Технические измерения и приборы

     К числу наиболее важных и актуальных задач машиностроения относится  повышение качества выпускаемой  продукции.

     Надежность  любой машины, функционирование её узлов в расчетном режиме, а  значит и ресурс в определяющей степени  зависят от геометрической точности изготовления деталей по сопрягаемым поверхностям. Повышение требований к качеству машин влечет за собой ужесточение допусков. Одновременно повышается и доля трудоемкости операций контроля в технологическом процессе изготовления деталей и изделий, совершенствуются измерительные средства. Как правило, одну метрологическую задачу можно решить с помощью различных измерительных средств, которые имеют не только разную стоимость, но и различные точность и другие метрологические показатели, а следовательно дают неодинаковые результаты. Точность средств контроля имеет первостепенное значение. Обычно точность средства контроля назначают на порядок выше точности контролируемого параметра изделия.

     Таким образом, увеличение точности средств  изготовления изделий неизбежно приводит к необходимости опережающего создания средств измерения со значительно большей точностью контроля.

Системы автоматического  контроля

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений.

Средство  измерений (СИ) – техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Метрологические характеристики – параметры средств измерений, влияющие на результаты и погрешности измерений, - номинальное значение меры, действительное значение меры, отсчет, показания, диапазон измерений, предел измерений, чувствительность, нормальные условия применения.

Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Контроль – проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям. Проверка соответствия заканчивается принятием решения: «Соответствует норме – не соответствует норме», «изделие годное – изделие бракованное».

Средства  измерений (СИ) классифицируются на меры, измерительные приборы, измерительные  преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.

Мера – СИ, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Физическая  величина – свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Физическая величина, которая выбрана для измерения, называется измеряемой величиной.

Измерительный преобразователь – СИ, осуществляющее преобразование одной физической величины в другую и предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Измерительный прибор – СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем с помощью отсчетного устройства.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных СИ и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, расположенная в одном месте.

Измерительная система – совокупность СИ, соединенных между собой каналами вязи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.

Датчик – конструктивная совокупность одного или нескольких измерительных преобразователей и сопутствующих им конструктивных элементов, размещаемая непосредственно на объекте измерения и под воздействием измеряемой величины выдает сигнал, являющийся однозначной функцией измеряемой величины.

Эталон – средство измерений наивысшей точности, обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы измерений.

Измерительный канал – совокупность технических средств и линии дистанционной передачи между датчиком, измерительным устройством и устройством отображения информации.

Устройства  отображения информации – это шкалы, индикаторы, мониторы, графопостроители.

     По  степени автоматизации контроль может быть ручным, автоматизированным и автоматическим в зависимости  от времени, затрачиваемого на ручные операции. Ручной контроль характеризуется  отношением , автоматизированный , автоматический , где – время, затрачиваемое на ручные операции, – общее время контроля.

     Любой контроль основан на измерении. Системы  автоматического контроля являются важнейшей частью системы управления качеством на машиностроительном заводе.

     Затраты на контроль в некоторых отраслях превышают 50% от себестоимости продукции. В металлообрабатывающей промышленности они составляют 8-15% затрат производства. Например, при изготовлении поршневого авиационного двигателя выполняют 120 тыс. операций, из которых 50 тыс. операций – контрольно-измерительные.

     Контроль  должен охватывать весь технологический  процесс для предупреждения пропуска дефектных объектов контроля (заготовок, деталей и сборочных единиц). Кроме того, контроль должен предусматривать получение информации для регулирования технологического процесса. Контроль технологического процесса предусматривает проверку соответствия режимов и других показателей технологического процесса установленным требованиям.

     В зависимости от результатов воздействия  на технологический процесс методы контроля разделяют на активные и  пассивные. При активном методе контроля объектов результаты контроля используют для управления процессом изготовления, вызывая изменение его параметров и оказывая влияние на качество выпускаемой продукции. При пассивном методе проводят контроль параметров контролируемого объекта, но полученные результаты не используют для управления процессом изготовления.

     Автоматический контроль – это контроль изделия и (или) технологического процесса, при котором управление процессом осуществляется без непосредственного участия человека. Контроль может осуществляться путем оценки каждого в отдельности элемента контролируемого объекта (элементный контроль) или одновременной оценки комплекса элементов, определяющих его качество (комплексный контроль).

     Пассивная система автоматического контроля (САК) осуществляется без участия  оператора, все операции автоматизированы.

     В зависимости от назначения различают следующие пассивные САК: разбраковочные, осуществляющие разбраковку изделий на годные и по видам брака; сортировочные, производящие рассортировку изделий на группы по величине контролируемого параметра (например, по селективной сборке); комплектующие, целью которых является комплектование узлов в зависимости от действительных значений контролируемых величин деталей, входящих в собираемый узел. В зависимости от числа измерительных позиций их подразделяют на однопозиционные и многопозиционные.

     Автоматический  контроль устанавливает соответствие между состоянием объекта контроля и заданной нормой. Автоматический контроль освобождает человека от утомительных рутинных операций. При автоматическом контроле отклонения за пределы установленной нормы вызывают предупредительный, аварийный или другие сигналы.

     Система автоматического контроля (САК) –  это комплекс устройств, осуществляющих автоматический контроль одной или  нескольких измеряемых величин, требующие  значительной обработки измерительной информации для суждения об отклонении от установленной нормы и принятия решения: «соответствует норме – не соответствует норме».

     В подавляющем большинстве случаев  САК совмещают функции контроля и измерения являются контрольно-измерительными, т.е. осуществляют также процесс измерения с формированием результата в виде численного значения измеряемой величины.

     Пассивные системы автоматического  контроля

     Пассивные САК предназначены для высокопроизводительного  контроля качества изделий на различных  стадиях изготовления. Область их применения огранивается высококачественным приемочным контролем и сортировкой изделий на размерные группы. Применение пассивных САК резко снижает количество работников, осуществляющих технологический контроль на производстве. Однако результаты контроля не используются для непосредственного воздействия на технологический процесс.

     В зависимости от назначения они подразделяются на разбраковочные, выделяющие из продукции  бракованные изделия, сортировочные, подразделяющие объекты по группам, например для селективной сборки, и комплектующие, т.е. подбирающие для сборочных единиц соответствующие им по значениям контролируемых параметров комплектующие изделия.

     В зависимости от назначения системы  структурная схема может изменяться, однако наиболее типичной структурной схемой является схема, приведенная рисунке 2.1. 

Рис. 2.1. Структурная схема  пассивной САК 

     Устройства  загрузки пассивных САК служат для  создания запаса контролируемых деталей  и их ориентации в пространстве и  времени. В процессе контроля до 90% времени приходится на транспортно-загрузочные операции. Структурная схема устройства загрузки представлена на рисунке 2.2. 

Рис. 2.2. Структурная схема  загрузочного устройства контрольно-сортировочного автомата 

     Контролируемые  детали в достаточном для бесперебойной работы автомата количестве помещают в бункер (обычно в беспорядке, «навалом»), который производит их первичную ориентацию и выдает в определенной последовательности. В зависимости от конфигурации контролируемых деталей может потребоваться их дополнительная пространственная ориентация, что осуществляется ориентирующим устройством, которое может быть и частью бункера. Ориентированные в пространстве детали по лотку попадают в магазин-накопитель, откуда через определенные промежутки времени выдаются механизмом поштучной выдачи на транспортирующее устройство автомата или непосредственно на его измерительное устройство (в зависимости от конструкции автомата). Таким образом, механизм поштучной выдачи деталей является устройством, ориентирующим детали во времени. Необходимые перемещения подвижных элементов загрузочного устройства осуществляются приводом. Следует отметить, что названные элементы загрузочного устройства не всегда можно выделить в «чистом» виде при рассмотрении конкретного автомата. Некоторые элементы могут отсутствовать, либо один конструктивный элемент может выполнять несколько функций. Так, часто лоток выполняет одновременно и функции магазина. Необходимость магазина в составе загрузочного устройства объясняется тем, что производительность бункера из-за его конструктивных особенностей колеблется во времени и для компенсации этого колебания приходится накапливать некоторый запас ориентированных деталей в магазине.

     Магазинное  загрузочное устройство полуавтомата для контроля и сортировки цилиндрических роликов по диаметру изображено на рисунке 2.3. Магазин выполнен в виде наклонного лотка 5, куда вручную загружают ролики 2. Под действием собственного веса ролики скатываются на базирующую призму 6. Направляющая планка 3 служит для предотвращения заклинивания роликов. С помощью толкателя 1, приводимого в движение кулачком 7, ролик подается на измерительное устройство с датчиком 4.