Методы и средства измерений при испытаниях машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методы и средства измерений при испытаниях машин

Эксперименты в машиностроении сопряжены с необходимостью измерения различных физических величин:

· геометрических (линейных размеров и углов, макро- и микро отклонений формы);

· кинематических (скоростей, ускорений, параметров вибрационных процессов);

· силовых и энергетических (усилий, давлений, мощностей);

· тепловых (температур и теплофизических констант);

· технологических (параметров обрабатываемости резанием);

· свойств машиностроительных материалов (прочности, твердости, износостойкости) и параметров их внутреннего строения (структуры).

В зависимости от характера измеряемой величины измерения различают следующие виды измерений:

· статических величин;

· динамических величин.

По способу получения значений измеряемой величины измерения разделяют на:

· прямые;

· косвенные;

В процессе прямых измерений искомое значение физической величины получают непосредственно, например: измерение массы на весах, температуры ртутным или спиртовым термометром, геометрические измерения с помощью линейно-угловых средств и т.д.

При выполнении косвенных измерений определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной, например: нахождение температуры резания по термо ЭДС в естественной термопаре, удельного электросопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения, диаметра вала по длине его окружности (рис. 1) и т.д.

Рис.1 - Схема косвенного измерения диаметра вала

При совокупных измерениях проводятся одновременно измерения нескольких одноименных величин, а искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях, например, измерение массы отдельных гирь сравнением масс сочетания гирь.

В процессе совместных измерений проводятся одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Например, измерения, при которых электросопротивление при Т=20 °С и температурные коэффициенты измерительного резистора находят по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах.

Принцип измерения - совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. ультразвуковой контроль испытание вал

Методы измерения - совокупности приемов использования принципов и средств измерения.

Средство измерения - техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Измерительные преобразователи - технические устройства, осуществляющие преобразования величин и образующие канал передачи измерительной информации.

Методы измерения - совокупности приемов использования принципов и средств измерения. Классификация методов измерения приведена на рис.3.3.

Рис. 3 - Классификация методов измерения

Контактные измерения

Контактные методы измерения осуществляются с помощью механических датчиков. Схема датчика фирмы Reneshow:

1 - датчик; 2 - чувствительный щуп датчика; 3 - посадочный конус.

Основные области применения механических датчиков:

· контроль деталей в процессе обработки;

· автоматическая коррекция положения инструмента для компенсации погрешностей станка;

· определение положения "нулевой" точки инструмента в системе координат станка;

· контроль инструмента для определения его износа или работоспособности.

Типовые задачи, решаемые с помощью датчиков типа Reneshow:

· измерение размеров и углов;

· обнаружение смещения изделий;

· измерения изделий и режущих инструментов с целью внесения коррекции в управляющую программу;

идентификация изделий.

Бесконтактные оптические методы и средства измерений

Оптиметры работают по принципу оптического рычага. При перемещении измерительного наконечника изображение шкалы (цена деления 1 мкм), наблюдаемое в окуляр, смещается относительно неподвижного индекса. Для повышения точности отсчета применяется окулярный спектральный микрометр.

Рис. 4 - ИКВ-3 оптиметр вертикальный проекционный

Оптиметр состоит из стойки с кронштейном, измерительного устройства с осветительной системой и набора сменных предметных столов.

Измерительные микроскопы предназначены для измерения линейных и угловых размеров резьбовых изделий, режущего инструмента, профильных шаблонов, лекал, кулачков, метчиков, резьбонарезных гребенок, диаметров отверстий и др. Используется проекционный метод измерений (в проходящем и отраженном свете). Измеряемая деталь может базироваться в центрах или на стекле стола.

Рис. 5 - Измерительный микроскоп MM-400/800

Катетометры предназначены для измерения линейных размеров изделий, не доступных для непосредственного измерения.

Прибор для измерения вертикального расстояния между двумя точками, которые могут и не лежать на одной вертикали. К. состоит из штанги, устанавливаемой вертикально при помощи уровня и трёх уравнительных винтов, горизонтально расположенной зрительной трубы, которая может перемещаться вдоль штанги, оставаясь параллельной самой себе, и приспособлений для точного наведения трубы. Окуляр трубы снабжен перекрещивающимися нитями. При работе пересечение нитей трубы последовательно наводят на каждую из выбранных точек, а искомое расстояние определяют по смещению трубы вдоль шкалы, имеющейся на штанге.

Оптические делительные головки используют для измерения центральных углов. Цена деления от 2 секунд до 1 минуты.

Системы, основанные на оптических бесконтактных методах измерений еще называют системами технического (машинного) зрения, телевизионными системами с микропроцессорным управлением.

Типовая система технического зрения (СТЗ) состоит из оптического устройства (телевизионной камеры, матрицы фотодиодов), ЭВМ и устройства их сопряжения. Аппаратные и программные средства СТЗ формируют изображение и осуществляют его анализ путем сравнения с эталонными данными, хранящимися в памяти ЭВМ. Принцип восприятия информации в СТЗ показан на рис. 5.

Рис. 5 - Принцип восприятия информации в системах технического зрения

Основным элементом СТЗ является матрица воспринимающих элементов (например, фотодиодов) размером m*n. При наличии объекта между матрицей и осветительным элементом часть фотодиодов освещается, вырабатывая при этом электрический сигнал. Этот сигнал анализируется, на основании чего вырабатывается сигнал измерения.

Точность измерения зависит от количества воспринимающих элементов, приходящихся на единицу площади матрицы. Современные СТЗ позволяют осуществлять измерения с точностью до сотых и даже тысячных долей мм.

