Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов и средств автоматического обнаружения стыка на основе детекторов рентгеновского излучения 10
1.1 Системы автоматического слежения с рентгеновскими датчиками стыка 11
1.2 Рентгеновские детекторы 19
1.2.1 Ионизационная камера 19
1.2.2 Полупроводниковые рентгеновские детекторы 21
1.2.3 Пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера 26
1.2.4 Сцинтилляционные и черенковские детекторы 27
1.2.5 Активно-пиксельные датчики 30
1.3 Методы выделения сигнала от стыка 35
Глава 2. Комбинированный рентгеновский датчик стыка 41
2.1 Особенности формирования рентгеновского излучения от поверхности свариваемых деталей 44
2.2 Регистрация рентгеновского излучения детектором с широкой зоной обзора 48
2.3 Регистрация рентгеновского излучения детектором с узкой зоной обзора 52
2.4 Построение статической характеристики комбинированного датчика по сигналам двух детекторов 61
Глава 3. Математическая модель и параметры закона распределения статической характеристики комбинорованного рентгеновского датчика стыка 67
3.1 Информационные признаки, отображающие форму распределения статической характеристики датчика стыка на основе энтропийных оценок 67
3.2 Аналитическая модель и параметры распределения статической характеристики датчика стыка 71
3.3 Определение информационных признаков, отображающих форму распределения статической характеристики датчика стыка на основе экспериментальных данных 79
Глава 4. Вопросы технической реализации автоматической системы слежения за стыком 99
4.1 Функциональная схема автоматической системы слежения за стыком 103
4.2 Алгоритм функционирования автоматической системы слежения за стыком 106
4.3 Конструкция 109
Заключение 120
Литература 122
Приложения 131
- Системы автоматического слежения с рентгеновскими датчиками стыка
- Особенности формирования рентгеновского излучения от поверхности свариваемых деталей
- Информационные признаки, отображающие форму распределения статической характеристики датчика стыка на основе энтропийных оценок
- Функциональная схема автоматической системы слежения за стыком
Введение к работе
Актуальность работы. Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) получила широкое распространение в отраслях машиностроения, связанных с производством авиационной и аэрокосмической техники. ЭЛС относится к методам сварки высококонцентрированными источниками энергии, позволяя соединять за один проход металлы и сплавы толщиной от 0,1 до 400 мм, и обладает широкими технологическими возможностями. Значительные достижения технологии ЭЛС достигнуты благодаря разработке принципов автоматического регулирования режимами ЭЛС и созданию систем автоматического направления луча по стыку. Решению этих вопросов посвящены исследования отечественных и зарубежных авторов (Зуев И.В., Башенко В.В., Лаптенок В.Д., Лившиц М.Л., Виноградов В.А., Назаренко O.K., Кривенков В.А., Беленький В.Я., Куцан Ю.Г., Мурыгин А.В., Бочаров А.Н., Mauer К.О., Нага К., Sasaki S., Anderl Р. и др.).
Следует отметить, что существующие автоматические устройства позиционирования луча по стыку не в полной мере удовлетворяют современным требованиям точности и надежности наведения луча на стык. Причиной этого являются проблемы, связанные с компенсацией различных возмущений, вызванные физическими процессами, сопровождающими ЭЛС, низкая помехозащищенность датчиков измерительных устройств. Поэтому актуальной является задача исследования и разработки новых автоматических устройств обнаружения стыка при ЭЛС, отвечающих требованиям помехоустойчивости, и создание на их основе новых средств автоматизации контроля и систем слежения за стыком.
Цель настоящей работы - разработка средств автоматического позиционирования по стыку на основе помехозащищенных измерительных устройств с рентгеновскими детекторами, внедрение названных средств в производство в составе автоматизированных электронно-лучевых установок.
Задачи исследования:
Анализ устройств автоматического обнаружения стыка на основе детекторов рентгеновского излучения.
Разработка математической модели автоматического устройства обнаружения стыка, на основе рентгеновских детекторов с узкой и широкой зоной обзора.
