Метрологическое обеспечение средств контроля

Понятие о резервах технологической  точности имеет важнейшее значение с точки зрения качества изделий. Например, для создания резервов на износ подвижных соединений с  целью повышения их долговечности требуется наличие достаточных резервов технологической точности. Без них невозможна комплексная автоматизация технологических процессов, в частности, применение подналадочных систем.

Когда мы говорим, что  качество продукции должно быть обеспечено технологически, то речь идет именно о создании резервов технологической точности. Качество продукции следует поддерживать на уровне, по сути дела превышающем уровень соответствующих стандартов, что и характерно для наиболее передовых иностранных фирм.

Важнейшей предпосылкой создания резервов технологической  точности является всемерная «активизация»  контроля, т.е. развитие всех форм активного, управляющего контроля.

Как уже отмечалось, активный контроль представляет собой одну из наиболее важных составных частей более общего процесса регулирования качества продукции — комплекса мероприятий, направленных на достижение необходимого качества изделий в самом процессе их создания. Регулировать качество — значит обеспечивать его технологически (рисунок 2).

 

Рисунок 2. Методы обеспечения качества продукции:

 I – разбраковка; II – повышение технологической точности;

δ – поле допуска; V – поле рассеивания размеров.

 

Активный контроль распространяется на все отрасли техники. К активному контролю относятся, например, контроль, при обработке методом пробных проходов; контроль (в том числе статистический), по результатам которого вручную подналаживают станки-автоматы; фиксирование с помощью измерительных средств положения исполнительных органов станка; управление процессом обработки по результатам измерения параметров заготовок (для получения заданных размеров, а также для стабилизации сил резания или времени обработки); автоматическое регулирование режимов обработки (для стабилизации мощности, затрачиваемой при резании, в целях создания условий наивысшей производительности); стабилизация упругих перемещений системы СПИД и других адаптивных систем; компенсация износа круга методом его правки перед чистовыми проходами; автоматическое комплектование и сборка по результатам измерения каких-либо параметров собираемых деталей или узлов (например, автоматическое комплектование шарикоподшипников по результатам измерения разности диаметров беговых дорожек их колец); выравнивание массы поршней по результатам ее измерения; подналадка во времени; автоматическое регулирование толщины проката; дозированное отвешивание материалов и отпуск жидкостей; управление процессами по результатам измерения толщины нитей, уровня жидкости, температуры, толщины рулонной бумаги; контроль деталей в процессе обработки; регулирование размеров с помощью подналадочных систем; применение контрольно-блокировочных устройств. Таким образом, любое измерение, в результате которого осуществляется определенное воздействие на регулируемый процесс, можно отнести к активному контролю.

Поскольку активный контроль предназначен обеспечивать необходимую  точность тех или иных параметров деталей, узлов или изделий в  ходе самого технологического процесса, всякий контроль, осуществляемый самим рабочим при выполнении каких-либо технологических операций, является активным. В широком смысле этого понятия активный контроль представляет собой определенную техническую политику, направленную на использование средств измерения в целях повышения технологической точности.

Различные методы активного  контроля обладают различной точностью. И очевидно, что при разработке систем активного контроля размеров необходимо стремиться к применению наиболее точных методов. Однако сравнительно низкая точность ряда методов еще не означает, что их в принципе нельзя относить к активному контролю размеров.

Приведем классификацию  методов и средств активного  контроля размеров применительно к  металлорежущим станкам. Эти средства могут быть основаны на прямом или  на косвенном методах измерения.

При прямом методе контролируют непосредственно размер изготовляемой  или изготовленной детали с помощью  включения его в размерную  цепь измерительного прибора. База измерения  при этом совпадает с поверхностью контролируемой детали. К средствам прямого активного контроля относятся приборы для диаметральных измерений (двухконтактные, трехконтактные и системы с жесткими калибрами).

