Повышение точности системы управления положением рабочего инструмента в технологических комплексах дуговой сварки

• Автор: Белозерцев, Владимир Семенович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 187 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ИНСТРУМЕНТОМ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ ДУГОВОЙ СВАРКИ

1.1 Системы направления электрода по стыку

1.2. Датчики положения стыка

1.2.1. Механические датчики

1.2.2. Пневматические датчики

1.2.3. Фотоэлектрические датчики

1.2.4. Телевизионные датчики

.5. Электромагнитные датчики

1.2.6. Дуговые датчики

1.3 Выводы, постановка задачи
ГЛАВА 2 СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОЧЕГО
ИНСТРУМЕНТА ОТНОСИТЕЛЬНО СТЫКА СВАРИВАЕМЫХ
ДЕТАЛЕЙ
2.1 Способ определения отклонения рабочего инструмента от стыка
2.2 Физическая модель процессов изменения магнитного поля сварочного тока при изменении положения электрода относительно стыка
2.3 Математическая модель электромагнитного поля околодугового пространства
2.3.1 Формализация задачи расчета характеристик магнитного поля околодугового пространства
2.3.2 Зависимости Н,(г) при А
2.3.3 Зависимости Н:(&) при наличии превышения (А Ф 0)
2.3.4 Влияние прихваток
2.4 Выводы

ГЛАВА 3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ПОЛОЖЕНИЕМ РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА
ЗЛ Феррозондовый датчик
ЗЛ Л Анализ работы феррозонда в условиях действия помех
ЗЛ .2. Статические характеристики дифференциального феррозонда
ЗЛ .3 Анализ динамических характеристик датчика
3.2 Измерительное устройство системы управления
3.2.1 Функциональная схема измерительного устройства
3.2.2 Динамические характеристики измерительного устройства
3.2.2.1 Анализ устойчивости
3.2.2.2 Быстродействие и динамические погрешности автокомпенсационной схемы измерительного устройства
3.3 Выводы
ГЛАВА 4 ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА
4.1 Погрешность измерительного устройства
4.1.1 Минимизация мультипликативных погрешностей
4.1.2 Минимизация аддитивных погрешностей
4.2 Элементы измерительного устройства
4.2.1 Феррозондовый датчик
4.2.2 Генератор возбуждения
4.2.3. Избирательный усилитель
4.2.4 Синхронный детектор
4.3 Экспериментальные исследования опытного образца устройства автоматического управления положением рабочего инструмента
4.3.1 Анализ чувствительности измерительного устройства
4.3.2 Анализ точности измерительного устройства
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Расчет характеристик феррозонда
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Расчет системы управления положением
рабочего инструмента
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

спектр магнитного поля тока сварки отличается от спектра полезного сигнала, вырабатываемого датчиком от смещения стыка, его отрицательное влияние связано с воздействием на сердечники датчиков, магнитная проницаемость которых является функцией напряженности поля. По причине неоднородности магнитного поля сварочного тока происходит разбалансировка датчика и вследствие этого появляется дополнительная погрешность.
Другой внешней помехой, влияющей на датчик, являются прихватки. При движении электромагнитного датчика над прихваткой резко снижается его чувствительность в распознавании стыка. Один из способов предотвращения сбоев в работе системы заключается в том, что используется два датчика положения стыка, размещенные на расстоянии, превышающем длину прихватки [51]. В работе [62] следящая система осуществляет контроль ее работоспособности в процессе сварки путем анализа чувствительности датчика и отключение системы при движении над прихватками и выходе датчика за пределами свариваемого изделия.
1.2.6. Дуговые датчики
В настоящее время получил развитие подход к распознаванию образа сварочного стыка и его пространственного положения с получением информации об их текущих координатах по изменению тока и напряжению сварки. При этом роль датчика выполняет сама электрическая дуга [3, 8, 37].
Использование дуги в качестве датчика основано на изменении напряжения на дуге, сварочного тока, частоты или скважности коротких замыканий при сварке плавящимся электродом. Датчики, основанные на использовании сварочной дуги, в качестве измерительного преобразователя, позволяют проводить измерение непосредственно в точке сварки, что исключает необходимость учета транспортного запаздывания, обеспечивает измерение положения соединения относительно самой сварочной ванны и дуги.
Получение информации с дугового датчика основано на применении математической модели, описывающей технологический процесс. Сущность методики за-