Метрологическое обеспечение средств контроля

Вариация (нестабильность показаний) прибора — наибольшая полученная экспериментально разность между результатами повторных измерений одной и той же величины при неизменных внешних условиях.

Погрешность обратного  хода — разность показаний прибора при установке наконечника прибора в одно и то же положение при перемещении его в прямом и обратном направлениях.

Рассмотренные метрологические  показатели относятся к любым  измерительным приборам. Во многих случаях некоторые из этих показателей  не характерны для приборов активного  контроля, поэтому такие приборы  характеризуются дополнительными  показателями.

При построении универсальных приборов, с помощью которых определяется численное значение измеряемого размера (выраженное в единицах длины), стремятся создать такую передачу от чувствительного элемента к указателю (стрелке), у которой передаточное отношение на всем пределе показаний прибора было бы постоянным. В противном случае, при равномерной шкале, цена деления прибора не будет постоянной, а, следовательно, и появятся погрешности измерения.

Для приборов автоматического контроля постоянство передаточного отношения во многих случаях не обязательно. Это объясняется тем, что при активном контроле обычно фиксируются предельные размеры контролируемых деталей и подаются дискретные команды (например, команда на прекращение процесса обработки).

Средства автоматического контроля не предназначены для определения численного значения измеряемой величины. Поэтому одним из основных критериев точности приборов автоматического контроля является погрешность срабатывания, т.е. погрешность выдачи команды. Под командой подразумевают дискретный, обычно электрический сигнал, выдаваемый прибором при достижении контролируемым размером заданной величины.

Под командой можно также подразумевать одно и то же положение указателя (стрелки) прибора, при котором, например, прекращается процесс обработки контролируемой детали на станке.

Погрешность срабатывания соответствует вариации показаний  универсальных приборов и характеризуется рассеиванием положений звеньев измерительной цепи прибора при многократных срабатываниях.

Погрешность срабатывания является следствием случайных погрешностей измерения, которые возникают из-за зазоров в кинематической цепи прибора, изменения величин сил трения, изменения параметров электрических цепей и др. Эти погрешности не постоянны по величине и знаку.

Погрешность смещения настройки характеризует стабильность работы прибора и определяется смещением его настройки после определенного числа срабатываний.

Погрешность настройки характеризуется некоторым смещением срабатываний по отношению к настроечному размеру за счет несовершенства узла настройки и опыта наладчика.

 

 

2.2 Принципиальная схема построения средств автоматического активного контроля

 

 

Средства автоматического активного контроля выполняют всю совокупность операций, необходимых для сравнения действительного размера обрабатываемой детали с заданным размером, и в зависимости от результатов этого сравнения осуществляют управление технологическим процессом.

Независимо от технологического оборудования средства активного контроля в общем виде (рисунок 3 ) строятся по единой принципиальной схеме, состоящей из отдельных узлов, предназначенных для выполнения определенных задач.

 

 

Рисунок 3. Принципиальная блок-схема средства

автоматического контроля

 

Прежде всего, это измерительная  оснастка 1, которая включает необходимые  щуповые механизмы в виде скоб, призм, рычажных устройств и др., подвижные элементы которых воспринимают изменения контролируемого размера и преобразуют их в удобные для дальнейших измерений перемещения одного или нескольких своих звеньев. Причем эти преобразования обычно выполняются без всяких усилений, а в некоторых случаях даже с понижением чувствительности.

К измерительной оснастке относятся также механизмы отвода и подвода щуповых устройств  на позицию контроля, а также механизмы  связи этих устройств со станком. Причем основная задача этих механизмов — максимально снизить влияние  на результаты контроля случайных перемещений контролируемой детали относительно узлов станка, вызванных силами резания, трения и тепловыми явлениями.

Для целей получения  информации о состоянии контролируемого  параметра в виде показаний по шкале малые перемещения звеньев  измерительной оснастки преобразуются в значительные перемещения указателя относительно шкалы, проградуированной в принятых единицах измерения. Эту функцию выполняет измерительный прибор 2.

Автоматическое управление технологическим процессом осуществляется с помощью дискретных сигналов-команд, выдаваемых средством контроля при достижении контролируемым размером определенной заданной величины.

Для этой цели обычно измерительный  сигнал преобразовывают в сигнал электрический, так как электрическая  энергия является наиболее универсальной и удобной для управления исполнительными органами технологического оборудования. Эту задачу выполняет командное устройство — преобразователь 3 измерительного сигнала в дискретный электрический сигнал.

Реализация команды  прибора на станках обычно осуществляется путем коммутации достаточно мощных электрических цепей станка, которые приводят в действие его исполнительные органы. Поэтому электрический сигнал-команду прибора усиливают специальным усилителем, а коммутация внешних выходных электрических цепей осуществляется обычно с помощью электромагнитных реле. Все это вместе образует блок усилителя командных сигналов 4. Для информации о том, что команда произошла, применяют так называемый блок сигнализации 5.

И, наконец, средство активного  контроля должно иметь источник, а в некоторых случаях два источника питания (пневматические приборы). Для поддержания необходимых параметров применяют специальные блоки питания 6.

Рассмотренная полная принципиальная схема построения средств активного  контроля решает всю совокупность поставленных задач. Однако в некоторых случаях (например, в мелкосерийном производстве технологическое оборудование не приспособлено для восприятия команд и их реализации) не требуется выполнения всех задач. Тогда средство контроля упрощают за счет исключения отдельных узлов.

Поэтому экономически выгодным, универсальным и удобным принципом  построения средств активного контроля является построение их из отдельных  самостоятельных узлов.

В качестве измерительных  приборов, которые широко используются в средствах активного контроля, применяют механические, электроконтактные, пневматические, индуктивные и радиоизотопные приборы.

Выбор того или иного  прибора зависит от задач, которые  должно решать средство активного контроля, а также от технологического оборудования, на котором будет обрабатываться деталь.

 

Рисунок 4. Блок-схемы  измерительных средств с механическим прибором и электроконтактным преобразователем

 

Измерительное средство с механическим прибором (рисунок 4) предназначено только для выдачи информации о состоянии размера обрабатываемой детали в виде показаний по шкале. Механический шкальный прибор 2 жестко связан с измерительной оснасткой. Управление технологическим процессом осуществляется вручную по результатам показаний прибора.

Измерительное средство с электро-контактным преобразователем — датчиком (рисунок 4) применяют для контроля деталей не выше 2-го класса точности.

Из-за отсутствия шкалы  в датчиках измерительное средство дополняется механическим шкальным прибором. Выпускаются также механические шкальные приборы, которые включают в себя и датчик на получение двух команд.

Усилители командных  сигналов_, блоки питания, блоки сигнализации выпускаются как в виде отдельных блоков, так и в едином корпусе, объединяющем эти три блока. Причем выпускается целый ряд усилителей командных сигналов, которые отличаются быстродействием, количеством коммутируемых внешних электрических цепей и воспринимаемых команд.

Недостатками этого  измерительного средства являются: громоздкость и относительная сложность конструкции измерительной оснастки; датчики крайне чувствительны к вибрациям и требуют постановки демпфирующих устройств. Кроме того, жесткая связь датчика с измерительной оснасткой, которая может находиться в зоне обработки, требует надежной герметизации его.

Измерительное средство с пневматическим прибором (рисунок 5) обладает высокой точностью (обеспечивает контроль деталей с допусками меньше допусков 1-го класса точности), позволяет вести бесконтактные измерения и, что особенно важно, может быть построено из нормализованных блоков серийного производства.

 

 

Рисунок 4. Блок-схема измерительного средства с пневматическим прибором:

1 – измерительная оснастка; 2 – пневматический прибор со шкалой;

3 – командное устройство; 4 – усилитель командных сигналов;

5 – блок сигнализации; 6 – блок питания электрическим  током;

7 – блок питания  сжатым воздухом.

 

Это измерительное средство включает в себя и командное устройство в виде электроконтактного преобразователя. Поэтому усилители командных сигналов, блоки питания и блоки сигнализации применяются те же, что и для измерительного средства по приведенной на рис. 3.3 схеме.

Имеются также пневматические приборы, которые включают в себя все необходимые блоки для построения полной схемы средства активного контроля.

Блок питания сжатым воздухом состоит из стабилизатора  давления и фильтра для очистки  воздуха, которые выпускаются как  в виде отдельных узлов, так и  в виде объединенного блока фильтра  со стабилизатором.

Пневматические приборы  позволяют создавать наиболее простую  и малогабаритную измерительную  оснастку, что важно при контроле в относительно труднодоступных  местах. Это объясняется тем, что  с измерительной оснасткой связывается  лишь выходное сопло прибора. Кроме того, эти приборы не чувствительны к вибрациям и не требуют специальной герметизации.

К недостаткам следует  отнести необходимость особого  наблюдения в процессе эксплуатации за всеми устройствами, обеспечивающими  подготовку сжатого воздуха.

Измерительное средство с радиоактивным прибором устойчиво работает в тяжелых условиях (запыленность, влажность, высокие температуры, агрессивная среда, вибрации) и широко используется для активного контроля на прокатном, литейном, кузнечнопрессовом оборудовании.

Для построения средств, предназначенных для выполнения блокировочных функций (определения  наличия детали, счета деталей, проходящих по конвейеру, блокировки прессов при  подаче сразу двух заготовок вместо одной и др.), промышленностью  серийно выпускаются все необходимые универсальные элементы — блоки. В этих средствах обычно отсутствует шкала, но имеется световая сигнализация о состоянии командного устройства.

С использованием этих блоков могут быть построены также средства для контроля уровня жидкости, твердых или сыпучих материалов в закрытых емкостях.

Для активного контроля проката выпускаются универсальные  толщиномеры, имеющие показывающее устройство и обеспечивающие достаточно высокую точность контроля.

 

 

3 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРИБОРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В АВТОМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ КОНТРОЛЯ

 

 

В приборах активного  контроля в качестве указывающих  устройств применяют малогабаритные микромеры — отсчетные головки  следующих основных типов: зубчатые (индикаторы часового типа); рычажно-зубчатые; пружинные.

 

Индикаторы часового типа

Увеличение линейных измеряемых перемещений от измерительного стержня к стрелке определяется передаточным отношением зубчатой передачи (рис. 1). Колесо Z₄, находясь под действием волоска 4, заставляет всю передачу работать по одной стороне профиля зуба, вследствие чего устраняется мертвый ход.

 

Рис. 1. Принципиальная схема  индикатора часового типа:

1 — измерительный  стержень с зубчатой рейкой; 2—  основная стрелка;

3 — стрелка счетчика  оборотов основной стрелки; 4 —  пружинный волосок, устраняющий мертвый ход в зубчатой передаче; 5 — пружина, создающая измерительное усилие.

 

Рычажно-зубчатые микромеры

Передаточный механизм микромера обычно начинается однорычажной или двухрычажной передачей и  заканчивается зубчатым механизмом. Постановка в начале кинематической цепи простого типа рычажного механизма вместо 1 индикаторах часового типа, обеспечила высокую точность рычажно-зубчатых микромеров.

Пружинные микромеры

Наиболее важным преимуществом  пружинных микромеров является отсутствие контактных пар внешнего трения, благодаря чему приборы могут длительное время работать без снижения точности. Вариация показаний и погрешность обратного хода практически отсутствуют. Их применяют в стендах и установках для проверки и наладки средств активного контроля. В микромерах — микрокаторах (рис. 2) в качестве чувствительного элемента используется ленточная пружина из фосфористой бронзы шириной 0,1 — 0,2 и толщиной 0,008 — 0,015 мм. Одна половина ленты скручена вправо, а другая — влево. В случае приложения к концам ленты растягивающих усилий она раскручивается, поворачивая прикрепленный к ней указатель.