книги из ГПНТБ / Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения учебник

лишь большими пределами и повышенной точностью линейных измерений.

На машиностроительных заводах наиболее распространен универсальный микроскоп УИ.М-21 (рис. 41, а). Он имеет жесткую литую станину 13 с каретками 2 и 11, которые могут перемещаться соответственно в продольном и поперечном направлениях. В про­ дольной каретке 2 выполнен цилиндрический направляющий же­ лоб, в который устанавливают центровые бабки 3. Опорные по­ верхности отой каретки-служат для установки предметного стола и различных приспособлений. Па поперечной каретке 11 снизу смонтирована осветительная система, а сверху стойка 7 с визир­ ным микроскопом 8. Как и в инструментальном микроскопе, стойку 7 с микроскопом можно наклонять вокруг горизонтальной оси при помощи маховичка 9. Ось вращения стойки пересекается с линией центров бабок продольной каретки. 11а обеих каретках установлены стеклянные шкалы с ценой деления 1 мм, освещаемые проходящим светом. Над шкалами смонтированы отсчетные мик­ роскопы 4 и 5 со спиральными нониусами, имеющими величину отсчета 0,001 мм (их конструкция приведена на рис. 32).

Быстрое перемещение кареток 2 и 11 в нужное положение осу­ ществляют при отпущенных винтах 14 и 15, точно их устанавли­ вают при помощи микрометрических винтов 1 и 12 после закре­ пления винтов 14 и 15. Направляющие обеих кареток выполнены на шарикоподшипниках, обеспечивающих малое трение и высокую

устанавливают в требуемое положение вращением накатанного кольца 10. Микроскоп имеет сменные объективы и окулярные головки: угломерную, профильные и двойного изображения, ана­ логичные головкам инструментального микроскопа.

Пределы измерения микроскопа УИМ-21: линейные — в про­ дольном направлении — 0—200 мм, в поперечном — 0—100 мм; угловые — 0—360" при цене деления угловой головки 1'. Увели­ чение главного микроскопа равно 10 15х, 30х или 50х в зависи­ мости от примененного объектива. Погрешность измерения диа­ метров гладких цилиндров, установленных в центрах на микро­

скопе, равна мкм, где D — диаметр детали в мм.

Аналогичную характеристику имеет проекционный микроскоп УИМ-23 с пределами измерения 200/Х 100 мм, па котором глав­ ный и отсчетные микроскопы заменены проекционными устрой­ ствами 1, 2 и 3, облегчающими работу (рис. 41, б). На микроскопе УИМ-23 в отличие от УИМ-21 можно работать сидя, что значи­ тельно облегчает труд контролера и обеспечивает более высокую производительность.

В нашей стране разрабатываются универсальные измеритель­ ные микроскопы с автоматическим цифровым отсчетом с точностью

12!

Рис. 41. Универ­ сальные измери­ тельные микро­ скопы:

а — УЙМ-21; б — УИМ-23

отсчета 0,1 мкм и диапазоном измерений до 600 мм (Ленинградское оптико-механическое объединение).

Проекторами называют оптические приборы, дающие на эк­ ране увеличенное изображение контролируемой детали. В зави­ симости от способа освещении контролируемой детали различают проекторы, работающие в проходящих (диаскопическая проек­

Проекторы обычно имеют несколько сменных объективов, поз­ воляющих получать увеличения 10х, 20х, 50х, 100х и 200х.

Различают пять основных способов проверки размеров деталей на проекторах:

1)путем сравнения на экране полученного изображения де­ тали с ее вычерченным номинальным контуром;

2)путем сравнения изображения детали, полученного на эк­ ране, с двойным контуром (полем допуска), вычерченным в соот­ ветствии с наибольшим и наименьшим предельными размерами детали;

123

3) определением линейных и угловых размеров при помощи отсчетных устройств, которыми снабжен проектор;

4) измерением изображения детали, полученного на экране, при помощи масштабной стеклянной линейки;

5) измерением путем совмещения на экране противоположных участков изображения контуров детали (см. ниже описание спе­ циального проектора ПМК).

В промышленности применяют следующие тины проекторов: большой проектор БП, часовой проектор МП, средние и настоль­ ные проекторы, проекторы массового контроля 11МК.

11а рис. 42, б показана схема часового проектора ЧП. Свет от осветителя 1 через сменный конденсор 3 попадает на измеряемую деталь 4, затем проходит через предметное стекло к объективу 6, отражается от зеркала 8 и дает изображение контура детали на экране 7. Измерительный стол имеет продольный и поперечный микрометрические винты 5 и У с отсчетом по нониусу 0,001 мм. Маховичок 2 служит для вертикального перемещения стола при фокусировке. Сменные конденсоры 3 установлены на поворотном револьверном устройстве. Сменные объективы позволяют полу­ чать увеличения 10*, 20х, 50 ', 100: и 200 . Размер экрана

560 X 460 мм

При работе в отраженном свете измеряемая деталь освещается снизу специальным осветителем (на рисунке не показан). По уве­ личению, качеству изображения, освещенности экрана и удобству работы часовые проекторы имеют преимущества по сравнению с проекторами других типов.

Оригинальный проектор массового контроля типа ПМК со­ здан А. И. Москалевым и Д. Д. Сафроновым. Он основан на прин­ ципе совмещенной проекции и предназначен для быстрого конт­ роля по предельным размерам различных деталей. Его основное конструктивное отличие от обычных проекторов заключается в применении вместо цельного зеркала, отражающего лучи на экран, отдельных зеркальных пластинок, которые могут повора­ чиваться вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Эти пластин­ ки проектируют на экран только -'необходимые для измерения участки контура проверяемой детали. Измерительные устройства (микровинты, линейные и угловые шкалы) у данного проекта от­ сутствуют. Годность проверяемых деталей определяют но харак­ теру освещенности экрана.

На рис. 43, а показана схема проектора ПМК с объективом 2 и двумя зеркалами 1. 11а экран 4 проектируется измеряемая де­ таль 3, имеющая размер /ср. Поворачивая зеркала в сторону опти­ ческой оси проекционной системы, можно уменьшить длину те­ невого изображения на экране 4 до нуля, т. е. до исчезновения те­

124

поле — участок, освещаемый светом, отраженным от обоих зеркал 7; при контроле детали с размером /шах > /ср (см. схему II) на экране будет темное поле. Если пару зеркал проектора установить на нуль по образцу с наименьшим допустимым размером, то при выходе действительного размера L проверяемой детали за нижний пре­ дел допуска на экране появится усиленно освещенное широкое поле, свидетельствующее о неисправимом браке (см. схему 111). При установке второй пары зеркал проектора на нуль по образцу с наибольшим допустимым размером и проверке деталей с разме­ рами, превышающими верхний предел допуска, на экране поя-

Рис. 43. Проектор массового контроля ПМК:

а — оптические схемы измерения с примерами отсчета; б — конструктивная схема

вптся широкое темное поле. Если размер детали находится в пре­ делах поля допуска, то центральная часть верхней полосы темная, а нижней — светлая (см. схему II).

Для одновременного контроля нескольких размеров у одной детали количество зеркал в проекторе должно быть соответственно увеличено (по две пары зеркал на каждый размер).

Проекторы массового контроля выпускают трех моделей:

ПМК-1 (50х и 100х), ПМК-И (20х и 30х), ПМК-Ш (10х). Все они имеют размер экрана 120 X 170 мм и предназначены для контроля размеров деталей, выполненных по 3—5-му классам точности.

Конструктивно проектор 11МК (рис. 43, б) состоит из кор­ пуса 6 с кронштейном 2, на котором расположены осветительное устройство 3 и предметный стол 1 для контролируемых деталей. На передней стенке корпуса установлен объектив 4. В выступаю­ щей части корпуса расположен экран 5, защищенный козырьком от внешнего света, а у задней стенки две вертикальные колонки 7,

125

по которым могут перемещаться и фиксироваться в требуемом по­

ложении держатели 8 зеркал.

Для контроля определенной детали проектор настраивают по­ воротом зеркальных полосок сначала по отношению к горизон­ тальной оси (для сближения отдельных полос изображения на экране), а затем вертикальной (для настройки на величину задан­ ного допуска по предельным образцам). Применение таких проек­ торов в условиях массового производства позволяет в 4—6 раз по­ высить производительность контроля по сравнению с предель­

ными калибрами.

Пневматические приборы. Пневматические приборы для кон­ троля линейных размеров получили широкое распространение в машиностроении. Их принцип действия основан на зависимости между размером проверяемого отверстия или зазора S между измерительным соплом и поверхностью контролируемого изде­ лия и давлением (1-й тип) или расходом сжатого воздуха (2-й тип). Приборы первого типа называют манометрическими, вто­

рого — расходомерными.

В зависимости от величины рабочего давления различают пневматические приборы низкого (например, 10 кН/'м2, т. е. 0,1 кгс/см2) и высокого (например, 100 кН/'м2, т. е. 1,0 кгс/см2) давления. И те и другие работают от сети (заводской или от инди­ видуального компрессора) давлением (2—6) •105 Н/м2, приборы низкого давления расходуют на измерение одного параметра до 10 л/мин воздуха, приборы высокого давления — до 20 л/мин. Точность пневматических приборов зависит от постоянства да­ вления поступающего в них воздуха и от степени его чистоты. Поэтому необходимо применять стабилизаторы давления и фильтры для очистки воздуха.

Визуальные приборы низкого давления с водяными маномет­ рами (типа «Солекс») были первыми пневматическими устройствами для измерения размеров (рис. 44, а).

Такой прибор представляет собой цилиндрический баллон 1, сообщающийся с атмосферой и наполненный водой, в которую погружена трубка 2. К верхней части этой трубки через трубо­ провод 3 и дроссельное устройство 4 подается компрессором воз­ дух под давлением Р. В трубке 2 автоматически поддерживается практически постоянное давление, определяемое высотой Н столба воды в баллоне 1. С трубкой 2 соединена камера 6, имеющая входное 5 и выходное 11 сопла. Последнее установлено с зазором S над поверхностью измеряемой детали 10. Для измерения перемен­ ного давления Рк в камере 6 прибор снабжен водяным манометром в виде стеклянной трубки 7 со шкалой 8. Давление Ркопределяется разностью уровней столбов воды в баллоне 1 и трубке 7, которая соединена одним концом с камерой 6, а другим — с баллоном 1. Из трубки 2 воздух под постоянным давлением проходит через входное сопло 5 в камеру б и выходит через измерительное (выход­ ное) сопло 11.

120

От величины зазора S зависят давление Рк и, следовательно, разность уровней h, отсчитываемая но шкале 8.

При уменьшенном размере детали 10 зазор S возрастает и уровень воды в трубке 7 повышается, при увеличенном — зазор S уменьшается и уровень воды в трубке 7 понижается. Па шкале 8 устанавливают указатели допуска 9, между которыми должен на­ ходиться уровень воды в трубке 7 при контроле годных деталей. Высоту водяного столба Я выбирают обычно равной 500 мм (реже 1000 мм). Цена деления шкалы от 1 до 5 мкм.

Приборы типа «Солекс» просты по конструкции и несложны в эксплуатации. Они не нуждаются в стабилизации давления воз-

Рис. 44. Схемы пневматических приборов:

о — типа «Солекс»; б — типа «Ротаметр»; в — дифференциального типа

духа, поступающего из сети, поскольку в их конструкцию орга­ нически включен водяной стабилизатор давления. Такие приборы серийно выпускает московский завод «Калибр» (модель ДПНД-500

с Н-500 мм).

Приборы с водяными манометрами применяют в качестве од­ номерных и многомерных главным образом для визуального конт­ роля (многочисленные попытки автоматизации этих приборов не дали должного результата).

Визуальные приборы высокого давления с поплавковым ука­ зателем (расходомеры типа «Ротаметр») широко применяют в про­ мышленности.

Схема такого прибора показана на рис. 44, б. Он имеет кони­ ческую стеклянную трубку 8 с широким концом вверху. По ней снизу под рабочим давлением 100—200 к11/м2 (1—2 кгс/см2) про­ ходит воздух, поднимающий поплавок 4. Верхняя плоскость по­

127

плавка является указателем для отсчета по шкале 5 (градуирована в микрометрах), помещенной рядом с трубкой. Высота подъема поплавка зависит от скорости прохождения воздуха, которая тем больше, чем больше зазор S между торцом измерительного сопла 6 и поверхностью измеряемой детали 7. Под действием ско­ ростного напора воздуха поплавок поднимается в трубке до тех пор, пока не уравняются расходы воздуха через кольцевой зазор между поплавком и стенками трубки 3 и через зазор S между из­ мерительным соплом и контролируемой деталью. В этом случае поплавок зависает в трубке. Таким образом, каждому значению зазора S соответствует определенное по высоте положение по­ плавка в трубке 3.

Точность измерения обеспечивается*' только при постоянном давлении и при достаточно чистом воздухе. Поэтому в схему при­ бора включены стабилизатор давления 2 и фильтр 1. Цена деления шкалы ротаметра (модель 316) бывает от 0,5 до 5 мкм. Ротаметры отличаются простотой конструкции и удобством в эксплуатации, их используют в качестве одномерных и многомерных приборов. Как и приборы «Солекс», они являются недифферепциалышми.

Дифференциальные пневматические измерительные приборы высокого давления серийно выпускает завод «Калибр» (модели 235, 236 и 249). Принципиальная схема дифференциального пневмати­ ческого прибора высокого давления показана на рис. 44, в. Воз­ дух после фильтра и стабилизатора давления 12 подводится к су­ харю 6, проходит через входные сопла 8 и 14, которыми начинаются две ветви дифференциальной пневматической системы, и попадает в сильфоны 10 и 15 (упругие гофрированные металлические трубкщ герметично закрытые с наружного конца). Воздух через сопло 8 поступает по шлангу к измерительному устройству 11, а через сопло 14 — к узлу регулирования противодавления, представляю­ щему собой выходное сопло, в отверстие которого входит кони­ ческий конец регулировочного винта 13.

Внешние концы сильфонов 10 и 15 соединены между собой жесткой рамкой 7, подвешенной на параллелограмме из плоских пружин. Изменение давления в сильфонах вызывает смещение рамки в сторону большей его величины до тех пор, пока упругие силы сильфонов не уравновесят разность давлений в них. Рабочее перемещение сильфонов и рамки ограничено жесткими упорами 9. При движении рамки 7 рычажно-зубчатая передача 4—3 повора­ чивает стрелку 2, но которой производится отсчет на шкале 1. Показания прибора пропорциональны разности давлений в силь­ фонах.

Дифференциальные сильфонные приборы, оснащенные электро­ контактами К1 и К2 (предельным и амплитудным) и регулировоч­ ными винтами 5, успешно используют в качестве датчиков в си­ стемах активного контроля и в контрольно-сортировочных авто­ матах. На их базе созданы также пневматические самописцы. Большие усилия, развиваемые сильфонами, позволяют осущест-

I 128

влять непосредственную запись чернилами на бумаге. Погреш­ ности дифференциальных приборов, вызываемые нестабильностью рабочего давления, в несколько раз меньше погрешностей недифференциалытых устройств.

§ 21. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ

Автоматизация производства современных машин требует зна­ чительного повышения производительности, точности и надеж­ ности контроля. Очень важно, чтобы контроль предупреждал появление брака. С этой целью все шире применяют автоматиче­ ские средства контроля, которые классифицируют по различным признакам.

Ло степени автоматизации они разделяются на ручные и ме­ ханизированные приспособления, полуавтоматы и автоматы. При применений ручных приборов контролер осуществляет все опе­ рации вручную: установку измеряемой детали на измерительную позицию, визуально определяет результат измерения по отсчетному устройству, оценивает затем годность или негодность де­ тали, снимает деталь и укладывает ее в ящик для годной продук­ ции или в ящик для брака.

Механизированные приспособления применяются для одно­ временной или последовательной проверки нескольких размеров сложных деталей в серийном и массрвом производстве. 13 таких многомерных приспособлениях операции загрузки и съема контро­ лируемых деталей осуществляются вручную, а результаты конт­ роля (годная деталь, брак исправимый, брак неисправимый) оце­ ниваются измерительным устройством автоматически и выдаются в наглядной форме (например, с помощью сигнального светофор­ ного табло). ■'

Полуавтоматы (загрузка контролируемых деталей осущест­ вляется вручную, а все остальные операции автоматически) и ав­ томаты (все процессы полностью автоматизированы) широко при­ меняются для сортировки готовых деталей по группам размеров при селективной сборке, при 100%-ном контроле наиболее ответ­ ственных деталей, а также в тех случаях, когда нестабильность технологического процесса не позволяет применять выборочный контроль.

По воздействию на технологический процесс все средства конт­ роля разделяют на пассивные и активные (управляющие).

Пассивные средства контроля лишь фиксируют размер деталей, разделяя их на годные, брак неисправимый и исправимый (уст­ ройства для приемки деталей), или сортируют их на группы (кон­ трольно-сортировочные устройства). Такие устройства не влияют непосредственно на ход технологического процесса — отсюда их название.

Активные средства контроля подают сигналы о достижении деталью заданного размера в процессе, до или по окончании ее об­

работки или о достижении заданного (для годной детали) положе­ ния исполнительных механизмов станка или режущего инстру­ мента, т. е. позволяют управлять точностью технологического процесса. Отличительной особенностью средств активного конт­ роля является наличие обратной связи, позволяющей по резуль­ татам контроля воздействовать на положение исполнительных .ме­ ханизмов стайка (производить нодналадку) и тем предупреждать появление брака.

Такой вид контроля наиболее целесообразно применять на финишных операциях (шлифование, хонингование), где требуется высокая точность обработки. Потери от брака на этих операциях особенно нежелательны —в деталь уже вложено много труда. Актив­ ный контроль широко используют также в непрерывных производ­ ственных процессах, например, при прокатке листов, лент, труб.

При активном контроле повышается точность обработки, предупреждается появление брака и устраняются потери времени на измерение детали, а также на остановку и пуск станков, что со­ кращает в среднем на 20—25% время обработки деталей. Во всех средствах активного и пассивного контроля, независимо от сте­ пени их автоматизации, в качестве измерительных устройств при­ меняют различные датчики, рассматриваемые ниже.

Датчики (преобразователи). По принципу действия датчики делятся на механические, оптические, электрические (электроконтактные, индуктивные, емкостные, фотоэлектрические, механотронные), радиационные, пневматические и др. Наибольшее распро­ странение получили электроконтактные и индуктивные датчики.

Электроконтактные датчики предназначены для автоматиза­ ции контроля линейных размеров деталей в светосигнальных мно­ гомерных приспособлениях, в контрольных автоматах и прибо­ рах активного контроля.

По ГОСТ 3899—68 электроконтактные датчики делятся на два типа: предельные — для контроля предельных размеров де­ талей и амплитудные — для контроля амплитуды (разности между наибольшим и, наименьшим значениями) изменяющегося размера, например, при контроле овальности, биения и других отклоне­ нийформы и взаимного расположения поверхностей.

Г1о назначению различают одно-, двух- и многопредельные электроконтактные датчики соответственно количеству пар кон­ тактов. По конструкции они смогут быть рычажными и безрычажными, бесшкальными и шкальными. Шкальные датчики имеют стрелочный показывающий прибор, по которому можно визуально определять действительный размер детали.

Па рис. 45, а показана схема наиболее распространенного бесшкального двухпредельного рычажного электроконтактного дат­ чика.

В зависимости от размера контролируемой детали 1 измери­ тельный стержень 2 и опирающийся на него рычаг 3 с закреплен­ ным на нем контактом 4 занимают определенное положение:

130