Кульчицкий А.А. стр. 3126.10.2017

Автоматизация контроля

Система автоматизированного контроля является его важнейшим звеном, уровень автоматизации которой определяет возможности малолюдного производственного процесса. Эта система решает следующие задач:

- получение и представление информации о свойствах, техническом состоянии и пространственном расположении контролируемых объектов, а также о состоянии технической среды и производственных условий;

- сравнение фактических значений параметров с заданными;

- передача информации о рассогласованиях с моделями производственного процесса для принятия решений на различных уровнях управлени;

- получение и представление информации об исполнении функций.

Устройства для контроля, используемые в системах управления, должны быть универсальными, т.е. обеспечивать контроль всех операций, выполняемых технологическими системами, иметь минимальные габаритные размеры, обеспечивать встраивание в существующие конструктивные модули, а также иметь органы, обеспечивающие их настройку и регулирование.

Конструкции контрольных устройств и вид диагностического сигнала должны быть инвариантны к факторам, присущим процессу резания: действию стружки, технологической среды (СОЖ, газовая среда и т.д.), изменению уровня вибрации механизмов и узлов станка, переменному шуму в рабочей зоне станка, а также изменению температуры заготовки, отклонению твердости материала и неоднородности физико-механического состава.

Средства контроля и их классификация.

В зависимости от назначения средства контроля геометрических параметров изделийразделяют на 4-е группы:

1 – устройства, контролирующие детали непосредственно в процессе их обработкки на станке;

2 – подналадчики;

3 – блокировочные устройства;

4 – устройства, контролирующие детали перед обработкой на станке.

К первой группе относятся приборы, контролирующие размеры детали, положение режущей кромки инструмента непосредственно в процессе обработки детали и через цепь обратной связи подающей команду на прекращение обработки при достижении заданных размеров детали.

Подналадчики – приборы, которые через цепь обратной связи производят подналадку станка или измерительного устройства, управляющего работой станка, когда величина контролируемого размера детали выходит за допустимые пределы. Подналадчики не определяют действительные размеры обрабатываемой детали, по которым контролируют и поддерживают размеры обрабатываемых деталей в пределах заданного допуска на обработку.

Блокировочные устройства – контролируют детали непосредственно после их обработки на станке. Если размеры детали выходят за заданные пределы, то блокировочные устройства подают команду на прекращение обработки.

Устройства контролирующие заготовки (детали) перед их обработкой, проверяют предельные габаритные размеры и не пропускают на станок заготовки выходящие за допустимые размеры.

Классификация средств контроля.

8.4 Принципиальные схемы контактных измерений в средствах активного контроля.

Приборы активного контроля применяют для прямого и косвенного методов измерения.

Прямой метод - характеризуется непосредственной оценкой значения измеряемой величины или отклонений от неё по показателям величины.

Косвенный метод - характеризуется оценкой значений искомой величины или отклонения от неё по результатам измерений другой величины, связанной с искомой определённой зависимостью.

Прямой метод имеет преимущество т.к. исключает дополнительную погрешность передачи размера от промежуточного звена к размеру обрабатываемой детали:

Измерительные приборы для прямых измерений разделяют на 3 вида:

Измерительные приборы для косвенных измерений как правило контролируют перемещение узла станка режущим инструментом и положение режущего инструмента относительно обрабатываемой детали.

Бесконтактные методы измерений

Принципиальная особенность оптических систем бесконтакт­ного измерения заключается в том, что измерительная информа­ция передается световым потоком, проходящим через объектив. Условия его прохождения от различных точек пространства предметов неодинаковы и, следовательно, энергетические характе­ристики изображения (яркость, освещенность, контрастность) изменяются от одной точки объекта к другой. Таким образом, энергия светового потока тоже некоторым образом связана с гео­метрическими параметрами объекта. Эта зависимость во многих случаях становится причиной погрешностей, но может быть ис­пользована как способ получения измерительной информации. Выше (§ 1.1.) отмечалась возможность сопоставить изменения светового потока с изменениями контролируемого параметра. Покажем здесь принцип преобразования линейных перемещений в изменение светового потока.

Световой поток может «проходить» через предмет и может освещать его, отражаясь от его поверхности. Для обоих случаев могут быть предложены различные варианты схем, в которых параметры светового потока зависят от изменений контролиру­емого размера.

На рис. 1.2 показаны два способа преобразования из­менения размера X в изме­нение светового потока Ф. В первом варианте (рис. 1.2а) световой поток, про­ходящий через диафраг­му D, перекрывается пред­метом размером X и по­ток Ф, попадающий в объек­тив (Об), функционально связан с ним. Во втором ва­рианте (рис. 1.2 б) Об_х про­ектирует на поверхность объекта световое пятно, Об₂ передает изображе­ние светового пятна в пло­скость фотоприемника ФП. Объективы имеют оди­наковое поле зрения и установлены так, что при номинальном значении размераX оба поля зрения совмещены. При отклонении его на величину ДХ поле зрения Об₂ перекрывает часть поля зрения Об_х (рис. 1.2 в), н световой поток через Об₂ уменьшается.

Следует отметить, что метрологические возможности методов получения измерительной информации по сопряженным точкам много шире, чем методов, основанных на индикации изменений светового потока.

Обобщенная схема получения измерительной информации

Принципы бесконтактных измерений но сопряженным точкам и отрезкам, , могут быть реа­лизованы при наличии совокупности устройств, обеспечивающих получение и обработку измерительной информации. В самом приближенном виде эта совокупность может быть представлена со­стоящей из трех блоков, как показано на рис. 1.8.

Носителем исходной информации является сам объект измере­ния. Особенность оптических бесконтактных способов измерения

состоит в том, что непосредственные измерения производятся не на объекте, а на его оптическом изображении. Изображение должно передавать информацию о размере в таком виде, который обеспечивает ее считывание с заданной точностью. Для этого необ­ходимо соблюсти ряд условий: контрастное выделение точек изме­рения на изображении, фиксация взаимного положения объекта и измерительной системы, сохранение условий передачи информа­ции при смене объекта измерения. Объект с его естественными свой­ствами далеко не всегда удовлетворяет этим условиям, и для их выполнения требуется искусственными средствами создавать на объекте источник исходной информации о размере. Таким образом, объект измерения, всегда оставаясь носителем исходной информа­ции, не всегда может быть удовлетворительным источником ее.

Оптическая система как преобразователь измерительной ин­формации функционирует в условиях, отличающихся от тех, которые рассматриваются в классической теории оптотехники. В са.мом общем (но отнюдь не отвлеченном от практических це­лей) смысле оптическая система отображает пространство предме­тов, содержащее объект, в пространство изображений, содержащее образ объекта. Но в пространстве изображений используется не вся передаваемая информация, а та ее часть, которая необходима для конкретных измерений. Например, для определения толщины детали достаточно знать координаты изображений двух точек, определяющих данный размер, и эта информация должна переда­ваться точно, тогда как другая может быть искажена без ущерба для результата. Таким образом, оптическая система строится с учетом конкретных условий измерения и требований, из этих условий вытекающих.

Приемник измерительной информации понятие в данном слу­чае (см. 1.8) тоже условное. В самом простом случае приемником может быть глаз человека, вооруженный оптическим устройством индикации. Системы с визуальной индикацией по современным представлениям считаются малоперспективными. Автоматические устройства имеют широкие возможности по восприятию информа­ции и ее обработке. Например, при ручном способе измерений (и особенно при контроле) должны быть исключены всякие рас­четы, тогда как электронная система индикации допускает практи­чески любые вычислительные операции.

Оптическое преобразование измерительной информации и считывание ее в пространстве изображений представляют со­бой последовательность операций, различающихся физическими принципами выполнения их, способами конструктивной реа­лизации и характером воздействия на передаваемую информа­цию.

На рис. 1.9 приведена полная блок-схема системы, отражающая всю совокупность операций при бесконтактных измерениях:

— формирование исходной информации на объекте измерения;

— построение оптического изображения объекта измерения;

— выделение необходимой информации;

— индикатирование положения точек отсчета в пространстве изо­бражений;

— снятие отсчетов;

— вычисление результата измерений.

Устройство формирования исходной информации представляет собой оптическую систему, которая проектирует на поверхность объекта светящуюся марку (пятно, штрих, совокупность штрихов и т. п.), контрастно выделяющуюся на фоне объекта. Кроме того, данное устройство ориентирует элементы измерения (точки и ли­нии объекта) в неподвижной системе координат. Часто оптическая система устройства формирования информации идентична оптиче­ской системе преобразования измерительной информации.

От устройства формирования информации к поверхности объекта световой поток проходит по тракту передачи, где воз­можны различные воздействия на него (рассеяние, рефракция). Объект измерения как звено в схеме получения измерительной информации характеризуется оптическими свойствами поверх­ности: коэффициентом отражения, индикатрисой рассеяния, по­стоянством их в пределах поверхности одного объекта и при пере­ходе от одного объекта к другому. Эти характеристики существенно влияют на качество измерений и принципиальные решения эле­ментов измерительной системы.

От объекта измерения к приемной оптической системе световой поток проходит через тракт передачи, помехи здесь могут сказы­ваться иначе, чем на пути к объекту от формирователя исходной

информации.

Вторичное преобразование измерительной информации может быть тоже оптическим в случае визуальной индикации или фото­электрическим, т. е. преобразованием светового потока в электри­ческим сигнал.

Устройство индикации выполняет функцию определения ко­ординат точки измерения в пространстве изображений. Эта функ­ция включает в себя две операции: наведение на точку измерения и отсчет координат, но они связаны между собой неразрывно и потому представлены на схеме одним звеном.

Вычислительное устройство и устройство считывания резуль­тата функционально не связаны с процессом измерения, их до­пустимо рассматривать как внешние вспомогательные устройства. Для визуальных систем, например, они могут быть выполнены в виде таблиц или графиков.

Схема на рис. 1.9 отображает все звенья в цепи последователь­ных преобразований, необходимых для получения информации о размере в общем случае автоматических измерений. В конкретных случаях возможны изменения в схеме, в частности, сокращение числа функциональных блоков.

Существуют две разновидности схем измерений: для систем, содержащих устройство формирования исходной информации, и систем, не имеющих его. Первые называют системами активного, а вторые — системами пассивного типа. Различие между ними заключается главным образом в способах индикации положения точек и линий.

Техническая реализация бесконтактных измерений методами геометрической оптики возможна тремя вариантами: непосредственная индикация (по пассивному типу) положенийМ' и М\ (см. рис. 4.12), задание светового потока, изменяющегося пропор­ционально перемещению L, проектирование светящейся штрих-марки на край объекта измерения.

Для непосредственной индикации положений М' и М[ необ­ходимо контрастное выделение точек измерения М и М_г на общем фоне и точное базирование объек­та измерения относительно опти­ческой системы. Эти условия в по­давляющем большинстве случаев обеспечить трудно.

Преобразование линейных пере­мещений в изменение светового потока принципиально осуществ­ ляется простыми средствами. Све­товой поток от осветителя 1 (см. рис. 4.13) проектирует через объектив О_г теневое изображение краев объекта измерения 2 в пло­скость Р'. Размер изображения М'М₁' определяется по соотноше­нию освещенных и затененных участков фотоприемников 3 ж 4.

Проектирование светящейся штрих-марки на край объекта измерения (рис. 4.14) по существу даст такой же эффект, как в предыдущем варианте, но схема в данном случае получается компактной и более универсальной: она позволяет производить измерение любых элементов (пазов, отверстий, выступов) на поверхности объекта.

Третий вариант — смещение све­тящейся марки по перпендикуляру

к оптической оси приемного объекта. Такая схема измере­ния реализуется при расположении оптических осей проек­тирующего п приемного объективов под прямым углом (рис. 4.15),

Перемещение L плоскости Р в смещение L' изобра­женияМ' связаны соотношением

Бесконтактные фотоэлектрические микрометры могут исполь­зоваться для измерений в динамическом режиме. Инерционные свойства системы измерения при этом определяются только физи­ческими характеристиками фотоприемников.

Оригинальные решения устройств позиционирования и зада­ния малых перемещений подвижных звеньев механизмов предло­жены на основе оптронных пар [42]. Оптронная пара представляет собой конструктивную совокупность полупроводниковых излу­чателя 1 и фотоприемника 2 (рис. 4.18) на общей подложке. Такая пара, помещенная в малогабаритном корпусе, без труда может быть закреплена на неподвижной части механизма. На подвижном звене механизма закрепляется миниатюрное ((§ 5—8 мм) сферическое зеркало. Расстояние от оптронной пары до вершины зеркала должно быть равно радиусу его кривизны.

При таком расположении зеркало проецирует изображение светодиода в плоскость оптронной пары. Перемещаясь парал­лельно ей в плоскости чертежа, зеркало примет такое положение, когда изображение светодиода совместится с дифференциальным фотоприемником 2 (пунктир на рис. 4.18). Это положение может воспроизводиться с высокой точностью. На неподвижной части механизма может быть установлено несколько оптронных пар по числу точек позиционирования подвижного звена.

Автоматизация сбора данных

Что такое сбор данных? Сбор, или ввод/вывод данных (Data Acquisition, DAQ), упрощенно можно оп­ределить как процесс измерения реального сигнала, например, электричес­кого напряжения и передачи этой информации для обработки, анализа, преобразования и хранения.

Новые технологии измерений и МО на основе

Виртуальных Измерительных Систем (ВИС).

Буквально за последние 10 лет на западе произошла революция в создании и разработке измерительных средств. Это в первую очередь связано с активным развитием компьютерных технологий применительно к технологиям измерений.

Основными достижениями революции в измерительных технологиях стали:

1. Так называемые DAQ - boards ( Data Acquisition Boards - Платы сбор данных) - измерительные модули, встраиваемые непосредственно в компьютер(ПК).

2. Специализированные измерительные интегрированные программные оболочки для сбора, обработки и визуального представления измерительной информации (например - LabVIEW).

Под Виртуальными Измерительными Системами понимается средство измерений, построенные на базе персональных компьютеров (ПК), встраиваемых в компьютер многофункциональных и многоканальных АЦ - плат, внешних программно-управляемых модулей предварительной обработки сигналов и приборов и специализированных измерительных интегрированных программных оболочек для сбора, обработки и визуального представления измерительной информации.

В отличие от традиционных средств, их функции, пользовательский интерфейс, алгоритмы сбора и обработки информации определяются пользователем а не производителем. Эти средства называются Виртуальными по 2^м основным причинам:

С помощью одного и того же аппаратного и программного обеспечения можно сконструировать систему, выполняющую совершенно различные функции и имеющую различный пользовательский интерфейс.

Управление такими системами, как правило, осуществляется через графический пользовательский интерфейс (Graphics User Interface - GUI) при помощи технологии Drag-and-Drop(“Перенёс и положил”) с использованием манипулирования мышью через виртуальные элементы управления, расположенные на виртуальных приборных панелях.

Такие системы компонуются с помощью Графического Программирования.

На Рисунке 2.1 показаны компоненты типичной системы сбора данных.

Рисунок 1. Типичная компьютерная система сбора данных.