автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Управление процессом электронно-лучевой сварки с использованием информационных свойств плотности распределения электронного пучка

На правах рукописи

Мурыгин Александр Владимирович

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА

Специальность 05.13.06 — Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Красноярск - 2006

Работа выполнена в Сибирском государственном аэрокосмическом университете им. академика М.Ф. Решетнева

Научный консультант

доктор технических наук,

профессор Лаптенок Валерий Дмитриевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук,

профессор Гладков Эдуард Александрович

доктор технических наук,

профессор Ловчиков Анатолий Николаевич

доктор технических наук,

профессор Пантелеев Василий Иванович

Ведущая организация:

ФГУП "НПО Техномаш" г. Москва

Защита состоится " 9 " ноября 2006 г. на заседании диссертационного совета Д 212.249.02 при Сибирском государственном аэрокосмическом университете по адресу: 660014, г. Красноярск, пр. им. газ. Красноярский рабочий, 31. £/£/££-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного аэрокосмического университета.

Автореферат разослан " " 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

гцМ

И.В. Ковалев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В конце 50-х годов XX столетия в технологии сварки наряду с традиционными источниками энергии появились новые, так называемые высококонцентрированные источники, среди которых наибольшее распространение получила электронно-лучевая сварки (ЭЛС). ЭЛС позволяет обрабатывать соединения с глубоким проплавлснием и узкой зо-пой нагрева при высокой скорости сварки, низком тепловложении и минимальной деформации в процессе сварки. Широкие технологические возможности ЭЛС обуславливают неизменный интерес к этому виду сварки со стороны аэрокосмической и автомобильной промышленности, ядерной энергетики, энергетического машиностроения.

Значительные достижения в различных направлениях ЭЛС достигнуты благодаря разработке принципов автоматического управления процессом сварки. Установки для ЭЛС как объект автоматизации представляет собой сложный комплекс, в который входят высокопроизводительное вакуумное и мощное энергетическое оборудование. Высокая скорость сварки и ограниченные возможности визуального наблюдения создают трудности оператору даже высокой квалификации в управлении процессом сварки. Поэтому стремление к максимальной автоматизации процесса закономерно. Работы по автоматизации ЭЛС начались в 60 г. прошлого столетия с создания средств регулирования отдельных параметров процесса и ведутся в настоящее время в направлении комплексной автоматизации ЭЛС с применением средств вычислительной техники. Решению этих вопросов посвящены исследования многих отечественных и зарубежных авторов (Зуев И.В., Ба-шенко В.В., Лаптенок В.Д., Лившиц M.JL, Виноградов В.А., Назаренко O.K., Кривенков В.А., Беленький В.Я., Куцан Ю.Г., Mauer К.О., Нага К., Sasaki S., Anderl Р. и др.).

В настоящее время проблемы управления манипуляторами, вакуумным оборудованием, источниками питания в основном решены. Нерешенными являются задачи управления процессом ЭЛС. В первую очередь это относиться к проблемам наведения электронного луча на стык деталей, контролю и стабилизации плотности распределения энергии электронного луча по его сечению. Одной из главных проблем при создании систем управления ЭЛС является низкая помехозащищенность датчиков измерительных устройств и всей системы в целом. Поэтому актуальной является задача исследования и разработки новых устройств контроля процесса ЭЛС, отвечающих требованиям помехоустойчивости, и создание на основе этих средств контроля современных систем управления процессом ЭЛС, позволяющих повысить воспроизводимость технологического процесса и качества сварных соединений.

Основная идея работы заключается в использовании для управления процессом электронно-лучевой сварки информационных свойств плотности распределения энергии электронного пучка, позволяющих в отличии от существующих методов управления производить адаптивное управление ре-

жимами ЭЛС, что позволяет обеспечить необходимое качество технологического процесса и его повторяемость.

Целью диссертационной работы является создание новых средств управления процессом электронно-лучевой сварки, использующих рентгеновское излучение с поверхности свариваемых деталей для контроля плотности распределения энергии электронного пучка, позволяющих производить наведение электронного пучка на стык деталей; контролировать ширину стыка; ширину канала проплавления; отвечающих требованиям помехоустойчивости и надежности функционирования.

Объектом исследования являются: методы и средства управления процессом электронно-лучевой сварки.

Предметом исследования являются: моделирование рентгеновских датчиков стыка; моделирование датчика плотности распределения энергии электронного пучка; методы и средства автоматического наведения электронного пучка на стык деталей; алгоритмы обработки сигналов датчика стыка, повышающие их достоверность; методы и средства контроля ширины стыкового соединения и ширины канала проплавления; схемно-технические решения устройств слежения за стыком, диаметром электронного пучка и автоматизированной системы управления процессом электронно-лучевой сварки (АСУ ЭЛС).

Задачи исследования заключаются в том, чтобы математически обосновать способы контроля положения стыка свариваемого соединения по рентгеновскому излучению с поверхности деталей; математически обосновать способы контроля плотности распределения энергии по сечению электронного пучка по рентгеновскому излучению с поверхности деталей; исследовать аналитически и экспериментально формы кривых распределения плотности тока электронного пучка, разработать метод измерения диаметра электронного пучка, учитывающий форму кривой распределения плотности тока; разработать методику оценки помехоустойчивости сигнала датчика стыка и методы повышения помехоустойчивости; провести оценку эффективности информационных параметров сигнала от стыка и разработать методику анализа достоверности сигнала по форме сигнала; проанализировать закономерности изменений значений координат стыка на характерных стыках для систем позиционирования по стыку с предварительной записью программы траектории стыка и разработать методику уменьшения погрешности наведения; математически обосновать способ контроля ширины зазора стыка деталей и ширины канала проплавления по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей; разработать алгоритм адаптивного управления процессом ЭЛС, который позволяет учитывать изменение технологических параметров в процессе сварки; технически реализовать устройства контроля и управления положением стыка и диаметра пучка, плотности распределения энергии луча по его сечению; провести их испытания и внедрение в производство.

Методы исследований. Результаты и выводы, представленные в диссертации обоснованы математически с использованием аппарата теории

функций, дифференциального и интегрального исчисления, математической статистики, теории вероятностей, теории информации, теории принятия решепий, экспериментальными исследованиями, моделированием на ЭВМ.

Достоверность научных результатов подтверждена корректным обоснованием и анализом методов решения поставленных задач, результатами моделирования на ЭВМ, а также экспериментальными исследованиями, выполненными при различных параметрах технологического процесса ЭЛС.

Основные результаты.

1. Получены математические зависимости, описывающие статические характеристики рентгеновского датчика стыка (РДС) с учетом его пространственной ориентации относительно стыка, позволяющие определять координату стыка по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей.

2. Предложен способ повышения глубины модуляции сигнала от стыка специально ориентированной коллимирукнцей насадкой на РДС. Получены математические зависимости, позволяющие определить координату стыка по сигналу коллимированного РДС.

3. Предложен бесконтактный метод контроля плотности распределения энергии по сечению электронного пучка, основанный па контроле рентгеновского излучения с поверхности свариваемых деталей коллимирован-ным рентгеновским датчиком (датчиком геометрии пучка).

4. Проведены аналитические и экспериментальные исследования формы кривых распределения плотности тока электронного пучка. Получена математическая модель, с помощью которой описываются встречающиеся на практике распределения и определены информационные параметры датчика геометрии пучка, позволяющие однозначно определять форму кривой распределения энергии пучка.

5. Предложен метод вычисления диаметра электронного пучка, учитывающий форму кривой распределения плотности тока пучка, на основе энтропийных оценок зондовой характеристики датчика геометрии пучка.

6. Предложен метод адаптивного управления процессом ЭЛС, который позволяет учитывать изменения параметров процесса: плотности распределения тока пучка; ширины зазора стыка; ширины канала проплавле-ния; ошибку наведения, вызванную действием магнитных полей, неточным воспроизведением координаты стыка по программе перемещения пучка.

7. Предложен метод оценки помехоустойчивости сигнала датчика стыка, на основе которого выполнен экспериментально-теоретический анализ помехоустойчивости при обработке сигнала от стыка методом синхронного накопления и методом фильтрации.

8. Произведена оценка эффективности информационных параметров сигнала от стыка по форме сигнала от стыка.

9. Произведена оценка достоверности сигналов от стыка, полученных экспериментально с различным уровнем помех и при различных технологических режимах ЭЛС по форме сигнала от стыка.

10. Проведен анализ закономерностей распределения плотности вероятности отсчетов координаты стыка для кольцевых стыков, установлена зависимость между формой распределения и мощностью помехи, позволяющая оценить погрешность наведения на стык.

11. Предложен метод и устройство для контроля ширины зазора стыкового соединения и ширины канала проплавления по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей.

12. Предложен способ компенсации влияния магнитных полей на положение электронного пучка в процессе сварки.

13. Разработаны и внедрены в производство устройства слежения за стыком и диаметром электронного пучка, устройство контроля плотности распределения электронного пучка, автоматизированная система управления электрошго-лучевой сваркой (АСУ ЭЛС).

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана новая методология управления процессом ЭЛС, позволяющая за счет использования информационных свойств плотности распределения электронного пучка осуществлять адаптивное управление процессом, контролировать его параметры, оценивать достоверность и за счет этого повышать качество и воспроизводимость технологии;

2. Разработана аналитическая модель нового способа контроля положения стыка по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей, обладающего высокой помехозащищенностью за счет обработки информации;

3. Разработана аналитическая модель нового способа контроля плотности распределения электронного пучка по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей, позволяющего проводить измерения непосредственно в процессе сварки и обобщающего встречающиеся на практике законы распределения;

4. Разработан новый метод управления технологическим процессом ЭЛС, в основу которого положен контроль диаметра электронного пучка, контроль формы кривой плотности распределения энергии пучка и их стабилизация, позволяющий повысить качество сварных соединений;

5. Предложен метод оценки эффективности информационных параметров сигнала от стыка и анализ его достоверности по форме распределения плотности тока электронного пучка;

6. Предложен и математически обоснован метод оценки погрешности наведения на стык по предварительно записанной траектории стыка, основанный на анализе закономерностей плотности вероятности отсчетов координаты стыка.

Значение для теории имеют: аналитическая модель датчика стыка, позволяющая определять координату стыка по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей, учитывающая пространственную ориентацию датчика относительно стыка деталей и особенности конструкции в виде коллимирующей насадки, повышающей глубину модуляции сигнала

от стыка; аналитическая модель датчика плотности распределения тока электронного пучка на поверхности свариваемых деталей, обобщающая встречающиеся на практике законы распределения и создающая теоретическую основу для диагностики электронно-лучевой пушки и прогнозирования работоспособности электронно-лучевой аппаратуры; проведенная классификация наиболее часто встречающихся законов распределений плотности тока электронного пучка и метод определения информационных параметров, позволяющих идентифицировать закон распределения; метод измерения диаметра электронного пучка, учитывающий форму кривой распределения плотности тока на основе энтропийных оценок ширины распределения; математическое обоснование метода оценки помехоустойчивости сигнала датчика стыка и доказанная эффективность применения методов синхронного накопления и укрупнения отсчетов для повышения помехоустойчивости сигнала датчика стыка; математическое обоснование метода оценки эффективности информационных параметров сигнала от стыка и анализ достоверности сигнала от стыка по форме распределения плотности тока электронного пучка; проведенный анализ закономерностей распределения плотности вероятности отсчетов координаты стыка, устанавливающий, что распределение плотности вероятности отсчетов значений координаты стыка для кольцевых стыков имеет вид арксинусоидального закона, а между формой распределения и мощностью помехи существует зависимость, позволяющая оценить погрешность наведения на стык.

Практическая значимость работы

1. Разработан комплекс аппаратных и программных средств, реализующих функции управления:

- контроль и стабилизация плотности распределения энергии электронного пучка;

- слежения за стыком свариваемых деталей;

- режимами сварки.

2. Созданы оригинальные образцы систем управления ЭЛС:

- микропроцессорная система слежения за стыком при ЭЛС с рентгеновским датчиком стыка;

- микропроцессорная система контроля плотности распределения энергии электронного пучка и стабилизации его эффективного диаметра;

- автоматизированная система контроля плотности распределения энергии электронного пучка по его сечению при ЭЛС;

- автоматизированная система управления электронно-лучевой сваркой (АСУ ЭЛС);

3. Разработана методология использования информационных параметров плотности распределения энергии электронного пучка для контроля процесса ЭЛС и проведения исследовательских работ по оптимизации технологии ЭЛС.

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации.

Лично A.B. Мурыгиным получены следующие научные и практические результаты:

- получена математическая модель рентгеновского датчика стыка и рассчитаны его характеристики;

- получена математическая модель рентгеновского датчика плотности распределения электронного пучка, обобщающая встречающаяся на практике распределения;

- разработан метод управления технологическим процессом элек-тронио-лучевой сварки, в основу которого положен контроль диаметра электронного пучка, контроль формы кривой плотности распределения энергии пучка и их стабилизация, позволяющий повысить качество сварных соединений;

- выполнен экспериментально-теоретический анализ помехоустойчивости сигнала датчика стыка;

- предложен метод оценки эффективности информационных параметров сигнала от стыка и анализ достоверности сигнала от стыка по форме распределения плотности тока электронного пучка;

- предложен и математически обоснован метод оценки погрешности наведения электронного пучка на стык по предварительно записанной траектории стыка, основанной на анализе закономерностей плотности вероятности отсчетов координаты стыка;

- разработан метод управления технологическим процессом электронно-лучевой сварки, в основу которого положен контроль ширины зазора стыкового соединения и ширины канала проплавления по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей;

- проведена разработка, изготовление и внедрение образцов систем управления ЭЛС;

- разработан способ компенсации влияния магнитных полей на точность позиционирования по стыку соединения.

Рекомендации по использованию результатов исследований

Результаты работы могут быть использованы при расчете и проектировании оборудования электронно-лучевой сварки научно-исследовательскими и проектными организациями, специализирующимися в создании комплексов электронно-лучевой аппаратуры, а также в учебном процессе по специальностям: "Технология и оборудование сварочного производства"; "Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами";

Реализация работы

Разработанные системы управления ЭЛС внедрены на предприятии ФГУП "Красмащ" г. Краснярск. Разработана конструкторская документация и организовано производство систем слежения по стыку при ЭЛС, микропроцессорных АСУ ЭЛС. Результаты работы внедрены в учебный процесс Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева по специальности "Автоматизированные системы управления технологическими процессами".

Работа выполнена на кафедре Информационных-управляющих систем Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева г. Красноярск и в лаборатории Сибирского исследовательского центра электронно-лучевых технологий (СИЦЭЛТ) при Сибирском государственном аэрокосмическом университете имени академика М.Ф. Решетнева

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в рамках:

- IX Всесоюзной конференции "Электронно-лучевая сварка" (г. Москва, МДНТП, апрель 1986 г.)

- II Всесоюзной конференции "Микропроцессорные системы" (г. Челябинск, ЧПИ, 22 - 24 сентября 1988 г.)

- X Всесоюзной конференции "Электронно-лучевая сварка" (г. Ленинград, ЛДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 22 - 24 ноября 1988 г.)

- XI Всесоюзной конференции "Электронно-лучевая сварка" (г. Николаев, 1

- 3 октября 1991 г.)

- III Российско-китайского семинара по аэрокосмической технике (г. Дивно-горек, 21 - 26 марта 1994 г.)

- Решетневских чтений: Всероссийской научно-практической конференции (г. Красноярск, САА, 10-12 ноября 1998 г.)

- Международной конференции "Современные проблемы сварки и ресурса конструкций" (г. Киев, Украина, 24 - 27 ноября 2003 г.)

- Координационного совещания специалистов в области производства элек-тропио-лучевого оборудования (г. Ижевск, ОАО "НИТИ Прогресс", 21-26 июня 2003 г.)

- Всероссийской научно-практической конференции "Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика, (г. Красноярск, ГУЦМиЗ, 2004

г.)

- Решетневских чтений: VIII Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 80-летию со дня рождения генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева. (г. Красноярск, СибГАУ, 11-12 ноября 2004 г.)

- Решетневских чтений: IX Международной научной конференции, посвященной 45-летию Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева. (г. Красноярск, СибГАУ, 10 — 12 ноября 2005 г.)

- Всероссийской науч. практ. конференции "Актуальные проблемы авиации и космонавтики" (г. Красноярск, СибГАУ, 4-9 апреля 2005 г.)

- Научных семинарах кафедры "Информационно-управляющих систем" Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева, г. Красноярск.

На защиту выносятся:

- Математическая модель датчика стыка, позволяющая определить координату стыка по рентгеновскому излучению с поверхности сваривае-

мых деталей. -

- Математическая модель датчика плотности распределения энергии электронного пучка и его диаметра.

- Результаты экспериментально-теоретического анализа помехоустойчивости сигнала датчика стыка.

- Метод адаптивного управления процессом ЭЛС.

- Структурные и функциональные схемы систем управления процессом ЭЛС, использующие информационные свойства плотности распределения энергии электронного пучка.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 38 работ, из которых 12 статей в периодических изданиях по списку ВАК, 1 — монография, 7 авторских свидетельств (СССР), 1 статья в научно-техническом журнале, 1 депонированная статья, 16 работ в трудах Всесоюзных, Всероссийских с международным участием научно-технических конференциях.

Общая характеристика диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Объем диссертации составляет 334 страницы, в том числе 150 рисунков. Библиография содержит 165 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования и разработки новых устройств контроля процесса ЭЛС с целью создания современных систем управления, отвечающих требованиям помехозащищенности, позволяющих повысить качество сварных соединений. Дана аннотация работы, сформулированы задачи исследования и основные результаты.

