Установка для вытягивания стеклянных трубок

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС 1 ГОСПАТЕНТ СССР 3 В 23 ТЕНТНОЕ ИЕ ИЗОБР ПИС АТЕНТУ юйс"В,М.Ганв СССР984,СССР989,ВЫТЯГИВАНИЯ(54) УСТАНОВКА ДЛЯСТЕКЛЯННЫХ ТРУБОК 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; 1811506 АЗ(57) 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,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 загс- (Я товки. каркас 2, на котором смонтирована (,") вертикальная печь 3 с устройством регули- ( рования температуры (на чертеже не показано), механизм 4 подачи заготовки, датчику, 5 наружного диаметра вытягиваемой трубы, ф 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 щаговыми двигателями 15, 16, 17, 18 механизмов181150 б Составитель И, Плотникова едактор Техред М.Моргентал Корректор С, ПатрушеваЗаказ 1461 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, ЖПроизводственно-издательский зобретения 35, Раушск омбинат "П Подписноеи открытиям при ГКНТ СССРя наб 4/5тент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10логично 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 линэы 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,З) последовательно соединенные реле 49 и 50, соленоид 51, якорь которого механически связан с вращающимся зеркалом 52.Блок 19 управления работой устаковки содержит генератор 53 тактовых импульсов, микропроцессор (МП) 54, системный контроллер (СК) 55, шинный формирователь(ШФ) 56, дешифраторы 57-64, первый запоминающий блок(ПЗУ) 65, второй запоминающий блок (О ЗУ) 66, универсальные синхронно-асинхронные программируемые приемопередатчики (УСАПП) 67 и 68, программируемый блок приоритетного прерывания (ПЬПП) 69, программируемые таймеры (ПТ) 70 и 71, пульт 72 управления (ПУ), программируемое устройство 73 ввода-вывода (УВВ) параллельной информации 30 4, 7 и 8 и блок 19 управления установкой(см,фиг.1).Механизм 4 подачи заготовки выполйенв виде каретки 20, перемещающейся по направляющим 21, жестко закрепленным накаркасе 2 и приводимой в движение черезцепную передачу 22, вал 23, редуктор 24 отшагового двигателя 15, управляемого блоком 11 управления.Механизм 7 вытяжки трубки состоит изприжимного ролика 25, тянущего ролика 26,установленного на валу 27, движение кото, рому передается через редуктор 28 от шагового двигателя 16, управляемого блоком 12управления,Механизм 8 отрезки (см.фиг,2) трубкисодержит источник 29 лазерного излучения,оптически связанный с переключателем 30Оптических каналов 31 и 32, состоящих соответственно из поворотных зеркал 33, 34 ифокусирующей линзы 35 и неподвижногозеркала 26, поворотных зеркал 37, 38 и фокусирующей линзы 39, каретку 40, перемегдающуюся по направляющим 41 (см. фиг,1), жестко закрепленную на каркасе 2 и приводимую в движение через цепную передачу, вал, редуктор(на чертеже не показаны) анаразличного формата, обьединенных 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 выключатели 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 щаговых двигателей 15, 16, 17, 18 и реле 49 переключателя 30 оптических каналов.Установка работает следующим образом,С помощью устройства 1 загрузки в механизм 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 стабилизированные напряжения+5 В, -5 В, +12 В, поступающие на блоки 53-88. При подаче напрякения питания генератор 53 тактовых импульсов вырабатывает сигналы; Р (начальная установка) - по которому производится начальная установка микропроцессора 54, тактовые сигналы Ф 1 и Ф 2, определяющие тактовую частоту работы М К 54, Г (готов) - информирующего МК 54 о готовности внешних устройств к обмену информацией, которые поступают ка соответствующие входы МК 54, В ответ на вышеперечисленные сигналы микропроцессор 54 вырабатывает сигнал С (синхронизация) в начале каждого машинного цикла, поступающий на Г 53 тактовых импульсов и выдает в параллельном коде слово - состояние, сопровождаемое сигналом ЗП (выдача), разряды которого определяют выполняемую команду. В системном контроллере 55 производится запоминание словосостояния под действием сигнала СС (стробсостояния) вырабатываемого Г 53 в ответ на сигнал С (синхронизация). Таким образом, формируется совокупность сигналов образующих 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 адреса производится шинным формирователем 56, При помощи сигнала П (прием) с МК 54 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 МКвыставляет адрес программируемой микросхемы, который дешифруется блоками 57- 62. По сигналу ВЫВОД (не показан) производится запись в соответствующуюмикросхему требуемых управляющих слов, определяющих режим работы, Далее оператор с помощью кнопок ДЕКАДА, ЦИФРА,ПАРАМЕТР пульта управления 72 задаеттехнологические параметры процесса вытяжки: скорость вытяжки Ч, скорость подачи Чп, длина отрезаемой трубкизад, 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, иэ 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 2ЛО гЧ 4 ргде Й - число, заносимое в счетчик канала,О - диаметр вращающегося ролика,Ь- значение частоты генератора тактовых импульсов, 10 20 25 30 35 40 45 50 р - коэффициент редукции,Ч - выводимое значение скорости.Направление вращения с заданной скоростью определяется с помощью сигналов,формируемых с канала УВВ 73, работающего в режиме простого вывода.Под действием управляющих сигналов сблока 19 управления, определяющих скорость и направление вращения шаговых двигателей 15, 16, 17, 18 блоки 11, 12, 13, 14управления осуществляют ээпитку и коммутацию фаз с целью обеспечения вращенияроторов в требуемом направлении с определенными угловыми скоростями.Вращающийся ротор шагового двигателя 15 механизма 4 подачи посредством редуктора 24, вала 23, цепной передачи 22приводит в поступательное движение каретку 20 механизма 4 подачи, опускающуюзакрепленный на ней блок 79 по направляющим 21, жестко закрепленным на каркасе2, с заданной скоростью подачи в печь 3, Впечи происходит разогрев блока до температуры плавления, при которой вытягивается конец блока,Вращающийся ротор шагового двигателя 16 механизма 7 вытяжки с помощью редуктора 28, вала 27 приводит в движениетянущий ролик 26 механизма 7 вытяжки.Вытянутый конец блока заправляется"оператором междутянущим 26 и прижимным 25роликами, В результате силы трения междувытягиваемой трубой 80 и тянущим роликом26 производится вытяжка трубы из разогретого блока 79 с заданной скоростью вытяжки.Вращающийся ротор шагового двигателя 17 механизма 8 отрезки приводит в возвратно-поступательное движение каретку40, перемещающуюся по направляющим 41каркаса 2.Вытяжка в автоматическом режиме привключенном тумблере пульта 56 управления"Автомат", с целью уменьшения транспортного запаздывания производится путем перезадания скорости вытяжки всоответствии со значением наружного диаметра измеренного датчиком 5, устройствооптического контроля. которого расположено в зоне формования кварцевой трубы. Таккак в зоне формования труба разогрета онаеще тянется), поэтому она утолщена. Сцелью обеспечения. возможности регулирования производится коррекция измеренного значения наружного диаметра датчиком5 в соответствии со значением наружногодиаметра, измеренного датчиком 6, Длярасчета коэффициента коррекции производится измерение одного и того же сечениявытягиваемой трубы двумя датчиками, Сиг1811506 поступает на вход микропроцессора 38 в момент поступления информации о приеме наружного диаметра. Регулирование наружного диаметра осуществляется путем изме нения значения скорости вытяжки.Расчет выводимого значения скоростивытяжки в каждом цикле рабочей программы в автоматическое режиме по ПИД-закону регулирования производится в 10 соответствии с формулой,ЧЬ-( ОБ-Кф + Ро О + Р Е -+ 92 Е - 2 ) Чь - (3)где Ое- - значение скорости вытяжки, выводимое в предыдущем цикле,Оээд - заданное значение наружного диаметра,ОБ- - значение наружного диаметра, 15измеренное в предыдущем цикле вторымдатчиком 5 наружного диаметра,я - отклонение измеренного от заданно.го значения наружного диаметра в текущемцикле, 20е -- отклонение измеренного от заданнОго значения наружного диаметра впредыдущем цикле,я- 2 - отклонение измеренного от заданного значения наружного диаметра в 25цикле, предшествующем предыдущему,Кф - отфильтрованное значение коэффициента коррекции,до, 91, д 2 - коэффициенты ПИД-законарегулирования.30Коэффициент коррекции рассчитывается по формулеКкорО 6(10) налы с датчиков 5, 6 контроля поступают на входы универсальных синхронно-асинхронных приемопередатчиком 51, 52, выходы которых формируют сигналы запросов прерываний ЗПРО, ЗПР 1, поступающие на входы программируемого блока приоритетного прерывания 53, работающего в режиме неизменных приоритетов прерываний, сигнал с выхода которого где О 6 - значение наружного диаметра, измеренного первым датчиком 6 в-ом сечении трубы,05 - значение наружного диаметра, измеренное вторым датчиком 5 в 1-ом сечении трубы.Момент прохождения сечения вытягиваемой трубы, используемого для расчета коэффициента коррекции второго датчика 5 наружного диаметра определяется по фррмулеВтек15,6, (5) где 1 5. б - расстояние между первым датчиком 6 и вторым датчиком 5 наружного диаметра,Втек - путь, пройденный сечением вытягиваемой трубы, используемым для расчета коэффициента коррекции от второго датчика 5 наружного диаметра,Втек рассчитывается по формуле;Ятек = Ч 1- 1 (6)=где Чь - скорость вытяжки в цикле,т 1 - 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 = Кф- + (Кф- Ккор) К Я где Кф- - предыдущее отфильтрованное значение коэффициента коррекции,К - коэффициент определяющий границу фильтра низких частот,Отклонение измеренного значения наружного диаметра от заданного определяется в соответствии с формулой: Труба. вытягиваемая в ручном и автоматическом режиме, автоматически разреза- ется на трубки заданной длины,Определение момента выполнения отрезки трубы производится по формуле: где Ьек - текущее значение длины отрезаемой трубки,Ьек - определяется по формуле:Резка трубы лучом световой энергии заключается в нагреве последовательных участков стекла под воздействиемсфокусированного линзами 35 и 39 излучения до температуры интенсивной деструкции, преимущественного испарительногохарактера эа счет перемещения зоны взаимодействия излучения со стеклом по толщине детали и по окружности предполагаемойрезки,Проникновение пучка в толщину материала происходит одновременно с разделением зэ счет разрушения материала,Ввиду большой длины заготовок, нареээемых из вытягиваемой трубки 80 (до 3000м), переключение каналов 31 и 32 и фокусировка излучения производится последовательно во времени от источника 29лазерного излучения к трубке 80. Линия резки представляет две полуокружности, образующие замкнутый контур реза,перпендикулярной оси трубки 80, фокусирующие линзы 35 и 39 двигаются синхронно снепрерывно вытягиваемой трубкой 80 в осевом направлении и одновременно перемещаются вокруг нее.При прямом ходе лазерных головок 44 и45 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:Ча= К. Чвьгде 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 конечногопереключателя 10 диски 42 и 43 поворачиваются на угол 180 и обратно воэвращаются в исходное состояние,.Под действием вращения диска 42 производится разворот зеркал 33, 34, 37 и 38. Смена направлений движения дисков 42 и 43 и переключениепереключателя 30 опти 10 15 20 30 35 40 45 50 ческих каналов с 31 на 32 происходит с блока 19 управления при движении каретки 40вниз и изменении угла поворота дисков 42и 43 на 180 (см. алгоритм работы),При достижении кареткой 40 нижнегоконечного выключателя 10 направлениедвижения каретки 40 измЕняется на противоположное, В противоположном направлении каретка 40 движется с повышеннойскоростью с целью сокращения цикла отрезки,При достижении кареткой 28 верхнегоконечного выключателя 9 каретка 28 останавливается.Для,обеспечения постоянства оптической связи через оптические каналы 31 и 32зеркала 33 и 37 перемещаются вокруг трубки синхронного с зеркалами 34 и 38. Переключение лазерного излучения от источника29 с оптического канала 31 на оптическийканал 32 и; соответственно, завершениепрореза ния одной. полуокружности трубки80 и начало прореэания другой ее полуокружности осуществляется по сигналу с блока 19 управления на переключатель 30, врезультате чего вращающееся зеркало 52выводится из оптического тракта, Контрольмощности лазерного пучка в зоне реза поддерживается с помощью встроенного (вкомплекте) в лазер измерителя мощности,Процесс вытяжки продолжается до техпор, пока блок не будет перетянут полностью. Для перезарядки блока от ротора вручном режиме с помощью кнопки "подьемблока" подымает блок. Далее процесс вытяжки повторяется,Формула изобретенияУстановка для вытягивания стеклянныхтрубок, содержащая механизм подачи заготовки, вытяжки и отрезки трубки с соответствующими блоками управления ихшаговыми двигателями, блок управленияустановкой, два датчика наружного диаметра трубки, один из которых размещен подвертикальной печью, другой - в зоне формования, два конечных выключателя, размещенных в зоне механизма отрезки, причемдатчики наружного диаметра и конечныевыключатели подключены к соответствующим входам блока управления установкой,выходы которого подключены к соответствующим входам блоков управления шаговымидвигателями механизмов подачи заготовки,вытяжки и отрезки трубки, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения качестватрубок,механизм отрезки выполнен в видеисточника лазерного излучения, оптическисвязанного через переключатель с первыми вторым оснащенными поворотными зеркалами оптическими каналами, одна частькоторых закреплена на поворотном вокруг оси трубки диске, другая часть соединена соответственно с первой и второй фокусирующими линзами, закрепленными на поворотном вокруг оси трубки диске, 5 установленном на каретке с воэможностью 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,