanism 16 also includes a linear variable differential transformer (LVDT) configured to sense the movement of the outer sealing roller towards and away from the body of the metal can, i.e. determining the position of the outer welding roller 3a. The LVDT generates a voltage signal output to the weld control unit as part of signal 18.
Сигнал напряжения, выдаваемый ЛРДТ, сам по себе может не быть достаточен для определения точного замера толщины сварного шва из-за возникновения в этом сигнале погрешности, вызванной: а) эксцентриситетами наружного сварочного ролика (т.е. сварочный ролик не будет абсолютно круглым) и b) изменениями профиля медной проволоки, проходящей между сварочными роликами и корпусом металлической банки. Поэтому механизм 16 содержит несколько датчиков (не показаны на чертежах) для определения эксцентриситета сварочного ролика и изменений профиля медной проволоки. Данные от датчиков передают в блок 15 контроля сварного шва в сигнале 18. Алгоритм, применяемый блоком контроля сварного шва, вычисляет данные об эксцентриситете и профиле проволоки на основе выходного сигнала ЛРДТ (с соответствующим масштабированием и/или иной поправкой) для получения скорректированного сигнала ЛРДТ. Данный сигнал, усредненный по серии следующих друг за другом корпусов металлических банок (например, от 6 до 50), является тем, что визуально отображает верхняя кривая на графическом дисплее 17 компьютера.The voltage signal produced by the LVDT by itself may not be sufficient to determine an accurate measurement of the thickness of the weld due to the occurrence of an error in this signal caused by: a) eccentricities of the outer welding wheel (i.e. the welding wheel will not be perfectly round) and b) changes in the profile of the copper wire passing between the welding rollers and the body of the metal can. Therefore, the mechanism 16 contains several sensors (not shown in the drawings) to determine the eccentricity of the welding roller and changes in the profile of the copper wire. The data from the sensors is transmitted to the weld control unit 15 in signal 18. The algorithm used by the weld control unit calculates the eccentricity and wire profile data based on the LVDT output signal (with appropriate scaling and/or other correction) to obtain a corrected LVDT signal. This signal, averaged over a series of successive metal can bodies (eg 6 to 50), is what the upper curve visualizes on the graphic display 17 of the computer.
На Фиг. 8 показано, что кривую толщины сварного шва, визуально отображаемую на графическом дисплее 17 компьютера, анализируют на основе серии разных замеров. В одном из вариантов осуществления число замеров составляет пять, в том числе:On FIG. 8 shows that the weld thickness curve visually displayed on the computer graphic display 17 is analyzed based on a series of different measurements. In one embodiment, the number of measurements is five, including:
1. Толщина сварного шва у переднего конца (т.е. в области на правой/передней стороне) цилиндра, как представлено на Фиг. 7 линией 23;1. The thickness of the weld at the front end (ie, in the area on the right/front side) of the cylinder, as shown in FIG. 7 line 23;
2. Толщина сварного шва в середине цилиндра, т.е. приблизительно на полпути вдоль сварного шва;2. The thickness of the weld in the middle of the cylinder, i.e. approximately halfway along the weld;
3. Толщина сварного шва у заднего конца (т.е. в области на левой стороне) цилиндра, как представлено на Фиг. 7 линией 23;3. The thickness of the weld at the rear end (ie, in the area on the left side) of the cylinder, as shown in FIG. 7 line 23;
4. Толщина сварного шва в «положении опрокидывания» (т.е. точке между задним концом и точкой приблизительно в 17 мм от заднего края, например, от 12 мм до 20 мм назад от заднего края); и4. The thickness of the weld at the "tip position" (i.e. the point between the rear end and a point approximately 17 mm from the rear edge, eg 12 mm to 20 mm back from the rear edge); And
5. Общее среднее значение (т.е. средняя толщина сварного шва по всей длине сварного шва).5. Overall average value (i.e. the average thickness of the weld over the entire length of the weld).
В одном неограничивающем примере задний край цилиндра можно считать находящимся в точке, соответствующей 0% (нулю процентов) общей длины цилиндра, а передний край цилиндра - в точке, соответствующей 100% общей длины цилиндра. Передний край цилиндра можно определить как часть цилиндра, первой поступающую на сварочные ролики. Замер в положении опрокидывания у заднего конца (пункт 4 выше) можно осуществлять в точке, соответствующей, например, от 2.5% до 10% общей длины цилиндра; замер в области заднего конца можно осуществлять в точке, соответствующей, например, от 15% до 30% общей длины цилиндра; замер в серединной точке можно осуществлять в точке, соответствующей, например, от 40% до 60% общей длины цилиндра; замер в области переднего конца можно осуществлять в точке, соответствующей, например, от 70% до 97.5% общей длины цилиндра.In one non-limiting example, the rear end of the cylinder can be considered to be at 0% (zero percent) of the total length of the cylinder, and the front end of the cylinder at the point corresponding to 100% of the total length of the cylinder. The leading edge of the cylinder can be defined as the part of the cylinder that first enters the welding rollers. Measurement in the tipping position at the rear end (item 4 above) can be taken at a point corresponding to, for example, 2.5% to 10% of the total length of the cylinder; measurement in the area of the rear end can be carried out at a point corresponding, for example, from 15% to 30% of the total length of the cylinder; measurement at the midpoint can be carried out at a point corresponding, for example, from 40% to 60% of the total length of the cylinder; measurement in the area of the front end can be carried out at a point corresponding, for example, from 70% to 97.5% of the total length of the cylinder.
Вышеуказанные пять замеров представляют скользящие средние за серию (например, от 7 до 10) цилиндров. Толщину сварного шва в этих четырех заранее определенных точках или областях на кривой, плюс общее среднее значение толщины сварного шва, сравнивают с целевой толщиной сварного шва (показанной на Фиг. 8 горизонтальной пунктирной линией Т) для конкретного случая применения, где:The above five measurements represent moving averages over a series (eg 7 to 10) of cylinders. The weld thickness at these four predetermined points or areas on the curve, plus the overall average weld thickness, is compared to the target weld thickness (shown in FIG. 8 by the horizontal dotted line T) for the particular application, where:
Толщина листа под сварочным давлением (которую можно измерять для конкретного листового материала во время ввода сварочной станции в эксплуатацию) применяют вместо входной толщины листа. Анализ кривой толщины сварного шва в пяти замерных точках включат в себя допуск +/- 15 мкм от целевой толщины сварного шва. Данный допуск представлен линиями верхнего предела и нижнего предела на Фиг. 8.The plate thickness under welding pressure (which can be measured for a particular plate material during commissioning of the welding station) is used instead of the input plate thickness. Analysis of the weld thickness curve at five measurement points will include a tolerance of +/- 15 µm from the target weld thickness. This tolerance is represented by the upper limit and lower limit lines in FIG. 8.
