Установка для вытягивания стеклянных трубок

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 03 В 23/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4938545/33 (22) 24.05.91 (46) 23.04.93. Бюл. И- 15 (71) Конструкторское бюро Гюйс" (72) А.К,Глотов, Н.А.Калинин, В.М.Ганюченко, О.А.Мельников. Н.M.Mapoa (73) Н.А,Калинин (56) Авторское свидетельство СССР

N 1209615, кл. С 03 В 23/04, 1984, Авторское свидетельство СССР

N 1659366, кл. С 03 В 23/04, 1989, (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫТЯГИВАНИЯ

СТЕКЛЯННЫХ ТРУБОК

Изобретение относится к производству стройматериалов и может найти примене- . ние 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;, Ж,, 1811506 А3 (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.3 — 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 заго- (Я товки. каркас 2, на котором смонтирована С) вертикальная печь 3 с устройством регули- О рования температуры (на чертеже не показано), механизм 4 подачи заготовки, датчик у, 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

1811506

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

Механизм 4 подачи заготовки выполйен 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

10 прижимного ролика 25, тянущего ролика 26, установленного на валу 27, движение кото, рому 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 димую 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 направ30 лении 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 (смфиг,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) 56, 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 (ПЬПП) 69, программируемые таймеры (ПТ) 70 и 71, пульт 72 управления (ПУ), программируемое устройство 73 ввода-вывода (УВВ) параллельной информации зеркала 26, поворотных зеркал 37, 38 и фокусирующей линзы 39, каретку 40, перемегдающуюся по направляющим 41 (см. фиг,1), жестко закрепленную на каркасе 2 и приво- 25 различного 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 шаговых 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 t900 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 напряжения питания генератор 53 тактовых импульсов вырабатывает сигналы;

Р (начальная установка) — по которому производится начальная установка микропроцессора 54, тактовые сигналы Ф1 и Ф2, определяющие тактовую частоту работы М К

54, Г (готов) — информирующего МК 54 о готовности внешних устройств к обмену информацией, которые поступают на соответствующие входы MK 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 — состояwe, 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) MK 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 управле1811506 ния, 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 5762. 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 V>, скорость подачи V, длина отрезаемой трубки Ь,д, наружный диаметр вытягиваемой трубки

О д. 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 2 где N — число, заносимое в счетчик канала, 0 — диаметр вращающегося ролика, f<- значение частоты генератора тактовых импульсов, 10

ip — коэффициент редукции, V — 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 с блока 19 управления, определяющих скорость и направление вращения шаговых двигателей 15, 16, 17, 18 блоки 11, 12, 13, 14 управления осуществляют ээпитку и коммутацию фаз с целью обеспечения вращения роторов в требуемом направлении с определенными угловыми скоростями.

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 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 вытягивается конец блока.

Вращающийся ротор шагового двигателя t6 механизма 7 вытяжки с помощью редуктора 28, вала 27 приводит в движение тянущий ролик 26 механизма 7 вытяжки.

Вытянутый конец блока заправляется"оператором междутянущим 26 и прижимным 25 роликами. В результате силы трения между вытягиваемой трубой 80 и тянущим роликом

26 производится вытяжка трубы из разогретого блока 79 с заданной скоростью вытяжки.

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

40, перемещающуюся по направляющим 41 каркаса 2.

Вытяжка в автоматическом режиме при включенном тумблере пульта 56 управления

"Автомат", с целью уменьшения транспортного запаздывания производится путем перезадания скорости вытяжки в соответствии со значением наружного диаметра измеренного датчиком 5, устройство оптического контроля, которого расположено 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 измеренного 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, Сиг1811506 поступает на вход микропроцессора 38 в момент поступления информации о приеме наружного диаметра. Регулирование наружного диаметра осуществляется путем изме5 нения значения скорости вытяжки.

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

10 соответствии с формулой, Vb — 1 (DE — 1 Кф! + go El + ч! Š— 1 + g2 F — 2 ) Vbl — (3) ГДЕ Ое1-1 — ЗНаЧЕНИЕ СКОРОСТИ ВЫтЯжКИ, ВЫводимое в предыдущем цикле, О эд — заданноезначение наружногодиаметра, D51-1 — значение наружного диаметра, 15 измеренное в предыдущем цикле вторым датчиком 5 наружного диаметра, я — отклонение измеренного от заданного значения наружного диаметра в текущем цикле, 20 ю! — 1 — отклонение измеренного от заданнОго значения наружного диаметра в предыдущем цикле, я i — 2 — отклонение измеренного от заданного значения наружного диаметра в 25 цикле, предшествующем предыдущему, Кф! — отфильтрованное значение коэффициента коррекции, go, g1, д2 — коэффициенты ПИД-закона регулирования.

Коэффициент коррекции рассчитывается по формуле

Ккор

05! (<)

О5!

Й= 05! . Кф! — Оэад (8) (9) !

-тек 1-эад

Ьек = Vi-1 tjl

I =1 (10) налы с датчиков 5, 6 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 где О5! — значение наружного диаметра, измеренного первым датчиком 6 в 1-ом сечении трубы, D5i — 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 фррмуле

Втек L5,6, (5) где L5, в — 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;

5тек = Vi-1 . ф (6)

i = 1 где Чь1 — 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 s соответствии с формулой:

Кф! = Кф!-1 + (Кф!-1 — Ккор!) К, (1) где Кф1-1 — предыдущее отфильтрованное значение коэффициента коррекции, К вЂ” 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 разрезается на трубки заданной длины, Определение момента выполнения отрезки трубы производится по формуле: где Ьек — текущее значение длины отрезаемой трубки, Ьек — определяется по формуле:

1811506

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 эа счет перемещения зоны взаимодействия излучения со стеклом по толщине детали и по окружности предполагаемой резки, Проникновение пучка в толщину материала происходит одновременно с разделением зэ счет разрушения материала, Ввиду большой длины заготовок, нареээемых 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:

Vai= К. Чвь где К вЂ” 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 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 переключение переключателя 30 оп ти10

20

45

50 ческих 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), При достижении кареткой 40 нижнего конечного выключателя 10 направление движения каретки 40 измЕняется на противоположное. В противоположном направлении каретка 40 движется с повышенной скоростью с целью сокращения цикла отрезки, При достижении кареткой 28 верхнего конечного выключателя 9 каретка 28 останавливается.

Для,обеспечения постоянства оптической связи через оптические каналы 31 и 32 зеркала 33 и 37 перемещаются вокруг трубки синхронного с зеркалами 34 и 38. Переключение лазерного излучения от источника

29 с оптического канала 31 на оптический канал 32 и: соответственно, завершение прорезания одной. полуокружности трубки

80 и начало прореэания другой ее полуокружности осуществляется по сигналу с блока 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 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 "подьем блока" подымает блок. Далее процесс вытяжки повторяется, Формула изобретения

Установка для вытягивания стеклянных трубок, содержащая механизм подачи заготовки, вытяжки и отрезки трубки с соответствующими блоками управления их шаговыми двигателями, блок управления установкой, два датчика наружного диаметра трубки, один из которых размещен под вертикальной печью, другой — в зоне формования, два конечных выключателя, размещенных в зоне механизма отрезки, причем датчики наружного диаметра и конечные выключатели подключены к соответствующим входам блока управления установкой, выходы которого подключены к соответствующим входам блоков управления шаговыми двигателями механизмов подачи заготовки, вытяжки и отрезки трубки, о т л и ч а ю щ ая 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

iv i iauo

12 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, 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.

1811506

1811506

1811506

1811506

1811506 ы ьиь

181150б

Составитель И. Плотникова

Техред М.Моргентал Корректор С. Патрушева

Редактор

Заказ 1461 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101