3. Общие рекомендации по проектированию автоматических измерительных систем

При проектировании автоматических устройств, прежде всего, следует учитывать, что время контроля всегда мало, а вспомогательное время, как правило, больше его. Сокращение вспомогательного времени возможно за счет более рациональной компоновки узлов системы и выбора более рационального ее цикла. Сложность конструкции обычно предопределяется требуемой точностью, а повышение точности всегда увеличивает стоимость конструкции. Отсчетное устройство со многими показывающими приборами должно быть удобно для наблюдения и отсчета. Для этого необходимо располагать шкалы в одну линию и обращать в одну сторону. Измерительные позиции должны быть защищены от попадания пыли, грязи, эмульсии и т.п. (особенно в случае применения устройств активного контроля). Все узлы и детали автоматических устройств должны перемещаться плавно. В момент ввода детали на позицию измерения наконечники должны быть арретированы. Деталь должна легко устанавливаться и сниматься. Элементы устройств, соприкасающиеся с контролируемой поверхностью, должны иметь малый вес и размеры, не иметь острых углов и ребер, с целью исключения повреждения поверхности измеряемой детали. В автоматических устройствах настройка преобразователей должна быть легкой и быстрой и предусматривать возможность медленного поворота распределительного вала вручную и удобное наблюдение за происходящими процессами. Рекомендуют также применение пневматических и гидравлических прижимов.

При разработке загрузочных, транспортирующих и измерительных устройств необходимо предусматривать возможность извлечения из них контролируемых деталей вручную. Конструкция исполнительного устройства должна быть такой, чтобы при возникновении типовых неисправностей все детали поступали в брак.

Система должна иметь устройства блокировки (предохранительные муфты, реле максимального тока и т.п.) механизмов и блоков, необходимые для исключения возникновения аварийных ситуаций: попадания необработанных или неправильно ориентированных деталей, деталей другой формы и т.п.

3.1. Выбор точности

Перед конструкторами, разрабатывающими новую автоматическую систему контроля параметров, возникает задача определения ее точности, т.е. той части производственного допуска, которая может быть направлена на компенсацию несовершенства выбранного метода и конструкции. Часть погрешности, возникающая за счет средств и метода измерения, является собственно погрешностью измерения , оставшаяся технологическая часть погрешности , обусловленная видом выбранного технологического процесса и точностью оборудования, предназначена для ограничения возникающих при этом ошибок обработки. Сумма измерительной и технологической погрешностей в числовом выражении характеризует измеренный (определяемый) диапазон рассеивания контролируемого параметра, который при условии годности изделия в предельном случае равен табличному допуску, поэтому увеличение одной из рассматриваемых составляющих ведет к необходимости уменьшения второй составляющей. Следовательно, для уменьшения стоимости технологического процесса следует стремиться к уменьшению составляющей , т.е. к увеличению суммарной точности средства контроля. Однако ограничениями этого требования являются сложность создания высокоточных и вместе с тем производительных контрольных систем, их высокая стоимость, и меньшая надежность. Погрешность измерения определяется; погрешностью начальной настройки, включающей погрешность выбранного рабочего эталона, настроечного элемента, усилителя и отсчетного устройства; смещением настройки во времени вследствие нагрева головки и других элементов измерительной цепи, изменения температуры среды, износа наконечников; нестабильностью срабатывания и др.

Технологическая часть погрешности обусловлена непостоянством свойств заготовки, изменением элементов цикла, нестабильностью подач и других параметров режима обработки, инерционностью исполнительных органов оборудования и т.п.

Таблица 3.1 – Значение коэффициентов и и относительных технологических погрешностей.

		0,5	0,4	0,3	0,25	0,2	0,1	0,07	0,05
		1	0,667	0,435	0,333	0,250	0,111	0,071	0,053
		0,585	0,437	0,314	0.258	0,204	0,100	0,067	0,050
	min	0,50	0,00	0,70	0,75	0,80	0,90	0,93	0,95
	max	0,860	0,917	0,954	0,968	0,980	0,995	0,998	0,999
	ср	0,683	0,759	0,827	0,859	0,890	0,948	0,964	0,975

Если известна величина измерительной погрешности , то на технологическую погрешность останется часть

(3.1)

где – табличный допуск.

Однако при небольшом времени работы контрольной системы или при незначительном смещении центра настройки до времени, а также при случайном характере технологической погрешности можно принять что

(3.2)

Рисунок 3.1 – Соотношение между технологическими и измерительными погрешностями

Для того чтобы более наглядно провести анализ взаимосвязи погрешностей и , введем коэффициент распределения погрешностей . При расчете задачи на максимум и минимум

,

с учетом случайного характера погрешностей и этот коэффициент

.

В таблице 3.1 даны некоторые значения коэффициентов и и относительные величины технологических погрешностей в зависимости от соотношения между допускаемым рассеиванием размеров деталей и погрешностью измерения. Указанные зависимости представлены в виде графического отображения на рисунке 3.1, где штриховыми линиями изображена область допустимого значения относительной технологической погрешности в зависимости от относительной величины измерительной погрешности. При этом кривая В получена на основании выражения (3.2), а прямая линия Н —(3.1). Обе предельных зависимости позволяют установить допустимое значение производственной погрешности.

Анализ графика показывает, что при соотношении уже почти все рассеивание размеров создается ( ) за счет технологических факторов. Далее, если допустить соотношение , то и тогда еще на компенсацию технологических факторов можно отвести 0,6 – 0,917 табличного допуска. Поэтому следует рекомендовать, чтобы погрешность средства измерения не превышала 0,1–0,4 допуска на обработку. Выбор точности средств контроля в зависимости от коэффициента точности, метода контроля, величины возможного перехода параметра за каждую границу допуска и вероятности этого перехода можно найти в литературе [3, 4].

Определим реальное соотношение между измерительными и технологическими погрешностями. Для квалитетов IT6 и диаметров 18—30 мм допуск на обработку валов составляет 13 мкм. Используем данные по испытанию устройства активного контроля типа АК-3.

Погрешность рабочего эталона при этом , динамическая погрешность настройки и настроечных элементов , т.е. . Из случайных составляющих учтем погрешность срабатывания , погрешность формы эталона , динамическую погрешность . Смещение центра настройки за 4 ч после предварительной стабилизации составляет 0,8 мкм. Пренебрегая другими составляющими погрешностей ввиду их малости, найдем, что

.

Следовательно, и компенсацию технологических ошибок на основании таблицы 3.1 можно представить ( )

Проведенный анализ показывает пригодность современных средств активного контроля для получения изделий пятого-шестого квалитетов точности (IT5—IТ6), а также то, что чем качественнее заготовки, чем рациональнее подобраны режимы обработки, чем выше качество самого оборудования и стабильнее условия его эксплуатации, тем меньше суммарная погрешность обработки , все более приближаемая к погрешности самого устройства .