Кроме измерений, СТЗ используются в ГПС для решения еще одной, очень важной задачи - распознавания образов (например, идентификация используемых в ГПС заготовок, деталей и инструментов).

Образ - множество объектов, объединенных общими свойствами (например, конфигурацией).

Изображение - каждый конкретный объект из множества объектов, объединенных в образ.

Термин "распознавание образов" означает отнесение конкретного изображения к определенному образу - так называемое восприятие изображения.

Системы восприятия СТЗ делятся на 2 основных класса:

· системы полного восприятия - неискаженное (полное восприятие), например, это системы передачи, хранения и обработки видеоинформации;

· системы ограниченного восприятия, в которых только нескольким элементам информационного поля ставится в соответствие один элемент внутреннего преставления.

Большинство СТЗ, предназначенных для решения задачи распознавания, относится к классу систем ограниченного восприятия, так как внутреннее представление образов должно быть таким, чтобы лишь идентифицировать объект без точного его восприятия. Очевидно, что это позволяет значительно упростить СТЗ и уменьшить их стоимость.

СТЗ позволяют решить задачи:

· распознавание;

· идентификация;

· обнаружение;

· поиск изображений по содержанию;

· оценка положения;

· оптическое распознавание знаков;

· определение движения;

· слежение;

· восстановление изображения.

· Структура СТЗ:

· набор камер, являющихся оконечными датчиками системы;

· устройство преобразования видеоинформации;

· устройство обработки и отображения (ПК, программируемые логические контроллеры ПЛК);

· алгоритм обработки.

Помимо этих основных элементов могут также присутствовать дополнительные блоки, превращающие систему сбора и обработки информации в интеллектуальную систему контроля и управления:

· устройства и алгоритмы управления положением камер или объектов (применяются при восстановлении 3D сцен);

· устройства автоматической фокусировки камер;

· устройства структурированной подсветки (используются для формирования на объекте контроля характерной цветовой или яркостной картины при бесконтактном контроле геометрии);

· элементы системы автоматической калибровки.

· Измерительные задачи, решаемые с помощью СТЗ:

· измерение геометрических размеров объектов (в т.ч. крупногабаритных);

· измерение характеристик перемещений конечных и бесконечных (лента, прокат) объектов;

· определение шероховатости поверхностей;

· высокоточное измерение параметров внешних резьб (шаг, высота, углы, натяг);

· контроль взаимного расположения объектов в составе сборки (контроль геометрии тележек вагонов после ремонта);

· определение параметров отдельных частиц (размер, скорость перемещения) в составе потока.

Бесконтактные неоптические методы измерений

Бесконтактные неоптические методы измерений основаны на использовании электрических или магнитных свойств магнитного поля.

В зависимости от используемых свойств магнитного поля применяются следующие датчики:

· датчики магнитного сопротивления для определения присутствия объекта (например, наличие инструмента); имеется ограничение - изделие должно быть магнитопроводящим;

· датчики емкостного сопротивления, определяющие емкостное сопротивление пары объект - зонд;

· индуктивные датчики, измеряющие магнитное поле, создаваемое в объекте;

· датчики инфракрасного излучения применяются для измерения температуры объектов;

· ультразвуковые датчики, осуществляющие анализ отраженных ультразвуковых колебаний объекта.

Индуктивные приборы отличаются высокой точностью, пригодны для дистанционных измерений, легко связываются с ЭВМ для обработки результатов измерений.

Используется свойство катушки индуктивности изменять реактивное сопротивление при перемещении якоря. Для этого якорь выполняется подвижным. Перемещение якоря связывается с измеряемой линейной или угловой величиной.

Преобразователи соленоидного типа - для больших перемещений.

Механотрон - это диод, у которого расстояние между анодом и катодом изменяется в результате воздействия на анод измеряемого объекта.

Ультразвуковые приборы основаны на использовании колебаний ультразвукового диапазона. Применяют, в основном, для измерения толщины объектов, когда нет доступа к одной из противоположных поверхностей объекта контроля.

Методы ультразвукового контроля:

· эхо-метод;

· резонансный метод.

При использовании эхо-метода измеряется время прохождения ультразвукового импульса через слой, толщину которого измеряют.

Второй метод основан на явлении резонанса в контролируемом объекте.

Минимальная толщина объектов 0,2-0,3 мм при абсолютной погрешности измерения 0,1-0,2мм. Максимальная толщина - 20-100мм.

Импульс ультразвукового излучения генератора пройдя от искателя путь l, отражается противоположной стороной стенки объекта 11 и возвращается в искатель 1, откуда передается в приемник 2. Усилитель 3 передает сигнал в измерительный триггер 4, в который поступает сигнал от генератора развертки 7. Блок временной регулировки чувствительности 8 обеспечивает уменьшение чувствительности приемника 2 в момент излучения зондирующего импульса и для восстановления ее. Для повышения точности используют усилитель 5. Регистрация сигнала осуществляется индикатором 6. Искатель 1 преобразует электромагнитные колебания в ультразвуковые, излучает ультразвуковые волны в изделие, принимает отраженные волны и преобразует их в электромагнитные.

Совмещенный пьезоэлектрический искатель состоит из пластины 16, которая приклеена или прижата к демпферу 15. Между пьезопластиной и объектом 11 может располагаться несколько промежуточных слоев 12 и прослойка смазочного материала 17.Искатель размещен в корпусе 14. Выводы 13 соединяют пьезопластину с генератором 10 и приемником 2.

Размещено на Allbest.ru