Дифференциальный рентгеновский датчик стыка Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.791.72

Д. В. Тихоненко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ ДАТЧИК СТЫКА

Рассмотрена математическая модель дифференциального датчика обнаружения стыка свариваемых деталей и метод слежения за стыком по рентгеновскому излучению с поверхности деталей.

Возможность контролировать наведение на стык электронного луча по косвенному параметру, рентгеновскому излучению (РИ) из зоны торможения электронов, основана на том, что плотность рентгеновского излучения с поверхности обрабатываемого изделия, пропорциональная плотности тока электронного пучка, в процессе сканирования меняется при пересечении лучом стыка свариваемых деталей. Если при этом ограничить зону обзора рентгеновского детектора коллиматором - щелевой блендой из рентгено-поглощающего материала - то при пересечении лучом проекции коллиматора на поверхности деталей можно контролировать координаты оси пучка электронов. Совместное применение детектора с широкой зоной обзора и детектора с узкой зоной обзора позволяет повысить точность наведения электронного луча на стык деталей, дает возможность устранить ошибки позиционирования луча, вызванные действием остаточных магнитных полей [1].

Измерительное устройство (рис. 1) состоит из двух рентгеновских детекторов, один с широкой зоной обзора, другой с узкой зоной обзора, отклоняющих систем по оси Х и У, фокусирующей системы, усилителей и вычислительного устройства.

Детектор с широкой зоной обзора (3) установлен в плоскости, перпендикулярной стыку деталей под углом ф к поверхности.

Детектор с узкой зоной обзора (4) снабжен коллиматором и установлен таким образом, чтобы проекция коллимационного отверстия (1), представляющая полосу, ширина которой Нк меньше диаметра электронного луча, пересекала стык (2) под острым углом Р на расстоянии 10 мм от точки сварки.

Электронный луч генерируется электроннолучевой пушкой (ЭЛП) (10) и фокусируется на поверхности свариваемых деталей с помощью фокусирующей системы ФС (11), управляемой усилителем мощности УМ (12).

Поместим начало координат в точку пересечения оси электронно-лучевой пушки с поверхностью детали и направим ось Х перпендикулярно стыку, а ось У вдоль стыка в направлении сварки.

Для обнаружения стыка производим сканирование по треугольному контуру (9), перемещая луч по оси У с помощью отклоняющих системы ОСх (5) и ОСу (6). В это время луч пересекает сначала зону обзора коллимированного детектора (4), затем стык деталей (2) либо наоборот.

В результате сканирования рентгеновский детектор (3) и коллимированный рентгеновский детектор (4) будут фиксировать изменения интенсивности рентгеновского излучения в зависимости от изменения координаты луча по оси Х. По полученным сигналам детекторов определяется величина отклонения стыка от места сварки, вызванного погрешностью сборки свариваемых деталей, температурной деформацией. Получив эти параметры канал компенсации ухода стыка (13) устраняет отклонения.

Рис. 1. Схема измерительного устройства контроля положения стыка по рентгеновскому излучению с поверхности деталей:

I - проекция коллиматора; 2 - стык деталей; 3 - рентгеновский детектор; 4 - коллимированный рентгеновский детектор; 5 - отклоняющая система по оси Х; 6 - отклоняющая система по оси У; 7 - усилители мощности отклоняющих систем; 8 - вычислительное устройство; 9 - траектория сканирования; 10 - электронно-лучевая пушка;

II - фокусирующая система; 12 - усилитель мощности фокусирующей системы; 13 - привод смещения детали

Решетневские чтения

Интенсивность рентгеновского излучения на датчиках РИ описывается следующими выражениями [2]:

а) на детекторе с широкой зоной обзора

I (1 - К) "У

J = Ш-Л• Г ехр | а - V2 • р -0,5ь

( Х -е)2 2 • а2

• dx)

где о - среднеквадратическое отклонение электронов; Ш - интенсивность РИ с поверхности обрабатываемого материала; К - учитывает ослабление РИ в стыке свариваемого материала; Ис -ширина стыка; е - математическое ожидание электронов луча по оси ОХ;

