способ диагностики индукционной пайки

Формула изобретения

1. Способ диагностики индукционной пайки, включающий измерение во время пайки инфракрасного излучения паяемого соединения, отличающееся тем, что формируют термовоздействие инфракрасным излучением на объекты диагностирования, производят частотную фильтрацию сформированного излучения, по которому определяют состояние поверхности диагностируемого объекта, преобразуют термодатчиком с точечной плоскостью восприятия тепловых сигналов сформированное излучение в электрический сигнал U_i, где i - номер точечного элемента, временные, пространственные изменения амплитуд исходных сигналов накапливают и плоскостно размывают, преобразуют их в градиентно-экстремальные сигналы путем моделирования дифференциального уравнения теплопроводности, учитывают колебания напряжения питания электрической сети на градиентно-экстремальные сигналы, по суммарным градиентно-экстремальным сигналам U с определенных областей термочувствительных элементов термодатчика при включении тока определяют наличие процесса пайки, на заданном временном участке нарастания тока определяют возможность достижения нормы, перегрева паяемого соединения, сравнением с заданными пороговыми уровнями визируемой области контроля источника индивидуального нагрева диагностируют состояние его функционирования, интегрированием U по времени оценивают нагрев и охлаждение паяемого соединения, по динамике движения градиентно-экстремального сигнала U_i визируемой области подвижной паяемой детали определяют давление осадки и временные стадии пайки, по плоскостному распределению градиентно-экстремальных сигналов U_i при локальных тепловых аномалиях отличают места износа, неисправности оборудования, при совпадении термоградиентных кривых остывания одного из эталонных по твердости и контролируемого участков паяемого соединения оценивают твердость, на поверхности паяемых деталей перпендикулярно стыку определяют геометрию стыка, перекос, текущее распределение теплопаяемого соединения, на поверхности паяемых деталей вдоль стыка контролируют возможность появления дефектов структуры, квантуют и бинарно преобразуют градиентно-экстремальные точечные сигналы U_i диагностируемых объектов, преимущественно визируемых областей дефектов несплошности, при локальном изменении U_i или/и при изменении типа контраста, с переходом от негативного U_i (0,1) к позитивному U_i (1,0) контрасту, в процессах нагрева и охлаждения или охлаждения обнаруживают дефекты несплошности, по распределению позитивного контраста U_i (1,0) определяют геометрические центры, траектории скелетов, местоположение и разветвленность узлов протяженных траекторией, изменение направления траекторий, площадь, объем, протяженность, конфигурацию, ориентацию, скорость, направление движения, статистические оценки распределения совокупности диагностируемых объектов, по распределению объектов негативного контраста U_i (0,1) определяют замкнутость траекторий, конфигураций диагностируемых объектов, расстояний между ними.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что преимущественно при технологической подготовке производства оптически формируют инфракрасное излучение тепловых следов нагрева с обратной стороны области стыка паяемого соединения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области высокочастотной техники индукционной пайки (ИП) металлов и сплавов.

Наиболее близким к изобретению является способ диагностики ИП, раскрытый в "Способе автоматического управления нагревом при пайке" (авт. св. N 1771898, В 23 К 1/00, 1992).

В известном техническом решении во время пайки измеряют инфракрасное излучение (ИИ) паяемого соединения, по изменению ИИ во времени производят изменение мощности индукционного нагревателя.

Недостатком ближайшего аналога является то, что диагностика фактически относится к технологическому процессу, а не к паянному соединению.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа диагностики индукционной пайки, в котором, благодаря изменению приемов, операций, условий контроля и анализа характеристик формообразования паяемого соединения и дефектов, обеспечивается получение следующего технического результата.

Для различных условий применения при высоких требованиях к чувствительности и надежности реализуют более полный набор функций контроля и диагностики процесса пайки. Обеспечивают расширенные возможности автоматический настройки и самодиагностики; компенсационного амплитудного слежения с управлением рефлекторной оптической и электронной составляющими чувствительности спектрального фильтрационного контроля структуры поверхности деталей; пространственно-амплитудных, градиентно-экстремальных оценок нагрева, осадки, состояния поверхности, уровня проплавления, дефектов несплошности паяемых деталей и шва, состояния функционирования технологического оборудования, а также обнаружения недопустимых дефектов перегрева, нормы, непровара, корреляционного термограммного контроля твердости. При этом представляют пространственно-амплитудные (экстремумы, градиенты), пространственно-геометрические (центральные области; площади, объемы; расстояния; связность; разветвленность; динамические; статистические (математическое ожидание, дисперсия, среднеквадратическое отклонение или центр, площадь, средний радиус совокупности условно-точечных объектов) информативные данные обнаружения и распознавания характеристик формообразования пайки и функционирования обеспечивающего пайку оборудования.

Поставленная задача решается тем, что в способе диагностики индукционной пайки, включающем измерение во время пайки инфракрасного излучения паяемого соединения, согласно изобретению формируют термовоздействие инфракрасным излучением на объекты диагностирования, производят частотную фильтрацию сформированного излучения, по которому определяют состояние поверхности диагностируемого объекта, преобразуют термодатчиком с точечной плоскостью восприятия тепловых сигналов сформированное излучение в электрический сигнал Ui, где i - номер точечного элемента, временные, пространственные изменения амплитуд исходных сигналов накапливают и плоскостно размывают, преобразуют их в градиентно-экстремальные сигналы путем моделирования дифференциального уравнения теплопроводности, учитывают колебания напряжения питания электрической сети на градиентно-экстремальные сигналы, по суммарным градиентно-экстремальным сигналам U определенных областей термочувствительных элементов термодатчика при включении тока определяют наличие процесса пайки, на заданном временном участке нарастания тока определяют возможность достижения нормы, перегрева паяемого соединения, сравнением с заданными пороговыми уровнями визируемой области контроля источника индуктивного нагрева диагностируют состояние его функционирования, интегрированием U времени оценивают нагрев и охлаждение паяемого соединения, по динамике движения градиентно-экстремального сигнала Ui визируемой области подвижной паяемой детали определяют давление осадки и временные стадии пайки, по плоскостному распределению градиентно-экстремальных сигналов Ui при локальных тепловых аномалиях отличают места износа, неисправности оборудования, при совпадении термоградиентных кривых остывания одного из эталонных по твердости и контролируемого участков паяемого соединения оценивают твердость, на поверхности паяемых деталей перпендикулярно стыку определяют геометрию стыка, перекос, текущее распределение тепла паяемого соединения, на поверхности паяемых деталей вдоль стыка контролируют возможность появления дефектов структуры, квантуют и бинарно преобразуют градиентно-экстремальные точечные сигналы Ui диагностируемых объектов, преимущественно визируемых областей дефектов несплошности, при локальном изменении U_i или(и) при изменении типа контраста, с переходом от негативного Ui(0,1) к позитивному Ui(1,0) контрасту, в процессах нагрева и охлаждения или охлаждения обнаруживают дефекты несплошности, по распределению позитивного контраста Ui(1,0) определяют геометрические центры, траектории скелетов, местоположение и разветвленность узлов протяженных траекторий, изменение направления траекторий, площадь, объем, протяженность, конфигурацию, ориентацию, скорость, направление движения, статистические оценки распределения совокупности диагностируемых объектов, по распределению объектов негативного контраста Ui(0,1) определяют замкнутость траекторий, конфигураций диагностируемых объектов, расстояний между ними. Кроме того, преимущественно при технологической подготовке производства, оптически формируют инфракрасное излучение тепловых следов нагрева с обратной стороны области стыка паяемого соединения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства термосенсорной диагностики (ТД) ИП, реализующего заявляемый способ для примера, поясняющего одну из возможных реализаций способа в контуре проведения технологического процесса, с расположением зон визирования тепловых следов формообразования, в таблице показаны характеристики диагностирования и визирования ТД ИП (см. таблицу в конце описания); на фиг. 2 - иллюстрация функциональной структуры ТД в техпроцессе ИП; на фиг. 3 - блок-схема основных взаимосвязей операционных преобразований ТД ИП; на фиг. 4 - алгоритм А1 термосенсорных диагностических оценок амплитудных изменений ТД ИП; на фиг. 5 - алгоритм А2 диагностирования тепловых образов по тепловым следам ТД ИП.

Предусматривается учет дистанционной передачи ИИ посредством световодов, в частности зеркальных отражателей или свето-волоконных эндоскопов. Но это для упрощения на фиг.1 не показано.

В контуре на фиг.1 блок 1 технологического процесса включает: систему управления пайкой 1.1; систему осадки, сжатия деталей 1.2; систему охлаждения индуктора 1.3; источник тока высокой частоты 1.4 с индуктором 1.4.1; детали 1.5, 1.6, подлежащие пайке; информативные окрестности паяемого стыка 1.7.

Соответственно визируются зоны контроля: на 1.7-Zi на 1.1 - 1.4-Zj

Объекты пассивного визирования 1.1-1.7 (фиг.1, таблица) в процессе МИ, а также при дополнительном нагреве (активное визирование), обладают тепловыми следами 2 теплового образа процесса пайки и соответствующих тепловых образов обеспечивающего пайку оборудования, диагностирование состояний которых является целью ТД ИП.

Термосенсорное диагностическое устройство 3 включает рефлекторный оптический блок 4, вспомогательный излучатель 5, пространственно-временной фильтр 6, спектральный фильтр 7, термодатчик излучения 8, с точечными поверхностными термочувствительными элементами i, основной излучатель 9, датчик температуры среды 10 (составляющие оптико-электронный канал, визируемый на зоны тепловых следов 2 непосредственно или через световод, причем таких каналов в устройстве 3 может быть несколько), а также операционный блок 11, регистратор 12. Кроме того, в устройство 3 может входить привод 13.

Для надежной защиты от искр, выплесков при настройке и выборе режимов перед оптико-электронным(и) каналом(и) может быть поставлен(ы) пропускающий(е) ИИ, например сеточный(е) экран(ы) из высокотеплопроводного металла (на фиг. 1 для упрощения не показаны).

Рефлекторный оптический блок 4 представляет собой зеркальный объектив с основной площадью восприятия теплового следа 2 и с областью, открытой для пропуска вспомогательного излучения излучателя 5. Оптическая ось этой области совместима с оптическими осями аналогичных пропускающих областей фильтров 6 и 7 и воспринимающей области термодатчика 8, геометрия которых подобна геометрии блока 4. Основная функция блока 4 состоит в формировании на фильтрах 6, 7 и термодатчике 8 излучения от теплового следа 2 или излучения от основного излучателя 9 одновременно с пропусканием вспомогательного ИИ от излучателя 5. В состав блока 4 может входить привод 13, электрически управляемый блоком 11 для фокусировки и ориентации.

Вспомогательный излучатель 5 электрически подключен к блоку 11 и оптически ориентирован на вспомогательную область термодатчика 8 через соответствующие области блока 4 и фильтров 6, 7. Полупроводниковый излучатель 5 для различных задач в разное время по программе блока 11 обеспечивает функции начальной и текущей калибровки, тестирования и гетеродинирования.

Пространственно-временной фильтр 6 электрически управляющим входом соединен с блоком 11 и оптически соосно расположен между излучателем 5, блоком 4 и фильтром 7. Он реализуется многоэлементной, в частности, жидкокристаллической структурой с оптической прозрачностью в зависимости от величины и геометрии подачи на электроды соответствующих элементов потенциалов с блока 11. В набор управляющих функций фильтра 6 входят: обтюрация, расфокусировка с использованием корреляционной оптической фильтрации; электронное вращение полосового фильтра относительно оптического центра изображения входного излучения с шириной полос пропускания и перекрытия, информативной для определенных условно статических (на время операционного преобразования) или движущихся объектов контроля; формирование вращаемого относительно совмещенных центров изображения конфигурации одного из эталонных объектов по отношению к распознаваемому.

Спектральный фильтр 7 электрически соединен входом с выходом блока 11 и оптически соосно расположен между фильтром 6 и термодатчиком 8. Функцией фильтра 7 является спектральная фильтрация входного излучения с возможным управлением от блока 11.

Термодатчик излучения 8 электрически соединен с блоком 11 с возможностью управления чувствительностью, контрастом и оптически расположен между фильтром 7 и излучателем 9. На пути проходящих через фильтры 6, 7 основного визируемого от блока 4 и вспомогательного от блока 5 ИИ. Назначение датчика 8 - пространственное преобразование в электрические сигналы основного и вспомогательного ИИ. В зависимости от конкретный задач сварки и исполнения оптико-электронных каналов термодатчик 8 может быть выполнен в следующих видах.

