книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

влияние на величину погрешности обратного хода, поэтому указан­ ную погрешность желательно проверять в условиях реального за­ крепления приборов.

Если прибор установлен в стойке, для определения погрешности обратного хода можно воспользоваться следующим методом. При закрепленном универсальном приборе и установленной на измери­ тельной позиции контролируемой детали следует слегка нажать на корпус прибора или на кронштейн, в котором он закреплен, сначала сверху вниз, а затем снизу вверх. Разность показаний по шкале при-

Рис. 27. Влияние на передаточ­ ное отношение изменения мгно­ венных осей поворота рычагов:

/С, и К2 — мгновенные передаточные отношения; А и В — мгновенные оси поворота рычагов

бора характеризует погрешность обратного хода. Сущность данного способа заключается в том, что измерительный стержень переме­ щается в противоположных направлениях и, следовательно, изме­ няется знак силы трения. Тем самым искусственно создаются усло­ вия для возникновения погрешности обратного хода, что и фикси­ руется по шкале прибора.

Погрешность обратного хода может оказывать существенное влияние не только на точность показаний большинства приборов, но и на точность систем регулирования размеров, а также на точ­ ность любых технологических систем. Указанная погрешность про­ является не только при контроле биений, овальности и т. д., но и мо­ жет включаться в результат любого измерения. Необходимость включения погрешности обратного хода в состав погрешности по­ казаний приборов объясняется тем, что при контроле в производст­ венных условиях (в частности, при автоматическом контроле) из­ мерительный стержень прибора может перемещаться при измере­ нии и настройке в противоположных направлениях. Таким образом, погрешность обратного хода может носить как систематический, так и случайный характер.

Изменение характеристики сил трения приводит к возникнове­ нию порогов чувствительности другого вида. На рис. 28 условно изображена измерительная или технологическая система, входной орган / которой через упругий элемент 2 приводит в движение вы­ ходной орган 3. Если предположить, что в начальный момент вре-

78

мени система находилась в состоянии покоя, то для приведения ее в движение выходной орган 3 должен преодолеть силу статического трения. При этом важно, в каком направлении он двигался перед остановкой системы. Если перед остановкой входной орган переме­ щался в направлении, противоположном указанному стрелкой, то

органа входной должен в том же направлении переместиться на величину

Р— нормальное усилие.

Взависимости от того, для каких систем устанавливается вели­ чина порога чувствительности, параметром Р могут являться сила тяжести исполнительного органа станка, сила тяжести каретки из­ мерительного приспособления или нормальная реакция в подвиж­ ных соединениях измерительной цепи. Начало движения выходного

органа характеризуется неравенством Pynpj > ^ п , а остановка — неравенством F Ä > Рупр2 ; Р у п Р і и Р у т — силы деформации упру­ гой связи 2.

При одновременном движении входного и выходного органов системы, если скорость перемещения меньше или равна критиче­ ской, выходной орган перемещается скачками

Наибольшее значение скачка соответствует весьма малым ско­ ростям перемещения при незатухающем процессе [124]. Величины Аз и Д4 характеризуют порог чувствительности второго вида. 06-

Эту формулу, а также формулы (92) — (94) см. в работе [124].

79

систем обратно пропорциональна жесткости цепи передачи и прямо пропорциональна разности сил трения покоя и движения.

Пороги чувствительности второго вида Аз и A4 могут быть и в измерительных системах. Это объясняется тем, что непосредствен­ но перед отсчетом показаний по шкале прибора измерительный стержень может остановиться или двигаться с малой скоростью. Параметры А3 и A4 характеризуют величину колебания силовых де­ формаций измерительных систем, приводящего к погрешностям показаний приборов. Они сообщают процессам регулирования раз­ меров дискретный характер, поскольку определяют собой мини­ мальную величину скачка исполнительных органов станка при врезных операциях и минимальную величину подналадочного им­ пульса при обработке на проход.

Из выражений (93) и (94) следует, что для уменьшения поро­ гов чувствительности второго вида необходимо уменьшать разность коэффициентов трения покоя и движения и увеличивать жесткость измерительных и технологических систем. С этой целью необходи­ мо переходить от направляющих трения скольжения к направляю­ щим трения качения и использовать в цепи передачи пружинные связи. Таким образом, основные рекомендации для уменьшения по­ рога чувствительности второго вида такие же, как и для уменьше­ ния погрешности обратного хода.

Анализ порогов чувствительности измерительных и технологи­ ческих систем показывает, что в том и другом случае вопросы чув­ ствительности решаются одинаково. Однако если для технологиче­ ских систем параметры Аз и A4 могут достигать значительных вели­

жестком закреплении прибора может составлять весьма существен­ ную величину.

Когда перемещение входного органа измерительной или техно­ логической системы (после прекращения движения выходного ор­ гана) меньше величины порога чувствительности, последний влияет на точность измерения или обработки. При скоростях, меньших кри­

Пороги чувствительности измерительных и технологических систем в значительной степени зависят от зазоров в соединениях цепи передачи. Известно, что в измерительных системах влияние зазоров в значительной степени снижается за счет силового замы­ кания кинематических цепей приборов, которое осуществляется с помощью соответствующих пружин. Исследования показали, что для повышения чувствительности технологических систем также це­ лесообразно использовать предварительный натяг, выбирающий зазоры в цепи привода исполнительных органов станка.

80

имеет свои специфические особенности, которые отличают его от контроля с помощью универсальных приборов. Контроль с помо­ щью универсальных средств измерения имеет непрерывный харак­ тер, автоматический контроль является дискретным.

Непрерывность контроля с помощью универсальных приборов обусловлена тем, что эти приборы предназначены для определения численных значений измеряемых величин. Шкальные приборы должны фиксировать любые размеры в пределах шкалы, поскольку при измерении указатель прибора может остановиться в любой ее точке.

Дискретность автоматического контроля заключается в том, что при таком контроле обычно фиксируются предельные размеры конт­ ролируемых деталей (или сортировочных групп) или подаются ка­ кие-либо прерывистые команды (например, команда на переклю­ чение с черновой подачи на чистовую или команда на прекращение процесса обработки). Средства автоматического контроля не пред­ назначены для определения численного значения измеряемой вели­ чины.

Дискретность автоматического контроля в значительной степе­ ни обусловливает его точностные особенности, а также особенно­ сти конструкций средств автоматического и активного контроля размеров. Многие приборы автоматического контроля на первый взгляд кажутся грубыми, сконструированными без соблюдения ос­ новных метрологических правил. Однако, как будет показано ниже, это впечатление часто бывает ошибочным.

Вследствие дискретности на точность активного и автоматиче­ ского контроля размеров в большинстве случаев не влияют кине­ матические и технологические погрешности приборов, а также по­ грешности, вызванные функциональным изменением измерительно­ го усилия.

На рис. 29, а изображена принципиальная схема рычажного электроконтактного датчика. Датчик срабатывает при замыкании или размыкании контактов, которые заранее настраиваются на за­ данные размеры по образцовым деталям. Кинематическая погреш­ ность рычажных приборов, которая в данном случае характеризует­ ся отсутствием прямой пропорциональности между линейным пере­ мещением измерительного стержня датчика и углом поворота его центрального рычага, не влияет на точность работы датчика, по­ скольку электрические импульсы возникают только при определен­ ных углах поворота рычага.

Датчик срабатывает при двух положениях рычага и не реагиру­ ет на размеры, расположенные между двумя предельными значе­ ниями контролируемой величины, т. е. на такие размеры, при кото­ рых его подвижный контакт находится между двумя неподвижны-

ми. Таким образом, датчик фиксирует лишь дискретные значения контролируемых параметров. Отсутствие в промежутке между кон­ тактами линейной зависимости между перемещением измеритель­ ного стержня и углом поворота рычага не оказывает влияния на точность срабатывания датчика.

Конструкции рычажных датчиков в большинстве случаев обла­ дают значительными кинематическими погрешностями. У изобра-

женного на рис. 29, а электроконтактного датчика ось поворота центрального рычага выполнена в виде изогнутой плоской пружи­ ны 2. Такая конструкция обладает значительной кинематической погрешностью, но с точки зрения точности датчика она не имеет значения.

На рис. 29, б показана схема измерения детали в процессе об­ работки. Деталь контролируется с помощью универсального при­ бора. Станком управляют вручную, т. е. при достижении заданного размера, на который настроен прибор, оператор вручную отводит шлифовальную бабку от детали. Так как контроль осуществляется с помощью рычажного универсального прибора, то кинематические погрешности самого прибора и промежуточной рычажной передачи влияют на точность показаний средства активного контроля.

82

Однако указанные погрешности проявляются только при подхо­ де к заданному размеру, т. е. они сказываются только на точности оценки величины снимаемого припуска. На точность же фиксиро­ вания окончательного (заданного) размера погрешности практиче­ ски не влияют, поскольку на данный размер прибор был настроен по образцовой детали. Таким образом, на конечный результат регу­ лирования размеров кинематическая погрешность практически не влияет даже, если измерение производят с помощью шкального прибора, что также объясняется дискретностью самого процесса регулирования, при котором фиксируются лишь определенные зна­

Как известно, подобный контроль, осуществляемый с помощью уни­

Автоматический контроль не требует, чтобы измерение осуще­ ствлялось строго в диаметральной плоскости. Можно измерять по хорде, но при условии, что и датчик настраивают на заданный раз­ мер также по хорде. Все это объясняется дискретностью автомати­ ческого контроля и тем, что условия настройки по образцовым де­ талям совпадают с условиями срабатывания датчиков. В полной мере это относится только к трехконтактным приборам активного контроля. При одноконтактном или двухконтактном контроле, на точность которого влияют силовые деформации детали, измерение следует производить в диаметральной плоскости.

Кинематические погрешности приборов сказываются на точно­ сти автоматического контроля, если на заданный размер приборы настраивают не по образцовым деталям, а при помощи шкальных устройств, или универсальные приборы используются для многодиа­ пазонной сортировки (при условии, что каждая сортировочная группа не настраивается отдельно по образцовой детали).

Кинематические погрешности влияют также на точность неко­ торых амплитудных датчиков. Кроме того, кинематические погреш­ ности датчиков влияют на точность измерительных систем, обла­ дающих плавной характеристикой. Так, например, кинематические погрешности индуктивных или емкостных датчиков могут сущест­ венно влиять на точность измерения, если в цепь датчиков включе­ ны шкальные приборы. Кинематические погрешности могут также оказывать некоторое влияние на точность средств активного и ав­ томатического контроля при сочетании указанных погрешностей с

погрешностями, вызванными тепловыми и силовыми деформациями технологической системы (или при сочетании с зазорами в цепи пе­ редачи прибора).

На точность дискретных систем автоматического контроля, на­ страиваемых на заданный размер по образцовым деталям, не влия­ ет функциональное изменение величины измерительного усилия. Поскольку контакты датчика настраивают на заданные размеры по образцовым деталям, то условия настройки соответствуют усло­ виям срабатывания датчика. При расположении центрального ры­ чага у правого и левого контактов измерительное усилие может быть различно. Однако оно одинаково как при настройке, так и при срабатывании датчика.

Погрешность в результате нестабильности измерительного уси­ лия является только следствием неодинаковой твердости и шеро­ ховатости поверхностей образцовой и контролируемой деталей, т. е. следствием неодинаковых величин местных силовых деформаций при настройке и измерении. Если контакты датчика настраивают не по образцовым деталям, а при помощи встроенного в датчик шкаль­ ного прибора, то нестабильность измерительного усилия датчика влияет на точность измерения.

Во многих рычажно-механических датчиках с успехом исполь­ зуются пружинные передачи (например, в датчиках типа «Шеф­ филд»), несмотря на то, что они обладают значительным перепадом измерительного усилия и существенными кинематическими погреш­ ностями.

Технологические погрешности измерительных приборов в ре­ зультате тех же причин, что и кинематические погрешности, не влия­ ют на точность дискретных систем активного и автоматического контроля размеров. Однако иногда и при дискретных измеритель­ ных процессах указанные погрешности влияют на точность измере­ ния.

Это происходит обычно, когда технологические погрешности со­ четаются с изменением каких-либо других параметров измеритель­ ных или технологических систем (чаще всего при сочетании техно­ логических погрешностей с зазорами в подвижных соединениях приборов). При этом условия настройки могут не совпадать с ус­ ловиями работы датчика.

Так, например, если в изображенной на рис. 29, а схеме датчика плоскость контакта хомутика 1 с малым плечом центрального ры­

грешность. В то же время при отсутствии зазоров указанная техно­ логическая погрешность не влияет на точность измерения.

На рис. 29, г приведена схема измерения, при которой измери­ тельная поверхность стержня прибора не перпендикулярна его оси. Здесь также может возникнуть погрешность измерения под влияни­ ем смещения или поворота измерительного стержня, вызванного

84

несколько выше точности безрычажных. Увеличение передаточного отношения способствует также лучшему формированию электриче­ ского импульса, поскольку величина перемещения подвижных кон­ тактов датчика в большей степени превышает величину измеритель­ ного импульса и, следовательно, малейшее изменение контролируе­ мого размера вызывает четкое срабатывание датчика.

Большие передаточные отношения нужны при многодиапазон­ ной сортировке, например, когда в измерительных системах исполь­ зуются коммутаторы (погрешность коммутации равна частному от деления расстояния между осями соседних контактов на передаточ­ ное отношение между перемещением щетки и изменением контро­ лируемого размера, соответствующего этому перемещению).

Использование шкальных устройств значительно облегчает на­ стройку средств автоматического контроля и определение парамет­ ров их точности, а также наблюдение за процессами измерения или получения размеров. Однако в ряде случаев для этого целесообраз­ нее использовать не системы с большими передаточными отноше­ ниями, а обычные датчики с встроенными в них универсальными приборами.

Если кинематические, а иногда и технологические погрешности измерительных приборов не влияют на точность автоматического контроля, то влияние остальных погрешностей сохраняется. К та­ ким погрешностям относятся пороги чувствительности, погрешнос­ ти базирования, погрешности, вызываемые силовыми и тепловыми деформациями, некомпенсируемые технологические погрешности, погрешности аттестации установочных мер, погрешности, возникаю­ щие под влиянием зазоров в подвижных соединениях цепи переда­

версальных приборов, в значительной степени зависят от того, вы­

На рис. 29, е приведена схема датчика с соблюдением принципа Аб­ бе. Хотя оба датчика выполнены по синусной схеме — в том и дру­ гом случае шариковая опора связана с малым плечом рычага, — с точки зрения влияния зазоров на точность измерения наиболее ка­ чественной является вторая схема.

Величина измерительного усилия при регулировании и автома­ тическом контроле размеров определяется передаточным отноше­ нием измерительных систем, величиной контактного усилия (для электроконтактных систем), а также динамическими погрешнос­ тями.

86

Одной из характерных особенностей измерительных устройств, контролирующих детали в процессе обработки, является их подвер­ женность воздействию различного рода колебательных процес­ сов.

Влияние колебаний на точность средств активного контроля раз­ меров зависит от конструкции этих устройств; наиболее сильно оно

наконечник прибора не должен отрываться от поверхности контро­ лируемой детали, поэтому необходимо, чтобы частота собственных колебаний измерительного стержня превышала частоту колебаний возмущающих влияний, т. е. была больше угловой скорости (об/с) контролируемой детали. Период собственных колебаний Т подвиж­ ной системы

(96)

где m — масса подвижной системы;

К — жесткость пружины, действующей на подвижную сис­ тему.

Для плоской пружины

где Е — модуль упругости первого рода, гс/мм2 ;

/— момент инерции сечения пружины, мм2 ;

/— длина пружины, мм.

Для спиральной пружины

где G — модуль упругости второго рода, гсм/м2 ;

г — радиус проволоки, мм;

#—радиус пружины, мм; п — число витков.

Для увеличения частоты собственных колебаний подвижной си­ стемы надо уменьшать ее массу и увеличивать жесткость пружины,, т. е. применять более легкие измерительные стержни и увеличивать, измерительное усилие.

Критерии оценки точности дискретных средств автоматического контроля. Одним из основных критериев точности дискретных (ре­ лейных) измерительных систем является погрешность срабатыва­ ния. Эта характеристика соответствует вариации показаний уни­ версальных приборов. Она определяет величину поля рассеивания собственно случайных погрешностей измерения. Погрешность сра­ батывания является следствием зазоров в кинематической цепи дат­ чика и изменения характеристики сил трения этой цепи, а также

87