Глава!. В первой главе дается обзор основных схем управления процессом ЭЛС, с помощью которых производиться совмещение электронного пучка со стыком свариваемых деталей и осуществляется контроль распределения энергии электронного пучка по его сечению. В проведенном обзоре показано, что системы управления прошли развитие от простейших систем контроля и регулирования отдельными параметрами процесса до автоматизированных комплексов, реализованных на базе микропроцессоров и микроЭВМ. Наибольшее распространение в практике получили устройства управления, разработанные в ИЭС им. Е.О. Патона, Сумском производственном объединении "Электрон", НИИТМе, Воронежском политехническом институте, Сибирском государственном аэрокосмическом университете имени академика М.Ф. Решетнева, а также в зарубежных фирмах "Сиа-ки" (Франция), "Гамильтон Стандарт" (США), "Герецс", "Штейгервальд" (ФРГ), Мицубиси дэнки", "Итами сэйсакусе" (Япония). Для наведения и позиционирования электронного пучка относительно стыка были использованы различные методы. Классификация подобных систем принято проводить по типу датчика положения стыка. Положение стыка перед зоной сварки определяют с помощью механических, электромагнитных и оптических

датчиков. Самым существенным недостатком систем, с такими датчиками является то, что они контролируют положение оси электронно-лучевой пушки и не компенсируют отклонений пучка электронов, вызванных действием магнитных полей или расфокусировкой. Поэтому наибольшее распространение получили системы слежения с вторично-эмиссионными и рентгеновскими датчиками, в которых координату стыка определяют в процессе зондирования стыка электронным пучком. Из них наиболее перспективными являются системы с рентгеновскими датчиками. Главной технической проблемой в существующих устройствах является их низкая помехоустойчивость, которая приводит к сбоям слежения по стыку. Поэтому основной задачей является повышение помехозащищенности за счет использования специальных технических решений и обработки полученной информации.

Основным технологическим инструментом ЭЛС является электронный пучок, формируемый электронно-лучевой пушкой (ЭЛП). Такие параметры электронного пучка, как ускоряющее напряжение, ток пучка, плотность распределения энергии пучка по его сечению являются важнейшими характеристиками технологического процесса ЭЛС. Эта информация может быть использована для диагностики состояния ЭЛП и для управления процессом ЭЛС. Анализ существующих устройств контроля плотности распределения энергии пучка показывает, что наиболее известными являются устройства, в которых для проведения измерения электронный пучок пересекают проволочным зондом или отклоняют пучок на датчик с небольшим отверстием или прорезью. Их недостатком является то, что процесс измерения производится на некотором расстоянии от поверхности свариваемых деталей, что приводит к методическим погрешностям. Кроме того не контролируется процесс измерения параметров пучка в процессе сварки. Поэтому, для повышения качества сварки необходимо решить задачу контроля плотности распределения энергии пучка в непосредственной близости от зоны обработки на поверхности свариваемых деталей и в процессе сварки.

Развитие систем автоматического управления процессом ЭЛС идет как по пути создания отдельных систем, осуществляющих функции слежения за стыком, контроля геометрических параметров электронного пучка, контроля глубины проплавления, так и по пути объединения их в единый технологический комплекс. При этом задачи, решаемые отдельными системами, становятся взаимосвязанными. Становится актуальной задача использования информационных свойств плотности распределения энергии электронного пучка для управления процессом наведения на стык, контроля ширины зазора в стыке деталей, ширины канала проплавления.

Глава2. Во второй главе рассмотрена математическая модель рентгеновского датчика стыка (РДС). Получены математические зависимости, связывающие амплитуду сигнала РДС с местом положения оси пучка электронов относительно стыка с учетом пространственного расположения датчика, особенностей его конструкции и превышения кромок стыкового соединения.

При взаимодействии электронов пучка с поверхностью обрабатываемого материала электроны в результате торможения теряют свою энергию. Этот процесс сопровождается возбуждением рентгеновского излучения (РИ). Учитывая, что плотность тока электронного пучка распределяется на поверхности деталей неравномерно и может быть описана нормальным законом, получим

1 =

кк,ги21„.

<*-*,,Г

(У~Уд)

ахсту2я

/К2(х,у)с 2а» ах/е 2о" 6у,

(1)

Г» ТЗ-1.

где К = (0,8 ± 0,2)-10 В

К1=-

- учитывает размеры датчика с1к и

И. • 4л

расстояние Я до места излучения; Ъ — атомный номер обрабатываемого материала; и — ускоряющее напряжение; 1„ - ток пучка; ах, сту — среднее квад-ратическое отклонение (ско) электронов по оси X, У; К2 - коэффициент, учитывающий ослабление РИ из стыка деталей.

Если РДС размещается в плоскости, перпендикулярной плоскости стыка рис. 1, то на участке - 0,5Ь5 < х < 0,511, электроны проникают на глубину Ь стыкового соединения и РИ ослабляется в К5 раз, тогда

К,

= схр| -

этСф);

(2)

где д - линейный коэффициент ослабления РИ, зависящий от материала свариваемого изделия и ускоряющего напряжения. На остальных участках К2 = 1.

Учитывая (2), выражение (1) можно преобразовать к виду

1-

а-к.)

0,511,

- | ехр

0,5)1,

(х-хц)2 2а2

с1х

(3)

где \У = К-Кг2-и2-1п,ст = сгх

На рис. 2 показаны статические характеристики РДС, рассчитанные по формуле (3). Нормирование проводилось делением на

Определим коэффициент глубины модуляции сигнала от стыка как наибольшее относительное изменение амплитуды сигнала

К.

сл/2л

0,511,

{ схр

-0,5Ь,

2а2

А

ил12п

(4)

На рис. 3 показана зависимость Км от различных значений

При наличии превышения кромок стыкового соединения для РДС в зоне обзора возникает теневая область, которая влияет на статическую характеристику РДС (рис. 4), изменяя амплитуду сигнала, и искажает форму сигнала.

Рис. 1 - Схема размещения датчика РДС в плоскости перпендикулярной стыку: 1 — корпус рентгеновского датчика стыка; 2 — детектор рентгеновского излучения; с!к — диаметр детектора рентгеновского излучени; Я — расстояние от РДС до точки рентгеновского излучения на поверхности свариваемых деталей; Ь5 - ширина зазора стыка деталей; Ь — глубина зазора стыка деталей; 1п - распределение плотности тока на поверхности деталей; <р - угол наклона РДС; хц — математическое ожидание электронов пучка по оси X

Если РДС размещается в плоскости стыка (рис. 5), то часть РИ будет проникать на РДС через зазор стыка без ослабления. На участке -0,5Ь5 <х<0,5Ь5 значение коэффициента Кг будет зависеть от угловых размеров датчика.

Учитывая это, получим:

К,=К.+^^(1-К1)8Шф = Кй (5)

Подставляя (5) в (1) после преобразования получим:

1 = \У

1-

1-К,.

стл/2п

0,511,

I ехр

-0,511,

(Х-Х„)2 2а2

ах

(б)

На рис. 6. показаны статические характеристики РДС, рассчитанные по формуле (б).

Наличие превышения кромок стыкового соединения приводит к уменьшению угла обзора датчика из глубины стыка, что приводит к увеличению коэффициента К2 ослабления РИ из стыкового соединения (рис. 7). Из графиков следует, что наличие превышения кромок не искажает форму сигнала и такое размещение датчика предпочтительнее.

1,0

0,8 0,6 0,4 0,2

1. «г к, < 4* 1 44-

« ^ 1 1 « 4

1 > 1 »

1 1 \\2 1 <

1 » Л 1 1 •

1 1 1 1 \ 1 I

и и и 1—1 1 1 ! -I 1 и—] |

хц (мм)

-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 Рис. 2 — Зависимость интенсивности рентгеновского излучения 1юрм от места положения луча на стыке хц (мм): при Ь3=0,3 мм, % = 0,5 (1); 1 (2); 1,5 (3); 2 (4)

1,0

0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

К„

1 1

1

• •

<

<

1 • К.

1 1

1 I 1

1 1 » П Г п

• 1 1

ст

11.

0,0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2.00

Рис. 3 — Зависимость коэффициента глубины модуляции Км амплитуды сигнала от стыка при расположении датчика в плоскости, перпендикулярной стыку при Ь3 = 0,3 мм, от различных значений

1,0

0,8 0,6

0,4 0,2

1 1 1 1 ; 1 *

и 1 • 1 • 1

1 ! 4 1 1 • 1

3 1

-Н У. 1

} • » «

1

4_. 1 1—1_ • _1_

-1.5

-1.0

1.5

Хц (мм)

-0,5 0,0 0,5 1,0

Рис. 4 - Зависимость интенсивности рентгеновского излучения 1Н0Рм от места положения луча на стыке хц (мм) для датчика, расположенного в плоскости, перпендикулярной стыку, при наличии превышения кромок Ьк,,. При Ь5 = 0,3 мм, ф = 45°, а = 0,3 мм, Ь = 3 мм: 1 - Ькр = 0,3 мм; 2 - Ькр = 0,45 мм; 3 -Икр = 0,6 мм; 4 - Ькр = 0,75 мм.

Рис. 5 - Схема размещения датчика РДС в плоскости стыка

1.0 0,8 0.6 0,4

оа

ГМ 1 А\У 1 ( 1

<

?гг И 1 « 1

1 Л /т* 1 1

; ) ■Л ! V 1 1 1 1 1

• 1 1 1 1 1 1 1 1 1 »

«

> 1 » ) 4

Хц (мм)

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 Рис. 6 - Зависимость интенсивности рентгеновского излучения 1нори от места положения оси луча на стыке х„ (мм) и % при = 0,3 мм;

1.0 0.94 0.88 0,82 0,76 0.70

1к,

!

;

;

\« ' И

1 и'

\ Л

» 1 1

6 1

* 1 \А\ !

Хц (мм)

0.5

1.0 1,5

-1.5 -1.0 -0,5 0.0

V =0,5(1); 1(2); 1,5(3); 2 (4)

/ а8

Рис. 7 — Зависимость интенсивности рентгеновского излучения 1норм от места положения пучка на стыке х„ (мм) для датчика, расположенного в плоскости стыка, при наличии превышения кромок и отсутствия затенения. Ьз = 0,3 мм, с = 0,3 мм, ф = 45°, Ь = 3 мм, с!к = 50 мм, Я = 200 мм, Ькр = 0 мм(1); 0,3 мм(2); 0,6 мм(3); 0,9 мм(4)

Из рис. 3 видно, что глубина модуляции сигнала РДС при увеличении отношения падает. Для увеличения глубины модуляции разработан

коллимированный рентгеновский датчик стыка (КРДС). Датчик КРДС ори--ентируется таким образом, чтобы проекция коллимационного отверстия пересекала стык под острым углом (рис. 8).

Рис. 8 - Схема ориентации коллимированного РДС: 1 - корпус РДС; 2 -коллиматор РДС; 3 - пучок электронов; 4 — свариваемые детали; 5 — проекция коллиматора на поверхность свариваемых деталей; Ь^ — ширина проекции коллиматора; Ь — ширина коллимационного отверстия; 1] — длина коллимационного канала; Ь — расстояние от коллиматора до поверхности обрабатываемых деталей; д - длина коллимационного отверстия; (3 - угол между проекцией коллиматора и стыком

Рассмотрим два случая формирования сигнала КРДС:

1. Зондирование пучком стыка производится вдоль проекции коллимационного отверстия. Формула для расчета статической характеристики КРДС в этом случае имеет вид:

-1

X.4

0,5-

2Ьк соэр

- Л°'5+

*3

2Ьк совр

ехр

ехр

где

_ ЬксозР + Ь5_ _ Ьксозр + Ь8

х, = -

2бшР

2бшР

;х2 —

28ШР

2зтр

На рис. 9 показана статическая характеристика КРДС при'Р = 10°, рассчитанная по формуле (7). На рис. 10 показана зависимость коэффициента глубины модуляции Км от утла наклона р. Из этих характеристик видно, что при Р = 10° Км для всех отношений % составляет 0,7 0,9.

1«

0,9 0.8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 02 0,1

1 « 1 • • :; Щ

1

:!

;! ! Г • » » !: I; ! ! 1

* 1 1 г 1 1 1 1 ; : * 'Л !:!

» 1 » I ■ ^ ! '. 1 11

* 1 у/г. 1 1 '

: 3 1 йГ 1 1 <

»111 » 1 1 1 • • Ч-тЧ; 1 * г

х„ (мм)

-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5

Рис. 9 — Зависимость интенсивности рентгеновского излучения 1норм

от места положения оси пучка на стыке хи (мм) и % при 11к = 0,1 мм,

/ "в

= 0,3, р = 10°: 1-°/ =0,5; 2-*/ = 1; 3 - = 1,5; 4 - =2

Р&рад) 50 75 100

Рис. 10 — Зависимость коэффициента глубины модуляции сигнала К„

коллимированного датчика стыка от угла р между проекцией коллиматора

и стыком 1 - а/ =0,5;2-Ч/ =1;3-Ч/ =1,5;4-<^{ =2

2. Зондирование стыка производится с разверткой электронного пучка в виде растра рис. 11. В этом случае формула для расчета сигнала КРДС имеет вид:

На рис. 12 показано семейство нормированных статических характеристик коллимированного РДС при пересечении проекции коллиматора на оси X при различных значениях координаты пучка у„ на оси У. Из характеристик следует, что максимальное значение амплитуды соответствует положению пучка хц = 0. По мере приближения пучка к стыку максимальное значение амплитуды будет уменьшаться и будет минимальным при уц = 0, когда пучок будет точно находиться на стыке. Статические характеристики коллимированного РДС можно получить в процессе интегрирования интенсивности РДС при движении электронного пучка по оси X для различных фиксированных значений уц.

Семейство интегральных статических характеристик показано на рис. 13. Из характеристик следует, что глубина модуляции сигнала КРДС зависит от угла р и при уменьшении р будет возрастать.

Из двух рассмотренных способов формирования сигнала КРДС наиболее предпочтительным является способ, при котором зондирование стыка производится в виде растра. Этот способ менее критичен к действию помех.

Глава 3. В третьей главе изложен бесконтактный метод контроля плотности распределения энергии по сечению электронного пучка, основанный на измерении рентгеновского излучения с поверхности свариваемых деталей коллимированным рентгеновским датчиком (КРД). Приведена математическая модель рентгеновского датчика геометрии электронного пучка, которая обобщает встречающиеся на практике законы распределения плотности тока от островершинных до плосковершинных и двухмодальных. Определены информационные параметры датчика геометрии пучка, позволяющие идентифицировать форму кривой распределения энергии пучка. Предлагается метод определения диаметра электронного пучка, основанный на вычислении энтропии распределения плотности тока.

Для того чтобы произвести измерение плотности РИ, электронный пучок с помощью отклоняющей системы выводят из сварочной ванны и пересекают зону обзора КРД, имеющую вид узкой полосы, ширина которой Ьк меньше диаметра электронного пучка (рис. 14).

(8)

Рис. 11 - Схема ориентации коллимированного РДС с разверткой электронного пучка в растр: 1 — корпус РДС; 2 — коллиматор; 3 - пучок электронов; 4 — свариваемые детали; 5 — проекция коллимационного отверстия на поверхности деталей; 6 — траектория развертки электронного пучка; Ьк — ширина проекции коллиматора; Ь — ширина коллимационного отверстия; ]( — длина коллимационного канала; — расстояние от коллиматора до поверхности обрабатываемых деталей; <3 — длина коллимационного отверстия; Р -угол между проекцией коллиматора и стыком

I»

0,5

яу 1 1

0.8

II : \\ з 0.6

///\\\а

0,4

//// 1 \Л 0.2

-2

0

Рис. 12 - Зависимость интенсивности рентгеновского излучения на коллимированном РДС от места положения пучка на стыке нриЬк = 0,1 мм, Ь3 = 0,3 мм, ст = 2-Ьз, р = 10°: 1 - уц = 3 ст; 2 - уц = 2а; уц = ст; уц = 0

\ ' л/ух . \ 1 / у// I

—

\ 1 / 1 М/—ь 1 •

Уц

.70 2 5

Рис. 13 — Статическая характеристика коллимированного РДС при Ьк = 0,1 мм, Ь5 = 0,3 мм, Р = 10°: 1 - ст = 2-Ь3; 2 - ст = 3-Ь5; 3 - о = 3-Ьа; 4 - ст = 5 Ь8

Рис. 14 — Схема рентгеновского датчика для контроля геометрии электронного пучка: 1 — рентгеновский детектор; 2 — коллиматор; 3 — свариваемое изделие; Ь — длина коллимационного канала; 12 - расстояние от коллиматора до свариваемого изделия; 11 - ширина коллимационного отверстия; 11к — ширина зоны обзора рентгеновского датчика; .¡п(х, Хц) — плотность распределения тока пучка на поверхности свариваемого изделия; хц — координата центра распределения плотности пучка

Учитывая, что плотность тока пучка распределена на поверхности материала неравномерно, интенсивность РИ, проникающая на РД через коллиматор может быть записана в следующем виде

1Д=КК,Ш21П | |К2(х,уЖх,у)]Г1(х,у>1хс1у

(10)

где ф(х, у) - функция обзора КРД; .Цх, у) - нормированная плотность распределения тока пучка на поверхности деталей.

Функция обзора ср(х, у) на различных участках поверхности имеет

вид:

0, при - оо 2 х 2 -0,5ЬК ср(х) = - 1,при-0,5Ьк<х<0,5Ьк) (11)

О, при0,5ЬК <х<со

где Ьк = И - ширина зоны обзора КРД.

