Материал: Управление электронно-лучевой сваркой

ния и сигнальные провода датчика положения стыка необходимо про­ водить в отдельных кабелях.

Существенным источником помехи является нестабильность ис­ точника питания электронно-лучевой пушки. Эта нестабильность мо­ жет привести к пульсациям тока электронного пучка и диаметра элек­ тронного пучка. Источниками такой нестабильности могут являться пульсации ускоряющего напряжения и пульсации напряжения, посту­ пающего на ускоряющий электрод электронно-лучевой пушки. К ста­ бильности ускоряющего напряжения предъявляются высокие требова­ ния. Нестабильность и пульсации не должны превышать 0,1 % от но­ минального значения. На практике такая стабильность ускоряющего напряжения, как правило, не достигается. Амплитуда и частота пульса­ ций зависит от используемой схемы выпрямителя и от того, применя­ ется ли высоковольтная стабилизация напряжения. Амплитуда пульса­ ций ускоряющего напряжения достигает нескольких процентов. Часто­ та пульсаций в зависимости от схемы выпрямителя составляет при 3-фазном выпрямлении 150 Гц, при 6-фазном выпрямлении - 300 Гц. Аналогичные пульсации могут иметь место и в схеме формирования управляющего напряжения электронно-лучевой пушки, и эти пульса­ ции приводят к пульсациям тока электронного пучка. Амплитуда пуль­ саций тока электронного пучка может достигать 30 % при малых токах пучка и 5... 10 % при больших токах пучка. Эти пульсации существенно искажают сигнал датчика положения стыка. Поэтому приходится при­ менить различные способы устранения их влияния.

При использовании метода развертывающего преобразования время развертки электронного пучка поперек стыка обычно не превы­ шает 1...2 мс. Это связано с тем, что вывод электронного пучка из сварочной ванны не должен приводить к заметному влиянию на про­ цесс сварки. Эффективным способом устранения влияния пульсаций тока пучка на сигнал датчика стыка является синхронизация момента поискового зондирования с фазой питающей сети. Причем фаза выби­ рается таким образом, чтобы изменение тока электронного пучка в этот момент было минимальным.

При применении метода синхронного детектирования в сигнале датчика положения стыка при наличии пульсаций тока сварки образу­ ются составляющие с боковыми частотами + соп и coi - соп, где ©! - несущая частота, а соп - частота пульсаций. Полоса пропускания изби­ рательного усилителя, настроенного в резонанс на частоте coi, выбира­ ется такой, чтобы подавить составляющие с боковыми частотами.

Для рентгеновского датчика характерна помеха, связанная с квантово-волновой природой излучения. Рентгеновский датчик состоит

Если учесть, что время одного сканирования стыка пучком со­ ставляет 1 мс, то количество квантов излучения, приходящих на датчик за одно сканирование, равно 1,63 108, т. е. является большой величи­ ной. Поэтому пульсации в выходном напряжении датчика из-за нерав­ номерности распределения квантов излучения по времени не сущест­ венны.

Из рассмотренного примера следует, что для неколлимирован­ ного датчика помеха, связанная с квантовой природой рентгеновского излучения, не существенна и может не учитываться при анализе поме­ хозащищенности измерительных устройств.

4.5. Анализ помехоустойчивости измерительных устройств

При электронно-лучевой сварке возникает проблема надежности работы системы наведения электронного пучка на стык. Анализ работы различных устройств наведения на стык показывает, что в реальных условиях имеют место сбои, приводящие к грубым ошибкам в совме­ щении электронного пучка со стыком, которые обычно сопровождают­ ся дефектами типа непровара. Естественно, что такие ошибки недопус­ тимы и от системы слежения по стыку требуется достаточный уровень надежности ее работы в условиях действия помех. В данных условиях надежность зависит от способности системы противостоять вредному действию помех. Это свойство называют помехоустойчивостью, кото­ рая в основном определяется помехоустойчивостью измерительных устройств системы. Под помехоустойчивостью мы будем понимать способность измерительного устройства противостоять помехам, при­ водящим к грубым ошибкам. Такие ошибки возникают тогда, когда помеха принимается за полезный сигнал. Обычно такая ситуация воз­ никает, когда помеха превышает некоторый пороговый уровень, при­ нимаемый в измерительном устройстве для формирования сигнала отклонения стыка.

В качестве количественной оценки помехоустойчивости примем величину [162]

где Рот- вероятность ошибки.

Определенная такой формулой оценка помехоустойчивости вы­ ражается положительным числом, обычно в пределах десяти. Она по­ зволяет произвести сравнительную оценку помехоустойчивости раз­ личных измерительных устройств.

кварцевого фильтра. Поэтому будем исходить из соображений техни­ ческой реализуемости. Реально достигаемая добротность избиратель­ ных фильтров на транзисторных каскадах составляет Q = 20...60. При

2п

Смещение частоты относительно частоты настройки coi на 38 Гц приводит к ослаблению амплитуды на уровень 0,7. Амплитудно­ частотная характеристика одноконтурного избирательного усилителя описывается выражением [64]

К

(4.7)

Расчет по формуле (4.7) при f - f\ = 150 Гц дает ослабление в 4 раза, при двухкаскадном усилителе - в 16 раз. При f ~ f '= 300 Гц для однокаскадного усилителя ослабление изменится в 8 раз, для двухкас­ кадного усилителя - в 4 раза. Поэтому можно считать, что помехи, появляющиеся за счет модуляции полезного сигнала пульсацией тока пучка, сосредоточенные на боковых частотах ©! ± Зсос и ± 6еос, будут подавлены двухкаскадным избирательным усилителем соответственно в 16 и 4 раза. А при использовании двухкаскадного избирательного усилителя с добротностью Q = 40 помехи, отличающиеся по частоте от частоты настройкиf\ более чем на 0,1/ ь подавляются настолько, что их влиянием можно пренебречь. Поэтому при рассмотрении помехо­ устойчивости измерительного устройства, работающего по методу синхронного детектирования, можно принимать во внимание только помехи от неоднородности обрабатываемой поверхности.

При методе синхронного детектирования неоднородность обра­ батываемой поверхности преобразуется в сигнал первой гармоники частоты сканирования точно так же, как и неоднородность в виде стыка сварного соединения. При токе электронного пучка /п = 2 мА для рент­ геновского датчика были получены следующие отношения амплитуды сигнала от стыка к среднеквадратическому отклонению помехи: А/о =13,2 при зазоре в стыке hs = 0,3 мм; А!с = 4,4 при зазоре в стыке hs = 0,1 мм.

Условие сбоя измерительного устройства запишем в виде г\> А. В этом случае амплитуда помехи будет превышать амплитуду сигнала от стыка. Вероятность единичного сбоя запишется в виде [67]