CC BY
20
¡1 УДК 681.2
И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАТЧИКОВ В II КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ■ ОПЕРАЦИЯХ, КАК ОСНОВА УЕТРОЛО-¡1 ГИЧЕСКОПЗ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ¡1 ПРОИЗВОДСТВА
Н.С. Дудак, Д.А. Искакова
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
III; Эр mypni мелгиерлгрдщ emueympim арналган бакршау adicmepinde
||| пайдаланган аспаптар зерттелген. Ерекшеткте байланыссыз к^рылгыны Щ пайдалану pemiude, акустикальщ, радиотолцынды, магниттi сищты ШШ: елшеупгрдщ adicmepi алдында оптикальщ edicmepmde квп артык^иылыкрпары бар. Лазерлт жуйелерш пайдаланган даму жэне жа^сарту peminde nepcneKmuemi байланыссыз бсщылау adicmepi шыгарылган.
Исследованы приборы, используемые в методах контроля 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 devices used in a quality monitoring for 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.
Современная концепция метрологического обеспечения производства предусматривает существенное расширение масштабов использования средств измерений и контроля в процессе изготовления изделий. Высокая степень автоматизации, возросшие требования к качеству привели к тому, что контрольно-измерительные операции, которые ранее рассматривались как необходимые, но вспомогательные работы, стали сегодня одними из основных. Они составляют более 40% от трудоемкости работ по изготовлению изделий. Для
оправдания столь больших затрат на измерения и- контроль необходимо достижение производства, т.е. достижения значительных приращений в производительности, качестве и других показателях производства за счет совершенствования методов и средств измерений и контроля.
В области измерительной техники наибольшее количество типов приборов приходится на такую 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 координатах криволинейных поверхностей, в размерах таких сложных поверхностей, как резьба, зубчатые колеса и др. Контроль размеров производится в разнообразных условиях, 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 мер настройки для каждого контролируемого размера.
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 выпускаемых деталей, особенно в отношении таких отклонений формы, как отклонения от круглости, от цшжндричности, от конусности. Кроме отклонений, также строго контролируется взаимное расположение поверхностей. Также большое значение имеют следующие показатели точности, как: непрямолинейность образующей цилиндра и конуса, разностенность цилиндров, неплоскост-носгь дисков и их разностенность, неплоскостность/биение буртиков деталей, биение контролируемой поверхности, отклонение от расположения диска и оси вала.
В современном производстве необходимо измерять и контролировать параметры вероятных источников возникновения брака - технологического оборудования, оснастки, инструмента, энергоносителей, технологических сред и т.д, Поэтому применяется большое количество средств измерений, выполненных часто в форме первичных измерительных преобразователей или датчиков, встроенных в технологические линии.
Развитее промышленного производства требует от производителей и пользователей технологического оборудования новых знаний, связанных с высокой степенью автоматизации этого оборудования. Без этих знаний невозможно ни создание конкурентной продукции машиностроения, ни грамотная эксплуатация или модернизация уже существующего оборудования. Важной составной частью любой системы управления являются ее органы чувств - датчики. Бурное развитие микроэлектроники приводит к постоянному совершенствованию средств регистрации. Появляются не просто сенсоры, а целые измерительно-анализирующие комплексы в корпусе датчика, которые помимо измерения могут проводить самодиагностику и самокалибровку, подстраивать и запоминать рабочие диапазоны, передавать результаты измерений в промышленную сеть и многое другое. Методы измерения и регистрации, казавшиеся раньше невозможными, теперь реализуются благодаря встраиванию внутрь датчика микро-контроллера.
Основная задача первичного измерительного преобразователя заключается в непосредственном измерении контролируемого параметра с образованием на выходе некоторой выходной величины, чаще всего электрического напряжения. Это выходная величина линейно зависит от контролируемого параметра и может изменяться плавно, либо принимать скачкообразные (дискретные) значения. Последнее зависит либо от размера контролируемого параметра, либо от того диапазона допуска, в пределах которого находится доминирующее значение этого параметра. Первичный преобразователь образуется из того или иного датчика, непосредственно воспринимающего величину контролируемого параметра.
Особенно большое значение приобретают датчики в гибких производственных системах, где они определяют в значительной мере и производительность труда, и уровень брака, и точность изготовления деталей.
При механической обработке линейно-угловые размеры деталей, выполняемых по 7-8 и более грубым квалитетам, могут быть обеспечены технологическими методами и средствами. Средства измерений используются при этом только в целях отладки производственного процесса и выборочного контроля при периодических проверках его точности. Более высокая точность изготовления достигается не только за счет прецизионного технологического оборудования, но и
путем ею периодической или непрерывной подналадки по результатам измерений и контроля, для чего используются многочисленные встроенные датчики.
Тем не менее масштабы использования датчиков в производственном процессе оказываются недостаточными. При выборе датчиков, необходимых для автоматизации производственного процесса, часто допускаются ошибки, поскольку конструкторам и технологам недостает знаний о современных средствах измерений и контроля производственного значения. По причине недостаточной надежности используемых датчиков, нехватки их в важнейших точках технологических линий последние используются лишь на 70% от своей потенциально возможной производительности.
Для сложных систем автоматического управления, где требуется наличие сотен и тысяч активных и пассивных логических элементов, транзисторная техника оказалась недостаточно надежной. Новое поколение надежной электронной техники начало развиваться после создания по особой технологии больших интегральных схем (БИС), оформленных в виде кристаллов, содержащего несколько десятков и даже сотен тысяч элементов, приходящихся на один квадратный сантиметр, при толщине кристалла, лежащей в пределах (0,2А0,3) мм.
В настоящее время большую актуальность приобрело создание быстродействующих автоматических устройств, способных измерять многочисленные параметры деталей или заготовок непосредственно в производственном потоке. В связи с этим возникает необходимость непрерывного расширения номенклатуры датчиков и измерительных преобразователей. Перспективно в этом отношении использование и применение микропроцессорной техники и микро ЭВМ, отличающиеся весьма малыми размерами, высокой надежностью и стабильностью.
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 для анализа причин, вызывающих эти погрешности, и прогноза работоспособности деталей в узле, исключая причины возникновения погрешностей.
Основным преимуществом 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 возмож-
ность 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-электронных измерительных приборов. Большой объем информации вызвал необходимость оснащения оптико-элекг-ронных приборов специализированными вычислительными устройствами.
Таким образом, современные оптико-электронные 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 о.т 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 ^200 мм имеют погрешность 0,1 мкм до 300 мкм соответственно.
До последнего времени решение вопросов применения измерительных средств обычно сводилось к ряду очевидных практических рекомендаций.
Научно 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.
Современные технологии в промышленности требуют повышения метрологических, динамических и эксплуатационных 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. Макаренко В.В. Бесконтактные оптико-электронные приборы.-Омск: Омский политехнический институт, 1981 .-60 с.
2. Клюев В.В. Неразрушающий контроль и диагностика.-М.: Машиностроение, 1995.-488 с.
3. Кёбнер Г, Промышленное применение лазеров. - М.: Машиностроение, 1988.-280 с.