При отсутствии неоднородностей на поверхности К2(х, у) = 1. Подставляя (11) в (10), получим

1д=КК1ГОг111 /]п(х,хц)сЬс. (12)

2

Если зона обзора коллимированного РД меньше радиуса электронного пучка, то выражение (12) можно представить как

1д=КК12и21пЬк^(хц). (13)

При изменении хц в пределах ± оо форма сигнала датчика будет повторять форму распределения плотности тока электронного пучка.

Для построения зондовой характеристики надо знать закон распределения плотности тока .¡п(х). Учитывая, что на практике встречаются разнообразные законы распределения, предлагается их систематизировать, объединяя в несколько классов. Предлагается классифицировать распределения плотности тока по числу максимумов в кривой плотности на одномодаль-ные (один максимум) и двухмодальные (два максимума). Одномодальные распределения можно разделить на типы: островершинные, нормальные, плоскоЬершинные. Все эти кривые можно объединить одной аналитической моделью

а

2Хапг(1

ехр

г х-Хц а\

\ Ха„ У

где Г(п) = |хп 1 ехр(-х)<1х - гамма-функция; X =

(14)

а„ - среднеквад-

ратическое отклонение электронов от оси пучка; а - коэффициент формы распределения; Хц — координата центра распределения.

Из аналитической модели видно, что основным параметром, от которого зависит форма кривой и ее свойства, является коэффициент а. Он может принимать различные значения, изменяя форму кривой от островершинной до плосковершинной (таб. 1).

Таблица 1

Коэффициент а 1/2 2 8

Вид распределения ■ уК.

Тип распределения островершишюс нормальное плосковершинное

В качестве аналитической модели для описания симметричных двух-модальных распределений плотности тока может использоваться композиция дискретного двухзначного распределения и экспоненциальных распределений с показателем степени а. Двухмодальная аналитическая модель с нормальной составляющей записывается в следующем виде:

Лп(х) =

1

2стэкс^

ехр

(х-а)

.2 Л

2а

+ ехр

(х + а) 2а?

2 \

(15)

где стэкс — среднее квадратическое отклонение экспоненциальной составляющей; а — параметр дискретного распределения.

Основным параметром, определяющим форму такого распределения, является относительное содержание в композиции дискретной составляющей (см. таб. 2.)

Таблица 2

Параметр Сл 1Д 1,5 3 00

Вид распределения /Г «У» 1\ л 1АГх1 1 Л к 'ЯУЧ

-Я Я X -а а х -а а х -а а х

Идентификация формы распределения тока пучка производится по набору информационных признаков (Ли Чь... и„), которые изображаются в виде многомерного пространства — поля признаков, где каждый закон представляется изображающей точкой с координатами (11), 111,... и„). В качестве первого признака, характеризующего форму распределения можно использовать контрэксцесс

Х = ,|—. (16)

т

где — четвертый центральный момент распределения; ап — среднее квадратическое отклонение электронов пучка.

до 00

ц4 = |х^п(х)с1х; а* = |х2]п(х)с1х (17)

-50 —СО

В качестве другого информационного признака можно использовать энтропию распределения

Н(х) = -^п(х)1пОп(х))с1х, (18)

—ао

и ее относительное значение, известное как энтропийный коэффициент

кэ =■——ехр(Н(х)). (19)

2сг°

При использовании этих двух признаков отображающая точка всегда находится в пределах прямоугольника, ограниченного значениями 0 < кэ ^ 2,066 и 0 5 % £ 1. Нанесем на поле признаков изображающие точки рассмотренных выше распределений (рис. 15). Геометрическое место точек, соответствующих одномодальным экспоненциальным распределениям представляет собой кривую, проходящую через точки 1-2-3-4-5. Экспоненциальное распределение с а—>0 имеет %->0 и к,—»-0 и соответствует точке 1. Точка 2 с х = 0,199 и кэ = 1,35 соответствует распределению с а = Точка 3 - распределению с х = 0,408 и кэ = 1,92 (распределение Лапласа, а = 1). Точка 4 (х - 0,575 и кэ = 2,066) — нормальному распределению. Точка 5 (% = 0,745 и к, = 1,73) — равномерному (ос—><»). Участок кривой между точками 4-6 соответствует экспоненциальной двухмодальной аналитической модели с а = 2. Для проверки фактических значений параметров / и к, было произведено их вычисление по экспериментальным данным. Полученные результаты вычислений нанесены на поле признаков (рис. 15) в виде точек. Как видно из рис. 15 все точки лежат в области, ограниченной полученной выше кривой и весьма близки к ней. Это позволяет предположить, что данная кривая годится для описания аналитических моделей законов распределения тока пучка. В качестве модели может быть выбрана та, которая ближе к отображающей распределение точке.

2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Рис. 15 - Расположение одномодальных и двухмодальных аналитических моделей па плоскости признаков кэ и х 23

Дяя определения проплавляющей способности электронного пучка необходимо знать его диаметр — ширину плотности распределения тока пучка по его сечению. Существующие оценки диаметра пучка не учитывают форму кривой распределения или считают ее неизменной, распределенной по нормальному закону. Предлагается метод определения диаметра электронного пучка, основанный на вычислении энтропии Н(х) распределения плотности тока. Энтропийным диаметром назовем ширину равномерной плотности распределения, энтропия которого равна энтропии измеренного распределения. Энтропия равномерного распределения равна Нр(х) = 1п(2Д), где 2А - ширина равномерной плотности распределения.

Энтропия нормального распределения равна Нн (х) = 1л(\/2лестп). Отсюда следует, что для электронных пучков, имеющих нормальное распределение, энтропийный диаметр 4, равен

аэ = 2Д = л/2тестп = 4,13стп. (20)

В случае произвольной формы кривой распределения ]п(х)=ф(х) значения энтропийного диаметра определяем следующим образом':

1. Находим значение энтропии распределения

00

Н(х) = - |ф(х) 1и ф(х)с!х. (21)

—00

2. Приравниваем полученное значение энтропии Н(х) к энтропии равномерного распределения

1п 2 А = Н(х). (22)

Отсюда получаем значения энтропийного диаметра

аэ=2А = ехр(Н(х)). (23)

Для энтропийной оценки эффективного диаметра сЦ.э выберем интервал, равный двум среднеквадратичным отклонениям нормального закона распределения, энтропия которого равна энтропии измеренного распределения. В этом случае

Н„(х) = 1п(л/2згесгп)= Н(х). (24)

Отсюда следует, что

аэф.э = 2сп =^|=ехРН(х) = 0,484с!.,. (25)

Для исследования форм распределений плотности тока электронных пучков была разработана автоматизированная система, работающая в составе электронно-лучевого оборудования. Исследования проводились с целью изучения нестабильности геометрических параметров электронного пучка: энтропийного диаметра, энтропийного коэффициента, контрэксцесса, методики идентификации форм распределения отработки методов управления процессом формирования формы плотности распределения электронного пучка. Измерения проводились на установке ЭЛУ5 с ЭЛП КЭП2М и источником питания У-250. В ходе проведенных исследований

были получены зондовые характеристики (рис. 16) датчика геометрии пучка при различных токах фокусирующей системы.

Глава 4. В четвертой главе рассматриваются вопросы адаптивного управления процессом ЭЛС. Обычно установка основных параметров процесса: тока пучка, диаметра пучка, скорости сварки, а также наведение пучка на стык производится по программе, которая должна обеспечивать требуемую геометрию сварного шва и его качество. Однако в процессе сварки параметры процесса меняются. Причиной этого является изменение эмиссионных свойств электронно-лучевой пушки, погрешность перемещения свариваемых деталей манипулятором, тепловые деформации деталей, остаточные магнитные поля, отклоняющие электронный пучок. Чтобы обеспечить качество сварных соединений и воспроизводимость технологического процесса необходимо проводить адаптивное управление процессом ЭЛС.

На рис. 17 показана функциональная схема системы адаптивного управления ЭЛС. Адаптивная система имеет три рентгеновских датчика. Первый рентгеновский датчик РД предназначен для обнаружения стыка и ширины зазора стыка пучком малой мощности. Он используется для записи программы перемещения пучка вдоль стыка. Второй рентгеновский датчик КРД1 предназначен для обнаружения стыка в процессе сварки. Если сигнал датчика КРД1 признается достоверным, он используется для коррекции положения пучка. Другое назначение датчика КРД1 - это измерение геометрических параметров электронного пучка в процессе сварки.

соответствующие различным значениям тока фокусирующей системы а- 1ф = 0,127 А; б - 1ф = 0,129 А; в - 1ф = 0,132 А; г- 1ф = 0,134 А; д -1ф = 0,136 А

процессом ЭЛС

Информационные параметры сигнала датчика КРД1 позволяют определить форму плотности распределения тока электронного пучка, его диаметр, отклонение Дгм электронного пучка, вызванное действием магнитных полей. Третий рентгеновский датчик КРД2 предназначен для контроля ширины канала проплавления. Сигнал на датчике КРД2 получают при зондировании пучком канала проплавления.

Датчик магнитного поля ДМП, позволяет контролировать магнитное поле вдоль стыка деталей, вычислять и компенсировать угол падения электронов к поверхности деталей, возникающий при наличии намагниченности деталей.

Адаптивность управления реализуется в системе с использованием информации, получаемой от датчиков в процессе сварки при этом в алгоритме управления учитывается:

- изменения магнитных полей вдоль стыка деталей и устранение ошибки наведения, вызванной действием магнитного поля;

- изменения чувствительности датчика стыка, вызванного изменением ширины зазора в стыке и ее нормализация;

- определения координаты стыка, полученной в процессе сварки, с учетом оценки ее достоверности;

- изменения ширины зазора в стыке и коррекции скорости сварки и амплитуды сканирования электронного пучка;

- изменения ширины канала проплавления и коррекции диаметра электронного пучка;

- изменения формы плотности распределения тока электронного пучка и коррекция ее регулированием температуры нагрева катода.

На рис. 18, 19 приведена блок-схема алгоритма функционирования адаптивной системы управления процессом ЭЛС в двух режимах. В режиме программирования параметров сварки (рис. 18) и в режиме сварки (рис. 19).

Высокая помехозащищенность системы наведения, реализованной в соответствии с адаптивным наведением на стык, достигается за -счет поэтапного повышения достоверности информации в основе которого лежит анализ помехоустойчивости сигнала датчика стыка. Ошибки в системе наведения возникают тогда, когда за сигнал от стыка принимается помеха. В качестве количественной меры помехоустойчивости принята убывающая

функция ошибки Б = > где Рош - вероятность превышения помехой по-

ош

1 2 2 2 рогового уровня. Рош =—[1-егГ(2)1, а егГ(г) = Ге_г ск - функция ошибок, 2 л/тг^

„ 1 А„ имеет аргумент Ъ — -

"2-72 <

Рис. 18 - Алгоритм функционирования адаптивной системы управления процессом ЭЛС в режиме про1раммирования параметров сварки

[ Нэтало }

Установка манипулятора а начальную точку сварки с координатами^;. N«0

Установка технологических режимов пучка дня сварки I „, ¡4. Уа

Измерение и регулирования информационна параметров микронного пучка ¡3,ф* к„ % Дг»

1-Ьмер екие индукции (В) магнитного поля датчнгамДМП. Вьписление и компенсация утла падения электронов ф= £(Аг». В)

г4- Зондир овянне кэн регистр ациясигн ига прошгавлення и ала датчика КЩ2

Вьписление гаубицы модуляция К« сигнала КЕД2 н ширины канала пр оплавления й«= «К», (Ц.)

* "Установить новые координаты из программы4гО. Нет. УД

I ^ Режим окончания сварки

[ Конец ]

Рис. 19 - Алгоритм функционирования адаптивной системы управления ' процессом ЭЛС в режиме сварки

На рис. 20 изображена фотография, показывающая характер сигнала РД. Хорошо просматриваемый импульс в центре снимка указывает на наличие стыка.

Применяя для вычисления функции егДг) асимптотическое разложение в ряд и ограничившись первым членом разложения, получим выражение для оценки помехоустойчивости

Рис. 20 — Реализация сигнала датчика стыка

8 = 0,1 + 0,054р + |1ёр, (26)

где р — —- превышение сигнала над помехой; А« —амплитуда сигнала датчика; аш — среднее квадратическое значение (с.к.о) амплитуды помехи.

Для оценки помехоустойчивости сигнала датчика стыка на реализации сигнала определяют интервал наиболее вероятного нахождения координаты стыка. Это участок, на котором амплитуда сигнала датчика превышает пороговый уровень Ап = 0,5Ас. Центр интервала вычисляется как 50% квантиль координат положения пучка, в которых амплитуда сигнала превышает пороговый уровень Ап. Ширина интервала берется равной энтропийному диаметру электронного пучка. Эти данные получают от датчика КРД геометрии электронного пучка. Информацию о помехе содержат отсчеты (пО датчика вне этого интервала. По этим отсчетам вычисляются ма-

1 т

тематическое ожидание величины амплитуды помехи с.к.о

п ы

помехи стп =—-—-Мр)2 , оценка рассеяния с.к.о. с учетом поправки

п-1ц

и превышение сигнала над помехой

на объем выборки а0 9п = ап 1 + 0,8,/—

I *п.

(АС-МЛ2 „

р _ -^ Вычисленное значение р используют для расчета помехо-

^ СТ0,9п ,

устойчивости Б. Если Б<2 что соответствует Рош >0,01, то обнаруженный сигнал считается недостоверным. Повысить помехоустойчивость сигнала датчика стыка можно, применяя метод синхронного накопления. Применительно к слежению за стыком этот метод реализуется следующим образом. Траектория сканирования электронного пучка поперек стыка разбивается на т участков. Каждому I участку соответствует Zj координата стыка. Система управления производит измерение сигнала датчика на каждом I участке и сохраняет его. Затем процесс сканирования многократно повторяется. После этого вычисляется среднее значение сигнала датчика для каждой г, точки траектории сканирования. При этом с.к.о помехи будет уменьшаться как

стш =—о2. - разброс усредняемых отсчетов помехи; п — число отсчетов.

л/п

Помехоустойчивость при этом будет возрастать

Б = 0,1 + ^1ц(пр) + 0,054пр. (27)

Таким образом, уменьшение исходного превышения р из-за высокого уровня помех может быть компенсировано увеличением числа повторений п. В диссертации проведен анализ помехоустойчивости рентгеновского датчика стыка на основе экспериментально полученных реализаций сигнала. Каждая реализация содержала 32 измерения, проведенные за 1 мс. Для обработки методом синхронного накопления использовались 8 реализаций, сделанных с интервалом 20 мс. Расчеты помехоустойчивости показали, что применение синхронного накопления позволило увеличить помехоустойчивость сигнала датчика в пять раз.

Повысить помехоустойчивость сигнала датчика можно методом фильтрации. Общая идея метода заключается в том, что сигнал разбивается на интервалы, каждый из которых содержит несколько отсчетов. Внутри интервала отсчеты суммируются. При этом сигнал от стыка представляется ступенчатой гистограммой. Существует оптимальное число интервалов, при котором форма сигнала от стыка сохраняет свою особенность, а случайный шум сглаживается. Повышение помехоустойчивости при укрупнении отсчетов сигнала происходит из-за того, что значения помехи в интервалах группирования слабо коррелированы, а значения сигнала от стыка в рядом стоящих отсчетах имеют сильную зависимость. В результате этого значения амплитуды сигнала от стыка при укрупнении растет быстрее амплитуды помехи. Для повышения помехоустойчивости, в соответствии с данным методом, предлагается обработку информации датчика производить укрупняя отсчеты датчика. Полученное при этом значение координаты

стыка затем уточнять, уменьшая интервал наиболее вероятного присутствия помехи. Приведен анализ помехоустойчивости экспериментально полученного сигнала датчика. Расчеты показали, что применение фильтрации методом укрупнения отсчетов позволило увеличить помехоустойчивость сигнала датчика в 2,5 раза.

После анализа помехоустойчивости сигнала датчика стыка на основании данных о форме распределения электронного пучка выбирается наиболее эффективный информационный параметр сигнала.

В основе методов определения координаты стыка лежит определение координаты центра симметрии распределения Я^) сигнала от стыка. В качестве информационных параметров могут быть использованы: мода распределения координаты, в которой гтах — соответствует максимальное значение

оо

амплитуды сигнала; математическое ожидание гм0 = Jz^f(2)^iz.; медиана

—во

распределения, определяемая га выражения |г(г)ёг = 0,5; центр сгибов

—со

гцс - °'25 ^ °'75 ; Где го,25 и - координата 25% -й и 75% -й квантили распределения сигнала; среднее арифметическое 50% центральных наблю-

^0,75

дений гса0 5 = ¡г-Г(г)6г.

г0,25

Эффективность использования того или иного параметра оценивается по числу п. отсчетов датчика, необходимому для достижения одинаковой дисперсии измерения координаты и зависит от. формы сигнала. У островершинных распределений отсчеты датчика в центре распределения располагаются более плотно, в связи с этим медиана определяется более четко. У плосковершинных распределений остчеты в центре располагаются редко и неопределенность медианы возрастает. Сопоставляя различные оценки определения координаты стыка необходимо учитывать их чувствительность к действию помех. Информационный параметр в виде математического ¿жи-дания 2м0 слабо защищен от влияния помех. Квантильные оценки являются более помехозащищенными, так как они не зависят от координаты помехи.

Когда уровень помех мал, сигнал датчика несет в основном информацию о положении стыка. Если уровень помех высокий, а это происходит в случае "пережатия" стыка, попадания пучка на прихватку, амплитуда сигнала от стыка становиться соизмеримой с амплитудой помехи и сигнал датчика несет в основном информацию о помехе. При этом будет меняться форма сигнала. Процесс изменения формы можно контролировать по изменению коэффициентов формы распределения: энтропийному коэффициенту и контрэксцессу, которые определяются по отсчетам датчика стыка. В диссертации приводятся экспериментально полученные сигналы датчика стыка при различных технологических режимах с разным уровнем помех. Вычис-

ленные значения коэффициентов формы сигналов нанесены на поле признаков рис. 21 в виде точек.

