Поверка средств измерений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

метрологический аттестация поверка

На сегодняшний день вопрос поверки измерительных приборов довольно актуален, так как качество измерений тесным образом связано с проблемой обеспечения высокого качества продукции. Между ними явно прослеживается непосредственная связь: там, где качество измерений не соответствует требованиям технологического процесса, невозможно достичь высокого уровня качества продукции. Поэтому обеспечение качества в значительной степени зависит от успешного решения вопросов, связанных с точностью измерений. Без системы измерений, позволяющей контролировать технологические процессы, оценивать свойства и качество продукции, не может существовать ни одна область техники, так как измерительная техника является неотъемлемой частью любого материального производства.

Важной задачей на пути повышения качества продукции является автоматизация поверки средств измерений, так как это область, где, в большинстве своем, используется ручной труд. Работы по созданию автоматизированных метрологических систем активно ведутся многими метрологическими институтами, но автоматизация поверки в различных областях происходит неравномерно. Это связано с особенностями и спецификой различных видов измерений.

Автоматизация является одним из основных направлений научно-технического прогресса. Под термином «автоматизация» понимается совокупность методических, технических и программных средств, обеспечивающих проведение процесса измерения, минимизируя или полностью исключая непосредственное участие человека.

1.Постановка задачи

1.1 Термины и определения

Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям.

Калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору.

Средствами измерений (СИ) называют применяемые при измерениях технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства. В этом определении основную смысловую нагрузку, вскрывающую метрологическую суть средств измерений (СИ), несут слова «нормированные метрологические свойства». Наличие нормированных метрологических свойств означает, во-первых, что средство измерений способно хранить или воспроизводить единицу (или шкалу) измеряемой величины, и, во-вторых, размер этой единицы остается неизменным в течение определенного времени.

Метрологические характеристики (МХ) -- это характеристики свойств средства измерений, оказывающие влияние на результат измерения и его погрешности. Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально -- действительными. Номенклатура метрологических характеристик, правила выбора комплексов нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования определяются стандартом ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений».

Метрологическая аттестация - это комплекс мероприятий по исследованию метрологических характеристик и свойств средства измерения с целью принятия решения о пригодности его применения в качестве образцового. Обычно для метрологической аттестации составляют специальную программу работ, основными этапами которых являются: экспериментальное определение метрологических характеристик; анализ причин отказов; установление межповерочного интервала и др. Метрологическую аттестацию средств измерений, применяемых в качестве образцовых, производят перед вводом в эксплуатацию, после ремонта и при необходимости изменения разряда образцового средства измерений. Результаты метрологической аттестации оформляют соответствующими документами (протоколами, свидетельствами, извещениями о непригодности средства измерений).

Межповерочные интервалы устанавливаются при проведении государственных приемочных испытаний или метрологической аттестации СИ, исходя из показателей надежности. Они должны гарантировать метрологическую исправность СИ в период между поверками. Годовые календарные графики периодической поверки утверждаются руководством предприятия. Графики составляются отдельно для СИ, представленных на поверку в Государственную метрологическую службу и метрологическую службу субъектов хозяйствования.

Арретир - устройство для закрепления чувствительной подвижной части точного измерительного прибора в специальном положении (арретированном или заарретированном), исключающем поломку устройства при транспортировке и монтаже (при случайных толчках, когда прибором не пользуются).

1.2 Описание объекта поверки

Рычажно-зубчатые измерительные головки с ценой деления 0,001 и 0,002 мм.

В увеличенном механизме измерительных головок входные пары являются рычажными, а выходные - зубчатыми, что существенно повышает точность измерительной головки по сравнению с зубчатым индикатором, поскольку рычажную передачу можно сделать точнее, чем зубчатую. Кроме того, конструктивная особенность рычажных передач позволяет ввести регулировку, которая устраняет не только погрешность изготовления этой передачи, но и компенсирует часть погрешности последующих зубчатых передач. Рычажно-зубчатые головки в зависимости от диапазона показаний разделяются на однооборотные и многооборотные.

Кинематическая схема однооборотной головки (рис.__) состоит из двух рычажных и одной зубчатой пар. Измерительный стержень 6 контактирует с малым плечом с (для 1ИГ с=2,3; для 2ИГ -- с=4,6) первой рычажной передачи 2. П-образная верхняя часть измерительного стержня 6 позволяет разгрузить механизм головки от удара. Если арретиром 7 ударить по измерительному стержню (вверх по его оси), то этот удар не передастся на весь механизм - произойдет лишь отрыв верхней контактной поверхности измерительного стержня от сферы первой рычажной передачи.

Для возможности регулировки длины малого плеча с, а, следовательно, и передаточного отношения всего механизма, на плече установлена цилиндрическая опора с эксцентричным креплением сферического контакта. Поэтому поворотом опоры можно изменить длину пчела с и регулировать передаточное отношение всего механизма. Большое плечо l рычажной передачи 2 контактирует со сферической опорой, установленной неподвижно на оси сектора 10. Изменяя положение сферической опоры на секторе, компенсируют погрешности механизма. Сектор 10 сцепляется с трибом 9, на оси которого установлена стрелка 8. На этой оси укреплен первый конец спиральной пружины 1, а его второй конец - на плате 5 механизма. Спиральная пружинка (волосок) создает кинематическое замыкание измерительной цепи, что обеспечивает однопрофильное зацепление и выбор зазоров во всех шарнирах рычажно-зубчатого механизма.

