книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

статистического распределения. В цепи каждого выхода протекает ток ik [k — 1, 2, . . . , п), пропорциональный заданному числу. Через обмотку РП протекает суммарный ток.

Регистр сдвига PC (кольцевой счетчик либо двоичный счетчик с дешифратором и т. п.) последовательно включает и выключает со­ ответствующее реле Pk (k = 1, 2, . . . , п). Контакты реле производят переключение выходов УОГ из цепи одной обмотки РП в цепь дру­ гой. Регистр сдвига PC запускается импульсами генератора ГИ, ко­ торый включается по сигналу «Пуск» и выключается контактом РП.

Первый импульс с ГИ включает реле Ри контакты которого под­ ключают выход первого канала УОГ ко второй обмотке РП. Второй

Рис. 189. Схема дискретно-аналогового устройства для определения скользящей медианы фиксированной выборки

импульс выключит Р\ и включит Р%, контакты которого подключат выходы первого и второго каналов УОГ ко второй обмотке РП и т. д.

Таким образом, ток через первую обмотку РП будет уменьшать­ ся, а через вторую увеличиваться. Когда ток во второй обмотке ста­ нет равным или больше тока в первой обмотке, РП сработает и вы­ ключит ГИ. Номер медианного интервала будет показан на индика­ торе медианы (например, загоранием соответствующей лампочки). Шкала индикатора медианы может быть отградуирована в значени­ ях контролируемой величины, тогда по показаниям индикатора ме­ дианы можно непосредственно определить медианное значение

тельности анализируется скользящая выборка фиксированного •объема k = 6, 8, 10, . . . Скользящая медиана на n-ом такте последо­

На рис. 189 представлена схема устройства, в котором на каж­ дом такте последовательности вычисляется скользящая медиана. Принцип действия данной схемы близок к схеме на рис. 187. На вход устройства на каждом такте поступает величина у п - Запо-

408

минание^величины у п на каждом такте последовательности происхо­

ции с технологическим процессом. Считывание информации о теку­

В АЗЯі происходит суммирование с равными весами всех компо­ нентов выражения (523). Управление работой АЗЯі и АЗЯз в дан­ ном устройстве от схемы синхронизации с помощью ключей К\ и Кг аналогично описанному выше для рис. 185. Перед началом работы устройства на всех реле устанавливают априорное начальное поло­ жение, а в АЗЯг — априорное значение скользящей медианы Mek0.

При ведении технологического процесса, в особенности при его отладке, возникает необходимость анализа распределения вероятно­ стей исследуемого параметра. Например, для оценки и исследова­ ния влияния действующих на технологический процесс возмущений необходимо достаточно быстро и точно определять их статистиче­ ские свойства.

Одной из основных характеристик случайных процессов являет­ ся функция распределения плотности вероятности ее мгновенных значений. Эта функция является усредненной интегральной характе­ ристикой исследуемого процесса.

Оперативное изучение вероятностных свойств исследуемого про­ цесса позволяет не только осуществлять его эффективный контроль, но и вырабатывать рекомендации по улучшению качества про­ цесса.

Рассмотрим устройства, позволяющие автоматически определять плотность вероятности распределения непрерывного случайного процесса, а также гистограмму распределения случайной последо­ вательности. Эти устройства предназначены для анализа стационар­ ных случайных процессов, обладающих эргодическим свойством.

В работах [13, 14] описывается электронный прибор для опреде­ ления плотности распределения вероятностей, позволяющий анали­ зировать случайные процессы с частотами от долей герца до 8 кГц.

409

но интервала Ах, середина которого фиксируется на нулевом потен­ циале. Меняя величину постоянной составляющей, можно «просмот­ реть» все уровни исследуемого сигнала.

Входной сигнал суммируется во входном устройстве с постоян­ ной составляющей.

Суммарный сигнал поступает на блок двустороннего ограниче­

ме II трапециевидную волну, причем передний и задний фронты тра­ пеций представляют собой наклоны кривой входного сигнала, взя­ тые по уровню Ах.

Последующие блоки формируют импульсы, стандартные по фор­ ме и высоте, а по ширине равные времени фронта трапециевидной волны. Для формирования таких импульсов трапециевидная волна подается на схему вычисления модуля сигнала (блок двухполупериодного выпрямления, на выходе которой образуется сигнал, пока­ занный на д и а г р а м м е / / / ) .

После компенсации постоянной составляющей импульсного сиг­

зультат интегрирования за время Т, даст в заданном масштабе ор­ динату функции распределения. Чувствительность прибора повы­ шается, если между блоком модуля и интегратором установлен уси­ литель с большим коэффициентом усиления и с некоторым уровнем

ством задается величина постоянной составляющей входного сигна­ ла и одновременно выходное напряжение интегратора устанавли­ вается на нуль. Затем интегратор в течение заданного интервала времени Г суммирует поступающие на его вход импульсы. Через ин­ тервал времени Т выходное напряжение интегратора фиксируется индикатором, а затем снова устанавливается на нуль. Одновремен­

Точками функции распределения являются выходные напряже­ ния интегратора Я 4 в конце каждого интервала интегрирования Т. График функции распределения записывается двухкоординатным самопишущим прибором, на который подаются выходные напряже­ ния интеграторов и И2. Общее время интегрирования в данном приборе порядка 1—2 ч. Полная принципиальная электрическая схема прибора приведена в работе [13].

411

Рис. 191. Последовательность операций в статистическом ана­ лизаторе функций распределе­ ния

Рис. 192. Блок-схема статистического анализатора функций распределений

412

Качество работы данного прибора, его точность можно охарак­ теризовать величиной разрешающей способности анализатора к:

. Ах

где Dx — дисперсия входного сигнала.

Большое влияние на точность прибора оказывают частотные свойства элементов схемы. Анализатор является преобразователем входного сигнала в последовательность очень коротких импульсов, которые затем усиливаются и интегрируются. Для того чтобы про­ пустить прямоугольный импульс без искажений, постоянная време­ ни усилительного тракта т должна быть по крайней мере в 10 раз меньше ширины импульса. Например, при наивысшей частоте вход­ ного сигнала 50 Гц и к = 0,02 т = 12,8 мкс.

Таким образом, при анализе даже синусоиды с частотой 50 Гц с 2%-ной разрешающей способностью требуются усилительные схе­ мы, приближающиеся по своим свойствам к видеоусилителям.

Описываемый в работе [13] прибор имеет высшие неискаженные частоты входных сигналов порядка 50—100 Гц.

На основе тех же принципов построен и анализатор, выполнен­ ный на транзисторах [181].

Вработе [182] описывается анализатор распределения вероятно­ стей с цифровыми измерителями временных интервалов. Ряд схем анализаторов описан также в работах [91, ПО].

Для контроля размерных параметров изделий в машиностроении целесообразно использовать устройства для определения гисто­ грамм.

Вработе [10] рассмотрены механические и электромеханические устройства для построения гистограмм размеров изделий в задан­ ной области. Недостатком этих устройств является их ограниченное быстродействие и невозможность оперативной фиксации результа­ тов с помощью регистрирующей аппаратуры.

Вработе [106] описан многоканальный анализатор, предназна­ ченный для определения гистограммы случайной последовательно­ сти (рис. 193). Каждому интервалу распределения соответствует свой канал со счетчиком-накопителем и индикатором (Инд.). Уст­ ройство работает следующим образом:

Счетчики-накопители (СН) накапливают и хранят информацию, поступающую с многоканального входного устройства (Вх. 1) (В ка­ честве такого входного устройства можно использовать, например, серийно выпускаемые многоконтактные датчики размеров).

Цифровые управляемые сопротивления (УС) преобразуют чис­ ла, накопленные в СН, в аналоговые величины тока или напряже­ ния, которые подаются на индикаторы.

Перед началом работы счетчики-накопители устанавливаются в нулевое положение. При этом сигналы на выходах цифровых УС равны нулю, т. е. индикаторы будут обесточены. После начала ра­ боты устройства СН подсчитывают импульсы, поступающие по со-

Міз

ответствующим каналам. Таким образом осуществляется регистра­ ция числа попаданий контролируемой величины в соответствующий интервал статистического распределения. В результате текущий ряд значений контролируемой величины преобразуется в упорядоченное статистическое распределение, зафиксированное в счетчиках-нако­ пителях. При этом через индикаторы, подключенные к цифровым уп­ равляемым сопротивлениям, будут протекать токи, пропорциональ­ ные записанным числам.

Применение в составе данного анализатора многоканального входного устройства ограничивает возможность его использования для широкого класса задач и объектов.

В работе [139] приведено описание устройства статистического многоканального анализатора. Устройство позволяет автоматически

Вых.} Вых. 2 Вых. 3 Вых. п

Взависимости от требований, предъявляемых к технологическо­ му процессу, область возможного изменения размеров изделий (по­ ле допуска) разбивается на п фиксированных зон, каждая из кото­ рых имеет заданную ширину (в частном случае разбиение может быть равномерным).

Вустройстве число делителей напряжения Д соответствует числу границ фиксированных зон в поле допуска.

