close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2306.Автоматизация контрольно-измерительных операций в машиностроении

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
С. В. Каменев, К. В. Марусич
АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЬНОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ В
МАШИНОСТРОЕНИИ
Рекомендовано Ученым советом федерального государственного
бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального
образования «Оренбургский государственный университет» в качестве
учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего
профессионального
образования
по
направлениям
подготовки
151900 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных
производств,
221000.62
Мехатроника
и
робототехника
и
220700.62 Автоматизация технологических процессов и производств
Оренбург
2014
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 621.01:681.2.08(076.5)
ББК 34.41я7+34.9я7
К 18
Рецензент – доцент, кандидат технических наук А. И. Сергеев
К 18
Каменев, С. В.
Автоматизация контрольно-измерительных операций в машиностроении: учебное пособие / С. В. Каменев, К. В. Марусич; Оренбургский гос.
ун-т. – Оренбург: ОГУ, 2014. – 102 с.
Учебное пособие содержит основные сведения о технических измерениях в машиностроении и средствах автоматического контроля. Приведены методические рекомендации по подготовке к эксплуатации и практическому использованию координатно-измерительной машины Wenzel XOrbit 55 для измерения линейных и угловых размеров деталей в ручном режиме работы.
Учебное пособие предназначено для студентов технических вузов, изучающих дисциплины «Автоматизация контрольно-измерительных операций в
машиностроении», «Технические измерения и приборы» и «Метрология, стандартизация и сертификация».
Учебное пособие подготовлено в рамках проекта «Совершенствование
подготовки кадров для приоритетных направлений развития экономики
Оренбургской области на основе кластерной модели»
УДК 621.01:681.2.08(076.5)
ББК 34.41я7+34.9я7
© Каменев С. В.,
Марусич К. В., 2014
© ОГУ, 2014
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание
Введение ............................................................................................................................... 5 1 Основы технических измерений..................................................................................... 6 1.1 Основные понятия......................................................................................................... 6 1.2 Метрологические характеристики средств измерений ............................................. 9 1.3 Погрешности измерений............................................................................................. 12 1.4 Выбор средств измерений .......................................................................................... 13 1.5 Контрольные вопросы ................................................................................................ 15 2 Средства автоматического контроля размеров ........................................................... 16 2.1 Пневматические средства измерения........................................................................ 16 2.2 Электроконтактные средства измерения .................................................................. 20 2.3 Индуктивные и емкостные средства измерения ...................................................... 23 2.4 Механотроны ............................................................................................................... 26 2.5 Фотоэлектрические и радиоактивные измерительные средства............................ 27 2.6 Контрольные автоматы............................................................................................... 31 2.7 Координатно-измерительные машины ..................................................................... 35 2.8 Цифровые приборы ..................................................................................................... 37 2.9 Контрольные вопросы ................................................................................................ 42 3 Основы работы с координатно-измерительной машиной Wenzel XOrbit 55........... 44 3.1 Область применения и технические характеристики машины .............................. 44 3.2 Особенности конструкции машины .......................................................................... 45 3.3 Особенности пульта управления машиной .............................................................. 47 3.4 Порядок включения машины ..................................................................................... 51 3.5 Контрольные вопросы ................................................................................................ 52 4 Структура программного обеспечения Metrosoft Quartis .......................................... 53 4.1 Структура программы................................................................................................. 53 4.2 Рабочее пространство ................................................................................................. 53 4.3 Кнопка Metrosoft.......................................................................................................... 54 4.4 Лента интерфейса ........................................................................................................ 56 3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.4 Окно элементов ........................................................................................................... 61 4.5 Окно состояния............................................................................................................ 62 4.6 Контрольные вопросы ................................................................................................ 64 5 Калибровка щупов координатно-измерительной машины Wenzel XOrbit 55 ......... 65 5.1 Общие сведения о калибровке измерительных датчиков ....................................... 65 5.2 Настройка конфигурации измерительной системы................................................. 67 5.3 Изменение ориентации измерительного щупа......................................................... 70 5.4 Особенности процедуры калибровки........................................................................ 73 5.5 Контрольные вопросы ................................................................................................ 78 6 Измерения линейных и угловых размеров на координатно-измерительной машине
Wenzel XOrbit 55................................................................................................................ 80 6.1 Общие сведения об измерении размеров на координатно-измерительных
машинах.............................................................................................................................. 80 6.2 Подготовка к измерениям........................................................................................... 81 6.3 Создание новой детали и нового измерения ............................................................ 82 6.4 Загрузка ориентации измерительного щупа............................................................. 84 6.5 Настройки измерительных функций ......................................................................... 85 6.6 Измерение плоских поверхностей............................................................................. 88 6.7 Определение линейных размеров.............................................................................. 94 6.8 Определение угловых размеров................................................................................. 97 6.9 Определение диаметральных и радиусных размеров.............................................. 98 6.10 Контрольные вопросы ............................................................................................ 101 Список использованных источников ............................................................................ 102 4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
Содержание предлагаемого учебного пособия соответствует программам дисциплин «Автоматизация контрольно-измерительных операций в машиностроении»,
«Технические измерения и приборы» и «Метрология, стандартизация и сертификация» изучаемых студентами высших учебных заведений.
В первом разделе кратко изложены основные понятия о технических измерениях, метрологические характеристики средств измерений, погрешности измерений
и рассмотрены вопросы выбора технических средств. Во втором разделе рассмотрены основные средства автоматического контроля размеров. В последующих четырех
разделах приведены методические рекомендации по подготовке к эксплуатации и
практическому использованию координатно-измерительной машины Wenzel XOrbit 55
для измерения линейных и угловых размеров деталей в ручном режиме работы.
Целью настоящего пособия является формирование у студентов знаний в области технических измерений, средствах автоматического контроля в машиностроении и развитие у них практических навыков необходимых для эффективного использования современной контрольно-измерительной техники.
Достижение указанной цели способствует формированию ряда общекультурных и профессиональных компетенций, таких как, например:
- способности к самостоятельному обучению новым методам исследования,
к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности;
- способности выполнять контроль за: испытанием готовых изделий, средствами и системами машиностроительных производств, поступающими на предприятие
материальными ресурсами, внедрением современных технологий; методов проектирования, автоматизации и управления жизненным циклом продукции и ее качеством;
- способности использования современной координатно-измерительной техники и ее специализированного программного обеспечения для автоматизированного контроля различных показателей геометрической точности изделий и обработки
полученных результатов.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1 Основы технических измерений
Измерения физических величин специальными методами с помощью технических средств называют техническими измерениями. Обеспечение принципа единства измерений является одним из главных требований, предъявляемых к техническим
измерениям [1]. Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в стандартизованных единицах, а погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Эти условия позволяют сопоставлять результаты
измерений, выполненных разнообразными приборами в различных условиях и в
разное время.
1.1 Основные понятия
По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения делятся на статические и динамические [2]. Целью данной классификации является возможность принятия решения о том, нужно ли при конкретных измерениях учитывать скорость изменения измеряемой величины.
К статическим измерениям относятся измерения физических величин, принимаемой в соответствии с конкретной измеряемой задачей за неизменную на протяжении времени измерения.
Динамические измерения – это измерения изменяющейся по размеру физической величины.
По способу получения результатов измерений выделяют прямые, косвенные,
совокупные и совместные виды измерения [3].
Прямое измерение – измерение физической величины, проводимое прямым
методом, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно из опытных данных. Прямое измерение производится путем экспериментального сравнения измеряемой физической величины или путем отсчета показаний
средства измерений по шкале или цифровому прибору.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Косвенное измерение – измерение, проводимое косвенным методом, при котором искомое значение физической величины находят на основании результата
прямого измерения другой физической величины, функционально связанной с искомой величиной известной зависимостью между этой физической величиной и величиной, получаемой прямым измерением.
Совокупные измерения – одновременно проводимые измерения нескольких
одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем
решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний
этих величин.
Совместные измерения – одновременно проводимые измерения двух или нескольких неодноименных физических величин для определения зависимости между
ними.
В каждом конкретном случае для повышения точности измерений применяют
соответствующие методы измерений. Под методом измерения понимается совокупность приемов использования принципов и средств измерения. Различают следующие методы измерения:
- метод непосредственной оценки – метод, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора;
- метод сравнения с мерой – метод измерения, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой;
- метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая
величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами;
- дифференциальный метод – метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины, воспроизводимой мерой;
- нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля;
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеренную величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой;
- метод совпадений – метод сравнения с мерой, в которой разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя
совпадение от меток шкал или периодических сигналов.
По взаимодействию измерительных средств с проверяемым объектом все рассмотренные выше методы подразделяются на контактные и бесконтактные. Для
первых характерен контакт измерительных поверхностей прибора с проверяемым
изделием, во втором случае прибор не касается детали.
Технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и (или) хранящие единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах
установленной погрешности) в течение известного интервала времени, называются
средствами измерений. По метрологическому назначению средства измерений делятся на эталоны и рабочие средства измерений.
Рабочее средство измерений предназначено для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений.
Все средства измерений принято подразделять на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные
системы.
Меры физической величины предназначены для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.
Измерительный преобразователь – это техническое средство с нормативными
метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой
величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки,
хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.
Измерительный прибор – это средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Измерительная установка – это совокупность функционально объединенных
мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин
и расположенная в одном месте.
Измерительная система – это совокупность функционально объединенных
мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других
технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта для
измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.
По степени автоматизации средства измерения подразделяются на ручные,
механизированные, полуавтоматические и автоматические.
Под механизированным контролем понимают такой контроль, при котором
одна из операций осуществляется механизмом. Чаще всего механизируют подачу
деталей на измерительную позицию и транспортировку её из зоны измерения. Сам
же процесс измерения выполняется вручную.
При полуавтоматическом контроле процесс измерения производится автоматически, а остальные операции осуществляются вручную.
Автоматический контроль обеспечивает все необходимые операции без участия оператора.
1.2 Метрологические характеристики средств измерений
Важнейшими свойствами средств измерения и контроля являются те, от которых
зависит качество получаемых с их помощью измерительной информации. Качество
измерения характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью
и воспроизводимостью измерений, а также размером допускаемых погрешностей.
Метрологические характеристики средств измерения и контроля – это такие
характеристики, которые предназначены для оценки технического уровня и качества
средства измерения, для определения результатов измерения и расчётной оценки
характеристик инструментальной составляющей погрешности измерения. Для обес9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
печения единства измерений и взаимозаменяемости средств измерений характеристики
их метрологических свойств (метрологические характеристики) нормируются и регламентируются стандартами.
Номенклатура метрологических характеристик зависит от назначения средства измерений, условий и режимов эксплуатации и других факторов. Рассмотрим
наиболее широко используемые в практике технических измерений метрологические показатели средств измерения.
Цена деления шкалы – это разность значений величин соответствующих двум
соседним отметкам шкалы. Цена деления шкалы всегда указывается на шкале средства измерений.
Интервал деления шкалы – это расстояние между серединами двух соседних
штрихов шкалы.
Начальное и конечное значения шкалы – соответственно наименьшее и наибольшее значения измеряемой величины, указанные на шкале, характеризующие
возможности шкалы средств измерения и определяющие диапазон показаний.
Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная начальным и
конечным значениями шкалы. Эту характеристику часто называют пределами измерения по шкале.
Диапазон измерения – это диапазон значений измеряемой величины, который
может быть измерен данным средством измерения и для которого нормируется допускаемая погрешность средства измерения.
Измерительное усилие – это одна из основных характеристик средств измерения линейных и угловых величин контактным методом, которое возникает в зоне
контакта измерительного наконечника средства измерения с измеряемой поверхностью в направлении линии измерения. Оно необходимо для того, чтобы обеспечить
устойчивое замыкание измерительной цепи.
Чувствительность средства измерения – это свойство, заключающееся в способности реагировать на изменения измеряемой величины. Она оценивается отношением изменения положения указателя относительно шкалы к соответствующему
изменению измеряемой величины.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Порог чувствительности средства измерения – изменение измеряемой величины, вызывающее наименьшее изменение его показаний, обнаруживаемое при нормальном способе отсчёта.
Вариация показаний – наибольшая экспериментально определяемая разность
между повторными показаниями средства измерения, соответствующими одному и
тому же действительному значению измеряемой величины при неизменных внешних условиях.
Автоматизированные и автоматические средства измерения и контроля, используемые в машиностроении, так же как и универсальные, имеют нормируемые
метрологические свойства. Общие для большинства приборов показатели рассмотрены выше. Остановимся только на некоторых, наиболее характерных для автоматических средств контроля показателях:
- чувствительность прибора – отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины;
- погрешность срабатывания – погрешность команды (дискретного сигнала),
выдаваемой прибором при достижении заданной величины контролируемого размера или прекращении процесса обработки контролируемой детали на станке;
- погрешность смещения настройки – погрешность, характеризующаяся стабильностью работы прибора и определяемая смещением его настройки после определённого числа срабатываний;
- погрешность настройки – погрешность, характеризующаяся некоторым смещением срабатываний по отношению к настроечному размеру за счёт несовершенства узла настройки и опыта наладчика;
- погрешность обратного хода – разность показаний прибора при установке
наконечника прибора в одно и то же положение при перемещении его в прямом и
обратном направлениях;
- градуировочная характеристика – зависимость между значениями величин на
выходе и входе средства измерения, определяемая для уточнения результатов измерения.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кроме перечисленных характеристик для приборов часто оговариваются нормальные (рабочие) условия работы, при которых величины, влияющие на точность
получаемых результатов, имеют минимальные значения (температура, влажность,
давление и т.д.).
1.3 Погрешности измерений
Любое измерений производится с некоторой погрешностью, которая искажает
результат измерения и позволяет определить лишь приближенное значение измеряемой величины. Погрешность измерения, так же как и погрешность изготовления,
возникает вследствие суммарного действия элементарных погрешностей, вызываемых различными причинами. В зависимости от последовательности причины возникновения различают следующие виды погрешностей.
Инструментальная погрешность - составляющая погрешности измерения, зависящая от погрешностей применяемых средств (качества их изготовления).
Погрешность метода измерения – составляющая погрешности измерения, вызванная несовершенством метода измерений.
Погрешность настройки – составляющая погрешности измерения, возникающая из-за несовершенства осуществления процесса настройки.
Погрешность отсчитывания – составляющая погрешности измерения, вызванная недостаточно точным отсчитыванием показаний средств измерений.
Погрешность поверки – погрешность измерений при поверке средств измерений.
Все эти погрешности дают суммарную погрешность измерения. В метрологии
принято разделять суммарную погрешность измерения на две составляющие - случайную и систематическую погрешность.
Случайная погрешность измерения – составляющая погрешности результатов
измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в повторных
наблюдениях, проведенных с одинаковой тщательностью одной и той же неизменяющейся физической величиной.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Систематическая погрешность измерения – составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или же закономерно изменяющаяся при повторных наблюдениях одной и той же неизменяющейся физической величины.
В общем случае в результатах измерения всегда присутствуют эти обе составляющие. На практике часто бывает так, что одна из них значительно превышает
другую. В этих случаях меньшей составляющей пренебрегают.
По способу выражения погрешности делят на абсолютные и относительные.
Абсолютную погрешность определяют как разность результата измерения и
действительного значения измеряемой величины.
Относительная погрешность выражается отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или истинному значению измеряемой величины.
Относительная погрешность является наиболее информативной, так как дает возможность объективно сопоставлять результаты и оценивать качество измерений,
выполненных в разное время, различными средствами или операторами, а также
ранжировать погрешности измеряемой величины с различными размерностями и
числовыми значениями.
