Материал: Управление электронно-лучевой сваркой

Рис. 5.5. Функциональная схема системы контроля и стабилизации плотности распределения энергии по сечению пучка. Блок коррекции и индикации

Измерение сигнала датчика производится в каждой точке траек­ тории сканирования пучка при его обратном ходе. Работа блока син­ хронизируется синхроимпульсами (СИ0, поступающими из блока вы­ броса пучка от ГТИ. Коммутация адресов ячеек ОЗУ производится счетчиком СЧ2 при поступлении тактовых импульсов СИЬ После за­ полнения ОЗУ измерительный блок формирует сигнал готовности «ГОТ», предупреждающий КПУ о завершении цикла сканирования и готовности измерительного блока к передаче информации.

Для считывания информации из ОЗУ контроллер подает синхро­ импульсы СИ2 по одной из линий порта В на счетчик СЧ2. Счетчик

формирует адреса ячеек ОЗУ. Содержимое ячеек выставляется на шину данных ОЗУ и считывается контроллером через порт С.

Для проверки функционирования системы в состав измеритель­ ного блока введена схема (М), моделирующая сигнал рентгеновского датчика. В состав модели М входят счетчик СЧ3, ПЗУ и ЦАП. В ячейки ПЗУ записаны кодовые комбинации, соответствующие нормальному закону распределения плотности энергии. Модель подключается к из­ мерительному блоку с помощью ключа S\. Использование модели по­ зволяет осуществлять контроль состояния измерительно-преобразова­ тельного блока, контроллера и блока индикации. Такая проверка необ­ ходима для контроля готовности системы к работе до включения элек­ тронно-лучевого оборудования.

Функциональная схема блока коррекции и индикации изображе­ на на рис. 5.5. Блок коррекции и индикации предназначен для индика­ ции расчетного значения диаметра пучка, тока фокусирующей линзы. Блок позволяет визуально оценить форму зондовой характеристики, осуществить автоматическую фокусировку электронного пучка на по­ верхности обрабатываемого изделия, стабилизировать диаметр сфоку­ сированного электронного пучка за счет управления эмиссией катода электронно-лучевой пушки. Зондовая характеристика визуализируется с помощью видеоконтрольного устройства (ВКУ). В качестве ВКУ может быть использован осциллограф. На вход X подается траектория сканирования электронного пучка, на вход У- обработанное значение плотности распределения энергии по координате сканирования. Выда­ ча всех управляющих воздействий осуществляется контроллером путем подачи цифровых сигналов через внешние порты А2, В2 и преобразова­ ние их в аналоговую форму с помощью АЦП.

Управление эмиссией катода электронно-лучевой пушкой про­ изводится через внешний порт С2, цифро-аналоговый преобразователь и усилитель мощности, на выходе которого подключен накальный трансформатор, имеющий высоковольтную изоляцию вторичной об­ мотки. Управление эмиссией электронов с катода осуществляется за счет регулировки температуры катода. Изменение температуры катода приводит к изменению тока электронного пучка. В источнике питания электронно-лучевой пушки имеется система стабилизации тока элек­ тронного пучка за счет изменения отрицательного потенциала управ­ ляющего электрода. При увеличении эмиссии катода для стабилизации тока пучка увеличивается отрицательный потенциал управляющего электрода, а площадь съема электронов с катода уменьшается, следова­ тельно, уменьшается и диаметр пучка. Управление эмиссией катода позволяет стабилизировать требуемые технологические параметры

электронного пучка в процессе износа катода, его запыления продук­ тами испарения свариваемого материала и влияния других факторов. Значение стабилизируемого диаметра пучка следует выбирать из усло­ вий технологического процесса, надежности и ресурса работы эмисси­ онной системы электронно-лучевой пушки.

Если диаметр электронного пучка не соответствует требуемому значению, то выдается индикация аварии. Аварийный вывод тока пучка производится схемой АВЛ по команде КПУ в случае недопустимых от­ клонений диаметра пучка или при сбое программы. Распознавание сбоя программы производится следующим образом. По одной из линий порта Ci на схему АВЛ поступают импульсы СИ3, которые характеризуют нор­ мальный режим работы системы. При постоянном получении этих им­ пульсов схема находится в состоянии блокировки. В случае прекращения поступления импульсов СИ3 происходит разблокировка схемы АВЛ, которая производит уменьшение тока пучка и прекращает сварку.