Кривая, изображенная на рис. 21 относится к плавным симметричным законам распределения. Если уровень помех мал, то отображающие распределение точки находятся вблизи кривой. Действие помех приводит к нарушению симметрии распределения, и отображающие точки перемещаются внутрь области, ограниченной кривой. Такие сигналы признаются недостоверными.

После того, как координаты стыка по всей его длине установлены и записаны, производится анализ закономерностей изменения координаты стыка. В основе анализа лежит получение априорных сведений о закономерностях изменения значений координаты стыка. Для кольцевых стыков при воздействии случайпой помехи распределение плотности вероятности отсчетов значений координаты стыка меняет свою форму от низкоэнтропийного арксинусоидального с энтропийным коэффициентом кэ = 1,11 до высокоэнтропийного с к, = 1,8 + 2,0. Мощность случайной помехи и погрешность, вызванную ею можно определить, если вычислить энтропийный коэффициент кэ распределения отсчетов координаты стыка и их среднее квадратическое отклонение (с.к.о.) стг.

Вычисленное значение энтропийного коэффициента кэ является энтропийным коэффициентом композиции законов распределения входного воздействия и помехи кэ =к2(стст,стп). Его значение может быть использо-

ст2

вано для определения относительного веса мощности помехи Рп = —г—13—т-

. _<+СГп

и погрешности наведения на стык Дп=1,6ст2Л/1- ср(к ^), где

0,505

Ф(к2) = 1-Рп=ехр

6,43

Одним из приемов, позволяющих

уменьшить погрешность определения координаты стыка является усредне-

1 п

ние отсчетов г^ по формуле = —. При этом с.к.о. случайной поп ¡ж

грешности будет убывать Вл/п раз. Возникающая при этом погрешность измерения, вызванная уходом стыка за время усреднения 1уср составит

А ^

, где гм - максимальная величина ухода стыка; Т - пери-

од "биения" кольцевого стыка.

Рассмотренный в диссертации пример расчета погрешности, вызванной усреднением отсчетов показывает, что она незначительна.

Рис. 21 — Поле признаков распределений сигнала датчика стыка

При адаптивном наведении на стык перемещение пучка производится по предварительно записанной траектории, а в процессе сварки "производится дослеживание и компенсация погрешности совмещения пучка и стыка. Для наведения выбирают координату стыка 2^, которая лежит в интервале между полученной предварительной координатой 1о и определенной в процессе дослеживания гг.

Координата т^ на участке 2.0<хС1< соответствует точке, в которой риск принять ошибочное решение будет минимальным. Эта задача решается как задача различения двух сигналов. Одним сигналом является нормированное распределение а>о сигнала от стыка, определенное при зондировании стыка пучком малой мощности с координатой стыка 2о. Другим сигналом является нормированное распределение Ш] сигнала от стыка, определенное в процессе сварки с координатой стыка Условие нормирования:

СО 00

|ю0 = 1; |со, (х)<1г = 1.

Процесс определения координаты стыка сводится к установлению отношения правдоподобия 03= Л(г) и сравнение его с пороговым зиачс-

ю0(г)

нием Лп =—, где Ь0, Ь) - потери при ошибочных решениях о принадлеж-

ности координаты стыка выборке ©о и Ю]. В качестве координаты стыка принимается такая, при которой Л(гсТ) = Л„.

Совмещение в одном устройстве рентгеновского датчика стыка и рентгеновского датчика геометрии электронного пучка позволило решить проблему контроля ширины зазора в стыке и контроля ширины канала противления по рентгеновскому излучению с поверхностью деталей.

В основе метода измерения ширины зазора в стыке лежит измерение глубины модуляции сигнала рентгеновского датчика стыка. Из выражения (7) следует, что ширину зазора можно определить как

ь-Ш (28)

В ряде случаев значением коэффициента К5 можно пренебречь, полагая его равным нулю. Для более точного измерения вместо обычного рентгеновского датчика РД можно применить коллимированный рентгеновский датчик КРД2. Датчик устанавливают под углом к поверхности свариваемых деталей так, чтобы проекция его коллимационного отверстия, представляющая полосу, ширина которой больше диаметра электронного пучка, была перпендикулярна стыку рис. 22. В этом случае рентгеновское излучение из глубины стыкового соединения будет находится впе зоны обзора КРД2. В этом случае К* = 0 и Ь5 = Кмст-У2тГ. Коэффициент Км определяется как относительное изменение амплитуды сигнала датчика в точке стыка г^и в точке а. Эффективный энтропийный радиус пучка о определяется датчиком геометрии пучка КРД. На рис, 23 показаны нормированные зависимости интенсивности РИ 1Норм от места положения оси пучка на стыке 2с(мм). Расчеты проводились при изменении ширины зазора от 0,1 до 0,5 мм, о = 0,3 мм.

Ширину канала проплавления можно контролировать в процессе сварки по РИ с поверхности деталей. В основе метода, как и в случае контроля ширины зазора стыка лежит измерение глубины модуляции сигнала датчика стыка, а сам канал проплавления при этом моделирует стыковое соединение рис. 24. Дня измерения ширины канала проплавления электронный пучок па некоторое время I = 0,1 мс периодически выводится из сварочной ванны и затем пересекает канал проплавления. За время движения пучка состояние канала проплавления не успевает измениться. Ширина канала с!к определяется по формуле с1к = Кмстл/2я. Для устранения искажений, вызванных колебанием канала, измерения производятся по нескольким реализациям и обрабатываются методом синхронного накопления. На рис. 25 показаны усредненные значения реализаций зондирования канала при сварке пучком разного диаметра.

Одним из факторов, влияющих на точность позиционирования электронного пучка, является магнитное поле, вызывающие изменение траектории пучка электронов. Их действие (рис. 26) можно оценить по формулам

КРД2

Рис. 22 — Схема размещения коллимированного рентгеновского датчика КРД2 для контроля ширины Ь5 зазора стыка деталей: Ь — глубина стыка; Ьи — ширина проекции коллимационного отверстия на поверхности деталей

1,0

0,8

0,6 0,4 0,2

3 /

/

/2

у. \

Л •

гст (мм)

-1,5 -1,0 -0,5 0 0,5 1,0 1,5

Рис. 23 — Зависимость интенсивности рентгеновского излучения 1норм на датчике стыка от места положения оси пучка на стыке 2ст (мм) при эффективном радиусе пучка а = 0,3 мм при ширине зазора стыка Ьг равной: 1 - Ь5 = 0,1 мм; 2 -118 = 0,3 мм; 3 - Ь3 = 0,5 мм

Рис. 24 — Схема размещения коллимированного рентгеновского датчика КРД2 для контроля ширины <1К канала проплавления: Ьи — ширина коллимационного отверстия на поверхности деталей; гк — координата канала проплавления

100

80

60 40

20

0 -10

Л

/ V

/ /2

п

//

/ / / V

10

15

20

25

гх0,25 мм

Рис. 25 — Усредненные значения реализаций зондирования канала проплавления 1П = 30 мА: 1 - 1ф0куса = 1,33 А; 2 - 1ф0куса = 1,35 А

элп

дмп

Рис. 26 — Схема определения отклонения электронов магнитным полем

ь

Ф = ~ , Агм = /вфА (29)

О о о

где Ь — расстояние от ЭЛП до поверхности деталей; е - заряд электрона; т — масса электрона; V — скорость электрона.

Распределение магнитного поля по оси I можно разложить в ряд Тейлора. Ограничиваясь двумя членами, получим:

г2\ „ ( Т2 тЗ

Ф = -

В

ь +в ь

(30)

где В0 — индукция магнитного поля в точке 10; В| - производная индукции магнитного поля.

Отклонение Дгм электронов, вызванное действием магнитного поля, определим отклоняя электронный луч по оси Ъ и пересекая проекцию коллиматора датчика геометрии электронного пучка КРД1, как отклонение центра симметрии плотности распределения электронного пучка от координаты 71. Индукцию В0 измеряем датчиком магнитного поля ДМП. Отсюда после несложных преобразований получим

Ф = -Дгм--——В0. (31)

Ь м тУ2 0 4 '

Компенсация влияния магнитного поля и устранение ошибки позиционирования луча в корне шва производится путем коррекции его положения двойной отклоняющей системой ОС^.

Глава 5. В пятой главе рассмотрены вопросы технической реализации средств автоматического управления процессом ЭЛС. Эти средства позволяют контролировать процесс ЭЛС в соответствии с изложенными в предыдущих главах принципами и исполнены как локальные системы, регистрирующие отдельные параметры процесса: наведения на стык, контроль диаметра электронного пучка, и как комплексные системы, проводящие весь процесс ЭЛС в автоматическом режиме (АСУ ЭЛС). В составе систем управления применяются средства вычислительной техники, реализованы гибкие алгоритмы управления и специальные приемы обработки информации, повышающие ее достоверность.

Реализация слежения за стыком в процессе сварки, исследования, проведенные в гл. 2 и гл. 4 показывают, что слежение за стыком в процессе сварки может быть реализована с помощью коллимированного рентгеновского датчика, а применение для обработки сигнала от стыка метода синхронно накопления позволит повысить достоверность принятого сигнала. Коллимированный рентгеновский датчик также можно использовать для контроля диаметра пучка, метод измерения которого изложен в гл. 3. Функциональная схема системы представлена на рис. 27 и рис. 28.

Система состоит из трех основных блоков: блок выброса луча (БВЛ), измерительного блока (ИБ), блока коррекции и индикации. Управляет работой системы универсальный программируемый контроллер (КПУ) "Электроника МС 2702".

Система работает в двух режимах. В режиме контроля положения стыка и в режиме контроля диаметра электронного пучка. Блок БВЛ осуществляет вывод луча из сварочной ванны, пересечение лучом стыка (во время слежения за стыком) или пересечение лучом проекции коллимированного датчика (в режиме слежения за диаметром). Развертка производится цифровым генератором по 512 точкам.С целью уменьшения влияния помех работа системы синхронизируется частотой сети. В измерительном блоке производится преобразование сигнала датчика Д с помощью аналого-цифрового преобразователя АЦП и запоминание его в оперативно-запоминающем устройстве блока ОЗУ. Схема АРУ предназначена для компенсации постоянной составляющей сигнала датчика и автоматической стабилизации коэффициента усиления сигнала. Измерения производятся в каждой точке траектории движения луча. Время зондирования стыка 0,1 мс. За это время производится 127 измерений. Блок коррекции и индикации предназначен для визуального контроля величины отклонения луча от стыка, позволяет визуально оценивать форму плотности распределения тока пучка и с помощью КПУ осуществляет коррекцию положения луча, изменяет диаметр пучка, производит аварийный вывод тока луча (блок АВЛ).

В диссертации приводятся данные о производственных испытаниях системы. Погрешность позиционирования контролировалась по микрошлифам сварного соединения и составила 0,1 + 0,2 мм.

Реализация системы контроля геометрии электронного пучка. Основой системы является рассмотренное в гл. 3 измерительное устройство с

"СтопЧ

|"Ал-р" М ПЗУ 1—N.

сч, (V X -V

цап

УМ X

ОС X

ЦАП УМ

V У

ОС У

а-

гсс 100 Гп '

А

В

С

"МС2702"

[

"Адр"

/1-

сч,

АЦП - АРУ

"Адр"

"О"

ПЗУ

м

—К, ЦАП

м "

Рис. 27 — Функциональная схема слежения за стыком и диаметром луча. Блок выброса луча, измерительный блок, модель.

МС2702

Л,

В,

"ШД"

"ПТУ"

"ШЛ"

Аг тг I р

1

"О"

в2

•ТГ

С2

1

1 ь

>

ЦАП ОСЦ

ЦАП

ЦАП

•тт

ЦАП

кЭЛП

АВЛ

..

| Инд, стыка |

Инн. яиаметоа

СиЗ

УМ ОС

У У

УПТ

ф ФС

Инд, аварии

Рис. 28 - Функциональная схема слежения за стыком и диаметром луча (продолжение). Блок коррекции и индикации.

Рис. 29 - Коллимированный рентгеновский датчик

коллимированным рентгеновским датчиком. Для получения более точной информации о распределении энергии пучка коллиматор рентгеновского датчика модифицировали в круговой щелевой коллиматор (рис. 29). Конструкция датчика позволяет производить измерения геометрии электронного пучка по нескольким азимутальным направлениям М^ После обработки-данных на ЭВМ получают объемное распределение в трехмерной системе координат, которое используют для диагностики состояния электроннолучевой пушки.

Функциональная схема системы представлена на рис. 30. Система состоит из трех основных блоков: блок выброса луча (БВЛ), блок управления сканированием (БУС), измерительный блок (ИзБ). БВЛ осуществляет вывод пучка из сварочной ванны, пересечение пучком зоны обзора рентгеновского датчика геометрии пучка. Развертка пучка производится цифровым генератором по 512 точкам. Работа БВЛ синхронизируется частотой питающей сети от генератора ГСС. БУС предназначен для задания направления сканирования пучка относительно его оси. Выбор направления осуществляется записью кода в регистры Р1, Р2. В блоке ИзБ сигнал рентгеновского датчика после преобразования запоминается в оперативном запоминающем устройстве ОЗУ. После заполнения ОЗУ ЭВМ через шинный формирователь ШФ производит считывание информации и последующую ее обработку.

В диссертации приводятся сведенья об алгоритмах функционирования системы, ее конструктивном исполнении, прилагается акт внедрения.

Создание автоматизированной системы управления электроннолучевой сваркой (АСУ ЭЛС).

Для реализации комплексного подхода к автоматизации ЭЛС создана автоматизированная система управления технологическим процессом

Рис. 30 - Функциональная схема автоматизированной системы контроля геометрии электронного пучка

ип эл п

ФС

К

ОС, ОС,

и:

РД2

сд

и:

НЕк—I.

щ

РЛ1

АН

РДЗ

Блок усилителей

УПТ

УПТХ

УПТ У

Блок фокусировки

БФС

Л

ЭВМ

УСО

шд

7Т

V

I

ИзБ

Л

!ППТ

Система слежения за стыком

А

•ШУ|

>

I

Система Система

контроля контроля

геомет- и управ-

рия элек- ления

тронного глубиной

пучка проплав-

ления

тт

Рис. 31 - Структурная схема микропроцессорной АСУ ЭЛС

электронно-лучевой сварки. АСУ ЭЛС разработана на базе промышленной рабочей станции фирмы "Ас1уап1есЬ", которая связана с устройствами системы через шину данных ШД и шину управления объектами ШУО (рис. 31). К шинам предусмотрено подключение автономных подсистем контроля и управления глубиной проплавления, контроля геометрии электронного пучка, системы слежения за стыком, блока функционального сканирования БФС, блока фокусировки. Слежение по стыку осуществляется по методу адаптивного наведения с предварительной записью координаты стыка и последующего дослеживания в процессе сварки. Контроль параметров технологического процесса осуществляется с помощью рентгеновских датчиков РД1 — РДЗ и коллектора вторичных электронов, подключаемых к различным подсистемам АСУ ЭЛС. Измерительный блок ИзБ осуществляет контроль ускоряющего напряжения, тока пучка, скорости сварки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Информационные свойства плотности распределения электронного пучка позволяют контролировать его эффективный диаметр, положение стыка, ширину зазора стыка и канала проплавления, позволяют оценивать достоверность информации, что позволило создать новую методологию управления ЭЛС, обеспечивающую более высокую помехозащищенность и ■точность управления процессом ЭЛС.

2. Использованный метод контроля положения стыка по рентгеновскому излучению с поверхности деталей и разработанная на его основе математическая модель датчика стыка позволили получить математические зависимости, связывающие амплитуду и форму сигнала датчика стыка с местом положения пучка электронов относительно стыка и геометрическими параметрами электронного пучка, показано, что при этом форма кривой плотности распределения тока электронного пучка может быть использована для контроля ширины стыкового соединения и ширины канала проплавления, а также для оценки достоверности сигнала датчика стыка. Установлено, что помехоустойчивость рентгеновского датчика стыка можно повышать специально ориентированной коллимирующей насадкой, позволяющей увеличивать глубину модуляции сигнала датчика.

3. Разработанный бесконтактный метод контроля плотности распределения энергии по сечению электронного луча, основанный на измерении рентгеновского излучения с поверхности деталей коллимированным рентгеновским датчиком, позволил получить математическую модель датчика плотности распределения энергии луча, обобщающую встречающиеся на практике распределение плотности тока от островершинных до плосковершинных и двухмодальных; определить информационные параметры датчика, позволяющие идентифицировать форму кривой распределения тока луча; определить оценку диаметра электронного луча, учитывающую форму кривой .распределения, повышающую достоверность энергетической оцен-

ки вносимой удельной мощности в процесс сварки; позволяющую контролировать и стабилизировать параметры электронно-оптической системы

элп.

4. Анализ эффективности информационных параметров сигнала датчика стыка показал, что, определяя форму распределения плотности тока электронного пучка, можно выбрать наиболее эффективную в условиях действия помех оценку координаты стыка. Экспериментальные исследования и анализ помехоустойчивости сигналов датчика стыка показали, что без специальной обработки информации и без особых требований к геометрии электронного пучка обеспечить требуемую точность определения координаты стыка измерительным устройством с периодическим контурным зондированием стыка невозможно. Наилучшие результаты получаются при комбинированной обработке методом синхронного накопления и методом укрупнения отсчетов сигнала датчика стыка, при этом контроль диаметра электронного пучка и его стабилизацию необходимо осуществлять до процесса зондирования стыка.

