Первичная обработка измерительной и управляющей информации автоматизированной системы контроля процесса отверждения полимерной матрицы

Стрельников Сергей Васильевич, начальник лаборатории технологического контроля структуры и свойств материалов на всех основных стадиях изготовления деталей. Наиболее эффективный путь достижения этой цели заключается в создании специализированных микропроцессорных приборов с возможностью их включения в автоматизированную систему управления технологическим процессом (рис. 1).

Для мониторинга свойств ПКМ в данной автоматизированной системе были выбраны следующие методы неразрушающего контроля: ультразвуковой контроль с использованием ультразвуковых колебаний (УЗК) и контроль электрических параметров ПКМ (ёмкостной контроль и контроль проводимости).

Вычисление электрических параметров производится по нижеследующей методике. Тангенс угла диэлектрических потерь определяется по формуле:

tgS=q-, toC

где q – проводимость, которая определяется по формуле:

q = 1R;                (2)

Rизм – измеренное сопротивление;

Сизм – измеренная ёмкость;

m=2nf - круговая частота.

Тангенс угла диэлектрических потерь и проводимость для эпоксидного связующего ЭДТ-69н представлены на рис. 2 и 3 соответственно.

Одной из наиболее важных частей автоматизированной системы для реализации вышеуказанных методов контроля является электронный блок, содержащий 32-разрядный микропроцессор, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) для преобразования сигналов от датчи-

Рис. 1. Структурная схема автоматизированной системы управления технологическим процессом с контролем структуры и свойств ПКМ в формуемой детали

Рис. 2. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь эпоксидного связующего от времени отверждения связующего при Т = 145^oС

Рис. 3. Зависимость проводимости

эпоксидного связующего от времени отверждения при Т = 145oС

ков, а также обеспечивающий связь с компьютером. Структурная схема электронного блока показана на рис. 4.

Сигнал с приёмного ультразвукового датчика поступает на два последовательно включённых малошумящих усилителя с изменяемым коэффициентом усиления (VGA), причём их коэффициенты могут устанавливаться с помощью 16-раз-рядных цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) независимо друг от друга, что позволяет достичь усиления до 80dB. Далее через фильтр нижних частот (ФНЧ) сигнал поступает на быстродействующий 10-разрядный АЦП, который оцифровывает сигнал со скоростью 100 МГц. Использование ФНЧ позволяет отсечь нежелательные гармоники и значительно повысить соотношение сигнал-шум АЦП. Полученные от быстродействующего АЦП данные сохраняются в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) объёмом 128 Мбит и далее могут быть переданы в компьютер по USB или UART интерфейсу. Также предусмотрена возможность с помощью компаратора измерять время прохождения ультразвука через исследуемый материал с точностью в 20 раз большей, чем при использовании АЦП, т.е. до 500 пс. Для измерения температуры, ёмкости и проводимости предусмотрены три ДЕ аналогоцифровых преобразователя (ДЕ АЦП). Каждый ДЕ АЦП имеет встроенный усилитель с изменяемым коэффициентом усиления от 1 до 256 и 16 аналоговых входов (либо 8 аналоговых входов в дифференциальном режиме). Для предотвращения выхода из строя чувствительных аналоговых входов ДЕ АЦП от электростатического разряда, что особенно актуально при формовании стекло-и органопластиков, применены специальные

Рис. 4. Структурная схема электронного блока

меры защиты. 32-разрядный микропроцессор обеспечивает управление всеми АЦП, ЦАП, ультразвуковым генератором, производит нагрев оснастки по заданной программе, а также осуществляет взаимодействие с компьютером. Также электронный микропроцессорный блок имеет до 25 цифровых индивидуально настраиваемых дискретных входов/выходов для управления различными исполнительными механизмами, таких как, например, клапаны вакуумные и избыточного давления.

Внедрение в серийный процесс технологического контроля отверждения полимерной матрицы при формовании ПКМ обеспечивает снижение энергоемкости процесса, а также обеспечит получение авиационных деталей с высокой стабильностью свойств материалов, что позволит увеличить межремонтные сроки, уменьшить стоимость изделий на 10%, повысить прочностные характеристики ПКМ на 15% по сравнению с традиционной серийной технологией.