Разработка программы расчета на ЭВМ статических характеристик рентгеновских детекторов для практического применения модели датчика стыка в автоматизированных электронно-лучевых установках.
Разработка метода оценки достоверности сигнала по форме сигнала рентгеновского детектора автоматического устройства обнаружения стыка.
Разработка метода автоматического обнаружения ошибки наведения электронного луча на стык деталей по сигналам рентгеновских детекторов с широкой и узкой зоной обзора.
Техническая реализация устройства автоматического наведения на стык по сигналам рентгеновских детекторов в составе автоматизированной системы управления ЭЛС.
7. Разработка алгоритмов и программ для устройства автоматического наведения на
стык.
Методы исследований. Результаты и выводы, представленные в диссертации обоснованы математически с использованием аппарата дифференциального и интегрального исчисления, математической статистики, теории вероятностей, теории информации, теории принятия решений, экспериментальными исследованиями, моделированием на ЭВМ.
Достоверность научных результатов подтверждена корректным обоснованием и анализом методов решения поставленных задач, результатами моделирования на ЭВМ, а
также экспериментальными исследованиями, выполненными при различных значениях параметров технологического процесса ЭЛС.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Разработана новая аналитическая модель измерительного устройства, позволяющая автоматизировать процесс наведения на стык при ЭЛС, обладающая высокой помехозащищенностью и отличающаяся от известных тем, что положение стыка определяется в результате обработки информации совместных сигналов рентгеновских детекторов с широкой и узкой зоной обзора.
Предложен метод оценки достоверности информации полученной измерительным устройством автоматической системы наведения на стык обладающий высокой информативностью за счет применения в качестве информационных параметров относительных коэффициентов, отображающих форму сигнала.
Разработан новый метод автоматического обнаружения отклонения стыка деталей от оси электронного луча при ЭЛС по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей, позволяющий повысить точность обнаружения за счет обработки информации совместных сигналов детекторов рентгеновского излучения широкой и узкой зоной обзора их конструкции и форм траекторий сканирования электронного луча.
Значение для теории имеют: аналитическая модель комбинированного рентгеновского датчика стыка, позволяющая определять координаты стыка по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей; математическое обоснование метода оценки достоверности показаний датчика стыка по форме его сигнала.
Практическая значимость работы
Разработан комплекс аппаратных и программных средств, реализующих задачу автоматического обнаружения стыка свариваемых деталей при ЭЛС по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей.
Создана автоматическая система слежения за стыком при ЭЛС с рентгеновским датчиком стыка.
Разработаны и внедрены алгоритмы и программы расчета статических характеристик рентгеновских датчиков стыка, учитывающие способы ориентации датчиков и их конструктивные особенности.
Реализация работы
Разработанная автоматическая система слежения по стыку при ЭЛС внедрена на предприятии ОАО "Красмаш" г. Красноярск. Результаты работы внедрены в учебный процесс Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева по специальности "Автоматизированные системы управления технологическими процессами".
Работа выполнена в Сибирском государственном аэрокосмическом университете имени академика М.Ф. Решетнева г. Красноярск и в лаборатории Сибирского исследовательского центра электронно-лучевых технологий (СИЦЭЛТ) при Сибирском государственном аэрокосмическом университете имени академика М.Ф. Решетнева г. Красноярск.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в рамках:
- Решетневских чтений: VIII Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 80-летию со дня рождения генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева. (г. Красноярск, СибГАУ, 11-12 ноября 2004 г.)
- Решетневских чтений: IX Международной научной конференции, посвященной 45-летию
Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф.
Решетнева. (г. Красноярск, СибГАУ, 10-12 ноября 2005 г.)
- Всероссийской науч. практ. конференции "Актуальные проблемы авиации и
космонавтики" (г. Красноярск, СибГАУ, 4-9 апреля 2005 г.)