Автоматическая фокусировка электронного пучка осуществляет­ ся через порт Ai КПУ, цифро-аналоговый преобразователь и усилитель мощности. В качестве контролируемого параметра используется диа­ метр электронного пучка. В КПУ реализуется алгоритм экстремального регулятора функции одной переменной. Фокусировка прекращается, когда за счет изменения тока в фокусирующей системе (ФС) достигает­ ся минимальный диаметр электронного пучка. На индикаторе при этом отображается ток фокусировки. Фокусировка обычно производится на малом токе пучка, а затем значение тока в фокусирующей системе фиксируется. Если же в процессе сварки расстояние до обрабатывае­ мой поверхности изменяется, то режим фокусировки может периодиче­ ски повторяться и на рабочем токе пучка.

Функциональная схема устройства автоматической регулировки усиления (АРУ) изображена на рис. 5.6. Устройство позволяет компен­ сировать постоянную составляющую и изменять коэффициент усиле­ ния в зависимости от амплитуды входного сигнала. При изменении входного сигнала в диапазоне - 10... 10 В амплитуда сигнала на выходе не превышает 1 В. Это позволяет согласовать выход датчика рентге­ новского излучения с диапазоном входных сигналов АЦП.

На рис. 5.7 показаны временные диаграммы, поясняющие работу АРУ. Схема работает следующим образом. Входной сигнал подается на 1-й вход сумматора. На выходе сумматора стоят компараторы К! и К2, настроенные на напряжение +0,1 и -0,1 В соответственно. Если вход­ ное напряжение превышает этот порог, то через логическую схему «Щи» включается генератор Г1? выдающий тактовые импульсы с час­ тотой 5 МГц. Система управления СУ1 передает эти импульсы на счет­

чик СЧ5, работающий в режиме сложения или вычитания в зависимо­ сти от полярности входного сигнала. Счетчик СЧ5 образует последова­ тельность кодовых комбинаций, которые с помощью двухполярного ЦАП] преобразуются в напряжение и подаются на второй вход сумма­ тора с целью компенсации входного сигнала. Схема компенсации по­ стоянной составляющей работает с момента вывода пучка из сварочной ванны и до вхождения в зону контроля его диаметра (на рис. 5.7 этот участок определен от 1-й до 128-й точки траектории сканирования). Это достигается подачей сигнала выбора устройства ВУЬ формируемо­ го схемой управления СУ2. Затем на 128-й точке схема СУ2 снимает сигнал ВУ! и компенсация постоянной составляющей прекращается.

Рис. 5.6. Функциональная схема блока АРУ

На участке от 128-й до 256-й точки сканирования производится пересечение пучком зоны обзора коллимированного рентгеновского датчика в прямом направлении. Измеряемый сигнал подается на опор­ ный вход ЦАП2. Сигнал на выходе ЦАП2 формируется с коэффи-

К3 срабатывает и запускает генера­ тор тактовых импульсов Г2 с частотой 2 МГц. Тактовые импульсы пода­ ются на счетчик СЧ4, работающий на вычитание. В результате коэффи­ циент усиления уменьшается, и выходной сигнал АРУ не превышает 1 В. На 256-й точке сканирования СУ2 снимает сигнал ВУ2, и коэффициент усиления становится постоянным. Во время обратного хода пучка на участке от 256-й до 384-й точки сигнал с датчика поступает на АЦП че­ рез схему АРУ с фиксированным напряжением смещения и постоянным коэффициентом усиления и записывается в ячейки памяти.

Рассмотрим алгоритм функционирования системы. Блок-схема алгоритма контроля и стабилизации диаметра пучка и фокуса приведе­ на на рис. 5.8 и 5.9. Начальная установка заключается в настройке кон­ троллера для задания направления обмена информацией. Полученную из ОЗУ измерительного блока информацию КПУ хранит в специально отведенной области памяти - ячейках-накопителях. Перед началом каждого цикла измерений накопители очищаются. Затем контроллер переходит в режим ожидания синхроимпульса сети. Синхроимпульс подается на одну из линий порта А с частотой 50 Гц. Контроллер по­ стоянно опрашивает эту линию и при поступлении синхроимпульса запускает блок выброса пучка, организуя подачу сигнала ЗАП по одной из Диний порта В. Затем КПУ переходит в режим ожидания сигнала