Моделирование процесса измерения корпусных деталей на координатно-измерительной машине Текст научной статьи по специальности «Физика»

ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ

МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 621.923.74-408

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕРЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ НА КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ МАШИНЕ

© 2013 ТР. Абляз

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Поступила в редакцию 07.03.2013

В работе рассмотрен процесс измерения корпусной детали на координатно-измерительной машине. Разработана модель, анализирующая влияние количества точек в измерении на погрешность замера. Проведена экспериментальная проверка полученных закономерностей.

Ключевые слова: координатно-измерительная машина, щуповая система, нормирование, точность, погрешность

Развитие технологий невозможно без качественного контроля. Широкое использование станков с числовым программным управлением в производстве увеличило требование к используемым средствам контроля, адекватным ответом было использование в контроле координатных измерительных машин (КИМ). Современные КИМ обладают высокой точностью измерения и являются одними из самых распространенных средств измерения во всем мире, однако точность измерения на КИМ зависит от многих факторов, одним из которых является стратегия измерения. В течение процесса контроля на производстве оператор сталкивается с большой номенклатурой измеряемых деталей. Задачей оператора является разработка оптимальной стратегии измерения детали, написание программы измерения и анализ полученных результатов. От правильно разработанной стратегии измерения зависит не только точность, но и производительность замера, иными словами, КИМ должна обеспечивать сокращение времени затрачиваемого на контроль. Несмотря на широкое распространение КИМ, нами не было найдено единых стратегий измерения корпусных деталей. Разработанные стратегии измерения напрямую зависят от квалификации оператора. На предприятиях, использующих КИМ, нет обоснованных стратегий измерения, позволяющих достигать оптимального соотношения показателей точности измерения к производительности процесса контроля.

Абляз Тимур Ризович, аспирант. E-mail: [email protected]

Наиболее часто операторы проводят процесс измерения методом сканирования. Траекторией движения измерительной головки (ИГ) является кривая и в результате контроля измеряется несколько сотен точек. Подобный метод является самым точным среди контактных методов измерения, однако с увеличением количества контролируемых точек повышается время контроля. Точность измерения промышленных КИМ, не предназначенных для прецизионных измерений, варьируется от 3 мкм до 1,8 мкм и точнее. Как правило, точность КИМ в десяток раз превосходит контролируемые значения допусков. Следовательно, в процессе измерения будет достаточно пользоваться контактным методом, сократив тем самым время контроля [1].

В работе изучено влияние стратегии измерения при контроле длинны корпусной детали на точность измерения. Замеры проводились контактным методом. Измерения проводились на КИМ Contura фирмы Carl Zeiss с измерительной системой RDS. В качестве измеряемого образца была выбрана деталь, представленная на рис. 1. В качестве измеряемого параметра выбрана ширина детали (размер длины между поверхностями 1 и 2). Ширина детали измерялась по следующим стратегиям: расстояние между точкой на плоскости и противоположной плоскостью измеренной по 4 точкам (т-пл4); расстояние между т-пл6; расстояние между т-пл8; расстояние между пл4-пл4; расстояние между пл6-пл6; расстояние между пл8-пл8.

Рис. 1. Рабочая деталь

При разработке математической модели оптимизации процесса измерения за основу была взята модель прогнозирования погрешности измерения концевых мер длинны [2-4]. Суть модели заключается в том, что взаимосвязь между параметром точности и количеством измеряемых точек будет выражаться через величину размаха с учетом влияния погрешностей при измерении. Теоретически с каждой стороны измеряемой детали имеется зона (разброс точек) шириной равной А, которая обуславливается погрешностью измерительной головки и погрешностью формы детали. В эту зону попадают точки измерения. При измерении расстояния между поверхностями по методу от точки на одной поверхности до точки расположенной на другой, ширина разброса с каждой стороны будет равна А (рис. 2). Если использовать метод аппроксимации поверхностей в плоскости, и измерять расстояние между плоскостями, тогда зона разброса точек усредняется и сужается на величину 4п, где п - количество точек измеренных на плоскости, соответственна она будет равна А/Vй с каждой стороны (рис. 2).

Точка-плоскость

Отах

Л

Цтп

Л/\/л

П/юскосггъ -плоскость

Л

Огпах

1 1 йт/п | 1

¿Л/п 1 1 1 1 1—1 /л I 1 I 1

Рис. 2. Графическое представление процесса измерения

Ширина зоны разброса А будет складываться из погрешности ощупывающей головки и погрешности формы измеряемых поверхностей детали. Так как измерение будет проходить между плоскостями, в качестве погрешности

формы будем считать отклонение от плоскостности. Приняв погрешность ощупывающей головки АКИМ=4,78 мкм; погрешность формы: Аф1=4 мкм для поверхности 1 и Аф2=2 мкм для поверхности 2, получим, что ширина зоны разброса для каждой стороны составит:

Ах = Аким + Аф1 = 4 + 4,78 = 8,78 мкм;

А2 = Аким + Аф2 = 2 + 4,78 = 6,78 мкм;

Из рис. 2 видно, что размах значений, будет равен:

ЯТП = Б - Б

ТП тах т

Л Д2

= Ах

л/п

Ах , А 2

ЯПП Бтах Бтт Г~ + ' Г~ '

л/п ып

где ЯТП - размах по точке и плоскости; ЯПП -размах по двум плоскостям; п - количество точек на плоскости.

Подставляя значения Ах и А2 в выражения разма-хов рассчитывается значения ЯТП и ЯПП. Данные о полученных величинах размаха представлены в табл. х. По данным табл. 1 строится диаграмма (рис. 3).

Рис. 3. Диаграмма распределения размаха

Согласно полученным результатам математическая модель отражает зависимость между методом измерения и величиной размаха. Из рисунка видно, что минимальная величина размаха соответствует методу измерения - пл8 - пл8. Это обуславливается тем, что уменьшается величина разброса из-за более точной аппроксимации поверхностей. Эксперимент проводился при заданной степени уверенности Р=0,95%, таким образом количество замеров для одной стратегии равняется п=10. Базирование детали осуществлялось по трем перпендикулярным плоскостям. Графическое представление процесса измерения выполнено в системе «ТехноКорд» и представлено на рис. 4. Результаты экспериментов представлены в табл. 2.

Общие проблемы машиностроения

Таблица 1. Данные величин размаха

Размах Метод измерения

т-пл4 т-пл6 т-пл8 пл4-пл4 пл6-пл6 пл8-пл8

Я, мкм 12,17 11,49 11,18 7,78 6,22 5,50

Согласно полученным результатам математическая модель отражает зависимость между методом измерения и величиной размаха. Из рисунка видно, что минимальная величина размаха соответствует методу измерения - пл8 - пл8. Это обуславливается тем, что уменьшается величина разброса из-за более точной аппроксимации поверхностей. Эксперимент проводился при заданной степени уверенности Р=0,95%, таким образом количество замеров для одной стратегии равняется п=10. Базирование детали осуществлялось по трем перпендикулярным плоскостям. Графическое представление процесса измерения выполнено в системе «ТехноКорд» и представлено на рис. 4. Результаты экспериментов представлены в табл. 2.

Из анализа табл. 2 следует, что минимальная величина размаха соответствует методу измерения - от плоскости до плоскости по 8 точкам. Максимальная величина размаха соответствует методу измерения от точки до плоскости, измеренной по 4 точкам. Данные полученные в ходе моделирования и в ходе экспериментального исследования сопоставлены в табл. 3. Анализ табл. 3 показывает, что математическая модель не противоречит данным эксперимента и отражает характер поведения величины размаха. Расхождение данных модели с данными, полученными экспериментальным путем не превышают 17%.

Рис. 4. Схема измерения т-пл8

Установлено, что процесс измерения от плоскости до плоскости по восьми точкам является наиболее точным, так как аппроксимация плоскостей происходит с двух сторон измеряемой детали. Это говорит о том, что вероятность события, когда какая либо точка, попадая во впадину или выступ, влияет на процесс измерения, снижается, так как средняя плоскость будет строиться из заданного условия аппроксимации по всему набору измеренных точек. Таким образом, процедура контроля корпусных деталей состоит из следующих этапов:

Таблица 2. Результаты экспериментов

Параметр Значение диаметра D,мм

т-пл4 т-пл6 т-пл8 пл4-л4 пл6-л6 пл8-л8

Бтах,мм 58,0257 58,0240 58,0131 58,0348 58,0080 57,9999

Втт,мм 58,0111 58,0097 57,9992 58,0260 58,0009 57,9936

Я,мм 0,0146 0,0143 0,0139 0,0088 0,0071 0,0063

Таблица 3. Данные моделирования

Размах Метод измерения

т-пл4 т-пл6 т-пл8 пл4-пл4 пл6-пл6 пл8-пл8

Ятеор, мкм 12,17 11,49 11,18 7,78 6,22 5,50

Яэкспер, мкм 14,60 14,30 13,90 8,80 7,10 6,30

Расхождение % 17 11 10 11 12 12

Рис. 5. Измерение по схеме пл8 - пл8

1. Установка детали на стол КИМ.

2. Математическое базирование детали.

3. Написание управляющей программы для стратегии измерения пл8-пл8:

Plane planel = Average. Plane (Pointl, Point2, Point3, Point4, Point5, Point6, Point7, Point8);

Plane plane2 = Average. Plane (Poin9, Pointl 0, Pointl 1, Pointl 2, Pointl 3, Pointl 4, Pointl 5, Pointl б);

Number dl = Distance. PlanePlane (planel, plane2);

3. Измерение длинновых размеров. Алгоритм измерения представлен на рис. 5.

4. Распечатка протокола контроля.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

l. Абляз, Т.Р. Метод контроля конических резьб для элементов бурильных колонн на координатно-измерительной машине / Т.Р. Абляз, О.А. Халтурин

// Вестник Пермского государственного технического университета. Машиностроение, материаловедение. 2012. №1. С. 85-91.

Брянкин, С.Ю. Прецизионные измерения в машиностроении / С.Ю. Брянкин, В.Г. Лысенко, С.А. Ко-ноногов и др. // Законодательная и прикладная метрология. 2010. №5(111). С. 2-7. Брянкин, С.Ю. Приоритетные направления метрологического обеспечения координатных методов измерений геометрических параметров деталей / С.Ю. Брянкин, В.Г. Лысенко, К.Ф. Федосов // Научно-практическая конференция «100 лет Российскому подводному флоту», г. Северодвинск, 2006. С. 115-119.

Брянкин, С.Ю. Применение математического моделирования для оценки точности координатных измерений на координатно-измерительных машинах / С.Ю. Брянкин, В.Г. Лысенко, С.С. Голубев, К.Ф. Федосов // Научно-практическая конференция «100 лет Российскому подводному флоту», г. Северодвинск, 2006. С. 45-49.

MODELING THE PROCESS OF MEASUREMENT THE CASE DETAILS BY COORDINATE AND MEASURING MACHINE

© 2013 T.P. Ablyaz Perm National Research Polytechnical university

In work process of measurement the case detail by coordinate and measuring machine is considered. The model, analyzing influence of points quantity in measurement on error of measurement is developed. Experimental inspection of the received regularities is made.

Key words: coordinate and measuring machine, gauge system, rationing, precision, error

Timur Ablyaz, Post-graduate Student. E-mail: [email protected]