Как - отдельные термоприемники, в том числе пироэлектрические, обычные или позиционно-чувствительные модули ИИ, ориентированные по объектам визирования на информативные окрестности (см. таблицу и фиг. 1): 3i - паяемого стыка 1.7; 3j - оборудования 1.1-1.4.

Отдельные каналы визируются на контролируемые поверхности 1.1-1.7 и могут быть упрощенными, например, содержат только термодатчик 8, с пироприемником или пироэлектрической линейкой. При узкой специализации в термодатчике 8 используются двухплощадочные пироэлектрические модули с ориентацией вторых площадок на визируемый излучатель 5, с условным центром, располагаемым по оси траектории шва в свободной области (не обязательно в центре) визирования.

Как - многоэлементные структуры полупроводниковых чувствительных элементов обнаружения и распознавания объектов ИИ с электронным сканированием перечисленных областей и зон визирования.

Как - комбинация позиционно-чувствительных модулей обнаружения и многоэлементных структур распознавания объектов ИИ.

Как совмещение фиксированных по визированию модулей и структур с дополнительным исполнением многоэлементных структур поискового визирования (блок 4 с приводом 13) дефектов в зонах 3i, 3j.

В ряде случаев для поискового визирования целесообразна подобная зрительной структура с более частым расположением элементов к кольцевой области, внутри пропускающей ИИ излучателя 5. Возможно объединение фильтров 6, 7 и термодатчика 8 в единую полупроводниковую структуру, что хотя и сложно технологической проработкой на начальном этапе, но имеет преимущества в обеспечении надежности, весе, габаритах, технологичности и в конечном счете снижении цены при серийном изготовлении

Инфракрасный излучатель 9 ИИ электрически соединен с блоком 11 и оптически ориентирован, как показано на фиг.1 на блок 4. Функции излучателя 9 в разное время составляют: начальную и текущую калибровку, тестирование, гетеродинирование, активное визирование направления на объект, обеспечение спектральных оценок и основное - импульсную или непрерывную генерацию ИИ при сканировании контролируемого объекта.

Датчик температуры среды 10 подключен выходом к операционному блоку 11 и реализуется на базе контактного полупроводникового термоприемника, формирующего абсолютные значения температуры.

Операционный блок 11 представляет собой компьютер с интерфейсными узлами сопряжения на аналоговых входах и выходах. В конкретных специализированных применениях возможна микропроцессорная или аналоговая реализация блока 11. Обеспечиваемые программно и связями с блоком 1, с излучателями 5, 9, с фильтрами 6, 7, с термодатчиками 8, 10 с регистратором 12 функции блока 11 состоят в преобразованиях: исходной настройки с учетом визирования и фокусировки на информативные области и зоны; амплитудного слежения по калибровке чувствительности, по оценке излучательной способности объекта и потерь поглощения пропускающей средой; корреляционно-термограммной оценки твердости, обработки сигналов ИП, распознавания информативных условно точечных и протяженных объектов по их оценкам преимущественно на основе далее рассматриваемых базовых моделей.

При формировании оценок обнаружения исходных объектов формирования (точечных, одно-, двух- и трехмерных, сводящихся к двухмерным сечениям; на время преобразования условно статическим и движущимся: различных характеристик площади и геометрии; преимущественно инвариантных к масштабу и положению в поле изображения: контрастного позитивного или негативного фона) базовая модель имеет вид



при условно статической на время быстродействующей реализации (1) области задания с коэффициентом преобразования k сигналов исходного изображения E (x, y) в сигналы преобразованного изображения И (x, y) с координатами X, Y.

Коэффициентами а, b соответственно моделируют накопление, размытие сигналов. Таким образом с учетом коэффициентов a, b, k могут сглаживаться малоразмерные, импульсные помехи на исходном E (x, y) во времени t.

Базовая динамическая модель имеет вид



с движущейся областью задания и проекциями векторов скоростей: Vx - на горизонтальную ось X, Vy - на вертикальную ось V.

Однозначность базовых моделей (1) и (2) определяется начальными условиями Ио = E (x, y) и граничными условиями



Исходные E (X, Y), представляющие обычно сигналы тепловых изменений с выходов пироприемников термодатчика 8, динамически преобразуются в градиенты И (X, Y) с информативным дублирующим представлением информации об амплитуде и соответствующей ей площади растекания исходного воздействия.

Рассмотренные мощные фильтрационные преобразования (1), (2) позволяют существенно отстроиться от изменяющейся излучающей способности, теплофизических характеристик материалов и теплоотдачи, значительно искажающих результаты термоконтроля ИИ.

Показанные в различных формах уравнения теплопроводности модели (1) и (2) линейны при непрерывной, изотропной области задания, с независимостью физических свойств модельной среды от коэффициентов а и b в границах Хо-Хг, Уо-Уг кадра изображения. Тем самым они корректны и имеют доказательства существования, единственности, устойчивости решения.

Такое решение с высоким быстродействием и несложной программно-технической реализацией может быть получено с помощью интеграла свертки, т.е. с использованием известных методов и средств оптической и электронной расфокусировки. Возможна также реализация методами цифрового, аналогового, квазианалогового (эквивалентного по результатам) моделирования с помощью конечно-разностной аппроксимации, с использованием фундаментального решения Кельвина и др.

Для сложных зашумленных информационных массивов универсальнопрограммная компьютерная или специализированная программно-микропроцессорная реализация в блоке 11 базовых моделей (1) или (2) позволяет с повышенной точностью и эффективностью формировать закономерности накопления и размытия накопленных сигналов.

Регистратор 12 электрически подключен к выходу операционного блока 11 и определяется, в частности, средствами компьютерной реализации отображаемых от блока 11 характеристик объекта и сигналов управления. Регистратор 12 призван обеспечить настройку, регулировку, наглядность результатов, выполняемых основных функций устройства.

Реализация базовых преобразований (1) и (2) различными способами также увеличит гибкость обеспечения универсальных возможностей устройства. Так, оптическая расфокусировка может реализоваться блоками 4, 11 посредством привода 13. Однако она связана с введением только Гауссова расфокусирущего преобразования и энергоемкими операциями.

Эквивалентное расфокусировочное преобразование исходного излучения можно получить периодической подачей на условно центральные чувствительные элемента двухплощадочных (многоплощадочных) пироэлектрических элементов термодатчика 8 вспомогательного гетеродинного излучения с излучателя 5.

Оптическая корреляция, использующая расфокусирущие маски в фильтре 6, управляемом блоком 11, может быть более универсальной и быстродействующей, но связана с относительной сложностью изготовления фильтров.

В отдельных случаях конкретных применений устройство 3 может быть существенно упрощено за счет: соответствующих конструкций термодатчика 8, блока 4 и привода 13 (вплоть до отсутствия, при этом электронное сканирование с достаточной эффективностью блока 4 и чувствительностью датчика 8 имеет преимущества в обеспечении надежности); отсутствия фильтра 6 с перенесением его функций на программную обработку в блок 11 и т.д.

Вместе с тем, в наиболее полных объемах аппаратурно-программное использование блоков 4, 11, излучателей 5, 9, фильтров 6, 7, термодатчиков 8, 10, регистратора 12 и привода 13, как для начальных преобразований и базового моделирования, так и для обеспечивающих операционных преобразований существенно увеличит возможности устройства и упростит программную обработку.

В максимальном объеме визирование согласно примеру на фиг.1 может осуществляться на стадии настройки, отработки технологических режимов. При этом на образцах при отработке режимов в различных ракурсах могут использоваться все зоны 3i, 3j.

Для наблюдения и геометрической оценки в зонах 3i, 3j может применяться как пассивный прием излучения, так и активная подсветка (с помощью излучателя 9), а также прием в различных частях фильтра 7 и термодатчика 8.

Может быть использована автоматическая регулировка оптико-электронного канала и режима активного визирования с помощью управляемого приводом 13 объектива 4. Это целесообразно в ряде случаев при уточняющем сканировании места предварительно обнаруженного градиента экстремума дефекта несплошности.

С учетом выполняемых функций и преобразований визируемые сигналы подлежат сканированию по термочувствительным элементам i или суммированию по ним с визированием областей снаружи и внутри (доступной, например, на образце при технологической подготовке производства) свариваемой конструкции, в частности трубы для плоскостей разных сочетаний координат X, Y, Z.

3oна Zj с маркерным чернением , нанесенным, например, краской на локальной области системы 1.2, используется для визирования движения при осадке.

Площадь визируемой области, расстояние до нее и угол визирования (с учетом закона Ламберта) выбираются из условий достаточной чувствительности и помехозащищенности (в первую очередь от перегрева, брызг расплавленного металла и других вредных для оптоэлектроники термохимических воздействий) по конкретным технологии, динамике или временному режиму пайки. При автоматической регулировке оптико-электронных каналов устройства в процессе поиска дефектов несплошности на протяженных участках контроля используют фокусирующее обострение от преобразования (1) для определения фокусного расстояния до объекта. В этом случае целесообразна и автоматическая поисковая оптическая ориентация на обнаруженный объект по его центру.

При анализе визируемых диагностируемых объектов 03-06 таблицы определяющим является следующее.

Информативно признаки трещин (06 таблицы) - их форма (наличие острых краев), размеры, опасная ориентация, разветвленность, расстояния между ними.

Особо информативные признаки скоплений, пор, раковин - математическое ожидание, дисперсия, среднеквадратическое отклонение или расположение, площадь, средний радиус совокупности дефектов на плоскости.

Рассмотренные согласно таблицы зоны областей и способы визирования соответствуют в различных сочетаниях функциям: Ф1-Ф5 диагностирования в широком смысле; Ф3 - в узком по объектам 01-07.

Представленный пример функциональной схемы ТД технологического процесса ИП на фиг. 2 позволяет совместно с таблицей выделить совокупность основных функциональных элементов и блоков ТД ИП 17(3), обеспечиваемой устройством 3 с операционным блоком 11.

На этапах технологического процесса ИП (блок 14 - подготовка, установка, крепление деталей, блок 15 - формирование паяемого соединения, блок 16 - паяемая конструкция) ТД ИП включает следующее (блок 17).

Диагностика оборудования ФО1.1-ФО1.4 (Zj; Ф1-Ф5; Н; СП; t; x; y; z;).

Структурные (СП, ДС, Т) оценки 1.7 Zi (блок 18), использующие оценки состояния поверхности СП (Ф2-Ф4, Н, _k, вспомогательные оценки плоскостных (x, y) или (x, z), или (y, z) изменений нагрева Н; оценки изменения на плоскости термоотклика дефекта ДС (Ф2-Ф5, t, x, y, z); фиксируемые на площади оценки изменения по времени остывания tox твердости Т (Ф2-Ф5, tох); оценки геометрии стыка ГС (Н, х, y, Ф2-Ф4), а также обнаружение наличия процесса пайки НП.

Основные оценки уровня пайки 1,7 Zi (блок 19) включающие: преимущественно экстраполяционный прогноз нагрева Н (t: О-n"); диагностирование нагрева Н (t: 1...m); диагностирование осадки Ос, прикладываемой к детали 1.5 на время нагрева и охлаждения; собственное диагностирование уровня УП за контролируемые времена нагрева tн и охлаждения tох.

Выявленные согласно фиг. 2 функциональные блоки и диагностируемые состояния технологического процесса позволяют выделить структурно-временные процессы этапов ТД ИП. При этом основными результатами разработанной технологии ИП для ТД являются: нагрев Н 1.7, осадка Ос 1.5, состояние поверхности СП 1.7, твердость Т 1.7, дефекты ДС 1.7, функционирование оборудования ФО 1.1-1.4.

Полученные результаты должны учитывать производственные изменения, условно разделяемые по скорости изменений.

Наиболее быстрые изменения питающей сети в блоках 1.1-1.4 определяют Н, Ос, Т, ДС, УП, ФО в 1.7.

Изменения структуры окрестностей стыка 1.7, характеризуются: загрязнениями, состоянием поверхности СП (Н, _k, Ф2-Ф4); твердостью Т (Н, Тох, Ф2-Ф5); дефектами структуры ДС (Н, x, y, z, Ф2-Ф5), определяющими более медленные производственные изменения.

Еще более медленны обычно производственные изменения функционирования оборудования ФО 1.1-1.4 (3j, Ф1-Ф5, Н, СП, Т, x, y, t.

Пример использования ТД в разработке технологии с учетом производственных изменений в ИП иллюстрирует, что посредством термосенсорного устройства 3 (блок 17) можно адаптивно управлять через систему управления 1.1 процессом ИП. При этом могут быть достигнуты максимальная технологичность, необходимое качество паяемого шва по рациональным уровням: пайки УП (состояния C1-СЗ непропая, нормы, перегрева); дефектов структуры ДС (допустимого С4 и недопустимого С5 уровней); твердости Т (нормального С6 и аномального С7 уровней).

Реализация рассмотренных функций ТД согласно условного (хотя бы по разделению плоскостных и временных состояний) примера информационной структуры состоит в следующем.

На входе термосенсорного устройства 3 подлежат визированию: зоны 3i паяемых деталей 1.5, 1.6, по стыку 1.7; а также зоны 3j оборудования 1.1-1.4.

В результате ТД должны формироваться информативные данные о плоскостных состояниях : деталей 1.5, 1.6 (СП, ГС, Т, ДС) и функционирования оборудования 1.1-1.4. А также о временных состояниях ИП (Н, НП, Ос, СП, Т, ДС, ФО, УП) визируемых 3i в сопоставлении с диагностическими характеристиками деталей 1.5, 1.6 и их соединения 1.7, оборудования 1.1-1.4 и циклами работы персонала, выполняемой программы и т.д.

Данные о плоскостных и временных состояниях на этапе разработки технологии определяют обработку статистическую, оперативную (адаптивную для автоматизированных процессов управления в системе 1.1) и само производство конструкции.

Получение информации о плоскостных и временных состояниях определяется взаимосвязью операционных преобразований ТД, показанных на фиг. 3.

Вспомогательный блок спектрально-амплитудных преобразований СП характеризует посредством спектрального оператора градиентного сигнала _i (Г) состояние, загрязнение поверхностей деталей, определяющие излучающую способность и причины дефектов для возможного их устранения (Ф4, Ф5). Уровень излучающей способности уточняет амплитудную и амплитудно-временную информацию блоков 19, 20.

Функцией базового блока 19 являются амплитудные термооценки: нагрева Н, поиска, распознавания неправильно работающих, неисправных элементов при функционировании оборудования ФО (1.1-1.4) и осадки Ос (1.7), - получаемые посредством реализации по (1) из Е (x, y) оценки приращений операторов выделения градиента Г или(и) площади П визируемых областей 3i, 3j, режимов (существенно отличающиеся динамичные изменения Г, П из реперных точек "неизношенных", т.е. нормально функционирующих, зон 3j); полей дефектов визируемых зон 3j для изменений, проявляющихся в темпе проведения процесса пайки конструкции. Причем, амплитудно-градиентные дублируемые оценкой площади по (1) и (2) термооценки внешних и внутренних дефектов являются базовыми для последующих преобразований в блоках 21-26.

Амплитудно-временные термооценки в блоке 20 могут разделяться отдельно по нагреву и по охлаждению.

Термооценки нагрева: нагрев Н (Ф1-Ф5; t; Г; Гi); обнаружение неисправной работы, неисправных элементов ФО; прогноз уровня пайки УП (Н; t; Эос; Эн; 1.2, 1.4, 1.7); интегрирующая по времени нагрева tн оценка уровня УП (П, tн); быстрые изменения режима при колебаниях энергии питания по Г (t) "исправных" точек зон 3j нормально работающего оборудования. Причем, если колебания напряжения питающей сети просто измерить электрически, то колебания в системах 1.2-1.4 определяются посредством пироэлектрических преобразований.

Термооценки охлаждения: состояния УП соответственно Ф3 по интегральной оценке градиента Г охлаждающейся за время tз1-tзк термоэнергии паяемого соединения, визируемой из зон 3i; корреляционного определения твердости по максимальному совпадению кривых охлаждения контролируемой Г(t) и эталонной Гэ(t) твердостей, визируемых из реперных точек или сводящихся к ним интегральных оценок зон 3i.

Блок 22 преобразует исходные амплитудные сигналы к нормированному уровню Е (x, y), далее везде, если не оговорено обратное, позитивного контраста (высокий уровень - объект, низкий - фон), электрически представляемого, как U (1,0). E (X,Y) - достаточно по амплитуде для последующих преобразований на базе (1) и (2), которые пространственно используются в блоках 22-26.

Блок 23 представляет собой геометрические оценки: геометрии стыка ГС, нагрева Н, функционирования оборудования ФО, прогноза Ф1 уровня проплавления УП, твердости Т, состояния поверхности СП, осадки Ос, дефектов структуры ДС (1.1-1.4, 1.7; Zi, Zj; x, y, z; tн, tox, tj).

Блок 24 на основе нормирования от блоков 21 и 22 амплитуды и площади (в ряде случаев нормирование по площади необязательно) представляет оценки, в том числе геометрии стыка ГС. Определяемые оператором расстояния P между траекториями Ц трещин, скелетов, скоплений дефектов или между реализациями случайного процесса, распознаваемыми на принадлежность к определенному классу состояний С1-С7. А также оператором Ор распознавания опасного направления траекторий трещин, скопления дефектов.

Блок 25 на основе нормирования от блоков 22 и 23 амплитуды и площади (в ряде случаев нормирование по площади необязательно) представляет в виде операторов оценок скорости Ск и направления движения НД для 1.2-1.7: сжатие, определяемое, например, по реперной точке из 3j для оценки состояний оборудования и временных стадий пайки; дефекты структуры ДС; оценки реализации случайного процесса распознавания состояний С1-С7.

Блок 26 на основе нормирования от блоков 22 и 23 амплитуды и площади представляет в виде операторов М, Д вероятностные оценки: скоплений, пор, раковин: реализаций случайного процесса формирования распознаваемых состояний С1-С7 по функциям Н, Ос, СП, Т, ДС, УП, ФО.

Представленный фиг. 4 алгоритм А1 термосенсорных диагностических оценок амплитудных изменений, содержит кроме амплитудных градиентно-экстремальных оценок все рассмотренные на фиг.3 операционные преобразования.

Сущность показанных в блоках 23-26 на фиг. 3 операторов, реализующих преобразования (1), (2) из нормированного Е (x, y), полученного от исходных операторов Г, состоит в следующем.

Исходные сигналы ТД ИП преобразуют оператором площади П, частично дублирующим на плоскости амплитудные сигналы Г, фиксируют в заданный момент времени амплитуду центральной области объекта, пропорциональную площади растекания входного Е (x, y).

Оператор связности С характеризуется пороговым пропусканием от замкнутого внутреннего выреза сигналов, меньших фона после преобразования (1) исходного негативного контраста объекта Е (x, y), где фон представляется высоким уровнем, а объект - нулевым. Наличие такого сигнала определяет замкнутость, количество таких сигналов для объекта определяет его связность, а амплитуда внутри его выреза - его площадь.

Предварительно нормированный по амплитуде оператор конфигурации k реализуется сопоставлением представленной Е (x, y) контролируемой и накладываемой на нее соосно вращением относительно ее центра эталонной конфигурации kэ с фиксированием их совпадения при наименьшем рассогласовании.

Оператор предварительно нормированной по амплитуде центральной области Ц реализуется пороговой селекцией вершины рельефа растекания по преобразованию (1). В сплошных объектах он в итоге представляет компактную центральную область, а для протяженных участков (трещин, раковин, скоплений пор и т.д. скелетные траектории).

Оператор узлов (разветвлений) У перед преобразованием (1) нормируемого по амплитуде и площади изображения Е (x, y) исходной траектории определяется пороговой фиксацией увеличения амплитуд в месте энергетического скопления, в узлах.

Для определения оператора изменения направления траектории ИТ нормированного перед преобразованием (1) по амплитуде и площади изображения Е (x, y) исходную траекторию рассматривают на участке фиксированной области с наибольшей стороной, перпендикулярной направлению траектории. При отклонении на этом участке траектории фиксируется увеличение ее площади, пропорциональное изменению траектории.

Оператор ориентации Ор определяется наложением на исходное для преобразования (1) изображение Е (x, y) полосового фона, вращаемого на заданный угол ориентации. Вместо вращения фона может быть использована и вращаемая на угол ориентации анизотропная фильтрация Е (x, y). Промодулированные таким образом объекты, совпадающие с информативной ориентацией, дадут сигналы достаточной амплитуды, проходящие пороговое преобразование.

Оператор расстояния P определяется наложением на исходное для преобразования (1) из Е (x, y) вращаемого полосового фона. В промодулированном таким образом сигнале исходного Е (x, y) негативного контраста (высокий уровень - фон, низкий - объект) с попавшими в полосу пропускания условно точечными объектами отрезок расстояния между ними в отличие от участка расстояния объекта до границы изображения имеет размытые фронты начала и окончания. По амплитудам центральной части этого отрезка оценивают расстояние.

Операторы скорости Ск и ее изменения выделяются при преобразовании (2): по искажению переднего и заднего фронта в направлении движения пропорциональными Ск: по растягиванию площади следа, по снижению амплитуды.

Оператор направления движения НД определяется наложением на исходное при преобразовании (2) изображения Е (x, y) полосового фона, вращаемого на информативный у гол направления. Здесь также как для оператора Ор может быть использовано анизотропное преобразование Е (x, y). Промодулированные таким образом объекты, совпадающие с информативным направлением дадут сигналы достаточной амплитуды, проходящие пороговое преобразование. Селекция приближения или удаления производится по крутизне фронта в направлении движения.

Вероятностные операторы математического ожидания М, дисперсии Д, среднеквадратического отклонения характеризуются пороговой селекцией вершин обобщенного рельефа растекания преобразованной по (1) совокупности. Причем, пороговые преобразования вершины определяют: центральное положение области - М, ее амплитуда - Д, а квадратично преобразованное значение амплитуды - . Оценки М, Д, могут быть эквивалентны распределению термоотклика от дефектов скопления пор, раковин, при этом: М - соответствует центру скопления, Д - площади, - среднему радиусу.

Работа устройства согласно фиг.4, 5 осуществляется следующим образом.

После включения устройства по алгоритму А2 (фиг.5) производится ввод исходной информации в блок 11, заключающийся в следующем.

Через значения электрических потенциалов И, Ив задают значения потоков исходных Ф и вспомогательных Фв излучений и эталонные для конкретного вида пайки (полученные ранее экспериментально) характеристики. В память блока 11 вводят входные и эталонные кадры изображений электрических потенциалов тестирования Ит, Иэ. Формируют согласно рассмотренному на фиг. 1-4 соответствующие конкретному технологическому процессу параметры, пороговые значения и характеристики, прежде всего определяющие выявленные согласно фиг.3 операционные преобразования различных зон и областей визирования. Их аргументами являются координаты x, у, длина волны и время t. Введенные исходные данные используют на начальном этапе в настройке, обучении и далее в периодической программной самодиагностике и самонастройке.

Настройка устройства 3 по программе блока 11 состоит из следующих операций.

Управляемый блоком 11 излучатель 5 формирует тепловой поток Фв, величина которого определяется разностью потенциалов И электрических сигналов температуры среды Ис (формируется в блоке 11 от термодатчика 10) и температуры И исходного ИИ (фиксируется блоком 11 от термодатчика 8). Изменяющаяся температура среды посредством связей датчика 10 и блока 11, изменений в основном функционировании посредством связей блок 11 - излучатель 5 - термодатчик 8 - блок 11, отслеживается разностным сигналом, корректирующим первичное значение И. Таким образом стабилизируется разностный поток теплового излучения с излучателя 5 для настройки, и последующих самодиагностики и преобразований. Подобно рассмотренному обеспечивается стабилизация разностного уровня И внешнего теплового потока с излучателя 9 посредством связей датчик 10 - блок 11 и блок 11 - излучатель 9 - датчик 8 - блок 11. В обоих случаях при стабильном формировании излучения формирователей 5 или 9 даже при небольших значениях температурных сигналов И, но при малом времени t легко получить значительные изменения Ф (И) во времени. Например, не сложно воспроизводимым изменениям в тысячи градусов в секунду соответствует имитация высокотемпературных тепловых процессов в нормальных и экстремальных условиях формообразования (технологического и зарождений дефектов) в зонах паяемого соединения, термического влияния, в наплавке, в различных металлургических процессах, в шлифовке и т.д. Достигаются высокие точность, стабильность и большие диапазоны имитации широкого круга различных технологических и технических объектов близко к динамике реального функционирования. Посредством электронного преобразования ИИ можно не только обеспечить высокую точность настройки и самодиагностики, но даже один оптико-электронный канал многоканального устройства 3 позволяет тарировать остальные каналы. При этом регулируют усиление и выбирают положение рабочей точки в ответ на имитацию стандартных термовоздействий.

