CC BY
15
!| УДК 621.2
| АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ ВЕЛИЧИН В ПРИБОРОСТРОЕНИИ
ЦЦ Н.С. Дудак, Д.А. Искакова
11 Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Эр mypji мвлшерлердщ e.iuieynepine арналган бацылау adicmepinde пайдаланган оптикальщ аспаптар зерттелген. ЕрекшШкте байланыссыз цурылгыны пайдалану ретшде, акустикалык;, радиото.щынды, магнит ni i сияк;ты влшеулердгц adicmepi алдында оптикалык, adicmepinde квп артык^иылык/пары бар. Лазерш жуйе.ърм пайдаланган даму жене жакрарту pemifide nepcneKmuemi байланыссыз бак,ылау adicmepi шыгарылган.
Исследованы оптические приборы, используемые в методах конт[юля для измерений различных величин. Оптические методы измерений обладают многими преимуществами перед такими как акустические, радиоволновые, магнитные, в частности, использованием бесконтактных датчиков. Выявлены наиболее перспективные в развитии и совершенствовании с использованием лазерных систем бесконтактные методы контроля.
The optical devices used in a quality moni(orin???eВ gfor measurements of various sizes are investigated. Optical methods of measurements possess many advantages before such as acoustic, radio wave, magnetic, in particular, use of contact less gauges. The most perspective are revealed in development and perfection with use of laser systems a contact less quality monitoring.
В области измерительной техники наибольшее количество типов приборов приходится на такуто их долю, которая заключается в контроле линейных размеров в машиностроении и приборостроении. Из всего многообразия физических величин, измеряемых приборами, выделяют линейные размеры, выраженные в диаметрах наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, в расстояниях между плоскостями, в расстояниях между осями плоскостей, в координатах криволинейных поверхностей, в размерах таких сложных поверхностей, как резьба, зубчатые колеса и др. Контроль размеров производится в разнообразных услови-
ях. часто в очень неблагоприятных: в процессе обработки, в условиях движения, вибраций, высоких температур. Обычно измерения размеров деталей в машиностроении проводят относительным методом, что затрудняет использование одного и того же прибора для контроля различных по величине размеров, требует наличия настройки для каждого контролируемого размера.
Значительную долю из приборов контроля составляют приборы для линейных измерений. В современном производстве при высоких требованиях к качеству изделий приборы контроля должны обеспечивать высокую точность и надежность контроля. Для получения наибольшей информации о поверхности контроль должен производиться во многих точках контролируемой поверхности.
В области измерительной техники возникла необходимость в широкодиапазонных измерительных приборах, позволяющих измерять абсолютным методом разнообразные по форме и сложности детали. Использование вычислительной техники для определения годности контролируемых деталей и в управлении технологическими процессами требует создания приборов с выдачей результатов в числовой форме.
Многообразие объектов контроля и условий, при которых производится контроль, требует большого количества разнообразных приборов, построенных на различных физических принципах.
Современные машиностроение и приборостроение предъявляют высокие требования к точности выпу скаемых деталей, особенно в отношении таких отклонений формы, как отклонения от крутлости, от цилиндричности. от кону сности. Кроме отклонений также строго контролируется взаимное расположение поверхностей. Также большое значение в отношении высокой точности имеют следующие параметры как непрямолинейность образующей цилиндра и конуса, разностен-ность цилиндров, неплоскостность дисков и их разностенносгь, неплоскостность/ биение б\ртиков деталей, двухстороннее отклонение от плоскостности диска -пространственное отклонение формы диска, биение контролиру емой поверхности и эксцентриситет, отклонение от расположения диска и оси вала.
Традиционные приборы, широко применяемые в настоящее время на заводах, производят измерения в небольшом числе точек контролируемой поверхности и не могут дать достаточно надежной информации о правильности геометрических параметров изготовленной детали. Существующие приборы (датчики) и способы не предусматривают комплексный контроль различных отклонений от правильной геометрической формы деталей, с пространственным расположением отклонений от правильной геометрической формы. Знание этих погрешностей необходимо дтя анализа причин, вызывающих эти погрешности, и прогноза работоспособности деталей в узле, исклкяения причины возникновения погрешностей.
Основным преиму ществом оптических приборов по сравнению с другими приборами является возможность измерения размеров без механического контакта с объектом измерения на значительном расстоянии. Действие этих приборов основано на свойстве света распространяться прямолинейно. Оптические приборы, построенные на законах геометрической оптики, дали возможность повысить точность отсчета по шкалам приборов, станков до десятых долей микрометра. Для бесконтактного контроля различных по сложности деталей применяются измерительные микроскопы и проекторы.
Широко используется в оптических приборах явление интерференции света для очень точных измерений длины концевых мер. неплоскостности и шероховатости поверхностей. С появлением лазеров открылись большие перспективы в развитии и совершенствовании оптико-элекгронных измерительных приборов. Большой объем информации вызвал необходимость оснащения оптико-электронных приборов специализированными вычислительными устройствами.
Таким образом, современные оптико-элекгронные приборы являются довольно сложными измерительными системами, имеющими высокую точность и быстродействие, способные решать довольно сложные и разнообразные задачи. В соответствии с этим используемые оптические приборы для контроля диаметров волокна, труб, сортового проката при диапазоне контролируемых значений от 0,05 мм до 10 мм, имеют погрешность измерения от 0,001 мм до 0,025 мм. Также для контроля диаметров труб, прутков, толщины стенок при диапазоне контролируемых значений от 10 мм до 100 мм, оптические приборы имеют погрешность измерения от 0,001 мм до 0,1 мм.
Получившие в настоящее время распространение понятия лазерный прибор, лазерные методы измерения подразумевают обычно то, что прибор имеет в качестве источника света лазер. Большое количество существующих лазерных приборов основано на принципах действия, разработанных для оптических приборов с обычными источниками света еще до появления лазеров.
В настоящее время у нас и за рубежом ведется большое количество работ по созданию оптико-электронных приборов для контроля линейных размеров. В большинстве случаев в этих приборах используются лазеры, но применяются также и обычные источники света. Существующие многочисленные приборы построены на самых разнообразных принципах действия, имеют различные эксплуатационные, метрологические возможности и области применения. Приборы, использующие в своей работе лазерные лучи, для контроля и измерения линейных величин при диапазоне контролируемых значений от ^0.25 мм до у200 мм имеют погрешность 0,1 мкм до 300 мкм соответственно.
Эффективность применения приборов и систем оптического диапазона определяется совокупностью определенных параметров, к которым можно отнести: спектральную чу вствительность, определяющую области электромагнитного спектра, в пределах которых прибор воспринимает излучение объекта и фона;
пороговую чувствительность, характеризующую наименьший лучистый поток или наименьшую облученность входного отверстия оптической системы, при которых с заданной вероятностью при определенном времени наблюдения фиксиру ется выходной сигнал прибора;
максимальную дальность действия, определяющую объект, эффективность прибора и зависящую как от параметров прибора, так и от параметров среды, через которую распространяется излучение;
у гол поля зрения - пространственный угол с вершиной в центре входного отверстия оптической системы, в пределах которого объект обнаруживается прибором в данный момент времени (при отсутствии сканирования);
угол обзора - пространственный угол с вершиной в центре входного отверстия оптической системы, в пределах которого объект может быть обнаружен прибором;
время обзора - время осмотра углов обзора прибора при заданном методе сканирования;
разрешающую способность - наименьший угол между двумя объектами, которые могут быть раздельно обнаружены прибором (при наблюдении протяженных объектов разрешающая способность характеризуется минимальным числом линий на один миллиметр, которые можно различать на экране прибора);
точность - среднеквадратическое значение ошибки, с которой может быть измерен заданный параметр (дальности, угловые координаты и т.п.) при определенных условиях движения объекта;
помехозащищенность - отношение вероятности обнаружения истинного объекта при наличии ложных объектов к вероятности обнаружения истинного объекта в отсутствие ложных объектов для заданной дальности действия прибора;
передаточные фу нкции - характеристики, определяющие динамические свойства прибора, т.е. способность прибора точно воспроизводить заданные изменения сигната во времени и в пространстве.
До последнего времени решение вопросов применения измерительных средств обычно сводилось к ряду очевидных практических рекомендаций.
Нау чно обоснованные методы применения оптико-когерентных измерителей могут быть построены на основе теории вероятностей и теории информации, которые позволяют построить математические модели взаимодействия объекта измерения и измерительного прибора и решить задачи
оценки правильности и эффективности применения измерителя на основе учета оптимальных ситуаций.
а/
Современные технологии в промышленности требуют повышения метрологических. динамических и эксплу атационных характеристик измерительной техники и. соответственно, перехода на бесконтактные методы, особенно в области линейных измерений. Бесконтактные методы контроля и измерения предпочтительнее в том случаях, когда необходимо производить измерения в тех местах, когда доступ к объекту измерения затруднен, также, когда поверхность обработанной детали имеет очень малую шероховатость (по теории - не имеет шероховатости) и использование какого-либо контактного прибора может привести к нарушению чистоты поверхности.
ЛИТЕРАТУРА
1 В В. Макаренко. Бесконтактные оптико-электронные приборы.-Омск: Омский политехнический институт. 1981.-60 с.
2. В.В. Клюев. Неразрушающий контроль и диагностика. М.: Машиностроение. 1995.-488 с.
3. Г. Кёбнер. Промышленное применение лазеров. М.: Машиностроение, 1988.-280 с.
