橫擺衰減優化設計方法

2023-07-05 01:52:46 2

專利名稱：橫擺衰減優化設計方法
技術領域：
本發明涉及一種橫擺衰減優化設計方法，應用於自動化焊接領域及其它相 關的需要橫擺的場合。
背景技術：
隨著工業技術的發展，人們對自動化設備提出了越來越高的要求，其中橫 擺衰減控制的好壞對於焊接的質量和外觀起到十分關鍵的作用，直接決定收弧 的質量和外觀效果。橫擺衰減優化設計方法包括兩大類中心控制法及擺寬控 製法，本申請是針對其中擺寬控制法進行的改進。
現有的擺寬控制衰減方法主要是根據初始擺寬A人為或者憑經驗選定衰 減的次數n以及衰減當量A 。但是，這樣衰減的效果很不理想。因為在實際操 作中，衰減時間是根據系統(還要考慮電源工作狀態、焊接情況等，綜合考慮) 運行情況確定下來的數值。單純的由擺寬人為決定衰減次數及衰減當量而不考 慮衰減時間的話，難以保證橫擺返回中心和收弧同步進行，也就不能保證焊接 收弧的效果，常常出現附圖3中的不足或者附圖4中的超調情況。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是用一種優化設計方法來克服現有技術中橫擺 衰減不理想、橫擺返回中心與收弧不同步的不足。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是
在已知初始擺寬為A、衰減速度為V、衰減時間T的情況下，通過以下步驟 優化
步驟一，橫擺衰減開始後，使得橫擺衰減的每一步擺幅相比上一步擺幅按 照預定規律衰減，該衰減規律與衰減當量A有關，且該規律滿足使得橫擺的最 後一步走完後橫擺回到中心，根據該橫擺的最後一步列出擺寬A與衰減次數n、 衰減當量A的關係。該預定規律應當是根據實際情況預設的，例如等差數列或 類似於等差數列的遞減方式。通過逐步遞減，確保最後一步走完之後，該數列 收斂在橫擺中心。
步驟二，用預設衰減時間減去所有的左停留時間、右停留時間、加速對間損耗、減速時間損耗，得到橫擺勻速運動時間T^)與衰減次數n的關係。
步驟三，通過步驟一的規律數列，列出衰減的總路程S與衰減次數n、衰減
當量A的關係，將步驟一中得出的擺寬A與衰減次數n、衰減當量A的關係代入
該總路程S公式，得到S與衰減次數n的關係。
步驟四，根據綜合關係V T(a)=S，將步驟二中的T^)的計算公式及步驟
三中的S的計算公式分別代入上述綜合關係，可以得到衰減次數n;再將n代入
步驟一中的擺寬A與衰減次數n、衰減當量A的關係，得到衰減當量A。
由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點通過上述
優化設計方法的應用，能夠使得橫擺衰減的效果十分理想，大致上能夠保證橫
擺返回中心與收弧同步，能夠提高收弧質量且工件表面更加美觀。


圖la為實施例一的橫擺衰減過程原理圖，從左邊沿開始衰減；
圖lb為實施例一的橫擺衰減過程原理圖，從右邊沿開始衰減；
圖2a為實施例二的橫擺衰減過程原理圖，從左邊沿開始衰減；
圖2b為實施例二的橫擺衰減過程原理圖，從右邊沿開始衰減；
圖3為現有的橫擺衰減過程效果圖，顯示了衰減不足的問題；
圖4為現有的橫擺衰減過程效果圖，顯示了衰減超調的問題；
圖5a為現有的橫擺衰減過程效果圖，橫擺返回中心與收弧幾乎同步，在可
接受的範圍內略有不足；
圖5b為現有的橫擺衰減過程效果圖，橫擺返回中心與收弧幾乎同步，在可
接受的範圍內略有超調。
具體實施方式
實施例一
巳知為方便說明，設初始擺寬為2A，衰減速度(橫向擺動速度)為V, 衰減時間(焊接收弧時何)為T,左停留時間為tl,右停留時間為t2,電機從 運動到停留的減速以及從停留到運動的加速時間之和為t3。
步驟一，列出半擺寬A與衰減次數n、衰減當量A的關係。
參見圖中，從衰減開始(參見圖la,自左邊沿或參見圖lb,自右邊沿啟動衰減)，
第1次衰減完畢累計衰減了 A ，擺動的擺幅為2A-A; 第2次衰減完畢累計衰減了 2A ,擺動的擺幅為2A-2A;
第3次衰減完畢累計衰減了 3A,擺動的擺幅為2A-3A; 第4次衰減完畢累計衰減了 4A，擺動的擺幅為2A-4A;
第5次衰減完畢累計衰減了 5A ，擺動的擺幅為2A-5A; 第6次衰減完畢累計衰減了 6A ,擺動的擺幅為2A-6A;
第i次衰減完畢累計衰減了 i A ,擺動的擺幅為2A-iA;
第(i + l)次衰減完畢累計衰減了 (i + l) A ,擺動的擺幅為2A-(i + l) A ;
第(n-l)次衰減完畢累計衰減了 (n-1) A ，擺動的擺幅為2A-(n-l) A ; 第n次衰減完畢累計衰減了 nA,擺動的擺幅為2A-nA;
若要使得橫擺收弧時能夠收在橫擺中心，不妨假設第n次衰減完畢時擺動
