пороговое значение, являющееся функцией амплитуды импульса от стыка, оставалось постоянной величиной, независимо от изменения тока пучка, величины зазора в стыке, диаметра пучка и других пара метров процесса, влияющих на амплитуду импульса от стыка. Таким образом, в каждой точке траектории сканирования мы получаем сред нее арифметическое значение величины из л опытов. Поскольку им пульс стыка повторяется в каждом опыте, а помеха имеет случайный характер, то амплитуда импульса от стыка А остается неизменной, а
среднеквадратическое значение помехи уменьшается в >/л раз [153]. Если отношение сигнала к помехе при одиночном сканировании равно А/а, то после получения л накоплений отношение сигнала к помехе будет равно А 4п /а. То есть выбирая количество накоплений л, можно получить существенное увеличение помехоустойчивости измеритель ного устройства.
Число накоплений л выбирают из следующих соображений. Время проведения одного сканирования обычно равно 0,1... 1 мс. Увеличение времени скашфования может привести к дефектам сварного шва. На уменьшение времени сканирования накладывает ограничение быстро действие отклоняющей системы и датчика положения стыка. Скважность импульсов сканирования обычно принимают равной 0,01...0,02, исходя из соображения расходования энергии пучка на поиск стыка 1...2 % от общей энергии пучка. Тогда период Т лежит в пределах Т= 5...100 мс. Для того чтобы избавиться от помех, связанных с пульсациями источни ка питания, фазу сканирования связывают с фазой питающей сети 50 Гц. Отсюда принимается Т= 20 мс. За 1 с может быть произведено 50 скани рований. Число л накоплений сверху ограничивается из условий возмож ного отклонения стыка за время Г0 = лГ и влияния периода квантования по времени Т0 на устойчивость и динамические характеристики цифро вой следящей системы.
Скорость сварки электронным пучком лежит в пределах от 5 до 30 мм/с. Используя выражение (4.2), можно оценить возможный диапа зон уходов стыка:
*сг(0 =
где Ь = 2 мм; cot = 0,004...0,4 с '1
Если задаться максимальным уходом стыка JCCT = 0,06 мм, то можно рассчитать интервал времени накопления Т0 = 0,08...8 с. Верх няя граница числа накоплений в зависимости от формы сварного шва лежит в пределах л = 4...400. Такой широкий диапазон взят из условий максимального диапазона скоростей сварки. Реальные условия ЭЛС
показывают, что при максимальных уходах стыка, возникающих при сварке круговых швов малого диаметра, ЭЛС осуществляется не на максимальной, а на некоторой средней скорости Усъ= 10..Л 5 мм/с. То гда минимальную верхнюю границу числа накоплений п можно при нять равной 16. Максимальная верхняя граница числа накоплений бу дет зависеть главным образом от условий устойчивости системы сле жения. Система управления должна иметь возможность оперативного изменения числа накоплений.
Рассмотрим помехоустойчивость измерительных устройств с обработкой информации по методу накопления при л = 16. Результаты расчетов помехоустойчивости измерительных устройств, работающих по методу накопления при п = 16, сведены в табл. 4.4.
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.4 |
|
Тип |
|
|
Рентгеновский |
|
|
||
датчика |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
L, мА |
2 |
|
100 |
|
187 |
||
hs, мм |
0,3 |
0,1 |
0,3 |
0,1 |
0,3 |
0,1 |
|
у!А |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,8 |
0,5 |
0,8 |
|
р |
0 |
4,2-10"'8 |
1,3-10'29 |
3,4-10"9 |
5-10-3 |
0 |
|
0 |
1,4-10-15 |
4,310"2> |
4 ,МО"6 |
1 |
0 |
||
1 ОШ |
|||||||
Тип |
|
|
Вторично-эмиссионный |
|
|
||
датчика |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
/л, МА |
5 |
|
51 |
|
62 |
||
hs, мм |
0,3 |
0,1 |
0,3 |
0,1 |
0,3 |
0,1 |
|
у/А |
0,5 |
0,5 |
0,65 |
0,8 |
0,68 |
0,8 |
|
Р(п>у) |
0 |
2,5-10 |
4,8-1Г 14 |
1,25-КГ4 |
4,8-10-ш |
1,8-10-2 |
|
___ ^ОШ |
0 |
8,3-КГ19 |
1,4-10-“ |
4 ,МО-2 |
1 ,6 -ir 7 |
1 |
|
Примечание. При расчете Рот принималось во |
внимание |
выражение |
|||||
Рош = кР(Л > у), где к - количество измерений на 1 м шва, при п= 16, к = 330.
