Назад: 8.1 Характеристики систем управления процессом сварки

8.2 Измерение параметров режима управления при дуговой и контактной сварки

Использование большинства серийно выпускаемых датчиков и мерительных преобразователей для измерения параметров режима дуговой и контактной сварки затруднено. Это связано прежде его с наличием интенсивных электромагнитных помех, создаваемых сварочным оборудованием, которые вносят искажения в измеряемые сигналы.

Для измерения параметров режима дуговой и контактной сварки используются специально разработанные измерительные преобразователи (ИП).

В частности, ИП для контактных точечных машин типа МТВ-8001 и МТК-75 осуществляют измерение следующих параметров:

· сварочного тока от 10 до 100 кА;

· сварочного усилия сжатия от 1500 до 15000 кН;

· ковочного усилия сжатия от 5000 до 35000 кН;

· интегрального значения напряжения между электродами сварочной машины от 0,5 до 5 В;

· интегрального значения сварочного тока от 10 до 100 кА.

Последние два параметра используются в АСУ ТП для контроля качества сварного соединения. Погрешность измерения электрических параметров режима не более 2,5 %, а усилий сжатия – 5 %. Сигнал напряжения между электродами разделяется и интегрируется в ИП в течение времени, когда мгновенное значение тока сварки больше заданного порогового. Тем самым, с одной стороны, удается компенсировать помеху на измерительную цепь U_ээ, которая может по амплитуде в десятки раз превышать информационный сигнал, а с другой, – выбрав соответствующим образом пороговые напряжения, исключить импульс после сварочного нагрева деталей, который не определяет размер сварной точки.

Для измерения усилия сжатия используют тензорезисторный датчик, встроенный в привод сжатия. Сварочный ток контролируют с помощью датчика производной тока по времени (пояса Роговского) и определяют в ИП как максимум интегрального значения сигнала с датчика тока.

Измеренные таким образом параметры процесса сварки в ИП запоминаются на время не менее 40 мс после окончания сварочного тока для их опроса ЭВМ. Временные параметры режима определяются ЭВМ с дискретностью 20 мс по стробу, который выдается ИП в течение сварочного тока, и сигналу ковки.

Для настройки, метрологической аттестации и периодической поверки ИП использовать универсальные измерительные приборы сложно. Учитывая возможности ЭВМ, эти работы со значительно меньшими затратами времени могут быть выполнены с помощью технических средств системы управления. При этом тестовый сигнал на вход ИП задают с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и согласователя уровней напряжения, а выходной сигнал измеряется аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Согласователь используется для преобразования уровней сигналов с выходов ЦАП в диапазоны входных сигналов измерительных каналов: до 3 В по каналу тока сварки, 1 В по каналу напряжения между электродами и 20 мВ по каналу сварочного усилия сжатия.

В соответствии с диапазоном измеряемых параметров задаются в режиме диалога параметры тестовых сигналов: по каналу тока и напряжения (рис. 8.2) - минимальное и максимальное значения напряжения (U₂) и длительности импульса (T₂), а по каналу усилия сжатия – (U₁ и U₃). Кроме того, указывается число точек испытания в заданном диапазоне m (обычно 5), число повторений испытаний в каждой точке n (30), а также период Т,с которым заданные m´n испытания должны повторяться.

Рис. 8.2. Тестовый сигнал на входе измерительного преобразователя параметров режима для контактной точечной сварки

Система последовательно во времени задает серию из n испытываемых сигналов со следующими параметрами:

где i = l, 3; j = 1, n.

Время моделирования сварочного усилия сжатия не влияет на работу ИП и равно 0,2 с. Аналогично время после сварочного сжатия T₃ выбрано равным 40 мс для всех испытаний. При этом через 20 мс после окончания импульса на входе каналов измерения тока и напряжения с помощью АЦП осуществляется опрос измеренных значений на выходе ИП. Заданная серия проверяется m раз. После чего по накопленным данным методом наименьших квадратов рассчитывается статическая характеристика преобразования ИП (СХП) в виде линейной зависимости где – напряжение па выходе ИП; x_i – заданные тестовые сигналы; `x – среднее значение тестового сигнала; а, b – коэффициенты, полученные расчетом по МНК.

Доверительные границы погрешности СХП вычисляются по формуле

,

где – среднеквадратическое отклонение у; N = n´m – число испытаний; t_N-2, _g – квантиль распределения погрешности измерения для уровня значимости g.

Для оценки погрешности измерительного канала определяют среднеквадратические отклонения случайной погрешности y_ij в точках испытания:

,

а также среднеквадратическое отклонение нелинейности СХП

.

При постоянном значении погрешности ИП в различных точках испытания , заданную погрешность ИП (%) проверяют по зависимости e=Di×100/(Yконx), где Yкон – конечное значение измеряемой величины в заданном диапазоне; x=0,8 – технологический запас.

Обычно при периодической поверке ИП сравнивают построенную СХП с номинальной, вычисляя дисперсное отношение

V²=(m– 2)(Q₂ – Q₁)/(2Q₁),

где – для построения СХП;

– для номинальной СХП.

Если V² больше квантили распределения Фишера для уровня значимости g = 0,05, то поверяемому каналу должна приписываться построенная СХП.

В АСУ ТП при периодической поверке независимо от оценок дисперсного отношения ИП приписывают рассчитанную СХП.

Тем самым удается непрерывно контролировать техническое состояние измерительного преобразователя и поддерживать заданный уровень точности измерения. При этом на испытание одного ИП затрачивается время не более 5 мин. Аналогичные программно-технические средства используются для метрологической аттестации и поверки ИП параметров режима дуговой сварки, который предназначен для измерения:

· среднего сварочного тока в диапазоне 30-300 А и 60-600 А;

· среднего напряжения на дуге в диапазоне 8-30 В; средней скорости сварки в диапазоне 10-100 м/ч; средней скорости подачи присадочной проволоки 10-120 м/ч.

Учитывая степень влияния параметров режима сварки на качество сварного шва, электрические параметры режима контролируют с погрешностью не более 2,5%, а скорости – не более 5%. Принимая во внимание форму измеряемых сигналов, для каналов измерения тока и напряжения тестовый сигнал с ЭВМ задается напряжением в виде синусоиды с частотой 50 Гц и постоянным напряжением. Каналы измерения скорости проверяют только на тестовом сигнале постоянного тока. Значение синусоидального сигнала задают по амплитуде, а постоянного сигнала – по уровню. Напряжение на выходе ИП, учитывая динамические характеристики блока, измеряются через 1 с после передачи тестового сигнала. Расчеты СХП и погрешности измерения осуществляются так же, как и для ИП контактной сварки. Кроме того, для ИП дуговой сварки ЭВМ контролирует время установления измеренного значения при скачкообразном изменении тестового сигнала. Время определяется с дискретностью 20 мс по таймеру, встроенному в микропроцессор.

Кроме автоматизации метрологической аттестации ИП, их периодической поверки в составе АСУ ТП и уточнения СХП измерительных каналов с целью повышения точности контроля система может использоваться для наладки ИП. В этом случае в режиме проверки работы ИП на тестовом сигнале с постоянными параметрами осуществляется предварительная отладка и настройка измерительных каналов в характерных точках диапазона измерения. Далее настройка ИП осуществляется по СХП и погрешности преобразования, выводимой на экран дисплея. Тем самым в десятки раз удается повысить производительность труда при изготовлении и ремонте измерительного преобразователя.

Далее: 8.3 Системы контроля и управления, аппаратное и программное обеспечение