Stuureenheid voor het servo mechanisme voor een vonkerosiemachine

Stuureenheid voor het servo mechanisme voor een

vonkerosiemachine

Citation for published version (APA):

Janssen, F. (1972). Stuureenheid voor het servo mechanisme voor een vonkerosiemachine. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Laboratorium voor mechanische technologie en werkplaatstechniek : WT rapporten; Vol. WT0298). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1972

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

~ techni'sche hogeschool eindhoven

1f

laboratoriym voor mechanische technologie en werkplaatstechniek

' - - - . - - - J

rapport van de '.die: Werkplaatstechniek titel:

STUUREENHEID VOOR HET SERVO MECHANISME VOOR EEN VONK-EROSIEMACHINE

r--.-.---.---... ---.---~---_I

auteur(s):

F. Janssen

---_.-_._---1

secti.1 eider: lr. C.J. Heuvelman

---.---.---~ hoogleraar: prof.dr. P.C. Veenstra

!--_ .. _ - - - !

samenvatting

---~ progno ••

' - -_ _ _ _ _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ...J

biz. van 15 biz. rapport nr. 0298 codering: tr.fwoord: vonkerosie

I

I I !

I

datum: oontal biz. 15 -geschikt voor publ icatie in:

I·fT-Rapport No. O~8 bIz. 1

Inl eicing

Pi j het elekt:ro-flrosief bei<Te:rkingAp:roces vonkveTSranen

moet. men ervoor 7,nreen dat de affltand tusflen de elektrade en het. werkstuk (oak weI spleetbreed te f"'enoe-rrd) narenoet" ):onstant bJijft..

Hi enmor {'er)ruikt mf'n een retel flteCJ11 oat als VO.Let werl<t:

verstf'r-ker voor bef-1t,A". h nf'(' . '. wel'k-spleet sp ee

,-'----"-' ... ...,.. ...

~---__f brf'en te Reneol' fit;uur 1.

T:et een 'I'.rerr-elj jkinC'florraan i>rord t het verschi 1 tussen fl e

.('f'1<TFn st.e en de werkeli j}~ 8anwe7ic:e spleetbreedte ,rremeten.

~J s spleetl'reedte-sensor wordt hierbij (le

remiddeldevonk-sn::mY'inrr ,O"ehndkt. De"verschilll-spanninp-en worden versterkt

en d i enen vervolcens alB stuurRpanninf veor het

be'we,rrinps-p"ec hani FlTfle. T)i t 7iayc"t erV()nr oat fie werkeli jke 8fstand

tus-sen elek+rofle en i .. r_e1"'kstuk stecdso'eliJk blijft aan de

·evTenste splee reente.

Vnor rie snelle KOY'te verplerlt.sinf'en (

!.

1 mr .• ) is een

ektY'n-hYc1Y'f'ul iseh syst.nm r'e'hrujl<t. lIe hydrFlulische motor Rtuurt

via pen vernlaAt8in~8ornemer Ben elektromotnr, welke vonr ektrode in het i'Terkstuk

>---r--r--t hydraulische servo fjlter I werkstuk , I (vast) I I I I / _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ..J vonkproces

WT-Rapport No. 0298 biz.

3

De vonkspleetsensor

We hebben eezien dat als spleetbreedte-sensor de vonk-spanni.np.: wordt gebruikt, en weI de c-emiddelde spanning _Uf over de spleet. De momentane spanning u_f staat hieronder r"etekend:

~r

OPEN

~'Iet behulp van sparminren een

zj et:

UrI

OPEN

I figuur 3.

een filter kunnen we van deze pulsvormir;e eelijkspannin{'" maken die er als voIgt ui

t-:smOSIE I

I

I figuur 4. I

KORTS1 UI TIN G

1,-1e zien hierui t dat er drie toestanden voorkomen,nl: a) open ~panning, d.w.z. de spleetafstand is te eroot b) Yonkspanning, hierbij is de breedte juist goed c) kortsluitinCt waarbij de afstand te klein is.