5. Достигнута главная цель работы - на основе разработанных моделей датчиков и принципов контроля процесса ЭЛС по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей созданы оригинальные образцы систем управления ЭЛС: микропроцессорная система слежения за стыком при ЭЛС; автоматизированная система контроля геометрии электронного пучЕа; автоматизированная система управления АСУ ЭЛС, позволяющая координировать работу подсистем в соответствии с требованиями технологии ЭЛС. Проведенные испытания систем управления ЭЛС в лабораторных и производственных условиях подтвердили эффективность принятых теоретических и практических решений.

Таким образом, на основании выполненных в диссертации исследований разработана и обоснована новая методология управления процессом ЭЛС, основывающаяся на использовании информационных свойств плотности распределения тока электронного пучка, которая позволяет производить адаптивное управление параметрами ЭЛС, повысить качество технологического процесса и его воспроизводимость, что можно квалифицировать как решение крупной научно-технической проблемы, относящейся к разработке систем управления комплексом оборудования для электрошю-лучевой сварки и внедрению их в производство.

Основные положения работы изложены в следующих публикациях

— 1. Мурыгин, А. В. Способ направления электрода по стыку [Текст] / В.

Д. Лаптенок, А. В. Мурыгин // Автоматическая сварка, - 1982. - № 11.

-с. 60-63.

___ 2. Мурыгин А. В. Метод компенсации влияния магнитных полей на %

точность совмещения луча со стыком при электронно-лучевой сварке

[Текст] / В. Д. Лаптенок, В. Я. Браверман, А. В. Мурыгин // Материа-

лы EX Всесоюзной конф. "Электронно-лучевая сварка". - М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1986. — с. 15—19.

3. Мурыгин, A.B., Расчет отклонения пучка электронов в магнитном поле при электронно-лучевой сварке [Текст] / В.Д. Лаптенок, A.B. Мурыгин, В.Я. Браверман. - Красноярск; 1986. 9с. - деп. в ВИНИТИ 06.08.86 № 5580-В86

4. Мурыгин, A.B. Применение контроллера "ЭЛЕКТРОНИКА MC 2702" для управления процессом ЭЛС [Текст] / В.Я. Браверман, В.Д. Лаптенок, А.Н. Генцелов, A.B. Мурыгин и др. //Микропроцессорные системы. Материалы 2-й Всесоюзной научно-технической конференции. -Челябинск.: ЧПИ, 22 - 24 сентября 1988 года. - с. 129.

5. Мурыгин, A.B. Микропроцессорная система слежения по стыку при ЭЛС [Текст] / В.В. Башенко, В.Д. Лаптенок, A.B. Мурыгин // Материалы 10-ой Всесоюзной конференции "ЭЛС", 22 - 24 ноября 1988 года. -Л: ЛДНТП, 1988.-с. 12-13.

6. Мурыгин, A.B. Микропроцессорная система контроля и управления параметрами ЭЛС [Текст] / В .Я. Браверман, А.Н. Генцелов, A.B. Мурыгин и др. // Материалы 10-ой Всесоюзной конференции "ЭЛС", 22 -24 ноября 1988 г. - Л.: ЛДНТП, 1988. - с. 68 - 69.

7. А. С. 1405977 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ электронно-лучевой сварки и устройство для его осуществления [Текст] / A.B. Мурыгин, В .Я. Браверман, В.Д. Лаптенок. - Заявлено 04.01.87, опубл. 30.06.88, Бюл. №24.

8. А. С. 1493422 СССР, МКИ В23К 25/00. Устройство слежения за стыком при электронно-лучевой сварке [Текст] / В.Д. Лаптенок, A.B. Мурыгин, В .Я. Браверман и др. - Заявлено 30.12.87; опубл.15.07.89, Бюл. № 26.

9. А. С. 1608987 СССР, МКИ В23К 15/00. Устройство для слежения за стыком сварного соединения [Текст] / A.B. Мурыгин, В.Д. Лаптенок, В.Я. Браверман, B.C. Белозерцев. — Зарег. 22.07.90.

10.А. С. 1608988 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ измерения геометрических параметров электронного луча [Текст] / A.B. Мурыгин, В.Д. Лаптенок, В.В. Башенко и др. - Зарег. 22.07.90.

11.А. С. 1609584 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ контроля процесса электронно-лучевой сварки [Текст] / A.B. Мурыгин, В.Д. Лаптенок,

A.Д. Тамбовцсв, В.Г. Угрюмов. - Опубл. ЗОЛ 1.90, Бюл. X» 44.

12.А. С. 1700863 СССР, МКИ В23К 15/00. Устройство для слежения за стыком сварного соединения [Текст] / A.B. Мурыгин, В.Д. Лаптенок,

B.Г. Угрюмов. - 27.02.90.

13.А. С. 1834135 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ слежения за стыхом при электронно-лучевой сварке [Текст] / A.B. Мурыгин, В.Д. Лаптенок, В.В. Башенко и др. Заяв. 31.01.90.

14.Мурыгин, А. В. Микропроцессорный блок оперативного контроля плотности распределения энергии и стабилизации диаметра электронного луча. [Текст] / А. Д. Тамбовцев, В. Д. Лаптенок, В. Г. Угрю-

мов, А. В. Мурыгин // Материалы XI Всесоюзной научно-технической конф. по ЭЛС, г. Николаев, 1-3 октября 1991. - Л.: Судостроение, 1991.

15. Мурыгин, A.B. Система управления электронно-лучевой сваркой [Текст] / А. В. Мурыгин, А. Д. Тамбовцев, Т.Г. Долгова // Материалы III Российско-китайского семинара по аэрокосмической технике, Дивногорск, 21—26 марта 1994 г., Красноярск: CAA, 1994.-с. 13 - 14

16.Мурыгин, A.B. Автоматизированный комплекс для контроля канала проплавления в процессе электронно-лучевой сварки [Текст] / А. В. Мурыгин, Ю.Н. Серегин // Материалы III Российско-китайского семинара по аэрокосмической технике, Дивногорск, 21 — 26 марта 1994 г., Красноярск: CAA, 1994. — с. 16

17.Мурыгин, A.B. Система контроля и стабилизации диаметра электронного луча [Текст] / В.Д. Лаптенок, A.B. Мурыгин, Ю.Н. Серегин, А.Н. Бочаров Перспективные материалы, технологии, конструкции: Сб. науч. тр. // Под ред. В.В. Стацуры. - Вып. 4, - Красноярск: CAA, 1998.

- с. 523 - 526.

18.Мурыгин, A.B. Методика расчета диаметра электронного луча [Текст] / A.B. Мурыгин, А.Н. Бочаров // Решетневские чтения: Материалы Вссрос. научно-практич. конф. (10 — 12 ноября 1998 г., г. Красноярск).

- Вып. 2, - Красноярск: CAA, 1998. - с. 103 - 104.

19.Мурыгин, A.B. Управление электронно-лучевой сваркой [Текст] / В.Д. Лаптенок, A.B. Мурыгин, Ю.Н. Серегин, В Л. Браверман: Под ред. В.Д. Лаптенка. - Красноярск: CAA, 2000. - 234 с.

20.Мурыгин, A.B. Управление электронно-лучевой сваркой по рентгеновскому излучению из зоны обработки [Текст] / В.Д. Лаптенок, A.B. Мурыгин, Ю.Н. Серегин // Вестник Сибирской аэрокосмической академии, сб. научн. трудов, Вып. 1, Красноярск: CAA, 2000. - с. 97 -108.

21.Мурыгин, A.B. Автоматизированная система управления электроннолучевой сваркой (АСУ ЭЛС) [Текст] / В.Д. Лаптенок, A.B. Мурыгин, Ю.Н. Серегин, С.В. Балайтисов // Технология машиностроения, 2002.

- № 4. - с. 52 - 54.

22.Мурыгин, A.B. Автоматизированная система контроля плотности распределения энергии электронного пучка по его сечению при ЭЛС [Текст] / A.B. Мурыгин, А.Н. Бочаров // Сварочное, производство, 2003, № 8. - с. 32- 34.

23.Мурыгин, A.B. Расчет геометрических параметров электронного луча при ЭЛС [Текст] / A.B. Мурыгин, А.Н. Бочаров // Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика: Сб. науч. тр. / Под общ. ред. В.В. Стацуры; ГУЦМиЗ, Красноярск, 2004, Вып. 10, ч. 1, 246 с.

24.Мурыгин, A.B. Адаптивная система наведения электронного луча на стык при электронно-лучевой сварке [Текст] 1 A.B. Мурыгин, С.В. Ба-

лайтисов // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. акад. М.Ф. Решетнева: Под ред. проф. Г.П. Белякова, СибГАУ. -Вып. 5. -Красноярск, 2004. - с. 98 - 101.

25.Мурыгин, A.B. Анализ формы распределения плотности энергии в поперечном сечении электронного луча при ЭЛС [Текст] / A.B. Му-рыгин, А.Н. Бочаров // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева / Под ред. проф. Г.П. Белякова, СибГАУ. - Вып. 5. — Красноярск, 2004. — с. 231-235.

26. Мурыгин, A.B. Рентгеновские датчики для систем управления электронно-лучевой сварки [Текст] / Д.В. Тихоненко, A.B. Мурыгин, А.Н. Бочаров И Материалы VIII Всерос. науч. конф. с междунар. участием, посвящ. 80-летию со дня рождения генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева (11 - 12 нояб. 2004, г. Красноярск) / СибГАУ. - Красноярск, 2004. - с. 80 - 81.

27.Мурыгин, A.B. Расчет погрешности определения координаты стыка при электронно-лучевой сварке [Текст] / A.B. Мурыгин, С.В. Балай-тисов // Материалы VIII Всерос. науч. конф. с междунар. участием, посвящ. 80-летию со дня рождения генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева (11 — 12 нояб.

2004, г. Красноярск) / СибГАУ. - Красноярск, 2004. - с. 79 - 80.

28.Мурыгин, A.B. Расчет погрешности обнаружения ухода стыка [Текст] / A.B. Мурыгин, Д.В. Тихоненко // Материалы IX Международной, науч. конф. посвящ. 45-летию Сибирского государственного аэрокосмического университета им. акад. М.Ф. Решетнева (10 — 12 нояб.

2005, г. Красноярск) / СибГАУ. - Красноярск, 2005. - с. 85 - 86.

29.Мурыгин, A.B. Закон распределения вероятности величины ухода стыка при электронно-лучевой сварке [Текст] / A.B. Мурыгин, С.В. Балайтисов // Материалы IX Международной, науч. конф. посвящ. 45-летию Сибирского государственного аэрокосмического университета им. акад. М.Ф. Решетнева (10 - 12 нояб. 2005, г. Красноярск) / СибГАУ. - Красноярск, 2005. - 261 с.

30.Мурыгин, A.B. Экспериментальные исследования геометрических параметров электронного луча [Текст] / A.B. Мурыгин, А.Н. Бочаров // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева / Под ред. проф. Г.П. Белякова, СибГАУ. - Вып. 6. - Красноярск, 2005. - с. 191 - 195.

31.Мурыгин, A.B. Определение координаты стыка при электроннолучевой сварке по информационным параметрам сигнала датчика стыка [Текст] / A.B. Мурыгин, С.В. Балайтисов // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева / Под ред. проф. Г.П. Белякова, СибГАУ. - Вып. 6. -Красноярск, 2005. - с. 224 - 227.

32.Мурыгин, A.B. Система слежения за стыком на рабочем токе при электронно-лучевой сварке [Текст] / A.B. Мурыгин, Д.В. Тихоненко // Актуальные проблемы авиации и космонавтики: Материалы Всерос. науч.-практ. конференции (4 — 9 апреля 2005 г., г. Красноярск): Под общ. ред. С.И. Сенашова; СибГАУ, - Красноярск, 2005. - с. 145 - 147.

33.Мурыгин, A.B. Алгоритмы фильтрации сигнала датчика стыка при электронно-лучевой сварке [Текст] / A.B. Мурыгин, C.B. Балайтисов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики: Материалы Всерос. науч.-практ. конференции (4 — 9 апреля 2005 г., г. Красноярск): Под общ. ред. С.И. Сенашова; СибГАУ, - Красноярск, 2005. — с. 140 - 142.

34.Мурыгин, A.B. Определение ширины плотности распределения энергии электронного пучка по его сечению при электронно-лучевой сварке [Текст] / A.B. Мурыгин, А.Н. Бочаров // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева / Под ред. проф. Г.П. Белякова, СибГАУ. - Вып. 7. -Красноярск, 2005. - с. 81 - 84.

35.Мурыгин, A.B. Определение погрешности наведения на стык свариваемых деталей на основе анализа закономерностей распределения плотности вероятности отсчетов датчика стыка [Текст] / A.B. Мурыгин, C.B. Балайтисов И Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева / Под ред. проф. Г.П. Белякова, СибГАУ. - Вып. 2 (9). — Красноярск, 2006. — с. 53-58.

36.Мурыган, A.B. Рентгеновский датчик стыка для наведения электронного луча в процессе электронно-лучевой сварки [Текст] / A.B. Мурыгин, В.Д. Лаптенок, Д.В. Тихоненко // Сварочное производство, 2006.

6. -с. 7-13.

37.Мурыгин, A.B. Контроль плотности распределения электронного пучка в процессе электронно-лучевой сварки [Текст] / А.Н. Бочаров, В.Д. Лаптенок, A.B. Мурыгин И Сварочное производство, 2006. - № 7. -с. 8-14.

38.Мурыгин, A.B. Анализ достоверности информации по форме сигнала датчика стыка при электронно-лучевой сварке [Текст] / A.B. Мурыгин, Д.В. Тихоненко // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева / Под ред. проф. Г.П. Белякова, СибГАУ. - Вып. 3 (10). — Красноярск, 2006. -с. 61-64.

Тираж 100 экз. Заказ № 3- £13 Опечатано в типографии СибГАУ

660014, Красноярск, пр. им. газ. Красноярский рабочий, 31

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ.

1.1 Анализ методов и средств позиционирования электронного пучка по стыку.

1.1.1 Автоматическое ведение пучка по стыку с помощью механических, электромагнитных и оптических датчиков стыка.

1.1.2 Системы автоматического позиционирования с вторично-эмиссионными датчиками стыка.

1.1.3 Системы автоматического позиционирования с рентгеновскими датчиками стыка.

1.1.4 Методы выделения сигнала от стыка.

1.1.5 Автоматическое позиционирование при микропроцессорном управлении.

1.2 Контроль плотности распределения энергии электронного пучка.

1.2.1 Методы измерения плотности распределения энергии в поперечном сечении пучка.

1.2.2 Факторы, влияющие на распределение плотности энергии по поперечному сечению электронного пучка.

1.3 Выводы и постановка задачи.

ГЛАВА 2 КОНТРОЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ СТЫКА ПО РЕНТГЕНОВСКОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ С ПОВЕРХНОСТИ СВАРИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ.

2.1 Особенности формирования сигнала от стыка по рентгеновскому излучению от поверхности свариваемых деталей.

2.2 Расположение датчика в плоскости, перпендикулярной стыку.

2.3 Расположение датчика стыка в плоскости стыка.

2.4 Математическая модель коллимированного рентгеновского датчика стыка.

2.4.1 Формирование сигнала от стыка на коллимированном РДС при пересечении электронным пучком стыка вдоль проекции коллимационного отверстия.

2.4.2 Формирование сигнала от стыка на коллимированном РДС с разверткой электронного пучка в виде растра.

2.5 Выводы.

ГЛАВА 3 КОНТРОЛЬ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПО СЕЧЕНИЮ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА.

3.1 Математическая модель рентгеновского датчика для контроля плотности распределения энергии электронного пучка.

3.2 Анализ формы распределения плотности энергии в поперечном сечении электронного пучка при электронно-лучевой сварке.

3.3 Определение ширины плотности распределения энергии электронного пучка по его сечению при электронно-лучевой сварке.

3.4 Экспериментальное исследование геометрических параметров электронного пучка.

3.5 Выводы.

ГЛАВА 4 АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ СВАРКИ.

4.1 Адаптивная система управления процессом ЭЛС.

4.2 Анализ помехоустойчивость датчика стыка.

4.2.1 Оценка помехоустойчивости сигнала датчика стыка.

4.2.2 Повышение помехоустойчивости сигнала датчика методом синхронного накопления.

4.2.3 Повышение помехоустойчивости сигнала датчика методом фильтрации. 19 *

4.3 Анализ эффективности и достоверности сигнала от стыка по форме сигнала.

4.4 Анализ закономерности распределения плотности вероятности отсчетов координаты стыка.

4.5 Определение координаты стыка в процессе адаптивного наведения на ^ стык.

4.6 Контроль ширины зазора стыка деталей и ширины канала проплавления по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей.

4.6.1 Контроль ширины зазора стыка деталей.

4.6.2 Контроль ширины канала проплавления.

4.7 Наведение на стык в условиях действия на луч магнитных полей.

4.8 Выводы.

ГЛАВА 5 ВОПРОСЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ СРЕДСТВ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛС.

5.1 Реализация слежения за стыком в процессе сварки.

5.1.1 Функциональная схема системы слежения за стыком и диаметром электронного луча.

5.1.2 Функциональная схема и принцип действия устройства автоматического регулирования усиления (АРУ) сигнала от стыка.

5.1.3 Алгоритмы функционирования системы.

5.1.4 Конструкция.

5.1.5 Испытания системы.

5.2 Реализация системы контроля геометрии электронного пучка.

5.2.1 Функциональная схема системы контроля геометрии электронного пучка.

5.2.2 Конструктивное исполнение системы.

