Метрологическое обеспечение средств контроля

При использовании визуальных средств оператор по показаниям шкалы  отсчетного устройства или по показаниям лампочек светосигнального устройства выполняет нужные операции по управлению состоянием и ходом обработки: изменяет режимы резания, прекращает обработку, изменяет положение режущего инструмента относительно установочных баз и т.п.

Автоматические средства при достижении размером обрабатываемой детали определенных границ выдают в  цепи управления станка соответствующие  команды на изменение режимов и прекращение обработки, на изменение положения режущего инструмента и т.п.

Средства активного  контроля первой группы — для контроля в процессе обработки — непрерывно измеряют размер обрабатываемой детали, и по мере достижения этим размером определенной границы вручную или автоматически изменяются режимы обработки и обработка прекращается при достижении требуемого размера.

Средства первой группы обеспечивают при прочих равных условиях более высокую точность обработки, так как с их помощью исключается влияние на получаемый размер силовых и тепловых деформаций систем станок - приспособление - инструмент - деталь (СПИД), в том числе деформаций от величины припуска и твердости материала, влияние от износа режущего инструмента и т.д.

Практически на точность обработки в этом случае влияют рассеивание температуры обрабатываемой детали, в момент прекращения обработки, рассеивание величины промежутка времени от выдачи команды на прекращение обработки до ее исполнения и погрешность собственно средства активного контроля.

Средства активного  контроля второй группы — для контроля после обработки, называемые обычно подналадчиками, измеряют размер уже обработанной детали и по результатам измерения подают сигнал или команду на изменение положения — подналадку — режущего инструмента относительно установочных баз в момент окончания обработки.

Применение средств  второй группы обеспечивает при прочих равных условиях меньшую точность обработки, чем средства первой группы. Они  устраняют влияние на точность обработки  только износа режущего инструмента и сравнительно медленных температурных деформаций системы СПИД.

Существует ряд специфических  условий, в которых приходится работать средствам активного контроля, особенно их части, непосредственно измеряющей обрабатываемую деталь.

При активном контроле измерительные  наконечники соприкасаются при  измерении с поверхностью движущейся детали, которая почти всегда находится  в струе или покрыта пленкой  смазочно-охлаждающей жидкости, зачастую насыщенной абразивом. Поэтому необходимо принимать специальные меры для уменьшения или исключения износа этих наконечников за счет применения алмазов, твердого сплава или бесконтактного способа измерения.

При контроле деталей, имеющих  разрывы на обрабатываемой поверхности, называемых обычно деталями с прерывистыми поверхностями, кроме вибраций, могут возникнуть сильные удары по измерительным наконечникам. В этом случае средства активного контроля оснащаются дополнительными устройствами, предупреждающими поломку и выдачу ложных команд и показаний.

Экономический эффект, достигаемый  за счет применения средств активного  контроля с учетом расходов на их приобретение и эксплуатацию, является основным условием, определяющим целесообразность применения этих средств на данной операции.

Применение средств активного контроля тем эффективнее, чем выше точность обработки и массовость производства, чем меньше размерная стойкость инструмента и стабильность системы СПИД из-за температурных и силовых деформаций.

Величина экономической  эффективности, достигаемой за счет сокращения потерь от брака, определяется несложным расчетом, в основу которого кладется уменьшение количества брака, стоимость материала заготовки и заработная плата на предыдущих операциях.

Экономическая эффективность  от повышения производительности труда за счет применения средств активного контроля определяется сокращением времени, затрачиваемого на пробные измерения и вспомогательные операции, связанные с этими измерениями.

 

 

1.2 Сущность и значение автоматических средств контроля

 

 

Существующие методы контроля разделяются на методы послеоперационного (пассивного) контроля и методы технологического (активного) контроля. При послеоперационном контроле с помощью средств измерения фиксируются значения каких-либо параметров деталей и изделий с целью их разбраковки или сортировки. К активному контролю относится любой метод контроля, по результатам которого вручную или автоматически осуществляется воздействие на технологический процесс.

Автоматический контроль размеров в основном соответствует понятию «регулирование размеров». В том и другом случае при помощи чувствительных элементов — измерительных приборов — значения некоторых регулируемых параметров сравниваются с заданными. В том и другом случае существуют обратные связи (под обратной связью понимается воздействие выходных параметров системы регулирования на входные). Однако, понятие «активный контроль» шире понятия «регулирование размеров». Любая разновидность технологического контроля (за исключением автоматической разбраковки или сортировки с помощью устройств, встроенных в технологический процесс) носит активный характер, но далеко не всякую разновидность такого контроля можно отнести к регулированию.

Активному контролю в  отличие от автоматического регулирования  присущи следующие особенности:

1) не обязательно имеет обратные связи (системы автоматического регулирования всегда замкнуты);

2. управлять процессом при активном контроле можно как автоматически, так и вручную;
3. процессы контроля и управления могут происходить неодновременно;

4) большинство существующих средств активного контроля приходит в действие (срабатывает) при согласовании текущего значения контролируемого параметра с заданным, т.е. имеет дискретную характеристику. Однако многие системы активного контроля носят характер адаптивных систем. К само приспособляющимся (адаптивным) системам относятся такие, в которых дополнительное автоматическое устройство изменяет алгоритм управления в соответствии с оценкой результатов управления так, чтобы поддержать или улучшить первоначально обеспечиваемое автоматической системой выполнение алгоритма функционирования.

Системы автоматического  регулирования приходят в действие при рассогласовании текущего значения контролируемого параметра с  заданным, т.е. имеют непрерывную (плавную) характеристику (адаптивные или само приспособляющиеся системы).

Системы плавного регулирования  размеров в принципе являются более  точными по сравнению с системами  дискретного регулирования. Однако это преимущество не всегда может  проявиться в полной мере в условиях дискретности самих технологических процессов. Дискретность технологических процессов объясняется тем, что обрабатываются отдельные детали, в результате чего выходные параметры систем регулирования могут принимать только фиксированные, дискретные значения. Дискретность технологических процессов обусловлена также порогами чувствительности.

Поэтому одним из условий  создания высокоточных адаптивных систем активного контроля является повышение  чувствительности перемещений исполнительных органов станка;

5) точность систем  активного контроля размеров зависит в основном от влияния технологических и метрологических факторов, что объясняется дискретностью процессов получения размеров и сравнительно медленным изменением размеров деталей в процессе обработки.

Вместе с тем некоторые  точностные параметры системы активного контроля размеров также связаны с силами трения и инерции (например, порога чувствительности, определяющие минимальное значение подналадочного импульса, а также динамические погрешности самих измерительных устройств).

Вследствие особенностей дискретных методов активного контроля суммарные погрешности, возникающие  при их использовании, обусловливаются  в основном некомпенсируемыми технологическими погрешностями. Необходимо подчеркнуть, что с позиций управления по результатам измерения системы автоматического регулирования должны быть отнесены к средствам активного контроля.

Активный контроль размеров может осуществляться не только как  регулирование, но и как управление размерами. Задача управления, в частности  программного, включает в себя вопросы, связанные с осущестапением определенного воздействия входных параметров систем на выходные. При разработке систем упрааления металлорежущими станками на первый план обычно выдвигаются энергетические, силовые и динамические характеристики упраапяемых объектов. Вместе с тем при управлении размерами приходится решать и весьма сложные точностные задачи.

 

 

Рисунок 1. Схемы автоматического регулирования и управления

 

На рисунке 1 схематически представлено регулирование и управление. Для систем автоматического регулирования характерно наличие обратной связи, для систем управления — наличие прямой связи. Таким образом, системы регулирования являются замкнутыми, а системы управления – разомкнутыми!

Отметим, что системы активного контроля можно характеризовать и как разновидность кибернетических систем. Ибо к кибернетическим, в широком смысле этого понятия, относятся системы, решающие какие-либо задачи по заданной программе, а при использовании систем активного контроля размеров программа задается измерительным устройством, заранее настроенным на заданный размер по образцовой детали.

 

 

1.3 Роль автоматических  методов контроля в обеспечении  качества продукции

 

 

Качество продукции  можно обеспечивать двумя принципиально различными методами:

1. разбраковкой или сортировкой изготовленных деталей и изделий;
2. повышением технологической точности.

Первый метод основан  на использовании послеоперационного контроля, когда на пути брака устанавливаются  измерительные заслоны (в том числе контрольные и сортировочные автоматы), которые не допускают попадания бракованных деталей и изделий в готовую продукцию, проверяя, находятся ли определенные, подлежащие контролю параметры в пределах назначенных на них допусков. При использовании второго метода (активного контроля) устраняются сами причины возникновения брака, т.е. осуществляется его профилактика, и качество продукции обеспечивается самим технологическим процессом. И хотя оба метода направлены на обеспечение высокого качества продукции, второй является более прогрессивным.

На начальном этапе  развития нашей промышленности, когда  точность технологических процессов  была сравнительно низкой, качество продукции  обеспечивалось главным образом  методом разбраковки. Подобная техническая политика была вынужденной. Препятствуя выпуску брака, она вместе с тем приводила к огромным потерям материальных и трудовых затрат из-за наличия брака в полуфабрикате или изделии, к необходимости иметь значительное число контролеров и, следовательно, к большим непроизводительным расходам на контроль. Несмотря на то, что за последние годы существенно повысился уровень технологической точности, все же положение в этой области нельзя считать удовлетворительным. До сих пор потери из-за брака (явного и неявного) являются одной из основных причин невыполнения плана, снижения себестоимости предприятиями, и одна из причин лежит в недостаточном внедрении в промышленность методов и средств технологического контроля. К неявному браку относится неучтенный брак (детали и изделия, поступающие на повторную обработку, не выдерживающие гарантийного срока службы, не находящие спроса).

Размерный брак возникает, когда поле рассеивания размеров обработанных на станке деталей не укладывается в пределы поля допуска. При послеоперационном контроле средства измерения (в том числе и автоматические) могут только зафиксировать размеры деталей, выходящие за границу поля допуска, т.е., зафиксировать брак. Когда процент брака велик, разбраковка не дает должного экономического эффекта. В этом случае, очевидно, следует не просто браковать детали, но, прежде всего, повышать точность их обработки. Этим целям и служат методы активного контроля размеров, профилактичность которого заключается именно в том, что выход размеров деталей за границы поля допуска на обработку предупреждается в ходе самой обработки. Потери из-за брака резко сокращаются, а, кроме того, значительно уменьшается потребность в контролерах.

Качество деталей и  изделий, в конечном счете, зависит  от фактической точности их изготовления. При одинаковых стандартах качество продукции будет зависеть от резервов технологической точности, когда под последними подразумевается положительная разность между допуском и полем рассеивания каких-либо параметров деталей и изделий, т.е. тот запас, с которым погрешности вписываются в пределы поля допуска. Таким образом, при одинаковых стандартах качество изделий будет выше там, где имеются большие резервы технологической точности.

Для того чтобы наши изделия  могли успешно конкурировать  на мировом рынке с лучшими изделиями зарубежных фирм, необходимо всячески повышать точность технологических процессов. Именно повышение технологической точности является важнейшей предпосылкой к переходу на новые, более прогрессивные стандарты. Следует также учитывать, что реальность любого стандарта обусловливается тем, насколько он обеспечен технологически.