Рис.1

Стрелку в нулевое положение устанавливают, поворачивая плату всего механизма относительно шарнирной оси 3 посредством рычажно-винтовой передачи 4. Измерительное усилие создается двумя пружинами. Измерительный стержень арретируют поворотом рычага 7. Цену деления регулируют изменением длины плеч рычажных передач с и r. Сначала регулируют плечо с, добиваясь, чтобы погрешности в крайних положениях были симметричны относительно нуля. Затем регулируют плечо до получения погрешностей, не выходящих за пределы допускаемых. Выполнение этих регулировок способствует достижению высокой точности механизма головки. Для повышения надежности головок, которая, в основном, определяется износоустойчивостью контактных элементов, все пары осей установлены в корундовых камнях, а контактные поверхности рычагов армируются твердосплавными или корундовыми подпятниками. Все это существенно повышает надежность однооборотных зубчатых головок ИГ, у которых наработка до первого отказа составляет не менее 600 тысяч циклов условных измерений при вероятности безотказной работы 0,9. Многооборотные рычажно-зубчатые головки 1МИГ, 2 МИГ (рис.__) (1 МИГ с=6,8; 2 МИГ с=13,6) в отличие от однооборотных имеют дополнительные рычажные пары с плечами 12, 13 и зубчатое колесо 14, на оси которого крепится стрелка оборотов 11 и спиральная пружинка 1, создающая кинематическое замыкание измерительной цепи. Измерительное усилие создается двумя пружинами. Все остальные схемные и принципиальные конструктивные решения в многооборотной головке такие же как и в однооборотной (на рис. 29, 30 позиции совпадают).

Рис.2

В измерительных головках МИГ, как и в головке ИГ, имеется два компенсатора погрешностей изготовления. Первый компенсатор, изменяющий передаточное отношение, выполнен в виде эксцентричного шарика, установленного в опоре, закрепленный в синусном рычаге, второй компенсатор реализован в виде эксцентрика в длинном плече синусно-кулисного рычага.

Рычажно-зубчатые головки 1 ИГ изготовляют с ценой деления 1 мкм, а 2 ИГ - 2 мкм, диапазон измерений по шкале 0,1 и 0,2 мм соответственно. Многооборотные рычажно-зубчатые головки 1 МИГ по ГОСТ 9696-82 изготовляют с ценой деления 1 мкм, а 2 МИГ - 2 мкм, диапазон измерений по шкале 1 и 2 мм соответственно.

Головка 05205 в двухрычажном исполнении имеет дополнительную третью регулировку, что позволяет увеличить диапазон показаний почти без потери точности. Головка при цене деления 2 мкм имеет диапазон измерений по шкале 5мм, предел допускаемой погрешности на одном обороте стрелки - 4 мкм, на всем диапазоне 5 мм.

Предельная погрешность измерения однооборотными головками на всем диапазоне измерений шкалы для размеров от 1 до 180 мм составляет от ±2 до ±3 мкм для головок 1 ИГ и от ±4 до ±6 мкм для головок 2 ИГ, установленных в штативах Ш1 или ШМ1.

Если головку установить в стойках С-II или С-III и использовать участок шкалы в ±30 делений с настройкой в нулевой точке шкалы, то погрешность измерения существенно уменьшится до ±1 мкм у головок 1 ИГ и ±(1-2) мкм у головок 2 ИГ.

Предельная погрешность измерений биений многооборотными головками 1 МИГ, 2 МИГ на всем диапазоне измерений шкалы при закреплении их в штативе или стойках С-II и С-III в пределах ±(5-6) мкм, в переделах ±(8-9) мкм для размеров от 1 до 260 мм. При уменьшении используемого участка шкалы до 3-6 мкм погрешность составляет ±(1,5-2) мкм.

Рычажно-зубчатые измерительные головки находят широкое применение как в цеховых отсчетных устройствах, так и в лабораторных приборах.

1.3 Существующая методика поверки

Настоящие рекомендации распространяются на многооборотные индикаторы с ценой деления 0,001 и 0,002 мм по ГОСТ 9696-82 и устанавливают методику их поверки с характеристиками, указанными в таблице.

1.3.1 Операции и средства поверки

При проведении поверки должны выполняться операции и применяться средства поверки с характеристиками, указанными в таблице.

Таблица

Наименование операции	Номер пункта реком.	Наименование образцового средства измерений или вспомогательного средства поверки; номер документа, регламентирующего технические требования к средству; разряд по государ. схеме и (или) метрол. и основные технические характеристики	Проведение операции при:
			Первичной поверке	Периодической поверке
Внешний осмотр	4.1	-	Да	Да
Опробование	4.2	-	Да	Да
Определение метролог. характеристик	4.3
Проверка измерительных наконечников	4.3.1	Детали-образцы с параметром шероховатости Rz=0,100 мкм; нижние стеклянные плоские пластины 60 мм 1-го класса по ГОСТ 2923	Да	Да
Определение общего хода измерительного стержня	4.3.2	Концевая плоскопараллельная мера длины 3-го класса точности, длиной 1,5 мм по ГОСТ 9038-83 (далее - концевые меры длины); Стойка типа С-III по ГОСТ 10197-70	Да	Нет
Определение измерительного усилия и колебания измерительного усилия	4.3.3	Весы циферблатные или цифровые ценой деления 2 г, с наибольшим пределом взвешивания 1 кг, (9,8 Н) среднего класса точности по ГОСТ 23676-79; Стойка С-II по ГОСТ 23676-79	Да	Нет
Определение изменения пок4азаний индикатора при нажиме на стержень в направлении, перпендик. к его оси	4.3.4	Граммометр типа 15-150 по ТУ25-02.021301-76	Да*	Да*
Определение параметра шероховатости наружной поверхности гильзы	4.3.5	Образцы шероховатости поверхности по ГОСТ 9378-75 или детали-образцы параметром шероховатости Ра=0,63 мкм.	Да	Нет
Определение наибольшей разности погрешностей, размаха и вариации показаний	4.3.6	Прибор для поверки измерительных головок типа ППГ-2А (приложение 1), ППГ-3 по ТУ2-034-0221197-003-89; Концевые меры длины 4-го разряда по МИ 1604-87 и концевые меры длины размером 5-10 мм 3-го класса по ГОСТ 9038-83; Стойка типа С-II по ГОСТ 10197-70; Оптиметр горизонтальный с пределом измерений 500 мм и ценой деления по шкале 1мкм; Приспособление для закрепления индикатора (приложение 2)	Да	Да

Примечание. Допускается применение других средств, не приведенных в таблице, но обеспечивающих определение (контроль) метрологических характеристик поверяемых индикаторов с требуемой точностью.

1.3.2 Требования безопасности

При подготовке к проведению поверки следует соблюдать правила пожарной безопасности, установленные для работы с легковоспламеняющимися жидкостями, к которым относится бензин, используемый для промывки.

Бензин хранят в металлической посуде, плотно закрытой металлической крышкой, в количестве не более однодневной нормы, требуемой для промывки.

Промывку проводят в резиновых технических перчатках типа П по ГОСТ 20010-74.

1.3.3 Условия поверки и подготовка к ней

1) При поверке должны соблюдаться следующие условия:

температура окружающей среды, ^оС 20±3

относительная влажность, % 58±20

2) Перед проведением поверки смазанные наружные части многооборотных индикаторов и концевые меры должны быть промыты бензином по ГОСТ 1012-72 или бензином по ГОСТ 443-76, вытерты чистой фланелевой салфеткой по ГОСТ 7259-77 и выдержаны на рабочем месте не менее 4 часов.

1.3.4 Проведение поверки

1) Внешний осмотр

При внешнем осмотре должно быть установлено наличие товарного знака предприятия-изготовителя, порядкового номера, наконечника и паспорта.

2) Опробование

При опробовании проверяют плавность перемещения стрелки, высоту расположения стрелки над шкалой, перекрытие стрелкой коротких штрихов, передвижение стрелки по всей шкале и предел регулирования нулевой установки.

Расстояние между концом стрелки циферблатом определяют по изменению показаний при повороте индикатора.

Стрелку совмещают с отметкой шкалы, соответствующей нерабочему положению индикатора; затем индикатор поворачивают вокруг стрелки приблизительно на 45^о и одновременно, не меняя положения головы поверителя, наблюдают изменение показаний.

Изменение показаний индикатора недолжно превышать 0,5 деления шкалы.

3) Определение метрологических характеристик.

a) Параметр шероховатости измерительной поверхности наконечника проверяют визуально сравнением с деталями-образцами с параметром шероховатости R_z=0,100 мкм. Для определения плоскостности плоских наконечников следует применять плоские стеклянные пластины. Допуск шероховатости 0,2 мкм. После ремонта при периодической поверке на измерительных поверхностях наконечников проверяют отсутствие царапин, сколов и заметного на глаз износа.

b) Для определения общего хода измерительного стержня поверяемый индикатор устанавливают на стойке С-III на верхней предел диапазона измерения и закрепляют; затем между наконечником индикатора и столиком вводят концевую меру длиной 1,5 мм.

Концевая мера должна свободно проходить между наконечником индикатора и столиком.

c) Для определения измерительного усилия и его колебания индикатор закрепляют в стойке С-II и измерительный наконечник вводят в контакт с верхней поверхностью площадки весов, опуская индикатор или нагружая вторую площадку весов (при неподвижном индикаторе), определяют измерительное усилие в начале и конце шкалы индикатора.

Разность между двумя отсчетами характеризует колебание измерительного усилия.

Наибольшее измерительное усилие не должно превышать 2Н, а колебание измерительного усилия для индикаторов 1 МИГ - 0,5Н, у индикаторов 2 МИГ - 0,7Н.

d) Изменение показаний индикатора при боковом нажатии на измерительный стержень в направлении, перпендикулярном к его оси, определяют граммометром. Индикатор закрепляют в стойке типа С-II; измерительный наконечник приводят в контакт с концевой мерой длины. Далее, нажимая концом граммометра с усилием 1Н последовательно с четырех взаимно перпендикулярных сторон на измерительный стержень головки и наблюдая за стрелкой, предварительно установленной на нулевое деление, отсчитывают изменение показаний индикатора при боковом нажатии принимают наибольшее значение из четырех измерений. Изменение показаний не должно превышать 0,5 цены деления шкалы.

e) Параметр шероховатости наружной поверхности гильзы определяют визуально сравнением с образцами шероховатости поверхности по ГОСТ 9378-75 или деталями-образцами с параметром шероховатости Ra=0,63 мкм.

f) Наибольшую разность погрешностей индикатора определяют в вертикальном положении (наконечником вниз).

Индикаторы, изготовляемые по заказу потребителя для работы в других положениях согласно ГОСТ 9696-82, следует проверять в вертикальном положении, в случаях, если они предназначены для работы по углом более 45^о (относительно вертикального положения) и при одном из горизонтальных положений при работе под углом более 45^о (относительно вертикального положения).

Наибольшую разность погрешностей определяют на приборе для поверки измерительных головок типа ППГ-2А (см. приложение 1), ППГ-3 или при помощи концевых мер длины 4-го разряда по МИ 1604-87.

Для определения наибольшей разности погрешностей индикатора следует проводить измерения на отдельных отметках шкалы и определять погрешности на этих отметках или отклонения показаний (см. приложение 3), а затем по полученным значениям путем обработки определить наибольшую разность погрешностей а всем диапазоне измерения и в пределах 200 делений. При определении наибольшей разности погрешностей на всем диапазоне следует проводить измерения на отметках шкалы, расположенных одна от другой через 100 делений, а в пределах200 делений на отметках шкалы, расположенных через 20 делений.

Для определения разности погрешностей индикаторов по концевым мерам длины используют стойку С-II по ГОСТ 10197-70 или горизонтальный оптиметр.

К столику стойки притирают концевую меру длины размером 5-10мм. Образцовые меры устанавливают поперек на притертую к столику концевую меру длины.

При использовании горизонтального оптиметра взамен измерительного устройства вставляют приспособление для закрепления индикатора (см. приложение 2), в которое вставляют и закрепляют поверяемый индикатор. На пиноль оптиметра надевают плоский наконечник.

По наименьшей концевой мере длины устанавливают стрелку индикатора на нулевую отметку шкалы. Затем, сняв меру, последовательно устанавливают на ее место остальные меры. Каждую меру измеряют три раза, арретируя измерительный стержень. Разность между средним значением из трех измерений и размерами последовательно установленных концевых мер длины принимают за погрешность на данной отметке шкалы.

Под наибольшей разностью погрешностей индикатора понимают наибольшую алгебраическую разность значений на поверяемых участках при прямом ходе измерительного стержня.

Наибольшая разность погрешностей на всем диапазоне измерений для индикаторов 0 и 1 классов точности не должна превышать 2 и 2,5 цены деления, а на участке 200 делений для индикаторов 0 и 1 классов точности 1,5 и 2 цены деления.

· Размах показаний определяют в начале, середине и конце диапазона измерений индикатора (наконечником вниз).

Для проверки индикатор закрепляют на приборе ППГ-2А, ППГ-3 или в стойке С-II. Наконечник индикатора устанавливают на измерительную поверхность прибора (ППГ-2А или ППГ-3) или на плоскость концевой меры в одной и той же точке, снимают показания.

Разность между наибольшим и наименьшим показаниями индикатора равна размаху показаний в данной точке диапазона измерений.

Размах показаний в каждой проверяемой отметке не должен превышать 1/2 цены деления шкалы индикаторов 0 класса точности или 2/3 цены деления шкалы 1 класса точности.

· Вариацию показаний индикатора определяют на приборе ППГ-2А или ППГ-3 на отметке, находящейся на 20 делений от нулевой отметки, в середине диапазона измерений и на отметке, находящейся в 20 делениях от последней отметки диапазона измерений.

В каждой отметке шкалы стрелку индикатора переводят вправо от проверяемой отметки на 20 делений, затем переводят на проверяемую отметку и снимают отсчет, после этого стрелку переводят влево от проверяемой отметки на 20 делений, возвращают на проверяемую отметку и снимают второй отсчет. Проверку повторяют 5 раз.

Средняя разность проверенных отсчетов определяет вариацию показаний в поверяемой отметке.

Вариация показаний проведенных отсчетов не должна превышать 1цены деления шкалы индикаторов 0 класса точности и 1,5 цены деления шкалы 1 класса точности.

1.3.5 Оформление результатов поверки

1) Положительные результаты первичной поверки индикаторов предприятие-изготовитель оформляет отметкой в паспорте, заверенной поверителем.

2) На индикаторы, признанные годными при государственной периодической поверке, выдают свидетельство по форме, установленной Госстандартом Российской Федерации.

3) Положительные результаты периодической ведомственной поверки оформляют отметкой в документе, составленном ведомственной метрологической службой.

4) Индикаторы, не соответствующие требованиям ГОСТ 9696-82, бракуют и к применению не допускают. Выдают извещение о непригодности и изъятии из обращения и применения индикаторов, не подлежащих ремонту, или о проведении повторной поверки после ремонта.

2.Обзор существующих стендов автоматической поверки ППГ-3

Рис.3

Рассмотрим прибор отечественного производства. Прибор для проверки измерительных головок типа ППГ-3 модели 30000 предназначен для определения погрешности, размаха и вариации показаний измерительных головок и индикаторов с ценой деления не менее 0,5 мкм с верхним пределом измерений до 10 мм и нутромеров с ценой деления 0,001 и 0,002 мм и верхним пределом измерений до 50мм.

Технические характеристики

1. Принцип действия - механический, оптико-электронный.

2. Присоединительные диаметры поверяемых измерительных головок 8h7 и 28h7 (мм).

3. Диапазон измерений и дискретность отсчета с учетом коэффициента преобразования должны соответствовать:

Таблица 2

дискретность отсчета, мкм	диапазон измерений, мкм
0,01 0,10 0,20 1,0	0 -0,1 0-1,0 0-2,0 0-10,0

4. Вид отсчета - цифровой.

5. Под погрешностью на соответствующем диапазоне измерений понимается алгебраическая разность наибольшего и наименьшего значений погрешностей в поверяемых точках.

6. Отклонение от плоскостности измерительных поверхностей пяток и плоского вкладыша не более 0,1 мкм.

7. Параметр шероховатости измерительных поверхностей Ra ? 0,05 мкм.

8. Порог чувствительности при вращении рукоятки тонкой подачи не более одной дискреты младшего разряда.

9. Механизмы грубой и тонкой подачи должны совместно обеспечивать перемещение измерительной пятки максимального диапазона не менее 10 мм.

10. Податливость измерительных пяток вдоль линии измерения не более 0,15 мкм.

11. Средний срок службы прибора не менее 5 лет.

12. Критерием предельного состояния прибора является износ шариковых направляющих каретки и поломка упругих шарниров.

13. Среднее время восстановления работоспособного состояния прибора не более 8 часов.

Устройство и принцип работы.

Прибор состоит из преобразователя масштабного (1), держателя (2), устройства отсчётного (3). Масштабный преобразователь расположен в держателе с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси с последующей фиксацией.

Рис.4

Преобразователь масштабный состоит из корпуса (1), к передней крышке (2) которого на крестообразном пружинном подвесе присоединен рычаг (3). На задней крышке (4) расположена шариковая ракетка (5), связанная тягой (6) со вторым концом рычага (3).
На рычаге (3) закреплены шарниры (7), связанные со шпинделями (8), каждый из которых снабжен пяткой (9) с плоской измерительной поверхностью. Пятки обеспечивают коэффициенты преобразования 0,01; 0,1; 0,2 соответственно. Кроме того, на передней крышке (2) расположены микровинты (10 и 11) грубой и тонкой подачи, приводящие в движение иглу (13), каретку (5). Измерительный преобразователь (14) закреплен на корпусе (1) с помощью держателя (15) и своим измерительным наконечником входит в контакт с пяткой (16) шариковой каретки (5). С противоположной стороны каретки (5) расположена измерительная пятка (17), обеспечивающая коэффициент преобразования 1:1. Корпус (1) снабжен Т-образными пазами для крепления сменных держателей и другой оснастки. Кнопка (18) связана тягой (19) с собачкой (20), служащей для фиксации положения преобразователя масштабного после поворота вокруг горизонтальной оси.

При работе поверяемый прибор устанавливают с помощью сменных держателей (22) таким образом, что его наконечник вошел в контакт с соответствующей пяткой преобразователя масштабного. Вращением микровинтов грубой и тонкой подачи (10 и 11) приводят в движение каретку (5), перемещение которой отсчитывают по цифровому табло системы. Пятки (9) преобразователя масштабного при этом получают перемещения в 100, 10 и 5 раз меньше, что обеспечивает соответствующее уменьшение погрешности индикации их положения.

Сравнивая показания по шкале поверяемого прибора и показания системы, с учетом коэффициента преобразования, определяют погрешности поверяемого прибора.

Рис.5

2.2 Optimar 100

Полуавтоматический прибор OPTIMAR 100 для проверки индикаторов, индикаторов компараторного типа, рычажных индикаторов а также измерительных щупов. Прибор имеет моторизованное перемещение и высокоточную измерительную систему. Процесс измерения осуществляется под контролем программного обеспечения.

Рис.6

2.2.1 Описание средства измерений

Приборы для поверки измерительных головок и датчиков Optimar 100 представляют собой приборы настольного типа, в котором соблюден компараторный принцип Аббе. Прибор может использоваться в вертикальном и горизонтальном положении (для поверки индикаторных нутромеров). Перемещение измерительной пиноли производится двигателем и оснащено измерительной системой с высокой разрешающей способностью. Установка поверяемых средств измерений производится с помощью вертикальных направляющих. Регулировка по высоте позволяет устанавливать различные диапазоны измерений для поверяемых измерительных головок и датчиков.

Электронный маховичок предназначен для ручного управления перемещением измерительной пиноли и имеет автоматическую подстройку чувствительности в зависимости от процесса или измерительной задачи.

Прибор оснащен системой измерений LIF 101 с компьютерной коррекцией погрешностей.

Измерение осуществляется методом непосредственной оценки. Результаты измерений выводятся на экран монитора для дальнейшей обработки. Питание прибора осуществляется от сети.

Обработка, протоколирование и передача данных измерений производится с помощью программного обеспечения, управляемого через меню.

Процесс поверки индуктивных и инкрементальных датчиков, а также цифровых индикаторов полностью автоматизирован.

Таблица 3. Основные технические характеристики

Диапазон измерений, мм	0 - 100
Предел допускаемой абсолютной погрешности, мкм (L в мм)	0,2 + L/100
Дискретность отсчета, мкм	0,02
Максимальная скорость перемещения измерительной пиноли, мм/с	2
Напряжение питающей сети, В	через штепсельный разъем с помощью блока питания 110/230 В /9 В переменного тока, 18 ВA
Частота, Гц	50...60
Габаритные размеры, мм длина ширина высота	235 216 480
Диапазон рабочих температур, °С	15...35
Температура, при которой обеспечивается нормированная погрешность измерений*, °С	20 ± 0,5
Влажность воздуха, %	50...60
Позиционирование Предустановка: Тонкая установка:	Автоматическая Электронный маховик
Измерительная система	LIF 101 с коррекцией измеренных значений

2.3 KIT M3

Предназначен для поверки и калибровки измерительных головок. Применяется в органах государственной метрологической службы, калибровочных лабораториях, в лабораторных и производственных условиях в машиностроении, металлургии, энергетике и других отраслях промышленности.

Рис.7

2.3.1 Описание средства измерений

Принцип действия приборов типа KIT M3 основан на считывании по измерительной шкале значения измеряемой длины, соответствующей интервалу перемещения наконечника. Поверяемая головка и измерительная система прибора устанавливаются в соответствии с принципом Аббе. Для выполнения измерения перемещения используют электронный преобразователь. Приборы состоят из электронного блока с дисплеем и стойки. Стойка состоит из основания с тремя опорами, вертикальной колонны с направляющими для перемещения держателя головок, подвижного кронштейна, измерительной системы с наконечником, винтов грубой и тонкой подачи, держателя концевых мер длины, защитного экрана. Приборы имеют программное обеспечение SYCOPRO-II фирмы «Sylvac S.A.». Значение перемещения наконечника отображается на дисплее в цифровом виде. Кабель RS 232 предназначен для подключения прибора к СОМ порту компьютера Исполнения приборов отличаются диапазоном измерений и погрешностью.

Таблица 4. Основные технические характеристики

Характеристики/Модель исполнение	KIT M3 10	KIT M3 25	KIT M3 50
Диапазон измерений, мм	0-10	0-25	0-50
Пределы допускаемой абсолютной погрешности, мкм	±0.6	±0.6	±1.5
Дискретность, мкм	0.1
Измерительное усилие, Н: -стандартное -без давления, не более	0.6-1.2 0.15
Масса не более, кг: -стойка -электронный блок	5 1
Габаритный размеры не более, мм: -стойка -электронный блок	110x130x450 230x135x40
Требования к электропитанию: сеть	Напряжение 220В±10%; частота (50-60) Гц; ток не более 0,08 А; потребляемая мощность не более 20Вт
Диапазон рабочих температур, °С	18-22
Атмосферное давление, кПа	84-106,7
Влажность воздуха, %	до 95 (без конденсата)
Вес, кг	5

2.4 MFP 100 BV

Прибор для поверки измерительных головок MFP100BV предназначен для поверки измерительных головок, точных микрометров, а также индуктивных измерительных датчиков.

Область применения - измерительные лаборатории промышленных предприятий и центров стандартизации и метрологии.

Рис.8

2.4.1 Описание средства измерений

Прибор для поверки измерительных головок MFP100BV представляет собой прибор настольного типа, в котором соблюден компараторный принцип Аббе, что позволяет реализовывать наивысшую точность измерений. Прибор имеет вертикальное и горизонтальное исполнения. Перемещение измерительной пиноли производится двигателем и оснащен измерительной системой с высокой разрешающей способностью. Процедура поверки осуществляется с помощью программного обеспечения. Установка

поверяемых средств измерений производится с помощью вертикальных направляющих. Быстрая регулировка по высоте позволяет устанавливать различные диапазоны измерений для поверяемых измерительных головок и датчиков.

Электронный маховичок предназначен для ручного управления перемещением измерительной пиноли. Самостоятельная подгонка чувствительности электронного маховичка к соответствующей операции или задаче измерения.

Прибор снабжен узлом автоматической видеообработки данных, работает с программным обеспечением DIALTEST 100.

Измерение осуществляется методом непосредственной оценки. Результаты измерений выводятся на экран монитора для дальнейшей обработки. Питание прибора осуществляется от сети.

Обработка, протоколирование и передача данных измерений производится с помощью программного обеспечения, управляемого через меню.

Таблица 5. Основные технические характеристики

Диапазон измерений, мм	0-100
Предел допускаемой абсолютной погрешности, мкм (L в мм)	0.2+L/100
Дискретность отсчета, мкм	0.02
Максимальная скорость перемещения измерительной пиноли, мм/с	2
Напряжение питающей сети, В	220±10%
Частота, Гц	50-60
Габаритные размеры, мм длина ширина высота	235 216 480
Диапазон рабочих температур, °С	15-35
Температура, при которой обеспечивается нормированная погрешность измерений, °С	20±0.5
Влажность воздуха, %	52-60

3.Разработка стенда автоматической поверки

3.1 Разработка принципиальной схемы стенда

Разработанный стен, предназначенный для автоматизированной поверки измерительных головок, создан на основе клинового компаратора. Модификация заключается в том, что для контроля линейного продольного перемещения вместо стандартной линейки используется преобразователь линейных перемещений ЛИР-15 с рабочим ходом штока 4 мм, что вполне позволяет производить контроль однооборотных измерительных головок типа ИГ и многооборотных измерительных головок типа МИГ с ценой деления 0,001 и 0,002 мм.

Преобразователь линейных перемещений ЛИР-15 соединен шнуром с блоком индикации УЦИ-520, а тот, в свою очередь, соединен с ЭВМ. Таким образом, показания преобразователя линейных перемещений посредством специально разработанного программного обеспечения попадают в таблицу (базу данных). Используя программу Microsoft Office Excel, можно достаточно быстро обработать массив данных и сделать вывод о пригодности или непригодности поверяемой измерительной головки.

Рис.9

Принципиальная схема стенда автоматизированной поверки измерительных головок на основе клинового компаратора:

1- эталонный преобразователь продольного перемещения (ЛИР-15)

2- корпус

3- шарнир, изменяющий угол наклона планки

4- подшипники продольного перемещения каретки

5- поверяемая измерительная головка (1МИГ)

6- зубчатая рейка продольного перемещения

7- паз для концевых мер длины (для изменения угла наклона планки)

8- зубчатое колесо продольного перемещения

9- прижимная пружина

10- каретка продольного перемещения

3.2 Выбор метода поверки

Экспериментальные исследования различных методов поверки:

1. Соединить преобразователь ЛИР-15, блок индикации УЦИ-520 и ЭВМ. Включить приборы, дать прогреться 5-10 минут. Многооборотную измерительную головку 1 МИГ с небольшим натягом в 2-3 оборота установить в гнездо на клиновом компараторе. Вращая штурвал (винт), приводим каретку продольного перемещения клинового компаратора в такое положение, чтобы стрелка индикатора (измерительной головки 1 МИГ) указывала на 0.

2. Запускаем на ЭВМ специальное программное обеспечение, которое предназначено для автоматического создания массива значений. Данные для массива поступают с преобразователя линейных перемещений ЛИР-15 через блок индикации УЦИ-520. Файл, содержащий массив данных имеет расширение .xls. Интерфейс программы - стандартный интерфейс программы MS Excel. В центре кнопка Start ШЦ , нажатие которой открывает форму UserForm1. Нажатие кнопки CommandButton2 записывает показания преобразователя линейных перемещений ЛИР-15 с блока индикации УЦИ-520 в столбец В на первом листе таблицы MS Excel.

Рис.10

3. Стрелка измерительной головки 1 МИГ находится в начале измерительного диапазона (указывает на нулевую отметку шкалы); показания с преобразователя линейных перемещений ЛИР, отображаемые на блоке индикации УЦИ-520, обнулены. Записать показания преобразователя в массив данных нажатием кнопки CommandButton2.

4. Переместить каретку продольного перемещения клинового компаратора поворотным винтом (штурвалом) так, чтобы стрелка измерительной головки 1 МИГ переместилась на 15-20 делений от нулевого значения. Обратным вращением поворотного винта (штурвала) устанавливаем стрелку измерительной головки в прежнее положение (стрелка указывает на 0). Записать показания в массив данных нажатием кнопки CommandButton2.

5. Повторяем эксперимент 100 (сюда уже включен эксперимент, описанный в пункте 3).

ПРИМЕЧАНИЕ: во всех измерениях стрелку измерительной головки подводим к нужному значению с одной стороны (слева). Это позволит исключить погрешность обратного хода.

6. Закрыть форму UserForm1, скопировать массив данных из столбца В в другую таблицу MS Excel для дальнейшей обработки информации.

7. Переместить стрелку измерительной головки на середину цены деления (между соседними штрихами шкалы) вращением поворотного винта (штурвала). Обнулить показания на блоке индикации УЦИ-520. Открыть форму UserForm1. Записать показания с блока индикации в массив данных нажатием кнопки CommandButton2.

8. Переместить каретку продольного перемещения клинового компаратора поворотным винтом (штурвалом) так, чтобы стрелка измерительной головки 1 МИГ переместилась на 15-20 делений от первоначального значения. Обратным вращением поворотного винта (штурвала) устанавливаем стрелку измерительной головки в прежнее положение (стрелка указывает на середину цены деления). Записать показания в массив данных нажатием кнопки CommandButton2.

9. Повторяем эксперимент 100 (сюда включен эксперимент, описанный в пункте 3).

ПРИМЕЧАНИЕ: во всех измерениях стрелку измерительной головки подводим к нужному значению с одной стороны (слева). Это позволит исключить погрешность обратного хода.

10. Закрыть форму UserForm1, скопировать массив данных из столбца В в другую таблицу MS Excel для дальнейшей обработки информации.

3.2.1 Обработка результатов эксперимента

Таблица 6. Массив данных при настройке на 0 отметку шкалы

Таблица 7

3.2.3 Проверка нормальности распределения

Для приближенной проверки гипотезы о нормальности распределения используют показатели асимметрии и эксцесса.

Асимметрия - это показатель, отражающий степень несимметричности кривой дифференциальной функции экспериментального распределения по сравнению с дифференциальной функцией нормального распределения.

Эксцесс - показатель, отображающий вытянутость (возвышение) кривой дифференциальной функции экспериментального распределения по сравнению с дифференциальной функцией нормального распределения.

Значения асимметрии (А) и эксцесса (Е) рассчитываются следующим образом:

В программе Excel есть встроенные статистические функции для расчета А (функция СКОС) и Е (функция ЭКСЦЕСС).

Выборочные А и Е - случайные величины. Их дисперсии равны

Если  и , то распределение считают нормальным. Гипотезу нормальности бракуют, если  много больше и  много больше.

1. Анализируем массив данных, полученных при настройке на 0

|A|=0,02785 |E|=0,61019

D(A)=0,057099 D(E)=0,215235

3v D(A)= 0,385073 5v D(E)= 0,735500

2. Анализируем массив, полученный при настройке на середину цены деления

|A|=0,06878 |E|=0,57284

D(A)= 0,057099 D(E)= 0,215235

3v D(A)= 0,385073 5v D(E)= 0,735500

Условия нормальности распределения выполняются, следовательно массивы данных подчиняется закону нормального распределения.

3.2.4 Построение гистограмм по данным опытов

Рис.11 Настройка на 0 отметку шкалы

Рис.12 Настройка на середину цены деления

Анализируя гистограммы и проведенные ранее расчеты, делаем вывод, что оба массива данных подчиняются нормальному закону распределения. Рассчитаем и сравним математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение обоих массивов данных.

М₁(Х)=0,001 М₂(Х)= -0,0005

у₁(Х)=0,0008 у₂(Х)= 0,0022

3.2.5 Выбор метода поверки

Проанализировав проведенные опыты, делаем вывод, что лучше использовать первый метод проведения поверки (с настройкой на 0 отметку шкалы), так как в этом случае наблюдается наименьший разброс показаний (на порядок), чем в случае применения настройки на середину цены деления.

3.3 Выбор рабочего эталона

3.3.1 Преобразователь линейных перемещений

Рассмотрим преобразователь линейных перемещений модели ЛИР. По физическому принципу работы этот преобразователь относится к классу фотоэлектрических датчиков. Фотоэлектрические датчики используют фотоэлектрический эффект - явление испускания электронов веществом под действием света, открытым 1887 Г. Герцем.

Устройство и работа преобразователей линейных перемещений.

3.3.2 Принцип действия

Рис.13

Принцип действия преобразователей линейных перемещений (ПЛП) основан на растровой модуляции. При относительном перемещении растровой шкалы 1 (рис. __) и индикаторной пластины 2, содержащей растровый анализатор (рис. __) происходит модуляция потока, создаваемого инфракрасными излучателями 3 платы осветителей 4. Модулируемый поток излучения регистрируется кремниевыми фотодиодами 5 платы фотоприемников 6.

Растровый анализатор индикаторной пластины (см. рис.__) имеет четыре поля считывания: А, В, В, В. Эти поля считывания реализуют два идентичных канала приема излучения А - В и В - В. В состав каждого канала входят два поля считывания, растры которых имеют пространственный фотодиод. Поля считывания канала А имеют пространственный сдвиг растров относительно растров полей считывания В, равный 1/4 шага растра.

Построенные таким образом каналы считывания позволяют получить два ортогональных периодических сигнала |А и |В (рис. __). Наличие ортогонально сдвинутого сигнала позволяет определить перемещение в пределах шага растра, что делает возможным повысить разрешающую способность преобразователя линейных перемещений (ПЛП) в 4 раза по сравнению с шагом растра. Знак фазового сдвига между двумя ортогональными сигналами информирует о направлении перемещения.

Рис.14

Поля Д и Б референтных меток растровой шкалы 1 и индикаторной пластины 2 представляют собой непериодические (кодовые) шкалы, закон формирования которых задан из условия получения автокорреляционной функции кода с явно выраженным максимумом. При относительном перемещении шкалы и индикаторной пластины в зоне совмещения полей референтных меток происходит модуляция инфракрасного потока излучателя 7 и на выходе фотодиода 8 формируется сигнал референтной метки |R_i c явно выраженным максимумом. Поле диафрагмы Г (рис. __) вместе с излучателем 9 и фотодиодом 10 излучает в выработке опорного сигнала в канале референтной метки.



Рис.15

Сигналы, приведенные на рис. __, преобразуются нормирующим преобразователем в выходные сигналы преобразователя линейных перемещений (ПЛП).

3.3.3 Конструкция преобразователей линейных перемещений

Существуют следующие модели преобразователей линейных перемещений: ЛИР-14, ЛИР-15, ЛИР-17. Конструктивно они отличаются выходом кабеля штока и наличием (или отсутствием) его защиты. Общим для этих моделей преобразователей линейных перемещений является конструктивное решение основных узлов и их компоновка (рис. __).

Основные узлы ПЛП:

a) шток 1 с запрессованным на нем ограничителем 2 перемещается в подшипнике качения, наружная обойма 3 которого запрессована в корпусе 4.

b) растровая шкала 5 в оправе жестко связана через ограничитель штока.

c) узел считывания в составе индикаторной пластины 6 платы осветителей 7 и платы фотоприемников 8, смонтированных в оправе 9, крепится к корпусу 4 через штифт 10, что позволяет создавать наклон индикаторной пластины относительно шкалы для обеспечения параллельности штрихов их растров.

Шток, ограничитель и шкала образуют подвижный модуль, способный совершать поступательные перемещения относительно индикаторной пластины в пределах хода штока. Параллельно перемещению штока в корпус установлена направляющая 11. Двумя винтами 12 выбирается зазор между ограничителем и направляющей, что исключает разворот подвижного модуля.

Со стойкой 15 жестко связан кронштейн 16 с закрепленным на нем нормирующим преобразователем 17. Через отверстия в кронштейне пропущены провода от плат узла считывания к нормирующему преобразователю.

Кабель 18 обесточивает питание преобразователя линейных перемещений (ПЛП) и его связь с устройством приема информации потребителя. В ПЛП моделей ЛИР-15, ЛИР-17 кабель вклеен в отверстие корпуса 4, к которому крепится кожух 19. В ПЛП модели ЛИР-14 положение кабеля фиксируется прижимом 20, что предохраняет распайку кабеля на плате нормирующего преобразователя. Выходящий из преобразователя линейных перемещений (ПЛП) конец кабеля проходит через ниппель 21, зафиксированного прижимом 22 на крышке 23 кожуха 24.



