Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

УДК 531.714

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ НА РАБОТУ БИКАНАЛЬНОЙ КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

Квасников В.П., Баранов А.Г.

Введение

В современных условиях промышленного производства достаточно большое влияние на точность координатных измерений оказывают дестабилизирующие факторы.

Координатно-измерительные машины (КИМ) хотя и являются все еще дорогостоящим оборудованием, однако, являются высокоточными средствами измерения, повышающие качество продукции, за счет резкого снижения бракованных деталей попадающих на сборку, а также снижают стоимость контрольных операций.

Эффективность использования КИМ зависит не только от технических характеристик машины (скорость перемещения, точность измерения и т.д.), но и от условий в которых она эксплуатируется и обслуживается [1,2].

Постановка задачи

Определить оптимальные условия окружающей среды для проведения точных измерений и возможность гашения высокочастотных колебаний в опорах с газовой смазкой, а также виброопор.

Решение задачи

Погрешность измерения одним и тем же средством измерения могут колебаться в больших пределах и из-за  температуры измеряемой детали. Изменение одного метра измеряемой детали при изменении температуры на 1°С ее размер изменится (увеличится) на 11,5 мкм для материала стали из которой делаются концевые меры. В каждой стране издаются так называемые РТМ (руководящие технические материалы). На основании этих материалов производится эксплуатации всевозможного оборудования.

Нормальной температурой эксплуатации КИМ считается:

– температура 20°С±2°С;

– температура в месте расположения машины 20°С±2°С;

– отклонение температуры на протяжении 8 часов 2°С;

– отклонение температуры внутри машины 1°С.

При измерении линейных размеров деталей с одинаковой во всем объеме температурой, отличной от 18°С–20°С, значительный положительный эффект для повышения точности измерений достигается компенсацией линейных температурных ее деформаций. Программное обеспечение ряда КИМ содержит функции компенсации температурных деформаций по вводимым данным о фактической температуре и о реальных коэффициентах линейного расширения измерительных линеек и деталей [3].

Обеспечение надлежащей окружающей среды для эксплуатации  возлагается на пользователя машины. На пользователя возлагается ответственность за проведение испытаний по оценке воздействия окружающей среды на месте установки машины.

Таким образом, необходимо понимать, что указываемые погрешности для КИМ соответствуют всегда 20°С. За рубежом КИМы устанавливают иногда в производственных цехах и тогда для них устанавливают термостатированные кабины работающие в автоматическом режиме. Причем детали устанавливаются на специальные паллеты на части территории этих кабин, а затем специальным транспортным устройством направляются в рабочую зону для измерения на КИМ.

В связи с появлением прецизионных КИМ возникла необходимость в создании термоконстантных кабин с поддерживанием температуры 20°С±0,1°С. Это достигается за счет кондиционеров и специальной вентиляции.

КИМ не должна подвергаться воздействию прямого солнечного света или других источников лучистой энергии. Прочие источники лучистой энергии (например, люминесцентные лампы) по возможности должны быть удалены на расстояние не менее 10 длин наибольшей оси машины. Если эти требования по какой либо причине не приемлемы с практической точки зрения, следует применять не прямые источники света, а пользоваться рассеянным, отраженным светом с увеличенной оптической длиной дуги.

Другим дестабилизирующим фактором является вибрация. Для повышения точности перемещений и позиционирования рабочих органов КИМ, является применение направляющих с малой силой трения, которыми являются опоры с газовой смазкой.

Однако для успешного использования таких опор необходимо провести теоретические исследования влияния возбуждаемых колебаний на динамические характеристики узла трения с учетом упругих свойств контактной поверхности и внешних сил. Наиболее точные результаты дает исследование методом математического моделирования.

На рис.1 представлена динамическая модель опоры с газовой смазкой.

 

Рис. 1 Динамическая модель направляющих координатно-измерительной машины

 

Перемещающийся ползун 1 массой m движется по контактной поверхности 2 направляющих 3. На ползун действуют постоянная внешняя сила Fn, прижимающая его к контактной поверхности, и перпендикулярная ей постоянная сдвигающая сила Ft, приводящая ползун в движение.

Оси On On и Ot Ot являются положениями равновесия контактной поверхности 2 с ползуном 1 соответственно в нормальном и тангенциальном направлениях. Движение ползуна описывается координатами х1 и y1. В общем случае направляющие совершают колебания η0 и ξ0 относительно осей Оη и Оξ, система координат которых ηОξ повернута относительно системы координат xOy на угол α по закону

                                                                                                                   (1)

 

где А, В – амплитуда возбуждаемых колебаний, ω – круговая частота возбуждаемых колебаний, t – время.

