5.6 Інформаційно-вимірювальні та діагностичні системи

Щоб здобути зварне з'єднання потрібної якості, слід точно контро­лювати встановлені параметри режиму зварювання. Машини, що випус­кають сьогодні, для контактного зварювання не обладнані, як правило, потрібною контрольно-вимірювальною апаратурою і через те режими зварювання, що встановлюються звичайно вручну, далі не контролю­ються. Оптимізація параметрів режиму здійснюється періодично за кін­цевими результатами механічних випробувань зразків-свідків або не-руйнуючих методів контролю. Інформаційно-вимірювальна апаратура для контролю параметрів технологічних процесів зварювання має за­довольняти ряд спеціальних вимог, які випливають із особливостей точ­кового (шовного) зварювання.

Так, якщо вимірюють зварювальний струм, то треба контролювати не тільки його значення, але й форму імпульсу. Діапазон вимірювань часу зварювання повинен становити 10^-3—10 с; зусилля стиснення електродів 10—10³ дан.

Похибка вимірювання зварювального струму повинна бути не більш як 1—3 %, часу зварювання 4—5 %, зусилля стиснення 5—8 % [6]. Розглянуті вимоги можна частково задовольнити використанням стан­дартних загально-промислових вимірювальних пристроїв, однак у біль­шості випадків потрібна спеціальна апаратура. За останній час розроб­лено багатофункціональні вимірювальні прилади, які здійснюють кон­троль кількох параметрів, а також інформаційно-вимірювальні та діагностичні системи, призначені обробляти великий обсяг інформації.

Система допускового контролю є багатофункціональною системою, призначеною для використання на контактних точкових машинах змін­ного струму.

Ф ункціями системи є такі: вимірювання діючого і амплітудного зна­чення струму; вимірювання часу зварювання; порівняння вимірюваних значень струму з верхнім і нижнім допусками; світлова індикація вихо­ду вимірюваного значення струму із заданого поля допуску і вимкнення зварювальної установки; формування сигналів на ввімкнення зовніш­нього розбраковуючого пристрою з ознаками «більше» і «менше», а та­кож на вимкнення зварювальної установки при появі заданого в діа­пазоні 1—9 відхилень струму тільки однієї ознаки (тільки «більше» або тільки «менше»); лічба із зростаючим підсумком роздільно кількості вимірювань за ознаками: «норма», «менше», «більше». Як датчик струму

Д — датчик струму (пояс Роговського); І — інтегратор: МП — масшта-буючий під­силювач; АЦП — аналого-цифровий перетворювач; ППІ — програмований пара­лельний інтерфейс; БЗР — блок задавання режимів; БІ — блок індикації; ОМЕ — одно-кристальна мікроБОМ; ППЗП — перепрограмовуваний запам'ято-вуючий прист­рій

Рисунок 5.24 – Функціональна схема системи допускового контролю

використовують рознімний пояс Роговського. Функціональну схему пристрою подано на рисунку 5.24.

Роботою всіх вузлів системи керує однокристальна мікроЕОМ. Сиг­нал із датчика струму Д надходить на перетворювач, що є інтегратором, реалізованим на операційному підсилювачі, і масштабуючий підсилю­вач МП. Аналого-цифровим перетворювачем керує мікроЕОМ, дані з АЦП зчитуються через програмований паралельний інтерфейс ППІ. Через цей же інтерфейс відбувається зчитування керуючого коду з кла­віатури блоку задавання режиму. Через інший порт видається код на плату індикації для керування семисегментними світлодіодними інди­каторами. Програмне забезпечення записано в ППЗП; встановлення адреси для того, щоб вибрати команди, здійснюється за допомогою ре-гістра-засувки. Однокристальна мікроЕОМ керує роботою індикатор­ного пристрою і індикаторами виходу зварювального струму за вста­новлені межі.

На платі індикації розміщено чотири світлодіодних семисегментних індикатори для цифрової індикації виміряного струму та окремі світло-діоди для індикації виходу струму за встановлені межі.

МікроЕОМ керує каналом вимірювання АЦП, здійснює запуск ви­мірювального циклу, із заданою частотою вимірює миттєві значення зварювального струму всередині кожного півперіоду, провадить потріб­ні обчислення, щоб визначити ефективне значення зварювального стру­му в кожному півперіоді, керує роботою індикаторів, здійснює зміну режиму роботи, який обирає користувач, за допомогою клавіатури дає змогу встановлювати допустимі межі, в яких повинно перебувати вимі­ряне значення зварювального струму.

У блоці індикації використовуються світлодіодні індикатори, на які виведено всю інформацію залежно від обраного користувачем ре­жиму роботи. Якщо зварювальний струм виходить за встановлені межі, то засвічується відповідний індикаторний світлодіод.

Автоматизована система діагностики зварювальних машин. Для нормального функціонування машин контактного зварювання потрібно, щоб їхні електричні та механічні характеристики відповідали паспорт­ним даним і були стабільними протягом усього терміну експлуатації. Щоб контролювати ці характеристики, слід провадити періодичну атес­тацію (паспортизацію) зварювальних машин.

Д — подільник; І — інтегратор; Т — трансформатор розділовий; П — під­силювач; К — комутатор; АЦП — ана­лого-цифровий перетворювач; ППІ — Програмований паралельний інтерфейс; КзК — канал загального користуван­ня; ПК - персональний комп'ютер

Рисунок 5.25 – Функціональна схема си­стеми діагностики

При цьому за певною ме­тодикою вимірюють параметри машин, на основі яких заповнюють їхній паспорт. Якщо виміряні параметри не відповідають паспортним даним, то встановлюють причини несправності окремих вузлів, після чого ма­шини підлягають ремонту. Операція паспортизації зварювальної ма­шини є трудомісткою, оскільки вимагає вимірювання великої кількості електричних та механічних параметрів, а також їхнього аналізу з метою визначення відхилень від допустимих меж і виявлення несправних вузлів.

Ці операції можна автоматизувати, застосовуючи автоматизовані діагностичні системи. Діагностична система, розроблена в ІЕЗ ім. Є. О. Патона АН України, дає змогу автоматично реєструвати па­раметри зварювальних машин, обчислювати їхні похідні, порівнювати з допустимими межами і визначати чи прогнозувати несправності зва­рювальної машини.

Система (рисунок 5.25) складається з датчиків вимірюваних параметрів: напруги живильної мережі U_m, миттєвого значення зварювального струму I_зв, напруги на вторинній обмотці зварювального трансформато­ра U₂, зусилля стиснення між електродами F_ст. Електричні сигнали з датчиків подаються на відповідні перетворювачі та нормалізатори і да­лі на вхід швидкодіючого електронного комутатора К- Вихід комутато­ра підімкнено до швидкодіючого аналого-цифрового перетворювача ЛЦП, який через блок зв'язку з'єднаний із персональним комп'ютером типу ПК «Нейрон И9.66». Цей блок є паралельним інтерфейсом і вми­кається у канал загального користування ПК «Нейрон И9.66».

Персональний комп'ютер складається із системного блоку, ди­сплея клавіатури, накопичувача на гнучких магнітних дисках і прин­тера.

Датчики параметрів режиму є знімними, встановлюються на зварю­вальну машину, яку атестують, і за допомогою екранованого кабелю з'єднуються з діагностичною системою.

Алгоритм роботи системи. Діагностична система мо­же працювати у таких основних режимах: вимірювання і видавання на екран дисплея чи друкуючого пристрою імпульсу зварювального стру­му; розрахунок і видавання гістограми зварювального струму; вимірю­вання видавання циклограми зусилля стиснення; статистична оброб­ка виміряних значень І_зв, U₂ і F_ст і видавання результатів; формуван­ня і видавання паспорта на зварювальну машину.

Програму роботи системи для всіх режимів записано на гнучкому магнітному диску і вона виконується під дією операційної системи ПК. Із клавіатури комп'ютера задається вибраний режим роботи і вводяться вихідні дані, які відповідають параметрам зварювальної машини, що її атестують, і режиму зварювання конкретного виробу. Після того як си­стему запущено, вона перебуває у чеканні проходження зварювального циклу. Залежно від обраного режиму система вимірює миттєві значення параметрів І_зв, U₂ або F_ст із частотою 2—3 кГц і запам'ятовує ці зна­чення в оперативній пам'яті комп'ютера. Потім провадиться обробка результатів вимірювань; при цьому обчислюються такі параметри: ефек­тивне значення зварювального струму І_зв за весь час зварювання або за останній період; максимальне амплітудне значення струму І_т; час про­тікання зварювального струму t_зв зварювальне зусилля стиснення електродів F_3B; кувальне зусилля F_к час прикладання кування t_K; час наростання зварювального t_c.зв і кувального t_н.к зусиль; час спадання зварювального t_с.зв або кувального t_с.к зусиль; опір вторинного конту­ра зварювальної машини z_к.

Система дає змогу накопичувати виміряні дані для кількох зварю­вань, а потім обчислювати дисперсії цих параметрів, які використову­ють для оцінки стабільності роботи обладнання.

На основі здобутих результатів, вимірювань і обчислень формують поточний паспорт зварювальної машини. За відхиленням реальних па­раметрів від паспортних даних оцінюють справність зварювальної ма­шини та окремих її вузлів, а також доходять висновку про її придатність зварювати конкретні вироби.

Система автоматизованого контролю параметрів режиму точкового зварювання призначена для 100 % контролю якості з'єднань відпові­дальних конструкцій із алюмінієвих сплавів. Система призначена, щоб обслуговувати машини типу МТК-75, МТВ-8002 і МТВТ-6306.

Основними функціями системи є такі:

1. вимірювання і контроль за заданими уставками параметрів ре­жиму — амплітуди І_т зварювального струму, зварювального F_зв і ку­вального F_к зусиль, тривалості t_зв протікання зварювального струму, а також моменту докладання кувального зусилля F_к;

2. контроль вибризкувань;

3. контроль якості зварних з'єднань за математичними моделями процесу;

4. видавання значень параметрів режиму та їхніх відхилень від за­даних значень, а також про вид дефекту на дисплей і на сигнальне таб­ло вмикання звукової та світлової сигналізації;

1. контроль технічного стану зварювального устаткування та його паспортизація;

2. контроль магістралей живлення зварювальних машин електро­енергією і стисненим повітрям, а також контроль температури зварю­вального трансформатора;

3. виведення на друкуючий пристрій паспорта на конструкцію із зазначенням дефектних зварювальних точок даних про технічний стан зварювального устаткування, параметри режиму та уставки контролю, протоколу випробувань за паспортизацією зварювальної машини;

4. тестовий самоконтроль функціонування програмного забезпечен­ня і комплексу технічних засобів системи, метрологічна перевірка вимі­рювальних каналів.