- Решетневских чтений: XIII Международной научной конференции, посвященной 50-
летию Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика
М.Ф. Решетнева. (г. Красноярск, СибГАУ, 10 - 12 ноября 2009 г.)
Научных семинарах кафедр "Информационно-управляющих систем" и "Информационно-экономических систем" Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева, г. Красноярск.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 работ, из которых 2 статьи в периодических изданиях по списку ВАК, 2 статьи в научно-техническом журнале, 4 работы в трудах Всероссийских с международным участием научно-технических конференциях.
Общая характеристика диссертации
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложений. Объем диссертации составляет 131 страницу, в том числе .5_3 рис. Библиография содержит 80 наименований.
Системы автоматического слежения с рентгеновскими датчиками стыка
При взаимодействии электронного пучка с материалом свариваемого изделия электроны в результате торможения теряют свою энергию. Этот процесс сопровождается возникновением рентгеновского излучения на поверхности свариваемого изделия, если при этом не происходит плавления, или рентгеновским излучением из канала проплавлення. Рентгеновские лучи распространяются точно по прямым линиям, их нельзя отклонить с помощью электромагнитных полей (как например электроны), ни преломлять с помощью паров (как например свет). Они проходят сквозь пары металла с небольшим ослаблением. Испытания рентгеновских датчиков различного типа показали, что у них более высокая помехозащищенность по сравнению с вторично-эмиссионными, что свидетельствует о перспективности их применения [31, 40, 69].
При отсутствии плавления возможность использования тормозного рентгеновского излечения для контроля положения стыка заключается в том, что при попадании пучка в стык, часть электронов проникает в зазор между деталями и тормозится в глубине свариваемого материала. Возникающее при этом рентгеновское излучение распространяется в пространстве неравномерно.
В направлении, параллельном стыку деталей, рентгеновское излучение распространяется без ослабления. Во все других направлениях рентгеновское излучение выходит на поверхность свариваемого изделия ослабленным на величину, пропорциональную глубине зазора. Рентгеновский датчик стыка будет фиксировать максимум излучения, если пучок находится на поверхности детали, и минимум излучения, если ось пучка находится точно на стыке. Высокая помехозащищенность рентгеновского датчика стыка позволила использовать его как в системах слежения с предварительной записью траектории стыка [71, 72, 77, 79], так и в системах слежения за стыком в процессе сварки. В настоящее время системы слежения с рентгеновским датчиком стыка применяются достаточно широко. С начала 80-х годов такими датчиками комплектуются системы слежения за стыком в новых разработках машин для ЭЛС Японских фирм "Мицубиси дэнки" и "Итами сэйсакусе" [71, 72]. В устройстве [76], разработанном фирмой "Штейгервальд" (ФРГ), для слежения за стыком в процессе сварки используется коллимированный датчик рентгеновского излучения. Датчик работает в режиме счетчика импульсов. В процессе обнаружения стыка электронный пучок выводится из зоны сварки и движется перпендикулярно стыку. Траектория движения пучка состоит из сорока дискретных участков. На каждом участке производится измерение интенсивности рентгеновского излучения. Время одного измерения 25 МКС Рентгеновский датчик преобразует рентгеновское излечение в нормированные по амплитуде и длительности импульсы. Число импульсов соответствует интенсивности излучения. Специальная схема подсчитывает число импульсов, поступивших на каждом участке траектории пучка. Полученные данные запоминаются в оперативном запоминающем устройстве и затем передаются в память микро-ЭВМ. Участок траектории пучка, на котором зафиксировано минимальное рентгеновское излучение, является местом положением оси стыка. С целью повышения глубины модуляции амплитуды сигнала от стыка, рентгеновский датчик снабжен коллиматором в форме тонкой щелевой бленды из свинца. Щелевой коллиматор ориентируется таким образом, чтобы его проекция на поверхности свариваемых деталей совпадала с траекторией движения пучка. В этом случае, при попадании пучка в стык деталей, рентгеновское излучение не попадет в зону видимости датчика. Интенсивность излучения при этом будет минимальной.
