Материал: Управление электронно-лучевой сваркой
Для дисперсии помехи
0,606/4
Функциональная схема (рис. 4.1) может быть преобразована к виду, изображенному на рис. 4.24. Здесь г| - суммарная помеха, приве денная ко входу измерительного устройства, имеющая размерность линейного отклонения электронного пучка от стыка сварного соедине ния. Зная характеристики помехи, такие как корреляционная функция, спектральная плотность, можно рассчитать погрешность слежения от действия помех, а также произвести синтез оптимальной по помехоза щищенности следящей системы.
Б
Рис. 4.24. Функциональная схема измерительного устройства
Глава 5
СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПО СЕЧЕНИЮ ПУЧКА
Плотность распределения энергии по сечению пучка является важным технологическим параметром процесса ЭЛС. Анализ состоя ния вопроса по литературным источникам показывает, что сущест вующие методы не позволяют осуществлять контроль геометрии элек тронного пучка непосредственно в зоне сварки, что существенно сужа ет область применения этих методов.
В данной главе изложен бесконтактный метод контроля плотно сти распределения энергии по сечению электронного пучка, основан ный на использовании рентгеновского излучения из зоны обработки.
5.1. Математическая модель рентгеновского датчика для контроля плотности распределения энергии
по сечению пучка
Способ контроля плотности распределения энергии по сечению пучка с использованием рентгеновского датчика основан на том, что плотность рентгеновского излучения из зоны взаимодействия элек тронного пучка с поверхностью обрабатываемого материала пропор циональна плотности тока электронного пучка. То есть плотность энер гии рентгеновского излучения совпадает с плотностью энергии элек тронного пучка, если поверхность обрабатываемого изделия в зоне контроля однородна. Для того чтобы зона обзора рентгеновского дат чика была намного меньше диаметра электронного пучка, применяют коллимированный рентгеновский датчик. Если зона обзора рентгенов ского датчика имеет форму узкой полосы и она пересекается электрон ным пучком, то с рентгеновского датчика будет сниматься зондовая характеристика, подобная той, которая получается при пересечении электронного пучка проволочным зондом.
На рис. 5.1 изображена схема рентгеновского датчика для кон троля геометрии электронного пучка. Датчик содержит рентгеновский датчик и коллиматор, представляющий защитный экран с коллимаци онным отверстием. Экран выполнен из материала, поглощающего рентгеновское излучение. Рентгеновское излучение попадает на датчик только через коллимационное отверстие, выполненное в виде щели шириной 0,05 мм. Зона обзора коллимированного датчика описывается функцией ср(х).
Достоинством предлагаемого способа контроля является его бесконтактность. Отсутствие зонда или коллектора, подвергающихся воздействию электронного пучка, приводит к повышению долговечно сти датчика. Кроме того, рентгеновский датчик гальванически развязан от источника питания электронно-лучевой пушки, что важно при его работе с микроЭВМ.
Другим важным достоинством способа является то, что контроль геометрии электронного пучка осуществляется непосредственно в зоне обработки на поверхности обрабатываемого изделия при любых техно логических параметрах электронного пучка. При этом решается задача управления и стабилизации параметров сварочного шва.
Используя выражение (3.10), можно получить сигнал на выходе рентгеновского датчика для контроля плотности распределения энер гии в виде
J a = K0K,ZInUi |
J |
J ф(*, y)j„ О ,y)dxdy, |
^ Н |
- 0 |
0 - 0 0 |
гдеуп(х, у) - искомая плотность распределения тока пучка по координа там х и у\ ср(х, у) - функция обзора коллимированного датчика по ука занным координатам; Кн- коэффициент нормализации.
Если сориентировать оси координат таким образом, чтобы щель коллиматора была направлена вдоль оси ОУ тогда
ф(*>у) = ф(*)-
Предположим, что плотность распределения тока
j „ ( x , y ) = j B( x ) j n(y)>
тогда с учетом того, что
1Уп0')Ф ' = 1>
получим
Уд(е) = В Д 2 / Х -р- |
(5.1) |
**II -« |
|
Выражение (5.1) устанавливает свЯзь между сигналом датчика и плотностью распределения тока по сечейию пучка. Если зона обзора коллимированного датчика настолько маЯа, что можно представить
-Ь ф (х ) = 5(й),
А н
где 8(0) - дельта-функция, тогда выражение (5.1) примет вид
J A(s) = K0KlZI„U20j n(e).
Сигнал, снимаемый с рентгеновского датчика, в этом случае с точностью до постоянного коэффициента совпадает с плотностью рас пределения тока пучка по координате X. Если же такая идеализация неправомерна, то зондовая характеристика Уд(г) описывает плотность распределения тока Jn(e) с некоторой погрешностью.
Рассмотрим составляющие формулы (5.1). В соответствии с (3.9)
^ _ а - р _ |
d • А |
4л 4л(/, + /2)2
где d - диаметр кристалла рентгеновского датчика; А - ширина колли мационного отверстия; (/| + /2) - расстояние от рентгеновского датчика до обрабатываемой поверхности (см. рис. 5.1).
Ранее получено значение коэффициента/^, В '1:
К0 = 1 1<Г9
Из рис. 5.1 видно, что cp(jt) представляет собой кусочно-линей ную функцию:
|
|
|
h ^ |
А |
|
|
|
при — < х < —, |
|
||
|
|
v |
2 |
2 |
|
, 1 /, |
1 /, |
A |
|
, h |
/2 , |
1 + г-—--------при — < х |
< —+ — А, |
I |
|||
2 L |
h i |
|
|
2 |
|
ч>(*)=
, 1/,
1 + г —L+
2 /,
1 /,LJC при |
--------А |
/2- п, < х < А, |
h i |
2 |
/, |
приИ > | |
■+ у ’А- |
Коэффициент нормализации Кн = х Л |
. Подставляя получен |
ные значения в выражение (5.1), получим формулу для расчета зондовой характеристики рентгеновского датчика: