Метрологическое обеспечение средств контроля

Дифференциальная схема  измерения (рис. 11, а), для которой  характерно сравнение двух потоков излучения (один из них 1_ИЗ, второй — образцовый 1_ОБ) имеет более высокие метрологические показатели.

Промежуточный преобразователь 3, помимо функций, выполняемых в предыдущей схеме, должен также выделить разностный сигнал, который затем поступает на измеритель 4.

Точность схемы повышена за счет значительного уменьшения статистических погрешностей. Погрешности будут  возникать за счет неодинаковых изменений  характеристик приемников излучений  и нестабильности во времени блоков схемы.

Компенсационная схема измерения (рис. 11, б) позволяет устранить влияние нестабильности промежуточного преобразователя 3, так как в этом случае разностный сигнал от потока 1_ИЗ и компенсационного потока 1_К воздействует на сервопривод 4, перемещающий компенсационный клин 5 таким образом, что величина разностного сигнала приводится к нулю. Отсчет осуществляется по положению компенсационного клина.

Погрешности из-за неодинаковых изменений характеристик приемников излучений в данной схеме остаются. Они могут быть устранены применением компенсационных схем с одним общим приемником излучения (рис. 11, в). Два потока излучения попеременно попадают на один и тот же приемник излучения 2. Модуляция потоков осуществляется вращающимся диском 1 с окном, который попеременно открывает приемник излучения то потоку 1_ИЗ, то потоку 1_К.

По фазе сигнала разбаланса можно судить о знаке неравновесия и компенсировать его аналогично предыдущей схеме.

Преимуществом применения компенсационных схем с модулированным излучением является возможность использования в них наиболее эффективных приемников излучения, например, сцинтилляционных счетчиков.

Недостатком же является то, что измеряемый поток излучения  воздействует на приемник только в  течение половины рабочего цикла  и, следовательно, время измерения  используется не полностью.

Для более эффективного использования времени измерения  применяется схема, работающая по методу контрольного сигнала (рис. 11, г).

Измеряемый и образцовый потоки излучения действуют на приемник 2 одновременно, причем измеряемый поток действует непрерывно, а образцовый периодически прерывается с некоторой частотой при помощи модулирующего устройства.

Промежуточный преобразователь 3 содержит в себе цепи, позволяющие выделить отдельно переменную составляющую сигнала, соответствующую образцовому потоку, и суммарный сигнал. Измеритель 4 определяет отношение этих двух сигналов. При строгом постоянстве образцового потока показания прибора будут зависеть только от интенсивности измеряемого потока излучения.

Одним из недостатков  обычных компенсационных схем является наличие в них механической следящей системы, ограничивающей быстродействие прибора.

С целью повышения  быстродействия используют схему измерения  по методу динамической компенсации (рис. 11, д). В отличие от обычных компенсационных схем клин здесь все время находится в движении (вращается) таким образом, что интенсивность образцового потока излучения 1_ОБ, падающего на приемник 2, непрерывно изменяется по пилообразному закону.

В промежуточном преобразователе 3 отмечается момент равенства компенсирующего и измеряемого потока, а измеритель 4 фиксирует положение клина, соответствующее этому моменту.

 

ОСНОВНЫЕ  ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ

К ПРИБОРАМ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

 

Особые условия работы средств активного контроля, связанные  с вибрациями станков и контролируемых деталей, наличием охлаждающей жидкости, абразивной пыли, стружки, как в окружающей среде, так и на контролируемой поверхности; с силовыми и температурными деформациями размерных технологических и метрологических цепей, предъявляют следующие требования к конструкциям этих средств:

1. устойчивость против влаги, абразивной пыли, стружки;
2. виброустойчивость — обеспечение высокой точности в условиях вибраций;
3. надежность работы в заданных пределах точности;
4. максимальное исключение в измерительном средстве влияния силовых и температурных деформаций размерной технологической цепи на результаты контроля;
5. выдача определенного числа команд станку.

Устойчивость прибора  против влаги, абразивной пыли, стружки  достигается герметизацией механизмов и устройств прибора. Так поступают при использовании электроконтактных, индуктивных, фотоэлектрических приборов, а также механизмов, имеющих пары внешнего трения.

Применение пневматических преобразователей, а также механизмов, где в качестве опор, шарниров использованы плоские пружины, исключает необходимость конструктивной разработки герметизации прибора.

Пневматические измерительные  схемы, обладающие достаточно большой  инерционностью, не требуют также  дополнительных виброгасящих устройств.

Электроконтактные измерительные устройства громоздки, очень чувствительны к вибрациям, что вызывает необходимость создания дополнительных демпфирующих устройств, повышения измерительных усилий до 15 — 20 Н.

Обеспечение надежности работы прибора в заданных пределах точности осуществляется соблюдением в конструкции принципа Аббе, максимально возможного уменьшения звеньев измерительной цепи и ликвидации пар с внешним трением.

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 необходимы специальные меры для уменьшения или исключения износа этих наконечников. Это достигается применением алмазов, твердого сплава для их изготовления или бесконтактного способа измерения. Износ измерительных наконечников, изготовленных из твердого сплава, составляет за смену 2 — 4 мкм при наружном шлифовании и 4 — 8 мкм при внутреннем.

За такое же время  алмазные наконечники изнашиваются всего на 0,1 — 0,3 мкм.

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

С целью исключения влияний  температурных и силовых деформаций размерной технологической цепи на результаты контроля конструкция измерительного устройства должна обеспечивать стабильность положения линии измерения относительно контролируемой детали независимо от этих деформаций, особенно при контроле больших размеров. В последнем случае необходимо предусматривать устройства для автоматической компенсации температурных погрешностей.

С целью повышения  точности обработки на станках необходимо стремиться поддерживать: постоянство  температуры охлаждающей жидкости и жидкости гидросистемы станка, постоянство  усилий резания (чему способствуют регулярная правка круга, однородность материала заготовки, соответствующий материал круга).

Для высокоточного контроля в процессе обработки широкое  распространение получают пневматические приборы, которые более полно  удовлетворяют перечисленным выше требованиям.

Индуктивные приборы  обладают почти такими же преимуществами, как и пневматические; нечувствительностью  к вибрациям, небольшими габаритными  размерами, возможностью применения дистанционной  шкалы. Однако конструктивно они  более сложны и требуют квалифицированного обслуживания.

Станки, оснащенные средствами активного контроля, должны иметь  специальные устройства для автоматического  изменения режимов обработки  по мере поступления команд от прибора.

Большое значение имеет  правильная геометрическая форма заготовок.

При малых допусках на обработку изделия, требования к  станку в отношении обеспечения  правильной формы изделий должны быть повышены.

 

6.1. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ  ЭФФЕКТИВНОСТИ СРЕДСТВ 

АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ

Автоматизация производственных процессов представляет собой важнейшее направление современного развития техники, так как является решающим условием повышения производительности труда. Следует различать производительность труда — выработку в единицу времени, приходящуюся на одного работающего, и производительность машины — этим термином условно назовем количество продукции, вырабатываемой в единицу времени одной машиной. Важнейшее значение имеет именно повышение производительности труда; производительность машин нас интересует только постольку, поскольку от нее зависит производительность труда. Если не разграничивать эти понятия, то будет неясно, каким образом простое соединение станков в автоматическую линию приводит к резкому увеличению производительности труда.

Производительность труда П₁ на поточной линии, состоящей из п неавтоматизированных станков, каждый из которых обслуживается одним рабочим (например, на конвейере сборки),

 

где Q₁ — производительность поточной линии.

Если станки поточной линии полностью  автоматизировать и соединить при помощи какого-либо транспортного устройства, то такую автоматическую линию сможет обслуживать только один рабочий. В этом случае

 

 

При Q₁ = Q₂ производительность труда

 

Таким образом, в нашем  примере соединение п станков в автоматическую линию увеличило производительность труда в п раз.

Следует отметить, что  соединение станков в автоматическую линию может привести к уменьшению производительности отдельных станков, так как длительность цикла обработки  в автоматической линии определяется длительностью наиболее трудоемкой операции. Например, если наиболее трудоемкой является шлифовальная, то не полностью используются токарные станки. Правда, в результате разветвлений автоматической линии добиваются значительного выравнивания производительности отдельных операций, однако полного выравнивания добиться практически невозможно. И, тем не менее, даже при этих условиях происходит значительное повышение производительности труда.

Кроме того, автоматизация  станков и контрольных устройств, как правило, приводит к повышению их производительности; следовательно, производительность труда при автоматизации увеличивается еще больше.

Коэффициент повышения производитеньности труда, в первом приближении равный п, является лишь теоретическим. Фактический коэффициент повышения производительности труда

 

 

где коэффициентом φ  учитывают влияние внецикловых  потерь времени, приводящих к значительному  снижению производительности труда. К  внецикловым потерям относятся  потери времени, вызываемые ремонтом оборудования, поднастройками, сменой инструмента и т.д.

где   — сумма  внецикловых потерь времени за смену;

 

t_см — длительность смены.

Внецикловые потери времени  на автоматических линиях можно уменьшить  с помощью промежуточных магазинов. При перерыве в работе какой-либо части автоматической линии магазины должны питать работающие участки из задела.

Влияние φ на производительность труда в автоматических линиях весьма велико. С увеличением п коэффициент φ прогрессивно уменьшается. Это объясняется тем, что выход из строя любого механизма автоматической линии приводит к нарушению работы линии. Чем больше число позиций, тем в каждый момент больше вероятность выхода из строя какого-либо механизма линии.

Поэтому, с точки зрения повышения производительности труда  на автоматических линиях, решающее значение имеет повышение стабильности и надежности работы автоматизированных агрегатов. Нестабильность и ненадежность работы автоматических механизмов может свести на нет все преимущества автоматизации. Это в полной мере относится к средствам активного контроля и к контрольно-сортировочным автоматам.

Одной из основных причин недостаточного повышения производительности труда на некоторых автоматических линиях являются именно нарушения стабильности и надежности работы оборудования. Большие внецикловые потери времени, которые, с одной стороны, приводят к значительным простоям линий, а с другой — вызывают необходимость в дополнительной рабочей силе для осуществления частых поднастроек механизмов.

Автоматизация контрольных  операций, как правило, повышает их производительность и высвобождает рабочую силу. В самом деле, в случае неавтоматизированных измерительных устройств или не полностью автоматизированных станков на контрольных операциях занят оператор. При обработке деталей на станке им является сам рабочий, который должен контролировать получаемый размер и осуществлять поднастройку станка для компенсации технологических погрешностей. При контроле таким оператором является контролер.

Коэффициент повышения  производительноста труда автоматических контрольных средств