Устройство позволяет осуществлять ведение пучка по стыку с точностью 0,1 мм при мощности пучка 30 кВт и шириной зазора в стыке 0,5 мм. При более узких зазорах требуется выполнение специальной измерительной канавки.
При сварке металлов большой толщины существует возможность контролировать положение стыка по рентгеновскому излучению из канала проплавлення. Для получения сигнала используют коллимированные датчики рентгеновского излучения, ориентированные на канал проплавлення [16, 20, 22, 76, 78].
В устройстве [16] датчик рентгеновского излучения располагают со стороны электроннолучевой пушки в плоскости стыка, а щель коллиматора ориентируют вдоль стыка. В качестве датчика используют рентгено-телевизионный видикон или рентгеновский детектор на основе микроканальных пластин. В процессе сварки рентгеновское излучение из канала проплавлення поступает на рентгено-телевизионный датчик сквозь свариваемое изделие и стык, где преобразуется в двугорбый импульс. Совмещение пучка со стыком осуществляют по временному интервалу между максимальными значениями амплитуды этого импульса.
Следует отметить, что при наличии высокого уровня помех, связанных с колебаниями канала проплавлення, импульс от стыка на фоне излучения, проходящего через свариваемое изделие, выделяется нестабильно. Это приводит к сбоям в системе слежения и потере точности ведения пучка по стыку.
В устройстве [76] для получения сигнала от стыка электронный пучок во время сварки периодически сканируют перпендикулярно свариваемому стыку с постоянной амплитудой и частотой. Возникающее при этом рентгеновское излучение канала проплавлення регистрируют коллимированным рентгеновским датчиком, ориентированным на канал проплавлення через стык соединения. Когда электронный пучок пересекает стык, возникает импульс измерительного сигнала, так как рентгеновское излучение в направлении датчика в этот момент не экранируется стыком. Полученный импульс от стыка сравнивается с импульсом, образуемым устройством при прохождении отклоняющего тока через ноль. По взаимному положению обоих импульсов устройством формируется сигнал, управляющий коррекцией положения стыка. Работа устройства осложняется высоким уровнем помех, связанных с тем, что рентгеновское излучение из канала проплавлення нестабильно и колеблется вместе с колебаниями канала проплавлення, имеющими случайный характер. Повысить помехоустойчивость системы слежения за стыком по рентгеновскому излучению из канала проплавлення можно, используя методы частотной селекции. На рис. 1.1 показано устройство слежения за стыком по рентгеновскому излучению из канала проплавлення [20]. Устройство работает следующим образом. Электронный пучок, углубляясь в свариваемое изделие, образует канал проплавлення. Возникающее при этом рентгеновское излучение попадает в зону видимости коллимированного датчика (1). Если линия, вдоль которой производится сканирование пучка, совпадает с линией стыка, то в спектре сигнала датчика имеют место только составляющие с частотами, кратными двойной частоте сканирования пучка. При отклонении оси сканирования от стыка в спектре сигнала датчика появляются нечетные гармоники. Кроме того, при наличии флюктуационных и импульсных помех в спектре сигнала датчика появляются составляющие с частотами помехи. С целью сведения к минимуму действия помех, сигнал с датчика (1) пропускается через избирательный усилитель (2), настроенный на выделение третьей гармоники частоты сканирования пучка. Использование третьей гармоники связано с тем, что в спектре сигнала датчика имеются помехи с частотой, равной частоте сканирования пучка. С избирательного усилителя (2) сигнал подается; в демодулятор (3), на опорный вход которого подается сигнал с блока (7) сканирования с частотой, равной тройной частоте сканирования пучка. С выхода демодулятора (3) сигнал, пропорциональный отклонению пучка от стыка, поступает на вход интегратора (4).
