RU2133179C1 - Resistance welding diagnostic method - Google Patents
Resistance welding diagnostic method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2133179C1 RU2133179C1 RU98107690A RU98107690A RU2133179C1 RU 2133179 C1 RU2133179 C1 RU 2133179C1 RU 98107690 A RU98107690 A RU 98107690A RU 98107690 A RU98107690 A RU 98107690A RU 2133179 C1 RU2133179 C1 RU 2133179C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- block
- signals
- welding
- electrode
- determined
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области сварочной техники для точечной, рельефной контактной сварки металлов и сплавов. The invention relates to the field of welding equipment for spot, relief contact welding of metals and alloys.
Среди известных способов диагностики в процессе контактной сварки использование бесконтактного контроля инфракрасного излучения (ИИ) является направлением наиболее информативным по универсальности для различных режимов, видов и толщин материалов, технологий и оборудования. Общие недостатки этого направления: сложность учета неизвестной изменяющейся излучательной способности ε ; специализированные решения частных задач или термовизуализация без применения эффективного информационного сжатия. Among the known diagnostic methods in the contact welding process, the use of non-contact monitoring of infrared radiation (II) is the most informative direction in universality for various modes, types and thicknesses of materials, technologies and equipment. Common disadvantages of this direction: the difficulty of taking into account the unknown changing emissivity ε; specialized solutions to particular problems or thermal imaging without the use of effective information compression.
Так, например, в патенте Германии N 4528363, B 23 K11/24, 1995 г. при определении отрезка времени контроля термограммы с термовизуализацией и минимальной обработкой только частично обеспечивается качество сварки. So, for example, in German patent N 4528363,
Наиболее близкий аналог по а.с. SU N 1748976, кл. B 23 K 11/10, 1992 г. включает оптическое формирование с околоэлектродной поверхности детали ИИ теплового следа сварного соединения, преобразование излучения в электрические сигналы, сравнение их с заданными пороговыми уровнями, обеспечение слежения за параметрами режима сварки по величине порогового рассогласования. Однако, здесь также решается только частная задача обеспечения качества сварки. The closest analogue for A.S. SU N 1748976, class B 23
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа диагностики контактной сварки, в котором, благодаря изменению приемов, операций, условий контроля, анализа характеристик формообразования и дефектов обеспечивается получение следующего технического результата. The basis of the invention is the task of improving the method of diagnostics of contact welding, in which, due to a change in methods, operations, control conditions, analysis of the characteristics of shaping and defects, the following technical result is obtained.
Для различных условий применения при высоких требованиях к чувствительности и надежности реализуют более полный набор функций контроля и диагностики процесса сварки. Обеспечиваются расширенные возможности автоматических: настройки и самодиагностики; компенсационного амплитудного слежения с управлением рефлекторной оптической и электронной составляющими чувствительности; спектрального фильтрационного контроля структуры поверхности деталей; пространственно-амплитудных, градиентно-экстремальных геометрических оценок отклонений формы, установки электродов и деталей, подходов к прихватке, краю собранной к сварке конструкции; обнаружение износа электродов и контролируемых областей оборудования; прогноза и диагностирования недопустимых дефектов выплеска, перегрева, непровара, а также состояний нормы, твердой фазы; корреляционного термограммного контроля твердости. При этом представляют пространственно-амплитудные, пространственно-геометрические (центральные области; площади, объемы; расстояния; связность; разветвленность; изменения углов, траекторий и конфигураций; ориентация; конфигурации) и статистические (математическое ожидание, дисперсия, среднеквадратическое отклонение или центр, площадь, средний радиус совокупности условно-точечных объектов) информативные данные обнаружения тепловых следов и распознавания по ним характеристик тепловых образов формообразования процесса сварки и обеспечивающего сварочного оборудования. For various application conditions with high requirements for sensitivity and reliability, a more complete set of functions for monitoring and diagnosing the welding process is realized. Enhanced automatic features are provided: settings and self-diagnostics; compensation amplitude tracking with control of reflex optical and electronic components of sensitivity; spectral filtration control of the surface structure of parts; spatial-amplitude, gradient-extreme geometric estimates of shape deviations, installation of electrodes and parts, approaches to tacking, the edge of the structure assembled for welding; Detection of electrode wear and controlled areas of equipment prediction and diagnosis of unacceptable defects in the splash, overheating, lack of penetration, as well as normal, solid phase conditions; correlation thermogram hardness control. In this case, they represent spatial-amplitude, spatial-geometric (central areas; areas, volumes; distances; connectivity; branching; changes in angles, trajectories and configurations; orientation; configurations) and statistical (mathematical expectation, variance, standard deviation or center, area, average radius of a set of conditionally point objects) informative data on the detection of thermal traces and recognition of the characteristics of thermal images of the shaping of the welding process and providing them Chiva welding equipment.
Поставленная задача решается тем, что в способе диагностики контактной сварки, включающем оптическое формирование инфракрасного излучения тепловых следов сварного соединения из околоэлектродной области поверхности детали, преобразование излучения в электрические сигналы, сравнение их с заданными пороговыми уровнями, обеспечение заданного слежения за пороговым рассогласованием, согласно изобретению формируют термовоздействия инфракрасным излучением на объекты диагностирования, частотно фильтруют инфракрасное излучение и по нему определяют состояние поверхности, загрязнение деталей и электродов, электрические преобразования осуществляют термодатчиком с точечной поверхностью восприятия тепловых сигналов, с формированием из них электрического сигнала Ui, где i - номер точечного элемента, учитывают влияние колебаний напряжения электрической питающей сети, технологических изменений толщины свариваемых деталей и их количества на диагностируемые градиентно-экстремальные сигналы, временные, пространственные изменения амплитуд исходных сигналов накапливают и плоскостно размывают, преобразуют их в градиентно-экстремальные сигналы путем моделирования дифференциального уравнения теплопроводности, по суммарному электрическому сигналу U с термочувствительных элементов датчика при включении тока определяют наличие сварочного процесса, на выбранном участке нарастания тока определяют возможность выплеска, перегрева, нормы, непровара, наличие твердой фазы, пороговыми снижениями уровней определяют шунтирование от касания деталью токоведущих частей оборудования, внесение значительных магнитных масс в сварочный контур, пороговым превышением уровней от реперных областей сварочного оборудования определяют его перегрев, определяют износ электродов при приближении к границам диагностируемых состояний выплеска, перегрева для легких металлов и сплавов, легкоплавких покрытий, непровара для сталей и их сплавов, титана и его сплавов, интегрированием U по заданному времени остывания деталей под электродами определяют уровень достигнутых размеров сварного соединения, по динамике движения градиентно-экстремального сигнала Ui реперной области на держателе электрода оценивают состояние системы сжатия электродов, временные стадии сварки, глубину вдавливания электрода в деталь, по плоскостному распределению градиентно-экстремальных сигналов Ui определяют подходы к прихватке, к краю свариваемых деталей, геометрически определяют форму и перекос электродов, перекос деталей относительно электродов, локализуют области перегрева, по которым определяют износ оборудования, в том числе гибкого кабеля сварочного тока, ослабление крепления токоподводящих элементов, при локальном уменьшении уровня Ui нагрева определяют острые кромки поверхностных дефектов, в том числе пояска на детали от вдавливания электрода, при локальном перегреве в процессе охлаждения сварного соединения обнаруживают поверхностные и подповерхностные дефекты несплошности деталей и сварного соединения, при совпадении термоградиентных кривых остывания одного из эталонных и контролируемого участков определяют твердость участка детали или сварного соединения, квантуют и бинарно преобразуют градиентно-экстремальные сигналы диагностируемых объектов с получением сигналов позитивного Ui(1,0) и негативного Ui(0,1) контрастов, по распределению позитивного контраста Ui(1,0) определяют геометрические центры, траектории скелетов, местоположение, разветвленность узлов протяженных траекторий, изменение направления траектории в сравнении с эталонным, площадь, объем, протяженность, конфигурацию, ориентацию, скорость, направление движения, статистические оценки распределения объектов, по распределению негативного контраста Ui(0,1) определяют замкнутость траекторий, конфигураций объектов, расстояния между ними. Кроме того, инфракрасное излучение тепловых следов сварного соединения, по крайней мере при технологической подготовке производства, оптически формируют из междуэлектродной области, а по изменению типа контраста в процессах нагрева и охлаждения или охлаждения с переходом от негативного Ui(0,1) к позитивному Ui(1,0) контрасту распределения градиентно-экстремальных сигналов определяют наличие или отсутствие внутренних дефектов несплошности.The problem is solved in that in a method for the diagnosis of contact welding, including the optical formation of infrared radiation of thermal traces of a welded joint from the near-electrode region of the surface of the part, converting radiation into electrical signals, comparing them with predetermined threshold levels, providing a predetermined tracking of the threshold mismatch, according to the invention, thermal effects of infrared radiation on the objects of diagnosis, frequency filter infrared radiation and on it determine the state of the surface, contamination of parts and electrodes, electrical transformations are carried out by a temperature sensor with a point surface for the perception of thermal signals, with the formation of an electric signal Ui from them, where i is the number of a point element, take into account the influence of voltage fluctuations in the electrical supply network, technological changes in the thickness of the parts to be welded and their quantities for diagnosed gradient-extreme signals, temporary, spatial changes in the amplitudes of the source signals accumulate and pl they are scantily washed, converted into gradient extreme signals by modeling the differential heat equation, the total electrical signal U from the thermosensitive elements of the sensor determines the presence of the welding process when the current is turned on, the possibility of splash, overheating, normal, lack of penetration is determined in the selected section of the current rise phase, threshold lowering levels determine the shunting from touching the part of the live parts of the equipment, the introduction of significant magnetic assy in the welding circuit, the threshold excess of levels from the reference areas of the welding equipment determines its overheating, determines the wear of the electrodes when approaching the boundaries of the diagnosed states of splash, overheating for light metals and alloys, low-melting coatings, lack of penetration for steels and their alloys, titanium and its alloys, for a given cooling time integration U parts under the electrodes determine the level achieved weld sizes at driving dynamics gradient-extreme reference signal U i t he area on the holder electrode assess the condition of the electrodes of the compression system, temporary stage of welding, pressing the electrode depth in detail, by planar distribution gradient-extreme signals U i define approaches to tack to the edge of the welded parts, geometrically defined shape and skewed electrodes skewed parts relative to the electrode , localize the area of overheating, which determine the wear of equipment, including a flexible cable for welding current, loosening the fastening of current-carrying elements, with th level decreases U i heating define sharp edges of surface defects, including the girdle on the workpiece by pressing the electrode with local overheating during cooling weld detect surface and subsurface defects discontinuity of parts and the welded joint, the coincidence thermogradient cooling curves of one of the reference and of the controlled sections determine the hardness of the part or welded joint, quantize and binary transform the gradient-extreme signals objects with receiving signals of positive U i (1,0) and negative U i (0,1) contrasts, the distribution of the positive contrast U i (1,0) determines the geometric centers, trajectories of skeletons, location, branching of nodes of extended trajectories, change direction path compared to the reference, area, volume, length, configuration, orientation, speed, direction, statistical estimates of the distribution of objects on the distribution of negative contrast U i (0,1) define a closed path configurations Ob such as are for distances therebetween. In addition, infrared radiation from the thermal traces of the welded joint, at least during the technological preparation of production, is optically formed from the interelectrode region, and by changing the type of contrast in the processes of heating and cooling or cooling with a transition from negative U i (0,1) to positive U i (1,0) the contrast distribution of gradient-extreme signals determine the presence or absence of internal discontinuity defects.
Изобретение поясняется чертежами и таблицей. The invention is illustrated by drawings and a table.
На фиг. 1 представлена блок-схема термосенсорного устройства диагностики контактной сварки (КС), поясняющая одну из возможных реализаций способа в контуре проведения технологического процесса. In FIG. 1 is a block diagram of a thermosensor device for the diagnosis of contact welding (KS), explaining one of the possible implementations of the method in the circuit of the process.
В таблице 1 показаны объекты, области визирования ИИ диагностических характеристик термосенсорного диагностирования (ТСД). Table 1 shows the objects, areas of sight of the AI diagnostic characteristics of thermosensor diagnosis (TSD).
На фиг. 2 - пример расположения зон и областей визирования КС. In FIG. 2 - an example of the location of zones and areas of sight of the COP.
На фиг. 3 иллюстрируется пример блок-схемы процесса КС. In FIG. 3 illustrates an example flowchart of a CS process.
На фиг. 4 - структура этапов ТСД КС. In FIG. 4 - the structure of the stages TSD KS.
На фиг. 5 - информационная структура ТСД КС. In FIG. 5 - information structure TSD KS.
На фиг. 6 - блок-схема основных взаимосвязей операционных преобразований ТСД КС. In FIG. 6 is a block diagram of the main relationships of operational transformations of the TSD KS.
На фиг. 7 - алгоритм А1 термосенсорных диагностических оценок амплитудных изменений. In FIG. 7 - algorithm A1 thermosensory diagnostic assessments of amplitude changes.
На фиг. 8 - алгоритм А2 ТСД тепловых следов КС. In FIG. 8 - algorithm A2 TSD thermal traces of the COP.
Предусматривается учет дистанционной передачи ИИ посредством световодов, в частности зеркальных отражателей или световолоконных эндоскопов. Но это для упрощения на фиг. 1 не показано. It is envisaged to account for the remote transmission of AI through optical fibers, in particular mirror reflectors or fiber optic endoscopes. But this is to simplify in FIG. 1 not shown.
В контуре на фиг. 1 блок 1 технологического процесса включает систему управления сваркой 1.1, в качестве которой могут использоваться такие объекты, как различные автоматизированные системы, наладчик при их настройке или рабочий-сварщик. Кроме того, в состав блока 1 входят: системы сжатия электродов 1.2, охлаждения 1.3, и формирования тока 1.4 (включающая кабель 1.4.1 вторичного контура); держатель подвижного электрода 1.5, подвижный 1.5.1. и неподвижный 1.6 электроды; детали 1.7, подлежащие сварке; собранная под сварку конструкция 1.8; свариваемая конструкция 1.9, с прихваткой 1.10, сварным соединением 1.11, включающим поясок твердой фазы 1.12, с внешними 1.13 и внутренними 1.14 дефектами, а также ядром 1.15. In the circuit of FIG. 1
Объекты 1.1-1.5, 1.8, 1.9 в процессе КС или внешнего дополнительного нагрева (активное визирование) обладают тепловыми следами 2 тепловых образов процессов функционирования оборудования и формообразования, диагностирование состояний которых является целью ТСД. Objects 1.1-1.5, 1.8, 1.9 in the process of CS or external additional heating (active sighting) have thermal traces of 2 thermal images of the processes of equipment functioning and shaping, the diagnosis of the states of which is the purpose of TSD.
Термосенсорное диагностическое устройство 3 включает рефлекторный оптический блок 4, вспомогательный излучатель 5, пространственно-временной фильтр 6, спектральный фильтр 7, термодатчик излучения 8, с точечными термочувствительными элементами i, основной излучатель 9, датчик температуры среды 10 (составляющие оптикоэлектронный канал, визируемый на зоны тепловых следов 2 непосредственно или через световод, причем таких каналов в устройстве 3 может быть несколько), а также операционный блок 11, регистратор 12. Кроме того, в устройство 3 может входить привод 13. The thermosensor
Для надежной защиты от искр, выплесков при настройке и выборе режимов перед оптико-электронным(и) каналом(и) может быть поставлен(ы) пропускающий(е) ИИ, например, сеточный(е) экран(ы) из высокотеплопроводного металла (на фиг. 1 для упрощения не показано). For reliable protection against sparks, splashes during the setting and selection of modes, optoelectronic channel (s) can be preceded by transmitting (e) AI, for example, mesh (s) screen made of highly heat-conducting metal (on Fig. 1 for simplicity is not shown).
Рефлекторный оптический блок 4 представляет собой зеркальный объектив с основной площадью восприятия теплового следа 2 и с областью, открытой для пропуска вспомогательного излучения излучателя 5. Оптическая ось этой области совместима с оптическими осями аналогичных пропускающих областей фильтров 6 и 7 и воспринимающей области термодатчика 8. Геометрия площадей визирования их подобна геометрии блока 4. Основная функция блока 4 состоит в формировании на фильтрах 6, 7 и термодатчике 8 излучения от теплового следа 2 или излучения от основного излучателя 9 одновременно с пропусканием вспомогательного ИИ от излучателя 5. В состав блока 4 может входить привод 13, электрически управляемый блоком 11 для фокусировки и ориентации. The reflex
Вспомогательный излучатель ИИ 5 электрически подключен к блоку 11 и оптически ориентирован на вспомогательную область термодатчика 8 через соответствующие области блока 4 и фильтров 6,7. Излучатель 5 для различных задач в разное время по программе блока 11 обеспечивает функции начальной и текущей калибровки, тестирования и гетеродинирования. The
Пространственно-временной фильтр 6 электрически управляющим входом соединен с блоком 11 и оптически соосно расположен между излучателем 5, блоком 4 и фильтром 7. Он реализуется многоэлементной, в частности, жидкокристаллической структурой с оптической прозрачностью в зависимости от величины и геометрии подачи на электроды соответствующих элементов потенциалов с блока 11. В набор управляющих функций фильтра 6 входят: обтюрация, расфокусировка с использованием корреляционной оптической фильтрации; электронное вращение полосового фильтра относительно оптического центра изображения входного излучения с шириной полос пропускания и перекрытия, информативной для определенных условно статических (на время операционного преобразования) или движущихся объектов контроля; формирование вращаемого относительно совмещенных центров изображения конфигурации одного из эталонных объектов по отношению к распознаваемому. The space-time filter 6 is electrically controlled by an input input to the
Спектральный фильтр 7 электрически соединен входом с выходом блока 11 и оптически соосно расположен между фильтром 6 и термодатчиком 8. Функцией фильтра 7 является спектральная фильтрация входного излучения с возможным управлением от блока 11. The spectral filter 7 is electrically connected by the input to the output of the
Термодатчик излучения 8 электрически соединен с блоком 11 с возможностью управления чувствительностью, контрастом и оптически расположен между фильтром 7 и излучателем 9 на пути проходящих через фильтр 7 основного визируемого от блока 4 и вспомогательного от блока 5 ИИ. Назначение датчика 8 - пространственно-временное преобразование в электрические сигналы основного и вспомогательного ИИ. The radiation temperature sensor 8 is electrically connected to the
В зависимости от конкретных задач сварки и исполнения оптико-электронных каналов термодатчик 8 может быть выполнен в следующих видах. Depending on the specific tasks of welding and the execution of optoelectronic channels, the temperature sensor 8 can be made in the following forms.
Как - отдельные термоприемники, в том числе пироэлектрические, обычные или позиционно-чувствительные модули ИИ, ориентированные по объектам визирования (см. табл. 1 и фиг. 2): окрестности свариваемого соединения - зона 31; окрестности подхода к прихватке, к краю 32 (впереди по ходу движения сварочного инструмента); окрестности остывающего сварного соединения - 33 ; отклика от дополнительного термовоздействия 34; области зон напротив подвижного электрода 035, напротив неподвижного - 036, междуэлектродной - 037, реперных на контролируемых поверхностях оборудования 038 (на подвижном держателе 1.5 электрода 1.5.1), 039 (на примере кабеля 1.4.1. вторичного контура). Причем оптико-электронные каналы околоэлектродного визирования ориентированы соответственно на области 035,036 а используемый преимущественно при технологической подготовке производства канал междуэлектродного визирования ориентирован на область 037 зон 31-34. Отдельные каналы визируются областями 038,039 на контролируемые поверхности 1.1-1.5 и могут быть упрощенными (например, содержат только термодатчик 8, с пироприемником для 038 или с пироэлектрической линейкой для 039 при контроле 1.4.1). При узкой специализации в термодатчике 8 используются двухплощадочные пироэлектрические модули с ориентацией вторых площадок на визируемый излучатель 5, с условным центром располагаемым по оси траектории шва в свободной области (не обязательно в центре) визирования. As - individual thermal detectors, including pyroelectric, conventional or position-sensitive AI modules, oriented according to the objects of sight (see table. 1 and Fig. 2): neighborhood of the welded joint -
Как - многоэлементные структуры полупроводниковых чувствительных элементов обнаружения и распознавания объектов ИИ с электронным сканированием перечисленных областей и зон визирования. As - multi-element structures of semiconductor sensitive elements for detecting and recognizing AI objects with electronic scanning of these areas and zones of sight.
Как - комбинация позиционно-чувствительных модулей обнаружения и многоэлементных структур распознавания объектов ИИ. How - a combination of position-sensitive detection modules and multi-element structures of recognition of AI objects.
Как - совмещение фиксированных по визированию модулей и структур с дополнительным исполнением многоэлементных структур поискового визирования (блок 4 с приводом 13) дефектов в зонах 33, 34. В ряде случаев для поискового визирования целесообразна структура термодатчика 8, подобная зрительной, с более частым расположением элементов к условному кольцевому центру, внутри пропускающему ИИ излучателя 5. How is the combination of fixed modules and structures for sighting with the additional execution of multi-element search sighting structures (
Возможно объединение фильтров 6 и 7 и термодатчика 8 в единую полупроводниковую структуру, что при сложной технологической проработке на начальном этапе, имеет преимущества в обеспечении надежности, весе, габаритах, технологичности и в снижении цены при серийном изготовлении. It is possible to combine filters 6 and 7 and a temperature sensor 8 into a single semiconductor structure, which, with a complex technological study at the initial stage, has the advantages of ensuring reliability, weight, dimensions, manufacturability and lowering the cost of mass production.
Инфракрасный излучатель 9 ИИ электрически соединен с блоком 11 и оптически ориентирован, как показано на фиг. 1, на блок 4. Функции излучателя 9 в разное время составляют: начальную и текущую калибровку, тестирование, гетеродинирование, активное визирование направления на объект, обеспечение спектральных оценок и основное - импульсную или непрерывную генерацию ИИ при сканировании контролируемого объекта. The infrared emitter 9 of the AI is electrically connected to the
Датчик температуры среды 10 подключен выходом к операционному блоку 11 и реализуется, например, на базе контактного полупроводникового термоприемника, формирующего абсолютные значения температуры. The temperature sensor of the medium 10 is connected by the output to the
Операционный блок 11 представляет собой компьютер с интерфейсными узлами сопряжения на аналоговых входах и выходах. В конкретных специализированных применениях возможна микропроцессорная или аналоговая реализация блока 11. Обеспечиваемые программно и связями с блоком 1, с излучателями 5, 9, с фильтрами 6, 7, с термодатчиками 8, 10 с регистратором 12. Функции блока 11 состоят в преобразованиях: исходной настройки с учетом визирования и фокусировки на информативные области и зоны; амплитудного слежения по калибровке чувствительности, по оценке излучательной способности объекта; корреляционно-термограммной оценки твердости, обработки сигналов КС, распознавания информативных условно точечных и протяженных объектов по их оценкам преимущественно на основе далее рассматриваемых базовых моделей. The
При формировании оценок, при обнаружении исходные диагностируемо объекты могут быть представлены как: точечные, одно-, двух- и трехмерные, сводящиеся к двухмерным сечениям; на время преобразования условно статические и движущиеся; различных характеристик площади и геометрии; преимущественно инвариантные к масштабу и положению в поле изображения; контрастного позитивного или негативного фона. When forming estimates, upon detection, the initial diagnosed objects can be represented as: point, one-, two- and three-dimensional, reduced to two-dimensional sections; at the time of conversion, conditionally static and moving; various characteristics of area and geometry; predominantly invariant to scale and position in the image field; contrasting positive or negative background.
Для них базовая модель имеет вид
при условно статической на время быстродействующей реализации (1) области задания с коэффициентом преобразования K сигналов исходного изображения E(x,y) в сигналы преобразованного изображения И(x,y) с координатами x, y.For them, the basic model has the form
when conditionally static for the time of quick-acting implementation (1), the task domain with the conversion coefficient K of the source image signals E (x, y) into the converted image signals AND (x, y) with x, y coordinates.
Коэффициентами a, b соответственно моделируют накопление, размытие сигналов. Таким образом с учетом коэффициентов a, b, k могут складываться малоразмерные, импульсные помехи на исходном E(x,y) во времени t. Coefficients a, b respectively simulate the accumulation, blurring of signals. Thus, taking into account the coefficients a, b, k, small-sized, pulsed noise on the initial E (x, y) in time t can add up.
Базовая динамическая модель имеет вид
с движущейся областью задания и проекциями векторов скоростей Vx на горизонтальную ось X и Vy на вертикальную ось Y.The basic dynamic model is
with a moving task area and projections of the velocity vectors V x on the horizontal axis X and V y on the vertical axis Y.
Однозначность базовых моделей (1) и (2) определяется начальными условиями Иo = E(x,y) и граничными условиями:
Исходные E(X,Y), представляющие обычно сигналы тепловых изменений, с выходов пироприемников термодатчика 8 преобразуются в градиенты И(x,y) с информативным дублирующим представлением амплитуды и площади растекания исходного воздействия.The uniqueness of the basic models (1) and (2) is determined by the initial conditions And o = E (x, y) and the boundary conditions:
The initial E (X, Y), usually representing signals of thermal changes, from the outputs of the pyrodetectors of the temperature sensor 8 are converted into gradients And (x, y) with an informative duplicate representation of the amplitude and spreading area of the initial effect.
Рассмотренные мощные фильтрационные преобразования (1), (2) позволяют существенно отстроиться от изменений излучающей способности, теплофизических характеристик материалов и теплоотдачи, значительно искажающих результаты термоконтроля ИИ. The considered powerful filtration transformations (1), (2) make it possible to significantly detune from changes in the emissivity, thermophysical characteristics of materials and heat transfer, which significantly distort the results of thermal control of AI.
Представленные в различных формах уравнения теплопроводности модели (1) и (2) линейны при непрерывной, изотропной области задания, с независимостью физических свойств модельной среды от коэффициентов а и b границах Xо-Xг, Yо-Yг кадра изображения. Тем самым они корректны и имеют доказательства существования, единственности, устойчивости решения.The heat conduction equations of models (1) and (2) presented in various forms are linear for a continuous, isotropic region of the assignment, with the physical properties of the model medium being independent of the coefficients a and b of the boundaries X о -X g , Y о -Y g of the image frame. Thus, they are correct and have evidence of the existence, uniqueness, and stability of the solution.
Такое решение с высоким быстродействием и несложной программно-технической реализацией может быть получено с помощью интеграла свертки. Т.е. с использованием известных методов и средств оптической и электронной расфокусировки. Возможна также реализация методами цифрового, аналогового, квазианалогового (эквивалентного по результатам) моделирования с помощью конечно-разностной аппроксимации, с использованием фундаментального решения Кельвина и др. Such a solution with high speed and simple software and technical implementation can be obtained using the convolution integral. Those. using well-known methods and means of optical and electronic defocusing. It is also possible to implement methods of digital, analog, quasi-analog (equivalent by results) modeling using finite-difference approximation, using the fundamental solution of Kelvin and others.
Для сложных зашумленных информационных массивов универсальная программная компьютерная или специализированная программная микропроцессорная реализация в блоке 11 базовых моделей (1) или (2) позволяет с повышенной точностью и эффективностью формировать закономерности накопления и размытия накопленных сигналов. For complex noisy information arrays, the universal software computer or specialized software microprocessor implementation in
Реализация базовых преобразований (1) и (2) различными способами увеличивает гибкость обеспечения универсальных возможностей устройства. Так, оптическая расфокусировка может реализоваться блоками 4, 11 посредством привода 13. Однако она связана с введением только Гауссова расфокусирующего преобразования и энергоемкими операциями. Эквивалентное расфокусировке преобразование исходного излучения можно получить периодической подачей на условно центральные чувствительные элементы двухплощадочных (многоплощадочных) пироэлектрических элементов термодатчика 8 вспомогательного гетеродинного излучения, с излучателя 5. Оптическая корреляция, использующая расфокусирующие маски в фильтре 6, управляемом блоком 11, может быть более универсальной и быстродействующей, но связана с относительной сложностью фильтров. The implementation of basic transformations (1) and (2) in various ways increases the flexibility of providing universal device capabilities. Thus, optical defocusing can be implemented by
Регистратор 12 электрически подключен к выходу операционного блока 11 и определяется, в частности, средствами компьютерной реализации отображаемых от блока 11 характеристик объекта и сигналов управления. Регистратор 12 призван обеспечить настройку, регулировку, наглядность результатов выполняемых основных функций устройства. The registrar 12 is electrically connected to the output of the operating
В отдельных случаях конкретных применений устройство 3 может быть упрощено за счет: использования световодов (существенное уменьшение количества каналов устройства 3); соответствующих конструкций термодатчика 8, блока 4 и привода 13 (вплоть до отсутствия, т. к. электронное сканирование при достаточной эффективности блока 4 и датчика 8 может иметь преимущества в обеспечении надежности); отсутствия фильтра 6 с перенесением его функций на программную обработку в блок 11. In some cases of specific applications, the
Вместе с тем, в наиболее полных объемах аппаратурно-программное использование блоков 4,11, излучателей 5,9, фильтров 6,7, термодатчиков 8,10, регистратора 12 и привода 13, как для начальных преобразований и базового моделирования, так и для обеспечивающих операционных преобразований существенно увеличит возможности устройства и упростит программную обработку. At the same time, in the most complete volumes, hardware and software use of blocks 4.11, emitters 5.9, filters 6.7, temperature sensors 8.10, recorder 12 and drive 13, both for initial transformations and basic modeling, as well as for providing operational transformations will significantly increase the capabilities of the device and simplify software processing.
Рассмотрим представленные в табл. 1 и на фиг. 2-5, определяющие способ диагностики КС, диагностируемые объекты, функции, признаки и зоны контроля. Consider the table. 1 and in FIG. 2-5, determining the method of diagnosis of CS, diagnosed objects, functions, signs and control zones.
В наиболее полном объеме визирование согласно примеру на фиг. 2,3 может осуществляться на стадии настройки, отработки технологии. При этом на образцах при отработке режимов в различных ракурсах могут использоваться все зоны 31-34 и области зон 035-039. Некоторое преимущество для отдельных задач имеется в использовании 036 у неподвижного электрода 1.6 за счет минимального влияния засветок от посторонних источников и уменьшения влияния динамики движения электрода. Преимущество 037 заключается в возможности непосредственного наблюдения по крайней мере на образцах при технологической подготовке в зонах 31-34 пояска твердой фазы 1.12 вокруг литого ядра. To the fullest extent, the sight according to the example in FIG. 2.3 can be carried out at the stage of tuning, testing technology. Moreover, on the samples, when practicing modes in different angles, all zones 31-34 and zone regions 035-039 can be used. A certain advantage for individual tasks is the use of 036 for a fixed electrode 1.6 due to the minimal influence of light from extraneous sources and a decrease in the influence of the dynamics of electrode motion. The advantage of 037 is the possibility of direct observation of at least samples during technological preparation in zones 31-34 of the solid phase 1.12 girdle around the molten core.
В передней по траектории свариваемого точечного шва области теплового следа 2 можно наблюдать подходы к прихватке, к различным видам краев. Для наблюдения и геометрической оценки в зонах 31-35 может использоваться как пассивный прием излучения, так и активная подсветка (с помощью излучателя 9) и прием в различных частях фильтров 6,7 и чувствительных элементов i термодатчика 8. In the front along the trajectory of the welded point seam of the region of the
Может быть использована автоматическая регулировка оптико-электронного канала и режима активного визирования с помощью управляемого приводом 13 блока 4. Это целесообразно в ряде случаев при уточняющем сканировании места предварительно обнаруженного градиента дефекта несплошности. Automatic adjustment of the optoelectronic channel and the active sighting mode can be used with the help of unit 13 controlled by the drive 13. This is advisable in some cases when refining the location of a previously detected discontinuity gradient gradient.
Область 038 с маркерным чернением (1, нанесенным, например, краской) на держателе 1.5 используется для визирования движущегося электрода 1.5.1.
Область 039 визирования, например, кабеля 1.4.1 вторичного контура обеспечивает контроль возможности обрыва жил этого кабеля по предшествующему перегреву ИИ в соответствующем месте. Кроме того, визирование 039 оптико-электронным каналом в перегретой "исправной" реперной точке обеспечит дополнительный контроль величины тока вторичного контура. Подобным образом может быть продиагностирована система 1.3 водяного охлаждения электродов и частично система 1.2. сжатия электродов.
По результатам эффективной лабораторной технологической подготовки, если в конкретной технологии междуэлектродный контроль недоступен, как правило вполне достаточно использовать визирование только из области 035 или (и) 036. Хотя в отдельной (х) точке (х) желательно, если возможно, в производственный цикл сварной конструкции вводить периодический проверочный контроль междуэлектродной области 037. According to the results of effective laboratory technological preparation, if interelectrode control is not available in a particular technology, as a rule, it is quite enough to use sighting only from
С учетом выполняемых функций и преобразований визируемые сигналы сканируются по термочувствительным элементам i или суммируются по ним с визированием; области 035, 036 представленных плоскостью координат x, y; области 037 с плоскостью x,z; области 038 с плоскостью x, z или y, z; области 039 плоскостей разных сочетаний координат x, y, z. Taking into account the functions performed and the transformations, the sighted signals are scanned by the thermosensitive elements i or summed over them with the sight;
Площадь визируемой области, расстояние до нее и угол визирования (с учетом закона Ламберта) выбираются из условий достаточной чувствительности и помехозащищенности (в первую очередь от перегрева, брызг расплавленного металла и других вредных для оптоэлектроники термохимических воздействий) по конкретным технологии, динамике движения или временного режима сварки. The area of the sighted area, the distance to it and the angle of view (taking into account Lambert's law) are selected from the conditions of sufficient sensitivity and noise immunity (primarily from overheating, splashes of molten metal and other thermochemical influences harmful to optoelectronics) according to specific technology, driving dynamics or time mode welding.
При автоматической регулировке оптикоэлектронных каналов устройства, имеющей преимущества при поиске дефектов несплошости на протяженных участках контроля, используют фокусирующее обострение от преобразования (1) для определения фокусного расстояния до объекта. В этом случае целесообразна еще и автоматическая поисковая оптическая ориентация на обнаруженный объект по его центру. When automatically adjusting the optoelectronic channels of a device that has advantages when searching for discontinuity defects in extended monitoring areas, a focus sharpening from conversion (1) is used to determine the focal distance to the object. In this case, automatic search optical orientation to the detected object in its center is also advisable.
Рассмотренные согласно табл. 1 и фиг. 2 зоны областей и способы визирования соответствуют в различных сочетаниях функциям Ф1-Ф5 диагностирования в широком смысле и Ф3 - в узком по объектам 01-08. Considered according to the table. 1 and FIG. The 2 zones of the regions and the methods of sighting correspond in various combinations to the functions F1-F5 of diagnosis in the broad sense and F3 in the narrow for objects 01-08.
В соответствии с ориентированной на ТСД классификацией дефектов (07) и конкретизацей табл. 1 по отдельным технологиям для контактной точечной сварки можно добавить следующее. In accordance with the TSD-oriented classification of defects (07) and the specification of Table. 1 for individual resistance spot welding technologies, the following can be added.
Причиной внешних и внутренних раковин, пор, трещин является снижение давления P, ковочного давления Pк и времен соответственно сварки Тс и ковки Tк, увеличения запаздывания ковочного усилия, некачественной сборки и очистки. Причем, отклонения режима проковки в алюминиевых сплавах определяет наличие наружных трещин. Горячие трещины возникают в сплавах с широким диапазоном температур кристаллизации, внутренние трещины в закаливаемых сталях определяются быстрым охлаждением и уменьшением давления, трещины в углеродистых сталях связаны с выплесками. Хрупкие трещины определяются максимальным охлаждением от длительного пребывания под электродом после отключения тока. Кроме того? информативными признаками трещин являются их форма (наличие острых краев), размеры, опасная ориентация, разветвленность, расстояния между ними. Особо информативные признаки скоплений, пор, раковин-дисперсия, среднеквадратическое отклонение или площадь и средний радиус совокупности дефектов на плоскости.The cause of the external and internal shells, pores, cracks is a decrease in pressure P, forging pressure P k and welding times T s and forging T k , respectively, an increase in the delay of the forging force, poor assembly and cleaning. Moreover, deviations of the forging mode in aluminum alloys determine the presence of external cracks. Hot cracks occur in alloys with a wide range of crystallization temperatures, internal cracks in hardened steels are determined by rapid cooling and pressure reduction, cracks in carbon steels are associated with bursts. Brittle cracks are determined by the maximum cooling from a long stay under the electrode after turning off the current. Besides? informative signs of cracks are their shape (the presence of sharp edges), dimensions, dangerous orientation, branching, distances between them. Particularly informative signs of clusters, pores, shells are dispersion, standard deviation, or the area and average radius of the set of defects on the plane.
Представленный на фиг. 3 пример блок-схемы технологического процесса КС включает установку электродов 14, крепление деталей 15, формирование прихваток 16 и свариваемого шва 17 (определяемые системой управления 1.1, связанной с блоком 11). Он позволяет выделить совокупность функциональных элементов и блоков ТСД. Ими являются: контроль формы и параллельности установки (отсутствие перекосов) электродов 18; оценка геометрии (отсутствие перекоса) деталь-электрод 19; оценки состояния поверхности, загрязнения 20; подхода к прихватке, к краю 21; диагностика износа электродов 22; диагностика состояния оборудования 23; определение структуры сварного соединения 24; оценка плоскостных изменений термоотклика 25; оценка твердости 26; распознавание дефектов 27; диагностирование сварного цикла 28 (соответствующими состояниями ДС1 - выплеск, ДС2 - перегрев, ДС3 - норма, ДС4 - непровар, ДС5 - твердая фаза); прогноз состояний 29; контроль состояний 30; контроль управления проковкой 31; оценка уровня 32 сварного соединения 1.11. При этом, блоки 18-23, 26, 27, 29-32 кроме обеспечения управления дают информацию к обработке, определяют статистическое управление качеством технологического процесса. Presented in FIG. 3, an example of a block diagram of the KS technological process includes the installation of
Выявленные согласно фиг. 3 функциональные блоки и диагностируемые состояния технологического процесса позволяют определять взаимосвязи этапов ТСД (фиг. 4). Определяющими ТСД результатами разработанной технологии (блок 33) являются: значения тока сварки Iс, а также тока подогрева In, дополнительного оптимизирующего тока ковки Ik, давлений сварки Pс и ковки Pк, с соответствующими временами Т(Iс), T(In), T(lk), Т(Pс) (определяемого длительностями Т(Iс)), Т(Pк), скоростью охлаждения), а также оптимальная форма электродов.Identified according to FIG. 3 functional blocks and diagnosed conditions of the technological process allow to determine the relationship between the stages of the TSD (Fig. 4). The determining TSD results of the developed technology (block 33) are: values of the welding current I s , as well as the heating current I n , additional optimizing forging current I k , welding pressures P s and forging P k , with corresponding times T (I s ), T (I n ), T (lk), T (P s ) (determined by the durations T (I s )), T (P k ), cooling rate), as well as the optimal shape of the electrodes.
Полученные результаты подвергаются в блоке 34 производственным изменениям условно разделяемым по скорости изменения. The results are subjected in
Наиболее быстрые изменения питающей сети согласно блока 35, приводят к следующим диагностируемым состояниям: при предельном уменьшении тока, (связанного, например, с одновременным включением большого количества сварочных агрегатов) - непровар (ДС4), при предельных уменьшениях давления Pс - выплеск (ДС1), при предельном уменьшении давления Pк - дефекты 1.13, 1.14. Предельное увеличение давление Pс может привести к непровару (ДС4).The fastest changes in the supply network, according to block 35, lead to the following diagnosed conditions: with a limiting decrease in current (associated, for example, with the simultaneous inclusion of a large number of welding units) - lack of penetration (DS4), with extreme decreases in pressure P s - surge (DS1) , with a limiting decrease in pressure P k - defects 1.13, 1.14. Extreme increase in pressure P s can lead to lack of penetration (ДС4).
Более медленные производственные изменения определяют предельные изменения геометрии деталь-электрод (блок 19), изменения состояния поверхности, загрязнения (блок 20), структурно геометрические изменения подхода к прихватке, к краю (блок 21), предельные изменения твердости (блок 26), и обнаружения дефектов (блок 27). Slower production changes determine marginal changes in part-electrode geometry (block 19), changes in surface condition, contamination (block 20), structurally geometric changes in the approach to the tack, to the edge (block 21), limit changes in hardness (block 26), and detection defects (block 27).
Существенно более медленными являются производственные изменения износа электродов (блок 22) и оборудования (блок 23). Significantly slower are the production changes in the wear of the electrodes (block 22) and equipment (block 23).
Термосенсорный учет производственных изменений при технологической подготовке лишь частично может обеспечить оптимизацию технологии (обратная связь блоков 33 и 34). Разработанная технология согласно блоку 33 определяет управление сварочным процессом через систему управления 1.1. Диагностирование реальных производственных изменений (в блоке 34), совместно с термосенсорно диагностируемыми состояниями сварочного цикла в блоке 28 обеспечит корректировку управления в системе 1.1, что позволит в итоге существенно улучшить качество сварного соединения 1. 11, рационально увеличив твердую фазу 1.12 или литое ядро 1.15, уменьшив внешние 1.13 и внутренние 1.14 дефекты. Thermosensory accounting of production changes during technological preparation can only partially provide optimization of technology (feedback of
Реализация рассмотренных функций ТСД согласно информационной структуре (фиг. 5) состоит в следующем. The implementation of the considered functions of the TSD according to the information structure (Fig. 5) is as follows.
На входе термосенсорного устройства 3 подлежат визированию области 035-039 оборудования 1.1-1.4, электродов 1.5.1,1.6, деталей 1.7 собранной конструкции 1.8 и свариваемой конструкции 1.9 (фиг. 2). At the input of the
В результате термосенсорного диагностирования должны формироваться информативные данные о плоскостных состояниях (блок 38): деталей 1.7 (состояние поверхности 20, предельные отклонения твердости 26, наличие дефектов 27); геометрии, установки и формы электродов (блок 18); износе электродов (блок 22), сборочной конструкции 1.8 (геометрия деталь-электрод 19, подход к прихватке, к краю 21); оборудования 23 (1.2-1.4). А также о временных состояниях (блок 39): корреляционной оценки твердости 26 по охлаждению; сварного соединения 1.11 (характеристики 1.12-1.15) и всей свариваемой конструкции 1.9; износа оборудования (1.2-1.4) и электродов 1.5.1, 1.6; по циклам работы персонала, выполнения программы и др. As a result of thermosensor diagnostics, informative data on planar states should be formed (block 38): details 1.7 (
Данные о плоскостных и временных состояниях на этапе разработки технологии (блок 33) определяют обработку: статистическую (блок 40); оперативную (адаптивную для автоматизированных процессов управления в системе 1.1); само производство 41 сварной конструкции 1.9. Data on planar and temporary states at the stage of technology development (block 33) determine the processing: statistical (block 40); operational (adaptive for automated control processes in system 1.1); 41 production of welded construction itself 1.9.
Получение информации о плоскостных и временных состояниях определяется взаимосвязью операционных преобразований ТСД, показанных на фиг. 6. Obtaining information about planar and temporary states is determined by the relationship of the operational transformations of the TSD shown in FIG. 6.
Вспомогательный блок 42 спектрально-амплитудных преобразований характеризует посредством спектрального оператора λ i(Г) градиентного сигнала Ui(Г): состояние, загрязнение поверхностей деталей, определяющие излучающую способность и причины дефектов для возможного их устранения (02-08, Ф4, Ф5, табл. 1). Уровень излучающей способности ε уточняет амплитудную и амплитудно-временную информацию блоков 43,44.The
Функциями базового блока 43 являются амплитудные термооценки: оборудования (состояние медленного износа оборудования посредством реализации по (1) из E(x, y) оценки приращений операторов выделения градиента Г или (и) площади S визируемой области 039); режимов (существенно отличающиеся от "изношенных" изменения Г, S из реперных точек "неизношенных", т.е. нормально функционирующих, зон 039); полей дефектов визируемых зон 31, 33, 34, областей 035-037 для изменений проявляющихся в темпе проведения процесса сварки конструкции (внешние дефекты появления пояска вокруг электрода и его острой кромки, характеризуемой уменьшением на ней реализуемого по (1) из E(x,y) оператора выделения градиента термооценки из зон 1, 3, 4, 035,036). Причем, амплитудно-градиентные дублируемые оценкой площади по (1) и (2) термооценки внешних и внутренних дефектов являются базовыми для последующих преобразований в блоке 45. The functions of the
Амплитудно-временные термооценки в блоке 44 могут разделяться отдельно по времени нагрева и охлаждения. The amplitude-time thermal evaluations in
Термооценки в процессе нагрева: быстрые изменения режима при колебаниях энергии питания по Г(t) и S(t), "исправных" точек зон 039 нормально работающего оборудования; момент аномального шунтирования (при допустимых изменениях напряжения сети) по -Г(t) со случайным касанием токоведущих частей оборудования, внесением значительных магнитных масс и т.д.; состояния ДС1-ДС5 сварочного цикла по ФК+Г(t), Ф2(+Г(t), +S(t)), визируемые из зон 31 областей 035-037. Состояние износа электрода по +Г(t) из зон визирования 31 035, 036. Причем, если колебания напряжения питающей сети просто измерить электрически, то колебания в системах 1.2 и 1.3 определяются посредством пироэлектрических преобразований. Thermal evaluations during the heating process: rapid changes in the mode with fluctuations in the supply energy according to G (t) and S (t), “serviceable” points of
Термооценки в процессе охлаждения: состояния ДСЗ-ДС5, соответственно Ф3 по интегральной оценке градиента Г охлаждающейся термоэнергии сварного соединения, визируемой из зоны 1, областей 035-037; контроля управления проковкой по определенным из условий максимальной циклической прочности нормативно для соответствующих материалов или экспериментально уровням включения - Г1(t) и выключения - Г2(t) проковки, визированием из зоны 1 035-037; корреляционного определения твердости по максимальному совпадению кривых охлаждения контролируемой Г(t) и эталонной Гэ(t) твердостей, визируемых из реперных точек или сводящихся к ним интегральных оценок зон 31-34 областей 035-037.Thermal evaluations in the process of cooling: DSZ-DS5, F3, respectively, according to the integrated assessment of the gradient G of the cooling thermal energy of the welded joint, sighted from
Блок 45 преобразует исходные амплитудные сигналы, к нормированному уровню E(x,y), достаточного для последующих преобразований на базе (1), (2), Ui(1,0), Ui(0,1), которые пространственно используются в блоках 46-50.
Блок 46 представляет собой по изменению симметрии термоотклика на детали вокруг электрода (оператор связности С) или пороговому отклонению +Г,+S из зон 31 035, 036 геометрические оценки: формы электрода (начальной и в процессе износа); перекоса установки электродов; перекоса деталь-электрод. Кроме того, в блоке 46 определяются подходы к прихватке, к краю. Используются операторы Г, S, С, К, Ц, У, И. При этом оператор Ц посредством блока 47 определяет нормирование для преобразований в блоках 46, 48-50 исходных объектов по площади.
Блок 48 на основе нормирования от блоков 45 и 47 амплитуды и площади (в ряде случаев нормирование по площади необязательно) представляет оценки: определяемые оператором расстояния Р между траекториями Ц трещин, скелетов, скоплений дефектов или между точечными реализациями случайного процесса, распознаваемыми на принадлежность к определенному классу состояний ДС1-ДС5; определяемые оператором 0 оценки подхода к краю, распознавания опасного направления траекторий трещин, скопления дефектов.
Блок 49 на основе нормирования от блоков 45 и 47 амплитуды и площади (в ряде случаев нормирование по площади необязательно) представляет в виде операторов скорости V и направления движения Н: сжатие электродов определяемое по реперной точке из 038 для оценки состояния системы 1.2 и временных стадий сварки; оценки глубины вдавливания электрода в деталь, реализации случайного процесса для распознавания состояний ДС1-ДС5.
Блок 50 на основе нормирования от блоков 45 и 47 амплитуды, площади представляет в виде операторов М, Д, δ вероятностные оценки: скоплений, пор, раковин; реализаций случайного процесса формирования преимущественно распознаваемых состояний ДС1-ДС5.
Представленный фиг. 7 алгоритм А1 термосенсорных диагностических оценок амплитудных изменений содержит амплитудно-пространственные градиентно-экстремальные оценки 45-50 рассмотренных на фиг. 6 операционных преобразований. Presented by FIG. 7, algorithm A1 of thermosensory diagnostic estimates of amplitude changes contains amplitude-spatial gradient-extreme estimates 45-50 considered in FIG. 6 operational transformations.
Сущность показанных в блоках 46-50 на фиг. 6,7 операторов, реализующих преобразования (1), (2) из нормированного E(x,y) полученного от исходных операторов Г состоит в следующем. The gist shown in blocks 46-50 of FIG. 6.7 operators implementing transformations (1), (2) from the normalized E (x, y) obtained from the original operators Γ consists in the following.
Согласно блоку 52 оператор площади S, частично дублирующий на плоскости амплитудные сигналы Г, позитивного контраста Ui(1,0), фиксирует в заданный момент времени амплитуду центральной области объекта, пропорциональную площади растекания входного E(x,y).According to block 52, the area operator S, partially duplicating on the plane the amplitude signals G, of positive contrast U i (1,0), fixes at a given moment in time the amplitude of the central region of the object, proportional to the spreading area of the input E (x, y).
Оператор связности С (блок 53) характеризуется пороговым пропусканием от замкнутого внутреннего выреза сигналов меньших фона после преобразования (1) исходного негативного контраста Ui(0,1) от объекта E(x,y), где фон представляется высоким уровнем 1, а объект - нулевым 0. Наличие такого сигнала определяет замкнутость, количество таких сигналов для объекта определяет связность, а амплитуда внутри его выреза - площадь.The connectivity operator C (block 53) is characterized by a threshold transmission from a closed internal cutout of signals smaller than the background after conversion (1) of the initial negative contrast U i (0,1) from the object E (x, y), where the background appears to be
При позитивном контрасте Ui(1,0) предварительно нормированный по амплитуде оператор конфигурации К (блок 54) реализуется сопоставлением, представленной E(x, y), контролируемой, и накладываемой на нее соосно вращением относительно ее центра, эталонной конфигурации Кэ с фиксированием их совпадения при наименьшем рассогласовании.With a positive contrast U i (1,0), the configuration operator K preliminarily amplitude-normalized (block 54) is implemented by matching presented by E (x, y), controlled, and superimposed on it coaxially by rotation relative to its center, the reference configuration K e with fixing their coincidences with the least disagreement.
Оператор предварительно нормированной по амплитуде центральной области Ц (блок 55) позитивного контраста Ui(1,0) реализуется пороговой селекцией вершины рельефа растекания по преобразованию (1). В сплошных объектах он в итоге представляет компактную центральную область, а для протяженных участков (трещин, раковин, скоплений пор и т.д.) - скелетные траектории. The operator of the positive contrast Ui (1,0) previously normalized by the amplitude of the central region C (block 55) is realized by threshold selection of the top of the spreading relief by transformation (1). In solid objects, it ultimately represents a compact central region, and for extended sections (cracks, shells, pore clusters, etc.) - skeletal trajectories.
Оператор узлов (разветвлений) У (блок 56) перед преобразованием (1) нормируемого по амплитуде и площади изображения E(x,y) исходной траектории позитивного контраста Ui(1,0) определяется пороговой фиксацией увеличения амплитуд в месте энергетического скопления в узлах.The node (branching) operator U (block 56) before transforming (1) the image of the positive contrast path U i (1,0) normalized in terms of amplitude and area E (x, y) is determined by the threshold fixation of the increase in amplitudes at the site of energy accumulation in nodes.
Для определения оператора изменения направления траектории И (блок 57) нормированого перед преобразованием (1) по амплитуде и площади изображения E(x, y), исходную траекторию позитивного контраста Ui(1,0), рассматривают на участке фиксированной области с наибольшей стороной, перпендикулярной направлению траектории. При отклонении на этом участке траектории фиксируется увеличение ее площади пропорциональное большему изменению траектории.To determine the operator of changing the direction of the trajectory And (block 57) normalized before the transformation (1) in terms of the amplitude and image area E (x, y), the initial path of positive contrast U i (1,0) is considered on the fixed-area section with the largest side, perpendicular to the direction of the trajectory. With a deviation in this section of the trajectory, an increase in its area is proportional to a larger change in the trajectory.
Оператор ориентации О (блок 58) позитивного контраста Ui(1,0) определяется наложением на исходное для преобразования (1) изображение E(x,y) полосового фона, вращаемого на заданный угол ориентации. Вместо вращения фона может быть использована и вращаемая на угол ориентации анизотропная фильтрация E(x,y). Промодулированные таким образом объекты, совпадающие с информативной ориентацией, дадут сигналы достаточной амплитуды, проходящие пороговое преобразование.The orientation operator O (block 58) of positive contrast U i (1,0) is determined by superimposing on the initial image for transformation (1) the image E (x, y) of a strip background rotated by a given orientation angle. Instead of background rotation, anisotropic filtering E (x, y), which is rotated by an angle of orientation, can be used. Objects modulated in this way, coinciding with the informative orientation, will give signals of sufficient amplitude that undergo a threshold transformation.
Оператор расстояния Р (блок 59) определяется наложением на исходное для преобразования (1) изображение E(x,y) вращаемого полосового фона. В промодулированном таким образом сигнале исходного E(x,y) негативного контраста Иi(0,1), с высоким уровнем фона, низким - объекта, в определенный момент пространственной модуляции в полосу пропускания попадают малоразмерные объекты от компактных областей и отрезки траекторий расстояний между ними. Они в отличие от участка расстояния объекта до границы изображения имеют размытые фронты начала и окончания. По амплитудам центральной части этих отрезков оценивают расстояние. Таким образом, например, не зная пространственного положения трещин в течение цикла модуляции можно определить наименьшее расстояние между ними.The distance operator P (block 59) is determined by superimposing on the initial image for transformation (1) the image E (x, y) of the rotated strip background. In a signal of the original E (x, y) negative contrast modulated in this way, And i (0,1), with a high background level, a low level of an object, at a certain moment of spatial modulation, small objects from compact regions and segments of the distance trajectories fall into the passband them. They, in contrast to the portion of the object’s distance to the image border, have blurry front and end fronts. The amplitudes of the central part of these segments estimate the distance. Thus, for example, without knowing the spatial position of the cracks during the modulation cycle, it is possible to determine the smallest distance between them.
При позитивном контрасте Ui(1,0) операторы скорости V и ее изменения (блок 60) выделяются при преобразовании (2) пропорционально V: по искажению переднего и заднего фронта в направлении движения; по растягиванию площади следа; по снижению амплитуды.With a positive contrast U i (1,0), the velocity operators V and its changes (block 60) are distinguished during transformation (2) in proportion to V: by the distortion of the leading and trailing edges in the direction of motion; by stretching the area of the track; to reduce the amplitude.
Оператор направления движения Н (блок 61) определяется наложением на позитивного контраста Ui(1,0) исходные для преобразования (2) изображения E(x, y) полосового фона, вращаемого на информативный угол направления. Здесь также как и для оператора О может быть использовано анизотропное преобразование E(x, y). Промодулированные таким образом объекты, совпадающие с информативным направлением, дадут сигналы достаточной амплитуды, проходящие пороговое преобразование. Селекция приближения или удаления производится по крутизне фронта в направлении движения.The operator of the direction of motion H (block 61) is determined by superimposing on a positive contrast U i (1,0) the source for the conversion (2) of the image E (x, y) of a strip background rotated by an informative angle of direction. Here, as well as for the operator O, the anisotropic transformation E (x, y) can be used. Objects that are modulated in this way, coinciding with the informative direction, will give signals of sufficient amplitude that undergo a threshold transformation. Selection of approach or removal is made by the steepness of the front in the direction of movement.
При позитивном контрасте Ui(1,0) вероятностные операторы математического ожидания М, дисперсии Д, среднеквадратического отклонения δ (блок 62) характеризуются пороговой селекцией вершин обобщенного рельефа растекания преобразованной по (1) совокупности. Причем пороговые преобразования вершины определяют: центральное положение области - М, ее амплитуду - Д, а квадратично преобразованное значение амплитуды - δ. Оценки М, Д, δ могут быть эквивалентны распределению термоотклика от дефектов скопления пор, раковин. При этом: М - соответствует центру скопления, Д - площади, δ - среднему радиусу.With a positive contrast U i (1,0), the probabilistic operators of mathematical expectation M, variance D, and standard deviation δ (block 62) are characterized by threshold selection of the vertices of the generalized spreading relief of the aggregate transformed according to (1). Moreover, the threshold vertex transformations determine: the central position of the region is M, its amplitude is D, and the quadratically transformed amplitude value is δ. Estimates of M, D, δ can be equivalent to the distribution of the thermal response from defects in the accumulation of pores and shells. In this case: M - corresponds to the center of the cluster, D - area, δ - the average radius.
Работа устройства согласно фиг. 6, 7 осуществляется следующим образом. The operation of the device according to FIG. 6, 7 is as follows.
После включения устройства (блок 63) по алгоритму А2 (фиг. 8) производится ввод (блок 67) исходной информации в блок 11. Через значения электрических потенциалов И, Ив задают значения потоков исходных Ф и вспомогательных Фв потоков излучений и эталонные для конкретного вида сварки (полученные ранее экспериментально) характеристики. В память блока 11 вводят входные и эталонные кадры изображений электрических потенциалов тестирования Ит, Иэ. Формируют согласно рассмотренному по фиг. 2-5 соответствующие конкретному технологическому процессу параметры, пороговые значения и характеристики, прежде всего определяющие выявленные согласно фиг. 5 операционные преобразования различных зон и областей визирования. Их аргументами являются координаты x, y, длина волны и время t. Введенные исходные данные используют на начальном этапе в настройке, обучении и далее в периодической программной самодиагностике и самонастройке.After turning on the device (block 63) according to algorithm A2 (Fig. 8), input (block 67) of the initial information is entered into
Настройка устройства 3 (блок 65) по программе блока 11 состоит из следующих операций. Setting device 3 (block 65) according to the program of
Управляемый блоком 11 излучатель 5 формирует тепловой поток Фв, величина которого определяется разностью потенциалов электрических сигналов температуры среды Ис (формируется в блоке 11 от термодатчика 10) и температуры И исходного ИИ (фиксируется блоком 11 от термодатчика 8). Изменяющаяся температура среды посредством связей датчика 10 и блока 11, изменений в основном функционировании посредством связей блок 11 - излучатель 5 - термодатчик 8 - блок 11, отслеживается разностным сигналом, корректирующим первичное значение И. Таким образом стабилизируется разностный поток теплового излучения с излучателя 5 для настройки, и последующих самодиагностики и преобразований. Подобно рассмотренному обеспечивается стабилизация разностного уровня внешнего теплового потока с излучателя 9 посредством связей датчик 10 - блок 11 и блок 11 - излучатель 9 - датчик 8 - блок 11. В обоих случаях при стабильном формировании излучения формирователей 5 или 9 даже при небольших значениях тепловых разностных сигналов, но при малом времени t легко получить значительные изменения Ф(U) во времени t. Например, не сложно воспроизводимым изменениям в тысячи градусов в секунду соответствует имитация высокотемпературных тепловых процессов в нормальных и экстремальных условиях формообразования (технологического и зарождений дефектов в зонах сварного соединения, термического влияния, а также в различных металлургических процессах, в шлифовке и т.д.). Достигаются высокие точность, стабильность и большие диапазоны имитации широкого круга технологических и технических объектов близко к динамике реального функционирования.The
Посредством электронного преобразования ИИ можно не только обеспечить высокую точность настройки и самодиагностики, но даже один оптико-электронный канал многоканального устройства 3 позволяет тарировать остальные каналы. При этом регулируют усиление и выбирают положение рабочей точки в ответ на имитацию стандартных термовоздействий. Through the electronic conversion of AI, it is possible not only to provide high accuracy of tuning and self-diagnosis, but even one optical-electronic channel of a
Согласно рассмотренному в режиме тестирования на излучатели 5 и 9 подаются соответствующие сигналы Иэ, Ит управления с блока 11. Таким образом физически моделируются возможные реальные ситуации в нормальных и экстремальных условиях и проверяется работа всех оптико-электронных блоков и элементов устройства.According to the considered in the test mode, the corresponding signals And e , And t control from
В результате нуль-компенсации тестовые сигналы излучателей 5 или 9, задаваемые блоком 11, исходные сигналы Ф тепловых следов 2 разными путями проходят блок 4, фильтры 6, 7, термодатчик 8 и формируются блоком 11. Задаваемый с блока 11 на излучатель 5 или 9 калибровочный поток Фок практически одновременно с основным потоком Ф преобразуется датчиком 8 и, соответственно, определяет нуль-компенсационный сигнал (Иок (Ф-Фок), характеризующий уточненный контроль Ф с учетом электрических и оптических помех и погрешностей. Используя априорную информацию для конкретной технологии сварки посредством пространственно-управляемой блоком 11 частоты обтюрации в фильтре 6 исключают искажения входных сигналов.As a result of null compensation, the test signals of
Результаты проводимых одновременно оптико-электронных преобразований в пространственно-управляемых от блока 11, блоке 4, излучателях 5,9, фильтрах 6 и 7, в термодатчике 8 фиксируются и сравниваются с известными эталонными результатами тестирования, записанными в блоке 11. Оцениваются погрешности i этих преобразований, которые соотносят с источниками их возникновения в компонентах устройства. Посредством блока 11 и регистратора 12 уменьшение погрешностей осуществляют путем регулировок оптического и электронного каналов, масштабирования в блоках и элементах устройства, и табличных корректировок в блоке 11. При необходимости узлы с нерегулируемыми i и отказами, ремонтируют или заменяют в процессе эксплуатации устройства. The results of simultaneously conducted optoelectronic conversions in space-controlled from
Таким образом, в соответствии с заданными в блоке 11 значениями И, И(Ив), Иэ исходное Ф(И) и вспомогательное Ф(Ив) излучения оптически одновременно формируют в блоке 4, излучателях 5 или 9, управляют пропусканием фильтра 6, спектрально преобразуют фильтром 7 в электрические сигналы термодатчиком 8. После чего в блоке 11 производят сравнение преобразуемых сигналов с учетом заданных, в том числе пороговых и эталонных характеристик Иэ. Тем самым осуществляют настройку и обучение, которые подготовят устройство к надежной работе. Подобно рассмотренному проводят самодиагностику и обработку сигналов в процессе функционирования устройства.Thus, in accordance with specified in
Настроенное моделированием и формированием термовоздействий устройство готово к реализации заявляемого способа при отработке технологии с визированием зон 1-4 035, 036 и визированием зон 1-3 037 (обеспечивающим оптимизацию технологии вплоть до всестороннего осмотра сварного соединения 1.11), а также визированием 038, 039. Configured by modeling and formation of thermal effects, the device is ready to implement the proposed method when testing the technology with sighting of zones 1-4 035, 036 and sighting of zones 1-3 037 (providing technology optimization up to comprehensive inspection of welded joint 1.11), as well as
Рассмотрим реализацию устройством 3 проиллюстрированного фиг. 3-6 на следующем примере. Согласно вспомогательного блока спектральных оценок блока 66 (20,42) по нагретым от излучателя 9 зонам 32 или пассивному термоотклику от сварочного процесса оценивается оператором i(Г) спектральный состав излучения поверхностей деталей 17 с возможными на них загрязнениями. Обнаружение загрязнения детали помогает устранить; перегрев и максимальный износ электродов; выплеск для высокотермоэлектропроводных материалов; непровар у низкотермоэлектропроводных материалов; нарушение герметичности; трещины, раковины углеродистых сталей и других материалов. Загрязнение электрода ведет к перегреву, трещинам, раковинам. Consider the implementation by the
ИИ от контролируемого объекта, проходя блок 4 и фильтр 6, в спектральном фильтре 7 преобразуется по-разному в зависимости от спектрального состава. Для исключения ложного срабатывания от общего перекрытия различных спектральных элементов используют в составе фильтра 7 вспомогательный опорный фильтр для последующего разностного суммирования в блоке 11 всех, в том числе и опорного, электрических сигналов датчика 8 от зон различной фильтрации. При прохождении в контролируемой среде какого-либо объекта (детали, схвата робота и т.д.) разностного суммарного сигнала не возникает и не происходит формирования ложных сигналов. Если же в контролируемом объекте, например, в сосуде или в трубопроводе есть недопустимые дефекты, приводящие к термоградиентным утечкам, или в процессе пайки тепловые потоки проходят через спектральные составляющие фильтра 7, соответствующие появлению определенных спектральных компонент, тогда возникает разностный сигнал И(Ив) обнаружения и интенсивности обнаруживаемого спектра вещества, больший соответствующего порога. Таким образом контролируют присутствие загрязнений свариваемых поверхностей и электродов. При этом тепловой поток, содержащий сигнал определенного спектрального максимума разделяют путем фильтрации в разных спектральных диапазонах, а электрические сигналы отфильтрованных потоков разностно усиливают. AI from the controlled object, passing
Далее рассмотрение существа изобретения на конкретных сугубо иллюстративных примерах его использования для различных процессов контактной, рельефной сварки не означает, что такие решения единственно возможны и исчерпывают весь объем притязаний технического решения. Further consideration of the essence of the invention on specific purely illustrative examples of its use for various processes of contact, relief welding does not mean that such solutions are the only ones possible and exhaust the full scope of the technical solution.
При включении тока по И от +Г(t) с учетом значительных колебаний питающей сети, а также технологических изменений толщины количества свариваемых деталей определяют наличие сварочного процесса и диагностируемые состояния ДС1-ДС5 на стадии прогноза Ф1. В процессе прохождения тока подогрева Iп (блок 29 фиг. 3) значение + Г(t), большее или равное прогнозируемым пороговым уровням позволяет предвидеть выплеск ДС1, перегрев ДС2. Значение -Г(t), большее или равное пороговый уровням, позволяет предвидеть непровар ДС4. Соответствующие сигналы с блока 11 могут обеспечить адаптивное управление системой 1.1 в течение сварочного цикла для текущей и следующей точки. На стадии контроля Ф2 во время прохождения сварочного тока до его выключения (блок 30 фиг. 3) + Г(t), большее или равное контролируемым пороговым уровням, определяет реальное состояние ДС1, ДС2, а - Г(t), меньшее или равное, оценивает ДС4. Появление выплеска на этой стадии характеризует обычно неправильный выбор режимов.When the current is turned on by And from + G (t), taking into account significant fluctuations in the supply network, as well as technological changes in the thickness of the number of parts to be welded, the presence of the welding process and the diagnosed states of DS1-DS5 at the forecast stage F1 are determined. In the process of passing the heating current I p (block 29 of Fig. 3), the value + G (t), greater than or equal to the predicted threshold levels, allows us to anticipate a surge in DS1, overheating of DS2. The value of -G (t), greater than or equal to the threshold levels, allows us to predict lack of penetration DS4. Corresponding signals from
Контролируя достижения нормы ДС3 на стадии технологической подготовки избегают ухода литого ядра в одну из деталей. Controlling the achievement of the DS3 norm at the stage of technological preparation, the molten core is escaped into one of the parts.
На стадии анализа причин Ф4 диагностируемых состояний сварки ДС1, ДС2, ДС4 определяют следующее. At the stage of analysis of the causes of F4 of diagnosed welding conditions DS1, DS2, DS4, the following is determined.
Выплеск ДС1: одна из причин, особенно при начальном выплеске, для легких сплавов и легкоплавких покрытий - износ электродов, вторая - загрязнение, третья - плохая сборка деталей электродов, четвертая - предельные отклонения твердости, пятая - край детали, шестая - предельные отклонения сжатия электродов, седьмая - ухудшение охлаждения. DS1 splash: one of the reasons, especially during the initial splash, for light alloys and low-melting coatings is electrode wear, the second is contamination, the third is poor assembly of electrode parts, the fourth is the maximum deviation of hardness, the fifth is the edge of the part, and the sixth is the maximum deviation of electrode compression Seventh - cooling deterioration.
Перегрев ДС2: ведущий к износу электродов и неэстетической коррозионно опасной глубокой вмятине от электрода по Ф4 подобен ДС1, но более умерен в пороговом отношении. Overheating DS2: leading to wear of the electrodes and an unaesthetic corrosion hazardous deep dent from the electrode according to Ф4 similar to DS1, but more moderate in the threshold relation.
Непровар ДС4: одна из причин для низкотермоэлектропроводных сталей титана и их сплавов - износ электродов вторая - загрязнение, третья - некачественная сборка, четвертая - предельные отклонения твердости, пятая - шунтирование, в том числе от случайного касания токоведущих частей, особенно у легких сплавов и легкоплавких покрытий, шестая - предельные увеличения давления и предельные отклонения тока и времени. Neprovar DS4: one of the reasons for low-temperature-conductive titanium steels and their alloys is electrode wear, the second is contamination, the third is poor assembly, the fourth is extreme deviations in hardness, the fifth is shunting, including from accidental contact of live parts, especially for light alloys and low-melting coatings, sixth - the maximum increase in pressure and the maximum deviation of current and time.
По пороговому снижению уровней r(t) во время прохождения тока резким уменьшением И определяют шунтирование от касания деталью токоведущих частей оборудования, а также существенные изменения И от внесения значительных магнитных масс в сварочный контур. By the threshold decrease in the r (t) levels during the passage of current by a sharp decrease in And, shunting is determined from the part touching the live parts of the equipment, as well as significant changes in And from the introduction of significant magnetic masses into the welding circuit.
Определяющий качество технологии сварного соединения блок геометрических оценок 67 (блоки 18, 19, 21, 22, 43, 44, 46, 48 и структуры 36, 48 фиг. 3-6) посредством учета пассивного и активного (повышающего помехоустойчивость при посторонних засветках) визирования 31, 32, 34 областей 035-037 может реализовываться по разному в зависимости от конкретных условий применения операторами Г, S, С, К, Р, О, У, И. The block of
Базовый оператор Г может использоваться для оценки визирования 32 035-037 подходов к прихватке (пассивно визируемый сигнал проходит по основной цепи; блок 4, фильтры 6, 7, термодатчик 8, блок 11 с превышением порога) и к краю (визирования с уровнем меньшим порога). Оператор Г(t) также может обеспечить контроль износа электродов по перегреву участка деталь-электрод, фиксируемому через блок 4, фильтры 6, 7, термодатчик 8 с формированием оценки состояния в блоке 11. Basic operator D can be used to evaluate the sighting of 32,035-037 approaches to the tack (passively sighted signal passes through the main circuit; block 4, filters 6, 7, temperature sensor 8, block 11 with a threshold exceeded) and to the edge (sightings with a level lower than the threshold ) The operator G (t) can also provide control of electrode wear by overheating of the part-electrode section, recorded through
Дублирующий Г оператор S может обеспечить визирование 32 035-037, определяя также подход к прихватке 1.10 или к краю по той же основной цепи преобразований: 4, 6-8, 11. Кроме того, он позволяет судить о режимах Рс, Рк и ДС2.Duplicating operator S can provide a sighting of 32 035-037, also determining the approach to tack 1.10 or to the edge along the same main transformation chain: 4, 6-8, 11. In addition, it allows one to judge the modes P c , P k and DS2.
Оператор C (x,y,z,t(Iс)) определяет контроль изменения формы и перекоса электродов, перекоса деталь-электрод по несимметричному вокруг электрода пассивному нагреву от, например, тока подогрева Iп или тока сварки Iс или от активного визирования блоком 9. Нагрев визируется в областях 035, 036 преобразованием по основной цепи 4, 6-8, 11 с пороговой селекцией меньшего по амплитуде сигнала замкнутости, связности, характеризующего норму. При появлении существенного изменения формы или перекоса замкнутость нарушается, в связи с чем в блоке 11 анализируется возможная причина аномальных состояний ДС1, 2, 4, 5.The operator C (x, y, z, t (I s )) determines the control of changing the shape and skew of the electrodes, skew of the part-electrode by passive heating asymmetric around the electrode from, for example, the heating current I p or the welding current I s or from active sight block 9. Heating is sighted in
Оператор K (x, y, z,tk) с визированием 035-037 позволяет оценить форму краев, а по моменту совпадения с эталонной формой края определить угол ориентации, что дает возможность адаптивно управлять движением робота при сварке конструкции. Кроме того, с помощью оператора К можно оценить форму дефекта, остроту трещины, форму электродов и износ относительно базового уровня. При этом основные преобразования производятся через блок 4 с управлением от блока 11 фильтра 6, где формируется вращаемая эталонная конфигурация, а затем через фильтры 7 и термодатчик 8 в блоке 11, где формируется результат сравнения.The operator K (x, y, z, t k ) with sight 035-037 allows you to evaluate the shape of the edges, and by the moment of coincidence with the reference shape of the edge, determine the orientation angle, which makes it possible to adaptively control the movement of the robot when welding the structure. In addition, using the operator K, it is possible to evaluate the shape of the defect, the sharpness of the crack, the shape of the electrodes and wear relative to the base level. In this case, the main transformations are performed through
Операторы P(x,y,tц) и O(x,y,z,tц) обеспечивают распознавание края и контроль трещин и скелетов скоплений дефектов.The operators P (x, y, t c ) and O (x, y, z, t c ) provide edge recognition and control of cracks and skeletons of defect accumulations.
При визировании зон 31-34 областей 035-037 оператор О подобно рассмотренному определяется преобразованиями по основной цепи 4, 11, 6, 7, 8, 11. When sighting zones 31-34 of regions 035-037, the operator O, like the one considered, is determined by transformations along the
Используя динамические характеристики геометрии движения градиентно-экстремального сигнала Ui реперной области на держателе электрода оценивают состояние системы сжатия электродов, временные стадии сварки, глубину вдавливания электрода в деталь.Using the dynamic characteristics of the geometry of the motion of the gradient-extreme signal U i of the reference area on the electrode holder, the state of the electrode compression system, temporary welding stages, and the depth of the electrode indentation are evaluated.
Таким образом реализуемые геометрические оценки в блоке 67 позволяют предупреждать недопустимый износ электродов, аномальные состояния ДС1, ДС2, ДС4, совершенствовать управление движением. Thus, the realized geometric estimates in
Диагностируемые режимы оборудования, электродов и сварочного процесса, определение по амплитудным оценкам полей дефектов (блок 68) с помощью градиентов Г (блоки 22, 23 и структуры 28, 35, 37, 39, 43, 44 фиг. 3 - 6) осуществляются посредством пассивного визирования 31, 38 областей 035-037, 039. Основное преобразование сигналов проводится по цепи 4, 6-8, 11. Оператор Г (с дублирующим действием оператора S) при визировании на 039 для реперных точек или сводящихся к ним площадей с известной исправностью позволяет, например, с помощью дифференциальной пирочувствительности в течение цикла Тц определять по Hi локализацию причин, а по И отклонения режимов: давления в системе 1.2, охлаждения - в системе 1.3, электрического питания и перегрева источника - в системе 1.4.Diagnostic modes of equipment, electrodes and welding process, determination by amplitude estimates of defect fields (block 68) using gradients Г (blocks 22, 23 and
На примере контроля Иi состояния кабеля вторичного контура 1.4.1 по +Г определяются критическими места износа кабеля при перегибе, более интенсивно нагреваемые током. Подобным образом обнаруживают перегрев в местах ослабления крепления токоподводящих элементов.On the example of monitoring And i the state of the cable of the secondary circuit 1.4.1 by + G is determined by the critical places of cable wear during bending, more intensely heated by current. In this way, overheating is detected in places of weakening of the fastening of the current-carrying elements.
После визирования 31 областей 035-037 оператор Г позволяет в процессе нагрева оценивать по +Г(t) износ электродов (по перегреву и начальному выплеску, или непровару в соответствии с видом свариваемых материалов). При этом приближением к границам диагностируемых состояний выплеска, перегрева для легких металлов и сплавов, легкоплавких покрытий, непровара для сталей и их сплавов, титана и его сплавов определяют износ электродов. Эффективность обнаружения износа характеризуется экономией электроэнергии, увеличением производительности (часто увеличение ресурса электрода на 40% увеличивает производительность на 10%), уменьшением перегрева, трещин, улучшением качества с меньшей вероятностью непровара, выплеска, раковин. After the sighting of 31 areas 035-037, the operator Г allows to evaluate the electrode wear by + G (t) during the heating process (by overheating and initial splash, or lack of penetration in accordance with the type of materials being welded). In this case, by approaching the boundaries of the diagnosed states of splash, overheating for light metals and alloys, low-melting coatings, lack of penetration for steels and their alloys, titanium and its alloys, electrode wear is determined. The efficiency of detecting wear is characterized by energy savings, an increase in productivity (often an increase in electrode life by 40% increases productivity by 10%), a decrease in overheating, cracks, and quality improvement with a lower likelihood of lack of penetration, splash, and sinks.
На стадии диагностирования Ф3 по охлаждению с -Г(t) оцениваются ДС1-ДС5, и главным образом адаптивно сформированные посредством Ф5 ДС3, ДС5 (блок 32 фиг. 3). При этом полученные блоком 11 значения -Г(t) интегрируют по времени охлаждения под электродами и эта оценка позволяет судить о реальных размерах сварного соединения 1.11, в том числе твердой фазы 1.12 и литого ядра 1.15. At the stage of diagnosing Ф3 for cooling with -Г (t), ДС1-ДС5, and mainly adaptively formed by Ф5 ДС3, ДС5 (block 32 of Fig. 3) are evaluated. Moreover, the values of -G (t) obtained by
Контролируя Г(t) при охлаждении после отключения тока определяют согласно нормативным, экспериментально оцениваемым на стадии технологической подготовки данным оптимальные уровни включения и выключения проковки (блок 31 фиг. 3). Известно, что рациональная проковка, совмещаемая с оптимальной формой электродов, при тех же режимах сварки в 2-6 раз увеличивает его циклическую прочность. Controlling G (t) during cooling after turning off the current, the optimal levels of turning on and off the forging are determined according to standard, experimentally evaluated data at the stage of technological preparation (block 31 of Fig. 3). It is known that rational forging, combined with the optimal shape of the electrodes, under the same welding conditions, increases its cyclic strength by 2-6 times.
В блоке 69 контролируемая кривая остывания Г(t) сравнивается с записанными в память блока 11 кривыми - Гэ(t) эталонных твердостей. По совпадению с одной из них оценивается контролируемая твердость при наименьшей погрешности для низкотермоэлектропроводных сплавов. Приближенная оценка твердости деталей 1.7 после активного визирования зоны 32 035-037 с помощью излучателя 9 или после прогрева подогревным током Iп позволяет в реальном времени существенно влиять на качество сварки при оперативно оцениваемых изменениях твердости в 1,5-2 раза. Контролируемая после сварки твердость характеризует достигнутый уровень и может быть использована для обеспечения качественной сварки следующего сварного соединения.In block 69, the controlled cooling curve G (t) is compared with the curves recorded in the memory of
Контроль и диагностика градиентно-экстремального сигнала Ui позволяет по локальному перегреву в процессе охлаждения обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты несплошности деталей и сварного соединения, а также по изменению типа контраста в процессах нагрева и охлаждения или охлаждения с переходом от негативного Ui(0,1) к позитивному Ui(1,0) контрасту обнаруживать внутренние дефекты несплошности.Monitoring and diagnostics of the gradient-extreme signal U i allows local surface overheating during cooling to detect surface and subsurface defects of discontinuities of parts and welded joints, as well as a change in the type of contrast in the processes of heating and cooling or cooling with the transition from negative U i (0,1 ) to a positive U i (1,0) contrast, detect internal discontinuity defects.