В этом случае координаты колебания направляющих

                                                                                                     (2)

где х0, y0 – моментная амплитуда возбуждения направляющих, η0, ξ0 – моментная амплитуда возбуждаемых колебаний.

В зависимости от характера движения ползуна возможны два режима его работы:

движение ползуна со скольжением над контактной поверхностью, происходящее при условии

                                                                                                                     (3)

где y1 – координата ползуна, n – координата контактной поверхности,

и описываемое системой дифференциальных уравнений

                                                                                                                     (4)

 

где m – масса ползуна, х1, y1 – координата ползуна,  – сила трения ползуна, – скорость перемещения ползуна относительно контактной поверхности, Ft, Fn – внешние силы, Рn, Рt – силы деформации контактной поверхности,

движение ползуна со скольжением над контактной поверхностью с большим отрывом возникшим, в следствии, интенсивности возбуждаемых колебаний

                                                                                                                        (5)

и описывается системой дифференциальных уравнений

                                                                                                                                  (6)

 

 

 

Если нормальные и тангенциальные силы в системах дифференциальных уравнений (4) и (6) принимаются в виде

                                                                                         (7)

                                                                                                                   (8)

где Нn, Нt– вязкое сопротивление, Сn, Сt – контактная жесткость, е – координата контактной поверхности,

сила трения между ползуном и контактной поверхностью

                                                                                        (9)

где f0, f1 – коэффициенты трения,

а скорость ползуна относительно контактной поверхности определяется по уравнению

                                                                                                            (10)

Тогда уравнения (2), (7) – (10) принимают вид:

  

    

        

      

         

       

 

где hn, ht – коэффициенты сопротивления, kA, kB – коэффициенты амплитуды колебания, τ – безразмерное время.

Рассмотрим динамические характеристики системы. Основной временной характеристикой системы в установившемся виброударном режиме движения является время его скольжением над контактной поверхностью с большим отрывом τк, характеризуемое соотношением [4]

                                                                                                

 

где p – целые периоды возбуждаемых колебаний, Т – период возбуждаемых колебаний, τk, τб – безразмерное время движения ползуна с отрывом и большим отрывом.

Увеличение τ за период установившегося движение ползуна свидетельствует об увеличении времени его движения над контактной поверхностью с большим отрывом, что является причиной снижения силы трения. Наибольшее сокращение времени τ происходит при резонансных колебаниях ползуна, что объясняется резким возрастанием амплитуды его бесконтактного движения.

Опорная поверхность (пол, фундамент, изолирующая подушка и т.д.) на которую устанавливают машину, под воздействием внешних сил, возникающих в непосредственном окружении машины, может оказывать вредное влияние на общую точность измерения и повторяемость (особенно  на зазор датчиков положения и величину аэростатического зазора воздушных опор). Типовая схема фундамента под КИМ приведена на рис.2.

 

 

Рис. 2 Типовая схема фундамента для КИМ

 

Оператор-метролог проводящий измерения отвечает за выбор места эксплуатации КИМ и обязан предоставить производителю машины характеристики амплитуды, частоты колебаний верхней поверхности фундамента и место расположения КИМ.

Для биканальной КИМ [5, 6] усилие на щуп машины второго канала измерения не должно превышать 30 г. При этом, в момент контакта щупа (шарика) с деталью в течении 2-5 секунд перемещения щупа должны отсутствовать. Все механизмы фиксации перемещений по координатам должны быть разблокированы. Максимальный уход показаний перемещения следует считать амплитудой вибрации машины по данной оси. Испытания проводить по каждому из объединенных направлений КИМ. Допустимая амплитуда 1 мкм РР (смещение) для частоты колебаний менее 10 Hz.

Относительная влажность для системы компьютера, структуры машины и материалов из которых она изготовлена, должна быть в пределах 50%±20%.

Вывод

Проанализировано влияния дестабилизирующих факторов на работу биканальной координатно-измерительной машины. Описаны оптимальные условия работы машины необходимые для проведения точных измерений. А также определено, что стабильность скорости перемещения ползуна является функцией частоты возбуждаемых колебаний и мало зависит от параметров системы. Наибольшая плавность перемещения достигается при возбуждении частотой, превышающей резонансную.