5.3 Техническая реализация автоматизированной системы управления электронно-лучевой сваркой (АСУ ЭЛС).

5.4 Выводы.

В конце 50-х годов XX столетия в технологии сварки наряду с традиционными источниками энергии и прежде всего с свободногорящей электрической дугой появились новые, так называемые высококонцентрированные ист точники энергии: сварка электронным лучом (~ 1956 г.), плазменно-дуговая сварка (~ 1958 г.), лазерная сварка (~ 1964 г.) и световая сварка (~ 1968 г.).

Если свободно-горящая сварочная электрическая дуга осуществляет плавление металлов поверхностно (отношение глубины расплавленной зоны к ее ширине меньше единицы), то высококонцентрированные источники энергии - кинжально (отношение глубины расплавленной зоны к ее ширине > 100).

Исследование концентрированных потоков энергии показало, что если г / источник энергии развивает удельную мощность >10 - 10 Вт/см , то при преодолении некоторого порога удельной мощности резко изменяют закономерности перенесения тепла в нагреваемом объекте. В результате образуются соединения с глубоким проплавлением и узкой зоной нагрева при высокой скорости сварки, низком тепловложении и минимальной деформации в процессе сварки, что исключает необходимость правки сварного изделия.

Из высококонцентрированных источников энергии наиболее широкое распространение получили лучевые источники: электронный луч, лазерный луч и световой луч.

Из них наибольшее внимание уделяется электронному лучу. Опыт прошлого века показал, что независимо от колебаний мировой и национальной экономик, высокую стоимость оборудования для электронно-лучевой сварки (ЭЛС), рынок сварочной техники сохранил положительную динамику, а инвестиции и обновление сварочного производства, как правило, окупались и приносили ожидаемые технико-экономические результаты. Высокие темпы роста рынка оборудования для ЭЛС обусловлены неизменным интересом к этому способу сварки со стороны автомобильной и аэрокосмической промышленности, а также необходимостью модернизации работающего оборудования.

Значительные достижения в различных направлениях ЭЛС достигнуты благодаря разработке принципов автоматического управления процессом сварки. Установки для ЭЛС как объект автоматизации представляет собой сложный комплекс, в который входят высокопроизводительное вакуумное и мощное энергетическое оборудование. Высокая скорость сварки и ограниченные возможности визуального наблюдения создают трудности оператору даже высокой квалификации в управлении процессом сварки. Поэтому стремление к максимальной автоматизации процесса закономерно. Работы по автоматизации ЭЛС начались в 60 г. прошлого столетия с создания средств регулирования отдельных параметров процесса и ведутся в настоящее время в направлении комплексной автоматизации ЭЛС с применением средств вычислительной техники. Решению этих вопросов посвящены исследования многих отечественных и зарубежных авторов (Зуев И.В., Башенко В.В., Лаптенок В.Д., Лившиц М.Л., Виноградов В.А., Назаренко O.K., Кривенков В.А., Беленький В.Я., Куцан Ю.Г., Mauer К.О., Нага К., Sasaki S., Anderl Р. и др.).

В настоящее время проблемы управления манипуляторами, вакуумным оборудованием, источниками питания в основном решены. Нерешенными являются задачи управления процессом ЭЛС. В первую очередь это относиться к проблемам наведения электронного луча на стык деталей, контролю и стабилизации плотности распределения энергии электронного луча по его сечению. Одной из главных проблем при создании систем управления ЭЛС является низкая помехозащищенность датчиков измерительных устройств и всей системы в целом. Поэтому актуальной является задача исследования и разработки новых устройств контроля процесса ЭЛС, отвечающих требованиям помехоустойчивости, и создание на основе этих средств контроля современных систем управления процессом ЭЛС, позволяющих повысить воспроизводимость технологического процесса и качества сварных соединений.

Основная идея работы заключается в использовании для управления процессом электронно-лучевой сварки информационных свойств плотности распределения энергии электронного пучка, позволяющих в отличии от существующих методов управления производить адаптивное управление режимами ЭЛС, что позволяет обеспечить необходимое качество технологического процесса и его повторяемость.

Целью диссертационной работы является создание новых средств управления процессом электронно-лучевой сварки, использующих рентгеновское излучение с поверхности свариваемых деталей для контроля плотности распределения энергии электронного пучка, позволяющих производить наведение электронного пучка на стык деталей; контролировать ширину стыка; ширину канала проплавления; отвечающих требованиям помехоустойчивости и надежности функционирования.

Объектом исследования являются: методы и средства управления процессом электронно-лучевой сварки.

Предметом исследования являются: моделирование рентгеновских датчиков стыка; моделирование датчика плотности распределения энергии электронного пучка; методы и средства автоматического наведения электронного пучка на стык деталей; алгоритмы обработки сигналов датчика стыка, повышающие их достоверность; методы и средства контроля ширины стыкового соединения и ширины канала проплавления; схемно-технические решения устройств слежения за стыком, диаметром электронного пучка и автоматизированной системы управления процессом электронно-лучевой сварки (АСУ ЭЛС).

Задачи исследования заключаются в том, чтобы математически обосновать способы контроля положения стыка свариваемого соединения по рентгеновскому излучению с поверхности деталей; математически обосновать способы контроля плотности распределения энергии по сечению электронного пучка по рентгеновскому излучению с поверхности деталей; исследовать аналитически и экспериментально формы кривых распределения плотности тока электронного пучка, разработать метод измерения диаметра электронного пучка, учитывающий форму кривой распределения плотности тока; разработать методику оценки помехоустойчивости сигнала датчика стыка и методы повышения помехоустойчивости; провести оценку эффективности информационных параметров сигнала от стыка и разработать методику анализа достоверности сигнала по форме сигнала; проанализировать закономерности изменений значений координат стыка на характерных стыках для систем позиционирования по стыку с предварительной записью программы траектории стыка и разработать методику уменьшения погрешности наведения; математически обосновать способ контроля ширины зазора стыка деталей и ширины канала проплавления по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей; разработать алгоритм адаптивного управления процессом ЭЛС, который позволяет учитывать изменение технологических параметров в процессе сварки; технически реализовать устройства контроля и управления положением стыка и фокуса, плотности распределения энергии луча по его сечению; провести их испытания и внедрение в производство.

Методы исследований. Результаты и выводы, представленные в диссертации обоснованы математически с использованием аппарата теории функций, дифференциального и интегрального исчисления, математической статистики, теории вероятностей, теории информации, теории принятия решений, экспериментальными исследованиями, моделированием на ЭВМ.

Достоверность научных результатов подтверждена корректным обоснованием и анализом методов решения поставленных задач, результатами моделирования на ЭВМ, а также экспериментальными исследованиями, выполненными при различных параметрах технологического процесса ЭЛС.

Основные результаты,

1. Получены математические зависимости, описывающие статические характеристики рентгеновского датчика стыка (РДС) с учетом его пространственной ориентации относительно стыка, позволяющие определять координату стыка по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей.

2. Предложен способ повышения глубины модуляции сигнала от стыка специально ориентированной коллимирующей насадкой на РДС. Получены математические зависимости, позволяющие определить координату стыка по сигналу коллимированного РДС.

3. Предложен бесконтактный метод контроля плотности распределения энергии по сечению электронного пучка, основанный на контроле рентгеновского излучения с поверхности свариваемых деталей коллимированным рентгеновским датчиком (датчиком геометрии пучка).

4. Проведены аналитические и экспериментальные исследования формы кривых распределения плотности тока электронного пучка. Получена математическая модель, с помощью которой описываются встречающиеся на практике распределения и определены информационные параметры датчика геометрии пучка, позволяющие однозначно определять форму кривой распределения энергии пучка.

5. Предложен метод вычисления диаметра электронного пучка, учитывающий форму кривой распределения плотности тока пучка, на основе энтропийных оценок зондовой характеристики датчика геометрии пучка.

6. Предложен метод адаптивного управления процессом ЭЛС, который позволяет учитывать изменения параметров процесса: плотности распределения тока пучка; ширины зазора стыка; ширины канала проплавления; ошибку наведения, вызванную действием магнитных полей, неточным воспроизведением координаты стыка по программе перемещения пучка.

7. Предложен метод оценки помехоустойчивости сигнала датчика стыка, на основе которого выполнен экспериментально-теоретический анализ помехоустойчивости при обработке сигнала от стыка методом синхронного накопления и методом фильтрации.

8. Произведена оценка эффективности информационных параметров сигнала от стыка по форме сигнала от стыка.

9. Произведена оценка достоверности сигналов от стыка, полученных экспериментально с различным уровнем помех и при различных технологических режимах ЭЛС по форме сигнала от стыка.

10. Проведен анализ закономерностей распределения плотности вероятности отсчетов координаты стыка для кольцевых стыков, установлена зависимость между формой распределения и мощностью помехи, позволяющая оценить погрешность наведения на стык.

11. Предложен метод и устройство для контроля ширины зазора стыкового соединения и ширины канала проплавления по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей.

12. Предложен способ компенсации влияния магнитных полей на положение электронного пучка в процессе сварки.

13. Разработаны и внедрены в производство устройства слежения за стыком и диаметром электронного пучка, устройство контроля плотности распределения электронного пучка, автоматизированная система управления электронно-лучевой сваркой (АСУ ЭЛС).

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана новая методология управления процессом ЭЛС, позволяющая за счет использования информационных свойств плотности распределения электронного пучка осуществлять адаптивное управление процессом, контролировать его параметры, оценивать достоверность и за счет этого повышать качество и воспроизводимость технологии;

2. Разработана аналитическая модель нового способа контроля положения стыка по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей, обладающего высокой помехозащищенностью за счет обработки информации;

3. Разработана аналитическая модель нового способа контроля плотности распределения электронного пучка по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей, позволяющего проводить измерения непосредственно в процессе сварки и обобщающего встречающиеся на практике законы распределения;

4. Разработан новый метод управления технологическим процессом ЭЛС, в основу которого положен контроль диаметра электронного пучка, контроль формы кривой плотности распределения энергии пучка и их стабилизация, позволяющий повысить качество сварных соединений;

5. Предложен метод оценки эффективности информационных параметров сигнала от стыка и анализ его достоверности по форме распределения плотности тока электронного пучка;

6. Предложен и математически обоснован метод оценки погрешности наведения на стык по предварительно записанной траектории стыка, основанный на анализе закономерностей плотности вероятности отсчетов координаты стыка.

Значение для теории имеют: аналитическая модель датчика стыка, позволяющая определять координату стыка по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей, учитывающая пространственную ориентацию датчика относительно стыка деталей и особенности конструкции в виде колли-мирующей насадки, повышающей глубину модуляции сигнала от стыка; аналитическая модель датчика плотности распределения тока электронного пучка на поверхности свариваемых деталей, обобщающая встречающиеся на практике законы распределения и создающая теоретическую основу для диагностики электронно-лучевой пушки и прогнозирования работоспособности электроннолучевой аппаратуры; проведенная классификация наиболее часто встречающихся законов распределений плотности тока электронного пучка и метод определения информационных параметров, позволяющих идентифицировать закон распределения; метод измерения диаметра электронного пучка, учитывающий форму кривой распределения плотности тока на основе энтропийных оценок ширины распределения; математическое обоснование метода оценки помехоустойчивости сигнала датчика стыка и доказанная эффективность применения методов синхронного накопления и укрупнения отсчетов для повышения помехоустойчивости сигнала датчика стыка; математическое обоснование метода оценки эффективности информационных параметров сигнала от стыка и анализ достоверности сигнала от стыка по форме распределения плотности тока электронного пучка; проведенный анализ закономерностей распределения плотности вероятности отсчетов координаты стыка, устанавливающий, что распределение плотности вероятности отсчетов значений координаты стыка для кольцевых стыков имеет вид арксинусоидального закона, а между формой распределения и мощностью помехи существует зависимость, позволяющая оценить погрешность наведения на стык.

Практическая значимость работы I

1. Разработан комплекс аппаратных и программных средств, реализующих функции управления:

- контроль и стабилизация плотности распределения энергии электронного пучка;

- слежения за стыком свариваемых деталей;

- режимами сварки.

2. Созданы оригинальные образцы систем управления ЭЛС:

- микропроцессорная система слежения за стыком при ЭЛС с рентгеновским датчиком стыка;

- микропроцессорная система контроля плотности распределения энергии электронного пучка и стабилизации его эффективного диаметра;

- автоматизированная система контроля плотности распределения энергии электронного пучка по его сечению при ЭЛС;

- автоматизированная система управления электронно-лучевой сваркой (АСУ ЭЛС);

3. Разработана методология использования информационных параметров плотности распределения энергии электронного пучка для контроля процесса ЭЛС и проведения исследовательских работ по оптимизации технологии ЭЛС.

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации.

Лично А.В. Мурыгиным получены следующие научные и практические результаты:

- получена математическая модель рентгеновского датчика стыка и рассчитаны его характеристики;

- получена математическая модель рентгеновского датчика плотности распределения электронного пучка, обобщающая встречающаяся на практике распределения;

- разработан метод управления технологическим процессом электроннолучевой сварки, в основу которого положен контроль диаметра электронного лучка, контроль формы кривой плотности распределения энергии пучка и их стабилизация, позволяющий повысить качество сварных соединений;

- выполнен экспериментально-теоретический анализ помехоустойчивости сигнала датчика стыка;

- предложен метод оценки эффективности информационных параметров сигнала от стыка и анализ достоверности сигнала от стыка по форме распределения плотности тока электронного пучка;

- предложен и математически обоснован метод оценки погрешности наведения электронного пучка на стык по предварительно записанной траектории стыка, основанной на анализе закономерностей плотности вероятности отсчетов координаты стыка;

- разработан метод управления технологическим процессом электроннолучевой сварки, в основу которого положен контроль ширины зазора стыкового соединения и ширины канала проплавления по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей;

- проведена разработка, изготовление и внедрение образцов систем управления ЭЛС;

- разработан способ компенсации влияния магнитных полей на точность позиционирования по стыку соединения.

Рекомендации по использованию результатов исследований

Результаты работы могут быть использованы при расчете и проектировании оборудования электронно-лучевой сварки научно-исследовательскими и нроектными организациями, специализирующимися в создании комплексов иектронно-лучевой аппаратуры, а также в учебном процессе по специальностям "Технология и оборудование сварочного производства", "Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами".

Реализация работы

Разработанные системы управления ЭЛС внедрены на предприятии ^ГУП "Красмаш" г. Краснярск. Разработана конструкторская документация и организовано производство систем слежения по стыку при ЭЛС, микропроцессорных АСУ ЭЛС. Результаты работы внедрены в учебный процесс Сибирско-государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева по специальности "Автоматизированные системы управления технологическими процессами".

Работа выполнена на кафедре информационных-управляющих систем Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева г. Красноярск и в лаборатории Сибирского исследовательского центра электронно-лучевых технологий (СИЦЭЛТ) при Сибирском государственном аэрокосмическом университете имени академика М.Ф. Решетнева г. Красноярск.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в рамках:

- IX Всесоюзной конференции "Электронно-лучевая сварка" (г. Москва,

МДНТП, апрель 1986 г.)

- II Всесоюзной конференции "Микропроцессорные системы" (г. Челябинск, ЧПИ, 22 - 24 сентября 1988 г.)

- X Всесоюзной конференции "Электронно-лучевая сварка" (г. Ленинград, ЛДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 22 - 24 ноября 1988 г.)

- XI Всесоюзной конференции "Электронно-лучевая сварка" (г. Николаев, 1 - 3 октября 1991 г.)

- III Российско-китайского семинара по аэрокосмической технике (г. Дивно-горек, 21-26 марта 1994 г.)

- Решетневских чтений: Всероссийской научно-практической конференции (г. Красноярск, САА, 10-12 ноября 1998 г.)

- Международной конференции "Современные проблемы сварки и ресурса конструкций" (г. Киев, Украина, 24 - 27 ноября 2003 г.)

- Координационного совещания специалистов в области производства электронно-лучевого оборудования (г. Ижевск, ОАО "НИТИ Прогресс", 21-26 июня 2003 г.)

- Всероссийской научно-практической конференции "Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика, (г. Красноярск, ГУЦМиЗ, 2004 г.)

- Решетневских чтений: VIII Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 80-летию со дня рождения генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева. (г. Красноярск, СибГАУ, 11-12 ноября 2004 г.)

- Решетневских чтений: IX Международной научной конференции, посвященной 45-летию Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева. (г. Красноярск, СибГАУ, 10-12 ноября 2005 г.)

- Всероссийской науч. практ. конференции "Актуальные проблемы авиации и космонавтики" (г. Красноярск, СибГАУ, 4-9 апреля 2005 г.)

- Научных семинарах кафедры "Информационно-управляющих систем" Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.ф. 1

Решетнева, г. Красноярск.

На защиту выносятся:

- Математическая модель датчика стыка, позволяющая определить координату стыка по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей.

- Математическая модель датчика плотности распределения энергии электронного пучка и его диаметра.

- Результаты экспериментально-теоретического анализа помехоустойчивости сигнала датчика стыка.

- Метод адаптивного управления процессом ЭЛС.

- Структурные и функциональные схемы систем управления процессом ЭЛС, использующие информационные свойства плотности распределения энергии электронного пучка.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 38 работ, из которых 12 статей в периодических изданиях по списку ВАК, 1 - монография, 7 авторских свидетельств (СССР), 1 статья в научно-техническом журнале, 1 депонированная статья, 16 работ в трудах Всесоюзных, Всероссийских с международным участием научно-технических конференциях.

Общая характеристика диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Объем диссертации составляет 334 страницы, в том числе 150 рис. Библиография содержит 165 наименований.