Особенности формирования рентгеновского излучения от поверхности свариваемых деталей
В результате торможения в материале изделия электроны проникают в глубину изделия, теряя свою энергию. Большая часть потерянной энергии преобразуется в тепло, и только 1,5 - 2% энергии идет на возбуждение рентгеновского излучения, локализованного в месте взаимодействия электронного луча с обрабатываемым материалом. Рентгеновские лучи распространяются точно по прямым линиям, их нельзя отклонить электрическими и магнитными полями. Они проходят через пары металла с минимальным ослаблением.
Интенсивность рентгеновского излучения, при электронно-лучевой сварке, складывается из тормозного и характеристического рентгеновского излучения. Тормозное рентгеновское излучение возникает при торможении электронов луча в веществе детали и характеризуется непрерывным спектром, имеющим резкую границу со стороны коротких длин волн. Характеристическое рентгеновское излучение также возникает в результате торможения электронов в материале детали, но появляется только тогда, когда скорость электронов, тормозящихся в детали, достигает некоторого значения, вполне определенного для данного материала. Характеристическое излучение характеризуется линейчатым спектром. Основная доля энергии рентгеновских лучей приходится на тормозное излучение, и лишь незначительная часть всей энергии затрачивается на характеристическое.
Интенсивность рентгеновского излучения от поверхности свариваемого изделия при отсутствии плавления можно определить из следующего выражения [69] 1д=КК,Кг1я2и\ (2.1) где К=1,5-10"9 В"1 - коэффициент пропорциональности [58]; К] - коэффициент, учитывающий пространственную ориентацию детектора; К2 - коэффициент, учитывающий длину пробега электронов в материале изделия; 1Л - ток электронного луча; Z - атомный номер материала свариваемого изделия; U -ускоряющее напряжение.
Ускорение а можно определить, если предположить, что на отрезке, равном длине пробега электрона в материале детали Lnp, торможение электрона происходит равномерно за время т. В этом случае выражение для вычисления ускорения можно записать в следующем виде [73] 2,lmU где є, Кл - заряд электрона; p, кг/м - плотность материала; m, кг - масса электрона; U, кВ - ускоряющее напряжение.
С учетом того, что пространственное распределение интенсивности РИ при ускоряющем напряжении до 200 кВ и диапазоне углов 30 - 75 на основании экспериментальных данных [79] можно считать круговым, можно принять, что значение коэффициента Ki зависит только от геометрических размеров детектора. Поэтому выражение (2.5) можно записать следующим образом [70] где а,р - телесные углы на детектор из точки взаимодействия луча с поверхностью материала.
Выражения (2.10) и (2.11) позволяют построить статическую характеристику детектора с широкой зоной обзора. На рис. 2.3 показана зависимость нормированной интенсивности РИ для детектора с широкой зоной обзора от места положения оси пучка относительно стыка. Расчеты проводились при величине зазора ht = 0.3мм, глубине стыка L = Змм для различных значений a/hc, угла наклона датчика ф = 45, и. = 0.5 мм" .
Схема ориентации детектора с узкой зоной обзора показана на рисунке 2.4. Детектор с узкой зоной обзора установлен таким образом, чтобы ось проекции коллиматора пересекала ось стыка на расстоянии ук от места сварки (точка О). Формирование сигнала на детекторе идет при сканировании по треугольному контуру. При этом луч пересекает стык по оси X при различных фиксированных значениях координаты траектории сканирования по оси Y. Рассмотрим процесс формирования сигнала на детекторе в системе координат положения электронного луча XOY . Для этого поместим начало координат на поверхности деталей в точке пересечения оси стыка и оси проекции коллиматора. Направим ось OY вдоль оси проекции коллиматора, а затем вновь вернемся к системе координат XOY [68].
Информационные признаки, отображающие форму распределения статической характеристики датчика стыка на основе энтропийных оценок
Закон распределения статической характеристики комбинированного рентгеновского датчика стыка j(x) как функция распределения может характеризоваться набором признаков Ui, U2, ..., Un [49]. Признаки могут быть однородными и неоднородными локальными и интегральными. Чтобы признаки характеризовали только форму закона распределения, они должны быть безразмерными и не зависеть от смещения центра распределения. Интегральные признаки проще всего формируются как линейные функционалы от функции j(x). В частности, интегральными признаками могут служить моменты распределений и энтропия.