1.4 Выбор средств измерений
При выборе средств измерений учитывают совокупность метрологических характеристик, эксплуатационных и экономических показателей. Правильный выбор с
одной стороны, обеспечивает получение достоверной информации об измеряемом
объекте, а это гарантия качества изготавливаемых изделий, а с другой стороны – позволяет оптимизировать затраты производства на контрольные операции.
Для производственных измерений наиболее значимыми являются следующие
метрологические характеристики: диапазон измерений; диапазон показаний; погрешность средств измерений.
К эксплуатационным показателям относятся характеристики, определяющие
качество выполнения средством измерений заданных функций, и в первую очередь
– это надежность. Под надежностью средств измерений понимают сохранение их
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нормируемых метрологических характеристик в период эксплуатации, хранения или
транспортирования.
Экономические показатели включают в себя: стоимость средств измерений;
продолжительность их работы до повторной установки; продолжительность их работы до ремонта; время, затрачиваемое на установку и сам процесс измерения; необходимую квалификацию оператора.
На выбор средств измерений влияет и характер производства. В массовом и
крупносерийном производстве с большой программой выпуска и ограниченной номенклатурой измеряемых изделий используют высокопроизводительные механизированные и автоматизированные средства измерений и контроля. Применяют также
специальные контрольные приспособления и жесткие предельные калибры. Универсальные средства измерений применяют, как правило, для наладки оборудования.
В серийном производстве используют специальные контрольные приспособления, жесткие предельные калибры и реже – универсальные средства измерений.
В мелкосерийном и единичном производстве преимущественно используют
универсальные средства измерений, регулируемые калибры (скобы), поскольку
применение специальных приспособлений и жестких калибров экономически невыгодно. Универсальные средства используют для измерения различных геометрических параметров либо непосредственно, либо в сочетании с предметными столиками, плитами, стойками, штативами и другими дополнительными приспособлениями.
Необходимым условием правильного выбора средства измерений является соответствие его метрологической характеристики трем условиям:
- диапазон измерения должен быть больше измеряемого размера;
- диапазон показаний должен быть больше измеряемого размера;
- предельная погрешность измерения с помощью выбранного средства измерений должна быть меньше допускаемой погрешности измерения.
В выборе средств измерений участвуют конструкторская, технологическая и
метрологическая службы предприятия. Конструкторская служба ответственна за
правильность назначения допускаемых отклонений на размер детали; технологическая служба обязана обеспечить наиболее экономичные технологические процессы
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
изготовления деталей, включая их измерения; метрологическая служба осуществляет выбор конкретных средств измерений с учетом условий измерений.
1.5 Контрольные вопросы
1 Дайте определение техническим измерениям?
2 Перечислите основные виды измерений?
3 Дайте определения основным видам измерений.
4 Какие основные методы измерений вы знаете?
5 Дайте определения основным методам измерений.
6 Какие методы измерений находят применение в промышленности?
7 Дайте определение средствам измерений?
8 В чём состоит основное назначение эталонов?
9 В чем состоит отличие измерительной системы от измерительной установки?
10 Перечислите степени автоматизации средств измерений?
11 Дайте определение метрологическим характеристикам средств измерений?
12 Какие требования предъявляются к средствам измерений?
13 Что такое цена деления шкалы?
14 Что такое чувствительность прибора?
15 Что такое погрешность измерения?
16 Какие вы знаете группы погрешностей измерения?
17 Назовите составляющие погрешности измерения?
18 В чем заключаются основные причины появления случайной и систематической погрешностей измерения?
19 Что учитывают при выборе средств измерений?
20 Перечислите службы предприятия, участвующие в выборе средств измерений?
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2 Средства автоматического контроля размеров
Наиболее важными элементами средств автоматического контроля являются
измерительные устройства, которые могут иметь шкалу, быть бесшкалными или
комбинированными.
Шкальные приборы, имеющие шкалу для визуального наблюдения, требуют
постоянного присутствия оператора у измерительной позиции. В автоматическом
контроле шкальные приборы применяют для настройки бесшкальных или периодической проверки правильности работы автоматических средств измерения.
Бесшкальные измерительные устройства используют при контроле предельных значений контролируемых параметров.
Комбинированные измерительные устройства объединяют метрологические
возможности приборов первых двух групп.
Все автоматические средства активного и пассивного контроля в качестве измерительного устройства используют первичные преобразователи (датчики), которые в зависимости от принципа действия разделяются на пневматические, электроконтактные, индуктивные, емкостные, механотронные, фотоэлектрические, радиоактивные и пр. Первичные преобразователи (датчики) преобразуют изменение контролируемого линейного размера в выходной сигнал информации, используемый
для управления ходом технологического процесса.
2.1 Пневматические средства измерения
В настоящее время пневматические средства измерения находят широкое
применение при контроле размеров наружных и внутренних цилиндрических отверстий, размеров малых отверстий, малых перемещений, суммы или разности отклонений нескольких размеров. Пневмоизмерения нашли применение в приборах автоматического и активного контроля в контрольно-измерительных и сортировочных
автоматах, измерительных приспособлениях и системах.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эти приборы обладают высокой надежностью в работе, высокой точностью
(цена деления шкалы у этих приборов может достигать значения 0,0001 мм), простотой обслуживания и низкой стоимостью. Поскольку эти приборы могут использовать бесконтактный метод, они позволяют с высокой точностью измерять размеры
легко деформируемых деталей, изготовленных из эластичных материалов или тонкостенных изделий. Кроме этого, пневматический метод позволяет передавать измерительную информацию на значительные расстояния без искажения. Это позволяет помещать в удобное для оператора место отчетное устройство, оставив в зоне
измерения лишь миниатюрное измерительное сопло.
Необходимость системы сжатого воздуха, специальной аппаратуры для её
очистки и стабилизации давления, а также относительно высокая инерционность несколько сужают область применения пневматических приборов.
Рассмотрим принцип действия пневматических приборов. Если находящийся
под давлением в камере (воздуховоде) воздух выпускать через небольшое отверстие
(сопло) в атмосферу, то количество, вытекающего в единицу времени воздуха (расход)
будет зависеть от давления в камере и площади рабочего сечения сопла. При постоянном давлении в камере расход будет зависеть только от размеров выходного отверстия.
Если рядом с соплом поставить какой-либо предмет, мешающий выходу воздуха, то
давление в камере возрастает. Оно будет тем больше, чем ближе к торцу сопла будет
находиться этот предмет и будет падать при увеличении зазора между ними. Такое сочетание сопла и предмета получило название «сопло-заслонка». При пневматических
измерениях в качестве заслонки может быть использована поверхность измеряемой детали (при бесконтактном методе) или элемент прибора, который изменяет свое положение относительно сопла с изменением контролируемого размера.
Пневматические приборы по принципу преобразования делятся на приборы,
измеряющие изменения давления и изменение расхода воздуха. Приборы, работающие по первому принципу, измеряют зазор между соплом и заслонкой по изменению давления в камере или воздуховоде. Изменение давления регистрируется по
шкале манометра, проградуированной в единицах длины. Эти приборы называют
манометрическими.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Принципиальная схема манометрического прибора приведена на рисунке 2.1.
В рабочую камеру 1, подается предварительно очищенный от пыли, влаги, масла и
т.п. воздух. Давление в этой части камеры постоянно. В перегородке камеры расположено входное сопло 2 диаметром d1. Из правой части камеры воздух выходит в
атмосферу через измерительное сопло 4 диаметром d2. При этом расход будет зависеть от зазора S между соплом и заслонкой (поверхностью детали) 5. Изменение зазора S (размера детали) будет вызывать пропорциональное изменение измерительного давления РИ в камере между входным и измерительными соплами. Изменение
давления, регистрируется манометром 3.
Рисунок 2.1 – Пневматический прибор манометрического типа
Более совершенной схемой измерения является дифференциальная схема (рисунок 2.2), состоящей из двух ветвей. В одной ветви, состоящей из входного сопла 1
и измерительного сопла 2, которое контролирует изменение размера детали 3, расход определяется измерительным давлением РИ. Другая ветвь, включающая входное
сопло 5 и сопло 4 с предварительно установленным зазором Sconst, имеет постоянный
расход, которому соответствует давление РП. Эта ветвь обычно носит название
«ветвь противодавления».
Дифференциальная схема менее чувствительна к колебаниям рабочего давления, так как она регистрирует разность двух давлений РИ и РП. В качестве измерителя 6 этой разности применяют сильфонные, мембранные, реже – жидкостные манометры. Дифференциальная схема может быть применена также для измерения разности размеров двух деталей (образцовой и обрабатываемой) или разности двух
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
размеров одной детали (овальность, конусность, гранность). В этом случае ветвь
противодавления заменяется второй измерительной ветвью.
Рисунок 2.2 – Дифференциальная схема пневматического прибора
Наиболее широко пневмоизмерительные приборы применяются в качестве
средств активного контроля на финишных операциях. Схема прибора активного
контроля при сопряжённой обработке строится таким образом, чтобы его показания
или выдача команд на исполнительные органы станка зависели только от разности
размеров сопрягаемых деталей. Прибор активного контроля для сопряжённого
шлифования дифференциального типа (рисунок 2.3) имеет сильфонное отсчётнокомандное устройство, в котором вместо ветви противодавления включена ветвь 1
для измерения диаметра D1 втулки 2. Другая ветвь скобы 4 служит для измерения
диаметра D2 обрабатываемого вала 5.
Для того чтобы независимо от диаметра D1 отсчётно-командное устройство 3
выдавало команду на окончание обработки вала при достижении зазором (натягом)
требуемого значения, необходимо, чтобы обе измерительные ветви имели одинаковое передаточное отношение. При большем диаметре очередной втулки, т.е. при
увеличении зазора на определённое значение, команда на окончание обработки будет выдана только тогда, когда зазор Z2 увеличится на это же значение, т.е. диаметр
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
D2 шлифуемого вала станет больше на это же значение. Таким образом, зазор в сопрягаемых парах будет постоянным.
Рисунок 2.3 – Схема прибора дифференциального типа для сопряжённого шлифования
2.2 Электроконтактные средства измерения
Электроконтактные преобразователи преобразуют линейные перемещения
измерительного стержня в электрические сигналы – команды, реализуемые посредством замыкания или размыкания электрических контактов.
Электроконтактные преобразователи подразделяются на предельные и амплитудные. Первые осуществляют выдачу сигналов – команд при достижении контролируемым размером заданных предельных значений. Вторые применяют для контроля отклонения формы и выдают сигнал – команды, когда отклонение от правильной геометрической формы детали достигло заданного допустимого значения независимо от размера, самой детали. В приборах активного контроля используют только предельные электроконтактные преобразователи. Они же наиболее часто применяются в средствах автоматического контроля.
В электроконтактном преобразователе модели 228 (рисунок 2.4) контролируемое перемещение воспринимается наконечником 1 измерительного стержня 4 и далее твердосплавный нож 23 и корундовый штифт 24 передается на рычаг 25, контак20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ты которого при определенной величине перемещения замыкают или размыкают
электрическую цепь, проходящую через соответствующую пару вольфрамовых контактов 19, 20 или 8, 28.
Рисунок 2.4 – Конструкция электроконтактного преобразователя модели 228
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Перемещение измерительного стержня в бронзовых втулках 3 и 21 ограничивается поворотом штифта 5 и вилкой 29 с регулируемым по ширине пазом. Измерительное усилие создается пружиной 26, определенная величина усилия замыкания
электрических контактов обеспечивается пружиной растяжения 10 и плоской пружиной 27. Большее усилие замыкания вызывает значительный механический износ
контактов.
Электрическая связь контактов со схемой включения осуществляется с помощью медных лепестков 30. Настройку преобразователя на выдачу сигнала при заданной контролируемой величине производят настроечными винтами 15, которые
соединены с микрометрической гайкой 12 и барабаном 7 (шкала проградуирована в
единицах длины с ценой деления 2 мкм) и изолированы от планки 6 текстолитовыми
втулками 16 и 17. Перемещение винтов ограничивается кольцом 18.
Осевой люфт винта 15 устраняется пружинной шайбой 14, величину усилия
которой регулируют гайкой 13. Рычаг 25 изолирован от корпуса 22 и планки 6 корундовым штифтом 24, текстолитовыми прокладками, установленными под основание пружинного крестообразного шарнира 9, и текстолитовым держателем 11. Гайка
2 микроподачи служит для перемещения измерительного стержня при настройке
преобразователя по шкале микрометра (закрепляемого в отверстии диаметром 8Н9),
наконечник которого упирается в верхний торец измерительного стержня 4.
Преобразователь может работать в любом положении. Для его закрепления
служат два резьбовых отверстия М5.
В настоящее время многие контрольные и контрольно-сортировочные автоматы, выпускаемые промышленностью, оснащены электроконтактными преобразователями, укомплектованными командными и светофорными устройствами, позволяющими осуществлять визуальные наблюдения и автоматическое управление исполнительными органами станков.
Основными недостатками этих датчиков являются подгорание контактов и необходимость их периодической зачистки, а также чувствительность к попаданию
влаги в корпус преобразователя.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.3 Индуктивные и емкостные средства измерения
В индуктивных приборах используют свойство катушки изменять свое реактивное сопротивление при изменении некоторых ее параметров, определяющих величину индуктивности.
Для получения возможно большей индуктивности катушку, как правило, выполняют с магнитопроводом из ферромагнитного материала (рисунок 2.5). Один из
элементов магнитопровода (якорь 3) выполняют подвижным, и его положение относительно неподвижной части магнитопровода 2 определяет величину изменения
магнитного сопротивления цепи, а следовательно, и индуктивности катушки преобразователя 1.
а
б
в
Рисунок 2.5 – Схемы индуктивных преобразователей
Изменение индуктивности может происходить либо в результате изменения
зазора δ между якорем и сердечником – магнитопроводом катушки (рисунок 2.5а),
либо в результате изменения площади перекрытия якорем поверхности сердечника
(рисунок 2.5б, в). Преобразователи, использующие принцип изменения зазора, обладают повышенной чувствительностью, но меньшим диапазоном измерения. Цена
деления этих приборов составляет от 0,05 до 5 мкм. Преимущества индуктивных
датчиков – малые габариты, аналоговая форма выдаваемого сигнала, высокое пере23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
даточное отношение и широкие возможности по передаче, запоминанию и проведению различного рода математических преобразований и вычислений на ЭВМ. Однако эти приборы сложнее и дороже электроконтактных и пневматических.
Индуктивные преобразователи могут быть простыми (рисунок 2.5а, б) и дифференциальными (рисунок 2.5в). Простые преобразователи содержат одну измерительную ветвь, а дифференциальные – две. В индуктивных преобразователях с дифференциальной схемой перемещение якоря вызывает равные изменения индуктивности одновременно в двух одинаковых катушках, но с разными знаками. Такая
конструкция менее восприимчива к колебаниям частоты и напряжения питающей
сети и изменениям окружающей сети, так как эти помехи вызывают одинаковые отклонения характеристик отрицательной и положительной измерительных цепей.
Кроме этого, дифференциальные датчики более чувствительны, чем простые, использующие аналогичные методы измерения индуктивности.
По конструктивному оформлению индуктивные преобразователи подразделяют на преобразователи осевого и бокового действия. Первые в основном применяются для измерения линейных размеров, вторые очень удобны при контроле величины торцового биения.
В емкостных приборах в качестве преобразователя используется конденсатор,
емкость которого меняется в соответствии с линейными перемещениями измерительного стержня, а электронный блок представляет собой устройство, предназначенное для измерения емкости (рисунок 2.6).