Ret ~.rarminGsverschil tlJ.ssen open spanning en vonkspannin~ is echter rroter dr-m net verschil tussen vomkspannine ell kort~lui tspannine:. fir moet derhalve nog een sparm,in{!sdeling worden uitgevoerd voar de open spanning omdat andere geen f!YT'1J"'etri sche f!turinc kan word en verkregen, en dus geen

ee-l j ~ke f!nelheid bij spleetverpToting en spleetverkleining.

"fret filter met de spannin{,;sdeler ziet er dan als voIgt ui t, ( zie schema 5, bIz.4):

vlT-Rapport No,. 0298 bIz.

4

fie;uur

2.

( De diode berrenst de sp anni rip: op punt A tot -40 V. t.o.v. punt B.

Het filter is z6 f'emaakt, dat op de uitgang een negatieve spanning van ca. -2Volt verschijnt bij open spanning over de spleet. Bij vonkoverslae is deze uitgangsspanning eelijk aan de helft van boveneenoemde spanning, dus ca. -1 Volt, terwijl het filter bij kortsluiting een spanning eeI1jk aan

o

Volt afgeeft,(zie

f1e.6).

OPb'N EROSIE ----.Jot

o-'r---~~---~~---=---KORTSLUITING

WT-Rapport No. 0298 bIz. 5

Besturing hydromotor

De van het filter afkomstic:e spannin{,;en faan we TIU Ce-bruiken als stuurspannineen voor de hydrauli!:lche motor. We voeren de uitcang van het filter nl. toe, via een weerstand van lOkn, aan de inverterende ingang van de operationele versterker P501,(zie schema 7 blz.6).

Op dezelfde ingang is bovendien een nulpuntsregeling aan-gebracht. Deze dient om de spanning die van het filter komt te compenseren.

Als er nl. vonken overslaan, dan verschijnt er een negatieve '1

spanning op de ingang van de versterker; dit is echter niet de hedoeling, omdat bij vonkoverslag de ingangsspanning van !cle versterker gelijk aan 0 Volt moet zijn. Met de potmeter van

50kn wordt de totale ingangsspanning op 0 Volt gebracht (O'of nulinstelline). !l1et behulp van de potmeter van 4700 kan fijninstelling plaatsvinden.

!l1et de operationele versterker kunnen we nl. spanningen optellen. Als de door het filter afgegeven spanning dus -1 Volt is, dan regelen we de potmetersz6, dat deze de vonkspanning (van het filter) juist compenseren.

Als de spleet dan te groo,t is dan verschijnt op de ingane van de versterker een meer negatieve spannine, zodat er nu een verschilspanning optreed t; di t i s de stuurspanning van de versterker.

Bi j kortslui tine gee;f,t het filter geen spanning af (0 Volt) maar door de instelling van de potmeters staat er een

po-si tieve spanning op de ingane van de versterker.

De terugkoppelweerstand is 10kn, evenals de ingangsweer-stand ~ran de vonkspanning, zodat op .. arnp. een versterking Geeft van -1 maal.

De uitF,an~sspanninc van de op.amp. is vervolgens via een rotmeter en een filter (voor optimalisering van het proces)

~anc:esloten op de niet-inverterende ingang van de op.arnp. type 31~8. De uiteane- hiervan is rechtstreeks aangesloten or het ~poeltje VAn het hydraulisch servoklepje.

14 0=-;

t----,

+15'1 \..-22-""--

4

12 ,-1, Nulpunt I I I ' 4.7

k:

~

__

I I 11 I -I I ~r 15 , . . _ _ _

f!

0-:=--:(

J---J

- 15'1 "--2-2 k.---+J5V

0----1

.If

r,

I I I ~­ l2 10k U. I

r"-

_{I '} I I I , ,uk I ll __ I ~ 13 I I -I I L",.I I 139k 2mf o

besturing hydraulische servo

! r- - .... -I

,

I ,.J., I I I I I I ..L -~ I"'~ ~ : I I I LTJ

,

,

_,

I '-

.

I I .... t.:'': .-:1

::;

• I L - - 0 - - _ ... Demping '-. ,... I ~ spoe van ~~ servo klep .. ~ ? I '2 560

=:Lo

16 (snehids-opnemer )

"

..:0.. aansluitklem von print

WT-Rapport No. 0298 bIz.7

De ui te:angsspanning van de. tweede versterker kan dus zO'l<'JPl

positief als negatiefworden; (positief bij open sp r over de spleE:t en ner:atief bij kortsluitinF).

l!ierdoor wordt de as van het hydromotortje omlaae resp. omhooE' bewogen en de spleetbreedte dUB op de juiste waarde gehoud en, zodat er optimaal t::evonkt worot.

N.B ..

Om de bewecinp:Bsnelheid van de hydromotor in de hand te houden is op de niet-i.nverterende infane van de tweede op.arnp. bovendien nog een dempingsre~elaar aane€-bracht.

WT-Rapport No. 0298 bIz. 8

Sturing elektromotoT

Ret omlaa{~ en omhoog rA.nT1 "Iran de as van de hydroIDot(')1" wordt door een verplnatsine:sopnemer omc;ezet in een ~pan­

nin{,". De opnemer meet nl. de positie van de binnen-as t.o.v. de cylinder die door d.e elektromotor wordt aanr::edreven,

(zie schema 2 blz.2).

De~e opnemer bestaat uit een oscillator en een demodulator met filter welke doo.r een transformator zijn r:ekoppeld.

+

OSCILLATOR

~

DEMODULA'1'OR

r

met

(-

FILTER

01/ _ _ ----1 fi{";Uur 8.

Afhankelijk van de stand van de kern (in dit P:'eval de as van de hydromotor) geeft de opnep1er een spalming af.

Als de kern precies in het midden staat is deze spanning nUl. Bij 11i twijking ui.t de middenstand naar beneden (dus

als de spleet ten:root is) geeft de opnemer een positieve '1(1

spanning af en bij een uitwijking naar boven (kortsluitinr:) een nevatieve spanning.

De spanning van de opnerner vTord t {"ebruikt als stuurspan-ning voor de elektromotor.

Via een potentiometerschal.celine word t deze spanning nl.

e·-revoerd aan de niet inverterendE ineang van de op.amp.PC::Ol

(~ie schema 9 bl?; 9). 'De uit:C"an{", van deze op.amp. paat naar de versterker voor de elektromotor.

De?;€' versterker bevat 4 transist.oren (2 npn en 2 pnp).

Bij de instellinr van deze transistoren is er van uitge-."'aan

r

at er in TllSt. noe jui st een stroom loopt. Daarom zi jn

OAZ 204 OVo-__________ ~ ________ ~ __ __. .';' -" J

-,'" ,... 'i '..0

.

3 yon verplaatsings-opnemer 391e 4

.-,.1,

I I I I Ie I I 5 10 I

r--I 10

,

I I I L • .1 I

i::

~! oonsluitklem von print

2 " "op.omp. .1 look Op printpaneel voeding voor verplaatsingsopnemer 14 2 7

-OJ) en bij koelvin

+20V O---~---~r---~ 1.sk T3 loon T4 1.51.. -20Vo-____ ~ ________ ~ ________ ~ 20 O,H1 noor elektrarnoto 0.10 2n

''IT-Rapport No. O~98 bIz. 10

cr t1 d'1 odes iu Cl e ElchAkeling op{,enorren.

In T11Flt j A de stuurRpanninr rm1 en dus ook de sp;tnninr_{l' 0p} Of' emitter van de BelO?, welke met de diodes is verhonoen. Danr de diodes €chter in doorlaatricht1nc 7tijn c:eschAkeln

staat over elk yaTI de diodeEl ef'rl vast potentiaalversch11

van on{",evef'r 0,5 Vol t. 1,~e kunnen dan d1rekt zien dat de

basi s van T2 op een potentiaal van +1 Volt staat en de basis van T4 np -1 Volt.

De basis-efYli tterspanningen van T2 en T3 zijn echter ook ::!eder +0,5 Volt f'n van T4 en T5 zijn deze spa!L."1ingen elk

-0,5 Volt. Omdat de emitters van T3 en '1'5 beide op

nulpo-tf'ntiaal staan (in rust) zullen de transistoren dus net stroom kunnen \roeren. Zodra de. stuurspanninp; dus aanwezig

..

is zullen de transistoren reageren. F;r Zl In dus nu twee mage11 jkheden:

a) De stuurspanninc: 1s positief (d.w.z. de as van de hydro-motor staat naar beneden, dus over de spleet staat de open spannine), b. v. +3 Volt.

De basis van T2 staat dan op 3+( 2·0,5)=+4 Volt. Deze tran-sistor is dan in celeiding, evenals '1'3, omdat de basis van '['3 OJ? +3,5 Volt (=+4-0,5) staat.(de -0,5 Volt is afkomstie van de emitter spanning van T2). Ook over de

basis-emf tter van '1'3 staat een spanningsval van 0,5 Volt, zodat de uitcanE van de versterker weer op +3 Volt staat.

De transistoren '1'4 en '1'5 zijn niet geleidend alB de stuur-spanninr posi tief is( de basis van T4 staat n1. op +2 Volt ale de stuurepanning +3 Volt bedraaet).

b) De stuurspanninr is neeatief (bij kortslui tine) b.

'I.

-~ Volt. De basis van T4 staat oan op -4 Volt en T4 is (l1lS

Celeinend, evenals '1'5. Op dE' uite-ane; van de versterker ver-sC'hijnt 11U een nec-atieve spannine van. -3 Volt. Hierbij zijn

ele tranRistoren T2 en '1'3 resperd, omdat de basis van '1'2 op -2 Volt kamt te staan.

De ui tr-anr: van d eze versterker is vervolgens via een I'ieer-stann van lOOk.n teruE"fekOppeld naar de inverterende in:O'anc:'

WT-Rapport No. 0298 bIz. 11

van de op.amp. P50l. Omdat deze ineang bovendien met fen weerstand van 10kn aan aarde li['"t is de versterkin£: van deze op. amp.: lOOk + 10k= 11 maal.

10k

De ui teanr" "(ran de versterker is verder aaneesloten op de anker.wikke1ing van de e1ektromotol". Deze motor zoret el" dan voor dat de hydromotor al tijd oneeveer in het midden staat.

WT-Rapport No. 0298 bIz. 12

De voedinc:en

V~~r het servomechanisme en de besturinc: daarvan 7;; jn

ver~chjllende voedinc:en nodie, die aIle ui t Mm traTl.~forTl1at()r

worden rehaAld.(trafo No 0100), zie fig.lO bIz. 13.

In di t schema zien we o. a. een voedine voor +20 V en -?O V.

Hier"IToor worden twee secundaire trafo-wikkelingen eebruikt,

oj

e i eder 15 Volt afceyen en een stroom van 5Amp'eres kunnEn lever en.

ne~e 15 'Toltswikkelineen worden in serie gezet waarbij de t~,reeRPanYli TIP'en in fase 7>ijT1. Vervolgens woro t de nn verkre-gf"n 30 Volt wisF1elspanning celijkcericht met 4 diodes in de

G:rar _{t?;-schake1in{!. De ["e]i tjk["erichte spanning word t}

vervo1-feTIs TIor: af{"ev1akt met t"ref' e1co' s (elk 10.000 micro-farAo), waarbij oe rniodenAftakking van de trafowikke1ingen als nul-potentiaal funeeert. Op de?;e manier hebben we een voeding p'ekre["en d1 e +20 Volt en -20 Volt kan 1everen van 5 A.

Van deze voeding is bovendien een vaeding afge1eid die 10 V bij O,6~ A kan leveren. Deze is nodie; voer de ve1dwikke1in[" van de e1ektromotor. De voedinc; is opgebouwd ui teen zener-diode en E'en weerstand. V~~r de stroam door de zenerdiode kunnen we, voor een coede werkinc, 50 rnA nemen.

figuur 10.

v

-V De waarde van oe 't'leerstand wordt dan: R= ~ ?;

=

r

20 - 10

0,67 =15n. Hi erbi j is V s de j n.:-an{"sspannine en V z de zenerspanning.

Onder Ir verstaan we de stroom door de weerstand, d.i. de totale stroom,dus zowel de't:B.1everen stroom als de stroom door de zenerdiode.

Door de 1-reerstand loopt dus een stroam van 0,67 A zodat de ivarmte-oissipatie in de?le weerstand I2 • R=6,67 Watt be-0raal:"t. };r is daarom een 101fT 1.;reerstand voor e:enonen. N. B. De voedingen van + 20 V en -CO V "rarden gebruikt voor

• neffilter Trofo NS9100 ,...

-

-

-

- -

-

-

--.

Ej

lSV Gestab. Voeding 15 #oJ met 0.0. 0

,

~

2 xLM 300 15 #oJ 2" 2N .. 0362 lSV L. _ _ _ _ _ _ _ _ I 15V lQOOO fJ L -__________________ ~ ____ L _ _ _ _ _ . . O 100 V IOfJ 100 v 0 80fJ 100 V 100 V fi euur 11.

wrr-Rnpport No. O~qR blz. 14

de versterker van de e1ektromotor.

VerdeI' zien we een voeding voor +100 V en -100 V welke

no-flie: is voor de operationele versterker 3138 ·welke is opee-n('lmen in de besturinp- van de hydromotor.

Deze spanningen worden verkregen door twee roaal 85 Volt ,rrelijk te richten met twee gelijkriehteellen (type Fj\f 4505).

De n+ fI vaH de ene eel wordt verbonden met de "_" van de

an-dere en aan deze verbindinr: wordt de nulpotentiaal toefe-kend. De spanningen van +100 V en -100 V word.en vervoleens :rre+: e1co' s afRevlakt.

Fet ~chema van de pestabi1iseerde voedingen van +15 V en

-It::; V staat .Op bIz. 15, fie-. 12.0ok deze voec1inp.en hebben

[1 e nulpotentiaal als middenaft?J<:kinF. De met de ce11en

ver-kY'e[':en felijkspannineen ( ook hier type PM 4505) worden toe-reiToer(l aan twee "intep:rated circuitstt, die elk een

C"€s+a-1',; l j fwe:r(~e voedinesbron vorp'1en en 20 rnA kunnen leveren. De

ui t:-nncsspanninc word t bepaald door de weers tanden van l8k.n en 2, ~C:;kn.

Door een transi st.or rij elk 1. C. aan te slui ten kunnen we de me,~imnle stroom verc:reten van 20 rnA tot 200 rnA.

T\ese va edi ngen van +15 V en -15 V worden gebruikt voor ne

ver~tf"T'ker van de stuurschakel j l"lB ( zowe1 van de

hydrorno'-tor eJ.s va..'l'l (l, eJ ektromotoT').

V<>n de +1c:; V wordt bovendien een voedine van +6 V afeeleid rr.b.':}". een zenerdioCte en een weerstand. De berekeninr hier-yan verJoopt op deze1fde l.;rij7.e als bij de 10 V voedinr; voor r'lf' f'l el\'t.T'omo tor. 'De ,marne van de weerstand is hier 330.0.

Df'7tf' +6 Vol t- voeaine i R nodir; voor de verplaatsingsopneP'H'!,

en kan ?O rnA le"l:teren.

Opm: 11e voenj.nfen van +100 V en ';"100 V en die van +15 V en

-15 V ~ijn vj,a Z{';!1" FXC-beads van hf-storineen ontdaan.

Dr?";e beads zijn (lP de printpanelen van de versterkers [;emonteerd.

,11 l8V

2~J

l! '-1:1

..,.

~

Ii I-' '\)

..

Trafo NQ. 0100 + + 2n40362 2.70 sW 2500 #iF 2.7n sW 500 #iF

Gestobil iseerde Voeding + lSV en -lSV

+lSV 47pF 1 #iF l,uko oV 1 takn 41pF IpF

-

.i aanslui tklem \'on print 2.3Skn -15V !