Первый начальный момент или математическое ожидание, характеризующие центр распределения: Х= їх- j(x)-dx Второй центральный момент или дисперсия случайной величины и относится к параметрам, характеризующий рассеяние отдельных значений от центра распределения: M2=D= \{Х Хг j(x) dx Действующие значение рассеяния или средние квадратическое отклонение (с.к.о.), имеет размерность самой случайной величины: Четвертый центральный момент \х4, который характеризует протяженность распределения. Его относительное значение є называется эксцессом: =-J Для классификации распределений по их форме удобнее использовать функцию от эксцесса - контрэксцесс: х = Энтропия, являющаяся функционалом распределения j(x): Н(х) - - J j(x) In j(x) dx На практике для оценки точности результатов пользуются энтропийным значением ширины распределения А3. Формальным определением энтропийного значения случайной величины является соотношение [49]: #(х) = 1п(2Дэ) отсюда Д =-енм э 2
После выбора совокупности признаков рассматривается многомерное пространство признаков ub u2, ..., u„ (по ортогональным осям откладываются численные значения признаков). В пространстве признаков каждый конкретный закон представляется изображающей точкой с координатами иь иг, ...Если взять два близких друг другу по форме закона распределения, то им будут соответствовать близкие изображающие точки.
В отношении простоты описания преимущество имеют такие способы задания признаков, при которых число признаков минимально, а построенная систематизация достаточно полно отражает желаемые особенности формы распределений.
По числу максимумов в кривой плотности, называемых модами, законы распределения можно разделить на безмодальные, одномодальные, двухмодальные и полимодальные. В нашем случае наблюдаются одномодальные и двухмодальные нормальные распределения.
Произведем выбор признаков характеризующих форму распределений. При использовании второго и четвертого центральных моментов форма закона распределения численно характеризуется значением эксцесса є. Но эксцесс различных распределений колеблется в бесконечных пределах (от 1 до о), из-за чего этот параметр неудобен. Поэтому произведем его нелинейное преобразование в значение контрэксцесса %, которое для любых распределений заключено в пределах от 0 до 1. Таким образом, в качестве первого признака примем значение контрэксцесса х Однако идентификация распределений по одному контрэксцессу является недостаточной. Рассматривая параметры различных законов распределений можно увидеть, что совершенно разные законы распределения могут иметь совпадающие значения эксцесса и контрэксцесса.
При использовании первых двух признаков изображающая точка с координатами кэ и % будет всегда находиться в пределах прямоугольника, ограниченного значениями к0 от 0 до 2.066 и значениями % от 0 до І.
В качестве аналитической модели статической характеристики комбинированного рентгеновского датчика автоматического устройства обнаружения стыка используется композиция дискретного двузначного распределения и нормального распределения [49]. Образование такой композиции показано на рисунке 3.1. Дискретное двузначное распределение в 50% случаев имеет значение х= - а и в 50% случаев - значение х= а. Поэтому композиция его с нормальным распределением складывается из суммы двух нормальных . сдвинутых на ± а относительно центра (на рис. 3.1 они показаны с штриховыми линиями) с площадью под каждой из кривых J[ = J2 = 0.5.
Показатель Сд именуют глубиной антимодальности распределения, так как при Сд = 0 провал на вершине кривой плотности отсутствует, а при СДФ О этот провал тем глубже, чем больше Сд. На рисунке 3.2 показаны виды композиций при различном значении Сд [50].
Отсюда результирующий интервал неопределенности в этом случае равен 2л/2яЄ(Тн0/,, т.е. в два раза больше неопределенности одного нормального распределения. Этим обстоятельством можно воспользоваться для приближенного вычисления энтропийного коэффициента кэ и контрэксцесса % во всем диапазоне изменения коэффициента Сд, пока он остается значительно больше единицы.
В процессе сканирования сигнал комбинированного рентгеновского датчика стыка меняет свою форму от дискретного двухзначного до нормального одномодального распределения. При этом точка, отображающая закон распределения статической характеристики комбинированного рентгеновского датчика стыка будет перемещаться из точки 1, соответствующая дискретному двузначному распределению, в точку 2, соответствующую нормальному одномодальному распределению, и обратно (рис. 3.3). Точка 2 соответствует пересечению оси стыка детали и оси проекции коллиматора рентгеновского детектора с узкой зоной обзора и может быть использована для определения координаты стыка.
Для расчета информационных параметров по зондовым характеристикам следует учитывать то, что при оценке распределения рентгеновского излучения располагают не самим законом распределения, а набором дискретных величин, подчиняющихся этому закону. Это связано с тем, что в процессе сканирования электронный луч отклоняется на проекцию коллиматора, обладающую определенными размерами. На основании этого ограниченного числа измерений может быть построена ступенчатая гистограмма, приближающаяся к действительному распределению [45].
Функциональная схема автоматической системы слежения за стыком
Функциональная схема системы представлена на рис. 4.3 [67]. Система состоит из двух основных блоков: блок выброса луча (БВЛ) и измерительный блок (ИзБ). Управляет работой системы ЭВМ, связанная с блоками системы через двунаправленную шину данных (ШД) и шину адреса (ША). Управление работой системы осуществляется ЭВМ по шине адреса ША через дешифратор ДШ, который дешифрирует адрес, передаваемый ЭВМ, и запускает или выбирает требуемые устройства системы.
БВЛ осуществляет вывод луча из сварочной ванны, пересечение лучом зоны обзора рентгеновских детекторов по заданной траектории через СЧ1. Запуск БВЛ осуществляется ЭВМ через дешифратор ДШ (сигнал 1). Развертка луча производится цифровым генератором по 128 точкам. Генератор тактовых импульсов ГТИ через счетчик СЧ1 выставляет на адресный вход постоянных запоминающих устройств ПЗУ X и ПЗУ Y последовательность адресов ячеек памяти, в которых записаны координаты траектории сканирования луча по оси X и оси Y соответственно. Выбор нужного блока траекторий сканирования производится через порт ЭВМ подачей нужного кода на счетчик СЧ1. Последовательности кодовых комбинаций с помощью цифроаналоговых преобразователей ЦАП X и ЦАП Y преобразуются в аналоговые сигналы, которые поступают через усилители мощности УМ X и УМ Y к отклоняющим системам.
С целью уменьшения влияния помех работа БВЛ синхронизируется частотой питающей сети. Синхронизация производится генератором синхросигналов ГСС путем подачи запускающих импульсов на ГТИ.
В ИзБ сигналы рентгеновских детекторов с узкой зоной обзора (КД) и широкой зоной обзора (Д) преобразуются в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя АЦП и фиксируются в оперативном запоминающем устройстве ОЗУ. Шинный формирователь ШФ осуществляет переключение направления передачи информации: от АЦП в ОЗУ или от ОЗУ в ЭВМ. Переключение производится сигналом 3 и 4 дешифратора ДІЛ. Аналоговые сигналы детекторов попадают в АЦП через схему автоматической регулировки усиления АРУ, предназначенной для стабилизации коэффициента усиления входного сигнала при изменении тока луча.
Измерение сигналов детекторов производятся в каждой точке траектории сканирования луча. Работа блока синхронизируется синхроимпульсами СИ, поступающими из БВЛ через схему выбора СхВ. Коммутация адресов ячеек ОЗУ производится счетчиком СЧ2 при поступлении синхроимпульсов СИ. После заполнения ОЗУ измерительный блок формирует сигнал готовности Гот, предупреждающий ЭВМ о завершении цикла сканирования и готовности измерительного блока к передаче информации.