Емкостные преобразователи представляют собой плоскопараллельный (рисунок 2.6а, в) или цилиндрический (рисунок 2.6б) конденсатор, у которого имеется
подвижная обкладка, соединенная с измерительным стержнем и неподвижная обкладка. Они разделены воздушным зазором. Изменение емкости в этих преобразователях может осуществляться аналогично индуктивным либо за счет изменения расстояния между обкладками (рисунок 2.6а, в), либо за счет изменения площади их
взаимного перекрытия (рисунок 2.6б).
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а
б
в
Рисунок 2.6 – Схемы емкостных преобразователей
Емкостные преобразователи могут быть простыми (рисунок 2.6а, б) и дифференциальными (рисунок 2.6в). Простые, работающие по методу измерения площади
взаимного перекрытия (рисунок 2.6б), представляют собой два соосных цилиндра
(наружный и внутренний), разделенных воздушным зазором.
Дифференциальные преобразователи также используют оба метода изменения
емкости. При изменяющемся зазоре (рисунок 2.6в) они имеют в неподвижной части
четное число (как минимум две) плоских обкладок или прямоугольной формы и как
минимум – одну подвижную обкладку, соединенную с измерительным стержнем и
расположенную между ними. Дифференциальные преобразователи с изменяющейся
площадью взаимного перекрытия также имеют две неподвижные и одну подвижную
обкладку цилиндрической формы. Несмотря на сложность конструкции, дифференциальные датчики применяют чаще, как обладающие более высокой чувствительностью и менее восприимчивые к внешним воздействиям.
Емкостные датчики, обладая рядом достоинств (высокая чувствительность,
большой диапазон измерений, малые измерительные усилия), имеют ограниченное
применение из-за большого электрического сопротивления, значительной чувствительности к воздействиям внешней среды (особенно к перепадам температуры, изменяющим как площадь обкладок, так и расстояние между ними), влияния соединительного кабеля преобразователя при промышленной частоте тока обладают недос25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
таточной мощностью, что вызывает необходимость применения генераторов высокой частоты для их питания.
2.4 Механотроны
Механотроны представляют собой электровакуумный прибор, содержащий в
схеме подвижный электрод, перемещаемый механическим путем [4]. Механотроны
сконструированы по принципу радиолампы, являющейся вакуумным диодом или
триодом. Применяемый чаще вакуумный диод имеет неподвижный катод и подвижный анод. Механотроны выполнены в виде стеклянного баллона 4 (рисунок 2.7), в
одном торце которого расположены электрические выводы (ножки лампы), а в другом закреплена мембрана 5, изготовленная из стальной ленты. Сквозь мембрану
проходит стержень 1, который может непосредственно являться измерительным,
либо через промежуточную передачу воспринимать перемещения измерительного
стержня контрольного устройства. Катод 2 вместе с нитью накаливания крепится к
стеклянному баллону, а аноды 3 к внутреннему концу стержня 1. Перемещение
стержня изменяет расстояние между анодом и катодом, вызывая этим изменение
анодного тока. Следует, однако, иметь в виду, что при достижении определенного
(минимального) расстояния между анодом и катодом анодный ток механотрона перестает зависеть от перемещений стержня и лампа переходит в режим насыщения.
Рисунок 2.7 – Схема механотрона
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Механотроны весьма чувствительны к изменению температуры, вызывающей
деформацию анода и катода и зазора между ними, поэтому их включают за 20 – 30
минут до начала работы для «прогрева». Диапазон измерений механотрона составляет от ± 100 мкм до ± 1000 мкм, цена деления может иметь значение десятой доли
микрометра. Точность механотрона зависит от стабильности напряжения питания и
характеристики лампы. Недостаток механотронов – невысокая долговечность от
1000 до 4000 часов.
Механотроны применяются наряду с индуктивными и емкостными преобразователями. Несмотря на большие габариты по сравнению с этими преобразователями,
механотроны имеют более простую измерительную схему и довольно часто применяются в автоматических средствах послеоперационного контроля.
2.5 Фотоэлектрические и радиоактивные измерительные средства
К фотоэлектрическим измерительным средствам относят приборы, которые в
качестве преобразователей используют фотоэлементы (фотоприемники). Фотоэлементы, являясь фотоэлектрическими преобразователями, преобразуют световые
сигналы в электрические, причем электрический сигнал зависит от освещенности
приемника.
Выпускают датчики четырех типов, основанные на изменении:
- площади (рисунок 2.8а) входного зрачка (световой поток перекрывается либо
заслонкой, связанной с деталью Д, либо кромкой самой детали);
- расстояния от источника света до фоточувствительной поверхности (световой поток изменяется путем перемещения источника света или фотоприемника, вызванного изменением контролируемой величины);
- силы света (рисунок 2.8б) источника (световой поток изменяется при изменении отражательной способности контролируемой поверхности);
- угла наклона светочувствительной поверхности.
Фотоэлектрические приборы позволяют осуществлять измерения контактным
и бесконтактным методами (рисунок 2.8а). Этот метод иногда называют методом
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
интенсивности, который заключается в том, что в зависимости от размера детали
или от ее перемещения перекрывается часть лучей, идущих от источника света к
фотоприемнику, что вызывает изменении тока в электрической цепи. По этому изменению судят о размере детали или о величине ее перемещения. Световой пучок от
источника 1 через оптическую систему 2 и щелевую диафрагму 3 падает на фотоэлемент 4. Если на пути следования лучей поставить подвижную заслонку 5 связанную с деталью Д, то в зависимости от ее размера, часть лучей не попадает на приемную поверхность фотоэлемента. Это вызовет изменение тока в цепи и будет зафиксировано на шкале регистрирующего прибора.
а
б
Рисунок 2.8 – Схемы фотоэлектрических преобразователей
Применение фотоэлементов для определения размеров детали крайне ограниченно, так как преобразователь имеет довольно низкую точность. Это объясняется
тем, что на результаты измерения влияет посторонний свет, падающий на элемент,
колебания яркости источника освещения и питающего напряжения.
Фотоэлектрические преобразователи в приборах автоматического контроля
выполняют в основном задачу фиксации светового потока. В схемах таких приборов
фотоэлементы выполняют роль реле.
Эксплуатируя фотоэлектрические приборы, необходимо помнить, что при
длительной работе наблюдается старение фоторезисторов, выражающееся в том, что
сопротивление начинает меняться незначительно с изменением освещенности. По28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
этому рекомендуется периодически их выключать. После перерыва характеристика
фоторезистора восстанавливается.
Действие радиоактивных приборов основано на фиксации радиоактивных излучений. Для определения линейных размеров используют методы, основанные на
поглощении радиоактивных излучений при прохождении через материалы или их
частичном отражении. Радиоактивные приборы применяются для определения толщины стенок или изделий, доступ к которым возможен только с одной стороны.
На рисунке 2.9 показаны две схемы измерения толщины изделия радиоактивными приборами: с проникающим через изделие излучением и с отражаемым от изделия излучением.
а
б
Рисунок 2.9 – Схемы радиоактивных преобразователей
В первой схеме (рисунок 2.9а) от источника излучения 1 поток радиоактивных
лучей, пройдя через контролируемую деталь 2, попадает в приемник 3, который
формирует электрический сигнал в зависимости от интенсивности принятого излучения. Интенсивность же пройденных через деталь лучей будет зависеть от ее толщины и материала (при постоянном материале будет зависеть только от толщины).
Вторая схема (рисунок 2.9б) позволяет контролировать толщину изделия 2 по
значению рассеивания радиоактивного потока, излучаемого источником 1, частично
отразившегося от поверхностей проверяемого изделия. Измеряя интенсивность отраженного потока, можно судить о толщине изделия.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В обеих схемах электрические сигналы, возникающие в приемнике 3, усиливаются и преобразуются в удобный для регистрации и управления вид электронным
блоком 4 и контролируются по отсчетному устройству 5.
Основными узлами радиоактивного прибора являются источник излучения и
приемное устройство.
Источники излучения изготавливаются обычно в виде металлических герметичных ампул, внутри которых помещено небольшое количество вещества (сплавы,
металлы, соли), содержащего радиоактивный изотоп. В машиностроении используют в основном источники β- и γ- излучений. β- излучение применяют в устройствах
автоматического контроля для измерения толщины, плотности и веса материала методом поглощения радиоактивных лучей. С использованием метода обратного рассеивания можно определять толщину покрытий или концентрацию отдельных компонентов в материале. На интенсивность излучения не влияют внешние условия
(давление, температура, магнитное поле и т.п.).
Приемники излучения, применяемые в радиоактивных приборах, используют
в своих конструкциях принципы либо ионизации в газах, либо ионизации в твердых
телах. По первому принципу построена регистрация интенсивности излучения при
помощи ионизации камер или счетчиков, а по – второму люминесцентные счетчики.
В настоящее время в приборах автоматического контроля начали применять
сцинтилляционные счетчики, основанные на свечении некоторых веществ (люминофоров) под действием радиоактивного излучения. Они имеют входное окно, покрытое люминесцирующим составом, с которым в оптическом контакте находится
фотоэлектронный умножитель усилителя. Эти счетчики высокоэффективны, относительно малогабаритны и имеют высокую разрешающую способность (до 10-6 с).
Однако эти приборы можно применять лишь после надлежащей защиты персонала
от излучения. Обычно их используют, когда необходимо избежать влияния на точность и надежность контроля изменения параметров внешней среды: влажности,
вибраций, давления, температуры, электрических и магнитных полей, запыленности, агрессивности используемых материалов. Их применяют для контроля толщины в процессе проката и получения металлов, резины, бумаги, стекла, нанесения
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пленок и т.п. Однако точность этих приборов составляет от 1 до 1,5 % контролируемой толщины.
2.6 Контрольные автоматы
Контрольные автоматы составляют особую группу автоматических средств
послеоперационного контроля и представляют собой устройства, осуществляющие
функции автоматического приема, ориентирования, базирования, измерения, транспортирования и браковки изделий. В результате контроля эти устройства производят либо разбраковку, либо сортировку на селективные группы для последующей
сборки. Последние позволяют создавать точные изделия из деталей, изготовленных
с большими допусками.
Контрольные автоматы применяются в основном в крупносерийном и массовом типах производства. Их конструкции обусловлены габаритами и конкретными
параметрами измеряемых деталей. Они отличаются большим разнообразием компоновок и схем измерения. Основными узлами автоматов являются загрузочные,
транспортирующие, измерительные, запоминающие, исполнительные устройства и
приводы.
Загрузочные устройства осуществляют хранение и периодическую выдачу измеряемых деталей. Они изготовляются в виде магазинов или бункеров. Магазины
более просты по конструкции, но требуют ручной укладки и ориентирования в них
деталей, предназначаемых для контроля. Бункерные устройства позволяют принимать детали «навалом» из лотков готовой продукции металлорежущих станков. Они
имеют специальные устройства, позволяющие осуществлять автоматическую ориентацию и поштучную выдачу деталей на транспортирующие устройства.
Транспортирующие устройства обеспечивают доставку деталей от загрузочного
устройства на измерительные позиции. В автоматах используют два типа транспортирующих устройств. Первый осуществляет перемещение деталей под действием их
собственного веса, второй (более надежный) перемещает детали принудительно.
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Первый тип транспортирующих устройств использует наклонные или вертикальные лотковые системы, второй – либо вращающиеся диски с гнездами по периферии для размещения в них деталей, либо ползуны, приводимые в движение рычажно-кулачковыми приводами. Вращающиеся диски более просты, так как не
имеют обратного холостого хода.
Измерительные устройства являются самым ответственным узлом автомата.
Они содержат базирующие элементы и средства измерения, которые выбираются в
зависимости от веса, габаритов, конфигурации измеряемой детали, от требований к
точности и выбранной схеме измерения. В качестве измерительных средств в автоматах применяются предельные калибры, электроконтактные, пневматические, индуктивные и фотоэлектрические преобразователи. Выбор принципа преобразования
определяется требованиями к точности измерения, допуском контролируемого размера и производительностью автомата. Измерение может производиться на подвижных деталях и в статике. Первый вариант более производителен, но менее точен.
Измерительные наконечники преобразователей могут контактировать с деталью непосредственно или при помощи рычагов, подвешенных на плоских пружинах. При
измерении нескольких параметров в целях уменьшения габаритов и упрощения схемы стараются эти измерения провести на одной позиции.
Запоминающие устройства применяются в автоматах, когда процесс измерения и рассортировки происходит последовательно. В таких случаях, как правило,
деталь подходит к сортировочному устройству, когда измерительную позицию уже
прошли несколько деталей. Поэтому запоминающее устройство «сообщает» исполнительному данные о результатах контроля, по которым и происходит сортировка
деталей. Запоминающие устройства могут «помнить» информацию в течение одного
цикла работы автомата (кратковременные) и в течение нескольких циклов (долговременные). Вторые устройства применяются в автоматах, имеющих несколько измерительных позиций, и основаны на электромеханической, перфорационной или
магнитной системах записи информации.
Исполнительные устройства предназначены для распределения деталей по
лоткам, отсекам, бункерам в соответствии с результатами контроля. Наибольшее
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
распространение получили исполнительные устройства с наклонными лотками, по
которым детали перемещаются под действием собственного веса. В дне лотка расположены заслонки, управляемые электромагнитами. При получении команды в зависимости от результатов контроля соответствующая заслонка открывается, и деталь проваливается в кассету (шахту, бункер), отведенную для деталей именно этого
размера. В автоматах исполнительные устройства могут иметь вертикальные или
горизонтальные лотки с принудительным перемещением. Иногда на горизонтальных лотках вместо заслонок применяются стрелки, которые по типу железнодорожных, адресуют детали по различным приемникам.
Приводы контрольных автоматов содержат электрическую и механическую
части. В электрическую входят электродвигатель и релейная схема, механическая
содержит передачи и управляющее устройство. Все автоматы предназначены, как
правило, для контроля только одной конкретной детали и работают по жесткому
циклу, т.е. последовательность всех операций и движений постоянны.
Управляют циклом при помощи кулачковых распределительных валов или
специальных командоаппаратов. Кулачковые валы, вращаясь от электродвигателя,
за время одного цикла делают полный оборот. Все движения исполнительных
звеньев автомата, их продолжительность, скорость, согласованность определяются
профилями кулачков и их взаимным расположением на распределительном валу.
Командоаппараты – в принципе те же кулачковые валы, но воздействуют они
не на рычажные механизмы, как в первом случае, а на электрические контакты,
включение и выключение которых кулачковым валом командоаппарата обеспечивают необходимую последовательность работы исполнительных электромагнитов и
преобразователей.
На
рисунке
2.10
приведена
принципиальная
схема
контрольно-
сортировочного автомата [5]. Его назначение – контролировать диаметральный размер шариков и сортировать их по действительному размеру на группы. Автомат
приводится в действие электродвигателем 1. Шарики засыпаются в бункер 10, откуда через вращающуюся трубку 11 поодиночке поступают в гнезда транспортного
устройства – диска 9 – и подаются к измерительному устройству, состоящему из
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
твердосплавной доведенной площадки 14 и подпружиненного штока 15 с твердосплавным наконечником. Шток находится в контакте с измерительным наконечником индуктивного преобразователя 8 дифференциального типа, величина сигнала
которого определяется значением диаметра измеряемого шарика. Сигнал датчика
после усиления подается на ряд реле, число которых равно числу групп сортировки.
Каждое реле настроено на определенную величину сигнала. Измерение производится за время прохождения деталью измерительной позиции. В зависимости от величины сигнала индуктивного преобразователя, а следовательно, от размера измеряемой
детали, включается соответствующее реле и замыкается обмотка электромагнита 4,
поднимающего заслонку 3. Измеренный шарик через отверстие в плите 12 попадает
на быстро вращающийся диск 13 и сбрасывается в желоб 2, заслонка которого поднята. Число электромагнитов с заслонками и желобов равно числу групп сортировки.
Рисунок 2.10 – Принципиальная схема контрольно-сортировочного автомата
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Автоматы такого типа сортируют шарики диаметром от 2 до 30 мм на группы
через интервалы от 0,25 до 1 мкм с погрешностью от 0,1 до 0,5 мкм. Точность их работы повышает контур самонастройки. Через установленное время, например через
каждый час работы, на измерительную позицию подается образцовый шарик определенного, заранее известного размера. При смещении настройки индуктивного
преобразователя включается электродвигатель 5, который вращением винта 6 перемещает клин 7, изменяя настройку.
2.7 Координатно-измерительные машины
В последнее время получили распространение универсальные измерительные
средства, называемые координатно-измерительными машинами (КИМ). Эти устройства используются для определения линейных и угловых размеров деталей различной формы и габаритов. На КИМ измеряют корпусные детали, валы, рычаги, втулки
и другие изделия, поверхности которых образованы плоскостями, цилиндрами, конусами, сферами, а также геометрическими элементами пересечения различных поверхностей. Определяются не только линейные размеры поверхностей, но и расстояния между ними, отклонения их расположения, погрешности формы. Высокоточная КИМ – мощное метрологическое средство позволяющее оценить как качество выпускаемых изделий, так и технологическую точность и стабильность применяемых процессов обработки.
Измерения выполняются с помощью измерительного наконечника, расположенного в подвижном узле машины. Деталь устанавливается на стол поверхностью,
не подлежащей измерению и закрепляется. Кинематика машины обеспечивает относительное перемещение измерительного наконечника и детали по трем взаимно
перпендикулярным направлениям, и координаты точек контролируемой детали определяются в прямоугольной системе XYZ, причем направление координатных осей
совпадает с направлением перемещений подвижных узлов КИМ, несущих измери-
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тельную головку или деталь. В некоторых машинах используются поворотные головки, что увеличивает число координатных перемещений.
Координатно-измерительные машины работают в двух режимах. Они либо перемещают измерительный наконечник до контакта с измеряемой поверхностью и
при помощи счетных устройств определяют его положение в системе координат,
либо измерительный наконечник по заданной программе перемещается в точки, соответствующие номинальным значениям измеряемых размеров, а счетные устройства позволяют оценить отклонения положения действительных поверхностей от номинального значения. В основном КИМ работают в первом режиме.
Основными узлами машины являются направляющие, по которым перемещаются измерительная каретка с наконечником. Для уменьшения погрешности измерения в машинах используются либо направляющие качения, либо аэростатические направляющие. Аэростатические направляющие высокоточных машин иногда изготавливают из твердых каменных пород, не подверженных температурным деформациям.
В качестве отсчетных устройств координатно-измерительные машины используют специальные устройства – индуктосины, представляющие собой в принципе
электрическую машину, у которой статор развернут в виде линейки с нанесенными
печатным способом обмотками на её поверхности. В качестве отсчетных устройств
могут применяться и фотоэлектрические преобразователи, выполненные в виде считывающих устройств.
Современные КИМ оснащены ЭВМ, которая осуществляет обработку результатов измерения, пересчет значений размеров в зависимости от положения произвольно
расположенной на столе машины измеряемой детали, распечатку результатов измерения с указанием действительных значений размеров или их отклонений от заданных значений и их цифровую индикацию на специальном табло, а также руководит
перемещениями каретки с измерительным наконечником, обеспечивая последовательное автоматическое касание измерительным наконечником всех поверхностей,
подлежащих контролю. Раньше эта операция осуществлялась в соответствии с предварительно составленной программой, введенной в ЭВМ. Существенным недостатком метода являлась затрата времени на написание программы, её запись на про36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
граммоноситель и отладку. Все это требовало привлечения к процессам измерения
специалистов-программистов. Программы составлялись для каждого типоразмера деталей. Современные конструкции машин позволяют оператору без программы быстро обучить машину измерениям конкретной детали по всем интересующим параметрам. Для этого надо вручную (обучающий режим) переместить каретку с измерительным наконечником, касаясь в интересующих точках поверхностей, которые необходимо проконтролировать. Машина «запоминает» эти движения и записывает их в виде управляющей программы, которую потом используют для измерения этих деталей.
При необходимости программа записывается в памяти ЭВМ и может быть использована через любой промежуток времени.
Разнообразные конструкции КИМ различаются по точности измерений, размерам проверяемых деталей, степени автоматизации. Первоначально они создавались на
основе точных приборов или координатно-расточных станков и лишь позже получили оригинальное конструктивное оформление.
Кроме измерений, координатно-измерительные машины находят широкое
применение при разметке корпусных деталей, которую они осуществляют по предварительно составленной программе.
2.8 Цифровые приборы
Цифровые приборы в отличие от шкальных позволяют значительно повысить
точность и производительность контрольных операций и исключить из процессов
измерения погрешность оператора.
Среди существующих методов и систем автоматического измерения перемещений наибольшей точностью характеризуются фотоэлектрические и индукционные устройства.
Первые работают по принципу использования двух периодических шкал (подвижной и неподвижной) для получения усредненной информации об их взаимном
положении.
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Высокая разрешающая способность оптических измерительных устройств и
усредняющее действие двух совместно работающих периодических шкал хорошо
сочетаются в муаровом явлении и позволяют осуществлять линейные измерения с
точностью до 0,1 мкм, а угловые – до 0,2΄΄.
Растровые муаровые датчики с цифровым и аналоговым выходами все шире
применяются в системах программного управления металлорежущих станков, в высокоточных измерительных системах и др.
В зависимости от характера воздействия на световой поток различают прозрачные и отражательные растры. Прозрачные растры представляют собой систему
прозрачных и непрозрачных элементов. Отражательные растры выполняются в виде
решеток с элементами, зеркально отражающими свет.
Геометрическая структура элементов, образующих растр, может быть различной. На рисунке 2.11 показаны некоторые типы растров, применяемых в муаровых
растровых датчиках положения: параллельный растр (рисунок 2.11а) с непрозрачными штрихами. В центральном радиальном растре (рисунок 2.11б) непрозрачные
элементы расходятся в виде лучей из одного центра. Элементы нецентрального радиального растра (рисунок 2.11в) являются касательными к некоторой окружности
малого радиуса. Если же элементы растра выполнены в виде концентрических колец, то такой растр называется кольцевым (рисунок 2.11г). Растры могут быть не
только плоскими. Если элементы растра нанесены на поверхность цилиндра, то получается цилиндрический растр (рисунок 2.11д). В принципе растр можно нанести
на любую поверхность.
Элементы растра обычно наносятся с постоянным линейным или угловым шагом. В этом случае растры являются регулярными. Однако существуют растры с линейно изменяющимся шагом (рисунок 2.11е) и даже с хаотическим расположением
отдельных элементов.
Основными оптическими характеристиками измерительных растров являются
шаг и светосила. Обычно в муаровых датчиках применяются растры, у которых ширина прозрачного штриха равна ширине непрозрачного, т.е. растры со светосилой,
равной 1/2.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а
б
в
г
д
е
Рисунок 2.11 – Растры
Для измерения линейных размеров применяются плоские параллельные растры, называемые иногда параллельными растровыми решетками. В муаровых растровых датчиках, работающих по принципу счета муаровых комбинационных полос, для получения достаточной разрешающей способности в качестве параллельных растров используются дифракционные решетки с шагом от 1 до 10 мкм. Для
измерения угловых перемещений применяются плоские радиально-центральные и
радиально-нецентральные растровые решетки.
Плоские кольцевые растры позволяют измерять радиальные биения вращающихся деталей. Созданы растровые системы, осуществляющие трехкоординатное
управление обработкой точных и сложных деталей на станках с ЧПУ.
Применение растровых систем особенно эффективно при мелкосерийном производстве вследствие исключительной легкости их переналадки при переходе к изготовлению новых изделий. Другими преимуществами таких систем являются: не39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
большой объем электронного оборудования, непосредственно расположенного на
станке и возможность обслуживания их малоквалифицированными операторами.
На рисунке 2.12 представлена растровая система для измерения линейных перемещений. Принцип их работы заключается в том, что луч света от источника 4
проходит через измерительную решетку 1, установленную на столе станка, и опорную растровую решетку 2, на которой нанесены два ряда распложенных друг над
другом штрихов. Штрихи взаимно сдвигаются на 1/4 штрихового деления. Поэтому
токи, генерируемые двумя принимающими фотодиодами 3, сдвинуты на + 90 º. Знак
сдвига фаз показывает направление движения стола. Мерой перемещения служит
число световых импульсов на фотодиоде. Одно штриховое деление имеет шаг 10 мкм.
Рисунок 2.12 – Растровая система измерения линейных перемещений
Точность современного индукционного датчика – индуктосина – достигает
для измерения угловых координат единиц секунд, линейных координат – единиц и
долей микрометров. Конструктивная особенность индуктосина заключается в том,
что его обмотки выполняются плоскими (печатными) и расположены одним слоем
на гладких немагнитных или магнитных основаниях ротора и статора.
Индуктосины выгодно отличаются от оптических датчиков отсутствием источника освещения. При соответствующем конструктивном исполнении они обла40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дают устойчивостью к механическим, радиационным, световым и другим воздействиям. По принципу работы эти датчики мало отличаются от широко известных поворотных трансформаторов, существенно превосходя их в точности.
В настоящее время наиболее распространены индуктосины торцового исполнения, линейного и поворотного типов. В первом случае неподвижная линейка (рисунок 2.13), длина которой определяется необходимыми пределами измерения,
обычно составляется из унифицированных элементов длиной 250 мм, содержащих
плоскую несекционированную обмотку волнового типа. Шаг обмотки выбирается в
пределах от 2 до 2,5 мм, реже – 1 мм. Подвижный ползун линейного индуктосина
обычно содержит две фазы плоской обмотки того же типа, иногда секционированный. Длина ползуна обычно меньше длины линейки (обмотка его содержит от 40 до
60 полюсов).
Рисунок 2.13 – Линейный индуктосин
Конструктивная особенность индуктосина заключается в том, что его обмотки
выполняются плоскими (печатными) и расположены одним слоем на гладких немагнитных или магнитных основаниях ротора и статора.
В настоящее время появились и разрабатываются интересные модификации
индуктосина: с многоходовой обмоткой; многослойной и многофазной обмотками; с
набираемой зубцовой зоной; комбинированного с оптическими датчиками и пр. Эти
модификации решают задачи миниатюризации датчика, дальнейшего повышения
его точности и технологичности.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.9 Контрольные вопросы
1 Что является наиболее важным элементом средств автоматического контроля?
2 Назовите область применения шкальных приборов?
3 Перечислите существующие первичные преобразователи в зависимости от
принципа их действия?
4 Область применения пневматических средств измерения?
5 Перечислите достоинства пневматического метода измерения?
6 На чем основан принцип действия пневматических приборов?
7 На какие приборы по принципу преобразования делятся пневматические
приборы?
8 Как устроены дифференциальные приборы и в чем их преимущество?
9 Принцип работы электроконтактных преобразователей?
10 Перечислите типы электроконтактных преобразователей и где их целесообразно применять?
11 Расскажите, как работает электроконтактный преобразователь модели 228?
12 На чем основан принцип работы индуктивных преобразователей?
13 Что такое индуктивный преобразователь с дифференциальной схемой и в
чем его отличие от простого преобразователя?
14 Перечислите индуктивные преобразователи по конструктивному оформлению и назовите где их целесообразно применять?
15 Что такое емкостной преобразователь?
16 Назовите достоинства и область применения емкостных преобразователей?
17 Что такое механотрон и где его целесообразно применять?
18 На чем основан принцип работы фотоэлектрических преобразователей?
19 Перечислите типы датчиков используемых в фотоэлектрических преобразователях?
20 На чем основан – метод интенсивности?
21 Область применения фотоэлектрических преобразователей?
22 Какие принципы использованы в радиоактивных средствах измерения?
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
23 Назовите основные узлы радиоактивного прибора?
24 Из чего изготавливают источники излучения для радиоактивных приборов?
25 Что такое сцинтилляционные счетчики и область их применения?
26 Какие функции могут выполнять контрольные автоматы?
27 Перечислите основные узлы и их назначение в контрольных автоматах?
28 Расскажите принцип работы контрольно-сортировочного автомата?
29 Область применения координатно-измерительных машин (КИМ)?
30 Перечислите режимы в которых работают КИМ?
31 Назовите виды направляющих используемых в КИМ?
32 Что такое растры и где они применяются?
33 Перечислите типы растров, применяемых в муаровых датчиках положения?
34 Назовите основные оптические характеристики измерительных растров?
35 На чем основан принцип работы растровой системы для измерения линейных перемещений?
36 Что такое индуктосин?
37 В чем заключается конструктивная особенность индуктосина?
38 Расскажите принцип работы линейного индуктосина?
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 Основы работы с координатно-измерительной машиной
Wenzel XOrbit 55
В данном разделе рассмотрено назначение и технические характеристики координатно-измерительной машины, представлено описание особенностей ее конструкции
и управления в ручном режиме работы, порядка ее включения и выключения.
3.1 Область применения и технические характеристики машины
Координатно-измерительная машина Wenzel XOrbit 55 [6] предназначена для
измерения линейных и угловых размеров, отклонений формы и расположения поверхностей деталей различной геометрической формы, используемых в различных
отраслях машиностроения. Работа машины основана на координатных измерениях,
т.е. поочередном измерении координат некоторого числа точек на поверхности детали и последующей их математической обработки для определения погрешностей
нормируемых геометрических параметров.
Основные технические характеристики машины приведены в таблице 3.1
Таблица
3.1
–
Технические
характеристики
координатно-
измерительной машины Wenzel XOrbit 55
Наименование показателя
Значение
1
2
Пределы измерений по осям, мм
Размеры рабочей поверхности стола, мм
Ось X
Ось Y
Ось Z
500
700
500
800×1500
Масса машины, кг
1250
Допускаемая масса детали, кг
300
Объемная погрешность измерения, мкм
44
2,3 + L/300 мм
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 3.1
1
2
Диапазон рабочих температур, °C
Диапазон температур, при котором
обеспечивается заявленная погрешность
измерения, °C
Относительная влажность, %
Максимальная скорость перемещения
рабочих органов, мм/с
15 – 30
18 – 22, при
скорости изменения не
более 1°C/ч
40 – 70
Джойстик
ЧПУ
100
300
3.2 Особенности конструкции машины
Основой координатно-измерительной машины (рисунок 3.1) является прямоугольный массивный стол, изготовленный из шлифованного природного гранита.
Стол закреплен на стальной сварной станине, на которой предусмотрены регулировочные винты для выравнивания рабочей поверхности стола. Для уменьшения влияния вибраций, которые могут передаваться машине извне через фундамент, между
столом и станиной размещены специальные эластомерные демпферы. На столе находятся две аэростатические направляющие, выполненные за одно целое со столом.