Первый и (п + 1)-ый делители совпадают соответственно с верх­ ней и нижней границами поля допуска. Измерение каждого изделия осуществляется датчиком размеров изделий (ДРИ). Напряжение,

414

пропорциональное размеру изделия, через контакт реле Р поступа­ ет на делители напряжения. Параметры делителей выбраны таким образом, что при переходе размером изделия границы какой-либо зоны в поле допуска напряжение в средней точке делителя, соответ­ ствующего данной границе, меняет свой знак на противоположный. При изменении размера изделия от нижней границы поля допуска до верхней (и, наоборот, от верхней до нижней) будет последова-

От системы синх^низоиии

0

Рис. 194. Блок-схема многоканального статистическо­ го анализатора с возможностью автоматической реги­ страции гистограммы случайной последовательности

тельно происходить изменение знака напряжения во всех средних точках делителей. Для определенности будем считать, что если раз­ мер изделия меньше нижней границы поля допуска, то напряжение во всех средних точках делителей будет иметь отрицательный знак.

Средняя точка каждого t'-ro делителя (і = 1, 2, 3, . . . , п) соеди­ нена со входом і-го логического элемента И, а также через логиче­ ский элемент «НЕ» со входом ( і — 1)-го элемента «И». Единичный сигнал на выходе t'-ro элемента «И» появляется при совпадении зна­

(/— 1)-го элемента «И» и нуля на выходе г-го элемента. Выход каж-

415

дого элемента «И» через ключ Кі соединен со входом аналогового накопителя. В данном устройстве напряжение на выходе аналогово­ го накопителя пропорционально числу поступивших на его вход сиг­ налов единичного напряжения. Управление ключами Кі осуществ­ ляется с помощью импульса напряжения, поступающего от системы синхронизации данного устройства. Этот импульс на ключи Кі по­ дается с некоторым запаздыванием по сравнению с моментом пода­ чи напряжения с датчика размеров изделия. Величина этого запаз­

КІ при подаче на них входного напряжения от системы синхрониза­ ции отпираются. В этот момент времени единичное напряжение с выхода элемента «И», соответствующего зоне, в которую попал раз­ мер изделия в поле допуска, поступает на вход соответствующего по номеру аналогового накопителя. Управляющее напряжение на ключи КІ подается в течение времени, необходимого для отработки аналоговым накопителем входного напряжения.

Таким образом, на выходе каждого накопителя образуется на­ пряжение, пропорциональное числу изделий, попавших в соответ­ ствующую этому накопителю зону в поле допуска.

Выходы аналоговых накопителей через ключи /Сг, управляемые напряжениями соответствующих по номеру элементов «И», соеди­ нены со входами аналогового сумматора. В каждый момент време­ ни будет открыт не более чем один ключ Кг, номер которого соот­ ветствует номеру элемента «И», имеющего на выходе единицу. На выходе сумматора будет напряжение, пропорциональное выходно­ му напряжению накопителя, имеющего тот же номер.

При отсутствии сигнала на выходе датчика размеров изделия контакт реле перебрасывается в положение 2. Реле управляется от системы синхронизации. При этом на делители напряжения посту­ пает напряжение с выхода генератора периодических колебаний, например, синусоидальных. Амплитуда выходного напряжения и его частота выбираются из соображений удобства регистрации гистограммы.

При подаче с выхода генератора переменного напряжения с ам­ плитудой, обеспечивающей смену знака во всех делителях напря­ жения, на выходе аналогового сумматора будет воспроизводиться гистрограмма распределения размеров изделий по зонам в поле допуска. Скорость изменения напряжения на выходе сумматора должна выбираться с учетом быстродействия элементов устройства. При подключении к выходу сумматора регистрирующей аппаратуры (электронно-лучевого осциллографа, шлейфового осциллографа или самопишущего регистрирующего прибора) с помощью данного устройства возможен оперативный контроль за ходом технологиче­ ского процесса.

Выбор элементов в схеме устройства зависит от числа зон в по­ ле допуска. При небольшом числе зон (пять-семь) логические бло­ ки можно построить на реле. Электрическая схема одного канала

для і-ой зоны в поле допуска приведена на рис. 195. В качестве аналогового накопителя и сумматора использованы операционные усилители. Напряжение на выходе і-го накопителя будет изменять­ ся на единицу при срабатывании і-го реле Р\ и отпускании (і—1)-го реле РІ-І. При этом контакт реле, на которое поступает импульс от схемы синхронизации, должен быть замкнут. Вилка нечувствитель­ ности схемы к изменению входного сигнала AU, поступающего

Рис. 195. Релейный вариант схемы одного канала статистического анализатора

с датчика размеров изделия, определяется параметрами делителя напряжения и порогового усилителя, обеспечивающего срабатыва­ ние реле Pf.

AU — Е ' R a

Як?

где ß — коэффициент усиления транзистора. Кроме того, необходимо, чтобы

где /С р. р — ток срабатывания реле.

Если в данной схеме применять транзисторы с ß ^ 50 и герме­ тизированные язычковые реле, то можно получить точность распре­ деления по зонам 0,1 % и быстродействие 5—10 Гц.

Выбор емкостей накопителей определяется из соотношения

где U вых. max — шкала выходного напряжения операционного уси­ лителя;

q — максимальное число возможных деталей в одной зоне;

Еі — эталонное напряжение.