При косвенном методе контролируют не размер изготовляемой (или изготовленной) детали, а положение  поверхности измеряемой детали или положение режущей кромки инструмента и исполнительных органов станка по отношению к базе установки прибора. При этом в измерительную цепь помимо размера контролируемой детали включаются также размерные параметры самого станка. К косвенным методам активного контроля относятся одноконтактные измерения обрабатываемых деталей, любые методы контроля, при которых с помощью измерительных устройств фиксируется положение режущей кромки инструмента (положение режущей поверхности шлифовального круга). Или положение исполнительных органов станка, а также все те методы измерений, которые принято называть косвенными в измерительной технике.

Косвенный метод в  принципе является менее точным, чем  прямой, так как на его точность в большей степени влияют тепловые и силовые деформации технологической системы; кроме того, при косвенном методе размерные цепи длиннее.

По выполняемым функциям средства активного контроля размеров можно разделить на четыре группы;

1) устройства, контролирующие детали непосредственно в процессе их обработки;

2) подналадчики;

3) блокирующие устройства (измерительные «заслоны»);

4) устройства, контролирующие до процесса обработки.

К устройствам первой группы относятся приборы, контролирующие (фиксирующие) размеры деталей, положение  режущей кромки инструмента или  положение исполнительных органов  станка непосредственно в процессе обработки детали и через цепь обратной связи подающие команду к прекращению обработки при достижении заданных значений контролируемых параметров. Эти устройства управляют циклом работы металлорежущих станков. Областью их применения являются операции, осуществляемые методом врезания.

К подналадчикам относятся  измерительные приборы, которые  через цепь обратной связи изменяют настройку металлорежущего станка или измерительного устройства, управляющего работой станка, когда значение контролируемого  параметра выходит за допустимые границы или отклоняется от заданного значения. Эти приборы используют в основном при обработке на проход. Однако их можно применять и при обработке методом врезания. В этом случае их следует применять в сочетании с жесткими упорами либо со средствами активного контроля, измеряющими обрабатываемые детали или контролирующими положение режущей кромки инструмента и исполнительных органов станка.

Подналадчики могут  воздействовать на настройку средств  активного контроля в процессе обработки (при сочетании подналадчиков с этими устройствами). Например, они могут подавать команду на перемещение преобразователя, выполненного в виде чувствительного упора, или вносить изменения в настройку прибора, контролирующего детали в процессе обработки.

Подналадчики полностью не определяют размера изготовляемой детали в отличие от устройств, контролирующих детали в процессе обработки и управляющих циклом работы станка. Подналадчики только поддерживают с большей или меньшей точностью соответствующую настройку станка на получение определенных размеров обрабатываемых деталей — отсюда термины «подналадчик», «поднастройка».

В настоящее время  весьма широко используют комбинированные (двухступенчатые) системы активного  контроля, основанные на сочетании  контроля в процессе обработки с подналадкой.

Блокировка является простейшей формой активного контроля. К блокирующим относятся устройства, разбраковывающие заготовки или  контролирующие детали после обработки  и подающие команды к прекращению  процесса обработки, когда значения контролируемых параметров выходят за допустимые пределы. Блокировка может осуществляться и в процессе обработки (например, остановка движения подачи при превышении допустимых значений сил или мощности резания).

При активном контроле не исключается возможность появления брака, хотя такой контроль по своей природе призван осуществлять его профилактику. Активный контроль представляет собой по существу метод получения заданных размеров. Всякий же процесс получения размеров должен заканчиваться их контролем (выборочным или стопроцентным). Даже в том случае, когда поле рассеивания каких-либо параметров со значительным запасом вписывается в пределы поля допуска, брак возможен из-за грубых погрешностей технологического процесса. Важное значение имеют арбитражные функции послеоперационного контроля.

Во многих случаях  послеоперационный контроль должен быть стопроцентным, причем наиболее важные параметры деталей и изделий  могут проверяться дважды: до сборки изданий и после нее. В условиях массового и крупносерийного  производства стопроцентный контроль должен осуществляться при помощи контрольных автоматов. Последние повышают объективность контроля и значительно увеличивают производительность контрольных операций.

В зависимости от степени  автоматизации все существующие автоматизированные измерительные устройства, осуществляющие послеоперационный контроль, можно разбить на три группы:

1. измерительные устройства с сигнализацией;
2. полуавтоматы;
3. автоматы.

В случаях применения измерительных устройств первой группы в момент, когда контролируемый размер не отвечает некоторым наперед заданным условиям, подается сигнал (световой или звуковой). Подобный сигнал повышает объективность контроля.

Контрольным полуавтоматом  называют устройство, у которого контрольная  операция, а также действие исполнительного органа автоматизированы, но установка на измерительную позицию осуществляется вручную.

В контрольном автомате автоматизированы все элементы процесса контроля, начиная от загрузки и  кончая работой исполнительного  органа. Контрольные автоматы могут проводить разбраковку или сортировку деталей. В зависимости от числа контролируемых параметров автоматы могут быть однопозиционные и многопозиционные.

Кроме перечисленных  автоматизированных устройств существует также большая группа механизированных измерительных устройств, у которых некоторые вспомогательные операции механизированы (например, установка детали на измерительную позицию), но результаты измерения оператор оценивает визуально по шкальным приборам или на основе ощущений (в случае применения калибров).

В зависимости от числа  контролируемых параметров все механизированные и автоматизированные устройства делятся  на одномерные и многомерные. Многомерные  устройства, в свою очередь, бывают комплексные и групповые. У комплексных  устройств на одной измерительной позиции одновременно контролируется несколько параметров. У групповых — на каждой измерительной позиции контролируется только один параметр. Т.е. групповые устройства представляют собой несколько объединенных на одном стенде измерительных позиций.

Весьма целесообразно  комплексное применение методов  послеоперационного и активного  контроля — например, контрольным  автоматам придают функции управления технологическими процессами, т.е. функции  подналадчиков. Подобное мероприятие  открывает возможность «активизации» контроля на уже действующих автоматических линиях и участках. Отметим, что при этом надо стремиться к тому, чтобы между станками и контрольными автоматами находилось как можно меньше обработанных деталей.

Методы активного и  послеоперационного контроля не следует противопоставлять друг другу, наоборот, оба эти метода должны органически сочетаться. Развитие техники неизбежно должно привести к повышению точности и стабильности технологических процессов. При этом очевидно, применение автоматической разбраковки в чистом виде будет постепенно сокращаться. Этот вывод не относится к сортировочным автоматам. Однако в настоящее время при разработке метода селективной сборки действует неправильная тенденция; всю тяжесть этой операции перекладывают на сортировочный автомат, что приводит к неоправданно большим диапазонам сортировки и, как следствие, к чрезмерно большому числу сортировочных групп. Для повышения эффективности метода селективной сборки необходимо повышать точность технологических процессов, т.е. использовать средства активного контроля. Примером может служить такой метод сборки, при котором по результатам измерения каких-либо параметров изделий осуществляется их комплектование (так называемый блочный метод сборки).

 

2 ОСОБЕННОСТИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ

 

2.1 Метрологические показатели точности автоматического контроля

 

 

Передаточное отношение (чувствительность) прибора — отношение линейного или углового перемещения указателя (стрелки) к изменению измеряемой величины, вызвавшему это перемещение.

Цена деления шкалы  прибора — значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы прибора.

Интервал деления шкалы — расстояние между осями двух рядом лежащих штрихов.

Предел показаний прибора — значение измеряемой величины, соответствующее всей шкале прибора.

Порог чувствительности прибора — изменение значения измеряемой величины, способное вызвать наименьшее заметное изменение показания прибора.

Измерительное усилие — усилие, возникающее в процессе контроля при контакте измерительных поверхностей прибора с контролируемой деталью.

Погрешность — это основной показатель любого измерительного средства. Под абсолютной погрешностью прибора подразумевают разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины, определенным высокоточным прибором с погрешностью, которой можно пренебречь в условиях поставленной задачи. Но для характеристики качества измерения пользуются относительной погрешностью, т.е. отношением абсолютной погрешности к измеряемой величине, выраженным в процентах. Ее часто определяют не по отношению к самой измеряемой величине, а по отношению к пределу измерения по шкале прибора.