Глава 4 (Метрология стандартизация и сертификация), страница 9

Прогрессивным направлением является создание универсальных автоматов из типовых узлов для контроля однотипных деталей. Например, автомат БВ-8008 для контроля поршневых пальцев диаметром от 15 до 60 мм; автомат БВ-8009 для контроля поршней разных двигателей диаметром от 15 до 60 мм; автомат БВ-8010 для контроля прямозубых и косозубых колес с диаметрами от 80 до 320 мм и модулями 1 - 7 мм. Автомат СК-9 для контроля бокового и радиального биения собранного радиального шарикового подшипника с размерами подшипников: по внутреннему диаметру от 35 до 85 мм, наружному от 80 до 150 мм и по высоте от 18 до 31 мм. Производительность контрольного автомата для поршневых пальцев - до 700 шт/ч, а автомата для подшипников - 600 шт/ч.

По воздействию на технологический процесс различают пассивные и активные автоматические средства контроля размеров.

Пассивные фиксируют размеры деталей, разделяя их на годные и брак (исправимый и неисправимый), или сортируют их на группы при селективной сборке. На ход технологического процесса они не влияют.

Активные средства контролируют размеры деталей в процессе изготовления и по результатам контроля подают команду на изменение режимов обработки, на включение станка или на подналадку системы СПИД (станок — приспособление — инструмент — деталь). Наличие обратной связи позволяет по результатам контроля управлять точностью технологического процесса и тем самым предупреждать появление брака. Заводы заинтересованы в устройствах для автоматического контроля деталей в процессе их обработки, чтобы предупредить брак и облегчить работу рабочих и контролеров. Отечественными заводами выпускаются измерительные устройства для активного контроля.

В самонастраивающихся автоматических системах автоматизированы циклы работы и настройки, а также системы, которые могут приспосабливаться к изменяющимся условиям среды.

4.11.2. Измерительные преобразователи

Действие автоматизированных приспособлений, контрольных автоматов и средств активного контроля основано на использовании различного рода измерительных преобразователей. Измерительный преобразователь как составной элемент входит в датчик, который является самостоятельным устройством, и кроме преобразователя содержит измерительный шток, рычаг с наконечником, передающий механизм, элементы настройки и др. Остальные элементы электрической цепи измерительной (контрольной) системы конструктивно оформляют в виде отдельного устройства (электронного блока, или электронного реле). Наибольшее распространение получили измерительные (контрольные) средства с электроконтактными, пневмоэлектроконтактными, индуктивными, емкостными, фотоэлектрическими, радиоизотопными, механотронными, реостатными, фазовыми, струнными, вибрационно-частотными и электронными преобразователями.

Основные требования к измерительным преобразователям:

1. Объективность и достоверность измерительной информации о состоянии контролируемого объекта.

2. Измерительная информация о состоянии контролируемой физической величины должна выдаваться без каких-либо промежуточных преобразований непосредственно в ЭВМ, статанализатор, цифропечатающие машины и другие подобные устройства.

3. Измерительная система должна обеспечивать возможность быстрой перестройки при смене технологических процессов и быть унифицированной при измерении различных физических параметров при незначительных изменениях отдельных блоков этой системы.

4. Измерительная система должна иметь метрологические характеристики, обеспечивающие требуемую точность и надежность контроля и высокую производительность.

5. Измерительная система должна обладать возможностью дистанционного измерения, быть простой и надежной при настройке и проверке в условиях эксплуатации.

Приборы с электроконтактными преобразователями [50]. В электроконтактных преобразователях определенное изменение контролируемой величины приводит к замыканию (размыканию) электрических контактов цепей, управляющих исполнительными элементами системы.

Различают преобразователи предельные - для контроля предельных размеров деталей и амплитудные - для контроля амплитуды изменяющегося линейного параметра (отклонения формы, погрешности положения и т. п.). В предельном электроконтактном преобразователе (рис.4.58, а и б) изменение контролируемой величины передается через измерительный шток 1 к подвижным контактам 2 и 6, расположенным на рычаге 4. Регулируемые контакты 3 и 5, один из которых работает на размыкание, другой - на замыкание, настраивают с помощью микрометрических пар со шкальными устройствами. В амплитудном преобразователе (рис. 4.58, в) измерительный стержень 1 жестко скреплен с фрикционной пластиной 2, которая поджимается пластинчатой пружиной к подшипнику 3. Подшипник несет на себе рычаг 4 с контактами 5 и 9. Механический контакт 8 является нерегулируемым и служит упором, который при ходе стержня вниз и проскальзывании фрикционной пары 2 - 3 обеспечивает установку нуля отсчета

к онтролируемой амплитуды. При ходе стержня 1 вверх и недопустимо большой амплитуде электрические контакты 5 и 6 замыкаются. Рычаг 10 с винтом 7 служит для арретирования измерительного стержня. При необходимости отсчета размера может быть установлена индикаторная головка 11.

Н

Рис. 4.58. Схемы электроконтактных преобразователей: а – без возможности отсчета; б – с возможностью отсчета; в – амплитудного

едостатками приборов с электроконтактными преобразователями являются низкая надежность контактных пар, невысокая чувствительность, малое число команд, малые пределы измерений, релейный (пороговый) выходной сигнал.

П риборы с пневмоэлектроконтактными преобразователями [50]. В пневматических приборах используют зависимость либо между площадью S продольного канала воздухопровода и расходом сжатого воздуха при постоянном давлении р (ротаметры), или между давлением р и расходом Q воздуха (манометры). При бесконтактном методе измерения в качестве заслонки измерительного сопла 1 используют контролируемое изделие D (рис. 4.59, а). Изменение высоты изделия приводит к изменению зазора  и, следовательно, контролируемого расхода воздуха, протекающего через измерительное сопло диаметром d₂. При контактных методах (рис. 4.59, б—д) с измерительным наконечником 3 механически связана заслонка 2, которая также может иметь конусную, параболическую или сферическую форму.

а) б) в) г) д) е)

Рис. 4.59. Схемы перекрытий воздуха в пневматических преобразователях:

а – изделие – заслонка; б – плоская заслонка; в – заслонка с углом конуса ;

г – параболическая заслонка; д – сферическая заслонка; е – эжекторное сопло

Для увеличения диапазона измерения применяют эжекторные сопла (рис. 4.59, е), в которых воздух под постоянным давлением р поступает в измерительное сопло диаметром d₂ через входное сопло диаметром d₁. При этом в полости A возникает разряжение.

Д ля автоматизации процесса измерения выпускают отсчетно-командные устройства (рис. 4.60) с сильфонными преобразователями, в которых сжатый воздух под давлением 0,32 - 0,6 МПа после фильтра-стабилизатора 1 через входные сопла 19, 20 и 18 поступает в сильфоны 3 и

1

Рис. 4.60. Схема пневматического отсчетно-командного устройства

7. Сильфон 17 соединен с соплом 21 измерительного узла, а сильфон 3 - с настроечным соплом 2 противодавления. Сильфоны связаны между собой планкой 15, подвешенной на плоских пружинах 4 и 16. Планка 15 через рычажно-зубчатую передачу связана с отсчетным устройством 9 и электрическими контактами 5 и 6, 14 и 13. Контакты, подвешенные на пружинах 12, настраивают с помощью кулачков 11. По их положению и положению указателей 7 и 10 определяют интервал настройки. При измерении размера детали давление в сильфоне 17 изменяется, планка 15 смещается в сторону, замыкая контакты 5 и 6. Контакты 8 служат для исключения срабатывания при снятии сопла 21.

Пневматические приборы надежны, имеют измерительные сопла малых размеров, которые могут быть расположены в труднодоступных местах и легко позволяют получать сумму и разность сигналов.. Недостатки пневматических приборов - инерционность, небольшой диапазон показаний, необходимость сложной очистки и подготовки воздуха.

Струнные преобразователи [16]. В связи с развитием цифровой вычислительной техники, созданием электронных цифровых управляющих машин наиболее удобной формой представления информации от преобразователя является кодо-импульсная, а также частотно-импульсная модуляция. К таким преобразователям относится струнный.

В струнных преобразователях измеряемая величина преобразуется в изменение частоты собственных поперечных колебаний тонкой натянутой струны ,

где F₀ – сила натяжения струны;  - плотность материала струны; S – площадь поперечного сечения струны; m_с – масса струны; l – длина струны.

С труна, помещенная в поле постоянных магнитов, и электронный усилитель с положительной обратной связью образуют автогенератор, в котором поддерживаются незатухающие колебания струны на частоте, почти равной частоте ее собственных колебаний. Воздействуя на натяжение, деформацию или массу m_c струны, можно построить унифицированную систему преобразователей, позволяющих измерять различные физические величины: линейное и угловое перемещение, температуру, давление, силу, электрический ток и напряжение и др.

Разработано несколько унифицированных конструкций преобразователей, на базе которых создана унифицированная информационно-измерительная

система метрологического обеспечения (УИИС МО) технологических процессов (рис. 4.61), с помощью которой можно измерять различные физические величины. На схеме - информационно-измери-тельные преобразователи (ИИП): L - линейных перемещений в частоту; t - температуры; р – давления; ЭП – электронный преобразователь.

Н

Рис. 4.61. Схема УИИМ МО

технологического процесса

а практике применяют струнные преобразователи двух типов: однострунные усилия (рис. 4.62, а), перемещения (рис. 4.62,6), температуры (рис. 4.62, в) и дифференциальные (рис. 4.63), предназначенные для измерения линейных перемещений, силы или веса, давления, температуры окружающей среды и поверхностей объектов малой площади. Кроме того, эти преобразователи могут применяться для измерения: толщины напыленного слоя, угловых размеров и перемещений, постоянного и переменного тока, напряжения.

Основные недостатки однострунных преобразователей - нелинейность характеристики и смещение начального уровня - могут быть существенно уменьшены, если использовать дифференциальную схему. При этом измеряемый параметр воздействует на две идентичные струны, увеличивая частоту одной из них и уменьшая частоту другой.

Применительно к измерению перемещений, деформаций и размеров следует отметить ряд несомненных преимуществ цифровой информационно-измерительной системы со струнными преобразователями по сравнению с существующими устройствами аналогичного назначения:

возможность преобразования сигнала в цифровую и аналоговую форму;

информация об измеряемой величине выдается в форме кода, что позволяет стыковать рассматриваемые устройства с ЭВМ и статанализаторами и на этой базе осуществлять автоматизацию управления технологическими процессами;

N N

S S

высокое быстродействие системы и возможность поверки метрологических характеристик устройства с использованием образцового электрон цифровая индикация результатов измерения в натуральных единицах повышает производительность контрольных операций, объективность контроля и дает возможность с помощью цифропечатающих устройств документально регистрировать результаты измерения;

но-счетного частотомера, являющегося в настоящее время широко распространенным и доступным прибором;

полученная в форме кода информация об измеряемой физической величине без искажений может передаваться на значительные расстояния.

Приборы с индуктивными преобразователями [50]. В этих приборах изменение контролируемой величины преобразуется в изменение индуктивности электрической цепи в соответствии с формулой