Согласно рассмотренному в режиме тестирования (блок 16) на излучатели 5 и 9 подаются соответствующие сигналы И_ТВ, И_Т управления с блока 11. В результате этого физически моделируются возможные реальные ситуации в нормальных и экстремальных условиях и проверяется работа всех оптико-электронных блоков и элементов устройства.

В результате нуль-компенсации тестовые сигналы излучателей 5 или 9, задаваемые блоком 11, исходные сигналы Ф тепловых следов 2 разными путями проходят блок 4, фильтры 6, 7, термодатчик 8 и формируются блоком 11. Задаваемый с блока 11 на излучатель 5 или 9 калибровочный поток Фок практически одновременно с основным потоком Ф преобразуется датчиком 8 и, соответственно, определяет нуль-компенсационный сигнал Иок (Ф-Фок), характеризующий уточненный контроль Ф с учетом электрических и оптических помех и погрешностей. Используя априорную информацию для конкретной технологии сварки посредством пространственно-управляемой блоком 11 частоты обтюрации в фильтре 6 исключают искажения входных сигналов.

Результаты проводимых одновременно оптико-электронных преобразований в пространственно-управляемых от блока 11, блоке 4, излучателях 5, 9, фильтрах 6 и 7, в термодатчике 8, фиксируются и сравниваются с известными эталонными результатами тестирования, записанными в блоке 11. Оцениваются погрешности _i этих преобразований (блок 17), которые соотносят с источниками их возникновения в компонентах устройства. Посредством блока 11 и регистратора 12 уменьшение погрешностей осуществляют путем: регулировок оптического и электронного каналов, масштабирования в блоках и элементах устройства, и табличных корректировок в блоке 11. При необходимости узлы с нерегулируемыми _i и отказами ремонтируют или заменяют в процессе эксплуатации устройства.

Таким образом, в соответствии с заданными в блоке 11 значениями И_т, Ив, Иэ исходное Ф(И) и вспомогательное Ф(Ив) излучения оптически одновременно формируют в блоке 4, излучателях 5 или 9, управляют пропусканием фильтра 6, спектрально преобразуют фильтром 7 в электрические сигналы термодатчиком 8. После чего в блоке 11 производят сравнение преобразуемых сигналов с учетом заданных, в том числе пороговых и эталонных характеристик Из. Тем самым осуществляют настройку и обучение, которые подготовят устройство к надежной работе. Подобно рассмотренному проводят самодиагностику и обработку сигналов в процессе функционирования устройства.

Настроенное моделированием и формированием термовоздействий устройство готово к реализации заявляемого способа при отработке технологии с визированием зон 3i, 3j (с обеспечением оптимизации технологии вплоть до всестороннего осмотра паяемого соединения 1.7).

Рассмотрим реализацию устройством 3 проиллюстрированного фиг. 1-4 на следующем примере.

Согласно вспомогательного блока спектральных оценок по нагретым от излучателя 9 зонам 3i или пассивному термоотклику от паяемого процесса оценивается оператором _i (Г) спектральный состав излучения поверхностей деталей с возможными на них загрязнениями. Обнаружение загрязнения детали помогает устранить трещины, раковины углеродистых сталей и других материалов.

ИИ от контролируемого объекта, проходя блок 4 и фильтр 6, в спектральном фильтре 7 преобразуется по-разному в зависимости от спектрального состава. Для исключения ложного срабатывания от общего перекрытия различных спектральных элементов используют в составе фильтра 7 вспомогательный опорный фильтр для последующего разностного суммирования в блоке 11 всех, в том числе и опорного, электрических сигналов датчика 8 от зон различной фильтрации. При прохождении в контролируемой среде какого-либо объекта (детали, схвата робота и т.д.) разностного суммарного сигнала не возникает и не происходит формирования ложных сигналов. Если же в контролируемом объекте, например, в сосуде или в трубопроводе есть недопустимые дефекты, приводящие к термоградиентным утечкам, или в процессе пайки тепловые потоки проходят через спектральные составляющие фильтра 7, соответствующие появлению определенных спектральных компонент, тогда возникает разностный сигнал И () обнаружения и интенсивности обнаруживаемого спектра вещества больший порога И". Таким образом контролируют присутствие загрязнений свариваемых поверхностей и припоя. При этом тепловой поток, содержащий сигнал определенного спектрального максимума, разделяют путем фильтрации в разных спектральных диапазонах, а электрические сигналы отфильтрованных потоков разностно усиливают.

Далее рассмотрение существа изобретения на конкретных сугубо иллюстративных примерах его использования для различных процессов бесконтактной ИП не означает, что такие решения единственно возможны и исчерпывают весь объем притязаний технического решения.

При включении тока по U от Г(t) с учетом значительных колебаний питающей сети, а также технологических изменений геометрии паяемых деталей определяют наличие процесса пайки и диагностируемые состояния на стадии прогноза Ф1 и контроля Ф2.

Определяющий качество технологии паяемого соединения блок геометрических оценок 23 (фиг. 3) посредством бинарно преобразованных исходных сигналов с учетом пассивного и активного (повышающего помехоустойчивость при посторонних засветках) визирования 3i, 3j может реализовываться по разному в зависимости от конкретных условий применения операторами Г, П, С, К, Р, Ор, У, И.

Оператор К (x, y, z, tk) с визированием 3i позволяет оценить форму дефекта, остроту трещины. При этом основные преобразования производятся через блок 4 с управлением от блока 11 фильтра 6, где формируется вращаемая эталонная конфигурация, а затем через фильтры 7 и термодатчик 8 в блоке 11, формирующем результат сравнения.

Операторы Р (x, y, tц), Ор (x, y, z, tц) обеспечивают распознавание края и контроль трещин и скелетов скоплений дефектов. При визировании зон 3i оператор Ор подобно рассмотренному определяется преобразованиями по основной цепи 4, 11, 6, 7, 8, 11.

Таким образом реализуемые геометрические оценки позволяют диагностировать аномальные состояния, совершенствовать управление давлением.

Диагностирование режимов оборудования, процесса пайки, определение полей дефектов и оценки твердости по амплитудным оценкам с помощью градиентов Г происходит посредством пассивного визирования 3i, 3j. Основное преобразование сигналов осуществляется по цепи 4, 6 - 8, 11. Оператор Г (с дублирующим действием оператора П) при визировании на 3j для реперных точек (или сводящихся к ним площадей) с известной исправностью позволяет, например, с помощью дифференциальной пирочувствительности в течение цикла Тц определять отклонение режимов давления в системе 1.2, охлаждения - в системе 1.3, электрического питания - в системе 1.4. При визировании 3j оператор Г дает возможность в процессе нагрева оценивать по +Г(t) износ. При этом эффективность обнаружения износа определяет экономию электроэнергии, увеличение производительности, уменьшение перегрева, трещин, раковин, улучшением качества с меньшей вероятностью непропая, перегрева и дефектов.

По +Г(t) определяются диагностируемые состояния процесса пайки на стадии прогноза Ф1 на выбранном отрезке в начальное время подачи тока. В процессе прохождения тока +Г(t) большее или равное прогнозируемым пороговым уровням позволяет предвидеть перегрев (ведущий к увеличению ЗТВ, к ухудшению свойств паяемого соединения, к уменьшению прочности), а-Г (1) меньшее или равное пороговым уровням позволяет предвидеть непропай. Соответствующие сигналы с блока 11 могут обеспечить адаптивное управление системой 1.1 в течение цикла пайки.

На стадии контроля Ф2 во время прохождения тока до его выключения +Г (t) большее или равное контролируемым пороговым уровням определяет перегрев, а-ГСt) меньшее или равное оценивает непропай.

На стадии диагностирования Ф3 по охлаждению с -Г(Т) оценивается С1-С7, и главным образом адаптивно формируемые посредством Ф5, С2, С4, С6. При этом полученные блоком 11 значения - Г(1) интегрируются по временам нагрева tн и охлаждения tox, а эти оценки позволяют судить о реальном соединении. Контролируя при охлаждении после отключения тока Г(t), определяют согласно нормативным, экспериментально оцениваемым на стадии технологической подготовки данным оптимальные уровни управления осадкой (известно, что рациональная осадка, совместно с оптимальными режимами пайки увеличивает циклическую прочность).

Контролируемая кривая остывания Г(t) сравнивается с записанными в память блока 11 кривыми Гэ(t) эталонных твердостей. По совпадению с одной из них оценивается контролируемая твердость, с наименьшей погрешностью для низкотермопроводных сплавов. Приближенная оценка твердости поверхности 1.7 после активного визирования зоны 3i с помощью излучателя 9 или после прогрева током позволяет существенно влиять на качество пайки при оперативно контролируемых изменениях твердости в 1,5-2 раза. Контролируемая после пайки твердость характеризует достигнутое качество и может быть использована для обеспечения качественной пайки паяемого соединения.

В отличие от обычно на плоскости менее изменчивых по термоотклику вариаций твердости рассмотренные на фиг. 2, 3 градиентно-экстремальные термоотклики сигналов Ui перегрева в процессе охлаждения для дефектов поверхности и подповерхностных следов внутренних дефектов локально более изменчивы и могут требовать для распознавания различные оценки геометрии, взаимного положения, движения и вероятности (блоки 23-26, представленные операторами алгоритма А1 фиг. 4).

Вероятностный анализ дефектов и границ диагностических состояний предназначен для оптимизации управления качеством. Статистическая обработка информации о дефектах для увеличения циклической прочности важна еще и тем, что даже допустимые дефекты являются концентраторами напряжения, т.е. уменьшают усталостную прочность. При этом контроль дефектов внешних и внутренних проводится согласно таблице и фиг.1 - 5 как для деталей, так и для результата паяемого соединения 1.7.

Рассматриваемый полный комплекс термосенсорных оценок многостороннего визирования на образцах паяемых соединений с обеспечением ТД собираемой и затем паяемой конструкции обеспечивает подготовку производства. Производственный процесс на базе отработанной технологии определяется существенно меньшими объемами визируемых преобразований, достаточных для конкретных объектов О, функций Ф, зон 3 визирования.

Таким образом, достигнутый технический результат состоит в том, что существенно повышается надежность и расширяются функциональные возможности диагностирования в реальном времени ведения бесконтактной ИП за счет следующего.

При настройке, самодиагностике и работе формируют термовоздействия, основное и вспомогательное (через отверстие зеркального объектива), излучением на объекты 01-07, что позволяет: значительно снизить оптико-электронные статические, динамические погрешности; обеспечить необходимые функции Ф1-Ф5 и большой спектр преобразований ТД на основе термосенсорных оценок.

Спектральным контролем на основе частотной селекции ИИ оценивают уровень и возможность дефектов по распознаваемым загрязнениям поверхностей визируемых паяемых частей деталей, флюса и припоя.

Градиентно-экстремальным преобразованием временных и пространственных изменений амплитуд исходных сигналов с высокой помехоустойчивостью обеспечивают все термосенсорные преобразования с минимальным влиянием изменений, теплоотдачи и теплофизических характеристик.

Световодная, точечная организации пассивного и активного получения исходной информации из различных зон паяемого соединения, в том числе преимущественно при технологической подготовке производства с обратной стороны области стыка паяемого соединения, а также областей визирования, контролируемых поверхностей оборудования обеспечивает расширенный спектр преобразований ТД качества пайки.

Совместное использование формируемых термовоздействий спектральных градиентно-экстремальных преобразований и рационального оптоэлектронного визирования ИИ выбранных информативных зон обеспечивает следующие основные термосенсорные оценки диагностирования (в свою очередь определяемые и определяющие прогноз, контроль и адаптивное управление).

Суммарной оценкой и соответствующими группами порогов по времени цикла прогнозируют, контролируют и диагностируют состояния: перегрева, нормы, непропая; достигнутые уровни нагрева и охлаждения; функционирования оборудования; осадки.

Точечными оценками остывания: оценивают путем контроля совпадения текущей термоградиентной кривой с одной из кривых эталонных твердостей - твердость деталей или паяемого соединения; дефекты поверхностей и в глубине деталей и паяемого соединения.

Проводят распознавание объектов, в том числе дефектов, посредством проквантованного и бинарно преобразованного Иi(1,0) или Иi(0,1). Формируются геометрические оценки: центра, скелетов, траекторий, расстояния между ними, местоположения и разветвленности узлов протяженных траекторий, изменения их направлений, замкнутости, ориентации, объема, площади, протяженности, скорости, направления движения объектов, статистической оценки их совокупности.