5.4 Выводы

1. Разработанные модели датчиков и принцыпы контроля процесса ЭЛС по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей позволили создать оригинальные образцы систем управления ЭЛС: микропроцессорную ситему слежения за стыком и диаметром электронного пучка; автоматизированную систему управления АСУ ЭЛС, позволяющую координировать работу подсистем в соответствии с требованиями технологии ЭЛС.

2. Созданы оригинальные образцы систем управления ЭЛС:

- Проведенные испытания систем управления ЭЛС в лабораторных и производственных условиях подтвердили эффективность принятых теоретических и практических решений.

4 Управление ЗЯС Шаг 4. Запись траектории

Дяя саяьиййввй (ws&sra необходима &ьтж<гъ шгкь трмкэдмй шт.

Рис. 5.32 - Экранная форма монитора после завершения записи траектории стыка

Мдомтмкмсфй^бпм^ев^ записи.

Рис. 5.33 - Изображение записанной и аппроксимированной траектории стыка

Рис. 5.34 - Вид датчика геометрии пучка, установленного на электронно-лучевой установке

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Информационные свойства плотности электронного пучка позволяют контролировать его эффективный диаметр, положение стыка, ширину зазора стыка и канала проплавления, позволяют оценивать достоверность информации, что позволило создать новую методологию управления ЭЛС, обеспечивающую более высокую помехозащищенность и точность управления процессом ЭЛС.

2. Использованный метод контроля положения стыка по рентгеновскому излучению с поверхности деталей и разработанные на его основе математическая модель датчика стыка позволили получить математические зависимости, связывающие амплитуду и форму сигнала датчика стыка с местом положения пучка электронов относительно стыка и геометрическими параметрами электронного пучка, показано, что при этом форма кривой плотности распределения тока электронного пучка может быть использована для контроля ширины стыкового соединения и ширины канала проплавления, а также для оценки достоверности сигнала датчика стыка. Установлено, что помехоустойчивость рентгеновского датчика стыка можно повышать специально ориентированной кол-лимирующей насадкой, позволяющей увеличивать глубину модуляции сигнала датчика.

3. Разработанный бесконтактный метод контроля плотности распределения энергии по сечению электронного луча, основанный на измерении рентгеновского излучения с поверхности деталей коллимированным рентгеновским датчиком, позволил получить математическую датчика плотности распределения энергии луча, обобщающую встречающиеся на практике распределения плотности тока от островершинных до плосковершинных и двухмодальных; определить информационные параметры датчика, позволяющие идентифицировать форму кривой распределения тока луча; определить оценку диаметра электронного луча, учитывающую форму кривой распределения, повышающую достоверность энергетической оценки вносимой удельной мощности в процесс сварки; позволяющую контролировать и стабилизировать параметры электронно-оптической системы ЭЛП.

4. Анализ эффективности информационных параметров сигнала датчика стыка показал, что, измеряя форму распределения плотности тока электронного пучка, можно выбрать наиболее эффективную в условиях действия помех оценку координаты стыка. Экспериментальные исследования и анализ помехоустойчивости сигналов датчика стыка показали, что без специальной обработки информации и без особых требований к геометрии электронного пучка обеспечить требуемую точность определения координаты стыка измерительным устройством с периодическим контурным зондированием стыка невозможно. Наилучшие результаты получаются при комбинированной обработке методом синхронного накопления и методом укрупнения отсчетов сигнала датчика стыка, при этом контроль диаметра электронного пучка и его стабилизацию необходимо осуществлять до процесса зондирования стыка.

5. Достигнута главная цель работы - на основе разработанных моделей датчиков и принципов контроля процесса ЭЛС по рентгеновскому излучению с поверхности свариваемых деталей созданы оригинальные образцы систем управления ЭЛС: микропроцессорная система слежения за стыком при ЭЛС; автоматизированная система контроля геометрии электронного пучка; автоматизированная система управления АСУ ЭЛС, позволяющая координировать работу подсистем в соответствии с требованиями технологии ЭЛС. Проведенные испытания систем управления ЭЛС в лабораториях и производственных условиях подтвердили эффективность принятых теоретических и практических решений.

Таким образом, на основании выполненных в диссертации исследований разработана и обоснована новая методология управления процессом ЭЛС, основывающаяся на использовании информационных свойств плотности распределения тока электронного пучка, которая позволяет производить адаптивное управление параметрами ЭЛС, повысить качество технологического процесса и его воспроизводимость, что можно квалифицировать как решение крупной научно-технической проблемы, относящейся к разработке систем управления комплексом оборудования для электронно-лучевой сварки и внедрению их в производство.

1. А. С. 177066 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ автоматического слежения за стыком при электронно-лучевой сварке Текст. / П.П. Стрекаль, Д.А. Дудко, O.K. Назаренко. Заявлено 3.11.62; опубл. 01.12.65, Бюл. № 24.

2. А. С. 315542 СССР, МКИ В23К 15/00. Устройство для автоматического слежения за стыком Текст. /Е.Н. Баня, Ф.Н. Киселевский, Г.А. Пантеле-енко. Заявлено 26.1.70; опубл. 01.10.71, Бюл. № 29.

3. А. С. 367987 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ автоматического слежения за стыком в процессе электронно-лучевой сварки Текст. / Е.К. Баня, Ф.Н. Киселевский, Г.А. Пантелеенко. Заявлено 17.11.70; опубл. 26.01.73, Бюл. № 9.

4. А. С. 478696 СССР, МКИ Б23К 9/10. Комбинированный датчик. Текст. / В.Д. Лаптенок, В.А. Сорокин. Заявлено 02.04.73 ; опубл. 30.07.75, Бюл. №28.

5. А. С. 499069 СССР, МКИ В23К 9/10. Комбинированный датчик. Текст. /В.Д. Лаптенок, В.А. Сорокин. Заявлено 28.01.74; опубл. 15.01.76, Бюл. No 2.

6. А. С. 499070 СССР, МКИ В23К 9/10. Комбинированный датчик. Текст. / В.Я. Браверман, Б.С. Белозерцев, В.Д. Лаптенок. Заявлено 04.02.74; опубл. 15.01.76, Бюл. № 2.

7. А. С. 607680 СССР, МКИ В23К 9/10. Комбинированный датчик. Текст. /Б.Я. Браверман, B.C. Белозерцев, В.Д. Лаптенок и др. Заявлено 12.05.76; опубл. 25.05.78, Бюл. № 19.

8. А. С. 715250 СССР, МКИ В23К 9/10. Комбинированный датчик. Текст. /В.Я. Браверман, В.Д. Лаптенок, В.А. Сорокин и др. Заявлено 08.12.77; опубл. 15.02.80, Бюл. №6.

9. А. С. 774847 СССР, МКИ В23К 9/10. Комбинированный датчик. Текст. /В.Я. Браверман, В.Д. Лаптенок, B.C. Белозерцев и др. Заявлено 31.01.79; Опубл. 30.10.80, Бюл. № 40.

10. А. С. 804291 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ автоматического слежения за стыком при электронно-лучевой сварке. Текст. /JI.H. Гольдфарб, И.А. Куцаев и др. Заявлено 26.02.78; опубл. 15.02.81, Бюл. № 6.

11. А. С. 810408 СССР, МКИ В23К 9/10. Устройство слежения за стыком свариваемых деталей. Текст. /В.Я. Браверман, В.Д. Лаптенок, В.И. Фомин и др. Заявлено 15.01.79; опубл. 07.03.81, Бюл. № 9.

12. А. С. 919822 СССР, МКИ В23К 9/10. Устройство для слежения за стыком свариваемых деталей Текст. / В.Я. Браверман, В.Д. Лаптенок, B.C. Бело-зерцев и др. заявлено 21.07.80; опубл. 15.04.82, Бюл. № 14.

13. А. С. 1052355 СССР; МКИ В23К 15/00. Способ слежения за линией стыка Текст. / Ю.И. Пастушенко, O.K. Назаренко, В.Е. Локшин и др. Заявлено 14.07.78; опубл. 07.11.83, Бюл. № 41.

14. А. С. 1107409 СССР МКИ В23К 15/00. Устройство для совмещения электронного луча со стыком при сварке Текст. / В.Я. Браверман, В.Д. Лаптенок, В.А. Сорокин и др. Заявлено 16.07.80.

15. А. С. 1197271 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ наведения электронного луча на стык при электронно-лучевой сварке и устройство для его осуществления. Текст. / Н.Н. Ефимов, М.Л. Лифшиц, Н.Г. Лобанов и др. Заявлено 31.05.88; опубл. 30.10.88, Бюл. № 40.

16. А. С. 1197272 СССР, МКИ В23К 15/00. Устройство для слежения за стыком при электронно-лучевой сварке. Текст. / В.Я. Браверман, В.Д. Лаптенок, Б.С. Белозерцев и др. заявлено 07.07.83.

17. А. С. 1391834 СССР, МКИ В23К 15/00,26/00. Способ слежения за стыком при лучевой сварке Текст. / А.А. Солнцев, А.П. Бесчетнов. Заявлено 11.05.85; опубл. 30.04.88, Бюл. № 16.

18. А. С. 1405977 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ электронно-лучевой сварки и устройство для его осуществления Текст. / А.В. Мурыгин, В.Я. Браверман, В.Д. Лаптенок. Заявлено 04.01.87, опубл. 30.06.88, Бюл. № 24.

19. А. С. 1450943 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ управления электроннолучевой сваркой и устройство для его осуществления Текст. / К.А. Сукач, Ю.Г. Куцан, С.Н. Ковбасенко и др. Заявлено 08.06.87; опубл. 05.01.89.

20. А. С. 1493422 СССР, МКИ В23К 25/00. Устройство слежения за стыком при электронно-лучевой сварке Текст. / В.Д. Лаптенок, А.В. Мурыгин, В.Я. Браверман и др. Заявлено 30.12.87; опубл. 15.07.89, Бюл. № 26.

21. А. С. 1608987 СССР, МКИ В23К 15/00. Устройство для слежения за стыком сварного соединения Текст. / А.В. Мурыгин, В.Д. Лаптенок, В.Я. Браверман, B.C. Белозерцев. Зарег. 22.07.90.

22. А. С. 1608988 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ измерения геометрических параметров электронного луча Текст. / А.В. Мурыгин, В.Д. Лаптенок, В.В. Башенко и др. Зарег. 22.07.90.

23. А. С. 1609584 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ контроля процесса электронно-лучевой сварки Текст. / А.В. Мурыгин, В.Д. Лаптенок, А.Д. Там-бовцев, В.Г. Угрюмов. Опубл. 30.11.90, Бюл. № 44.

24. А. С. 1700863 СССР, МКИ В23К 15/00. Устройство для слежения за стыком сварного соединения Текст. / А.В. Мурыгин, В.Д. Лаптенок, В.Г. Угрюмов. Заяв. 27.02.90.

25. А. С. 1834135 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ слежения за стыком при электронно-лучевой сварке Текст. / А.В. Мурыгин, В.Д. Лаптенок, В.В. Башенко и др. Заяв. 31.01.90.

26. А. с. 1349122 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ контроля степени фокусировки электронного луча Текст. / К.С. Акопьянц, А.В. Емчеенко-Рыбко, А.А. Кайдалов, O.K. Назаренко и др. Заявл. 10.02.86.

27. А. с. 1561359 СССР, МКИ В23К 15/00. Устройство контроля фокусировки электронного луча Текст. / К.С. Акопьянц, А.В. Емчеенко-Рыбко, А.А. Кайдалов, В.Е. Локшин, O.K. Назаренко и др. Заявл. 04.11.88.

28. А. с. 1067727 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ регулирования степени фокусировки луча при электронно-лучевой сварке Текст. / В.А. Батух-тин, М.В. Радченко. Заявл. 21.01.82.

29. А. с. 1540985 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ управления фокусировкой электронного пучка Текст. / В.И. Кислый, В.В. Зубов. Опубл. 07.02.90, Бюл. № 5.

30. А. с. 1696222 СССР, МКИ В23К 15/00. Устройство для автоматической фокусировки электронного луча Текст. / С.А. Ильин, Ю.Р. Клестов, A.JI. Крутов и др. Опубл. 07.12.91, Бюл. № 45.

31. А. с. 1089860 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ определения поперечного сечения луча Текст. / В.А. Минин, А.И. Бондарев. Заявл. 06.18.82.

32. А. с. 1487305 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ контроля геометрии аксиально-симметричного электронного пучка Текст. / А.А. Кайдалов, А.В. Емчеенко-Рыбко, В.Ю. Непорожний и др. Заявл. 02.10.87.

33. А. с. 1091440 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ измерения диаметра сварочного электронного луча Текст. / А.А. Каплан, М.И. Баранов, В.М. Кордун, и др. Заявл. 23.12.82.

34. А. с. 1584265 СССР, МКИ В23К 15/00. Датчик для измерения параметров электронного пучка Текст. / JI.A. Кравчук, Б.П. Бабюк, Ю.И. Пастушен-ко, С.В. Небесный. Заявл. 22.12.88.

35. А. с. 1272593 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ контроля степени фокусировки при электронно-лучевой сварке Текст. / К.С. Акопьянц, А.С. Гол-динов, А.В. Емчеенко-Рыбко и др. Заявл. 05.03.85.

36. А. с. 1538376 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ контроля геометрии сварочного пучка электронов и устройство для его осуществления Текст. / С.С. Шершнев, А.А. Кайдалов, Ю.И. Пастушенко и др. Заявл. 01.12.87.

37. А. с. 1091439 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ измерения диаметра сварочного электронного луча осуществления Текст. / А.А. Каплан, М.И. Баранов, В.М. Кордун. Заявл. 23.12.82.

38. А. с. 1061345 СССР, МКИ В23К 15/00. Устройство для измерения диаметра электронного луча при электронно-лучевой сварке Текст. / М.И. Баранов, В.И. Иосилович, А.А. Каплан и др. Заявл. 03.12.81.

39. А. с. 1205416 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ определения параметров луча при электронно-лучевой сварке Текст. / Н.А. Ольшанский, А.В. Михайлов. Заявл. 04.01.84.

40. А. с. 862468 СССР, МКИ В23К 15/00. Устройство для измерения диаметра электронного луча Текст. / Г.Г. Комиссаров, А.В. Пертов, В.Н. Шавы-рин и др. Опубл. 15.06.90, Бюл. № 22.

41. А. с. 534326 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ измерения геометрических параметров технологического электронного луча Текст. / В.Ф. Резничен-ко, А.А. Углов, Д.М. Чесаков. Опубл. 05.11.76, Бюл. № 41.

42. А. с. 1594810 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ контроля параметров электронного луча.

43. А. с. 1383633 СССР, МКИ В23К 15/00. Устройство для контроля симметричности распределения плотности тока в электронном луче Текст. / В.П. Разин, С.Н. Левин, В.В. Соколов, B.C. Павлинов. Заявл. 06.08.86.

44. А. С. 1834135 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ слежения за стыком при электронно-лучевой сварке Текст. / А.В. Мурыгин, В.Д. Лаптенок, В.В. Башенко и др. Заяв. 31.01.90.

45. А. с. 1608988 СССР, МКИ В23К 15/00. Способ измерения геометрических параметров электронного луча Текст. / В.Д. Лаптенок, В.В. Башенко, А.В. Мурыгин и др. Заявл. 18.01.89.

46. Алексеенко, А.Г. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах: Программирование: типовые решения, методы отладки Текст. / А.Г. Алексеенко, А.А. Голицин, А.Д. Иванников. М.: Радио и связь, 1984. - 272 с.

47. Анализ и синтез систем слежения по стыку и стабилизации параметров ЭЛС Текст.: отчет о НИР; исполн.: Мурыгин А.В., Лаптенок В.Д., Сорокин В.А. и др. № ГР 01820092982. - Инв. № 02870065371.

48. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы Текст.: Справ, пособие /Под ред. С.Б. Якубовского. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1984,- 432 с. (Проектирование РЭА на интегральных микросхемах).

49. Афанасьев, Ю.В. Феррозонды Текст. / Ю.В. Афанасьев. -JL: Энергия, 1969.- 187 с.

50. Башенко, В.В. Микропроцессорная система слежения по стыку при ЭЛС Текст. / В.В. Башенко, В.Д. Лаптенок, А.В. Мурыгин // Материалы 10-ой Всесоюзной конференции "ЭЛС", 22 24 ноября 1988 года. - Л: ЛДНТП, 1988.-с. 12-13.

51. Браверман, В.Я. Исследование системы автоматического направления электронного луча по стыку Текст. / В.Я. Браверман, B.C. Белозерцев, В.Д. Лаптенок и др. Производственно-технический опыт. - М.: ЦНТИ "Поиск", 1979.- №6.-с. 21.

52. Браверман, В.Я. Микропроцессорная система контроля и управления параметрами ЭЛС Текст. / В.Я. Браверман, А.Н. Генцелов, А.В. Мурыгин и др. // Материалы 10-ой Всесоюзной конференции "ЭЛС", 22 24 ноября 1988 г. - Л.: ЛДНТП, 1988. - с. 68 - 69.

53. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров Текст. / Под ред. А.К. Марцинкявичюса и Э.К. Багдански-са. М.: Радио и связь, 1988, - с. 224.

54. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей Текст. / Е.С. Вентцель. М: Наука, 1969.-576 с.

55. Глазер, В. Основы электронной оптики Текст. / В. Глазер; пер. с нем. -М.: Техтеориздат, 1957. 763 с.

56. Горбунов, В.И. Система слежения за стыком "Прицел 4" при ЭЛС Текст. / В.И. Горбунов, O.K. Назаренко, В.Л. Шаповал. // Электронно-лучевая сварка. М.:НДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1986. - с. 133-136.