Рис.16



Рис.17

4.Исследование метрологических характеристик стенда. Выявление источников погрешности стенда

К погрешностям, возникающим в процессе поверки на автоматизированном стенде, относятся:

a. Погрешность преобразователя линейных перемещений ЛИР-15

b. Температурная погрешность

c. Погрешности номинального значения концевых мер длины (при изменении угла наклона планки)

d. Погрешность прямолинейности поворотной планки клинового компаратора

2. Исследование источников погрешности стенда

3. Оценка источников погрешности стенда

5. Организационно-экономический раздел

5.1 Организация разработки автоматизированного стенда

Для разработки стенда автоматизированной поверки необходимо учесть продолжительность работы каждого участника данного проекта:

Таблица 8. Продолжительность работ и событий
Шифр события	Содержание события	Шифр работы	Содержание работы	Трудоемкость работы, часов (tij)	Число исполнителей, чел.(p)
1	Принята заявка на автоматизацию процесса поверки измерительных головок, то есть создание стенда автоматической поверки на базе клинового компаратора	1-2	Разработка схемы модернизации прибора поверки (клинового компаратора)	40	1
		1-9	Разработка спец. ПО	40	1
2	Разработаны схемы модернизации прибора поверки (клинового компаратора)	2-3	Проведение замеров прибора поверки	2	1
3	Проведены замеры прибора поверки	3-4	Разработка нового узла крепежа	16	1
4	Разработан новый узел крепежа	4-5	Изготовление узла крепежа	8	1
5	Изготовлен узел крепежа	5-6	Установка нового узла на прибор поверки	2	1
6	Узел крепежа установлен на прибор поверки	6-7	Установка ПЛП ЛИР-15 на стенд	1	1
7	ПЛП ЛИР-15 установлен на прибор поверки (с помощью спроектированного узла крепежа)	7-8	Сборка стенда автом. поверки полностью (соединение преоб. линейных пер. ЛИР-15 с блоком индикации УЦИ-20, и с ПЭВМ)	1	1
8	Стенд автоматической поверки собран	8-11	Проведение пробной поверки измерительной	1	1
9	ПО разработано	9-10	Разработка формы для расчета погрешностей	24	1
10	Форма для расчета погреш. разработана	10-11	Фиктивная работа	0	0
11	Пробная поверка проведена	11-12	Оценивание результатов поверки	2	1
12	Результаты поверки оценены	12-13	Внесение поправок в конструкцию стенда или форму расчета погрешностей	5	1
13	Поправки введены	13-14	Разработка технической документации	40	1
14	Документация разработана	14-15	Сдача проекта	2	1
15	Проект сдан	-	-	-	-

По данным из таблицы строим сетевой график работ и событий:

Рис.18

Таблица 9. Расчет параметров сетевого графика

l_кр= 120 часов

Рассчитав параметры сетевого графика, получаем данные для последующей оптимизации, в том числе данные по резервам работ.

Полные резервы имеют работы:

1-9: 7 часов, следовательно, последующие работы (9-10, 10-11, 11-12, 12-13, 13-14, 14-15) начнутся в свои ранние сроки с учётом сдвига на 7 часов, но при этом календарный план всего проекта не нарушится.

9-10: 7 часов, следовательно, последующие работы (10-11, 11-12, 12-13, 13-14, 14-15) начнутся в свои ранние сроки с учётом сдвига на 7 часов, но при этом календарный план всего проекта не нарушится.

10-11: 7 часов, следовательно, последующие работы (11-12, 12-13, 13-14, 14-15) начнутся в свои ранние сроки с учётом сдвига на 7 часов, но при этом календарный план всего проекта не нарушится.

Частные резервы имеют работы:

10-11: 7 часов, следовательно, последующие работы (11-12, 12-13, 13-14, 14-15) начнутся в свои сроки, но при этом работу можно затормозить на 7 часов. Проект закончится в свой запланированный календарный срок.

5.2 Определение суммарных затрат на разработку стенда

1) Расчет прямых материальных затрат.

К прямым материальным затратам относятся затраты на материал и комплектующие, необходимые для выполнения разработки и полностью включаемые в ее стоимость. Учитываются затраты на материалы и комплектующие, целевым назначением идущие на данную разработку.

Таблица 10. Расчет прямых материальных затрат

2) Расчет затрат на основную заработную плату.

Затраты на основную заработную плату определяют как произведение среднемесячной, среднедневной или среднечасовой заработной платы разработчиков на трудоемкость разработки стенда по всем стадиям, выраженную соответственно в месяцах, днях или часах.

Таблица 11. Расчет затрат на основную заработную плату

3)Расчет затрат на дополнительную заработную плату.

Дополнительную заработную плату разработчиков определяют в процентах от итоговой суммы основной заработной платы. В данном случае доля дополнительной заработной платы от основной составляет 14%.

Таблица 12. Расчет затрат на дополнительную заработную плату

4) Социальные страховые взносы.

Социальные страховые взносы рассчитывают в процентах от суммы основной и дополнительной заработной платы разработчиков. При определении данной величины учитываются отчисления в Пенсионный фонд, фонд занятости, фонд социального страхования и фонд медицинского страхования. Проценты взносов принимаются на основании нормативных документов соответствующего года. В 2014 году суммарный процент отчислений на социальные нужды составляет 30%.

Таблица13. Социальные страховые взносы

5) Расходы на приобретение, содержание и эксплуатацию комплекса технических средств (КТС).

При определении расходов на приобретение, содержание и эксплуатацию КТС необходимо учитывать следующее: если весь КТС предназначен только для выполнения данной разработки, то учитывают все затраты как капитальные (на приобретение, транспортировку, монтаж), так и текущие (на содержание, эксплуатацию). Если КТС предназначен не только для выполнения данной разработки, то целесообразно учитывать только текущие затраты.

Для расчета затрат на КТС необходимо привести состав КТС, определены в операционной части, первоначальную стоимость каждого элемента КТС и всего комплекса в целом.

Весь данный КТС проекта разработки автоматизированной поверки измерительных головок предназначен (на первом этапе) только для выполнения данной задачи, поэтому будем учитывать капитальные и текущие расходы.

Таблица 14. Капитальные затраты на оборудование

Расчет на содержание и эксплуатацию КТС определяют как произведение стоимости часа работы КТС на количество часов машинного времени, затраченного на разработку проекта. В стоимость часа работы КТС включают следующие затраты: