автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка интегрального метода и прибора автоматического контроля качества изготовления изделий типа тел вращения

ШИСТЕРСТВО образования ШРШЗСШЙ республики ШРШЗСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КРЛВЕЦ Борис Натанович

УДК 621:658.562.3/6

РАЗРАБОТКА ИНТЕГРАЛЬНОГО ИЕГОДА И ПРИБОРА АВТОУЛТИЧНЙШПЗ Й0НШЖ1 КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ

издшй шла тез вращзш

Специальность 05.13.07 - АвтонатазагдлЯ технологических

процессов к производств

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Бишкек 1994

Работа выполнена в Кыргызском техническом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Муслимов А.П.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор

Тусупбеков М.Р.

- канд. техн. наук, доцент кафедры "Технология машиностроения" КГУ

Стародубов И.И.

Ведущая организация - Производственное объединение "Дастан" Сг.Бишкек)

Защита состоится "//', " _1994 года на заседании

специализированного совета Д 05.93.16 в Кыргызском техническом университете по адресу:

720044, Кыргызская Республика, г. Бишкек, пр. Мира, 66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кыргызского__

технического университета.

Баш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу.

Желающие присутствовать на защите диссертации должны заблаговременно известить совет письмами заинтересованных организаций на имя председателя совета.

Телефоны для справок: 44-18-20, 44-55-71.

Автореферат разослан " "........1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 05.93.16 к.т.н., доцент

муралиев У.К.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Известно, что в настоящее время предъявляются повышенные требования к точности машин, приборов и другого оборудования, работающих с'высокой производительностью. Детали таких машин, вращающихся с большими скоростями, должны иметь минимальные погрешности формы (некруг-лость) й величину радиального смещения центра масс (РСЦШ, в противном случае возникают вибрации, шум и низкая точность. Если контроль перечисленных параметров крупных изделий типа тел вращения в какой-то мере решен, то для деталей, имеющих малые массы и габариты, проблема остается прежней, нерешенной вследствие отсутствия приемлемых методов контроля. Особенно остро стоит вопрос о комплексной оценке качества изготовления мелких изделий массового производства, т.е. потокч, - статистическом методе контроля.

Ставится и другая задача - управление качеством изготовления изделий по информативным параметрам прибора, с оказанием воздействия на те технологические операции, нормальный процесс которых нарушен. Решается задача' производства массовых изделий с меньшим процентом брака. Одновременно стоит задача отбора и сортировки изделий по группам качества, что дает возможность решения проблемы селективной сборки продукции. Например, для подшипниковой промышленности крайне важны.такие устройства, которые работают в автоматическом ре.таме с высокой производительностью.

. Аналогичная проблема стоит и ь оборонной промышленности для решения комплекса вопросов по прогнозированию качества специальных изделий.

Таким образом, разработка интегрального метода и прибора контроля качества изготовления таких изделий массового производства является весьма актуальной задачей.

Цель работы. Разработать новый метод - интегральный и на его основе прибор для контроля динамических характеристик изделий (Р0Щ5, некруглость) и прогнозировать качество продукции.

Общ^я методика исследований базируется на основных положениях аналитической механики, теории автоматического управления, теории корреляции и математической статистики. По существу интегральный метод оценки качества изде-

пнй получен теоретически из анализа математической подели процесса контроля. Из нее получены алгоритмы для расчета массово-геометрических, кинематических и режимных характеристик прибора.

Эксперименты выполнены по разработанным методикам с использованием современных контрольно-измерительных средств. Исследование влияния случайных процессов проведено вероятностно-статистическим методом.

Научная новизна. В работе разработаны новый метод интегральной оценки качества изделий типа тел вращения (контролируются погрешность форда и РСЩ) и его математическая модель, описывающая процесс контроля. Получены.аналитические -вы-- -ракенияподтверждающие зависимость амплитуды прыжков от величин некруглости и РСЩ изделий. Определены условия появления различных отрывов изделия от вращающихся валков.

На основе математической модели разработаны алгоритмы расчета параметров прибора и режимов работы, в зависимости от массч-во-геометрических характеристик контролируемого изделия, что позволило решить задачу создания прибора.

Практическая ценность. Использование алгоритмов расчета прибора позволяет.решить-проблему проекторе ваяния комплекса приборов применительно, к контролю различных изделий, отличающихся в значительной мере массами и геометрическими размерами.

Такие приборы могут найти шрокое применение в машиностроении, приборостроении, текстильной и подшипниковой промышленнос-тях для контроля качества изделий массового производства, а так-&е для отбора и сортировки по группам качества. , .

На защиту выносятся:

1. Интегральный метод контроля РСЩ и некруглости изделий типа тел вращения.

2. Математическая модель процесса контроля изделий данным методом.

3. Алгоритмы расчета геометрических, кинематических и режимных характеристик устройства .контроля в зависимости от типо-раз-мера изделия.

4. Оптико-электронная измерительная система контроля.

5. Методика и результаты экспериментальной проверки устройства контроля.

6. Результаты промышленных испытаний прибора модели УКН-1.

Реализация работы. Разработанный прибор УКН-1 был испытан на машиностроительном предприятии ПО "Станкостроительный завод". По контролю специальных изделий и в результате экспериментов была доказана возможность использования прибора для статистического контроля качества потока взамен дорогостоящего и малопроизводительного разрушающего контроля.

Апробация работы. Отдельные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах кафедры "Оборудование и автоматизация машиностроения" Кыргызского технического университета, на научно-практических семинарах ПО "Станкостроительный завод", г. Бишкек и КыргызШИШМ в 1992-94 годах.

. Публикации. Основные материалы исследования опубликованы в 6 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и основных и общих выводов, изложенных на < страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 7 таблиц и список литературы из 135 наименований.

Краткое содержание работы

Во , введении доказывается актуальность проблемы.

Одна из главных тенденций развития современного машиностроения, приборостроения, текстильной и подшипниковой промышленнос-тей - повышение уровня автоматизации производственных процессов.

Известно, что в точном машиностроении, приборостроении, подшипниках качения, оборудовании текстильной прошшленности содержится большое количество деталей типа тел вращения; от качества их изготовления во многом зависит и качество всего оборудования.

К данным изделиям предъявляются попшенные требования: точность выполнения геометрических размеров, минимальная погрешность формы (некруглосгь), малые значения биения и радиального смещения центра масс (РСЦМ).

Особенно велико значение влияния на качество оборудования

таких параметров» как некруглость и РСЦМ, несоблюдение которых мо«ег Привести к отрицательным явлениям: возникновению неуравновешенных радиальных сил, которые являются источниками вибраций, * снижения точности, повышенного износа деталей, уменьшения срока служба и т.д.

В связи с этим данные изделия подлежат строгому контролю по вышеназванным параметрам.

' Существующие метода и средства контроля некруглости и РСЩ деталей типа тел вращения имеют ряд недостатков, главными из.ко-, торых являются: сравнительно низкая точность, малая производительность, низкий уровень автоматизации и полное отсутствие удовлетворительных методов и приборов автоматического контроля изделий с малыми массой и габаритами. Трудность качества изготовления последних связана с отсутствием чувствительного способа контроля явновыраженной базирующей поверхности и решением вопросов автоматизации.

Вышесказанное доказывает актуальность проблемы разработки метода и прибора автоматического контроля некруглости и РСЦМ масс изделий типа тел вращения, имениях малые массу и габариты.

В настоящей работе удалось решить указанную проблему. Разработан новый метод контроля некруглости и РСЦМ - интегральный, позволяющий легко автоматизировать процесс контроля и создать на его основе прибор.

0 В первой главе проведены анализ методов измерения радиального смещения центра масс.

Начиная с 30-х годов'7'- эпохи индустриализации, связанной с быстрым развитием автомобильной, авиационной, станкостроительной, приборостроительной, электротехнической и других видов отечественной промышленности, возникла необходимость .разработки методов и приборов для измерения радиального смещения центра масс изделий типа тел вращения. Требования промышленности вызвали необходимость теоретических разработок в области балансировочной техники (работы И.И.Артоболевского, А.Н.Крылова, Л.П.Смирнова, / В.А.Щепетильникова, В.В.Шитикова и др.). / /

В послевоенные годы перед отечественной промышленностью встала задача создания унифицированного специализированного автоматического балансировочного оборудований. В нашей стране сооружаются крупнейшие в мире гидро- и тепловые электрические стан-

