eng
Выпуск #2/2019
С.С.Степанов, А.В.Петров, С.Б.Тарасов, С.Н.Степанов
Автоматизация калибровки приборов для линейных измерений
Автоматизация калибровки приборов для линейных измерений
Просмотры: 2927
Рассмотрены вопросы калибровки ручного измерительного инструмента и разработки автоматизированных эталонных приборов для них. Представлена принципиальная схема системы автоматического управления приборами. Рассмотрены возможные погрешности, требующие дополнительных исследований и проведения мероприятий по их устранению или минимизации.
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.2.122.126
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.2.122.126
Теги: calibration hand tool instrument measurement accuracy positioning accuracy servo drive калибровка погрешность позиционирования ручной инструмент сервопривод точность измерений
Получено: 18.03.2019 г.
Системы автоматического управления применяются в основном в станкостроении при создании станков с ЧПУ, обрабатывающих центров и автоматических линий. В приборостроении системы автоматического управления нашли применение в координатно-измерительных машинах, электронных высотомерах и некоторых других приборах, выпускаемых ведущими мировыми производителями приборов для линейно-угловых измерений.
Машиностроительные предприятия являются основными потребителями большого количества ручного инструмента, такого как штангенциркули, микрометры, нутромеры, скобы, индикаторы часового типа. Часть инструмента находится непосредственно на рабочих местах, а часть в измерительных лабораториях.
В зависимости от интенсивности эксплуатации проводится калибровка (поверка) ручного инструмента с различными межповерочными интервалами. Для калибровки ручного измерительного инструмента используют различные эталонные приборы и, как правило, это приборы с ручным приводом и визуальным отсчетным устройством. Применение автоматизированных приборов позволяет повысить производительность калибровки, снизить утомляемость поверителей, исключить человеческий фактор.
Ведущие мировые производители эталонной техники, такие как Mahr (Германия), Mitutoyо (Япония), Tesa (Швейцария) и другие, выпускают упомянутые автоматизированные эталонные приборы. Однако из-за высокой стоимости и неприспособленности компьютерных программ к отечественному оборудованию эти приборы в России не продаются. Отечественные эталонные приборы с ручным приводом завоевали внутренний рынок страны, а освоение производства автоматизированных приборов является естественным процессом дальнейшего развития отечественного эталонного приборостроения. Приборы позволят заменить импортные дорогостоящие аналоги и в связи с современной международной политической и экономической обстановкой будут соответствовать курсу государства на импортозамещение.
Целью данной научной работы является разработка двух типов автоматизированных эталонных приборов.
Первый прибор М-1000 предназначен для калибровки и настройки на размер широко распространенных двухточечных инструментов, таких как штангенциркули, микрометры, нутромеры, скобы с диапазоном измерения 0–1000 мм. Прибор представляет собой автоматизированное рабочее место поверителя и призван заменить собой широкий диапазон размеров концевых мер длины, эталонных колец, приборов и различных приспособлений.
Второй прибор, АПИ-50, предназначен для автоматизированной калибровки всей гаммы индикаторов часового типа от ИЧ-2 до ИЧ-50 и двухточечных нутромеров.
Оба прибора объединяет применение автоматизированного привода с точным (до 0,1 мкм) позиционированием рабочего органа. Задача решается впервые в нашей стране применительно к приборам для линейных измерений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• выбрать тип системы управления;
• выбрать тип привода;
• выбрать тип системы обратной связи;
• разработать принципиальную схему системы управления приводом;
• разработать метод компенсации температурных погрешностей;
• разработать систему "технического зрения" для считывания показаний индикаторов;
• разработать методику автоматизированной калибровки самих приборов;
• разработать эталонный широкопредельный преобразователь для автоматизированной калибровки приборов;
• провести предварительные исследования по определению погрешности приборов с расчетом неопределенностей измерений.
В результате проведенного анализа технической литературы и предварительных расчетов была выбрана система управления с обратной связью по положению рабочего органа измерительного прибора. Данная система наиболее полно удовлетворяет требованиям по точности позиционирования измерительных наконечников прибора, а также позволяет контролировать положение в реальном режиме времени.
Перемещение рабочего органа прибора осуществляется с помощью сервопривода, состоящего из сервомотора, сервоусилителя и контроллера. Шариковая винтовая пара благодаря предварительному натягу обеспечивает высокую жесткость передачи и малую зону нечувствительности при реверсе.
Система автоматического управления приборами изображена на рис.1. Для обеспечения точности позиционирования каретки с измерительными наконечниками система снабжена линейным датчиком обратной связи. Применение линейного датчика, в отличие от кругового, позволяет выполнять прямые измерения положения каретки, что повышает точность позиционирования.
При применении автоматической системы управления каретка с измерительным наконечником с помощью силового привода автоматически воспроизводит движение, заданное управляющим устройством, в данном случае персональным компьютером. Сигнал управления вырабатывается контроллером, получающим информацию о требуемом положении измерительного наконечника от РС и о ее действительном положении от датчика обратной связи. Сигнал управления является разностным сигналом, характеризующим соответственно заданное и действительное перемещение каретки с измерительным наконечником.
Применяемый в данной системе линейный датчик обратной связи обеспечивает непосредственное измерение перемещения измерительной каретки. Это позволяет охватить обратной связью все передаточные механизмы привода, что обеспечивает высокую точность перемещений.
Рассматриваемые приборы являются сложными техническими устройствами, управляемыми с помощью компьютера и соответствующего программного обеспечения. Точность приборов зависит от многих факторов: погрешности самого прибора, погрешности от воздействия окружающей среды (температура, вибрации). На точность работы линейного датчика обратной связи могут влиять погрешности направляющих прибора, температурные деформации и упругие деформации элементов измерительной каретки под действием измерительного усилия. Эти погрешности требуют дополнительных исследований и проведения мероприятий по их устранению или минимизации.
ВЫВОДЫ
Проведенные предварительные исследования показали, что данная система управления может быть использована для автоматизации эталонных приборов для линейных измерений.
Система автоматического управления с датчиком обратной связи может обеспечить требуемую точность при управлении эталонными приборами.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCE
1. Любомудров С.А., Макарова Т.А., Тарасов С.Б. Методы и средства измерения в машиностроении. Учеб. пособие. – СПб: СПбГПУ, 2011.
2. Четвериков И.А. Современные технологии с использованием оборудование с ЧПУ. – СПб: СПбГПУ, 2011.
3. Ловыгин А.А., Теверовский Л.В. Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM-система. – М.: ДМК Пресс, 2012.
4. Любомудров С.А., Степанов С.Н., Тарасов С.Б. Метрологическое обеспечение производства. Учебник. – СПб: СПбПТУ, 2008.
5. Марков Н.Н., Ганевский Г.Н. Конструкция и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов. – М.: Машиностроение, 1993.
Системы автоматического управления применяются в основном в станкостроении при создании станков с ЧПУ, обрабатывающих центров и автоматических линий. В приборостроении системы автоматического управления нашли применение в координатно-измерительных машинах, электронных высотомерах и некоторых других приборах, выпускаемых ведущими мировыми производителями приборов для линейно-угловых измерений.
Машиностроительные предприятия являются основными потребителями большого количества ручного инструмента, такого как штангенциркули, микрометры, нутромеры, скобы, индикаторы часового типа. Часть инструмента находится непосредственно на рабочих местах, а часть в измерительных лабораториях.
В зависимости от интенсивности эксплуатации проводится калибровка (поверка) ручного инструмента с различными межповерочными интервалами. Для калибровки ручного измерительного инструмента используют различные эталонные приборы и, как правило, это приборы с ручным приводом и визуальным отсчетным устройством. Применение автоматизированных приборов позволяет повысить производительность калибровки, снизить утомляемость поверителей, исключить человеческий фактор.
Ведущие мировые производители эталонной техники, такие как Mahr (Германия), Mitutoyо (Япония), Tesa (Швейцария) и другие, выпускают упомянутые автоматизированные эталонные приборы. Однако из-за высокой стоимости и неприспособленности компьютерных программ к отечественному оборудованию эти приборы в России не продаются. Отечественные эталонные приборы с ручным приводом завоевали внутренний рынок страны, а освоение производства автоматизированных приборов является естественным процессом дальнейшего развития отечественного эталонного приборостроения. Приборы позволят заменить импортные дорогостоящие аналоги и в связи с современной международной политической и экономической обстановкой будут соответствовать курсу государства на импортозамещение.
Целью данной научной работы является разработка двух типов автоматизированных эталонных приборов.
Первый прибор М-1000 предназначен для калибровки и настройки на размер широко распространенных двухточечных инструментов, таких как штангенциркули, микрометры, нутромеры, скобы с диапазоном измерения 0–1000 мм. Прибор представляет собой автоматизированное рабочее место поверителя и призван заменить собой широкий диапазон размеров концевых мер длины, эталонных колец, приборов и различных приспособлений.
Второй прибор, АПИ-50, предназначен для автоматизированной калибровки всей гаммы индикаторов часового типа от ИЧ-2 до ИЧ-50 и двухточечных нутромеров.
Оба прибора объединяет применение автоматизированного привода с точным (до 0,1 мкм) позиционированием рабочего органа. Задача решается впервые в нашей стране применительно к приборам для линейных измерений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• выбрать тип системы управления;
• выбрать тип привода;
• выбрать тип системы обратной связи;
• разработать принципиальную схему системы управления приводом;
• разработать метод компенсации температурных погрешностей;
• разработать систему "технического зрения" для считывания показаний индикаторов;
• разработать методику автоматизированной калибровки самих приборов;
• разработать эталонный широкопредельный преобразователь для автоматизированной калибровки приборов;
• провести предварительные исследования по определению погрешности приборов с расчетом неопределенностей измерений.
В результате проведенного анализа технической литературы и предварительных расчетов была выбрана система управления с обратной связью по положению рабочего органа измерительного прибора. Данная система наиболее полно удовлетворяет требованиям по точности позиционирования измерительных наконечников прибора, а также позволяет контролировать положение в реальном режиме времени.
Перемещение рабочего органа прибора осуществляется с помощью сервопривода, состоящего из сервомотора, сервоусилителя и контроллера. Шариковая винтовая пара благодаря предварительному натягу обеспечивает высокую жесткость передачи и малую зону нечувствительности при реверсе.
Система автоматического управления приборами изображена на рис.1. Для обеспечения точности позиционирования каретки с измерительными наконечниками система снабжена линейным датчиком обратной связи. Применение линейного датчика, в отличие от кругового, позволяет выполнять прямые измерения положения каретки, что повышает точность позиционирования.
При применении автоматической системы управления каретка с измерительным наконечником с помощью силового привода автоматически воспроизводит движение, заданное управляющим устройством, в данном случае персональным компьютером. Сигнал управления вырабатывается контроллером, получающим информацию о требуемом положении измерительного наконечника от РС и о ее действительном положении от датчика обратной связи. Сигнал управления является разностным сигналом, характеризующим соответственно заданное и действительное перемещение каретки с измерительным наконечником.
Применяемый в данной системе линейный датчик обратной связи обеспечивает непосредственное измерение перемещения измерительной каретки. Это позволяет охватить обратной связью все передаточные механизмы привода, что обеспечивает высокую точность перемещений.
Рассматриваемые приборы являются сложными техническими устройствами, управляемыми с помощью компьютера и соответствующего программного обеспечения. Точность приборов зависит от многих факторов: погрешности самого прибора, погрешности от воздействия окружающей среды (температура, вибрации). На точность работы линейного датчика обратной связи могут влиять погрешности направляющих прибора, температурные деформации и упругие деформации элементов измерительной каретки под действием измерительного усилия. Эти погрешности требуют дополнительных исследований и проведения мероприятий по их устранению или минимизации.
ВЫВОДЫ
Проведенные предварительные исследования показали, что данная система управления может быть использована для автоматизации эталонных приборов для линейных измерений.
Система автоматического управления с датчиком обратной связи может обеспечить требуемую точность при управлении эталонными приборами.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCE
1. Любомудров С.А., Макарова Т.А., Тарасов С.Б. Методы и средства измерения в машиностроении. Учеб. пособие. – СПб: СПбГПУ, 2011.
2. Четвериков И.А. Современные технологии с использованием оборудование с ЧПУ. – СПб: СПбГПУ, 2011.
3. Ловыгин А.А., Теверовский Л.В. Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM-система. – М.: ДМК Пресс, 2012.
4. Любомудров С.А., Степанов С.Н., Тарасов С.Б. Метрологическое обеспечение производства. Учебник. – СПб: СПбПТУ, 2008.
5. Марков Н.Н., Ганевский Г.Н. Конструкция и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов. – М.: Машиностроение, 1993.
Отзывы читателей