的擺幅為厶，即2A-nA = A，那麼就有關係A=2A/(n+l)..................①
式①的結論很重要，發現不了這一規律也就沒有辦法進行下一步的計算。
步驟二，列出橫擺勻速運動時間T(w的計算公式
橫擺在衰減的過程中要經歷左停留tl時間、右停留t2時間，並且從運動 到停留以及從停留到運動還要經歷短暫的減速以及加速過程t3時間(該時間通 常很短，為毫秒級別)。為了方便計算，假設橫擺以恆加速度進行加速及減速， 則在衰減總路程S上，橫擺勻速運動的時間為
T(勻)=T-[(n-l)/2]t:i-[(n-l)/2]t2-(n/2)t3
=T-[n(tl+t2+t3)/2] + [(tl+t2)/2].................................②
說明，上式的來源為，橫擺每次衰減要經歷加速過程、停留(tl或t2)過程、 減速過程，其中加速減速時間和為t3，由於假設橫擺以恆加速度進行加減速， 故將每次加減速時間損耗總和認為是t3的一半，這樣的加減速共有n次；左停 留次數和右停留次數分別為(n-l)/2次。步驟三，通過步驟一的路程遞減數列，列出衰減結束時總的行程S為
S=2nA-(n+l)n厶/2....................................③
將式①代入式③，可以得到
S=nA....................................................................................④
步驟四，綜合列式計算 由於存在
V T(勻)=S..............................................................................
將②、④代入(D,則有
n=[(2T+tl+t2)V]/[2A+(tl+t2+t3)V]........... ...........................⑥
其中，V、 T、 A、 tl、 t2、 t3都是已知量，則n能夠通過上述式⑥得出。將 n反代入式①，則可以得到衰減當量A。
實施例二
巳知為方便說明，設初始擺寬為2A，衰減速度為V，衰減時間為T，左停 留時間為tl，右停留時間為t2,電機從運動到停留的減速以及從停留到運動的 加速時間之和為t3。
步驟一，列出半擺寬A與衰減次數n、衰減當量A的關係。 參見圖中，從衰減開始(參見圖2a，自左邊沿或參見圖2b,自右邊沿啟動 衰減)，
第1次衰減完畢累計衰減了 A ,擺動的擺幅為2A-A; 第2次衰減完畢累計衰減了 3A ，擺動的擺幅為2A-3A;
第3次衰減完畢累計衰減了 5A ，擺動的擺幅為2A-5A; 第4次衰減完畢累計衰減了 7A,擺動的擺幅為2A-7A;
第5次衰減完畢累計衰減了 9A ，擺動的擺幅為2A-9A; 第6次衰減完畢累計衰減了 11A,擺動的擺幅為2A-11 A ;第i次衰減完畢累計衰減了 (2i-l) A ，擺動的擺幅為2A-(2i-l) A ;
第n次衰減完畢累計衰減了 (2n-1) A ,擺動的擺幅為2A-(2n-1) A ;
若要使得橫擺收弧時能夠收在橫擺中心，不妨假設第n次衰減完畢時擺動
的擺幅為A,即2A-(2n-1) A = A ,那麼就有關係A =A/n.................. (7)
式(7)的結論很重要，發現不了這一規律也就沒有辦法進行下一步的計算。
步驟二，列出橫擺勻速運動時間T(w的計算公式
橫擺在衰減的過程中要經歷左停留tl時間、右停留t2時間，並且從運動 到停留以及從停留到運動還要經歷短暫的減速以及加速過程t3時間(該時間通 常很短，為毫秒級別)。為了方便計算，假設橫擺以恆加速度進行加速及減速， 則在衰減總路程S上，橫擺勻速運動的時間為
T(勻)=T-[(n-l)/2]tl—[(n—l)/2]t2—(n/2)t3
=T-[n(tl+t2+t3)/2] + [(tl+t2)/2]........................... (8)
說明，上式的來源為，橫擺每次衰減要經歷加速過程、停留(tl或t2)過程、 減速過程，其中加速減速時間和為t3，由於假設橫擺以恆加速度進行加減速， 故將每次加減速時間損耗總和認為是t3的一半，這樣的加減速共有n次；左停 留次數和右停留次數分別為(n-1)/2次。
步驟三，通過步驟一的路程遞減數列，列出衰減結束時總的行程S為
S=2nA—nnA................................................... .............. (9)
將式(7)代入式(9),可以得到