дай, строятся современные транспортные самолеты, локомотивы, суда, космические корабли. Происходит процесс комплексной механизации и автоматизации различных технологических процессов с широким использованием электронной измерительной и вычислительной техники. Одной из особенностей современного технического прогресса является непрерывный рост рабочих скоростей роторов различных машин и приборов, центрифуг, предназначенных для получения биологических эмульсий (такие центрифуги исполняют до 500 тыс.об/мин); электродвигатели повышенной частоты имеют скорость вращения ротора более 100 тыс.об/мин5 скорость отдельных деталей текстильного машиностроения доходит до 900 тыс.об/мин;' скорость движения пассажирских поездов на наших дорогах достигает в настоящее время 160 км/час, а в ближайшем будущем они будут двигаться еще быстрее.

Нужно сказать, что в дальнейшем в связи с развитием науки и техники скорость вращения различных деталей машин будет возрастать, так как быстроходные машины и механизмы являются более совершенными, производительными и легкими, а также экономичными. Отсюда следует, что балансировочная техника имеет в современном машино- и приборостроении исключительно важное значение.

Обзор и анализ развития балансировочной техники за последние десятилетия, приведенные в данной работе, дают представление об основных понятиях уравновешенности тел вращения и классификации балансировочных машин по количеству степеней свободы. Кроме того, рассмотрены оптические методы, как наиболее точные, для измерения колебание тел при уравновешивании: допплеровский, теневой, голографический, визуальный (с модуляцией яркости свечения элекгронно-лучевой трубки) и метод определения фазы дисбаланса путем совмещения оптических меток.

Анализ существующих методов измерения показывает, что они разработаны в основном применительно к крупногабаритным изделиям с большой массой, имеющим установочные базы.

В даннсй работе рассматривается контроль РСЦМ (без балансировки) малогабаритных изделий массой менее Ю г.

В это направление существенный вклад внесла научная школа под руководством проф., д.т.н. Муслимова А.П., в работах которого представлен ряд оригинальных методов автоматического контроля РО!Д мелких изделий типа тел вращения, разработана классификация, которая представлена на рис. I.

приложения сил

угловых перемещений

вращения

ультразвуковой

статического уравновешивания

наклонная плоскость" (по t )

вращения изделия на валках

по углу срыва {сСф )

интегрирований

(.а)

по параметрам

наклонная плоскость" (по А)

вращения изделия в приспособлении

по скорости

по параметрам

(¿¿.а))

по параметрам {сСср , ¿р)

моделирования

1

по времени разгона

'(» )

00

Рис. I. Классификация методов автоматического контроля РСЦМ мелких изделий типа тел вращения

Настоящая классификация показывает, что контроль КЩМ изделий можно осуществлять четырьмя методами: приложения сил, угловых колебаний, ультразвуком (применительно к изделиям, состоящим из двух деталей с разными материалами) и вращения.

Наиболее перспективным является метод вращения контролируемого изделия на вращающихся валках.

Суть метода состоит в том, что контролируемое изделие I 1рис. 2) устанавливается на вращающихся валках 2 и оно вращается с еще большей скоростью, так как диаметр изделия примерно в два раза меньше диаметра валков. При вращении контролируемой детали возникает центробежная, неуравновешенная сила и заставляет деталь отрываться от опор.

Возможность контроля изделия на этом принципе широка: можно контролировать изделие по углу поворота рамы, по скорости вращения валков, по времени разгона, исследование которого проводит аспирант Кыргызского технического университета Жан Амаду Курума, и интегральный метод, который разрабатывается в данной работе.

В принципе возможны комбинации по двум и по трем методам, однако такое сочетание не рекомендуется в виду сложности системы контроля.

Наиболее интересным является интегральный метод контроля РСЦМ изделий. При этом изделие РСЦМ, свободно вращаясь на валках под действием моментной неуравновешенности, испытывает соударение с валками. Амплитуда и частоты колебаний при этом зависят от величины РСЦМ, некруглости изделия. Метод основан на измерении величины подпрыгиваний изделий за определенное время, что позволяет косвенно судить о величине его дисбаланса. Основные преимущества метода: сравнительно высокая производительность, простота конструкции; легкость "автоматизации и возможность интегральной оценки качества изделия. .

Во второй главе разработана математическая модель движения изделия цилиндрической формы со смещенным центром масс на враща-ощихся валках.

Вначале рассматривалось плоское движение изделия, цилиндрической формы на вращающихся валках с неподвижными осями 0{ и Ог 'см. рис. 2). Предполагалось, что изделие имеет круглую форму, а смещение центра масс в радиальном направлении в =АС. В зависимости от величины е изделие может совершать качение на валках или

Рис. 2. Расчетная схема интегрального метода

прыжки относительно неподвижного геометрического О с отрывом от обоих валков.

При свободном движении на изделие действует только сила тяжести (сопротивлением пренебрегаем), поэтому изменение кинетического момента изделия относительно его центра масс не происходит, т.е. --0. *

Отсюда следует, что численное значение угловой скорости изделия в момент падения на валок определяется ее значением в момент отрыва о) -- сопл! . Если предположить, что удар изделия о валки не оказывает существенного влияния на вращение валков, т.е. угловая скорость валков до и после удара одинакова и считается известной, то численное значение скорости центра масс Не до удара будет зависеть от его вертикального перемещения от момента отрыва изделия от валков до его падения на валки. Если при этом перепад высот положений центра масс изделия будет равен нулю, то скорость его центра масс в результате прыжка не .изменится, что вполне допустимо при отсутствии сил сопротивления движению. Траектория центра масс зависит от направления Ос в момент отрыва изделия от валков и в общем случае не является прямолинейной.

Центр масс изделия будет двигаться по вертикали только в том случае, если абсолютная скорость центра масс'в момент отрыва изделия от валков также направлена по вертикали. Вращение изделия при свободном падении происходит вокруг оси, проходящей через его центр масс. Поэтому при наличии смещения центра масс (£>^ 0) удар изделия происходит лиаь с одним из валков, а не одновременно с обоими.

Далее в работе рассматривались следующие случаи движения изделий на вращающихся валках с учетом ударных импульсов.

Вибрация. В этом случае происходит перекатывание изделии с одного валка на другой с последующим ударом. Периодический отрыв изделия от левого и правого валков приводит к тому, что геометрический гкштр изделия (точка А ) совершает колебания относительно неподвижной точки О . Суммируя вертикальные перемещения Уц 2*0, можно определить при заданной угловой скорости валков и их геометрии смещение центра масс изделия.

Прыжки. В этом случае отрыв изделия происходит от ибо их палкой, а удар осуществляется с одним из них. При этом выбор пилка, с которым происходит соударение, зависит от направле-

ния вектора скорости центра касс изделия в момент отрыва и его координат в момент удара. Как в первом, так и во втором случаях из найденной суммы 1Уа1 за какой-либо промежуток времени t будет определяться величина смещения центра масс. При безотрывном движении изделия от обоих валков Уа1 = 0. Если за время t ХУд^, то смещение центра масс не превышает допустимую норму (.6 ^е^ол.), здесь Б - предельно допустимое значение суммы вертикальных перемещений оси цилиндра.

В работе рассматривалось явление удара^делия_о_правый-ва— лок-для-случая-вибраши^-Полагалось, что на иэделие__дейетвует ударный импульс со стороны правого валка £( 6х ), приложенный в точке контакта изделия Ю. При составлении уравнений, определяющих скорость в момент после удара, были применены законы изменения количества движения и кинетического момента изделия при ударе.

лгх/с-я , (I)

т*;с - тгс = ¿у , (2)

Зе2 («/- и) ) = Хжйу - , ■ (3)

где Хм , !ЬХ - координаты точки К в подвижных осях; штрихом обозначены величины после удара;3 - момент инерции; лг - масса изделия.

Для замыкания системы ypaвнeн^lй_JjП-UЗ)^ —

_гипотеэа-Ньютона----- ~

У'.< * -Кай*, . (4)

где а'а - коэффициент восстановления скорости, и гипотеза Рауса о касательном взаимодействии

, (5)

где У - коэффициент трения.

При записи 44) предполагалось, что удар не оказывает влияния на вращение валка, а деформация изделия проявляется только вблизи точки контакта. За время удара координаты точек изделия не изменяются.

