Оптимизация системы слежения за стыком при электронно-лучевой сварке Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.791.722

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ СЛЕЖЕНИЯ ЗА СТЫКОМ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ

Р. В. Липатов, П. В. Лаптенок, Е. Ю. Меньщиков Научный руководитель - В. Д. Лаптенок

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: [email protected]

Приводится анализ существующих устройств и систем автоматического управления процессом электроннолучевой сварки (ЭЛС). Выделяются основные недостатки системы слежения за стыком. Выделены два основных пути изменения системы. Приведены достоинства и недостатки. Приведена структурная схема слежения за стыком при электронно-лучевой установки. Произведён выбор пути оптимизации системы слежения за стыком при ЭЛС.

Ключевые слова: ЭЛУ, электронно-лучевая сварка, микроконтроллеры, сварка, автоматизация, логические элементы.

OPTIMIZATION TRACKING SYSTEM JOIN WITH ELECTRON BEAM DELDING.

R. V. Lipatov, P. V. Laptenok, E. Yu. Men'shchikov Scientific supervisor - V. D. Laptenok

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The analysis of existing devices and the systems of automatic process control of electron beam welding (EBW) is given. The main weaknesses of the joint tracking system are highlighted. Two main ways to the system change are highlighted. The advantages and disadvantages are given. The structural diagram for the electron installation is given. The ways for optimization of the tracking system in EBW joint are chosen.

Keywords: EBI, electron beam welding, microcontrollers, welding, automation, logical elements.

Анализ существующих устройств и систем автоматического управления процессом электронно-лучевой сварки показывает, что их развитие идет как по пути создания отдельных систем слежения по стыку, контроля геометрических параметров электронного пучка и фокусировки, систем управления глубиной проплавления, так и по пути объединения указанных систем в вычислительные комплексы с решением задач контроля и регистрации параметров процесса, оперативного управления ими, решения вопросов оптимизации качества.

Под качеством сварки можно понимать, как качество самого сварного соединения, так и технологичность процесса. Все эти параметры напрямую зависят от системы слежения за стыком [1] .Система слежения состоит из записи и воспроизведения траектории луча. Запись производится на малом токе. При воспроизведении на рабочем токе, возможны деформации изделия и изменение магнитных полей в процессе сварки. У существующей системы слежения за стыком есть свои недостатки, такие как: высокая погрешность, низкая помехоустойчивость. Стоит заметить, что при повышении частоты работы происходит уменьшение времени на обработку полученных данных от процесса записи траектории. Для качественного изменения системы необходимо усовершенствовать блок генератора, который кроме функции генератора сигала для слежения за стыком должен выполнять функцию повышения качества сварного шва. Существует два пути изменения:

1. Замена логических элементов на более производительные аналоги и доработка существующей схемы.

2. Концептуальное изменение работы системы. Переход на микроконтроллеры

Секция «Информационно-управляющие системы»

Для выбора пути, необходимо провести анализ, оценить затраты и обозначить перспективы. В табл. 1 приведены характеристики и их достоинства и недостатки.

Таблица 1

Сравнительная характеристика

Достоинства Недостатки Стоимость

Стандартные логические элементы Возможность заменять неисправные элементы, высокая помехоустойчивость. Простота в использовании Габариты платы. Невозможность изменения функционала схемы без вмешательства. Дополнительные затраты на изготовление платы ~1 400 руб.

Микроконтроллер Возможность изменять программу в любое время. Легкость подключения. Габариты. Высокая производительность Необходимость в разработке ПО ~1 900 руб.

На рисунке представлена схема слежения за стыком при электронно-лучевой сварке с использованием генератора сканирования на микроконтроллере.

Структурная схема электронно-лучевой установки: КВЭ - коллектор вторичных электронов; ИУ - избирательный усилитель; ДМ - демодулятор; УМ - усилитель мощности; ЦАП - цифро-аналоговый

преобразователь; АЦП - аналогово-цифровой преобразователь; ЭВМ - электронно-вычислительная машина; ОКх - отклоняющая катушка для оси X; ОКу - отклоняющая катушка для оси Y

Таким образом, для оптимизации системы слежения за стыком при ЭЛС при вышерассмотрен-ных характеристиках, вместо функциональных элементов целесообразно перейти на микроконтроллер Arduino Due, который позволяет реализовать любую траекторию сканирования и регулировать частоты работы системы слежения за стыком. Характеристики микроконтроллера приведены в табл. 2 [2].

Таблица 2

Характеристики микроконтроллера Arduino Due.

Микроконтроллер AT91SAM3X8E

Рабочее напряжение 3,3 В

Входное напряжение (рекомендуемое) 7-12 В

Входное напряжение (предельное) 6-20 В

Цифровые Входы/Выходы 54 (на 12 из которых реализуется выход ШИМ)

Аналоговые входы 12

Аналоговые выходы 2 (ЦАП)

Общий выходной постоянный ток на всех входах/выходах 50 мА

Постоянный ток через вывод 3,3 В 800 мА

Постоянный ток через вывод 5 В 800 мА

Флеш-память 512 КБ

ОЗУ 96 КБ (два банка: 64 КБ и 32 КБ)

Тактовая частота 84 МГц

Библиографические ссылки

1. Лаптенок В. Д., Мурыгин А. В., Серегин Ю. Н., Браверманн В. Я. Управление электроннолучевой сваркой / Сиб. аэрокосмич. акад. Красноярск, 2000. С. 234.

2. Электронно-лучевая сварка / О. К. Назаренко, А. А. Кайдалов, С. Н. Ковбасенко и др. / под ред. Б. Е. Патона. Киев : Наукова думка, 1987.

3. Arduino.ru [Electronic resourse]. URL: http://arduino.ru/Hardware/ArduinoDue (date of visit: 05.03.2015).

© Липатов Р. В., Лаптенок П. В., Меньщиков Е. Ю., 2015