Из полученных результатов следует, что измерительные устрой ства достаточно надежно функционируют при гарантированном зазоре в стыке hs = 0,3 мм. При зазоре в стыке hs = 0,1 мм вероятность сбоя велика. Обеспечить гарантированный зазор hs = 0,3 мм возможно толь ко с помощью специальной разделки кромок, требующей дополнитель ных затрат на механическую обработку. Кроме того, зазор в стыке приводит к занижению в верхней части сварного шва, что нежелатель но. Поэтому необходимо повысить помехоустойчивость слежения при hs < 0,1 мм. Дальнейшее повышение помехоустойчивости может быть связано с увеличением числа накоплений п. Однако это может привести
к значительному увеличению периода дискретности Г0 = пТ. Так, при п = 64 То = 1,3 с. Дальнейшее увеличение п невозможно, так как трудно обеспечить устойчивость и хорошие динамические характеристики следящей системы. Поэтому целесообразно использовать другой путь, связанный с увеличением амплитуды импульса от стыка за счет увели чения коэффициента глубины модуляции. Этот способ реализуется с помощью коллимированного рентгеновского датчика стыка.
Из рис. 3.14 видно, что коэффициент глубины модуляции кол лимированного рентгеновского датчика при угле коллиматора к стыку (3 = 10° увеличивается в 3,5 раза по сравнению с неколлимированным датчиком. Таким образом, применение коллимированного датчика позволяет поднять отношение А!а в 3,5 раза, что существенно скажется на помехоустойчивости измерительного устройства. Рассмотрим зна чения вероятности сбоя коллимированного рентгеновского датчика с обработкой сигнала методом накопления при числе накоплений п = 16. Результаты расчета помехоустойчивости коллимированного рентгенов ского датчика сведены в табл. 4.5.
Таблица 4.5
/л |
|
2 |
|
hs, мм |
0,3 |
0,1 |
0,3 |
у!А |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
Р(П>у) |
0 |
0 |
0 |
РОШ |
0 |
0 |
0 |
S - ' S J - |
00 |
оо |
оо |
|
|
|
1ОШ
100
0,1
0,5
7,1
Ю40
1 U*
о
37,361
|
187 |
0,3 |
0,1 |
0,5 |
0.5 |
9,3 |
2,3 |
1076 |
10* |
3,0 |
7,59 |
1073 |
107 |
73,333 |
6,78 |
Из полученных результатов следует, что использование колли мированного рентгеновского датчика совместно с обработкой инфор мации методом накопления позволяет обеспечить высокую помехо устойчивость измерительного устройства во всем диапазоне сварочных токов.
4.6. Приведение помехи ко входу измерительного устройства
При экспериментальных исследованиях анализировались помехи на выходе датчиков контроля положения стыка в соответствии с функ циональной схемой (рис. 4.1). Полученные экспериментальные данные
использовались для анализа помехоустойчивости измерительных уст ройств. Для оценки помехозащищенности следящей системы указан ные помехи необходимо привести ко входу измерительного устройства с учетом тех преобразований, которые осуществляются в измеритель ном устройстве.
Сигнал на выходе датчика записывается в виде
З Д = /( 0+Л1(0,
где I(t) = Лехр |
- сигнал от стыка; Л1 - помеха на выходе дат |
чика.
В качестве информационного параметра, характеризующего от клонение стыка, используется фаза сигнала
s(Q = V t-E cu9
которая зависит от смещения стыка Еси.
Представим результат действия помехи как изменение информа ционного параметра е:
(e + 5s)2
5Д = Лехр
2 °2„
где пульсация фазы 5е обусловлена действием помехи т^(О.
Если помеха т}{(t) мала, т. е. т\ \ < А, то справедливо следующее соотношение:
Л1(0 = - ^ 5 б . dz
Поскольку параметр е имеет размерность отклонения электрон ного пучка от стыка, то 5е = r\(t) - помеха приведенная ко входу изме рительного устройства,
л .( 0 = - т г-л(0- |
(4.10) |
аг |
|
dSn |
форму импульса от |
Для оценки параметра — - рассмотрим |
|
dz |
|
стыка в отсутствии помехи:
G
Sa = Aexp
2a*
e
2a2
dz
Из выражения (4.10) следует, что помеха ri(f), приведенная ко входу измерительного устройства, будет тем меньше, чем больше про
изводная |
Определим максимальное значение этой производной и |
dz
величину е, при которой следует производить измерение фазы импуль са от стыка. Для этого определим вторую производную и приравняем ее к нулю:
d2S> |
=0, |
д__ А ~2аг |
|
dz2 |
S - . |
отсюда е = ± <тп. Тогда |
|
0,606— .
dz шах
Подставляя полученный результат в выражение (4.10), имеем
<411)
Из этого выражения следует, что помехозащищенность измери тельного устройства тем выше, чем больше амплитуда импульса от стыка А и меньше радиус пучка а„. Оптимальное значение порогового уровня, при котором следует измерять фазу импульса от стыка, равно 0,606А. При этом помеха приводит к минимальному изменению фазы импульса от стыка.
Уравнение (4.11) может быть использовано для получения ха рактеристик случайного процесса.
Для среднеквадратического отклонения
=- 0,606А Ы-