Для считывания информации из ОЗУ ЭВМ подает синхроимпульсы МТИ на счетчик СЧ2. Счетчик формирует адреса ячеек ОЗУ. Содержимое ячеек ОЗУ выставляется на шину данных ШД и считывается ЭВМ через ШФ.
Коррекция положения луча относительно стыка производится через ШД с записью в регистр Р1. Регистр Р1 запускается сигналом 2 с дешифратора ДШ. Далее кодовые комбинации преобразуются в аналоговую форму в ЦАПе с последующим суммированием в усилителе УМ X и отклоняющей системе ОС X.
Аварийный вывод тока луча производится схемой (АВЛ) по команде ЭВМ в случае потери сигнала от стыка или при сбое программы. Схема работает следующим образом. По одной из линий порта ЭВМ па схему АВЛ поступают импульсы, которые характеризуют нормальный режим работы системы. При постоянном получении этих импульсов схема находится в состоянии блокировки. В случае прекращения поступления импульсов, схема АВЛ разблокируется, производит уменьшение тока пучка и прекращает сварку.
Блок-схема алгоритма работы ЭВМ в составе системы слежения за стыком приведена на рис. 4.4 - 4.5. Начальная установка заключается в настройке ЭВМ для задания направления обмена информацией. Полученную из ОЗУ измерительного блока информацию ЭВМ хранит в специально отведенной области памяти. Перед началом каждого цикла измерений ОЗУ очищается. После загружается код блока траекторий сканирования. Затем ЭВМ переходит в режим ожидания синхроимпульса сети. Синхроимпульс подается на одну из линий порта ЭВМ с частотой 100 Гц. ЭВМ постоянно опрашивает эту линию и при поступлении синхроимпульса запускает блок выброса луча, организуя подачу сигнала "1" дешифратором.
Затем ЭВМ переходит в режим ожидания сигнала Тот" от измерительного блока. Этот сигнал поступает на одну из линий порта примерно через 0,1 мс. ЭВМ постоянно опрашивает эту линию и при поступлении сигнала переходит к считыванию информации из ОЗУ измерительного блока. Если сигнал "Гот" через 0,1 мс не поступил, то это означает, что измерительный блок неисправен. С целью распознавания такой ситуации ЭВМ перед началом ожидания сигнала Тот" на одном из своих регистров организует счетчик (С1), работающий на вычитание (блоки 7, 8, 9). В счетчик С1 загружается число и после каждого опроса сигнала "Гот" содержимое счетчика уменьшается на 1. Если измерительный блок неисправен и сигнал "Гот" не поступает, то через 0,15 мс счетчик С1 обнулится, после чего ЭВМ организует индикацию аварийного режима и запускает схему аварийного вывода тока луча.
Если сигнал "Гот" поступает через 0,1 мс, ЭВМ переходит к. считыванию информации из ОЗУ измерительного блока (блоки 13-16). С этой целью ЭВМ по одной из линий порта посылает на счетчик СЧ2 измерительного блока синхроимпульс. После получения синхроимпульса СЧ2 выставляет на адресный вход ОЗУ измерительного блока код адреса. Данные ОЗУ измерительного блока считываются ЭВМ и перемещаются в отведенную область памяти. Всего считываются 128 чисел, после чего ЭВМ снова переходит в режим ожидания синхроимпульса сети (блок 5). После поступления синхроимпульса организуется новый цикл сканирования и считывания информации. После совершения тридцати одного такого цикла ЭВМ переходит к программе обработки сигналов детекторов (блоки 18-27).
Обработка производится в следующем порядке (рис. 4.5): Вначале обрабатывается сигнал детектора с узкой зоной обзора. Для каждой сохраненной реализации сигнала детектора вычисляются информационные параметры формы - контрэксцесс % и энтропийный коэффициент кэ и их среднее значение %ср, кэср по всем реализациям.
Похожие диссертации на Автоматизация процесса наведения на стык при электронно-лучевой сварке