При вычислении целевой толщины сварного шва, способ управления с обратной связью, применяемый регулятором 12, учитывает толщину листа, сварочное давление, диапазон сварного шва (разность между горячим и холодным сварным швом), желаемую нахлестку и желаемое раздавливание материала (т.е. разность толщины материала до и после сварки). Регулятор 12 сохраняет целевую толщину сварного шва в одной из вышеуказанных четырех заданных точках шва, т.е. у переднего конца, в середине, у заднего конца и в положении опрокидывания, вместе с целевым общим средним значением толщины сварного шва. Следует понимать, что толщина сварного шва может изменяться по длине сварного шва из-за сужения нахлестки вдоль корпуса металлической банки (значение которого может быть нулевым или ненулевым).When calculating the target weld thickness, the feedback control method applied by the controller 12 takes into account the plate thickness, welding pressure, weld range (difference between hot and cold weld), desired overlap, and desired material crush (i.e., thickness difference). material before and after welding). The controller 12 maintains the target weld thickness at one of the above four preset weld points, i. e. at the leading end, in the middle, at the trailing end, and in the tipping position, together with the target overall average weld thickness. It should be understood that the thickness of the weld may vary along the length of the weld due to the narrowing of the overlap along the body of the metal can (which may be zero or non-zero).
Регулятор 12 выполнен с возможностью сравнения сохраненных целевых данных и данных, принятых от блока 15 контроля сварного шва, о толщине сварного шва в вышеуказанных четырех точках, плюс общее среднее значение. Далее полученное значение разности обрабатывают для генерирования управляющего сигнала (сигналов) для управления регулирующими механизмами сварочной станции, т.е. электромеханическими приводными блоками 9а, 9b калибратора 4, продольным подузлом 24 и вертикальным подузлом 25 в случае необходимости. Таким образом, регулятор 12 может функционировать как пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор.The controller 12 is configured to compare the stored target data and the data received from the weld inspection unit 15 on the thickness of the weld at the above four points, plus an overall average value. Next, the resulting difference value is processed to generate a control signal (s) for controlling the regulating mechanisms of the welding station, i.e. electromechanical drive units 9a, 9b of the calibrator 4, the longitudinal sub-assembly 24 and the vertical sub-assembly 25, if necessary. Thus, controller 12 can function as a proportional-integral-derivative (PID) controller.
Генерирование управляющих сигналов для вышеуказанных регулирующих механизмов 9а, 9b, 24, 25 регулятором 12 раскрыто в примере системы 26 принятия решений на Фиг. 9. Система 26 принятия решений регулятора 12 принимает следующие вводные данные:The generation of control signals for the above control mechanisms 9a, 9b, 24, 25 by the regulator 12 is disclosed in the example of the decision system 26 in FIG. 9. The decision system 26 of the controller 12 receives the following inputs:
- вышеуказанные пять замеров толщины сварного шва (т.е. у переднего конца, в середине, у заднего конца, в положении опрокидывания и общее среднее значение); эти вводные данные поступают от блока 15 контроля сварного шва, будучи усредненными по указанной серии, при этом общее среднее значение вычисляет регулятор 12;- the above five weld thickness measurements (i.e. at the front end, in the middle, at the rear end, in the tipping position and the overall average value); these inputs come from the weld inspection unit 15, being averaged over the specified series, the overall average being calculated by the controller 12;
целевую толщину сварного шва для конкретного случая применения, вычисленную, как раскрыто выше, включая допуски (т.е. верхний и нижний пределы);target weld thickness for a particular application, calculated as disclosed above, including tolerances (ie, upper and lower limits);
текущий и исходный диаметр инструмента, т.е. диаметр калибратора 4, зависящие от текущего положения регулируемых роликов 7b, 7d и их соответствующих «исходных» положений (положений роликов 7b, 7d по умолчанию до регулировки электромеханическими приводными блоками 9а, 9b калибратора 4);current and initial tool diameter, i.e. the diameter of the calibrator 4, depending on the current position of the adjustable rollers 7b, 7d and their respective "initial" positions (the default positions of the rollers 7b, 7d before adjustment by the electromechanical drive units 9a, 9b of the calibrator 4);
- текущее и исходное продольное положение инструмента, т.е. текущее положение калибратора 4 по продольной оси сварочной станции и «исходное» положение калибратора 4 по умолчанию до регулировки продольным подузлом 24;- current and initial longitudinal position of the tool, i.e. the current position of the calibrator 4 along the longitudinal axis of the welding station and the "initial" position of the calibrator 4 by default before adjustment by the longitudinal subassembly 24;
- текущее и исходное вертикальное положение инструмента, т.е. текущее положение калибратора 4 по вертикальной оси сварочной станции и «исходное» положение калибратора 4 по умолчанию до регулировки вертикальным подузлом 25;- current and initial vertical position of the tool, i.e. the current position of the calibrator 4 along the vertical axis of the welding station and the "initial" position of the calibrator 4 by default before adjustment by the vertical subassembly 25;
- опционально - иные настройки станка, в число которых может входить, например, ширина плющеной медной проволоки.- optionally - other machine settings, which may include, for example, the width of the flattened copper wire.
Вернемся к Фиг. 6: диаметр инструмента (т.е. калибратора 4), продольное положение инструмента и вертикальное положение инструмента, кратко охарактеризованных выше, можно рассматривать как представляющие три оси регулирования сварочной станции - ось 1, ось 2 и ось 3 соответственно.Let's return to Fig. 6: The diameter of the tool (i.e. gauge 4), the longitudinal position of the tool and the vertical position of the tool, briefly described above, can be considered as representing the three control axes of the welding station - axis 1, axis 2 and axis 3 respectively.