Зависимость между скоростями центра масс и точки контакта изделия находится из векторного выражения

~ак - % +(д*ск ,

откуда в проекциях на направление осей получено:

-4-= -¿se - o)¿/K , Ум- Ум + а)Я/х , х'к = я'м - сд'у{К ,

+u)'xiK. (б)

Если предположить'; что во время удара есть скольжение, тогда ¡Sx / = . Нормальный импульс /Зу/ найдется из системы уравнений (1)-(5):

$у = ( / /^¿Г )-/72-( у,с + ~)Jcí ^

Ja + С - ) ' Узнав величину Jy из уравнений (I), (2), можно найти скорость центра масс после удара

(в)

а из уравнения t3) ~ угловую скорость изделия

a/=eü + {¿¡«-Jifa ). (Ю)

Je г

Касательная скорость точки Л" изделия после удара равна

Üx = 4Í - «Мм ~ (Я/х-М*j/. (II)

Аналогично находится составляющая скорость точки в направлении нормали к поверхности

У/к = У,х + + jgL (Jé/,к )J. (12)

Если У,«- =-0, то изделие в результате удара отскочит от валка. Если ¿'к A ai¿R , то после удара изделие будет проскальзывать на валках. При абсолютно неупругом ударе ( К ó s 0) изделие не будет отскакивать от валков при любом значении Ум (4). Используя выражения (ti)-(I2) и преобразования коордешат

хс = XicSüiJb- У/с cos.J> + esinj',

Уе = eosfi + yics¿/ij> + ecosf , (13)

можно перейти в систему неподвижных осей Ж)У, в которых составляющие скорости центра масс запишутся так

хс =. xi0sinj> _ ¿JO COSJ, + ecosf ,

= ¿wcasj>+ ¿/c^J> - esinf. 114)

Выражение для координат точки контакта в подвижных осях имеет простой вид

• £ik= - ecos kf -j3),

- г i- es¿/i{f-j5 ). (15)

С другой стороны, координаты центра масс изделия и составляющие скоростей Х/с\ Ум с подвижных осях, входящие_в^Е^аже^__ лия_(6)-в-момент-времени~до—удараТТшеют вид аналогичный уравнениям ИЗ), (14)

я,с = ¿/a cüsj, _ ecoj íj3 -f),

У,с XcCOSjb - esin Kj5-f); (16)

с = JCcJuiJ, t- Ус cosJ> - efJtn (y3 -f),

У/с - Ücsífift - ■¿ccosj, ^ etfcos {J} -p, (i7)

где Яе , Ус находятся из решения динамических уравнений, описывающих движении тела к моменту примени до удара.

Таким образом, из выражений (7)-Ц2), (14), (17) найдутся все необходимые кинематические характеристики изделия в момент после удара.

Аналогичную вышеприведенным выражениям систему уравнений можно jíiwMca^js_!!р!1_ударо_цуДслия-о-линый'Балок.

Вся система уравнений была использована для составления алгоритма расчета радиального смещения центра масс изделия по интегральному ы и т о д у, в частности - для случая вибраыии - ди^форвнниалыюе уравнение, определяющее качение изделия по валку без скольжения:

efiu + ^,rf

'COS ys -р) - -gcosKji iS). üfi)

Ускорение центра касс находилось по формулам

¿е ~J>t[fain ifi t0) г О2cas {ja , 9)] -е.

Ус = JifBcos íj t0¡ - ¿¿sin. y¡r0)J-e.

•//^ </ ^/в/соз Л а), (19)

которые используются при контроле условий безотрывного качения изделия по правому валку, определяемого неравенством

Л 1/6+4),

У = * + Л*. (20)

При прыжках дифференциальные уравнения представляются в виде

+ гр/9 - ер* со$ (/ +<?+// ) = /лу (уз^) у/ = + ) лю^ - ¿СЧ - /(/р+г) Л/г^ +

(21)

ьерсозр -¿с]' №

Условием свободного движения является отсутствие наложенных , на изделие связей, определяемых неравенством

Критерием величины смещения центра масс является суммарное перемещение геометрического центра изделия по вертикали (вдоль оси ОУ) за определенный промежуток времени.

Решение дифференциальных уравнений, описывающих вибрацию И прыжки изделия, необходимо было произвести на основе численной схемы Рунга-Кугта по известной методике. Интегрирование уравнений проводилось в заранее_заданном интервале времени, необходимом для конкретного измерения.

Предполагалось, что в момент отрыва вертикальная составляющая скорости изделия равна ре , а координата центра масс Ус Изменение вертикальной скорости. Уе и координаты ¿/с при евс-

бодном движении описывалось уравнениями (сопротивлением воздуха пренебрегаем):

Ус = -р-6 + е/, (23)

Ус » - + * . (24)

В момент возврата изделия на валки координата центра масс изделия может иметь любое значение в интервале от +е до -е , а угловая скорость вращения изделия должна соответствовать значению в момент его отрыва от валков, так как при свободном движении кинетический момент изделия не меняется. Из(24) определяется полное время прыжка ______

и + (25)

где > = 0 • ^ ^

ч * 1

«Задача существенно упрощается, если считать, что изделие совершает только вертикальные прыжки. При этом амплитуда прыжка Ус согласно (24) и (25) будет равна

Ус = <26>

тогда суммарные прыжки Ух за время 'Ъ составляют Ух >

„ ЧГ и» л 4 ¿в?" <Г

где к , С = 1/1 -и ; = —-—; гГ - общее время кон-

о / г

троля; - время одного цикла (прыжок и оборот); г л - время

прыжка; —^--время оборота.

9 ___

С учетом_ддследнпх-------~

'• 1271

—

Алгоритм расчета параметров прибора. Исходные данные; масса и радиус изделия, коэффициент трения, зависящий от материалов изделия и валков, и требуемая чувствительность. Задача - определить параметры прибора: радиус валков, время разгона изделия, скорости вращения изделия, ¡зал-ков и производительность прибора. Последовательность расчета:

I) предельные скорости вращения изделия и валков, при которых возможно применение интегрального метода, определены по формулам:

а)у, 9 М ) , (28)

е

Г77,71*

а)х > /-Л ; (29)

О .

2) радиус валков определяется из соотношения /Г я ^ •

3),время разгона можно расчитать с достаточной точностью из

соотношения, полученного при е = О

, (30)

так при. /Р = 8-Ю"3 м, У- 0,1; - 1,5* Ю3 с"1; ^ =

® 4 с; ■ .

4) время контроля одного изделия на приборе равно

= & + ¿у» + Ф + ¿о , (31)

где ¿з - время загрузки; tp - время разгона изделия на валках до установившейся скорости; ф - промежуток времени, за которое складываются амплитуды прыжков изделия; - время, необходимое для сбора и возврата рамы прибора в исходное положение.

В третьей главе представлена разработка устройства контроля УШ-1 и мзтодика проведения э"спориментов. В основу конструирования электронной части прибора положен схемно-узловой принцип, заключающийся в том, что вся принципиальная схема разбивается на несколько функциональных частей, имеющих четко тираж тише входные и выходные параметры. При этом вся схема размещается на нескольких печатных платах, объединенных между собой жгутами. Блочное выполнение конструкции позволило максимально стандартизировать и унифицировать составные части схемы прибора.

Конструктивное устройство контроля - есть функционально законченный прибор, упрощенная схема которого показана на рис. 3.

Контролируемое изделие из механизмов загрузки I и поштучной выдачи попадает на вращающиеся валки прибора 3. Измерения прыжков изделия производятся после того, как оно начнет вращаться с постоянной, установившейся скоростью. Только в этом случае с помощью датчика скорости б дается команда на начало измерения прыж-коь изделия фотоэлектрическим датчиком 5 и на запуск" реле вращения.

III II I

4

1 8

1

9

10

Рис. 3. Функциональная схема прибора:- I - механизм загрузки; 2 - механизм поштучной выдача; 3 - прибор; 4 - механизм сортировки; 5 - фотоэлектрический датчик; б - датчик скорости; 7 - усилитель; в - интегратор; 9 - реле времени; 10 - цифровой индикатор

Для измерения величины вертикальных перемещений изделия использован фотоэлектрический датчик,, оптическая ось которого расположена вдоль оси вращения валков на высоте, соответствующей верхней грани контролируемого изделия.

Сигнал от фотоэлектрического датчика усиливается усилителем 7 и поступает в интегратор 8, выходное напряжение которого пропорционально амплитудам прыжков. При срабатывании реле сигнал от интегратора одновременно поступает на прибор для сброса изделия, срабатывания механизма сортировки 4 и на возврат валков в исходное положение.

Механизм сортировки представляет собой ленту с двумя отверстиями, заслонки которых срабатывают в зависимости от величины напряжения от интегратора.

, При минимальных значениях напряжения обе заслонки закрыты и деталь попадает в бункер I, что соответствует изделиям лучшего качества. При средних значениях напряжения изделие попадает в бункер II, а при больших значениях напряжения интегратора срабатывает заслонка бункера Ш - для изделий бракованных. Приводом заслонок является электромагнит.

При возврате вращающихся валков в исходное положение срабатывает механизм поштучной выдачи изделия и цикл повторяется.

Техническая характеристика прибора модели УКН-1

Производительность контроля, шт/мин...............2*3

Частота вращения измерительных валков, об/мин...... 12000

Число'измерительнйх валков, шт......•.........................2

Установленная мощность электрооборудования, 60Вт .. 0,3

Коэффициент технического использования ............ 0,87

Сортировка на группы качества..................... 3

Габаритные размеры, мм ......................... 290x305x440

Масса, кг...................................................50

Производительность прибора контроля может быть определена формулой ........

/?=_ , 60 _, (32)

/ «V + + £ + 6

где ~ время разгона вращающихся валков до установившейся скорости с выдержкой времени, примерно равной 10 с; - время кон- . троля; 6} - время на реверсирование механизма поворота, равное

1с; - врет, затрачиваемое На загрузку одного изделия, равное. 3 с.

Интегрирование напряжения при постоянной скорости вращения контролируемого изделия производится за время 4е « 6 с. Производительность прибора УКН-1 составляет:

60

9-

3 шт/мин.

6 + 10 + 1 + 3

Методика проведения экспериментов, Для экспериментального исследования интегрального метода

измерениянекруглосги и РСЦМ изделий типа тел вращения в качестве контролируемой была выбрана цилиндрическая деталь, чертеж которой представлен на рис. 4.

>3

^ £ *

Рис. 4. Цилиндрическая деталь для экспериментальных__

— исследований интегрального метода измерения

некруглости и РСЦМ

Путем высверливания £ средней части определенной массы металла были изготовлены контрольные изделия с различными значениями РСВД: € * 0;10;20;30;40;50;60 и 70 мкм и измерение каждой из них производилось пять раз', затем вычислялось среднее значение. Электрический сигнал, снимаемый с оптического.датчика, усиливался усилителем и подавался на вход интегратора, выходное напряжение которого пропорционально амплитуде и частоте входного сигнала. Выходное напряжение интегратора.сравнивалось с опорным напряжением амплитудного компаратора, который формирует импульс при достижении выходного напряжения интегратора уровня опорного напряжения. Для непосредственного измерения времени интегрирования использовался генератора секундных импульсов; которые подсчитывали сь электронным счетчиком с цифровым индикатором.

В режиме измерения подсчет импульсов производился до момента поступления импульса с амплитудного компаратора, либо до определенного количества секундных импульсов, которое может быть задано заранее. Сброс показаний счетчика и подготовка интегратора к следующему циклу измерения производился блоком управления, связанным с датчиком импульсов и датчиком положения рамы прибора.

По степени возможности реализации о^а способа равноценны и, с точки зрения производительности, первый способ более предпочтителен, так как для набора значений по напряжению при относительно качественных изделиях требуется большое время.•

Для снятия осциллограмм (запись прыжков в зависимости от РСЦМ изделий) предусмотрено было применение быстродействующего самопишущего прибора типа Н327-1 с шириной ленты 40 км, чувствительностью 50 мв/см и скоростью бумажной ленты 125 ыы/с.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований прибора .УКН-1. Испытание прибора .УКН-1 проводилось непосредственно в условиях производства на ПО' "Станкостроительный завод" в г.Бишкек. Цель испытаний: доказательство работоспособности прибора и разраиотка рекомендаций по его использования, для чего возникла необходимость решения следующих задач:

1) экспериментальное выявление зависимости амплитуды колебания изделия на вращающихся валках от его величины РСЦМ;

2) экспериментальная проверка интегрального метода;

3) проведение экспериментов по статическому контролю путем выявления корреляционной связи информативного прибора с характеристикой рассеивания изделий массового производства.

Обработка большого количества осциллограмм известными методами усреднения позволила построить тарировочные характеристики, по которым можно с учетом масштабов вычислить значения РСЦМ контролируемых изделий.

Тарировочные характеристики, полученные при различных скоростях движения, представлены на рис. 5.

Анализ результатов промышленных испытаний прибора на предприятии показал, что существует колебание характеристики рассеивания при одном и том же значении информативного параметра прибора - интегральном значении амплитуд изделия на вращающихся вал- • ках ). Принципы колеблимости могут быть объяснены тем, что

Рис.5 . Тарировочные характеристики. Зависимость А =У(£)

характеристика рассеивания в действительности является функцией не одного лишь параметра прибора Ух , хотя последний, как было уже доказано ранее, является комплексным, учитывающим динамическую характеристику изделий: форму, осевое и радиальное смещения центра масс. Доказательство существования тесной корреляционной связи между информативным параметром прибора Ух с харак- • теристикой рассеивания изделий, в (коэффициенты корреляции для контролируемых изделий ёх = - 0,73267), послужило основанием внесения в технологический процесс для изделия замены дорогостоящего испытания производительным методом с помощью Прибора.

Основные результаты и выводы диссертации

1. На основании существующих методов контроля можно сделать вывод о том, что они неприемлемы для контроля изделий с малой массой и габаритами. В связи с этим выбран новый интегральный, как наиболее полно оценивающий метод качества изготовления изделия и отличающийся высокой производительностью.

2. Разработана математическая модель интегрального метода, определены условия, зависящие от массогеометричоских и режимных параметров, при которых возможна вибрация, прыжки от одного валка и отрыв изделия от двух валков.

Доказано, что с возрастанием РОД.! возрастает амплитуда прыжков.

3. С помощью математической модели были разработаны алгоритмы расчетов, которые позволяют в зависимости от массово-геометрических параметров и требуемой точности расчитпгь режимные и кинетические характеристики прибора, что дает возможность решить во-, прос серийного проектирования автоматических устройств контроля.

4. Алгоритмы расчетов позволили разработать и изготовить "опытный образец прибора УКН-1, оснащенный фотоэлектрической системой для измерения РСЦМ масс изделий интегральным методом.

5. Доказано, что существует определенная зависимость амплитуды колебания изделий при их вращении от взличины РСЦМ. Установлено, что измерение амплитуд колебаний интегральным методом является наиболее достоверным методом контроля динамических характеристик изделий, т.е. одновременно обобщаются погрешности: не-круглость, РСЦМ и, возможно, осевое смещение центра масс.

6. Получены результаты промышленного испытания на конкретных изделиях, доказывающие существование корреляционной связи информативного параметра прибора с величиной РСЦМ, что позволяет

использовать его для статистического контроля качества продукции массового производства.

Прибор и методика статистического контроля могут быть широко. использованы и в других отраслях хозяйства, что принесет значительный экономический и социальный эффект.

Список публикаций, в которых изложены основные положения диссертации

1. Кравец В.Н. Автоматическое устройство контроля временным методом радиального смещения центра масс изделий и сорта--

ровка по группам качества, КиргизБИИНШ, 1992.

2. Кравец В.Н. Корреляционная связь информативного параметра прибора контроля с характеристикой рассеивания изделий массового производства.* Депонир. рукопись/ КиргизНИИШИ: Бишкек, 1992. № деп. 42.

3. Кравец В.Н. Способ определения радиального смещения центра масс изделий типа тел вращения и его математическая модель: Депонир. рукопись/ КиргизНИИШИ: Бишкек, 1992. № деп. 46.

4. Кравец Б.Н. Автоматическое устройство контроля и сортировки изделий по величине радиального смещения центра масс: Депонир. рукопись/ КиргизНИИШИ. Серия 59.45; 55.13.85. Бишкек, 1991. № 44.

5. Кравец В.Н. Способ уточненного дисбаланса деталей шипа тел вращения: Депонир. рукопись/ КиргизНИИШИ. Серия 59.45; 55.13. о б. Мусликов А.П., Кравец Б.Н. Автомат контроля величины дисбаланса изделий типа тел вращения интегральным методом и сортировка их по группам'качества: Депонир. рукопись/ КиргизНШ НТИ. Серия 59.45.55.13.85. Бишкек, 1992. № 13.