Одна из направляющих, имеющая призматическую форму, является основной
и закрыта кожухом, защищающим ее от внешних воздействий. Вторая направляющая является вспомогательной и фактически представляет собой просто участок рабочей поверхности стола. По направляющим перемещается портал (ось Y), представляющий собой две литые пустотелые стойки, связанные между собой гранитной
поперечиной. В стойке, перемещающейся по призматической направляющей, смонтирован сервопривод и два комплекта из трех аэростатических опор, поддерживающих стойку при ее перемещении. Вторая стойка при ее перемещении поддерживается одной аэростатической опорой, установленной в этой стойке.
Вдоль поперечины перемещаются салазки (ось X), относительно которых перемещается гранитная пиноль (ось Z). Плавный ход этих элементов при перемещении так же обеспечивается сервоприводами и аэростатическими направляющими.
Для того чтобы предотвратить заклинивание пиноли используется пневматический
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
противовес на основе пневмоцилиндра с высокоточным регулятором давления.
Пневмоцилиндр и сервоприводы закрыты защитным металлическим кожухом, установленным на салазках машины. Величины перемещений портала, салазок и пиноли
контролируются при помощи оптических линейных энкодеров, соответственно установленных на столе, поперечине и пиноли машины. Во избежание поломки машины при перемещении ее подвижных узлов используются конечные выключатели,
ограничивающие величины этих перемещений.
Рисунок 3.1 – Конструкция координатно-измерительной машины
Wenzel XOrbit 55
На пиноли установлена измерительная система, состоящая из измерительной
головки PH10T фирмы Renishaw и тактильного датчика TP200 с чувствительным
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
элементом в виде щупа. Головка имеет возможность поворота в двух координатных
плоскостях машины, а именно в плоскостях XOY и YOZ. Датчик, установленный в
головке является быстросъемным и удерживается при помощи постоянного магнита.
Соответствующий интерфейс обеспечивает электропитание датчика и его связь с
другими компонентами измерительной системы и блоком управления машины.
Для обеспечения нормальной работы аэростатических направляющих и противовеса пиноли служит пневмостанция, смонтированная на станине машины. Она
состоит из главного распределительного клапана, в который компрессором нагнетается сжатый воздух, системы манометров и предохранительных клапанов, контроллера давления, а также системы очистки и поддержания постоянного давления сжатого воздуха. Данная система, в свою очередь, состоит из двух фильтров (грубой и
тонкой очистки), предохранительного клапана и манометра.
Управление машиной осуществляется при помощи специального контроллера
WPC 2040, который позволяет перемещать узла машины как вручную с использованием джойстика на пульте управления, так и в автоматическом программном режиме. Контроллер соединен с компьютером, оснащенным соответствующим программным обеспечением Metrosoft Quartis, которое служит для визуализации, обработки, хранения и вывода на печать результатов измерений.
3.3 Особенности пульта управления машиной
При работе машины в ручном режиме перемещение ее рабочих органов производится при помощи пульта управления HT 400 (рисунок 3.2). Для этой цели на
пульте установлен джойстик, позволяющий плавно перемещать узлы машины по
любой из трех доступных осей [7]. Наряду с управлением рабочими органами по
осям, пульт управления через джойстик можно использовать как обычную компьютерную мышь, и с ее помощью управлять программой обработки результатов измерений, если эта функция активирована на персональном компьютере.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.2 – Пуль управления HT 400
Основные элементы управления, доступные на пульте, представлены: кнопкой
аварийного выключения, джойстиком, поворотной ручкой регулировки скорости и
пленочной клавиатурой.
Кнопка аварийного выключения служит для выключения приводов рабочих
органов машины по осям в аварийных ситуациях. При ее нажатии все перемещения
немедленно останавливаются, и питающее напряжение сервоприводов отключается.
Аварийный выключатель действует также и во время выполнения программы ЧПУ.
Джойстик в зависимости от включенного режима работы может выполнять
следующие функции:
- перемещать рабочие органы машины по активным осям координат;
- перемещать указатель мыши на мониторе в окне Metrosoft Quartis.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При использовании джойстика для перемещения органов машины его отклонение вверх (в соответствии с рисунком 3.2) приводит к перемещению портала в положительном направлении оси Y, отклонение вправо – к перемещению салазок в
положительном направлении оси X, вращение по часовой стрелке – к перемещению
пиноли в отрицательном направлении оси Z.
Поворотная ручка регулировки скорости позволяет изменять возможную скорость перемещения рабочих органов от 0 (крайнее левое положение) до 100 %
(крайнее правое положение).
Клавиатура содержит 18 клавиш, обозначенных порядковыми номерами на
рисунке 3.2, каждая из которых выполняет определенную функцию.
Клавиша 1
дублирует левую кнопку мыши (даже при включенном
управлении перемещением органов машины по осям);
Клавиша 2
дублирует правую кнопку мыши (даже при включенном
управлении перемещением органов машины по осям);
Клавиша 3
представляет собой сенсорный переключатель, при помощи
которого можно изменять ориентацию пульта управления относительно трехкоординатной измерительной машины в зависимости от места нахождения оператора.
При каждом нажатии на переключатель направление ориентации изменяется на 90°
по часовой стрелке. Индикация текущего положения пульта управления относительно машины осуществляется при помощи четырех светодиодов в углах клавиши
(рисунок 3.3).
Клавиши 4 и 6
предназначены для включения/выключения управления
рабочими органами по осям. При включенном управлении осей (горит светодиод
JOY) можно активировать и деактивировать отдельные оси с помощью клавиши активации (X, Y, или Z).
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 3.3 – Ориентация пульта управления и индикатор ориентации
Клавиша 5
является клавишей переключения регистра (клавиша Shift).
При одновременном нажатии с ней какой-либо функциональной клавиши пульта
включается альтернативная функция этой клавиши. Кроме того, использование сочетания этой клавиши с одной из клавиш активации осей (X, Y, или Z) включает
тормоз соответствующей оси.
Клавиши 7, 8 и 9
служат для активации либо деактивации
осей X, Y и Z соответственно. Когда ось находится в активном состоянии, в верхнем
правом углу соответствующей клавиши горит оранжевый светодиод, погашенный в
ее неактивном состоянии. При неактивной оси перемещение рабочего органа машины по этой оси невозможно.
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Клавиша 10
используется для переключения скорости перемещения ра-
бочих органов (быстро/медленно). При включении увеличенной скорости перемещения на клавише горит светодиод рядом с изображением зайца. При замедленной
скорости (20% от увеличенной скорости) перемещения горит светодиод рядом с
изображением черепахи.
Клавиша 11
Клавиша 12
включает питающее напряжение сервоприводов машины.
активирует ось C машины при наличии дополнительной
опции в виде поворотного стола.
Клавиши 13-18
выполняют функции, зависящие от используемо-
го программного обеспечения системы измерений. С помощью этих клавиш можно
активировать функции, предварительно назначенные им в программном обеспечении.
3.4 Порядок включения машины
Включение координатно-измерительной машины необходимо осуществлять в
следующей последовательности:
- включить компрессор, подающий сжатый воздух в пневмосистему машины;
- по показаниям манометра системы очистки и поддержания постоянного
давления проконтролировать величину давления в системе, которое должно быть не
менее 0,65 МПа. При необходимости отрегулировать давление в системе при помощи предохранительного клапана;
- включить блок управления машины путем нажатия переключателя на контроллере WPC 2040;
- включить измерительную систему машины (на измерительной головке
должен гореть красный светодиод);
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- включить компьютер и загрузить на нем необходимое программное обеспечение машины.
Выключение машины по завершению работы осуществляется в обратной последовательности.
3.5 Контрольные вопросы
1 Для чего применяются координатно-измерительные машины в машиностроении?
2 На чем основан принцип действия координатно-измерительных машин?
3 Каковы пределы измерений координатно-измерительной машины Wenzel
XOrbit 55 по каждой из ее осей?
4 Чему равна нормированная объемная погрешность измерений координатноизмерительной машины Wenzel XOrbit 55?
5 Назовите основные рабочие органы машины?
6 Что собой представляет портал машины?
7 При помощи какого рабочего органа реализуется перемещение по оси X машины?
8 Для чего в конструкции машины предусмотрен пневматический противовес?
9 Из каких основных элементов состоит измерительная система машины?
10 Какие основные элементы включает в себя пневмостанция машины?
11 Каким образом может осуществляться управление машиной?
12 Какие функции может выполнять джойстик на пульте управления машиной?
13 При помощи каких элементов пульта управления может осуществляться
регулировка скорости перемещения рабочих органов машины?
14 Чему равняется минимальное давление в пневмосистеме, необходимое для
работы машины?
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4 Структура программного обеспечения Metrosoft Quartis
В этом разделе рассмотрено специализированное программное обеспечение
Metrosoft Quartis, его структура, назначение, функции, основные элементы пользовательского
интерфейса
и
принципы
его
взаимодействия
с
координатно-
измерительной машиной.
4.1 Структура программы
Для непосредственной обработки, анализа, визуализации и хранения результатов измерения на координатно-измерительной машине Wenzel XOrbit 55 служит
специализированное программное обеспечение Metrosoft Quartis [8]. Основными
элементами пользовательского интерфейса программы (рисунок 4.1) являются:
- рабочее пространство;
- кнопка Metrosoft;
- лента;
- панель инструментов быстрого доступа;
- окно элементов;
- окно состояния.
4.2 Рабочее пространство
Рабочее пространство (рисунок 4.1) представляет собой графическое окно,
расположенное в центре главного окна программы и занимающую большую часть
его площади. Основным назначением рабочего пространства является визуализация
виртуальных моделей машины, измеряемой детали и различных форм графического
представления результатов измерений. Другие рабочие окна, такие как окно программы, окно базы данных, окно отчёта, окно характеристик, таблица быстрого выбора и окно статистики, могут активироваться отдельно и могут прикрепляться к
любой из границ рабочего пространства либо находиться в плавающем состоянии.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для того, чтобы изменить заданное по умолчанию расположение окон следует
щелкнуть правой кнопкой мыши в свободном месте рабочего пространства и в появившемся контекстном меню отключить функцию «Fix window». После этого можно
настраивать интерфейс пользователя в соответствии со своими требованиями.
В зависимости от предпочтений пользователя одновременно могут быть отображены несколько рабочих окон. Кроме того, при наличии второго монитора отдельные рабочие окна могут быть перенесены на этот монитор. Для сохранения текущего расположения окно следует активировать функцию «Fix window».
Рисунок 4.1 – Интерфейс программы Metrosoft Quartis
4.3 Кнопка Metrosoft
Кнопка Metrosoft (рисунок 4.2) является единственной точкой входа в приложение Metrosoft QUARTIS для изменения настроек и управления файлами. При нажатии на эту кнопку появляется меню, позволяющее получить доступ ко всем функциям программы, которые не имеют непосредственного отношения к процессу из54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мерения. Отсюда могут быть запущены основные команды, предназначенные для
создания, открытия, сохранения, импорта и экспорта базовых данных, таких как: результаты измерений, программы измерений, отчёты, CAD-модели, таблицы быстрого выбора и прочие данные, требующие централизованного доступа.
Кроме того, эта кнопка позволяет управлять отображением различных рабочим окон, необходимых для решения измерительных задач и изменять базовые настройки программы («QUARTIS options»).
Рисунок 4.2 – Меню кнопки Metrosoft
В настройках «QUARTIS options» (рисунок 4.3) имеется возможность персонализации программного обеспечения или конфигурирования панели инструментов
быстрого доступа. Здесь производится конфигурирование базовых настроек отдельных рабочих окон, а также осуществляется доступ к системным настройкам и общей
информации.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.3 – Настройки «QUARTIS options»
4.4 Лента интерфейса
Лента предназначена для быстрого запуска команд, наиболее часто используемых в процессе решения измерительной задачи. По умолчанию она содержит
пять вкладок: «Machine», «Measure», «Features», «Display» и «Edit». Вкладка «Machine» содержит программные инструменты, управляющие различными функциям
машины, настройками измерительных щупов, эталонной сферы, измерительной головки и системой смены измерительного щупа. Эти инструменты сгруппированы в
пять секций, приведенных на рисунке 4.4.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.4 – Секции вкладки «Machine»
Группировка команд выполнена по функциональному признаку, в соответствии с чем первая секция «Измерительный прибор» содержит:
- кнопку вызова настроек координатно-измерительной машины («Настройки»);
- кнопку включения/выключения пульта управления («Joystick»);
- кнопку для вывода машины в ее начало отсчета («Origin»);
- кнопку для позиционирования измерительной машины («Позиционирование»);
- кнопку для задания компенсации температуры машины («Температура»).
Вторая секция «Система сканирования» содержит:
- кнопку вызова настроек измерительной системы («Settings»);
- кнопку выбора типа измерительного щупа («Triggered»);
- кнопку вызова процедуры калибровки измерительного щупа («Calibrate»);
- кнопку вызова настроек измерительного щупа («Set up»);
- кнопку загрузки ориентации измерительного щупа («Загрузить»);
- кнопку сохранения ориентации измерительного щупа («Сохранить»);
- кнопку вызова процедуры отладки измерительной системы («Отрегулировать»);
- кнопку вызова процедуры оптимизации измерительной системы («Оптими57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зировать»).
Третья секция «Эталонная сфера» представлена:
- кнопкой вызова настроек эталонной сферы («Settings»);
- кнопкой для загрузки эталонной сферы («Загрузить»);
- кнопкой вызова процедуры калибровки эталонной сферы («Calibrate»).
Четвертая секция («Articulating Probing System») содержит:
- кнопку вызова настроек измерительной головки («Settings»);
- кнопка вызова окна управления поворотами измерительной головки («Rotate»);
- кнопку вызова процедуры калибровки измерительной головки («Calibrate»).
Последняя пятая вкладка «Устройство смены зонда» предназначена для работы с системой смены измерительного щупа и содержит:
- кнопка выбора системы смены измерительного щупа («Change»);
- кнопка, запускающую процедуру калибровки системы смены измерительного щупа («Calibrate»).
Следующая вкладка «Measure», предназначенная для доступа к функциям измерения, построения и преобразования измеряемых элементов, а также работы с
системами координат детали, состоит из трех секций («Измерение», «Построения» и
«Выравнивание»), приведенных на рисунке 4.5
Рисунок 4.5 – Секции вкладки «Measure»
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Секция «Измерение» содержит кнопки вызова команд таких как «Точка»,
«Прямая», «Плоскость» и т.д., предназначенных для непосредственного измерения
соответствующих геометрических элементов. В секции «Построения» содержатся
кнопки для вызова команд, при помощи которых производятся различные преобразования существующих геометрических элементов (построение линий пересечения,
проекций и т.п.). Секция «Выравнивание» предназначена для запуска команд,
управляющих системой координат виртуальной CAD-модели и позволяющих выравнивать ее относительно системы координат реальной детали.
Вкладка «Features» служит для быстрого доступа к командам, при помощи которых производится вычисление отклонений линейных и угловых размеров, а также
формы и расположения поверхностей, подлежащих контролю у измеряемого объекта. Команды сгруппированы в четыре секции, изображенные на рисунке 4.6.
Рисунок 4.6 – Секции вкладки «Features»
Вкладка «Display» используется для настройки параметров отображения рабочего пространства программы (рисунок 4.7). При нажатии кнопки
появляется
меню (рисунок 4.8), в котором фиксируются объекты, которые будут отображаться в
зоне рабочего пространства.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 4.7 – Секции вкладки «Display»
Рисунок 4.8 – Меню настройки параметров отображения рабочего пространства
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.4 Окно элементов
Окно элементов (рисунок 4.9) является важной частью пользовательского интерфейса программы. В нём отображается вся информация, относящаяся к измеряемому элементу. Кроме номинальных и фактических значений здесь также отображаются характеристики с допусками и отклонениями выбранного элемента. Помимо
этого приводятся сведения об отдельных точках касания и статистическая информация.
Рисунок 4.9 – Окно элементов
Для управления элементами в этом окне предусмотрены следующие программные инструменты:
– кнопки выбора предыдущего и следующего геометрического элемента из базы данных текущего измерения;
– кнопка загрузки элемента в окно элементов;
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– кнопка выбора элемента в ручном режиме при помощи мыши;
– кнопка смены элементов в левой и правой вкладках окна элементов;
– кнопка фиксации выбранного элемента в окне элементов;
– кнопка вызова функции редактирования элемента (добавления комментария).
При этом если измеренные элементы были созданы с использованием опций
функции Features, то в окне элементов будут отображаться также допуски и отклонения.
4.5 Окно состояния
Окно состояния Metrosoft Quartis служит для отображения состояния всех базовых параметров текущего измерения. В нем доступны следующие параметры:
– индикатор режима соединения компьютера с машиной;
– наименование текущей рабочей детали;
– наименование текущего измерения;
– наименование активной рабочей программы ЧПУ
для измерения;
– наименование загруженной эталонной сферы;
– параметры текущей ориентации измерительной головки;
– выбранная конфигурация измерительной системы
и ориентацию измерительного щупа;
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– наименование загруженной системы координат детали и паллеты;
– параметры температурной компенсации машины и
измеряемой детали;
– симулятор управления машиной в автономном
(off-line) режиме работы программы;
– активная система координат и положение измери-
тельного щупа, относительно этой системы.
При выборе системы координат следует учитывать, что в Metrosoft Quartis
можно управлять следующими четырьмя координатными системами.
Координатная система машины («Machine»). Начало отсчета этой системы
расположено в начале линейных энкодеров, установленных по каждой оси. В это
положение автоматически выходит машина после включения контроллера. Данная
процедура называется также инициализацией или выходом машины в исходное положение.
Эталонная координатная система («Reference»). Начало отсчета этой системы
соответствует центру исходной эталонной сферы (первой эталонной сферы, созданной во время приемочных испытаний машины). Направления осей эталонной координатной системы идентичны координатной системе машины, т.е. осям машины.
Исходное положение компенсации погрешности расположено в эталонной исходной
точке, также созданной во время приёмочных испытаний машины.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Координатная система паллеты («Pallet»). Она может быть создана с использованием измеренных или построенных элементов. Направление осей ее координат
зависит от направлений элементов. Координатная система паллет может перезагружаться независимо от измерения или измеряемой детали, так как она сохраняется в
системных данных.
Координатная система детали («Work piece»). Данная система так же создается на основе измеренных или построенных элементов, но может быть использована
только в измерении, которое содержит элементы, задействованные для ее создания.
4.6 Контрольные вопросы
1 Для чего используется автоматизированная систем Metrosoft Quartis?
2 Назовите основные элементы пользовательского интерфейса Metrosoft
Quartis.
3 Какие виды окон могут быть представлены в рабочем пространстве программы?
4 Для чего используется функция «Fix windows»?
5 В чем заключается назначение кнопки Metrosoft?
6 Назовите основные вкладки, присутствующие на ленте интерфейса программы.
7 Какие программные функции доступны на вкладке «Machine»?
8 Какие команды могут быть запущены из секции «Измерительный прибор»
вкладки «Machine»?
9 Для чего предназначены команды, содержащиеся на вкладке «Measure»?
10 Какие основные функции выполняют команды, доступные на вкладке «Feature»?
11 Каким образом производится вызов меню настройки параметров отображения рабочего пространства?
12 Что в себя включает окно элементов?
13 Перечислите основные параметры, отображаемые в окне состояния.
14 Какие координатные системы, которые могут быть использованы при выполнении измерений?
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5 Калибровка щупов координатно-измерительной машины
Wenzel XOrbit 55
В этом разделе представлены общие принципы калибровки измерительных щупов, настройки измерительной системы и калибровки измерительных щупов на координатно-измерительной машине Wenzel XOrbit 55 в различных режимах работы.
5.1 Общие сведения о калибровке измерительных датчиков
Для
получения
надежных
результатов
измерений
на
координатно-
измерительной машине необходимо предварительно определить фактические размеры компонентов используемого датчика, т.е. выполнить процедуру его калибровки. При этом калибровка должна быть выполнена для всех щупов и датчиков, задействованных в процессе измерения с учетом различной ориентации измерительной
головки.
Ее необходимость определяется тем, что щупы представляют собой решающий фактор при выполнении любого измерения, поскольку именно через них осуществляется взаимодействие между датчиком и деталью. Щупы обеспечивают доступ к элементам на детали и от них в значительной степени зависят результаты измерений. Например, даже такая безобидная, на первый взгляд, процедура, как смена
щупа на датчике, может существенным образом повлиять на реально достижимую
точность и привести к заметным отклонениям в результатах измерений.
Поэтому для проверки точности недостаточно полагаться на результаты ежегодной калибровки КИМ, поскольку такие результаты действительны только для
используемого при калибровке щупа (обычно очень короткого). Получаемое при такой проверке значение точности соответствует наиболее благоприятному случаю.
Для получения более полного понимания того, какая точность достижима при различных измерениях, необходимо оценить, как влияет щуп на погрешность измерений.
Данная оценка сводится к определению фактического положения отдельных
щупов с шариками и диаметров этих шариков, для чего используется специальная
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
программа калибровки датчиков, заложенная в программное обеспечение машины.
В соответствии с этой программой в процессе калибровки производится поочередное
касание калибруемым щупом нескольких контрольных точек на эталонной детали.
Эталонная деталь обычно представляет собой керамический шарик с известным диаметром, изготовленный с исключительно высокой точностью. Точные размеры этого шарика (24,999 мм для Wenzel XOrbit 55) заранее заложены в программу
для измерений, и используются в качестве базы для определения фактических размеров шарика калибруемого щупа. Обычно калибровка щупа выполняется в 5-6 точках в верхней части калибровочного шарика (рисунок 5.1), зафиксированного на некоторой высоте над рабочей поверхностью стола. По завершению замеров во всех
точках, программой производится проверка попадания их координат в заданное поле допуска, и определяются фактические размеры шарика щупа, которые могут быть
сохранены в базу данных измерений для последующего использования.
Рисунок 5.1 – Принципиальная схема калибровки щупа
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.2 Настройка конфигурации измерительной системы
Результаты калибровки в значительной степени зависят от компонентов используемой измерительной системы, поэтому для получения адекватных результатов перед проведением калибровки необходимо сформировать виртуальную конфигурацию измерительной системы, соответствующую ее реальной конфигурации.
При использовании программного обеспечения Metrosoft Quartis для доступа к виртуальным компонентам измерительной системы требуется нажать кнопку «Set up» в
секции «Система сканирования» (рисунок 5.2) на вкладке «Machine» ленты интерфейса. Это приведет к появлению на экране диалогового окна «Set up probe system»,
содержащего три вкладки.
Рисунок 5.2 – Секция «Система сканирования» вкладки «Machine»
Для настройки конфигурации системы необходимо сначала перейти на вкладку «Каталог» (рисунок 5.3) и выбрать компоненты системы (щупы, датчики, удлинители и т.д.), используемые в реальной измерительной системе. Выбор компонентов осуществляется из каталога образцов, присутствующего в нижней части вкладки. При выборе компонента его схематичное изображение будет показано в поле
просмотра в левой части вкладки. Добавление выбранного компонента в пользовательский каталог (в верхней части вкладки) производится кнопкой
удаление – кнопкой
– «Add», а его
– «Remove». После добавления компонентов в пользователь-
ский каталог при необходимости могут быть изменены их размерные параметры
(длина, диаметр и т.д.), для чего служит соответствующий редактор в правой части
текущей вкладки. В целях повторного использования набранный пользовательский
каталог может быть сохранен кнопкой
– «Save».
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 5.3 – Вкладка «Каталог» окна «Set up probe system»
Далее из набранных компонентов нужно сформировать конфигурацию измерительной системы, для чего служит соответствующая вкладка «Конфигурация»
(рисунок 5.4). Формирование конфигурации здесь производится путем выбора компонентов из ранее набранного пользовательского каталога (снизу) и добавления их в
новую конфигурацию (сверху) при помощи кнопки
– «Add». При необходимости
пустая новая конфигурация измерительной системы может быть создана кнопкой
– «New».
Добавление компонентов следует выполнять сверху вниз в том порядке, в котором они скомпонованы в реальной измерительной системе. Получаемый при этом
результат будет автоматически отображаться в специальном поле просмотра в левой
части активной вкладки. Полученная новая конфигурация, по умолчанию получающая имя «New Configuration», может быть переименована (при помощи редактора в
правой части вкладки) и сохранена кнопкой
68
– «Save». Для того чтобы принять
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сформированную конфигурацию в качестве текущей требуется нажать кнопку
«Принять».
Рисунок 5.4 – Вкладка «Конфигурация» окна «Set up probe system»
Последняя вкладка «Измерительный штифт» (рисунок 5.5), присутствующая в
активном окне, служит для просмотра статуса ми параметров щупа текущей конфигурации измерительной системы. Статус щупа здесь показывается значком установленного вида в соответствующем поле в верхней средней части вкладки. При этом
возможны следующие варианты:
-
– щуп прошел калибровку;
-
– параметры щупа были изменены;
-
– щуп не прошел калибровку;
-
– результаты калибровки щупа будут удалены.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кнопки
– «Calibrated» и
– «Delete» в нижней средней части вкладки со-
ответственно служат для принудительного назначения щупу статуса прошедшего
калибровку и для отметки щупа, как подлежащего удалению. Непосредственное изменение статуса щупа будет выполнено после нажатия кнопки «OK».
Рисунок 5.5 – Вкладка «Измерительный штифт» окна «Set up probe system»
5.3 Изменение ориентации измерительного щупа
Прежде чем выполнять процедуру калибровки щупа, также необходимо определиться с его ориентациями, которые будут использоваться в процессе измерения.
По умолчанию измерительный щуп имеет вертикальную ориентацию, т.е. направлен
перпендикулярно рабочей поверхности стола машины. Однако во многих случаях
одной такой ориентации щупа может оказаться недостаточно для измерения всех
поверхностей детали с одного установа. В таких случаях для обеспечения свободно70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
го доступа ко всем измеряемым поверхностям приходится использовать несколько
ориентаций щупа, каждая из которых определяется заданными поворотами измерительной головки
Изменение ориентации щупа (поворот измерительной головки) производится
при помощи специальных средств, предусмотренных программным обеспечением
машины. Для того чтобы выполнить произвольный поворот головки на машине
Wenzel XOrbit 55 необходимо после запуска программы Metrosoft Quartis на ленте
интерфейса перейти на ее вкладку «Machine», где в секции «Articulating Probing System» (рисунок 5.6) нажать кнопку «Rotate».
Рисунок 5.6 – Секция «Articulating Probing System» вкладки «Machine»
В результате запуска команды на экране появится диалоговое окно «Swivel
and rotate articulating probing system» (рисунок 5.7), которое также может быть выведено на экран путем нажатия одноименной кнопки в окне статуса. При помощи этого окна ориентация щупа может быть изменена тремя способами: изменением углов
поворота, выбором эталонного элемента и указанием координат направляющего
вектора.
Изменение углов поворота производится при включенном переключателе
«Угол» путем перемещения ползунков, расположенных под текстовыми полями
«Ось А» и «Ось B», служащими для отображения текущих значений углов в формате градус/минута/секунда. При этом «Ось А» соответствует повороту в плоскости
перпендикулярной рабочей поверхности стола, а «Ось B» – повороту в плоскости
параллельной рабочей поверхности стола. Значения углов так же могут быть введены вручную с клавиатуры, но они будут автоматически округлены программой до
значений, кратных предопределенному шагу изменения углов, который составляет
7°30'00".
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 5.7 – Диалоговое окно «Swivel and rotate articulating probing system»
Направляющий вектор задается путем включения переключателя «Направления» и последующего ввода в поля «vx», «vy» и «vz» координат направляющего
вектора в ортонормированном базисе. Для определения необходимых координат
можно использовать дополнительное диалоговое окно, вызываемое кнопкой
расположенной справа в строке записи координат. Кнопка
,
, расположенная здесь
же служит для переключения между положительным и отрицательным направлением вектора.
При выборе эталонного элемента (переключатель «Эталонный элемент») из
базы данных необходимо выбрать некоторый справочный элемент, имеющий заданную ориентацию. После чего измерительная головка будет автоматически повернута
так, чтобы щуп принял ориентацию противоположную ориентации этого элемента.
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Независимо от выбранного способа изменения ориентации щупа, ее результат
динамически отображается в поле предварительного просмотра в левой части активного окна. Для того чтобы произошло фактическое изменение ориентации щупа
на машине необходимо нажать кнопку «Повернуть» либо сразу кнопку «OK», если
изменять ориентацию щупа больше не требуется.
Следует заметить, что изменение ориентации щупа может быть выполнено и
непосредственно в ходе выполнения процедуры калибровки, поскольку калибровочная программа предусматривает возможность автоматического выбора любой возможной ориентации измерительного щупа.
5.4 Особенности процедуры калибровки
Калибровка измерительной системы координатно-измерительной машины
Wenzel XOrbit 55 может быть выполнена в трех режимах: в ручном, полуавтоматическом и автоматическом. Независимо от режима калибровки ее инициация осуществляется нажатием кнопки «Calibrate», доступной в секции «Система сканирования» вкладки «Machine» на ленте интерфейса программы (рисунок 5.2). Нажатие
данной кнопки приводит к появлению на экране диалогового окна «Calibrate probe
system», приведенного на рисунке 5.8.
В этом окне, в случае, если предполагается ручная или полуавтоматическая
калибровка можно сразу нажать кнопку «Калибровка». В результате откроется еще
одно диалоговое окно (рисунок 5.9), где будет предложено выбрать конфигурацию
измерительной системы, путем установки флажка на тот или иной пункт, присутствующий в поле выбора в правой части окна. Нужно заметить, что данное окно может появиться и сразу после нажатия кнопки «Calibrate» в секции «Система сканирования», если при проведении предыдущей калибровки был использован ручной
режим.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 5.8 – Диалоговое окно «Calibrate probe system»
Рисунок 5.9 – Окно выбора конфигурации измерительной системы
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для перехода в ручной режим калибровки после выбора измерительной системы необходимо при помощи джойстика на пульте управления подвести щуп к
эталонному шарику и произвести его касание в произвольной точке. Для перехода в
полуавтоматический режим калибровки требуется сначала нажать кнопку «OK» в
текущем окне, а затем при помощи джойстика указать точку на эталонном шарике.
Дальнейшая процедура калибровки будет выглядеть, как последовательное касание
щупом некоторого числа точек на эталонном шарике. При этом в ручном режиме
калибровки точки необходимо указывать с помощью джойстика вручную. В полуавтоматическом режиме все точки касания будут выбраны программой автоматически
без участия оператора.
Необходимое число точек касания контролируется параметром «Число точек
замера» в окне настроек процедуры калибровки (рисунок 5.10), которое может быть
вызвано при помощи кнопки
– «Settings», доступной в окнах на рисунках
5.8 и 5.9, а также в секции «Система сканирования» вкладки «Machine» на ленте интерфейса (рисунок 5.2).