В отличие от менее изменчивых по термоотклику вариаций твердости рассмотренный градиентно-экстремальный термоотклик сигналов Ui перегрева в процессе охлаждения для дефектов поверхности и поверхностных следов внутренних дефектов (блок 70) локально часто более изменчив (блок 24-27) и обычно требует для распознавания различные операторы оценок геометрии, взаимного положения, движения и вероятности, представленные алгоритмом А1 фиг. 7. При этом квантуют и бинарно преобразуют градиентно-экстремальные сигналы диагностируемых объектов, преимущественно дефектов несплошности, по распределению позитивного контраста Ui(l, 0) определяют геометрические центры, траектории скелетов, местоположение, разветвленность узлов протяженных траекторий, изменение направления траектории в сравнении с эталонным, площадь, объем, протяженность, конфигурацию, ориентацию, скорость, направление движения, статистические оценки распределения объектов, по распределению негативного контраста Ui(0,1) определяют замкнутость (связность) траекторий, конфигураций объектов, расстояния между ними.In contrast to the variations in hardness that are less variable in terms of thermal response, the considered gradient-extreme thermal response of signals U i overheating during cooling for surface defects and surface traces of internal defects (block 70) is locally often more variable (block 24-27) and usually requires different operators for recognition estimates of geometry, relative position, motion, and probability represented by algorithm A1 of FIG. 7. In this case, the gradient-extremal signals of diagnosed objects, mainly discontinuity defects, are quantized and binary converted, the geometric centers, skeleton trajectories, location, branching of nodes of extended trajectories, a change in the direction of the trajectory are determined by the distribution of positive contrast U i (l, 0) reference, area, volume, extent, configuration, orientation, speed, direction of movement, statistical estimates of the distribution of objects, according to the distribution of negative contrast U i (0,1) determine the closedness (connectivity) of the trajectories, configurations of objects, the distance between them.
Вероятностный анализ (блок 71) дефектов и границ диагностических состояний предназначен для оптимизации управления качеством. При этом статистическая обработка информации о дефектах для увеличения циклической прочности важна еще и тем, что даже допустимые дефекты являются концентраторами напряжения, т. е. уменьшают усталостную прочность. Контроль дефектов внешних и внутренних проводится согласно табл. 1 и фиг. 3-7 как для деталей так и для результатов сварного соединения 1.11. Probabilistic analysis (block 71) of defects and boundaries of diagnostic states is intended to optimize quality management. In this case, the statistical processing of information about defects in order to increase cyclic strength is also important because even admissible defects are stress concentrators, i.e., they reduce fatigue strength. Inspection of external and internal defects is carried out according to table. 1 and FIG. 3-7 for both parts and weld results 1.11.
Рассматриваемый полный комплекс термосенсорных оценок многостороннего визирования на образцах сварных соединений с обеспечением ТСД собираемой и затем свариваемой конструкции определяет подготовку производства. Производственный процесс на базе отработанной технологии характеризуется существенно меньшими объемами визируемых преобразований, достаточных для конкретных объектов О, функций Ф, зон и областей визирования. The complete set of thermosensor evaluations of multilateral sighting on samples of welded joints under consideration, ensuring the TSD of the assembled and then welded construction, determines the preparation of production. The production process based on the proven technology is characterized by significantly smaller volumes of sighted transformations, sufficient for specific objects О, functions Ф, zones and areas of sight.
Таким образом, достигнутый технический результат состоит в том, что существенно повышается надежность и расширяются функциональные возможности диагностирования в реальном времени ведения контактной сварки за счет следующего. При настройке самодиагностике и работе формируют термовоздействия, основное и вспомогательное (через отверстие зеркального объектива), излучение на объекты 02-08, что позволяет существенно снизить оптико- электронные статические, динамические, погрешности, обеспечить необходимые функции Ф1-Ф5 и большой спектр преобразований ТСД на основе термосенсорных оценок. Thus, the achieved technical result consists in the fact that reliability is significantly increased and the diagnostic capabilities in real time of resistance welding are expanded due to the following. When setting up self-diagnostics and operation, thermal effects are formed, primary and secondary (through the hole of the mirror lens), radiation to objects 02-08, which can significantly reduce optical-electronic static, dynamic, errors, provide the necessary functions F1-F5 and a large range of TSD transformations on based on thermosensory evaluations.
Спектральным контролем на основе частотной селекции ИИ оценивают уровень и возможность появления дефектов по распознаваемым загрязнениям поверхностей деталей и электродов. Spectral monitoring based on the frequency selection of AI assesses the level and possibility of defects by recognizable contamination of the surfaces of parts and electrodes.
Градиентно-экстремальным преобразованием временных и пространственных изменений амплитуд исходных сигналов с высокой помехоустойчивостью обеспечивает все термосенсорные преобразования с минимальным влиянием изменений, теплоотдачи и теплофизических характеристик. A gradient-extreme conversion of temporal and spatial changes in the amplitudes of the source signals with high noise immunity provides all thermosensor transformations with minimal influence of changes, heat transfer and thermophysical characteristics.
Световодная, точечная организация пассивного и активного излучения исходной информации из различных зон впереди, по центру и позади сварного соединения областей визирования под подвижным или (и) неподвижным электродами или (и) между ними, реперных точек на держателе подвижного электрода, на контролируемых поверхностях оборудования обеспечивает расширенный спектр преобразований ТСД качества сварки. The fiber-optic, point-wise organization of passive and active radiation of the source information from different zones in front, in the center and behind the welded joint of the viewing areas under the movable and / or stationary electrodes and / or between them, reference points on the holder of the movable electrode, on the controlled surfaces of the equipment provides an expanded range of transformations TSD welding quality.
Совместное использование формируемых термовоздействий, спектральных градиентно-экстремальных преобразований и рационального оптикоэлектронного визирования ИИ выбранных информативных зон обеспечивает следующие основные термосенсорные сценки диагностирования (в свою очередь определяемые и определяющие прогноз, контроль и адаптивное управление). The combined use of the generated thermal effects, spectral gradient-extreme transformations, and rational optoelectronic sighting of the AI of the selected informative zones provides the following basic thermosensory diagnostic scenes (which in turn determine and determine the forecast, control, and adaptive control).
По снижению суммарной оценки термочувствительный элементов датчика - шунтирование от касания деталей токоведущих частей, внесение значительных магнитных масс в сварочный контур без недопустимого снижения напряжения питания. To reduce the total assessment of the heat-sensitive elements of the sensor - shunting from touching parts of live parts, the introduction of significant magnetic masses into the welding circuit without an unacceptable reduction in the supply voltage.
По суммарной оценке с приближением к граничным диагностируемым состояниям выплеска, перегрева или непровара по видам различных металлов и сплавов - износ электродов. According to the total assessment, with an approach to the diagnosed boundary states of surge, overheating, or lack of penetration by types of various metals and alloys, the wear of the electrodes.
Суммарной оценкой и соответствующими группами порогов по времени цикла прогнозируют, контролируют диагностируемые состояния выплеска, перегрева, нормы, непровара и твердой фазы. The total assessment and the corresponding groups of thresholds for the cycle time predict, control the diagnosed states of surge, overheating, normal, lack of penetration and solid phase.
С помощью суммарной интегрирующей оценки времени остывания под электродами контролируют уровень достигнутых размеров. Using a total integrating estimate of the cooling time under the electrodes, the level of achieved dimensions is monitored.
По точечной динамической оценке движения электрода - состояние системы сжатия, временные стадии сварки и глубину вдавливания электрода в деталь. According to a point dynamic assessment of the movement of the electrode - the state of the compression system, the temporary stages of welding and the depth of indentation of the electrode into the part.
Текущее геометрическое оценивание формы и установки электродов, перекоса детали электрод, подхода к прихватке, краю, места износа оборудования. The current geometric assessment of the shape and installation of the electrodes, the bias of the electrode part, the approach to the tack, edge, and place of wear of the equipment.
Точечными оценками остывания путем контроля: совпадения текущей термоградиентной кривой с одной из кривых эталонных твердостей оценивают твердость деталей или сварного соединения; снижением экстремально-градиентного сигнала - острые кромки пояска на детали от вдавливания электрода; перегревом, изменением контраста - дефекты поверхностей, в глубине деталей и сварного соединения. геометрические оценки: по позитивному контрасту Ui(1,0) - центра, скелетов, траекторий, местоположения и разветвленности узлов протяженных траекторий, изменения их направлений, ориентации, объемов, площади, протяженности, скорости, направления движения объектов, статистической оценки их совокупности; по негативному контрасту Ui(0,1) - замкнутость (связность) траекторий и конфигураций, расстояния между ними.Point estimates of cooling by monitoring: if the current thermogradient curve matches one of the reference hardness curves, the hardness of the parts or welded joint is evaluated; a decrease in the extreme gradient signal — sharp edges of the girdle on the part from the indentation of the electrode; overheating, a change in contrast - surface defects, in the depth of parts and welded joints. geometric estimates: by the positive contrast U i (1,0) - center, skeletons, trajectories, location and branching of nodes of extended trajectories, changes in their directions, orientation, volumes, area, extent, speed, direction of movement of objects, statistical estimation of their combination; in negative contrast, U i (0,1) is the isolation (connectivity) of the trajectories and configurations, the distance between them.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98107690A RU2133179C1 (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Resistance welding diagnostic method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98107690A RU2133179C1 (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Resistance welding diagnostic method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2133179C1 true RU2133179C1 (en) | 1999-07-20 |
Family
ID=20205164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98107690A RU2133179C1 (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Resistance welding diagnostic method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2133179C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8027819B2 (en) | 2004-04-13 | 2011-09-27 | Nippon Steel Corporation | Fracture prediction device for spot welded portion, method of the same, software arrangement, and computer-accessible medium |
-
1998
- 1998-04-24 RU RU98107690A patent/RU2133179C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8027819B2 (en) | 2004-04-13 | 2011-09-27 | Nippon Steel Corporation | Fracture prediction device for spot welded portion, method of the same, software arrangement, and computer-accessible medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zou et al. | Real-time seam tracking control system based on line laser visions | |
| Nilsen et al. | Vision and spectroscopic sensing for joint tracing in narrow gap laser butt welding | |
| JP7506182B2 (en) | Method for analyzing a laser processing process, system for analyzing a laser processing process, and laser processing system comprising such a system | |
| Reisgen et al. | Machine vision system for online weld pool observation of gas metal arc welding processes | |
| CN111912835B (en) | LIBS device and LIBS method with ablation measuring function | |
| US20130199296A1 (en) | Method for monitoring the quality of industrial processes and system therefrom | |
| WO2006073334A1 (en) | Method and device for diagnosing and controlling laser welding quality | |
| Alvarez Bestard et al. | Measurement and estimation of the weld bead geometry in arc welding processes: the last 50 years of development | |
| KR20160075374A (en) | Method and device for local stabilization of a radiation spot on a remote target object | |
| Sakanashi et al. | Measurement of creep deformation across welds in 316H stainless steel using digital image correlation | |
| RU2133179C1 (en) | Resistance welding diagnostic method | |
| JP5088288B2 (en) | Particle size distribution measuring apparatus and particle size distribution measuring program | |
| CN107356596A (en) | Underwater spotting imaging device and optical imagery method water turbidity online test method | |
| RU2127177C1 (en) | Method and apparatus for diagnostics of shaping welded joints of metals and alloys | |
| JP7065060B2 (en) | Fluid flow measuring device and gas detecting device | |
| RU2132262C1 (en) | Method of diagnostics of induction brazing | |
| RU2133180C1 (en) | Process of diagnostics of contact finning | |
| RU2144217C1 (en) | Method for adaptive detection of objects and device which implements said method | |
| Nilsen et al. | In-process monitoring and control of robotized laser beam welding of closed square butt joints | |
| CN104198501B (en) | Method for positioning reflector with defect on reflecting surface | |
| Sikström et al. | Prediction of penetration in one-sided fillet welds by in-process joint gap monitoring—an experimental study | |
| Zou et al. | Features extraction of butt joint for tailored blank laser welding based on three-line stripe laser vision sensor | |
| CN103909348B (en) | A kind of ONLINE RECOGNITION incident laser departs from the method for state | |
| Wang et al. | Inspection of welding pool height from shading in pulsed GTAW with wire filler | |
| Blaisot | Analysis of backlight images for spray measurement: how to accurately identify the liquid-gas interface in images |