б) на детекторе с узкой зоной обзора

Ш • И.,

к а•>/ 2 •р (■ • ]

• ехр

ехр

^ / \2 (Ех • С°3 Р-- Ук )8Ш Р)

(У-е Х • »П Р-У - Ук ) • СОзР)

2 •а2

°У г,

где еу - уровень сканирования; Ик - ширина коллимационного отверстия; ук - расстояние пересечения оси У проекцией коллиматора от места

И И

сварки; у! =- + Ук;У2 = ^ , „ + Ук - гра-

2 • Р

2 • Р

ницы стыкового соединения; ех - математическое ожидание электронов луча по оси ОХ.

Зависимость интенсивности РИ от места положения луча на стыке для детекторов представлены на рис. 2, 3. Нормирование проводилось делением на Ш.

Для построения статистической характеристики дифференциального датчика необходимо совместить две характеристики интенсивности рентгеновского излучения на детекторах. Для совмещения характеристики графики интенсивности РИ детекторов приводим к общей оси и одному масштабу. Статистическая характеристика дифференциального измерителя получается как результат наложения двух характеристик, переходящих одна в другую в точке их пересечения. В результате получаем двухмодальное распределение, один из горбов которого при изменении уровня сканирования еу перемещается к точке пересечения проекции коллиматора и стыка. При попадании в эту точку кривая принимает форму одномодального нормального распределения.

Результат наложения статической характеристики детектора с широкой зоной обзора и статической характеристики детектора с узкой зоной обзора показан на рис. 4-6.

СЕ

-т.1 -и -и -у* -1 -11 -и-и -ал в и и и 1-1 > и -и т.1 с

Рис. 3. Зависимость нормированной интенсивности РИ от места положения луча на стыке для детектора с узкой зоной обзора при Ик = 0,3 мм, Ис = 0,3 мм: о = 2 • Ис, 1 - еу = 0,5 Ук; 2 - еу= 0,7ук 3 - еу = ую 4 - еу = 1,3 ук; 5 - еу = 1,5ую в = 30°

Рис. 4. Наложение характеристик детекторов без смещения стыка

Рис. 2. Зависимость нормированной интенсивности РИ от места положения оси на стыке для детектора с широкой зоной обзора при Ис = 0,3 мм: 1 - о = 0,5-Ис; 2 - о = 1-Ис; 3 - о = 1,5 Ис; 4 - о = 2 • Ис

>

У ъ w

Рис. 5. Наложение характеристик детекторов при смещении стыка вправо

Рис. 6. Наложение характеристик детекторов при смещении стыка влево

Библиографический список

1. Мурыгин, А. В. Система слежения за стыком на рабочем токе при электронно-лучевой сварке / А. В. Мурыгин, Д. В. Тихоненко // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : тез. Всерос. науч.-практ. конф. студ., аспирантов и молодых специалистов (4-9 апр. 2005, г. Красно-

ярск) / под общ. ред. С. И. Сенашова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005.

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

D. V. Tichonenko

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

DIFFERENTIAL X-RAY JOINT TRANSMITTER

Mathematical model of differential transmitter to detect weld detail joint and joint monitoring method with X-ray emission from detail surface are observed.

© Тихоненко Д. В., 2009

УДК 629.735.015

Н. У. Ушаков

Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (институт), Россия, Ульяновск

О МОМЕНТЕ ОТ ВРАЩАЮЩИХСЯ МАСС ВОЗДУШНОГО СУДНА

Предложен алгоритм оценки влияния момента от вращающихся масс воздушного судна (гироскопического момента и момента, вызванного изменением угловой скорости подвижных частей) на динамику движения.

В математических моделях (ММ) динамики полета воздушного судна (ВС) моменты (гироскопические моменты и моменты, вызванного изменением угловой скорости подвижных час-

тей), вызванные вращением с большой угловой скоростью подвижных частей двигателей, учитываются для поршневых однодвигательных ВС. Имеется полная ММ, описывающая враща-