19.4 Приборы с фотоэлектрическими преобразователями
В этих приборах изменение контролируемой величины вызывает изменение светотехнической характеристики, которое регистрируется фотоэлементами. Световой поток Ф, попадающий на фотоэлемент определяют по формуле
Ф=I(S/r2)соsα,
где I - сила света источника; S - площадь входного зрачка системы; r расстояние от объектива системы до источника света; α - угол падения пучка света на светочувствительную погрешность.
В соответствии с рассмотренной формулой промышленностью выпускаются датчики четырех типов (рис. 47), основанные на:
Рис. 47 Схемы фотоэлектрических преобразователей, основанных на перекрытии зрачка (а) и изменении отражательной способности (б): 1-источник света, 2-конденсатор, 3-диафрагма, 4-фотоприемник, 5-подвижная заслонка.
изменении площади S (рис.47 а) входного зрачка световой поток перекрывается либо заслонкой, связанной с деталью Д, либо кромкой самой детали);
изменении расстояния r от источника света до светочувствительной поверхности (световой поток изменяется путем перемещения источника света или фотоприемника, вызванного изменением контролируемой величины);
изменении силы света I (рис.47 б) источника (световой поток изменяется при изменении отражательной способности контролируемой поверхности);
изменении угла наклона α светочувствительной поверхности (рис.47).
Фотоэлектрические приборы широко используют в сочетании с оптическими элементами, растрами, дифракционными решетками и интерферометрами. В качестве источника света может служить само раскаленное изделие, лампы накаливания, телевизионные трубки или лазеры. В качестве светоприемников применяют фоторезисторы, фотодиоды, фототиристоры, фотоэлектронные умножители, телевизионные трубки.
Преимущества фотоэлектрических приборов - высокая точность, широкие пределы измерений, дискретная (цифровая) форма выходного сигнала, возможность осуществления бесконтактного метода контроля и др. однако эти приборы, как правило, сложны, дороги и требуют тщательной защиты от воздействия окружающей среды (пыли, конденсата и т.д.).
19.5 Механизированные и автоматизированные приспособления
Подобные приспособления применяют в крупносерийном и массовом производствах для контроля по одному, а чаще по нескольким параметрам деталей сложной конфигурации (ступенчатых валов и втулок, поршней, вилок, шатунов, корпусов и т.д.). С помощью этих приспособлений можно контролировать несколько параметров последовательно или одновременно.
Лекция 20
20.1 Системы автоматического контроля
При контроле производственных процессов имеется объект контроля (сырье, готовая продукция, режимы работы технологического оборудования, машин, механизмов и т.д.) и некоторые заранее установленные требования (или требование) к этому объекты. В результате контроля необходимо установить, удовлетворяет или нет состояние (свойство) объекта в данный момент заданным требованиям. Следовательно, операции контроля сводятся к составлению некоторых свойств (состояний) объекта в данный момент заданным требованиям. Следовательно, операции контроля сводятся к сопоставлению некоторых свойств (состояний) объекта с заданными, в результате чего делается логическое заключение об объекте, в простейшем случае типа «плохо - хорошо» или «годен - негоден».
Очевидно, для того чтобы сопоставлять и сравнивать определенные состояния или свойства, надо выбрать некоторые конкретные характеристики этих свойств, которые и подлежат непосредственному сравнению – контролю. Будем считать что свойства объекта контроля определяются одной или несколькими характерными величинами, которые назовем контролируемыми параметрами.
Заранее установленные требования к объекту контроля могут быть представлены или в виде образцового изделия (такая форма достаточно часто встречается при контроле размеров в машиностроении), или, чаще, в виде перечня определенных свойств и значений контролируемых параметров с указанием полей допуска. Эти требования, которым должен удовлетворять контролируемый объект определяют качественно различные области его состояния. Эти области получили название «нормы», а соответствующие им значения контролируемых параметров – «уставки». Уставки определяют границы между соседними качественно различаемыми состояниями контролируемых параметров.
Отсюда следует определение понятия «контроль» в следующей форме: контролем называется процесс установления соответствия между состоянием (свойством) объекта контроля и заранее заданной нормой путем восприятия контролируемых параметров, сопоставления их с уставками, формирования и выдачи суждения о результате.
Рассмотрим некоторые характерные формы построения процесса контроля.
В простейшем случае контролю подвергается один параметр и требуется определить, к какой из двух возможных областей относится его состояние. Результат контроля в этом случае выражается суждением: «данный контролируемый параметр (объект) находится в норме» или «…находится не в норме», т.е. «годен - брак» (типичный пример – контроль размеров в машиностроении при помощи калибров или лекал). В том случае, когда заранее установленные требования к одному контролируемому параметру определяют несколько возможных областей его состояния (более двух), т.е. существует несколько уставок, с которыми сопоставляется значение контролируемого параметра, то в результате контроля получается суждение – «контролируемый параметр находится в такой-то зоне его возможных состояний». Примерами такого контроля могут быть сортировка или разбраковка продукции по сортам (1-й сорт, 2-й сорт и т.д.), сортировка радиодеталей (сопротивления, конденсаторы и пр.) по нескольким группам номиналов.
В общем случае объект контроля характеризуется несколькими параметрами, для каждого их которых устанавливаются области допустимых состояний. На основании анализа соотношений параметров и норм определяется состояние объекта контроля в целом. Как и в случае простейшего контроля по одному параметру, здесь результат контроля формулируется в виде суждения «контролируемый объект находится в норме» или противоположного ему.
Однако во многих случаях недостаточно установления того факта, что «контролируемый объект находится не в норме». Для восстановления нормальной работы необходимо выявить те его элементы (узлы, блоки), которые послужили причиной неправильного функционирования объекта контроля.
Очевидно, в этом случае имеется логическое развитие процессов контроля: требуется не только установить наличие неисправности, но и локализовать неисправный элемент. Такое направление развития методов и средств контроля называется технической диагностикой.
В некоторых случаях нормы для отдельных параметров не задаются, известно лишь, каким должен быть некоторый обобщенный параметр всего объекта контроля в целом. Как правило, этот параметр непосредственно проконтролирован быть не может. В этом случае по результатам измерения отдельных параметров находится состояние обобщенного параметра находится состояние обобщенного параметра. Полученное значение обобщенного параметра сравнивается с соответствующей нормой. Контроль такого рода аналогичен косвенным и совокупным измерениям. Действительно, при этом виде контроля окончательный результат получается путем соответствующей обработки результатов контроля каждого из параметров, т.е. так же, как это производится при косвенных и совокупных измерениях, когда для получения общего результата измерения выполняется обработка результатов прямых измерений. Примерами такого контроля является контроль за показателями экономической эффективности технологического процесса, контроль за коэффициентом полезного действия какой-либо установки и т.д.
Таковы основные формы контроля. Операции контроля могут выполняться как с участием, так и без его непосредственного участия, т.е. автоматически. В этом случае и контроль называется автоматическим.
Совокупность устройств, посредством которых выполняются операции автоматического контроля, называется системой автоматического контроля (САК).