Система 26 принятия решений, исходя из одних или более из вышеуказанных вводных данных, генерирует выходной сигнал, как показано на Фиг. 9. Выходной сигнал содержит поправку к толщине сварного шва, необходимую для регулирования текущей толщины сварного шва в одной или более из четырех замерных точек и/или общего среднего значения толщины сварного шва в соответствии с целевой толщиной сварного шва для соответствующего замера, с учетом верхнего и нижнего пределов. В одном из вариантов осуществления поправку к толщине сварного шва вычисляют посредством одного или более алгоритмов. Поправку к толщине сварного шва, в виде выходного сигнала системы 26 принятия решений, применяет регулятор 12 путем генерирования управляющих сигналов для одного или более электромеханических приводных блоков 9а, 9b калибратора 4 и продольного подузла 24.The decision system 26, based on one or more of the above inputs, generates an output signal as shown in FIG. 9. The output contains the weld thickness correction needed to adjust the current weld thickness at one or more of the four measurement points and/or the overall average weld thickness to match the target weld thickness for the respective measurement, taking into account the top and lower limits. In one embodiment, the weld thickness correction is calculated by one or more algorithms. The correction for the thickness of the weld, as an output signal of the decision system 26, is applied by the regulator 12 by generating control signals for one or more electromechanical drive units 9a, 9b of the calibrator 4 and the longitudinal subassembly 24.
Выходной сигнал системы 26 принятия решений, может, в качестве альтернативы или дополнительно, включать в себя поправку на дисбаланс выдавливания, применяемую регулятором 12 путем генерирования управляющих сигналов для вертикального подузла 25. Причиной дисбаланса выдавливания могут быть различия в свойствах (неодинаковость свойств) входящего металлического листа. Если входящий цилиндр точно совмещен со сварочными роликами 3а, 3b, то площадь соприкосновения между цилиндром и наружным сварочным роликом 3а и площадь соприкосновения между цилиндром и внутренним сварочным роликом 3b по существу одинаковы. Поэтому выдавливание наружной и внутренней поверхностей цилиндра будет по существу одинаковым. Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления зона соприкосновения наружного сварочного ролика 3а с цилиндром будет больше, что обусловлено его размером. Перемещение калибратора 4 вверх относительно сварочных роликов 3а, 3b приводит к большему выдавливанию металлического листа на внутренней поверхности цилиндра, а перемещение калибратора 4 вниз относительно сварочных роликов 3а, 3b - к большему выдавливанию металлического листа на наружной поверхности цилиндра. За счет регулировки калибратора 4 по оси 3 регулировки, как раскрыто выше, можно восстановить баланс выдавливания наружной и внутренней поверхностей цилиндра в случае возникновения дисбаланса.The output of decision system 26 may alternatively or additionally include an extrusion imbalance correction applied by controller 12 by generating control signals for vertical subassembly 25. Extrusion imbalance may be caused by differences in properties (property disparity) of the incoming metal sheet. . If the incoming cylinder is exactly aligned with the welding rollers 3a, 3b, then the contact area between the cylinder and the outer welding roller 3a and the contact area between the cylinder and the inner welding roller 3b are substantially the same. Therefore, the extrusion of the outer and inner surfaces of the cylinder will be essentially the same. It should be understood that in some embodiments, the contact area of the outer welding roller 3a with the cylinder will be larger due to its size. Moving the calibrator 4 upward relative to the welding rollers 3a, 3b leads to a greater extrusion of the metal sheet on the inner surface of the cylinder, and moving the calibrator 4 downward relative to the welding rollers 3a, 3b leads to a greater extrusion of the metal sheet on the outer surface of the cylinder. By adjusting the calibrator 4 along the adjustment axis 3 as described above, it is possible to rebalance the extrusion of the outer and inner surfaces of the cylinder in the event of an imbalance.
Фиг. 10-13 иллюстрируют примеры регулировок по одной один или более из трех осей 1, 2, 3 регулирования (на Фиг. 6), которые могут быть реализованы регулятором 12 на основе выходного сигнала (сигналов) системы 26 принятия решений.Fig. 10-13 illustrate examples of adjustments along one or more of the three control axes 1, 2, 3 (in FIG. 6) that can be implemented by the controller 12 based on the output signal(s) of the decision system 26.
Регулировка по оси 1 (т.е. диаметра калибратора 4) влияет на толщину сварного шва и у переднего конца, и у заднего конца сварного шва. При этом влияние у заднего конца будет больше и, с учетом этого, можно предположить, что регулировка диаметра инструмента повлияет только на задний конец, т.е. влияние у переднего конца будет пренебрежимо малым. Аналогичным образом, регулировка по оси 2 (т.е. продольного положения калибратора 4) влияет на толщину сварного шва и у переднего конца, и у заднего конца. При этом, в данном случае, наибольшее влияние будет оказано у переднего конца, в связи с чем можно предположить, что регулировка продольного положения инструмента повлияет только на передний конец, т.е. влияние у заднего конца будет пренебрежимо малым.Adjustment in axis 1 (i.e. gauge diameter 4) affects the thickness of the weld both at the front end and at the back end of the weld. In this case, the influence at the rear end will be greater and, taking this into account, it can be assumed that the adjustment of the tool diameter will only affect the rear end, i.e. the influence at the front end will be negligible. Similarly, adjustment along axis 2 (ie, the longitudinal position of the calibrator 4) affects the thickness of the weld at both the front end and the rear end. In this case, in this case, the greatest influence will be at the front end, and therefore it can be assumed that the adjustment of the longitudinal position of the tool will affect only the front end, i.e. the influence at the rear end will be negligible.
Иными словами, в примерах на Фиг. 10-13 можно предположить, что регулировка по оси 1 управляет задним концом и положением опрокидывания, а по оси 2 - передним концом. Данное предположение ведет к применению системы простого булева управления.In other words, in the examples in FIG. 10-13, it can be assumed that axis 1 controls the rear end and tipping position, and axis 2 controls the front end. This assumption leads to the use of a simple Boolean control system.