S=nA................................................................................. (10)
步驟四，綜合列式計算 由於存在
VT(勻)=S.............................................. ............................... (11)
將(8)、 (10)代入(11),則有
n=[(2T+tl+t2)V]/[2A+(tl+t2+t3)V].................................... ( 12)其中，V、 T、 A、 tl、 t2、 t3都是已知量，則n能夠通過上述式(12)得出。 將n反代入式(7),則可以得到衰減當量A。
同理，當按3A等差衰減時，令最後一次擺動的擺幅2A-(3n-2) △=△時， 同樣能得出衰減結束時總的行程S=nA; n=[(2T+tl+t2)V]/[2A+(tl+t2+t3)V]
結論1)、按衰減當量的倍數kA(k為自然數)等差衰減時，n次衰減完畢 之後，總的實際擺幅與總的衰減掉的路程相等(各佔nA),但前 提是必須假設最後一次衰減完畢時擺動的擺幅是衰減當量的 值。
2) 、按衰減當量的倍數kA (k為自然數)等差衰減時，總的行程S的
表達式都相同。但因為存在上述的一個重要假設(即第n次衰 減完畢時擺動的擺幅為衰減當量A),當按不同的等差數列衰減 時會得到不同的A值。在程序處理時n的值可不必計算出，將n 的表達式代入步驟一得到的A的表達式，求出A關於A、 V、 T、 tl、 t2、 t3的表達式，計算出A的值並按照預定精度要求對其
四捨五入即可。這樣，衰減結束時焊槍相對橫擺中心會有一個 偏差，但是該偏差會很小(通常是在半個衰減當量A範圍內，參
見圖5),這在焊接工藝中是能夠被接受的。
3) 、實際應用中，考慮到衰減的效果和程序處理的方便， 一般優選
取1^1(即按實施例一的方法衰減)。
以上介紹在於說明本發明的原理。按照上述介紹的算法經編程、調試、試 驗和應用情況來看，其整體衰減效果十分理想，大多數時候都能較準確的收弧 在橫擺中心，偶爾只在最後產生的偏差(不足或超調，參見圖5)也十分微小(通 常在lmm以內)，但這遠不能影響整體衰減的效果。
權利要求
1、一種橫擺衰減優化設計方法，預設初始擺寬為2A、衰減速度為V、衰減時間T；其特徵在於該方法包括如下步驟步驟一，橫擺衰減開始後，使得橫擺衰減的每一步擺幅相比上一步擺幅按照預定規律衰減，該衰減規律與衰減當量Δ有關，且該規律滿足使得橫擺的最後一步走完後橫擺回到中心，根據該橫擺的最後一步列出擺寬2A與衰減次數n、衰減當量Δ的關係；步驟二，用預設衰減時間減去所有的左停留時間、右停留時間、加速時間損耗、減速時間損耗，得到橫擺勻速運動時間T(勻)與衰減次數n的關係；步驟三，通過步驟一的規律數列，列出衰減的總路程S與衰減次數n、衰減當量Δ的關係，將步驟一中得出的擺寬2A與衰減次數n、衰減當量Δ的關係代入該總路程S公式，得到S與衰減次數n的關係；步驟四，根據綜合關係V T(勻)＝S，將步驟二中的T(勻)的計算公式及步驟三中的S的計算公式分別代入上述綜合關係，得到衰減次數n；再將n代入步驟一中的擺寬2A與衰減次數n、衰減當量Δ的關係，得到衰減當量Δ。
2、 根據權利要求1所述的橫擺衰減優化設計方法，其特徵在於步驟一中 的衰減規律為橫擺從左邊沿或右邊沿啟動衰減，每一次擺幅相對於上一次擺幅 衰減了衰減當量A，且最後一次橫擺衰減完畢時其擺幅為A 。
3、 根據權利要求l所述的橫擺衰減優化設計方法，其特徵在於步驟一中 的衰減規律為橫擺從左邊沿或右邊沿啟動衰減，每一次擺幅相對於上一次擺 幅衰減了2A，且最後一次橫擺衰減完畢時其擺幅為A 。
全文摘要
本發明涉及一種橫擺衰減優化設計方法，在已知初始擺寬2A、衰減速度V、衰減時間T的情況下，採用以下步驟步驟一，使得橫擺衰減的每一步擺幅相比上一步擺幅按照預定規律衰減，根據橫擺最後一步列出A與衰減次數n、衰減當量Δ的關係；步驟二，得到橫擺勻速運動時間T(勻)與n的關係；步驟三，通過步驟一的規律數列，列出衰減的總路程S與n、Δ的關係，將Δ用n替代，得到S與n的關係；步驟四，根據綜合關係VT(勻)＝S，得到衰減次數n；再將n代入步驟一中的A與n、Δ的關係，得到Δ。通過上述優化設計方法的應用，能夠使得橫擺衰減的效果十分理想，大致上能夠保證橫擺返回中心與收弧同步，能夠提高收弧質量且工件表面更加美觀。
文檔編號G06F17/50GK101446992SQ20081013661
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月17日 優先權日2008年12月17日
發明者賀 馬 申請人:崑山華恆工程技術中心有限公司