 

The necessary optimum terms for conducting of the exact measurings of multichannel co-ordinate-measuring machine are described in the article , it is shown, that stability of speed of moving of slide-block is the function of frequency of the excited vibrations and small depends of  the parameters of the system.

 

1.                  Сазыкин В.Т. Формирование основных требований к новому поколению автоматизированных систем управления // Промышленная энергетика. – 1995. – №8. – С. 19-24.

2.                  Квасніков В.П. Оптимальне керування процесом гасіння коливань базової частини трикоординатної інформаційно-вимірювальної системи // Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. – 2003. – №13. – С. 120–123.

3.                  Гапшис В.А.А., Каспарайтис А.Ю., Модестов М.Б., Раманаускас В.З.А., Серков Н.А.,  Чудов В.А. Координатные измерительные машины и их применение. – М.: Машиностроение, 1988. – 328 с.

4.                  Трение, изнашивание и смазка. Справочник. Т.2 /Под ред. И.В.Крагельского, В.В.Алисина. М., 1979. С.14.

5.                  Способ измерения формы поверхности детали: А.с. 1753237 СССР, МКИ G 01 В 5/20 / Г.А. Баранов, Р.А. Абубекеров и А.Г. Баранов. – № 4802290/28; Заявлено 18.01.90; Опубл. 07.08.92. Бюл. № 2. – С.4.

6.                  Баранов О.Г. Оцінка погрішності 2-х канальної координатно-вимірювальної машини // Вісник ЧІТІ. – 2001. – № 1. – С.18–20.

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Информационно-измерительные системы

Ковальов О.І. Вимірювання у процесно-орієнтованих стандартах

Полякова М.В., Ищенко А.В., Худайбердин Э.И. Порогово-пространственная сегментация цветных текстурированных изображений на основе метода JSEG

Дзюбаненко А. В. Организация компьютерных систем для анализа изображений

Гордеев Б.Н., Зивенко А.В., Наконечный А.Г. Формирование зондирующих импульсов для полиметрических измерительных систем

Богданов А.В., Бень А.П., Хойна С.И. Релаксация обратного тока диодов Шоттки после их магнитно-импульсной обработки (МИО)

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Проектирование измерителя добротности варикапов

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Оптимизированная модель измерителя доб-ротности варикапов

Руднєва М.С., Кочеткова О.В., Задорожній Р.О. Принципи побудови оптимальної структури інформаційно-вимірювальної системи геометричних розмірів об’єктів в діапазоні від 1 нм до 1000 нм

Биленко М.С., Рожков С.А., Единович М.Б. Идентификация деформаций пе-риодических структур с использованием систем технического зрения

Рашкевич Ю.М., Ковальчук А.М., Пелешко Д.Д. Афінні перетворення в модифікаціях алгоритму RSA шифрування зображень

Дидык А.А., Фефелов А.А, Литвиненко В.И., Шкурдода С.В., Синяков Ф. В. Классификация масс-спектров с помощью кооперативного иммунного алгоритма

Клименко А.K. Обратная модель для решения задач в системах с многосвязными динамическими объектами

Завгородній А.Б. Порівняльне дослідження твердотільних і рідиннофазних об'єктів методом газорозрядної візуалізації

Голощапов С.С., Петровский А.В., Рожко Ж.А., Боярчук А.И. Измерение доб-ротности колебательного контура на основе метода биения частот

Кириллов О.Л., Якимчук Г.С. Диагностирование критерия безопасности при заполнении замкнутых объемов СПЖ косвенным методом

Долина В.Г. Проблеми підвищення точності рефрактометра на основі прозорих порожнистих циліндрів.

Самков О.В., Захарченко Ю.А. Застосування алгоритму клонального відбору для побудови планів модернізації авіаційної техніки

Попов Д.В. Метод формування регламентів технічного обслуговування повітряних суден

Казак В.М., Чорний Г.П., Чорний Т.Г. Оцінювання готовності технічних об’єктів з урахуванням достовірності їх контролю

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Технические аспекты проектирования цифрового измерителя добротности варикапов

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Технические аспекты проектирования устройства для разбраковки варикапов по емкостным параметрaм и добротности

Сосюк А.В. Інтелектуальний автоматизований контроль знань в системах дистанційного навчання

Соколов А.Є. Деякі аспекти систезу комп’ютеризованої адаптивної системи навчання

Полякова М.В., Волкова Н.П., Іванова О.В. Сегментація зображень стохастичних текстур амплітудно-детекторним методом у просторі вейвлет-перетворення

Луцкий М.Г., Пономаренко А.В., Филоненко С.Ф. Обработка сигналов акустической эмиссии при определении положения сквозных дефектов

Литвиненко В.И., Дидык А.А., Захарченко Ю.А. Компьютерная система для решения задач классификации на основе модифицированных иммунных алгоритмов

Лубяный В.З., Голощапов С.С. Прямоотсчетные измерители расхождений емкостей

Беляев А.В. Построение навигации для иерархических структур в WEB-системах и системах управления WEB-сайтом

Терновая Т.И., Сумская О.П., Слободянюк И.И., Булка Т.И. Контроль качества тканей специального назначения с помощью автоматических систем.

Шеховцов А.В. Інформаційний аспект: розпізнавання образів індивідуума.

Полякова М.В. Определение границ сегмента упорядоченной текстуры на изображении с однородным фоном с помощью многоканального обнаружения пачки импульсов.

Литвиненко В.И. Прогнозирования нестационарных временных рядов с помощью синтезируемых нечетких нейронных сетей

Ковриго Ю.М., Мисак В.Ф., Мовчан А.П., Любицький С.В. Автоматизована система діагностики генераторів електростанцій

Браїловський В.В., Іванчук М.М., Ватаманюк П.П., Танасюк В.С. Керований детектор імпульсного ЯКР спектрометра

Забытовская О.И. Построение функции полезности по экспериментальным данным.

Шиманські З. Апаратні засоби сегментації мовного сигналу

Хобин В.А., Титлова О.А. К вопросу измерения парожидкостного фронта в дефлегматоре абсорбционно-диффузионной холодильной машины (АДХМ)

Фефелов А. А. Использование байесовских сетей для решения задачи поиска места и типа отказа сложной технической системы

Слань Ю. М., Трегуб В. Г. Оперативна нейромережна ідентифікація складних об’єктів керування

Ролик А.И. Модель управления перераспределением ресурсов информационно-телекоммуникационной системы при изменении значимости бизнес-процессов

Кириллов О.Л., Якимчук Г.С., Якимчук С.Г. Изучение электрического поля с помощью датчика измерителя электростатического потенциала на модели замкнутого металлического объема

Грицик В.В. Застосування штучних нейронних мереж при проектуванні комп’ютерного зору.

Гасанов А.С. Информационные технологии построения систем прогнозирования отказов

Шеховцов А.В., Везумский А.К., Середа Е.С. Алгоритм сжатия информации без потерь: модифицированный алгоритм LZ77

Ходаков В.Е., Жарикова М.В., Ляшенко Е.Н. Методы и алгоритмы визуализации пространственных данных на примере моделирования распространения лесных пожаров.

Полякова М.В., Крылов В.Н. Обобщённые масштабные функции с компактным носителем в задаче сегментации изображений упорядоченных текстур. – C. 75 – 84.

Полторак В.П., Дорогой Я.Ю. Система распознавания образов на базе нечеткого нейронного классификатора.

Литвиненко В.И. Синтез радиально-базисных сетей для решения задачи дистанционного определения концентрации хлорофилла.

Бражник Д.А. Управление совмещением изображения объекта в сцене и эталонного изображения.

Бабак В.П., Пономаренко А.В. Локализация места положения сквозных дефектов по сигналам акустической эмиссии.

Мороз В. В. R-D проблема и эффективность систем сжатия изображений.

Крылов В.Н., Полякова М.В., Волкова Н.П. Контурная сегментация в пространстве гиперболического вейвлет-преобразования с использованием математической морфологии.

Казак В.М., Гальченко С.М., Завгородній С.О. Аналіз можливості застосування імовірнісних методів розпізнавання для виявлення пошкоджень зовнішнього обводу літака.

Тищенко И.А., Лубяный В.З. Управление коммутационными процессами в интегрированных сетях связи.

Корниенко-Мифтахова И.К.,Филоненко С.Ф. Информационно-измерительная система для анализа характеристик динамического поведения конструкций.

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Модель измерителя емкости с линейной шкалой измерений.

Полякова М.В., Крылов В.Н. Мультифрактальный метод автоматизированного распознавания помех на изображении.

Рожков С.О., Федотова О.М. Алгоритм розпізнавання дефектів тканин для автоматичної системи контролю якості.

Бражник Д.А. Использование проективного преобразования для автоматизации обнаружения объектов.

Ходаков В.Є., Шеховцов А.В., Бараненко Р.В. Математичні аспекти створення автоматизованої системи „Реєстр виборців України”