Рисунок 5.10 – Окно настроек процедуры калибровки
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для выполнения автоматической калибровки необходимо использовать матрицу ориентаций измерительного щупа (рисунок 5.11), которая представляет собой
совокупность всех возможных ориентаций щупа, определяемых поворотами измерительной головки. Выбор ориентации, подлежащей автоматической калибровке
производится путем установки флажка на соответствующую ячейку матрицы. После
установки флажка под матрицей появятся два однострочных текстовых поля, в которых нужно задать (слева направо) уникальный идентификатор и короткое описание (опционально) калибруемой ориентации, которые будут использоваться для ее
идентификации в базе данных программы. Непосредственный запуск автоматической калибровки производится нажатием кнопки «OK».
Рисунок 5.11 – Подготовка автоматической калибровки
Независимо от выбранного способа калибровки, в случае ее успешного завершения, на экран будет выведено окно (рисунок 5.12), при помощи которого можно
сохранить полученные результаты калибровки в базу данных программы. Для сохранения текущих результатов калибровки в этом окне необходимо задать в поле
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
«Сохранить систему зондирования» уникальное имя использованной ориентации
щупа и нажать кнопку «OK». После этого сохраненную ориентацию щупа можно
будет использовать для данной конфигурации измерительной системы при всех последующих измерениях.
Рисунок 5.12 – Окно сохранения результатов калибровки
В случае неудачного завершения калибровки (когда полученные результаты
замеров эталонного шарика выходят за пределы установленного поля допуска) на
экран предварительно будет выведено окно, информирующее о возникшей проблеме. Данное окно (рисунок 5.13) содержит две кнопки: «Save probe system» и «Discard
probe system». При нажатии кнопки «Save probe system» результаты калибровки будут принудительно приняты, как приемлемые и на экран будет выведено окно, приведенное на рисунке 5.12. При нажатии кнопки «Discard probe system» текущие результаты калибровки будут аннулированы и безвозвратно удалены из базы данных
программы.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 5.13 – Окно предупреждения о несоответствии результатов калибровки
установленному допуску
После сохранения результатов калибровки какой-либо ориентации щупа для
текущей конфигурации измерительной системы, соответствующая ей ячейка в матрице ориентаций (рисунок 5.11) автоматически выделяется зеленым цветом в случае
результатов, укладывающихся в допуск и красным цветом в случае результатов, не
укладывающихся в допуск. При этом выбор текущей конфигурации измерительной
системы осуществляется при помощи комбинированного списка «Эталонная система зондирования», присутствующего в окне «Calibrate probe system».
5.5 Контрольные вопросы
1 Для чего необходима процедура калибровки измерительных щупов?
2 В чем заключается основной принцип калибровки измерительных щупов?
3 Что обычно представляет собой эталонная деталь, служащая для калибровки
щупа?
4 Каким образом осуществляется настройка конфигурации измерительной
системы в программе Metrosoft Quartis?
5 Как может быть изменена ориентация щупа измерительной головки PH10T
на координатно-измерительной машине Wenzel XOrbit 55?
6 Чему равен шаг изменения углов поворота измерительной головки PH10T на
координатно-измерительной машине Wenzel XOrbit 55?
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7 Как производится ручная калибровка щупа измерительной головки PH10T
на координатно-измерительной машине Wenzel XOrbit 55?
8 Как производится полуавтоматическая калибровка щупа измерительной головки PH10T на координатно-измерительной машине Wenzel XOrbit 55?
9 Как производится автоматическая калибровка щупа измерительной головки
PH10T на координатно-измерительной машине Wenzel XOrbit 55?
10 Каким образом контролируется число точек касания при проведении процедуры калибровки щупа?
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6 Измерения линейных и угловых размеров на координатноизмерительной машине Wenzel XOrbit 55
В данном разделе рассмотрены особенности определения линейных и угловых
размеров деталей на координатно-измерительной машине Wenzel XOrbit 55 в ручном режиме измерений, и обработки результатов измерений в программе Metrosoft
Quartis.
6.1
Общие
сведения
об
измерении
размеров
на
координатно-
измерительных машинах
Измерения линейных и угловых размеров на координатно-измерительных машинах сводятся к определению номинального положения реальных поверхностей
деталей в системе координат машины и последующему расчету расстояний или углов между ними. При этом геометрия реальных элементов (поверхностей или профилей) деталей представляется прилегающими элементами (рисунок 6.1). Под прилегающим элементом понимается геометрический элемент, имеющий форму номинальной поверхности или профиля и расположенный так, чтобы среднее квадратическое отклонение точек реальных поверхности или профиля от него имело минимальное значение.
Рисунок 6.1 – Принципиальная схема измерения линейных размеров
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Стандартными геометрическими элементами, используемыми в программном
обеспечении координатно-измерительных машин для представления реальных элементов, являются: точка, прямая, плоскость, окружность, сфера, цилиндр, конус.
Основной процедурой во всех измерениях является измерение точки, поскольку все
остальные типы прилегающих элементов строятся на основе измерения координат
точек, принадлежащих реальным элементам деталей. Соответственно, чем большее
количество точек будет использовано для определения прилегающего элемента, тем
точнее будет вычислен размер при обработке результатов измерений.
6.2 Подготовка к измерениям
Рассмотрим особенности определения линейных и угловых размеров с использованием координатно-измерительной машины Wenzel XOrbit 55 на примере
детали, чертеж которой приведен на рисунке 6.2. Здесь L1-L11 обозначены линейные размеры, D1-D2 – диаметральные размеры, R1-R2 – радиальные размеры и A1A3 – угловые размеры детали. Измерение указанных размеров, так же, как и в случае калибровки, может быть выполнено в ручном, полуавтоматическом и ручном
режиме. Наиболее простым в данном случае представляется использование ручного
режима измерений, так как он не требует проведения дополнительных мероприятий
перед измерениями.
Для проведения измерений в этом режиме деталь необходимо и достаточно
зафиксировать на рабочей поверхности стола. При этом важно правильно выбрать
поверхность для базирования детали таким образом, чтобы обеспечивался свободный доступ щупа ко всем измеряемым поверхностям с учетом возможных поворотов измерительной головки. Для рассматриваемой детали в качестве базирующей
поверхности удобно использовать плоскую грань, обозначенную идентификатором
PLN_4 на рисунке 6.2. Иначе говоря, деталь нужно просто положить указанной гранью на стол и зафиксировать ее от возможных смещений в плоскости контакта, причем ориентация детали в данном случае не имеет никакого значения.
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 6.2 – Чертеж измеряемой детали
6.3 Создание новой детали и нового измерения
После включения машины и установки детали на столе для проведения дальнейших измерений необходимо запустить программу Metrosoft Quartis и создать в
ней новую деталь и новое измерение. Для создания новой детали нужно щелкнуть
левой кнопкой мыши по кнопке
– «Metrosoft Button» и в появившемся меню по-
следовательно выбрать пункты «Создать» и «Work Piece». В результате появится
окно «Create new work piece» (рисунок 6.3), где в поле ID требуется задать числовой
идентификатор создаваемой детали, а в трех остальных (необязательно) – краткое
описание
(«Описание»),
номер
чертежа
82
(«Drawing
No.»)
и
комментарий
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(«Comment»), после чего нажать кнопку «OK». Нажатие кнопки «OK» автоматически
приведет к появлению на экране диалогового окна «Create new measurement» (рисунок 6.4), предлагающего создать новое измерение. Здесь, так же как и в предыдущем
случае, в поле ID требуется задать числовой идентификатор измерения, в поле «Описание» – его короткое описание (необязательно), а затем нажать кнопку «OK».
Рисунок 6.3 – Диалоговое окно «Create new work piece»
Рисунок 6.4 – Диалоговое окно «Create new measurement»
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.4 Загрузка ориентации измерительного щупа
Далее необходимо создать или загрузить уже существующую ориентацию измерительного щупа, прошедшую калибровку. Для загрузки сохраненной ориентации
можно использовать кнопку «Загрузить», доступную на ленте интерфейса в секции
«Система сканирования» вкладки «Machine» либо аналогичную кнопку
в окне
статуса. В результате откроется окно «Загрузить зондирующую систему», приведенное на рисунке 6.5.
Рисунок 6.5 – Диалоговое окно «Загрузить зондирующую систему»
Выбор сохраненной ориентации щупа в этом окне производится при помощи
комбинированного списка «Загрузить систему зондирования». После выбора в списке необходимой ориентации будут отображены ее параметры, а именно диаметр
наконечника щупа, углы поворота головки и размах результатов, полученных при
калибровке щупа. Для того чтобы применить выбранную ориентацию к текущей из84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мерительной системе нужно нажать кнопку «OK».
6.5 Настройки измерительных функций
Для выполнения операций, связанных с проведением измерений, в Metrosoft
Quartis предназначена вкладка «Measure» на ленте интерфейса программы. Команды, представленные на данной вкладке, сгруппированы в три секции «Измерение»,
«Построения» и «Выравнивание». При этом команды, реализующие построение различных прилегающих элементов по результатам измерений объединены в секцию
«Измерение» (рисунок 6.6).
Рисунок 6.6 – Секция «Измерение» вкладки «Measure»
Всего здесь предусмотрена возможность построения 12 типов прилегающих
элементов. К ним относятся:
- точка;
- прямая;
- плоскость;
- окружность;
- цилиндр;
- сфера;
- конус;
- прямоугольник;
- закрытый паз;
- точка на кромке;
- кривая;
- поверхность.
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Очевидно, что каждый из перечисленных элементов используется при измерении соответствующей геометрии реальной детали. В рассматриваемом примере деталь имеет относительно простую геометрию, выраженную совокупностью только
плоских и цилиндрических поверхностей. Поэтому для определения ее размеров потребуется только два типа прилегающих элементов: плоскость и цилиндр. Соответствующие им команды представлены на ленте интерфейса кнопками «Плоскость» и
«Цилиндр».
Перед запуском команд и построением прилегающих элементов желательно
просмотреть текущие настройки измерения и изменить их при необходимости. Настройки измерений вызываются кнопкой «Settings», присутствующей на рассматриваемой вкладке. После нажатия на эту кнопку появляется окно «Measurement
settings», приведенное на рисунке 6.7. Окно содержит три группы управляющих
элементов: «Расчет», «Start values for ID generator» и «Число точек зондирования».
Рисунок 6.7 – Диалоговое окно «Measurement settings»
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В группе «Расчет» содержится четыре флажка. Первый из них «Message when
exceeding maximum range» управляет выводом на экран сообщения, предупреждающего, что результаты измерений выходят за пределы установленного допуска. Величина допуска задается здесь же в соответствующем текстовом поле. Второй флажок «Message with deviation of number of probe points» управляет выводом на экран
сообщения, предупреждающего о том, что число использованных для построения
элемента точек не соответствует числу измеренных точек. Критерием вывода этого
сообщения служит допускаемый процент потерь измеренных точек, используемых
для построения элемента.
Третий флажок «Parameter calculation after each point» обеспечивает перестроение формируемого геометрического элемента после каждой измеренной точки.
Четвертый флажок «Message with insufficient probe points for Gauss filter» управляет
выводом на экран сообщения, предупреждающего, что число измеренных точек недостаточно для использования низкочастотной фильтрации результатов методом
Гаусса.
В группе «Start values for ID generator» задаются идентификаторы, которые
будут использоваться для обозначения каждого построенного геометрического элемента того или иного типа. В соответствии с приведенными здесь обозначениями
каждый элемент после своего построения будет получать уникальное имя, состоящее из буквенного идентификатора и порядкового номера, разделенных знаком
подчеркивания. При этом предопределенный буквенный идентификатор может быть
заменен любым другим обозначением по усмотрению пользователя.
Единственный флажок «Прерывание нажатием кнопки», доступный в группе
«Число точек зондирования» позволяет не ограничивать процесс измерения элемента фиксированным числом точек, а использовать для завершения измерения принудительное нажатие соответствующей кнопки.
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.6 Измерение плоских поверхностей
В данном случае изменять настройки измерений каким-либо образом не требуется, и поэтому можно сразу переходить к процедуре непосредственного построения прилегающих элементов. В соответствии с чертежом на рисунке 6.2 для определения всех размеров детали требуется построить 17 плоских элементов (PLN_1 –
PLN_17) и 4 цилиндрических элемента (CYL_1 – CYL_4). Для построения любого
из указанных на чертеже плоских элементов необходимо запустить команду «Плоскость». Запуск этой команды приведет к появлению над лентой интерфейса программы кнопки «Регистрировать плоскость», открывающей доступ к дополнительным вкладкам ленты.
По умолчанию при запуске команды эта кнопка будет сразу активирована, в
результате чего на ленту добавятся дополнительные вкладки «Geometry», «Distribution», «Edit» и «Progress». Среди них, в свою очередь, будет автоматически открыта
вкладка «Geometry», содержащая пять секций. Первая секция «Actions» (рисунок
6.8) включает в себя четыре кнопки, при помощи которых выводятся на экран настройки поведения щупа при измерении («Настройки»), повторяется последнее выполненное измерение элемента («Repeat»), запускается процедура автоматического
измерения («Star»t) либо прерывается текущее измерение элемента («Abort»).
Рисунок 6.8 – Секция «Actions» вкладки «Geometry»
Секция «Номинальные значения» (рисунок 6.9) предназначена для определения идентификатора создаваемого элемента (по умолчанию PLN_1 для первого
плоского элемента), способа указания номинального расположения элемента и параметров, собственно задающих это номинальное расположение. Для плоскости такими параметрами здесь являются координаты ее центра тяжести (поля x, y и z) и
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
величины базисных векторов (i, j и k), задающих ориентацию плоскости в трехмерном пространстве. При измерении элемента в ручном режиме в этой секции ничего
изменять не требуется.
Рисунок 6.9 – Секция «Номинальные значения» вкладки «Geometry»
Секция «Вычисление» (рисунок 6.10) служит для выбора метода математической обработки результатов измерения, при помощи которого формируется необходимая геометрия элемента. Для большинства случаев рекомендуется использовать
выбираемый по умолчанию метод Гаусса. Комбинированный список в секции «Резко выпадающее» позволяет исключать из полученных результатов измерений грубые погрешности методом их замены медианным значением рассматриваемой выборки. Аналогичный список в секции «Фильтр» позволяет обрабатывать полученные результаты измерений при помощи низкочастотных фильтров. В рассматриваемом примере использование этих двух фильтров данных нецелесообразно. Поэтому
в обоих указанных списках следует выбрать пункт «Ничего».
Рисунок 6.10 – Секции «Вычисление», «Резко выпадающее» и «Фильтр» вкладки
«Geometry»
Следующая добавленная вкладка «Distribution» содержит три секции:
«Actions», «Методы» и «Уровни защиты». Секция «Actions» идентична соответствующей секции вкладки «Geometry». Секция «Методы» (рисунок 6.11) служит для
выбора метода распределения точек на измеряемой поверхности детали. Непосред89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ственный выбор производится при помощи комбинированного списка, доступного в
этой секции. При использовании ручного режима измерений в этом списке нужно
выбрать пункт «Ручная».
В секции «Уровень защиты» (рисунок 6.11) сгруппированы программные инструменты, управляющие положением плоскости безопасности щупа. Заданная
здесь величина безопасного расстояния будет использоваться для автоматического
отвода щупа от измеряемой поверхности перед измерением первой точки, если установлен флажок «Before first point» и после каждой измеренной точки, если установлен флажок «After each point». Данные настройки актуальны только для автоматического режима измерений и поэтому в рассматриваемом примере они не имеют
значения.