Следует понимать, что определять необходимые регулировки можно, в качестве альтернативы или дополнительно, путем применения нечеткого логического регулятора с встроенным ПИД- или подобным регулятором (не показан). Нечеткий логический регулятор позволяет применять функции принадлежности, обеспечивающие степень принадлежности от 0 до 1, а не только 0 или 1, с возможностью, например, регулировки на 0.85 (85%) по одной оси и на 0.15 (15%) по другой оси.It should be understood that the necessary adjustments can be determined alternatively or additionally by using a fuzzy logic controller with a built-in PID or similar controller (not shown). The Fuzzy Logic Controller allows for membership functions that provide a degree of membership from 0 to 1, not just 0 or 1, with the ability, for example, to adjust by 0.85 (85%) on one axis and by 0.15 (15%) on the other axis.
В примерах на Фиг. 10-13 необходимую регулировку определяют следующим образом.In the examples in Fig. 10-13, the necessary adjustment is determined as follows.
Если будет определено, что толщина сварного шва и у переднего конца, и у заднего конца не выходит за пределы допуска для конкретного случая применения, потребность в каких-либо регулировках отсутствует.If it can be determined that the thickness of the weld at both the front end and the back end is within the application tolerance, then no adjustments are needed.
Если толщина сварного шва и у переднего конца, и у заднего конца больше или меньше целевой для этой точки, осуществляют регулировку по оси 1 (т.е. регулируют диаметр калибратора 4).If the thickness of the weld at both the front end and the rear end is greater or less than the target for that point, adjust along axis 1 (ie, adjust the diameter of the calibrator 4).
Если выход за пределы допуска имеет место только у переднего конца, то регулировку осуществляют по оси 2 (т.е. регулируют продольное положение калибратора 4).If the out-of-tolerance occurs only at the front end, then the adjustment is carried out along axis 2 (i.e., adjust the longitudinal position of the calibrator 4).
Если выход за пределы допуска имеет место только у заднего конца, то регулировку осуществляют по оси 1.If the out-of-tolerance occurs only at the rear end, then the adjustment is carried out along axis 1.
Если выход за пределы допуска имеет место и у переднего конца, и у заднего конца, но в противоположных направлениях (т.е. в одном случае - выше верхнего предела допуска, а в другом - ниже нижнего предела допуска), то выполняют две регулировки - одну по оси 1, а другую - по оси 2. В данном случае, выполнение только одной регулировки, скорее всего, увеличит погрешность у другого конца. Например, если значение у заднего конца выше предела допуска, а у переднего конца - ниже предела допуска, то, в случае регулировки только по оси 1, значение у заднего конца станет ближе к целевому, при этом погрешность у переднего конца останется прежней или немного возрастет. Аналогичным образом, в случае регулировки только по оси 2, значение у переднего конца станет ближе к целевому, при этом погрешность у заднего конца останется прежней или немного возрастет.If out of tolerance occurs at both the front end and the rear end, but in opposite directions (i.e., in one case, above the upper tolerance limit, and in the other, below the lower tolerance limit), then two adjustments are made - one on Axis 1 and the other on Axis 2. In this case, making only one adjustment would likely increase the error at the other end. For example, if the value at the rear end is above the tolerance limit and the value at the front end is below the tolerance limit, then, in the case of adjustment only along axis 1, the value at the rear end will become closer to the target, while the error at the front end will remain the same or slightly increase . Similarly, if only axis 2 is adjusted, the value at the front end will get closer to the target, while the error at the rear end will remain the same or slightly increase.
Если выход за пределы допуска имеет место только в положении опрокидывания, то регулировку осуществляют по оси 1, в основном, потому, что диаметр калибратор 4 слишком мал.If the out-of-tolerance occurs only in the tilt position, then the adjustment is carried out along axis 1, mainly because the diameter of the calibrator 4 is too small.
Если выход за пределы допуска имеет место только в серединной точке, необходимо проверить прочие параметры инструмента.If the out-of-tolerance occurs only at the midpoint, the other tool parameters must be checked.
Следует понимать, что если у переднего конца, в середине, у заднего конца и в положении опрокидывания отсутствует выход за пределы допуска, то среднее значение по всей длине шва также будет в пределах допуска.It should be understood that if there is no out-of-tolerance at the front end, in the middle, at the rear end and in the tipping position, then the average value over the entire length of the seam will also be within the tolerance.
В примере на Фиг. 10 целевая толщина сварного шва составляет 200 мкм, при этом от блока 16 контроля сварного шва приняты и введены в систему 26 принятия решений следующие замеры фактической толщины сварного шва:In the example in FIG. 10, the target weld thickness is 200 µm, while the following measurements of the actual weld thickness are received from the weld control unit 16 and entered into the decision system 26:
1. Передний конец (1) - 180 мкм.1. Front end (1) - 180 microns.
2. Середина (2) - 180 мкм.2. Middle (2) - 180 microns.
3. Задний конец (3) - 180 мкм.3. Rear end (3) - 180 microns.
4. Положение опрокидывания (4) -180 мкм.4. Tilting position (4) -180 µm.
5. Общее среднее значение (5) - 180 мкм.5. Overall average value (5) - 180 µm.
Кроме того, текущие положения инструментов для калибратора 4 (ось 1), продольного подузла 24 (ось 2) и вертикального подузла 25 (ось 3) введены в систему 26 принятия решений как «исходные», т.е. положения по умолчанию.In addition, the current tool positions for the calibrator 4 (axis 1), the longitudinal subassembly 24 (axis 2) and the vertical subassembly 25 (axis 3) are entered into the decision system 26 as "home", i.e. default positions.
Исходя из вышеуказанных вводных данных, фактическая толщина сварного шва в замерных точках 1-4 и общее среднее значение слишком малы и выходят за пределы допуска, т.е. верхнего и нижнего пределов 215 мкм и 185 мкм соответственно. Чтобы привести фактическую толщину сварного шва в соответствие с целевой, т.е. устранить отклонение, диаметр инструмента (ось 1) необходимо уменьшить. Следует понимать, что уменьшение диаметра инструмента приводит к увеличению величины нахлестки кромок цилиндра и, тем самым, принудительному вводу большего количества материала в сварной шов и увеличению толщины сварного шва.Based on the above input data, the actual weld thickness at measurement points 1-4 and the overall average value are too small and out of tolerance, i.e. the upper and lower limits are 215 µm and 185 µm, respectively. To bring the actual thickness of the weld in line with the target, i.e. correct the deviation, the tool diameter (axis 1) must be reduced. It should be understood that reducing the diameter of the tool leads to an increase in the amount of overlap of the edges of the cylinder and thereby forcing more material into the weld and increasing the thickness of the weld.
Регулятор 12 уменьшает диаметр путем регулировки положений роликов 7b, 7d калибратора 4 (ось 1) относительно «исходного» положения посредством электромеханических приводных блоков 9а, 9b. В данном примере необходимую регулировку относительно текущего «исходного» положения вычисляют следующим образом:The regulator 12 reduces the diameter by adjusting the positions of the rollers 7b, 7d of the calibrator 4 (axis 1) relative to the "home" position by means of electromechanical drive units 9a, 9b. In this example, the required adjustment relative to the current "home" position is calculated as follows:
где 0.2 - коэффициент корреляции или транспозиции.where 0.2 is the correlation or transposition coefficient.
Следует понимать, что вышеуказанная регулировка относится к положениям регулируемых роликов 7b, 7d калибратора 4, регулировка которых приводит к увеличению или уменьшению диаметра калибратора 4, т.е. диаметра кольцевого прохода, сквозь который пропускают цилиндрический корпус металлической банки. При этом в основе замеров, выдаваемых блоком 16 контроля сварного шва, относящихся к толщине сварного шва, лежит определенное вертикальное положение наружного сварочного ролика 3а. Для данного примера было установлено, что коэффициент корреляции 0.2 (+/-10%) обеспечивает транспозицию или корреляцию между изменением вертикального смещения (т.е. толщины сварного шва) и окружным смещением (т.е. регулировкой диаметра инструмента).It should be understood that the above adjustment refers to the positions of the adjustable rollers 7b, 7d of the calibrator 4, the adjustment of which leads to an increase or decrease in the diameter of the calibrator 4, i.e. the diameter of the annular passage through which the cylindrical body of the metal can is passed. In this case, the measurements given by the weld inspection unit 16 relating to the thickness of the weld are based on a certain vertical position of the outer welding roller 3a. For this example, a correlation factor of 0.2 (+/-10%) was found to provide a transposition or correlation between a change in vertical displacement (ie weld thickness) and circumferential displacement (ie tool diameter adjustment).
Поэтому в примере на Фиг. 3 каждый из двух регулируемых роликов 7b, 7d калибровочной системы необходимо переместить в направлении внутрь (т.е. в сторону продольной оси цилиндра) на 50 мкм для достижения целевой толщины сварного шва во всех пяти замерах. В примере на Фиг. 10 нет необходимости в какой-либо регулировке по двум другим осям 2, 3.Therefore, in the example of Fig. 3, each of the two adjustable rollers 7b, 7d of the calibration system must be moved inward (i.e. towards the longitudinal axis of the cylinder) by 50 µm to achieve the target weld thickness in all five measurements. In the example in FIG. 10 there is no need for any adjustment on the other two axes 2, 3.
В примере на Фиг. 11 целевая толщина сварного шва также составляет 200 мкм, при этом от блока 16 контроля сварного шва приняты и введены в систему 26 принятия решений следующие замеры фактической толщины сварного шва:In the example in FIG. 11, the target weld thickness is also 200 µm, while the following measurements of the actual weld thickness are received from the weld control unit 16 and entered into the decision system 26:
1. Передний конец (1) - 220 мкм.1. Front end (1) - 220 microns.
2. Середина (2) - 220 мкм.2. Middle (2) - 220 microns.
3. Задний конец (3) - 220 мкм.3. Rear end (3) - 220 microns.
4. Положение опрокидывания (4) - 220 мкм.4. Tilting position (4) - 220 µm.
5. Общее среднее значение (5) - 220 мкм.5. Overall average value (5) - 220 µm.
Текущие положения инструментов для калибратора 4 (ось 1), продольного подузла 24 (ось 2) и вертикального подузла 25 (ось 3) также введены в систему 26 принятия решений как «исходные», т.е. положения по умолчанию.The current tool positions for the calibrator 4 (axis 1), the longitudinal subassembly 24 (axis 2) and the vertical subassembly 25 (axis 3) are also entered into the decision system 26 as "home", i.e. default positions.
Исходя из вышеуказанных вводных данных, фактическая толщина сварного шва в замерных точках 1-4 и общее среднее значение слишком велики и выходят за пределы допуска, т.е. верхний и нижний пределы 215 мкм и 185 мкм соответственно. Чтобы привести фактическую толщину сварного шва в соответствие с целевой, необходимо увеличить диаметр инструмента (ось 1).Based on the above input data, the actual weld thickness at measurement points 1-4 and the overall average value are too large and out of tolerance, i.e. the upper and lower limits are 215 µm and 185 µm, respectively. To bring the actual thickness of the weld in line with the target, it is necessary to increase the diameter of the tool (axis 1).
Следует понимать, что уменьшение диаметра инструмента приводит к увеличению величины нахлестки кромок цилиндра и, тем самым, принудительному вводу меньшего количества материала в сварной шов и уменьшению толщины сварного шва.It should be understood that reducing the diameter of the tool leads to an increase in the amount of overlap of the edges of the cylinder and, thereby, forcing less material into the weld and reducing the thickness of the weld.
Регулятор 12 увеличивает диаметр путем регулировки положения роликов 7b, 7d калибратора 4 (ось 1) относительно «исходного» положения посредством электромеханических приводных блоков 9а, 9b. В данном примере необходимую регулировку относительно «исходного» положения вычисляют следующим образом:The regulator 12 increases the diameter by adjusting the position of the rollers 7b, 7d of the calibrator 4 (axis 1) relative to the "home" position by means of electromechanical drive units 9a, 9b. In this example, the necessary adjustment relative to the "home" position is calculated as follows:
Поэтому в примере на Фиг. 3 каждый из двух регулируемым роликов 7b, 7d калибровочной системы необходимо переместить в направлении наружу (т.е. в сторону от оси цилиндра) на 50 мкм для достижения целевой толщины сварного шва во всех пяти замерах. В примере на Фиг. 11 отсутствует необходимость в каких-либо регулировках по двум другим осям 2, 3.Therefore, in the example of Fig. 3 each of the two adjustable rollers 7b, 7d of the calibration system must be moved outward (ie away from the axis of the cylinder) by 50 µm to achieve the target weld thickness in all five measurements. In the example in FIG. 11 there is no need for any adjustments on the other two axes 2, 3.
В примере на Фиг. 12 целевая толщина сварного шва также составляет 200 мкм, при этом от блока 16 контроля сварного шва приняты и введены в систему 26 принятия решений следующие замеры фактической толщины сварного шва:In the example in FIG. 12, the target weld thickness is also 200 µm, while the following measurements of the actual weld thickness are received from the weld control unit 16 and entered into the decision system 26:
1. Передний конец (1) - 180 мкм.1. Front end (1) - 180 microns.
2. Середина (2) - 200 мкм.2. Middle (2) - 200 microns.
3. Задний конец (3) - 200 мкм.3. Rear end (3) - 200 µm.
4. Положение опрокидывания (4) - 200 мкм.4. Tipping position (4) - 200 µm.
5. Общее среднее значение (5) - 195 мкм.5. Overall average value (5) - 195 µm.
Текущие положения инструментов для калибратора 4 (ось 1), продольного подузла 24 (ось 2) и вертикального подузла 25 (ось 3) также введены в систему 26 принятия решений как «исходные», т.е. положения по умолчанию.The current tool positions for the calibrator 4 (axis 1), the longitudinal subassembly 24 (axis 2) and the vertical subassembly 25 (axis 3) are also entered into the decision system 26 as "home", i.e. default positions.
Исходя из вышеуказанных вводных данных, фактическая толщина сварного шва в замерной точке 1 (у переднего конца) слишком мала, при этом общее среднее измеренное значение (5), следовательно, тоже. Общее среднее значение не выходит за пределы допуска, т.е. верхний и нижний пределы 215 мкм и 185 мкм соответственно, однако замер у переднего конца (точка 1) - выходит. Замеры в остальных замерные точки 2-3 соответствуют целевой толщине.Based on the above input data, the actual weld thickness at measuring point 1 (at the front end) is too small, and the overall average measured value (5) is therefore too. The overall average is within tolerance, i.e. the upper and lower limits are 215 µm and 185 µm, respectively, but measured at the front end (point 1) - out. The measurements at the remaining measurement points 2-3 correspond to the target thickness.
В данном случае, чтобы привести фактическую толщину сварного шва в соответствие с целевой, необходимо увеличить значение продольного положения инструмента (ось 2). Иными словами, калибратор 4 необходимо переместить посредством продольного подузла 24 в сторону от центровой линии (ЦЛ), проходящей вертикально через сварочные ролики 3а, 3b (см. Фиг. 1). Увеличение продольного расстояния между калибратором 4 и сварочными роликами 3а, 3b приводит к увеличению нахлестки и, тем самым, увеличению толщины сварного шва. Это обусловлено наличием большего расстояния, на котором цилиндр не оперт на зетовый профиль и, как следствие, пространства для проталкивания большего количества материала в зону нахлестки. При этом перемещение калибратора 4 продольно в сторону к центровой линии (ЦЛ) уменьшает данное пространство и, как следствие, величину нахлестки (или по меньшей мере не увеличивает ее).In this case, to bring the actual thickness of the weld in line with the target, it is necessary to increase the value of the longitudinal position of the tool (axis 2). In other words, the calibrator 4 must be moved by means of the longitudinal subassembly 24 away from the center line (CL) passing vertically through the welding rollers 3a, 3b (see Fig. 1). An increase in the longitudinal distance between the calibrator 4 and the welding rollers 3a, 3b leads to an increase in the overlap and thus to an increase in the thickness of the weld. This is due to the presence of a greater distance at which the cylinder is not supported by the Z-profile and, as a result, space for pushing more material into the overlap zone. In this case, the movement of the calibrator 4 longitudinally towards the center line (CL) reduces this space and, as a consequence, the amount of overlap (or at least does not increase it).
Регулятор 12 увеличивает продольное расстояние путем регулировки калибратора 4 относительно «исходного» положения посредством продольного подузла 24 (ось 2). В данном примере необходимую регулировку относительно текущего «исходного» положения вычисляют следующим образом:The regulator 12 increases the longitudinal distance by adjusting the calibrator 4 relative to the "original" position through the longitudinal subassembly 24 (axis 2). In this example, the required adjustment relative to the current "home" position is calculated as follows:
Поэтому в примере Фиг. 6 калибратор 4 необходимо переместить посредством продольного подузла (ось 2) на 100 мкм для достижения целевой толщины сварного шва во всех пяти замерах. В примере на Фиг. 11 нет необходимости в какой-либо регулировке по двум другим осям 1, 3.Therefore, in the example of FIG. 6, the calibrator 4 must be moved through the longitudinal subassembly (axis 2) by 100 µm to achieve the target weld thickness in all five measurements. In the example in FIG. 11 there is no need for any adjustment on the other two axes 1, 3.
В примере на Фиг. 13 целевая толщина сварного шва также составляет 200 мкм, при этом от блока 16 контроля сварного шва приняты и введены в систему 26 принятия решений следующие замеры фактической толщины сварного шва:In the example in FIG. 13, the target weld thickness is also 200 µm, while the following measurements of the actual weld thickness are received from the weld control unit 16 and entered into the decision system 26:
1. Передний конец (1) - 180 мкм.1. Front end (1) - 180 microns.
2. Середина (2) - 200 мкм.2. Middle (2) - 200 microns.
3. Задний конец (3) - 220 мкм.3. Rear end (3) - 220 microns.
4. Положение опрокидывания (4) - 225 мкм.4. Tipping position (4) - 225 µm.
5. Общее среднее значение (5) - 207 мкм5. Overall average (5) - 207 microns
Текущие положения инструментов для калибратора 4 (ось 1), продольного подузла 24 (ось 2) и вертикального подузла 25 (ось 3) также введены в систему 26 принятия решений как «исходные», т.е. положения по умолчанию.The current tool positions for the calibrator 4 (axis 1), the longitudinal subassembly 24 (axis 2) and the vertical subassembly 25 (axis 3) are also entered into the decision system 26 as "home", i.e. default positions.
Исходя из вышеуказанных вводных данных, фактическая толщина сварного шва в замерной точке 1 (передний конец) слишком мала, а у заднего конца (3) и в положении опрокидывания (4) фактическая толщина сварного шва слишком велика. Как следствие, общее среднее измеренное значение (5) также слишком велико. Общее среднее значение не выходит за пределы допуска, т.е. верхний и нижний пределы 215 мкм и 185 мкм соответственно, при этом замеры у переднего конца (1), заднего конца (3) и в положении опрокидывания (4) - выходят. Замер в оставшейся замерной точке 2 соответствует целевой толщине.Based on the above input, the actual weld thickness at measuring point 1 (front end) is too small, and at the rear end (3) and in the tilt position (4), the actual weld thickness is too large. As a consequence, the overall average measured value (5) is also too high. The overall average is within tolerance, i.e. the upper and lower limits are 215 µm and 185 µm, respectively, while measurements at the front end (1), rear end (3) and in the tipping position (4) are output. The measurement at the remaining measurement point 2 corresponds to the target thickness.
В данном случае, чтобы привести фактическую толщину сварного шва в нескольких замерных точках в соответствие с целевой, необходима комбинация регулировок. Необходимо увеличить диаметр инструмента (ось 1) и значение продольного положения инструмента (ось 2).In this case, a combination of adjustments is necessary to bring the actual weld thickness at several measurement points to the target. It is necessary to increase the tool diameter (axis 1) and the longitudinal position of the tool (axis 2).
Регулятор 12 увеличивает диаметр путем регулировки положений роликов 7b, 7d калибратора 4 (ось 1) относительно «исходного» положения посредством электромеханических приводных блоков 9а, 9b. В данном примере вычисленная необходимая регулировка относительно «исходного» положения составляет -50 мкм. Поэтому в примере на Фиг. 3 каждый из двух регулируемых роликов 7b, 7d калибровочной системы необходимо переместить в направлении наружу (т.е. в сторону от оси цилиндра) на 50 мкм для достижения целевой толщины сварного шва во всех пяти замерах.The regulator 12 increases the diameter by adjusting the positions of the rollers 7b, 7d of the calibrator 4 (axis 1) relative to the "home" position by means of electromechanical drive units 9a, 9b. In this example, the calculated required adjustment relative to the "home" position is -50 µm. Therefore, in the example of Fig. 3, each of the two adjustable rollers 7b, 7d of the calibration system must be moved outward (i.e. away from the axis of the cylinder) by 50 µm to achieve the target weld thickness in all five measurements.
Регулятор 12 увеличивает продольное расстояния между калибратором 4 (ось 2) и сварочными роликами 3а, 3b путем регулировки калибратора 4 относительно «исходного» положения посредством продольного подузла 24 (ось 2). В данном примере вычисленная необходимая регулировка относительно текущего «исходного» положения составляет 100 мкм.The regulator 12 increases the longitudinal distance between the calibrator 4 (axis 2) and the welding rollers 3a, 3b by adjusting the calibrator 4 relative to the "home" position through the longitudinal subassembly 24 (axis 2). In this example, the calculated required adjustment relative to the current "home" position is 100 µm.
Поэтому в примере на Фиг. 6 калибратор 4 необходимо переместить посредством продольного подузла (ось 2) на 100 мкм для достижения целевой толщины сварного шва во всех пяти замерах. В примере на Фиг. 13 нет необходимости в какой-либо регулировке относительно оси 3.Therefore, in the example of Fig. 6, the calibrator 4 must be moved through the longitudinal subassembly (axis 2) by 100 µm to achieve the target weld thickness in all five measurements. In the example in FIG. 13 there is no need for any adjustment to axis 3.
Следует понимать, что необходимость в регулировках по всем трем осям (оси 1, оси 2, оси 3) или какой-либо их комбинации может зависеть от конкретных обстоятельств. В одном из вариантов осуществления регулировку относительно оси 3 можно осуществлять отдельно от регулировок относительно осей 1 и 2. В одном из вариантов осуществления необходимые регулировки относительно двух или более из осей 1, 2, 3 можно осуществлять одновременно.It should be understood that the need for adjustments in all three axes (Axis 1, Axis 2, Axis 3) or any combination thereof may depend on individual circumstances. In one embodiment, the adjustment about axis 3 can be performed separately from the adjustments about axes 1 and 2. In one embodiment, the necessary adjustments about two or more of the axes 1, 2, 3 can be performed simultaneously.
Фиг. 14 - блок-схема способа, применяемого в раскрытой сварочной станции. На первом этапе (S1) способа блок 15 контроля сварного шва выдает электрический сигнал 5, характеризующий толщину сварного шва в заранее определенных точках по длине шва, регулятору 12. Как раскрыто в предыдущем параграфе, на основе данного электрического сигнала 5 регулятор 12 далее генерирует (S2) один или более управляющих электрических сигналов 11. Далее одному один или более регулирующим механизмам (т.е. электромеханическим приводным блокам 9а, 9b, продольному подузлу 24, вертикальному подузлу 25) выдают (S3) управляющие электрические сигналы 11. В результате выдачи электрических сигналов 11 электромеханическим приводным блокам 9а, 9b, продольному подузлу 24 и вертикальному подузлу 25 и управления по замкнутому контуру, осуществляемого регулятором, поддерживают желаемую нахлестку кромок цилиндра в ходе сварки (S4).Fig. 14 is a flow chart of the method used in the disclosed welding station. In the first step (S1) of the method, the weld inspection unit 15 outputs an electrical signal 5 indicative of the thickness of the weld at predetermined points along the length of the weld to the controller 12. As disclosed in the previous paragraph, based on this electrical signal 5, the controller 12 then generates (S2 ) one or more electrical control signals 11. Further, one or more control mechanisms (i.e., electromechanical drive units 9a, 9b, longitudinal subassembly 24, vertical subassembly 25) are output (S3) electrical control signals 11. As a result of the output of electrical signals 11, the electromechanical drive units 9a, 9b, the longitudinal subassembly 24 and the vertical subassembly 25 and closed-loop control by the regulator maintain the desired cylinder edge overlap during welding (S4).
