книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

Из схемы видно, что счетчик А учитывает изделия с размером в об­

в исполнительное устройство 4 при поступлении в счетчик А трех по­ следовательных импульсов. При поступлении шести последователь­

подналадку была достаточно мала, последний выдается только при поступлении десяти последовательных импульсов. Очевидно, что ес­ ли все эти десять импульсов соответствуют области L (т. е. срабо­ тают счетчики В я С), команда на подналадку не должна выдавать­ ся. Описанный анализатор построен на шаговых искателях и реле, но вполне возможны и другие решения. В качестве примера ис­ пользования анализатора фирма «Брайант» применила его для под­ наладки внутришлифовального станка, обрабатывающего посадоч­ ные отверстия внутренних колец подшипников. Чувствительным эле­ ментом измерительного устройства для контроля диаметра отвер­ стия вне станка служит гидравлический датчик давления жидкости мембранного типа. По команде от статистического анализатора ис­ полнительное устройство регулирует положение алмаза, правящего шлифовальный круг в каждом цикле. Статистический анализатор может применяться, разумеется, и с другими типами исполнительно­ го и измерительного устройств (причем, не только в машинострое­ нии) .

Данных о применении статистического анализатора фирмы «Брайант» в производственных условиях нет, но очевидно, что при малых значениях подналадочного импульса и достаточно высокой точности датчика, анализатор позволяет поддерживать динамиче­ ское равновесие центра группирования (рассеивания) относительно середины поля допуска.

Системы с формированием команд по знакам отклонений и ал­ гебраически набранному счету. При данном способе команды на подналадку подаются на основе алгебраического суммирования от­ клонений фактического размера детали от уровня размерной на­ стройки станка. При достижении алгебраической суммой некоторо­ го определенного значения выдается команда на подналадку станка.

На рис. 82 представлена схема счетчика [97], позволяющая про­ изводить подналадку по алгебраически набранному счету. Счетчик,

218

на число положений от одного до пяти, суммирует импульсы от раз­ меров, выходящих за контрольно-подналадочную границу, и вычи­ тает из этой суммы импульсы от деталей с размерами до контроль- но-подналадочной границы. В результате алгебраического сложения при наборе фиксированного числа, установленного на счетчике, вы­ дается команда на подналадку. В схеме применены: шаговый иска­ тель с прямым ходом {ІШИ, ІІШИ, ІІІШИ — контактные поля ис­ кателя), пять реле (Рі~Ръ), время срабатывания которых меньше

Рис. 82. Схема счетчика для подналадки по алгебраи­ чески набранному счету

времени перехода щетки искателя с ламели на ламель, и переклю­ чатель Я , при помощи которого устанавливается фиксированное чис­ ло импульсов, после чего надо выдавать сигнал на исполнительное подналадочное устройство и вернуть схему в исходное положение. Контакт СП, замыкаясь, подает на схему сигнал подналадочного размера. Контакты СВ, переключаясь, подают на схему сигнал вы­ читания, посылаемый электросхемой подналадчика в том случае, когда после ряда подналадочных сигналов последовал сигнал доподналадочного размера, т. е. происходит сброс счета не до нуля, а на одну единицу. При этом контакты СВ остаются замкнутыми в цикле работы подналадчика определенное время.

219

Способ подналадки по алгебраически набранному счету также

Интересный статистический анализатор применен в контрольноподналадочном устройстве БВ-4017Б к бесцентрово-шлифовально- му автомату ВШ-250Н1, которое предназначено для выборочного автоматического контроля диаметра в одном (среднем по длине) сечении игольчатых роликов (диаметром 2,5—3 мм) после чистовой обработки. По результатам измерения устройство дает командные импульсы на подналадку и на прекращение процесса обработки при выходе размеров за границы поля допуска. Кроме того, контрольноподналадочное устройство рассортировывает детали на группы «Брак—», «Годен», « Б р а к + » и сопровождает команды соответст­ вующей световой сигнализацией. Подача команд устройством осно­ вывается на анализе соотношения между числом деталей, попавших

вту или иную размерную группу.

§26. ОЦЕНКА СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ К О Н Т Р О Л Я

ИР Е Г У Л И Р О В А Н И Я П Р И Ф О Р М И Р О В А Н И И КОМАНД НА П О Д Н А Л А Д К У

Цель статистических методов контроля и регулирования — уточ­ нение информации о положении центра группирования размеров де­ талей. Критерием оценки того или иного статистического метода

Рис. 83. Кривая распределения средних значений

контроля (автоматического или неавтоматического) может быть ве­ личина ошибки первого или второго рода, обеспечиваемая этим ме­ тодом.

На рис. 83,а представлена кривая распределения средних зна­ чений. При использовании метода оценки, основанного на определе­ нии средних значений выборочных проб, контрольно-подналадочные границы 5„ и SB располагают так, чтобы отсеченная площадь а со-

220

ставляла какую-то определенную, хотя и незначительную величину. Эта площадь а и может быть названа ошибкой первого рода. Ошиб­

нием границ 5 Н и S-B. Однако принимая во внимание ошибку второго рода, нельзя раздвигать эти границы от среднего значения. Дейст­

величина допуска, то возникает ошибка второго рода ß (рис. 83,6).

сместилось. Если ошибка первого рода указывает на наличие воз­ мущения, т. е. причины, сдвигающей X , когда этого возмущения нет, то ошибка второго рода указывает на отсутствие возмущения, когда

Используя коэффициент точности исполнения допуска [92], ко­ торый является некоторой мерой оценки качества процесса,

т= А

"б* •

получаем

где а — среднее квадратическое отклонение, характеризующее рас­ сеяние контролируемого параметра.

При Тп = 1 (точность удовлетворительная) и Е = 0 (ошибка на­ стройки процесса отсутствует) вероятность получения брака q со­ ставляет 0,27%.

При применении статистических методов контроля и регулиро­ вания точности обработки (при наличии q) сигнал на подналадку

221

Появление брака зависит от величин е или Е (интенсивности смещения центра группирования) и от величины коэффициента точ­ ности процесса Тп. При практически неизменной точности процесса

появления сигнала из-за нахождения контролируемой характерис­ тики вне заданного допуска или вне зоны SB — SH , причем в то вре­ мя, когда нет оснований для появления сигнала на регулирование процесса.

Анализ различных статистических методов активного контроля и регулирования показал, что наиболее высокой точностью, опреде­ ляемой величиной (1 — ß), обладает метод средней арифметической при условии непрерывного получения выборки, т. е. при методе скользящей средней. Под непрерывным получением выборки пони­ мается такой процесс контроля, когда первое измерение данной вы­ борки отбрасывается, а вместо него принимается новое значение из­ меряемой величины. Таким образом, при каждом измерении полу­ чается следующая выборка. Несколько худшим показателем вели­

тода регулирования по повторным импульсам близка к величине, вычисленной по медианному методу. Погрешность регулирования по методам группирования и алгебраически выбранному счету так­ же примерно равна погрешности метода скользящей медианы. Од­ нако достоинством метода группирования, помимо выдачи импуль­ сов разной полярности (положительных и отрицательных) является возможность производить контроль рассеивания размеров обрабо­ танных деталей. При этом конструкция анализатора достаточно проста.

При наличии частых грубых помех при измерении значительным преимуществом обладают способы формирования команд по повтор­ ным импульсам, медиане, алгебраически набранному счету (фикси­ рованной разнице) и группированию.

Усреднение во времени контролируемого параметра и обеспече­ ние защиты систем от действия грубых погрешностей, выполняемые с помощью статистического анализа малых выборок по тому или иному критерию, улучшают метрологические и эксплуатационные характеристики систем контроля и регулирования размеров. При этом более высокую точность регулирования обеспечивает статисти­

222

где Vi — вероятность перемежающегося отказа (сбоя, промаха) і-го элемента системы из п учитываемых элементов, например, вероятность нахождения в технологическом процессе заго­ товок с другим номинальным размером, вероятность сраба­ тывания реле в цепи регулирования и т. д.

Очевидно, при формировании команды на подналадку: по одной детали

223

требующих высокой стабильности уровня настроечного сигнала. Наиболее простым методом подналадки по статистическим пара­ метрам является метод подналадки по медиане выборки. К тому же этот метод обладает наибольшей (после метода средней арифмети­ ческой) точностью регулирования. При подиаладке по повторным импульсам обеспечивается наиболее надежная защита системы от действия грубых ошибок. Однако в этом случае может произойти за­ паздывание сигнала и появление деталей, размер которых выходит за границу поля допуска. Подналадка по способу группирования и алгебраически набранному счету при относительной простоте дает хорошее приближение для выдачи сигнала по усредненному разме­ ру контролируемых деталей. Как отмечалось, областью применения усредненных подналадок является обработка деталей высокой точ­ ности, когда каждый микрометр погрешности имеет существенное значение. При относительно менее точных процессах обработки можно ограничиться подналадкой по одной детали или, в случае ча­ стых грубых выбросов размеров, по двум или трем деталям подряд.

Для оптимального выбора импульсов регулирования и положе­ ния сигнально-подналадочной границы нужно знать, как зависит точность обработки от этих параметров при различных способах подналадки. Такая зависимость может быть получена частично ана­ литическим путем, частично путем математического моделирования на электронно-вычислительных машинах. Аналитическое определе­ ние оптимального положения сигнально-подналадочных границ для различных систем подналадки связано с существенными затрудне­ ниями из-за значительных потерь времени, так как необходимо ап­ проксимировать эмпирические законы распределения размеров тео­ ретическими законами (такая аппроксимация позволяет разделить отклонения размеров от уровня настройки станка на функциональ­ ные и собственно случайные отклонения). Поэтому для оптимизации различных систем подналадки весьма эффективным оказывается применение ЭЦВМ [5, 95, 153], в программу вычислений которых можно ввести помимо точностных также и экономические показате­ ли технологического процесса, например, данные, характеризующие убытки от исправимого и неисправимого брака. Все это даст воз­ можность при заданных границах поля допуска выбрать для многих технологических процессов оптимальный способ подналадки и рас­ считать оптимальные параметры систем регулирования.

Выше были рассмотрены системы регулирования размеров, вы­ рабатывающие сигнал на подналадку по статистическим парамет­ рам. Эти системы обладают наибольшей точностью по сравнению с другими методами подналадки, в частности, с методом подналад­ ки по одной детали. Устойчивость регулирования в системах, осу­ ществляющих подналадку по одной детали, гарантируется относи­ тельно большой величиной свободной части допуска, которая яв­ ляется следствием специфически регулируемого процесса (малое рассеивание в сравнении с большим функциональным изменением размеров).

224

В тех случаях, когда рассеивание размера изделий соизмеримо с суммарной допустимой погрешностью обработки, необходимы ус­ редненные критерии оценки положения центра группирования, оп­ ределяемые по результатам измерения выборки деталей, а не по единичному значению размера одной детали. При этом сигнал, по­ ступающий из измерительной системы на вход системы подналадки, должен определяться статистической обработкой результатов не­ скольких измерений, например, средним арифметическим значением контролируемого размера для выборки в целом. Необходимо отме­ тить, что статистические методы подналадки в настоящее время еще редко применяются в промышленности, но являются весьма перс­ пективными. Общим для всех рассмотренных выше систем является постоянство величины импульса регулирования, что, в свою очередь, является следствием весьма приближенной оценки положения цент­ ра группирования в каждый момент времени, так как функциональ­ ное смещение уровня настройки станка, вызванное, в частности, из­ носом шлифовальных кругов, происходит неравномерно [65]. При неизменной величине подналадочного импульса, вполне приемлемой для компенсации износа кругов в условиях установившегося режи­ ма обработки, как правило, не удается компенсировать с надлежа­ щей точностью износ кругов непосредственно после их правки, пото­ му что в этом состоянии он более интенсивен, чем по прошествии не­ которого времени. В период интенсивного износа кругов запаздыва­ ние команды на подналадку при недостаточной величине импульса приводит к резкому снижению точности обработки деталей. В связи с этим для периодов различной интенсивности износа кругов целе­ сообразно применять подналадочные системы с переменным по зна­ ку, величине и длительности импульсом или системы с переменной выборкой.

Таким образом, в результате произведенной оценки различных способов формирования команд на подналадку установлено, что статистический параметр, на основании которого можно судить о по­ ложении центра группирования, должен носить не случайный, еди­ ничный, а усредненный характер, основанный на измерении несколь­ ких деталей, а величина импульса регулирования должна быть про­ порциональна отклонению центра группирования размеров от пер­ воначального уровня настройки. С этой точки зрения представляет интерес вопрос об автоматизации способов поднастройки металло­ режущих станков. Автоматическое управление станками на основе статистических параметров значительно повышает точность и на­ дежность обработки.

В рассмотренных статистических системах алгоритм формирова­ ния подналадочного импульса осуществляется, как правило, на ос­ нове какого-либо усредненного значения отклонения регулируемого параметра по выборке постоянного объема из N изделий (за исклю­ чением устройства БВ-4017Б). При этом возникает противоречие в выборе объема выборки N. С одной стороны, необходимо своевре­ менно воздействовать на объект, сведя при этом такт запаздывания

обеспечивается заданное значение вероятности попадания регули­ руемого параметра в заданное поле допуска. Как указывалось, до­ стоверность определения среднего значения смещения центра груп­ пирования регулируемого параметра изделий возрастает с увеличе­ нием объема выборки N, но, с другой стороны, увеличение объема выборки приводит к увеличению количества изделий, параметры ко­ торых выходят за пределы поля допуска. С точки зрения оптималь­ ного выбора величины N большой интерес представляют системы с накоплением, в которых выборка не является фиксированной ве­ личиной, а изменяется в зависимости от скорости смещения центра группирования (рассеивания) параметров изделия.

Сигнал подналадки в таких системах вырабатывается в том случае, когда сумма отклонений выходного регулируемого пара­ метра от заданного начального значения достигает некоторой оп­

мой самонастройки. В простейшем случае эта величина постоянна и может быть вычислена, исходя из допустимого смещения центра группирования или из допустимой вероятности ложной подналадки. При смещении центра группирования сумма отклонений регулируе­ мого параметра изделий достигнет порогового значения тем быст­

ными. Они позволяют получить минимальное отклонение регулиру­ емых параметров изделий от заданных значений, так как при лю-

226

как вычислительное устройство в таких системах имеет минималь­ ный объем «памяти».

Для повышения точности статистических систем регулирования целесообразно использовать принципы теории инвариантности [78]. В этом случае можно устранить функциональную составляющую

погрешность, вызывающую смещение центра группирования, за счет компенсирующей цепи, обеспечивающей условия инвариантности в дискретные моменты времени. Однако непосредственное измере­ ние возмущения в подналадочных системах, как правило, невозмож­ но. В этом случае их можно выполнить комбинированными с кос­ венным измерением возмущающих воздействий. При этом система­ тические регулярные составляющие компенсируются, если возмуще­ ния захвачены в «вилку» дифференциальных обратных связей. Для сглаживания собственно случайных составляющих возмущения в цепи компенсации так же, как и в основном контуре, необходимо иметь вычислительное устройство для определения среднего значе­ ния возмущения.

На рис. 85 показана структурная схема комбинированной систе­ мы с переменной выборкой и с косвенным измерением возмущения и временным разделением каналов управления объектом и измере­ ния реакции объекта на возмущающее воздействие [18]. Необходи­ мым условием временного разделения является окончание процесса