Рисунок 6.11 – Секции «Методы» и «Уровень защиты» вкладки Distribution
Вкладка «Edit» (рисунок 6.12) представлена все той же секцией «Actions», а
так же секциями «Ввод» и «Measurement sequence». Компоненты этих двух вкладок
служат для редактирования уже существующей последовательности измеренных и
промежуточных точек в автоматическом программном режиме измерений, т.е. в
данном случае они не применимы.
Рисунок 6.12 – Секции «Ввод» и «Measurement sequence» вкладки «Edit»
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Последняя вкладка «Progress» позволяет непосредственно контролировать
процесс измерения при помощи компонентов, сгруппированных в три либо две секции в зависимости от настроек, заданных в окне на рисунке 6.7. Первой секцией
этой вкладки также является секция «Actions», но здесь она в отличие от предыдущих вкладок содержит пять кнопок и имеет вид, представленный на рисунке 6.13.
Рисунок 6.13 – Секция Actions вкладки «Progress»
Кнопка «Measuring point» позволяет принимать в качестве измеренной точки
текущее положение центра наконечника щупа. Кнопка «Intermediate point» позволяет принимать это же положение в качестве промежуточной точки. Кнопка «Delete»
удаляет последнюю измеренную точку. Кнопка «Terminate» принудительно прерывает процедуру измерения с последующим автоматическим построением измеряемого элемента (если число измеренных до прерывания точек достаточно для построения этого элемента). Кнопка «Abort» прерывает процедуру измерения и выполнение команды «Плоскость» без сохранения каких-либо результатов.
Следующая секция «Progress» представляет собой индикатор числа измеренных точек, и в случае, если снят флажок «Прерывание нажатием кнопки» в окне
«Measurement settings» (рисунок 6.7), имеет вид, представленный на рисунке 6.14.
При этом справа от нее будет доступна еще одна секция «Number of points», позволяющая задавать число измеряемых точек, необходимых для построения элемента.
В случае, если флажок в окне «Measurement settings» установлен, то секция «Number
of points» будет отсутствовать, а сам индикатор «Progress» примет вид, показанный
на рисунке 6.15
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 6.14 – Секции «Progress» и «Number of points» вкладки «Progress» при
снятом флажке «Прерывание нажатием кнопки»
Рисунок 6.15 – Секция «Progress» одноименной вкладки при установленном флажке
«Прерывание нажатием кнопки»
Надпись «Terminate» в поле индикатора означает, что процедура измерения
будет продолжаться независимо от числа измеренных точек до тех пор, пока не будет нажата кнопка «Terminate» в секции «Actions» текущей вкладки. В альтернативном варианте настройки измерение будет прекращено автоматически при достижении числа измеренных точек значения, заданного в счетчике «Number of points».
Завершив настройку параметров создаваемого элемента можно приступать
непосредственно к измерениям. Для этого необходимо:
- нажать на пульте управления машиной клавишу
для активации
средств управления рабочими органами по осям координат (светодиод JOY должен
быть подсвечен);
- включить на пульте управления клавиши
для активации
осей X, Y и Z (активные клавиши должны быть подсвечены светодиодами);
- при помощи джойстика на пульте управления подвести наконечник щупа к
измеряемой плоской грани детали и измерить на ней требуемой количество точек
(следует отметить, что для построения плоскости необходимо минимум 3 точки, но
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в данном случае для повышения точности измерений плоских граней будем использовать не менее 6 точек, равномерно распределенных по их площадям).
При этом порядок измерения плоских граней деталей большого значения не
имеет. Но лучше измерять эти грани попарно и сразу же определять для них необходимые размеры. Например, чтобы определить размер L1 (рисунок 6.2) требуется последовательно измерить и построить два плоских элемента PLN_1 и PLN_2. Это означает, что команду «Плоскость нужно запустить» два раза, и при первом ее запуске
измерить элемент PLN_1, а при втором ее запуске – элемент PLN_2.
В случае успешного завершения измерений этих элементов их идентификаторы будут автоматически добавлены во вкладки окна элементов (рисунок 6.16), а их
графические изображения появятся в рабочем пространстве Metrosoft Quartis. При
наличии большого числа измеренных элементов их можно перебирать в левой
вкладке окна при помощи кнопок со стрелками
,
между вкладками осуществляется при помощи кнопки
. Переключение элементов
.
Рисунок 6.16 – Окно элементов с выбранными элементами PLN_1 и PLN_2
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.7 Определение линейных размеров
После выбора в окне элементов пары плоских элементов, расстояние между
которыми определяет искомый размер, нужно перейти на ленте на ее вкладку «Features» (рисунок 6.17) и в секции «Стандартный» нажать кнопку «Расстояние». Это
приведет к появлению на экране диалогового окна «Reduce elements» (рисунок 6.18),
служащего для редуцирования выбранных элементов. При использовании для определения размера двух плоскостей данное редуцирование будет заключаться в преобразовании одного из элементов в точку, расположенную в центре тяжести этого
элемента. Соответственно расстояние будет определяться как длина нормали, проведенной из этой точки к оставшейся плоскости. Редуцирование может быть выполнено для любого из двух выбранных элементов путем включения переключателя «as
Точка» в левом или правом столбце.
Рисунок 6.17 – Секция «Стандартный» вкладки «Features»
Рисунок 6.18 – Диалоговое окно «Reduce elements»
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Далее для вывода на экран результатов расчета расстояния между выбранными элементами требуется нажать кнопку «OK», что приведет к вызову на экран окна
«Расстояние между элементами (Расстояние точка-плоскость)», представленного на
рисунке 6.19. Искомое значение расчетного размера в этом окне будет выведено в
строке «Фактическое значение». Здесь же полученное фактическое значение размера может быть проверено на соответствие допуску, для чего в предусмотренных полях задается номинальный размер, а также его верхнее и нижнее предельные отклонения. После ввода этих значений программа автоматически пересчитает размерную
погрешность как процент от величины поля допуска и покажет его в строке «Анализ
данных». Для сохранения полученного размера в базу данных измерения необходимо ввести в соответствующее поле идентификатор размера (например, Dist_1) и нажать кнопку «OK».
Рисунок 6.19 – Диалоговое окно «Расстояние между элементами (Расстояние точкаплоскость)»
Аналогичным способом могут быть определены все остальные линейные размеры рассматриваемой детали за исключением размеров L9, L10 и L11 (рисунок
6.2). Для определения размера L11 необходимо предварительно построить два прилегающих элемента в виде прямых линий, лежащих в одной плоскости (LIN_1 и
LIN_2 на рисунке 6.2).
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Построение этих элементов производится при помощи команды «Прямая»,
доступной в секции «Измерение» вкладки Measure на ленте интерфейса программы
и предполагает предварительное построение плоского элемента (PLN_7 на рисунке
6.2), которому принадлежат обе измеряемые прямые.
В соответствии с этим после запуска команды «Прямая» требуется перейти на
дополнительную вкладку «Geometry» для доступа к настройкам геометрии создаваемой прямой линии. Содержание этой вкладки (рисунок 6.20) аналогично настройкам команды «Плоскость», но в отличие от них для определения номинального
положения линии здесь используются координаты начальной (x, y, z) и конечной
(x2, y2, z2) точки прямой, а также направляющие векторы (i2, j2, k2).
Кроме того, рассматриваемая вкладка содержит дополнительную секцию «Отношение» (рисунок 6.20), служащую для определения базового элемента, относительно которого будет производиться построение прямой линии. Для данных условий измерения в верхнем комбинированном списке этой секции нужно выбрать
пункт «Базовый элемент», после чего в соседнем комбинированном списке выбрать
в качестве базового элемента ранее построенную плоскость PLN_7.
Далее требуется перейти на вкладку «Distribution» и выбрать в ее секции «Методы» ручной выбор точек, так же как и в случае измерения плоскости (рисунок
6.11). Количество измеряемых точек на вкладке «Progress» для прямой достаточно
задать равным двум. Задав необходимое количество точек, необходимо при помощи
джойстика на пульте управления подвести наконечник щупа к измеряемой кромке
детали и последовательно измерить на ней две точки. После этого процедуру измерения требуется повторить для второй кромки детали, и в итоге получить в базе
данных измерения два линейных элемента (по умолчанию LIN_1 и LIN_2).
Рисунок 6.20 – Секции «Номинальные значения» и «Отношение» вкладки «Geometry»
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Дальнейшее определение размера производится точно так же, как и при использовании плоскостей. То есть во вкладках окна элементов (рисунок 6.16) выбирается пара линейных элементов LIN_1 и LIN_2, а затем из секции «Стандартная»
вкладки «Features» запускается команда «Расстояние». Запуск команды приводит к
появлению диалогового окна «Reduce Elements» (рисунок 6.18), при помощи которого требуется редуцировать одну из выбранных линий в точку («as Точка») и выполнить расчет искомого расстояния нажатием кнопки «OK».
6.8 Определение угловых размеров
Угловые размеры детали определяются так же на основе плоских элементов и
соответствующей команды «Угол», доступной в секции «Стандартная» вкладки
«Features» (рисунок 6.17). Например, чтобы определить размер, обозначенный идентификатором A1 на рисунке 6.2, необходимо:
- построить две плоскости PLN_8 и PLN_16;
- полученную пару плоскостей выбрать во вкладках окна элементов;
- запустить команду «Угол» и вызвать на экран диалоговое окно «3D angle
between elements» (рисунок 6.21) с результатами расчета угла;
- в поле ID вызванного окна задать идентификатор создаваемого углового
размера, например A1, и нажать кнопку «OK» для сохранения полученного значения.
Следует заметить, что значение угла, полученное таким способом, соответствует минимально возможному значению телесного угла между двумя направленными элементами. Определение плоских углов осуществляется при помощи команды
«Угол 2D», но для ее использования требуется предварительно выполнить процедуру выравнивания детали. Поэтому в данном случае эта команда не применима.
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 6.21 – Диалоговое окно «3D angle between elements»
6.9 Определение диаметральных и радиусных размеров
Для определения диаметральных и радиусных размеров необходимо использовать соответствующие прилегающие элементы в виде цилиндрической поверхности. Измерение цилиндра производится при помощи одноименной команды, которая
может быть запущена из секции «Измерения» вкладки Measure (рисунок 6.6). Процедура измерения цилиндра в рассматриваемом примере выполняется по тому же
принципу, что и в предыдущих случаях и будет выглядеть следующим образом:
- после запуска команды «Цилиндр» активируется вкладка «Geometry», где в
секции «Номинальные значения» (рисунок 6.22) задается идентификатор создаваемого элемента (по умолчанию CYL_1) и кнопкой
выбирается необходимый ре-
жим измерения наружного или внутреннего цилиндра;
- активируется вкладка «Distribution», где в секции «Методы» выбирается
ручной метод распределения измеряемых точек;
- активируется вкладка «Progress», где в ее одноименной секции задается необходимое число измеряемых точек (для построения цилиндра нужно использовать
не менее 6 точек);
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- при помощи джойстика на пульте управления наконечник щупа подводится
к измеряемой поверхности, на которой указываются точки касания (например, чтобы построить элемент CYL_1, соответствующий отверстию D1 на рисунке 6.2, необходимо ввести наконечник щупа в это отверстие и указать на его цилиндрической
поверхности не менее 6 точек равномерно распределенных по всей ее площади).
Рисунок 6.22 – Секция «Номинальные значения» вкладки Geometry в режиме
выполнения команды «Цилиндр»
Полученный цилиндрический элемент далее используется для вычисления радиусного либо диаметрального размера. При этом радиусные размеры вычисляются
командой «Половинный размер», а диаметральные размеры – командой «Размер».
Обе эти команды могут быть запущены из секции «Стандартный» (рисунок 6.17)
вкладки «Features» на ленте интерфейса.
Для использования этих команд необходимо выбрать подлежащий измерению
цилиндрический элемент в левой вкладке окна элементов, а затем запустить требуемую команду. После этого в зависимости от запущенной команды будет выведено
окно «Размер элемента (Диаметр)» (рисунок 6.23) или «Размер элемента (Радиус)»,
полностью идентичные друг другу, за исключением того, что для первого случая в
поле «Фактическое значение» будет приведен расчетный диаметр, а для второго
случая – расчетный радиус. Для сохранения полученных значений требуется задать
соответствующий идентификатор размера и нажать кнопку «OK».
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рисунок 6.23 – Диалоговое окно «Размер элемента (Радиус)»
В завершение нужно добавить, что после построения цилиндрического элемента CYL_1 и пары цилиндрических элементов CYL_3 станет возможным определение координирующих размеров L9 и L10 (рисунок 6.2). Их определение так же,
как и в случае с плоскими элементами осуществляется при помощи команды «Расстояние», но с выбором как плоских, так и цилиндрических элементов в окне элементов. Например, для определения размера L9 необходимо выбрать плоский элемент PLN_7 и цилиндрический элемент CYL_1, а затем запустить команду «Расстояние». Далее в появившемся окне «Reduce Elements» (рисунок 6.18) редуцировать цилиндрический элемент в точку и нажать кнопку «OK» для вывода на экран
результатов расчета искомого размера. Соответственно для определения размера
L10 необходимо использовать пару цилиндрических элементов CYL_3, один из которых при выполнении команды «Расстояние» редуцировать в линию, а второй – в
точку.
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.10 Контрольные вопросы
1 К чему сводится измерение линейных и угловых размеров на координатноизмерительных машинах?
2 Что понимается под прилегающим элементом?
3 Какие типы прилегающих элементов могут быть построены в Metrosoft
Quartis?
4 Каким образом осуществляется создание новой детали и нового измерения в
Metrosoft Quartis?
5 Как производится загрузка сохраненной ориентации измерительного щупа?
6 Что включают в себя общие настройки измерения прилегающих элементов?
7 В чем заключаются особенности построения плоских элементов в ручном
режиме измерений?
8 В чем заключаются особенности построения прямолинейных элементов в
ручном режиме измерений?
9 В чем заключаются особенности построения цилиндрических элементов в
ручном режиме измерений?
10 Каким образом производится определение линейных размеров детали на
основе измеренных геометрических элементов?
11 Каким образом производится определение угловых размеров детали на основе измеренных геометрических элементов?
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список использованных источников
1 Хомченко, В.Г. Автоматический контроль в механообрабатывающих
ГПС: монография / В.Г. Хомченко, А.В. Федотов. – Омск: Изд-во ОмГТУ,
2010. – 160 с.
2 Правиков, Ю.М. Метрологическое обеспечение производств: учебное пособие / Ю.М. Правиков, Г.Р. Муслина. – М.: КНОРУС, 2012. – 236 с.
3 Зайцев, С.А. Контрольно-измерительные приборы и инструменты: учебник
для нач. проф. образования / С.А. Зайцев, Д.Д. Грибанов, А.Н. Толстов, Р.В. Меркулов. – 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 464 с.
4 Никифоров, А.Д. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 2007. – 510 с.
5 Схиртладзе, А.Г. Метрология, стандартизация и технические измерения:
учебник / А.Г. Схиртладзе, Я.М. Радкевич. – Старый Оскол: ТНТ, 2010. – 420 с.
6 3 coordinate measuring machine XOrbit 55 / XOrbit 87: user manual. – Wiesthal/Spessart: WENZEL PRÄZISION GmbH, 2006. – 98 p.
7 Control panel HT 400 / HT 400 RC: technical description / operating instructions.
– Wiesthal/Spessart: WENZEL PRÄZISION GmbH, 2003. – 32 p.
8 Metrosoft QUARTIS R7 User Manual. – Chur: WENZEL Metromec AG, 2012 –
524 p.
102
Документ
Категория
Другое
Просмотров
628
Размер файла
1 881 Кб
Теги
измерительные, 2306, автоматизация, контрольная, операция, машиностроение
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа