РСК-МЕТАЛЛ

Синтез результатов создания систем инновационной термосенсорной диагностики в реальном времени и адаптивного управления сварочных процессов основан на пассивном помехоустойчивом бесконтактном съеме и преобразовании инфракрасных сигналов проплавления, на пространственно-временном сжатии информационных полей сигналов с представлением наглядной и достоверной информации обратной связи. Используются бионические принципы работы зрения, совершенного диагностического прибора. Примеры применения показаны в контактной точечной сварке и сварке плавлением, в частности в импульсной лазерной сварке. Пентатехнология термосенсорной диагностики обеспечивает пять задач — качество, производительность, надежность, экологию, экономию и пять основных функций сварочных процессов — технологию, производственный процесс, качество, персонал, оборудование соответствующих подразделений основного производства.

В предыдущем номере журнала «Оборудование» (№2, 2005) был представлен новый метод термосенсорного контроля в режиме реального времени на примере лазерной сварки теплообменников. Опыт проведенных работ позволил обобщить рассматриваемые далее результаты и особенности термосенсорной диагностики.

Контроль электрических, механических характеристик сварки и обработки металлов решает множество задач диагностики состояний в режиме реального времени. Но косвенная зависимость, например, функции проплавления участка шва от этих характеристик ограничивает возможности такого контроля. Снижаются надежность, достоверность, оперативность результатов, сужается область применения.

Наблюдение теплового излучения процесса проплавления частично позволяет преодолеть эти недостатки и используется в контроле сварки (табл. 1). В сложных производственных условиях возможности традиционного теплового оптического контроля сдерживают локальность или неадекватная усредненность пирометрии. Ограничением являются и трудности представления необходимой пространственной тепловизионной информации.

Поиск пути к решению проблемы диагностики процессов сварочного производства в реальном времени продолжает быть актуальным уже многие десятилетия. Еще с давних пор были известны четыре ключевых момента системного анализа решений многих проблем. Это «дух просвещения», опыт ошибок, изобретательность случая и парадоксы гениальной природы.

Исходные результаты предшественников

Еще в XIX веке М. Аллар (1876) заметил общность инерционных процессов зрительного восприятия и охлаждения в тонкой металлической пластине. Это произошло вслед за великим открытием уравнения теплопроводности Ш. Фурье. Через столетие Ю. Шабанов-Кушнаренко и его коллеги использовали уравнение Фурье для описания психофизики зрения.

Принципы помехоустойчивого преобразования и эффективного сжатия различных массивов информации на базе уравнения теплопроводности представлены в книге А. Керемжанова «Модели устранения информационной избыточности для диагностирования технологических объектов» (Институт проблем машиностроения, 1988 г. — 33 с.). Открылись с единых позиций возможности оперативного выделения пространственных и временных характеристик геометрии (центральные области, контуры и т.д.), топологии (замкнутость, оценки связности и т.д.), интенсивности (экстремумы и градиенты), динамики движения (скорость, направление и т.д.), статистических оценок (математическое ожидание, дисперсия и т.д.).

Производственный опыт

Распознаванию изображений в реальном времени препятствовали сложность стабилизации и выборочного исключения внешних изменений (освещенности и теней, помех засветки, скорости движения и др.). Они затруднили путь к реализации зрительно подобного информационного сжатия в системе технического зрения при роботизированной сборке узлов низковольтной аппаратуры (В.Г. Мироненко, В.А. Лебеденко, А.Ф. Керемжанов и др. Электротехническая промышленность. 1981. — №9. — С. 1—4).

Изобретательность случая и парадокс гениальной природы

Выбор канала надежного получения оптической информации подсказало случайное наблюдение токарной обработки. Оно привело к переходу от видимого диапазона электромагнитных волн к инфракрасному излучению (ИКИ). С использованием зрительно подобного информационного сжатия это дало большую помехоустойчивость, отсутствие теней, преимущества пассивного контроля, расширение области решаемых задач. Из зон резания лезвийной, абразивной обработки проводилась диагностика различных состояний. В том числе режущего инструмента, обрабатываемой поверхности (прижогов и др.), динамики колебаний и движения приводов, смазочно-охлаждающей жидкости (П.П. Архипов, А.Ф. Керемжанов. Тяжелое машиностроение. — №6. — 2000 г.).

Пройденный путь поиска решения проблемы оперативной диагностики сварочных процессов определил новый метод — термосенсорную диагностику (ТД):

«ТЕРМО» — уравнением теплопроводности моделируют помехоустойчивые преобразования с высокими характеристиками сглаживания, интерполяции и информационного сжатия. Этим уравнением описывают массивы исходных сигналов, как зрительного восприятия (наиболее эффективной системы распознавания и диагностики), так и тепловых полей ИКИ.

«СЕНСОР» — получают в реальном масштабе времени из информативных областей требуемую диагностическую информацию. При этом на основе определенных диагностических признаков используют информационное сжатие массивов сигналов, не имеющее по основным функциональным пространственно-временным характеристикам принципиальных ограничений.