Таким образом, система представляет собой систему замкнутого контура с возможностью регулирования калибратора 4 в трех разных направлениях. Во-первых, калибровочные ролики 7b, 7d перемещают внутрь или наружу относительно оси цилиндра для регулирования нахлестки кромок цилиндра и диаметра инструмента (ось 1). Во-вторых, калибратор 4 сам по себе выполнен с возможностью продольного перемещения относительно сварочных роликов 3а, 3b. В-третьих, калибратор 4 можно регулировать по вертикали. Применение одной или более из указанных регулировок возможно исходя из замеров толщины сварного шва в заранее определенных точках вдоль сварного шва для достижения или поддержания желаемого качества (толщины) сварного шва.Thus, the system is a closed loop system with the possibility of adjusting the calibrator 4 in three different directions. First, the sizing rollers 7b, 7d are moved in or out with respect to the cylinder axis to adjust the overlap of the cylinder edges and the diameter of the tool (axis 1). Second, the calibrator 4 itself is movable longitudinally relative to the welding rollers 3a, 3b. Thirdly, the calibrator 4 can be adjusted vertically. The application of one or more of these adjustments is possible based on measurements of the thickness of the weld at predetermined points along the weld to achieve or maintain the desired quality (thickness) of the weld.
Специалисту будет понятно, что в раскрытые выше варианты осуществления можно будет внести дополнительные изменения без отступления от объема настоящего изобретения. Например, вместо замера толщины сварного шва, блок контроля сварного шва может выдавать регулятору показатель качества (ПК), при этом регулятор будет определять погрешность относительно какого-либо желаемого ПК. Разумеется, возможно применение регулятором какой-либо комбинации замеров толщины, мощности и/или напряжения, а также, возможно, иных параметров.The person skilled in the art will appreciate that further changes can be made to the embodiments disclosed above without departing from the scope of the present invention. For example, instead of measuring the thickness of the weld, the weld control unit can give the controller a quality indicator (QI), while the controller will determine the error relative to some desired QI. Of course, it is possible for the regulator to use some combination of thickness, power and/or voltage measurements, and possibly other parameters.
Регулятор 12 и блок 15 контроля сварного шва были раскрыты как отдельные компоненты, однако они могут быть выполнены в составе единого компонента. Аналогичным образом, регулятор и/или блок контроля сварного шва могут быть выполнены в составе механизма 16, включающего в себя сварочные ролики и ЛРДТ.The regulator 12 and the weld inspection unit 15 have been disclosed as separate components, however, they may be implemented as a single component. Similarly, the regulator and/or the weld control unit may be provided as part of the mechanism 16 including the welding rollers and the LVDT.
Вместо того, чтобы выявлять отклонения верхнего сварочного ролика для измерения толщины сварного шва, возможно применение иных способов, например, лазерного сканирования, ультразвуковых измерений и т.п.Instead of detecting deviations of the upper welding roll to measure the thickness of the weld, other methods can be used, such as laser scanning, ultrasonic measurements, and the like.
Дополнительные регулировки калибратора и/или сварочной станции можно осуществлять посредством дополнительных регулирующих механизмов.Additional adjustments to the calibrator and/or welding station can be made through additional adjustment mechanisms.
Claims (31)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1815121.7 | 2018-09-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021108926A RU2021108926A (en) | 2022-10-19 |
| RU2802329C2 true RU2802329C2 (en) | 2023-08-24 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1831397A3 (en) * | 1989-08-22 | 1993-07-30 | Elpatronic Ag | Device for preparation of metal blanks for welding in cans manufacture |
| RU2114711C1 (en) * | 1987-05-08 | 1998-07-10 | Эльпатроник АГ | Sizing apparatus to machine for welding lengthwise seams of shells |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2114711C1 (en) * | 1987-05-08 | 1998-07-10 | Эльпатроник АГ | Sizing apparatus to machine for welding lengthwise seams of shells |
| SU1831397A3 (en) * | 1989-08-22 | 1993-07-30 | Elpatronic Ag | Device for preparation of metal blanks for welding in cans manufacture |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11858022B2 (en) | Method and apparatus for controlling metal strip profile during rolling with direct measurement of process parameters | |
| EP2493638B1 (en) | Method for producing welded helical-seam tubes having optimized tube geometry | |
| US5571549A (en) | Process for forming sheets of material having a uniform thickness | |
| EP0560142B1 (en) | Method of and system for controlling calender roll gap | |
| CN104950802B (en) | Continuous hot-rolling mill flying shear dynamic shearing amount control method | |
| CN112247381B (en) | Guiding preheating and stress-relieving dynamic shape correcting device for thin-wall cylinder laser welding longitudinal joint | |
| EP2671652B1 (en) | Hot strip mill controller | |
| US11904414B2 (en) | Welding of can bodies | |
| EP3170605A1 (en) | Metalworking wire feeder system with force control operation | |
| CN115156787A (en) | Closed-loop control method, device and electronic equipment for seam welding of straight seam steel pipe | |
| RU2802329C2 (en) | Welding of metal can bodies | |
| CN110382155B (en) | Method and device for roller seam welding of container bodies | |
| US5957366A (en) | Helically formed welded pipe and diameter control | |
| EP2814626A1 (en) | Plant to control the section area of a rolled product and corresponding method | |
| RU2507015C1 (en) | Method and device for pipe production by cold pilger rolling | |
| US6055834A (en) | Method to control the drawing of the rolled stock | |
| CA2543378C (en) | Control of hot rolled product cross section under localized temperature disturbances | |
| KR20210121394A (en) | Ring mil apparatus | |
| JP7726992B2 (en) | Stabilization of the rolled product during opening and/or closing of the rolling stand | |
| CN212468241U (en) | A three-roll mill | |
| CN120828098B (en) | A device and method for straightening tire steel wire rings during production and processing. | |
| KR101421784B1 (en) | Method and apparatus for measuring roll gaps in leveller of thick steel sheet | |
| JP7769724B2 (en) | Method for operating a rolling stand | |
| JPH03151133A (en) | Device and method for producing leaf spring | |
| RU2433895C1 (en) | Device for contact butt-seam welding with pre-heating of products with annular closed profile of compact section |