Установка для вытягивания стеклянных трубок Советский патент 1993 года по МПК C03B23/04 

Изобретение относится к производству стройматериалов и может найти применение при изготовлении изделий из кварцевого стекла методом вытяжки.

Цель изобретения - повышение качества труб.

Введение в механизм резки источника лазерного излучения и переключателя оптических каналов, образованных системой зеркал и фокусирующих линз, их расположение на поворотных дисках позволяет избежать механического взаимодействия через отрезаемую трубку с заготовкой и, как следствие, деформации луковицы в момент отрезки. Синхронизация движения подвижного в осевом направлении поворотного диска с движением механизма вытяжки через блок управления установки также влияет на качество вытягиваемых разрезаемых трубок.

На фиг.1 показана установка, общий вид; на фиг.2 - механизм отрезки трубки; на фиг.З - блок-схема переключателя оптических каналов; на фиг.4 - функциональная схема блока управления установки; на фиг.5-9 - алгоритм работы блока управления установки.

Установка для вытягивания стеклянных трубок содержит механизм 1 загрузки заготовки, каркас 2, на котором смонтирована вертикальная печь 3 с устройством регулирования температуры (на чертеже не показано), механизм 4 подачи заготовки, датчик 5 наружного диаметра вытягиваемой трубы, установленный под печью 3, датчик 6 наружного диаметра вытягиваемой трубки, установленный в зоне формирования печи 3, механизм 7 вытяжки трубки, механизм 8 отрезки трубки с конечными выключателями 9 и 10, блоки 11, 12, 13, 14, управления шаговыми двигателями 15, 16, 17, 18 механизмов

ел

С

00

ел о о

со

4, 7 и 8 и блок 19 управления установкой (см. фиг.1).

Механизм 4 подачи заготовки выполнен в виде каретки 20, перемещающейся по направляющим 21, жестко закрепленным на каркасе 2 и приводимой в движение через цепную передачу 22, вал 23, редуктор 24 от шагового двигателя 15, управляемого блоком 11 управления,

Механизм 7 вытяжки трубки состоит из прижимного ролика 25, тянущего ролика 26, установленного на валу 27, движение которому передается через редуктор 28 от шагового двигателя 16, управляемого блоком 12 управления.

Механизм 8 отрезки (см.фиг.2) трубки содержит источник 29 лазерного излучения, оптически связанный с переключателем 30 оптических каналов 31 и 32, состоящих соответственно из поворотных зеркал 33, 34 и фокусирующей линзы 35 и неподвижного зеркала 26, поворотных зеркал 37, 38 и фокусирующей линзы 39, каретку 40, перемещающуюся по направляющим 41 (см. фиг.1), жестко закрепленную на каркасе 2 и приводимую в движение через цепную передачу, вал, редуктор (на чертеже не показаны) аналогично механизму 4 подачи заготовки от шагового двигателя 17, управляемого блоком 13 управления. На основании корпуса 2 установлен неподвижный в осевом направлении поворотный диск 42 с закрепленными на нем поворотными зеркалами 33, 34, 37, 38, а на каретке 40 установлен подвижный в осевом направлении поворотный диск 43, на котором закреплены фокусирующие линзы 35 и 39, а также лазерные головки 44 и 45. Движение вращающимся дискам 42 и 43 передается через шлицевой вал 46, зубчатые шестерни 47 и 48 от шагового двигателя 18, управляемого блоком 14 управления.

Переключатель 30 оптических каналов 31 и 32 содержит (см.фиг.3) последовательно соединенные реле 49 и 50, соленоид 51, якорь которого механически связан с вращающимся зеркалом 52.

Блок 19 управления работой установки содержит генератор 53 тактовых импульсов, микропроцессор (МП) 54, системный контроллер (СК) 55, шинный формирователь (ШФ) 58, дешифраторы 57-64, первый запоминающий блок (ПЗУ) 65, второй запоминающий блок (ОЗУ) 66, универсальные синхронно-асинхронные программируемые приемопередатчики (УСАПП) 67 и 68, программируемый блок приоритетного прерывания (ПБПП) 69, программируемые таймеры (ПТ) 70 и 71, пульт 72 управления (ПУ), программируемое устройство 73 ввода-вывода (УВВ) параллельной информации

различного формата, объединенных соответственно шиной данных 74 управления 75, адреса 76, индикатор 77, блок питания 78. Входы УСАПП 67 и 68 являются первым

и вторым входами блока 19 управления, входы УВВ 73 являются третьим и четвертым входами блока 19 управления, к которым подключены соответственно датчики 5 и 6 наружного диаметра и конечные выключате0 ли 9 и 10. Выходы программируемого таймера 71 и первый-девятый выходы УВВ 73 являются выходами блока 19 управления, к которым подключены блоки 11, 12, 13, 14 управления шаговых двигателей 15, 16, 17,

5 18 и реле 49 переключателя 30 оптических каналов.

Установка работает следующим образом,

С помощью устройства 1 загрузки в ме0 ханизм 4 подачи заготовки устанавливают кварцевый блок 79. Вертикальную печь 3 разогревают до температуры плавления кварца 1900°С. Включают блок 19 управления в сеть 220 В. Блок 78 питания формирует

5 стабилизированные напряжения +5 В, -5 В, +12 В, поступающие на блоки 53-88. При подаче напряжения питания генератор 53 тактовых импульсов вырабатывает сигналы: Р (начальная установка) - по которому про0 изводится начальная установка микропроцессора 54, тактовые сигналы Ф1 и Ф2, определяющие тактовую частоту работы МК 54, Г (готов) - информирующего МК 54 о готовности внешних устройств к обмену ин5 формацией, которые поступают на соответствующие входы МК 54. В ответ на вышеперечисленные сигналы микропроцессор 54 вырабатывает сигнал С (синхронизация) в начале каждого машинного цикла,

0 поступающий на Г 53 тактовых импульсов и выдает в параллельном коде слово-состояние, сопровождаемое сигналим ЗП (выдача), разряды которого определяют выполняемую команду. В системном контроллере 55

5 производится запоминание словосостояния под действием сигнала СС (стробсостояния) вырабатываемого Г 53 в ответ на сигнал С (синхронизация). Таким образом, формируется совокупность сигналов образующих

0 шину 75 управления. В ходе выполнения первого машинного цикла команды (извлечение кода команды) МК 54 по параллельной шине выдает адрес ячейки памяти, из которой считывается код команды. Уменьшение

5 адреса производится шинным формирователем 56, При помощи сигнала П (прием) с МК54 системным контроллером 55 производится прием информации (кода команды) с шины 74 данных, которая поступает по сигналу чтения (не показан) шины 75 управления, при выборке посредством дешифратора 64 первого запоминающего блока 65; Аналогичным образом считываются и данные рабочей программы.

В ходе выполнения рабочей программы производится определение режимов работы блоков 67-73, построенных на программируемых микросхемах. При этом МК выставляет адрес программируемой микросхемы, который дешифруется блоками 57- 62. По сигналу ВЫВОД (не показан) производится запись в соответствующую микросхему требуемых управляющих слов, определяющих режим работы. Далее оператор с помощью кнопок ДЕКАДА, ЦИФРА, ПАРАМЕТР пульта управления 72 задает технологические параметры процесса вытяжки: скорость вытяжки VB, скорость подачи Vn, длина отрезаемой трубки . наружный диаметр вытягиваемой трубки Оэад. Состояние кнопок считывается по шине 74 данных с канала УВВ 73 работающего в режиме простого ввода. При этом на индикаторе 77 высвечивается путем вывода информации через каналы УВВ 73, работающие в режиме простого вывода, транспорант постоянной части задаваемого параметра, считанный с первого запоминающего блока 65. При помощи кнопок ДЕКАДА, ЦИФРА задается переменная часть транспоранта параметра. При нажатии.на кнопку ДЕКАДА производится смена корректирующей декады, путем переадресовки ячейки второго запоминающего блока 66, в которую заносится информация о корректируемом значении цифры. При нажатии на кнопку ЦИФРА производится переадресация ячейки ПЗУ 65 массива цифр, из которой считывается информация, заносимая в корректируемую декаду. При нажатии на кнопку ПАРАМЕТР производится смена выводимого на индикатор 77 массива транспаранта.

После задания параметров в ходе выполнения программы производится вывод на блоки 12 и 13 управления шаговых двигателей 15 и 16 заданных значений скоростей вытяжки и подачи путем записи в соответствующий канал программируемого таймера 71 числа, определяющего скорость. Связь числа со скоростью определяется формулой 2

Nis я-D-tr

V 4 ID

()

где N - число, заносимое в счетчик канала, D - диаметр вращающегося ролика, f4- значение частоты генератора тактовых импульсов,

IP - коэффициент редукции, V - выводимое значение скорости. Направление вращения с заданной скоростью определяется с помощью сигналов, 5 формируемых с канала УВВ 73, работающего в режиме простого вывода.

Под действием управляющих сигналов с блока 19 управления, определяющих скорость и направление вращения шаговых дви0 гателей 15, 16, 17, 18 блоки 11, 12, 13, 14 управления осуществляют эапитку и коммутацию фаз с целью обеспечения вращения роторов в требуемом направлении с определенными угловыми скоростями.

5 Вращающийся ротор шагового двигателя 15 механизма 4 подачи посредством редуктора 24, вала 23, цепной передачи 22 приводит в поступательное движение каретку 20 механизма 4 подачи, опускающую

0 закрепленный на ней блок 79 по направляющим 21, жестко закрепленным на каркасе 2, с заданной скоростью подачи в печь 3. В печи происходит разогрев блока до температуры плавления, при которой вытягивает5 ся конец блока.

Вращающийся ротор шагового двигателя 16 механизма 7 вытяжки с помощью редуктора 2.8. вала 27 приводит в движение тянущий ролик 26 механизма 7 вытяжки.

0 Вытянутый конец блока заправляется оператором между тянущим 26 и прижимным 25 роликами. В результате силы трения между вытягиваемой трубой 80 и тянущим роликом 26 производится вытяжка трубы из разогре5 того блока 79 с заданной скоростью вытяжки.

Вращающийся ротор шагового двигателя 17 механизма 8 отрезки приводит в возвратно-поступательное движение каретку

0 40, перемещающуюся по направляющим 41 каркаса 2.

Вытяжка в автоматическом режиме при включенном тумблере пульта 56 управления Автомат, с целью уменьшения транспорт5 ного запаздывания производится путем перезадания скорости вытяжки в соответствии со значением наружного диаметра измеренного датчиком 5, устройство оптического контроля которого расположе0 но в зоне формования кварцевой трубы. Так как в зоне формования труба разогрета (она еще тянется), поэтому она утолщена. С целью обеспечения возможности регулирования производится коррекция измеренно5 го значения наружного диаметра датчиком 5 в соответствии со значением наружного диаметра, измеренного датчиком 6. Для расчета коэффициента коррекции производится измерение одного и того же сечения вытягиваемой трубы двумя датчиками. Сигналы с датчиков 5, б контроля поступают на входы универсальных синхронно-асинхронных приемопередатчиком 51, 52, выходы которых формируют сигналы запросов прерываний ЗПРО, ЗПР1, поступающие на входы программируемого блока приоритетного прерывания 53, работающего в режиме неизменных приоритетов прерываний, сигнал с выхода которого

поступает на вход микропроцессора 38 в момент поступления информации о приеме наружного диаметра. Регулирование наружного диаметра осуществляется путем изменения значения скорости вытяжки.

Расчет выводимого значения скорости вытяжки в каждом цикле рабочей программы в автоматическое режиме по ПИД-зако- ну регулирования производится в

соответствии с формулой ,

Использование: изготовление изделий из кварцевого стекла методом вытяжки. Сущность: установка содержит механизм загрузки заготовки, механизм подачи заготовки, датчики наружного диаметра вытягиваемой трубки, механизм вытяжки трубки и механизм отрезки трубки, выполненный в виде источника лазерного излучения, оптически соединенного через переключатель и первый и второй оптические каналы с первой и второй фокусирующими линзами, закрепленными на поворотном вокруг оси трубки диске, установленном на каретке с возможностью перемещения в вертикальной плоскости.9 ил.

Vb,

Vbi -ч (Рб| -1 Кф| +qoEi +qi EI -1 +g-2Јi -2 )

где Uei-1 - значение скорости вытяжки, выводимое в предыдущем цикле,

Рзад заданное значение наружного диаметра,

DBI-I - значение наружного диаметра, измеренное в предыдущем цикле вторым датчиком 5 наружного диаметра,

е- отклонение измеренного от заданного значения наружного диаметра в текущем цикле,

s ( - отклонение измеренного от заданного значения наружного диаметра в предыдущем цикле,

е, 2 - отклонение измеренного от заданного значения наружного диаметра в цикле, предшествующем предыдущему,

Кф| - отфильтрованное значение коэффициента коррекции,

до, 91, 92 коэффициенты ПИД-закона регулирования.

Коэффициент коррекции рассчитывает- ся по формуле

vDei t/c.

кор- ТЭбГ

где Dei - значение наружного диаметра, измеренного первым датчиком 6 в 1-ом сечении трубы,

DSI - значение наружного диаметра, измеренное вторым датчиком 5 в t-ом сечении трубы.

Момент прохождения сечения вытягиваемой трубы, используемого для расчета коэффициента коррекции второго датчика 5 наружного диаметра определяется по фрр- муле

Зтек Ј 1.5,6,(5)

где Ls, б - расстояние между первым датчиком 6 и вторым датчиком 5 наружного диаметра,

Зтек - путь, пройденный сечением вытягиваемой трубы, используемым для расчета коэффициента коррекции от второго датчика 5 наружного диаметра.

(3)

Зтек рассчитывается по формуле: Зтек Ј Vi-i . tji,(6)

1

где У/и - скорость вытяжки в цикле,

tji - время цикла.

Время цикла определяется путем обращения к программируемому таймеру 54 путем ввода специальной команды и последующего чтения (чтения на лету).

Рассчитанное значение коэффициента коррекции с целью устранения случайных выбросов фильтруется фильтром низких частот в соответствии с формулой:

Кф| - Кфм + (Кфи - КкорО К,

(7)

где Кфи - предыдущее отфильтрованное значение коэффициента коррекции,

К - коэффициент определяющий границу фильтра низких частот.

Отклонение.измеренного значения наружного диаметра от заданного определяется в соответствии с формулой:

й DSI . Кф| - Озад.

(8)

Труба, вытягиваемая в ручном и автоматическом режиме, автоматически разрезается на трубки заданной длины.

Определение момента выполнения отрезки трубы производится по формуле:

- 1-эад

(9)

где - текущее значение длины отрезаемой трубки,

1-тек - определяется по формуле:

.1.

tji

(Ю)

Резка трубы лучом световой энергии заключается в нагреве последовательных участков стекла под воздействием сфокусированного линзами 35 и 39 излучения до температуры интенсивной деструкции, преимущественного испарительного характера за счет перемещения зоны взаимодействия излучения со стеклом по толщине детали и по окружности предполагаемой резки.

Проникновение пучка в толщину материала происходит одновременно с разделением за счет разрушения материала,

Ввиду большой длины заготовок, нарезаемых из вытягиваемой трубки 80 (до 3000 м), переключение каналов 31 и 32 и фокусировка излучения производится последовательно во времени от источника 29 лазерного излучения к трубке 80. Линия резки представляет две полуокружности, образующие замкнутый контур реза, перпендикулярной оси трубки 80, фокусирующие линзы 35 и 39 двигаются синхронно с непрерывно вытягиваемой трубкой 80 в осевом направлении и одновременно перемещаются вокруг нее.

При прямом ходе лазерных головок 44 и 45 вокруг трубки 80 {по часовой стрелке) -прорезается первая половина окружности излучением, подаваемым по первому каналу 31. В течение обратного хода (против часовой стрелки) и движении каретки 40 вниз излучение передается по второму каналу 32 и образует прорезь во второй половине окружности трубки 80. При этом с блока 19 управления задается скорость и направление вращения через блок 14 управления шаговому двигателю 18, от которого через шлицевой вал 46. зубчатые шестерни 47 и 48 это движение передается дискам 42 и 43,

Скорость вращения рассчитывается по формуле:

.Vei,

(11)

где К - константа, определяющая такое соотношение между скоростью движения каретки 40, движущейся со скоростью вытяжки и углом, при котором за время перемещения каретки 40 от верхнего конечного переключателя 9 до нижнего конечного переключателя 10 диски 42 и 43 поворачиваются на угол 180° и обратно возвращаются в исходное состояние.

Под действием вращения диска 42 производится разворот зеркал 33, 34, 37 и 38. Смена направлений движения дисков 42 и 43 и переключение переключателя 30 оптических каналов с 31 на 32 происходит с блока 19 управления при движении каретки 40 вниз и изменении угла поворота дисков 42 и 43 на 180° (см. алгоритм работы). 5При достижении кареткой 40 нижнего конечного выключателя 10 направление движения каретки 40 изменяется на противоположное. В противоположном направлении каретка 40 движется с повышенной 0 скоростью с целью сокращения цикла отрезки.

При достижении кареткой 28 верхнего конечного выключателя 9 каретка 28 останавливается.

5 Для .обеспечения постоянства оптической связи через оптические каналы 3.1 и 32 зеркала 33 и 37 перемещаются вокруг трубки синхронного с зеркалами 34 и 38. Переключение лазерного излучения от источника 0 29 с оптического канала 31 на оптический канал 32 и: соответственно, завершение прорезания одной полуокружности трубки 80 и начало прорезания другой ее полуокружности осуществляется по сигналу с бло- 5 ка 19 управления на переключатель 30, в результате чего вращающееся зеркало 52 выводится из оптического тракта. Контроль мощности лазерного пучка в зоне реза поддерживается с помощью встроенного (в 0 комплекте) в лазер измерителя мощности,

Процесс вытяжки продолжается до тех пор, пока блок не будет перетянут полностью. Для перезарядки блока от ротора в ручном режиме с помощью кнопки подъем 5 блока подымает блок. Далее процесс вытяжки повторяется, Формула изобретения Установка для вытягивания стеклянных трубок, содержащая механизм подачи заго- 0 товки, вытяжки и отрезки трубки с соответствующими блоками управления их шаговыми двигателями, блок управления установкой, два датчика наружного диаметра трубки, один из которых размещен под 5 вертикальной печью, другой - в зоне формования, два конечных выключателя, размещенных в зоне механизма отрезки, причем датчики наружного диаметра и конечные выключатели подключены к соответствую- 0 щим входам блока управления установкой, выходы которого подключены к соответствующим входам блоков управления шаговыми двигателями механизмов подачи заготовки,, вытяжки и отрезки трубки, отличающа- 5 я с я тем, что, с целью повышения качества трубок, механизм отрезки выполнен в виде источника лазерного излучения, оптически связанного через переключатель с первым и вторым оснащенными поворотными зеркалами оптическими каналами, одна часть

которых закреплена на поворотном вокруг оси трубки диске, другая часть соединена соответственно с первой и второй фокусирующими линзами, закрепленными на поворотном вокруг оси трубки диске, установленном на каретке с возможностью

перемещения в вертикальной плоскости, причем поворотные диски взаимодействуют через шлицевой вал и зубчатую передачу с шаговым двигателем механизма отрезки, а вход переключателя соединен с соответствующим выходом блока управления установкой.

Фиг.1

Фиг.З

с датчика- с датчика5

фигМ

I I

Ж

( НАЧМО )

Определение ре.хинв рс&Ьпы программируемых нигросхгн 1

Уетанооить признак и Paowr коэффиццёнъ коррекции

Снзть приЬнсн: , Расчет коэффициёя- mtf коррекции

QStiyJi/mb Smee.

СЧ ЧХ

9и г. 5

рассчитать X .--

Ьс па.ч ромяь flpcj&Kfc , dS/noMcf/nt/t/ectae реьулиро&сгнце

Фильтрация KL

Ј+1

iV/ stfpuWcfr нот s A&™fttf V&T № г toe pfeyjupoocMut.

ttffniy ffO3Ll&M

стоноэ.1ен

№

Вычислить tl dsi tpi .

. в&чиЈ/1уя)б:

.

tyti+fttt-f+fret-i)

см

Вывести

stfpuWcfr &™fttf V&T e pfeyjupoocM

ttffniy ffO3Ll&M

стоноэ.1ен

fa

см

Фиг, 6

физ. 7

uam ё& кнопса нет wpAMЈTp

нажагпз

сменить поМедоЬа- пвленс Циф/эу 6 пррехми/зуенои Setefe

В9

да

.смени/ль нып /7 у/о&ме/7 р

Одну/ и/Г)ь tm

f

jjwj e/S. JT

Ъы№мл ь $« fJK-rtv

. flfo-irl

Jnx Z& bti-Оонулигпь tu,l

77; Т

b±±---1

Уе.пцдобить при$нак bfycve/v yzj ъбсрогпе

.mrt..---J--rJ. - --ii -ii r-iy

feb/tecmu lksyii/ №

/Снзть asetcts. cfUxeJ

tctfi&bzt/fflf Ptj /

(23 . /bvtecrru lfaK Hi/

фиъ. 8

Снять СЬ/ЗГ&А dfcftf we хареюс МЗАА

Crt3/7) COUPS

ние диссэ „ п АЗАА &Ь/мх 4ить

Снято Сиёна/f В&и ение fcaf emt:t/

ВПёРЈЈ .

Установить сигюл збих& е гарепы

., #АЗЈЛ

/Sbttecmu / 1ГК

За ом &6 нет от СЈб

от С27

С2 -i

Фиг. 3