57. Децик, В.Н. Проблемы борьбы с остаточной намагниченностью при ЭЛС ротора газового нагнетателя Текст. / В.Н. Децик, Н.Н. Децик, В.М. Не-стеренко // Электронно-лучевая сварка. М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1986.-е. 107-110.

58. Звягин, В.Б. Расчет и экспериментальное определение распределения плотности тока по сечению электронного пучка Текст. /В.Б. Звягин, И.В. Зуев, В.П. Подольский, А.А. Углов // Физика и химия обработки материалов.- 1979.-№3.-с. 35-38.

59. Зуев, И.В. Об измерении диаметра электронного луча методом вращающегося зонда Текст. / И.В. Зуев, А.А. Углов // Физика и химия обработки материалов. 1967. - № 5. - с. 110-112.

60. Зуев, И.В. О распределении плотности тока по сечению электронного луча Текст. / И.В. Зуев, Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов // Физика и химия обработки материалов. 1968. - № 6. - с. 5 -12.

61. Исследование помех и синтез оптимальных систем слежения при ЭЛС Текст.: отчет о НИР; исполн.: Мурыгин А.В., Лаптенок В.Д., Сорокин В.А. № ГР 01820092982. - Инв. № 02850060104.

62. Исследование помехоустойчивости рентгеновского датчика стыка в условиях действия случайных и постоянных помех при ЭЛС Текст.: отчет о НИР; исполн.: Мурыгин А.В., Лаптенок В.Д., Браверман В.Я. и др. № ГР 01880068013. - Инв. № 0291044413.

63. Крамер, Г. Математические методы статистики Текст. / Г. Крамер // М.: Мир, 1976.

64. Корн, Г. Справочник по математике Текст. / Г. Корн, Т. Корн; пер. с англ. М.: Наука, 1984. - 832 с.

65. Кривенков, В.А. Помехи в выходном сигнале датчика сканирующих вторично-электронных измерителей отклонения луча от стыка Текст. / В.А. Кривенков, А.Г. Кроз, Ф.К. Рыжков // Сб. сварка электронным лучом: мат. конфер. М.: МДНТП., 1974.-е. 92 - 98.

66. Кроз, А.Г. Влияние полосы пропускания входных устройств следящей системы на точность слежения при ЭЛС Текст. / А.Г. Кроз // В сб. Прогрессивная технология в сварочном производстве. Воронеж, ВПИ, 1972, вып. 4. - 32 с.

67. Ланкин, Ю.Н. Структура и диаметр электронных пучков при ЭЛС Текст. / Ю.Н. Ланкин // Проблемы сварки, Киев, 1990, с. 229 234.

68. Лаптенок, В.Д., Расчет отклонения пучка электронов в магнитном поле при электронно-лучевой сварке Текст. / В.Д. Лаптенок, А.В. Мурыгин, В.Я. Браверманн. Красноярск; 1986. 9с. - деп. в ВИНИТИ 06.08.86 № 5580-В86.

69. Лаптенок, В.Д. Способ направления электрода по криволинейному стыку Текст. / В.Д. Лаптенок, А.В. Мурыгин // Автомат, сварка, 1982. - № 11. -с. 60-63.

70. Лаптенок, В.Д. Управление электронно-лучевой сваркой Текст.: Авто-реф. докт. диссертации: 05.13.01, 05.13.07 / Сибирская аэрокосмическая академия, Красноярск, - 1997.

71. Ластовиря, В.Н. Система оперативного контроля проплавляющих свойств электронного пучка при сварке Текст./ В.Н. Ластовиря, П.В. Полянский // Сварочное производство. 1990. - № 8. - с. 25 - 26.

72. Микропроцессорная система слежения по стыку при ЭЛС Текст.: отчет о НИР; исполн.: Мурыгин А.В., Лаптенок В.Д., Сорокин В.А. и др. № ГР 0182009282. -Инв. № 02890061910.

73. Мурыгин, А.В. Разработка помехозащищенных измерительных устройств определения положения луча относительно стыка при ЭЛС Текст.: Ав-тореф. канд. диссертации: 05.03.06 / А.В. Мурыгин. Ленинградский технический университет, -1991.

74. Мурыгин, А.В. Методика расчета диаметра электронного луча Текст. / А.В. Мурыгин, А.Н. Бочаров // Решетневские чтения: Материалы Всерос. научно-практич. конф. (10 12 ноября 1998 г., г. Красноярск). - Вып. 2, -Красноярск: САА, 1998.-е. 103 - 104.

75. Мурыгин, А.В. Автоматизированная система контроля плотности распределения энергии электронного пучка по его сечению при ЭЛС Текст. / А.В. Мурыгин, А.Н. Бочаров // Сварочное производство, 2003, № 8.-е. 32- 34.

76. Мурыгин, А.В. Автоматизированная система управления электроннолучевой сваркой (АСУ ЭЛС) Текст. / В.Д. Лаптенок, А.В. Мурыгин, Ю.Н. Серегин, С.В. Балайтисов // Технология машиностроения, 2002. № 4.-е. 52-54.

77. Мурыгин, А.В. Рентгеновский датчик стыка для наведения электронного луча в процессе электронно-лучевой сварки Текст. / А.В. Мурыгин, В.Д. Лаптенок, Д.В. Тихоненко // Сварочное производство, 2006. -№ 6.-с. 7- 13.

78. Мурыгин, А.В. Контроль плотности распределения электронного пучка в процессе электронно-лучевой сварки Текст. / А.Н. Бочаров, В.Д. Лаптенок, А.В. Мурыгин // Сварочное производство, 2006. № 7. - с. 8 -14.

79. Назаренко, O.K. Измерение параметров мощных электронных пучков методом вращающегося зонда Текст. / O.K. Назаренко, В.Е. Локшин, К.С. Акопьянц // Электронная обработка материалов. 1970. - № 1. - с. 87 -90.

80. Непорожний, В.Ю. Устройство для компенсации остаточного магнитного поля при электронно-лучевой сварке толстолистовых сталей Текст. / В.Ю. Непорожний // Автомат, сварка, -1984. № 3. - с. 66 - 70.

81. Новицкий, П.В. Оценка погрешностей результатов измерений Текст. / П.В. Новицкий, И.А. Зоограф // 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1991. - 304 с.

82. Онуэ, X. Современное состояние и перспективы дальнейшего промышленного внедрения электронно-лучевой сварки Текст. / X. Онуэ // Пер. с яп. КР ВЦП № КН 01205 от 01.04.87.

83. Определение режимов оптимального формирования сварного шва при ЭЛС Текст.: отчет о НИР; исполн.: Мурыгин А.В., Лаптенок В.Д., Баякин С.Г. и др. № ГР 01860093284. - Инв. № 02890056793.

84. Пастушенко, Ю.И. Корреляционная обработка вторично-эмиссионных сигналов при ЭЛС Текст. / Ю.И. Пастушенко //Автомат, управление технологическим процессом ЭЛС: Сб. научн. трудов. Киев. ИЭС им. Е.О. Патона, 1987. - с. 47 - 52.

85. Пат. 2087114 Франция, МКИ В23К 15/00. Способ и устройство слежения за стыком при электронно-лучевой сварке Текст. /Ф. Корсель, Ж. Анжели, Ж.-П. Делор. Опубл. 31.12.71.

86. Пат. 4219719 США, МКИ В23К 15/00. Метод и устройство для автоматического размещения обрабатываемой детали по отношению к области сканирования или к маске Текст. / Ю. Фрозьен, X. Решке. Опубл. 26.08.80.

87. Пат. 3505857 ФРГ, МКИ В23К 15/00. Способ и устройство для определения и регулирования положения пучка электронов, которым ведется сварка.

88. Пат. № 2360829 ФРГ, МКИ В23К 15/00. Способ и устройство для измерения диаметра фокального пятна на обрабатываемой детали при использовании электронно-лучевой сварочной установки.

89. Полянский, П.В. К вопросу измерения распределения плотности мощности сварочных электронных пучков методом прямого края Текст. / П.В. Полянский, В.Н. Ластовиря // Физика и химия обработки материалов. 1989. - № 5. -с. 122-126.

90. Полянский, П.В. Электроника БК 0010 в системах исследования объектов с распределенными параметрами Текст. / П.В. Полянский // Микропроцессорные средства и системы. - 1989. - № 3. - с. 58 - 60.

91. Прозоровский, А.И. Устройство слежения электронного пучка за стыком с V образной разделкой кромок Текст. / А.И. Прозоровский, Л.И. Живаго // Свароч. пр-во, 1984. - № 2 - с. 29 - 30.

92. Разработка средств следящего и программного управления электронно-лучевой сваркой Текст.: отчет о НИР; исполн.: Мурыгин А.В., Лаптенок В.Д., Сорокин В.А. и др. № ГР 80027671. - Инв. № 02850060105.

93. Разработка средств автоматического управления процессом ЭЛС Текст.: отчет о НИР; исполн.: Мурыгин А.В., Лаптенок В.Д., Браверман В.Я. и др. № ГР 01850003061. - Инв. № 02870065372.

94. Рентгеновские лучи Текст.: Пер. с англ. и нем. Л. Н. Бронштейн. М.: Изд. иностр. лит, 1960.

95. Рыжков, Ф.Н. Следящая система с периодическим контурным сканированием для электронно-лучевой сварки Текст. / Ф.Н. Рыжков, И.П. Щербинин, В.А. Кривенков // Автомат, сварка, 1972. - № 1. - с. 40 - 42.

96. Рыкалин, Н.Н. Основы электронно-лучевой обработки материалов^ Текст. / Н.Н. Рыкалин, И.В. Зуев, А.А. Углов М.: Машиностроение, 1978.-239 с.

97. Способ и устройство слежения электронного луча при электроннолучевой сварке Текст. / П. Ритц, Б. Шпис акцептованная заявка № 2937646 ФРГ, МКИВ23К 15/00. Заявлено 18.09.79.

98. Спыну, Г.А. Расчет вторично-эмиссионных сигналов и защищенности от помех систем автоматического направления электронного луча по стыку Текст. / Г.А. Спыну, Ю.И. Пастушенко //Автомат, сварка, 1973. -№ 10. - с. 5 - 9.

99. Спыну, Г.А. Современные вторично-эмиссионные системы автоматического направления пучка электронов по стыку при сварке Текст. / Г.А. Спыну, Ю.И. Пастушенко, В.Е. Локшин // Автомат, сварка, 1978. -№ 10.-с. 18-22.

100. Таблицы интегралов и другие математические формулы Текст. / Г.Б. Двайт-М.: Наука, 1983. 176с.

101. Тэрэда, Ура. Исследования способа обнаружения границы проплавления при электронно-лучевой сварке Текст. / Ура Тэрэда: Перев. с япон. ТТЛ Москвы № 19263 от 29.11.87.

102. Углов, А.А. Об экспериментальном исследовании параметров тонких электронных пучков Текст. / А.А. Углов, В.К. Дущенко, А.А. Васю-тин, Е.А. Росенко // Физика и химия обработки материалов. 1974. - № 3. -с. 26-29.

103. Управление электронно-лучевой сваркой Текст. /В.Д. Лаптенок, А.В. Мурыгин, Ю.Н. Серегин, В.Я. Браверман. Красноярск: САА, 2000. -234 с.

104. Хара, К. Новая машина для электронно-лучевой сварки с программным управлением Текст. / К Хара: Перев. с япон. ВЦП № М-03755 от 20.03.86.

105. Хара, К. Установка для электронно-лучевой сварки с программным, управлением от ЭВМ для авиационной промышленности Текст. / К Хара и др: Перев. с япон. ВЦП № М-03756 от 12.02.86.

106. Хараджа, Ф.Н. Общий курс рентгенотехники Текст. / Ф.Н. Харад-жа, М. JL: Энергия, - 1966, 560с.

107. Харкевич, А.А. Теория информации. Опознавание образов. Избранные труды в трех томах Текст. В 3 т. Т. 3 / А.А. Харкевич М.: Наука, 1973. - 524 с.

108. Хирамото, С. Система отслеживания положения сварного шва при электронно-лучевой сварке, работающая в реальном масштабе времени Текст. / С. Хирамото, Е. Яманэ, М. Мориясу и др: Перев. с япон. КР ВЦП №КН-01207 от 25.3.87.

109. Черепнин, Ф.В. Стенд для размагничивания конструкций перед сваркой Текст. / Ф.В. Черепнин, В.Н. Крепышев, Б.Г. Дроздов, М.С. Меркель // Автомат, сварка, -1981. № 3. - с.58 — 61.

110. Шиллер, 3. Электронно-лучевая технология Текст. / 3. Шиллер, У. Гайзиг, 3. Панцер: Перев. с нем. М.: Энергия, 1980. - 526 с.

111. Электронно-лучевая сварка Текст. / O.K. Назаренко, А.А. Кайдалов и др. Под ред. Б.Е. Патона. Киев: Наук, думка, 1987. - 256 с.

112. Ashkin, A. Dinamics of electron beams from magnetically shielded guns Текст. / A. Ashkin // J. Appl. Phys., 1958,29, № 11,1954.

113. Ashkin, A. Electron beam analyzer Текст. / A. Ashkin // J. Appl. Phys., 1957,28, №5,564.

114. Blakeley, P.T. The origin and effects of magnetic fields in elektron beam welding Текст./ P.T. Blakeley, A. Sanderson/AVeld.J. 1984. - 63. № 1.Vp.42- 49.

115. Bakish, R. Twenty five years electron bean welding in the US Текст. / R. Blakeley // 3-rd Int. Colloq. Weld. Melt. Electrons and Laser Beam. Lyon 5 -9 sept, 1983, p. 895-902.

116. Brewer, G.R. Formation of high density electron beams Текст. / G.R. Brewer // J. Appl. Phys., 1957,28, №1,7.

117. Carrol, M. J. Automatic joint for CNC-programmed electron beam welding Текст. / M. Carrol, D.E. Powers // Weld. J., 1985, Vol. 64, № 8, p. 34 -38.

118. Cobbin, J.A. Microprocessor control of electron bean welding Текст. / J.A. Cobbin, P. Glover, S. Saunders // Dev. Innov. Improved Weld. Prod. I-st conf., Birmingham, 13 -15 sept., 1983. Abington, 1984, p. 31-1 p.31-7.

119. Cooper, J.C. Closed-Loop beam Position controller for electron beam welding Текст. / J.C. Cooper, A. Previs, B.W. Schumacher // DVS-Ber., 1980, W. 63, p. 20-25.

120. Eichorn, F. Microprocessor-controlled seam tracking system for electron bean welding Текст. / F. Eichorn, B. Spies, K. Depner, P. Ritz // 3-rd Int. Colloq. Weld. Melt. Electrons and Laser Bean. Lyon, 5-9 sept., 1983, p. 385 -593/

121. Furner, A.I. Electron beam welding thick section presipitation-hardening steel Текст. / A.I. Furner // Weld. J., 1981, -№ 1. p. 18 - 66.

122. Kihara, H. High power electron beam welding of thick steel plates -Method for eliminating beam deflection caused by residual magnetism Текст. / H. Kihara, S. Minehisa, N. Sacabata, X. Shibuya // Weld. Word., 1984. -22, # 516.-p. 126- 136.

123. Laflamme, G.R. Diagnostic device quantifies defines geometric characteristics of electron beams Текст. / G.R. Laflamme, D.E. Powers // Weld. J. -1991, 70, № 10.-c. 33-40.

124. Laflamme, G.R. EB power density distribution measuring device Текст. / G.R. Laflamme, D.E. Powers // Abstr. Pap. Present. 7 1st. AWS Annu. Meet, and 21 st Int. AWS Braz/ and Solder. Cont. Miami, Fla, Apr. 22 -27, 1990.-Miami (Fla), 1990.-е. 128-129.

125. Mauer, K.-O. Systeme zur Strahl-stob-positionierung beim Electro-nenstrahlschweiben Текст. / K.-O. Mauer // Schweibtechnik, 1982, T.32, № 8, s. 368-373.

126. Muller, M. Electron beam welding a fully automatic welding process Текст. / M. Muller // Dev. Innov. Improved Weld. Prod. I-st Int. conf., Birmingham, 13-15 sept., 1983. Abington, 1984, p. 32/1 - p. 32/8.

127. Pat. 3766355 USA, MKU B23K 15/00. Apparatus for use with Electron Beam Welding Machines Текст. / E. Kottkamp. Publ. 23.08.71

128. Pat. 1585918 Great Britan, MKU B23K 15/00. A method of setting a path for a charge carrier beam of charge carrier beam apparatus and charge carrier beam apparatus with means for carrying out the method Текст. / W. Scheffels. Publ. 11.03.81.

129. Pat. 4223200 USA, MKU B23K 15/00. Charged particle bean processing with magnetic field compensation Текст. / С. Moench, W. Scheffels, D. Konly, Steigerwald. K.H. Steigerwald. - Publ. 16.09.80.

130. Roudier, R. Quelques equipements resents de soudage par FE pour aero-nautique Текст. / R. Roudier // Soudage et techn. connexes, 1986, T.40, № 9 -10, p. 325.

131. Sun, N. A new seam tracking system with differential feed back of the EB welding Текст. / N. Sun, P. Ding // 4-th Int. Colloq. Weld. Melt. Electrons and Laser Beam, Cannes, 26 30 sept., 1988, p. 775 - 781.

132. Sasaki, S. Automatic Weld Lina Sensing and Work Positioning for Electron Beam Welding Текст. / S. Sasaki, H. Murakami, T. Iwami, S. Yasunaga //IIW DOC. 4-368-84(1984).

133. Watanabe, K. A study on occurence and prevention of defects of EBW (report 2) Текст. / К. Watanabe, Т. Shida, H. Susuki, H. Okamura // J. Jap. Weld. Soc. 1975. - 44, № 2. - p. 121 -127.