Глава 12 Методы и средства испытаний и калибровки приборов активного контроля

Испытания приборов активного контроля в широком смысле это совокуп­ность операций, проводимых для определения правильности их функциониро­вания, технических и метрологических характеристик, работоспособности, на­дежности и т.п.

Всесторонние испытания и проверка приборов имеет решающее значение для качества и надежности приборов. При этом следует иметь в виду, что приборы активного контроля работают в тяжелых условиях машиностроительного производства непосредственно на металлорежущих станках. Приборы работают непрерывно зачастую по 2–3 смены и любая неполадка прибора ведет к простоям станка, а нарушение точности к выпуску брака. Поэтому испытания приборов являются важной и неотъемлемой частью производства приборов.

Государственными «Правилами по метрологии» определены различные виды испытаний средств измерений (в частности приборов активного контроля) – ка­либровка (ПР 50.2.017—95), поверка (ПР 50.2.006—94) и др.

В процессе разработки   приборы и их функциональные узлы проходят всесторонние испытания, объем которых значительно больше, чем испытаний в процессе производства приборов, однако в обоих случаях применяют одинаковые средства и методы испытаний.

На  приборы активного контроля для центровых круглошлифовальных и плоскошлифовальных станков выпущен  ГОСТ 8517—90, в соответствии с которым калибровка и поверка  регламентируется методикой контроля МИ1791—87. На приборы, управляющие процессом обработки на других видах металлорежущего оборудования, методики контроля устанавливаются технической документацией с использованием рекомендаций указанных нормативных документов.

При       выпуске приборов из производства, после их длительного хранения и после  ремонта они подвергаются следующим основным операциям калибровки.

1. Проверка внешнего вида, комплектности и маркировки.

2. Проверка диапазона настройки измерительной оснастки.

3. Проверка вибропрочности и качества монтажа электрооборудования

  1. Проверка герметичности.

5. Проверка электрической прочности изоляции.

  1. Проверка сопротивления изоляции.

7. Проверка шероховатости рабочих поверхностей алмазных или твердо­сплавных наконечников.

8. Проверка правильности функционирования прибора и его узлов.

9. Проверка свободного хода и величины  арретирования контактных наконечников.

  1. Проверка контактного усилия.

11. Определение параметров выходного аналогового сигнала постоянного тока и его погрешности.

12. Определение точностных характеристик:

— погрешности показаний прибора.

— погрешности (размаха) срабатывания команд;

— погрешности настройки окончательной команды;

— смещение настройки.

— погрешности алгебраического суммирования двух индуктивных преобразователей (одноконтактных головок).

13. Проверка продолжительности непрерывной работы прибора.

14. Определение точности обработки, обеспечиваемой системой станок–прибор.

15. Проверка прибора на воздействие условий транспортирования:

— транспортной тряски;

— пониженной (повышенной) температуры;

— повышенной влажности.

При проведении испытаний и калибровки допускается использовать    не только  средства контроля, указанные в нормативных документах, но и другие средства, имеющие эквивалентные характеристики.

Соответствие требованиям показателей надежности устанавливается контрольными испытаниями на надежность по ГОСТ 27.410–87 и по результатам анализа подконтрольной эксплуатации.

Проверку приборов при эксплуатации следует проводить в случае, если размеры обработанных на станке деталей выходят за установленные пределы по причинам, не связанным с потерей точности станка, с неправильной его наладкой и нарушением функционирования.

На стадии подготовки и в процессе проведения контроля соблюдают следующие условия.     При определении точностных характеристик и параметров  должны соблюдаться  нормальные условия применения:

— температура окружающего воздуха (20+5-2) °С;

— относительная влажность воздуха (60±20)%;

– допустимое изменение температуры окружающего воздуха

в течение 4 ч, оС, не более                                                                                1

– скорость изменения температуры окружающего воздуха,

не более, оС/ч                                                                  0,6

– электрическое питание — от однофазной промышленной сети

переменного тока напряжением, В                               110±11, 220±22

Номинальное значение напряжения электрического питания при контроле устанавливают в соответствии со значением напряжения, применяемого при эксплуатации прибора на станке.

При отсутствии в технической документации специальных указаний для контроля конкретных пунктов технических требований температурный режим и влажность окружающего воздуха устанавливают соответствующими условиям эксплуа­тации УХЛ 4.2 ГОСТ 15150–69.

В случае, если перед определением точностных характеристик прибор находился в других климатических условиях, его следует выдержать в течение времени, необходимого для достижения температуры нормальных условий применения (не менее 2х часов). При испытании в этих условиях продолжительность непрерывной работы без корректировки настройки обычно принимают не менее 2 ч.

Если температура выше указанной в условиях применения, допускается сокращать время между корректировками настройки.

Перед определением точностных характеристик  и параметров  закрепленные в соответствующих зажимных устройствах поверочные измерительные средства и испытуемые устройства выдерживают до 1 ч с момента закрепления для стабилизации механических напряжений элементов измерительной цепи. С рабочих поверхностей контактных наконечников удаляют загрязнения с помощью бензина или нефраса. Перед определением точностных характеристик проводят предварительную обкатку не менее 200 циклов срабатывания. При каждом цикле срабатывания кон­тактные наконечники испытуемой измерительной оснастки должны совершать рабочий ход, соответствующий процессу контроля одной детали; при этом должны последовательно выдаваться все команды прибора.

После включения блока управления в сеть электрического питания любой вид испытаний проводят не раньше, чем истечет период времени установления рабочего режима (обычно 15 мин). Проверку рекомендуется проводить в изложенной выше последовательности.

12.1   ИСПЫТАНИЯ И КАЛИБРОВКА ПРИБОРОВ ВНЕ СТАНКА

     Внешним осмотром проверяют:

— качество отделки, покрытий и окраски прибора:

— плавность перемещения регулировочных элементов;

— надежность затяжки крепежных винтов;

— маркировку соединительных кабелей и разъемов;

— наличие клеммы для подсоединения «заземления».

Комплектность прибора проверяют на соответствие ведомости комплектации и  эксплуатационной документации.

Маркировку прибора проверяют на соответствие чертежам и ГОСТ 13762—86.

Вибрационные испытания прибора позволяют выявить наличие механических дефектов и проверить стабильность их метрологических характеристик при воздействии вибраций.

При стендовых вибрационных испытаниях желательно более полно имитировать условия эксплуатации и проверять приборы на весь спектр частот, воздействующий на них. Однако такие испытания слишком трудоемки и, кроме того, не всегда точно известны значения частот, встречающиеся на различных станках. Поэтому испытания приборов проводят при фиксированных нагрузках (желательно максимальных), возникающих в условиях эксплуатации.

При работе шлифовальных станков возникают вынужденные колебания частотой 20–360 Гц с амплитудой 0,5–5 мкм. В отдельных случаях амплитуда колебаний увеличивается до 20 мкм. Частота автоколебаний составляет  300–900 Гц.     Приборы активного контроля проверяют по двум параметрам на вибропрочность и виброустойчивость. Проверка на вибропрочность позволяет выявить недостатки сборки, пайки и другие дефекты изготовления. Поэтому целесообразно проверять на вибропрочность все приборы на заводе-изготовителе. Проверка на виброустойчивость позволяет установить, не возникают ли дополнительные погрешности прибора под воздействием вибраций в процессе шлифования, например, в результате отрыва измерительных наконечников от обрабатываемой поверхности. На виброустойчивость целесообразно проверять приборы только при разработке и выпуске новых моделей. Для испытаний приборов на вибропрочность и виброустойчивость подходят электродинамические виброустановки с диапазоном частот 5—5000 Гц, максимальным перемещением 10 мм и максимальной грузоподъемностью 45 кг.

Проверку вибропрочности прибора и оценку качества монтажа электрооборудования проводят с помощью вибростенда, создающего вибрации с частотой 50 Гц и с амплитудой виброперемещения (половина размаха) до 0,2 мм. Все составные части прибора закрепляют в рабочем положении на платформе вибростенда. В течение 10 минут проводят испытания на режимах, указанных в технической документации. Прибор считают выдержавшим испытания, если после прекращения вибрационной нагрузки при наружном осмотре не будут выявлены механические повреждения, ослабление креплений, нарушение качества монтажа электрооборудования. При этом нормируемые характеристики приборов должны соответствовать требованиям стандартов и техническим условиям.

Герметичность пневмопроводов и их соединений проверяют при давлении 0,6 МПа включением манометра класса 2,5 на участке между входом в пневмосстему и стабилизатором давления. При перекрытии входа и выхода участка проверяемой пневмосистемы стрелка манометра не должна отклоняться от начального положения в течение 1 мин. При проверке герметичности на участке пневмосистемы от стабилизатора давления до измерительной оснастки используют манометр класса 1. При подаче воздуха под давлением 0,2 МПа и при перекрытии входа и выхода проверяемого участка пневмосистемы стрелка манометра не должна отклоняться от исходного положения в течение 3 мин.

Герметичность индуктивных преобразователей, двухконтактных скоб и одноконтактных головок, механизмы которых заключены в герметичный корпус, проверяют погружением в сосуд с водой (рис. 12.1) и подачей внутрь корпуса воздуха с избыточным давлением от 0,01 до 0,015 МПа. По истечении 5 минут с момента погружения не должно появляться следов утечки воздуха (пузырьков).

             Рис. 12.1. Схема проверки герметичности индуктивного преобразователя.

     Электрическую прочность изоляции проверяют между клеммой “Земля”, соединенной с корпусом блока управления, и всеми входными и выходными электрическими цепями, изолированными от корпуса по постоянному току, кроме цепей, указанных в технических условиях на конкретную модель прибора, На цепи подают испытательное напряжение переменного тока и плавно повышают его от 0 до 1,5 кВ в течение 5–10 с. При достижении 1,5 кВ поддерживают напряжение в течение 1 мин, а затем плавно снижают его до нуля. Прибор считают выдержавшим испытания, если не произошло пробоя или перекрытия изоляции. Появление “короны” или шума при испытании не считается признаком неудовлетворительного результата испытания.

Испытание на электрическую прочность изоляции допускается проводить на одних и тех же образцах приборов не более 2 раз. При повторном испытании испытательное напряжение не должно превышать 1,2 кВ.

     Сопротивление изоляции между корпусом блока управления и электрическими цепями, указанными при испытаниях на прочность изоляции, определяют в нормальных условиях применения с помощью мегаомметра. Испытательное напряжение постоянного тока 500 В подводят к испытуемым электрическим цепям последовательно с микроамперметром. Отсчет показаний по мегаомметру и микроамперметру проводят по истечении 1 мин после приложения напряжения к испытуемым цепям. Прибор считают выдержавшим испытания, если сопротивление изоляции равно или превышает нормированное значение (20 МОм).

Для скоб и головок, оснащенных индуктивными преобразователями, сопротивление изоляции проверяют между корпусом и распаянными на кабельную вилку проводами выводов обмоток индуктивного преобразователя. Кроме того, проверяют сопротивление изоляции между корпусом головки и экраном выводов кабеля. Полученные значения должны быть не меньше нормированных величин.

Соответствие требованиям стандартов к шероховатости рабочих поверхностей контактных наконечников устанавливают путем визуального сравнения с образцами шероховатости или аттестованными деталями-образцами.

При оценке качества функционирования узлов прибора путем опробования определяют отсутствие заеданий и люфтов при наладочных перемещениях элементов настройки, надежность их фиксации при установке в требуемое рабочее положение. Правильность функционирования прибора устанавливают воспроизведением взаимодействия механической, электрической и пневмогидравлической систем, последовательности выдачи управляющих команд и сигналов в соответствии с рабочим циклом в автоматическом и наладочном режимах.

     Свободный ход контактного наконечника измерительной оснастки определяют его перемещением в пределах, ограниченных упорами. Для проверки хода арретирования контактные наконечники измерительной оснастки настраивают по жестким базовым поверхностям так, чтобы обеспечивалось нулевое показание отсчетного устройства. С помощью органов управления обеспечивают арретирование контактных наконечников. Зазоры между контактными наконечниками и базовыми опорными поверхностями, соответствующие ходу арретирования, определяют с помощью концевых плоскопараллельных мер длины.

Контактное усилие одноконтактных измерительных головок проверяют на весах для статического взвешивания или с помощью гирь. Головку, подключенную к блоку управления, устанавливают в кронштейн стойки. Перемещают кронштейн до соприкосновения контактного наконечника с площадкой весов для статического взвешивания. Сообщая головке движение, следят за показаниями отсчетного устройства блока управления. В момент достижения нулевого показания определяют значение контактного усилия по шкале весов. Проверку контактного усилия двух и трехконтактных скоб осуществляют с помощью набора гирь или пружинного динамометра (рис. 12.2). Силу, прикладываемую к наконечнику по линии измерения, фиксируют при достижении близкого к нулю показания отсчетного устройства блока управления.

         Рис. 12.2. Пружинный динамометр

Определение погрешности показаний и других точностных характеристик прибора проводят с помощью жесткой стойки (например, стойки интерферометра) или приспособления, снабженного опорным столиком  и кронштейном для крепления проверяемого измерительного средства, и образцовой измерительной головки (рис. 12.3), по которой отмечают перемещения столика.  Столик имеет возможность плавных долемикронных возвратно–поступательных безлюфтовых перемещений с помощью узла микрометрической подачи.

В качестве образцовой измерительной головки в настоящее время применяют  цифровые  фотоэлектрические головки, например  типа METRO (Heidenhain) или ЛИР—14 (СКБ СИ), с дискретностью отсчета 0,1 мм,  диапазоном измерения 5–10 мм и погрешностью 0,2 мкм. Такие головки благодаря большому диапазону измерения, высокой точности, установки нуля (сброс на ноль) в любой точке диапазона измерений и цифровому отсчету чрезвычайно удобны для настройки, проверки и испытаний  измерительных скоб, головок и индуктивных преобразователей.

Проверяемые двухконтактные скобы 2 и 8 или одноконтактную головку 9 с помощью кронштейнов крепят в рабочем положении к стойке интерферометра 7. В стойку устанавливают цифровую  фотоэлектрическую головку 6. Под контактные наконечники скоб и головок устанавливают блоки концевых плоскопараллельных мер длины 3.

Проверяемый прибор 4 и измерительную головку 6 устанавливают в нулевое положение. Плавным перемещением столика 1 на индикаторе проверяемого прибора  последовательно устанавливают показания, соответствующие заданным контрольным точкам и сравнивают их с показаниями образцовой головки. Как видно из схемы рис.12.3 при перемещении столика одна губка скобы перемещается вместе со столиком и наконечником головки 6, другая – неподвижна. При необходимости одинаковых перемещений губок скобы последовательно переставляют под контактными наконечниками соответствующие блоки концевых мер длины. При очередных перемещениях столика и заменах концевых мер длины обеспечивают одинаковые перемещения каждого контактного наконечника скобы.

Рис. 12.3      Схема проверки прибора:

а, г — с двухконтактной скобой для валов; б — с двухконтактной скобой для отверстий; в — с одноконтактной головкой

Для устранения зазоров в кинематическом механизме стойки перед установкой в требуемое положение столик перемещают в одном направлении.

Снятие показаний в каждой контрольной точке проводят три раза. Погрешность показаний на заданном участке отсчитывается от нулевого показания и определяется наибольшей по абсолютному значению разностью трех отсчетов по цифровому индикатору  проверяемого прибора и измерительной головки 6. Полученные значения сравнивают с нормированными пределами.

Параметры выходного аналогового сигнала постоянного тока и его погрешности определяют с помощью средств, показанных на рис.12.3, a.

К аналоговому выходу блока управления 4 подключают цифровой вольтметр 5. В соответствии с установленным для конкретного прибора номинальным значением чувствительности выходного аналогового сигнала, выраженным в В/мм (или в мВ/мкм), показания вольтметра приводят к эквивалентным единицам длины.

Погрешность выходного аналогового сигнала в заданных контрольных точках отсчитывают от нулевого уровня. Она определяется разностью отсчетов перемещений наконечников скобы (с учетом разности размеров концевых мер длины) и приведенными к единицам длины соответствующими отсчетами показаний по цифровому вольтметру. Если погрешность аналогового сигнала не выходит за нормированные пределы допустимой погрешности, параметры сигнала считают соответствующими установленным требованиям.

Современные микропроцессорные блоки управления имеют цифровой канал связи (кодовый выход, как правило, RS 232). Для полноценной проверки цифрового канала связи необходима специальная программа и персональный компьютер, которые позволят послать в блок  любую команду из списка разрешенных и получить и визуализировать ответ  из блока. Изготовитель обычно прилагает дискету с такой программой.

 При определении погрешности (размаха) срабатываний команд используют средства, показанные на рис. 12.3.

Электрическое питание к блоку управления подводят через регулятор напряжения. Окончательную команду прибора настраивают вблизи нулевого показания отсчетного устройства. Предварительные команды настраивают на срабатывание в точках, определяемых технической документацией на конкретную модель прибора.

Контактный наконечник поверяемой скобы или головки приводят в соприкосновение со столиком стойки. Второй контактный наконечник двухконтактной скобы приводят в соприкосновение с неподвижной опорой.

Плавным перемещением столика стойки обеспечивают одновременное перемещение наконечников скобы и измерительной головки так, чтобы происходило последовательное срабатывание предварительных, а затем окончательной команды. Столик перемещают в одном направлении для исключения зазоров в кинематическом механизме стойки.

По цифровому индикатору  измерительной головки 6 отмечают показание, при котором происходит срабатывание соответствующей команды прибора.

Всего для каждой команды проводят три серии испытаний по десять измерений (срабатываний команды): при номинальном, наибольшем и наименьшем предельных значениях напряжения питания (110; 121; 99) В или (220; 242; 198) В. Напряжение питания изменяют с помощью регулятора напряжения. Размах срабатывания (погрешность срабатывания) каждой команды определяется как наибольшая разность из 30 отсчетов по образцовой измерительной головке.

 Погрешность настройки определяют с помощью средств, применяемых для определения погрешности (размаха) срабатывания команд (рис. 12.3, а, б, в).

В стойке закрепляют измерительную головку 6, соединенную с блоком управления. К столику 1 стойки 7 подводят и фиксируют контактный наконечник проверяемого прибора 2, 8 или 9 таким образом, чтобы на индикаторе блока управления 4 установилось показание, близкое к нулевому. С помощью клавиатуры блока управления 4  настраивают уровень срабатывания окончательной команды на значение, соответствующее нулю прибора. Эту настройку считают начальной (хн).

Столик 1 стойки 7 плавно перемещают таким образом, чтобы  показания блока 4 сместились в плюсовую область. Затем столик 1 перемещают в обратном направлении и по образцовой измерительной головке  6 фиксируют отсчет по загоранию светодиода в момент срабатывания  окончательной команды. Перемещения столика 1 повторяют 3 раза. Из полученной серии трех отсчетов вычисляют среднее арифметическое значение:

X1 = 1 + Х2 + Х3)/3.                                             (12.1)

За погрешность настройки в первой серии испытаний принимают разность между начальным показанием измерительной головки 6, при котором проводилась настройка (Хн1), и полученным средним арифметическим значением трех отсчетов по шкале измерительной головки (Xi).

Настройку команды и определение погрешности настройки повторяют 3 раза:

δ1 = Хн1  Х1

δ2 = Хн2  Х2                                                                      (12.2)

           δ3 = Хн3 Х3

За погрешность настройки δн принимают наибольшую по абсолютному значению погрешность, полученную в трех сериях испытаний.

 Смещение настройки после установленного числа циклов работы прибора и срабатывания всех команд  определяют на обкатном стенде или центровом круглошлифовальном станке с применением контрольной и фасонной оправок (рис. 12.4, а, б). Их номинальный диаметр должен примерно соответствовать среднему значению диапазона настройки прибора. Испытания могут проводиться и на другом станке в зависимости от назначения прибора.

Рис. 12.4. Контрольная и фасонная оправки:

а — для проверки двухконтактных приборов; б –для проверки одноконтактных приборов

Проверяемую скобу или  головку настраивают по вращающейся со скоростью  30–60 об/мин  контрольной оправке так, чтобы обеспечивалось близкое к нулю показание по  индикатору блока управления.

Затем вместо контрольной оправки в центры стенда или станка устанавливают фасонную оправку, приводят ее во вращение и проводят 200 циклов предварительной обкатки. За каждый цикл должны последовательно срабатывать все команды и перемещаться контактные наконечники проверяемой оснастки в соответствии с циклом управления при обработке одной детали на станке.

После предварительной обкатки  на стенде устанавливают контрольную оправку, приводят ее во вращение и фиксируют показания индикатора  блока управления при десятикратном подводе контактных наконечников к контрольной оправке.

Начальный уровень настройки перед поверочной обкаткой (Хн) определяется как среднее арифметическое значение серии 10 отсчетов:

Хн  = 1/10 ∑ Хi .                                                                         (12.3)

Вместо контрольной оправки в центры устанавливают фасонную оправку, соответствующую целевому назначению прибора. Проводят поверочную обкатку до установленного числа циклов срабатывания (например, 1500 циклов). Для приборов, работающих с арретированием контактных наконечников, предусматривают их периодическое арретирование в процессе обкатки.

По окончании поверочной обкатки вместо фасонной оправки устанавливают контрольную оправку и приводят ее во вращение. Фиксируют показания индикатора блока управления при десятикратном подводе контактных наконечников к контрольной оправке.

При наличии в приборе выходного аналогового сигнала показания могут сниматься также с цифрового вольтметра, подключенного к аналоговому выходу блока управления.

Уровень настройки после обкатки к) определяют как среднее арифметическое значение серии из 10 отсчетов, т.е.

Хк  = 1/10 ∑ Хi .  

За смещение настройки прибора δсн принимают разность между средними арифметическими значениями до и после поверочной обкатки прибора:

        δсн= Хн  Хк.

Для определения смещения настройки приборов-подналадчиков, корректирующих размерную настройку станка по результатам контроля деталей после их обработки, применяют следующую методику.

Подготавливают деталь-образец (меру), размер которой не выходит за пределы установленного для данной операции поля допуска, например, соответствует середине поля допуска. Допуски геометрической формы меры не должны превышать 10–20% нормированного предела смещения настройки прибора. Размер меры может быть любым в пределах поля допуска. При необходимости можно проверять подналадчик по нескольким мерам разного размера.

Для обкатки прибора применяют партию обработанных деталей с полем рассеяния размеров, превышающим допуск, контролируемый прибором.

На подготовительной стадии проводят предварительную настройку уровня срабатывания управляющей команды “подналадка” по установленной на измерительную позицию мере.

На начальном этапе проводят предварительную обкатку прибора в течение 20–30 мин, устанавливая обкаточные детали на измерительную позицию вручную или с помощью механизмов, обеспечивающих автоматическую загрузку и ориентацию деталей. Такт прохождения деталей обкатки обычно согласовывают с производительностью контроля в процессе эксплуатации прибора. Вместе с обкаточными деталями не менее 15–20 раз пропускают меру. По цифровому табло фиксируют результаты измерения меры и проводят корректировку уровня настройки команды “подналадка” с помощью клавиатуры блока.    Определяют размах показаний и уровень настройки как среднее арифметическое (12.3).

При неизменной настройке в течение следующих 2ч через измерительную позицию пропускают партию обкаточных деталей.

По окончании  цикла обкатки вновь производят 25 циклов  измерений меры и фиксируют результаты измерений. Определяют уровень настройки после обкатки как среднее арифметическое (12.3). Разность значений уровня настройки до и после обкатки

   δсн= Хн  Хк

не должна превышать нормированного значения смещения настройки. При необходимости такую операцию повторяют для каждой команды или выборочно для нескольких команд.

Определение погрешности показаний при алгебраическом суммировании перемещений контактных наконечников двухконтактных скоб определяют с помощью средств 6 и 7, показанных на рис. 12.3, а, б, г. Контактные наконечники скобы 2 и цифровой фотоэлектрической головки вводят в соприкосновение с базовыми поверхностями столика 1 (рис. 12.3, г). Настройкой скобы и блока управления обеспечивают  нулевое  показание цифрового индикатора. Перемещениями столика верхнему и нижнему наконечникам скобы одновременно сообщают равные перемещения в одном направлении. При этом расстояние между контактными наконечниками остается неизменным. Перемещения отсчитывают по цифровому индикатору фотоэлектрической головки 6. Показания блока управления проверяемого прибора не должны изменяться.   Погрешность показаний на заданных участках перемещений определяют по отклонению показаний блока управления от  начальной (нулевой) настройки прибора 4.

Продолжительность непрерывной работы прибора проверяют включением в сеть электрического питания на время непрерывной работы, регламентированной в стандартах или технических условиях. Результаты испытаний считаются положительными, если после истечения времени непрерывной работы прибор соответствует установленным точностным требованиям.

Размах срабатывания команд в рабочих условиях применения определяют с применением климатической камеры следующим образом.

Подключенные к блоку управления испытуемую скобу, индуктивный преобразователь или  одноконтактное устройство закрепляют в кронштейне стойки 7 (см. рис. 12.3) и устанавливают вне климатической камеры, в помещении, где обеспечиваются нормальные условия применения. Блок управления помещают в камеру и устанавливают в ней нормальные климатические условия. Проверяют размах срабатывания команд прибора в нормальных условиях.

Температуру в камере повышают до верхнего значения температурных рабочих условий применения и поддерживают ее в течение 3 ч.

Определяют размах срабатывания команд и выключают прибор.

Относительную влажность воздуха и температуру в камере повышают до значения, установленного в рабочих условиях применения. Выдерживают прибор в указанных условиях в течение 3 ч. После этого прибор включают в сеть и определяют размах срабатывания команд.

Прибор выключают, извлекают из камеры и выдерживают в нормальных условиях в течение 3 ч. Затем прибор включают и в этих же условиях определяют размах срабатывания команд.

Допускаемые изменения температуры в камере в течение времени определения точностных параметров не должны превышать 20С.

Прибор считают выдержавшим испытания на устойчивость к воздействию верхних значений температуры и влажности в рабочих условий применения, если размах срабатывания команд не превышает нормируемые значения.

Аналогичным образом проводят проверку прибора на устойчивость к воздействию нижнего значения температуры рабочих условий применения.

Проверка защиты, обеспечиваемой оболочкой электронного блока управления, проводится по методике, изложенной в ГОСТ 14254–96.

     12.2    ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧНОСТИ  ОБРАБОТКИ

Точность обработки, обеспечиваемую системой станок–прибор активного контроля, определяют в рабочих условиях применения.

Перед испытаниями устанавливают правильность функционирования и взаимодействия всех узлов  прибора и станка. Органы станочной автоматики должны стабильно исполнять команды управления прибора, обеспечивая оптимальные режимы резания и их постоянство на всех фазах процесса обработки и особенно на завершающей фазе. Очень важно, чтобы установленные режимы резания  исключали возникновение в процессе обработки недопустимых силовых и температурных деформаций деталей, обеспечивая отклонения геометрической формы поверхностей в пределах (25—50)% допуска размера.

После монтажа, наладки, настройки и опробования прибора обрабатывают партию деталей в автоматическом или полуавтоматическом режимах работы. Число деталей в партии, режимы резания, количество испытуемых приборов, условия контроля и средства измерения обработанных деталей устанавливаются технической документацией на конкретные модели прибора и станка.

Обычно за размер обработанной детали принимают полусумму наибольшего и наименьшего размеров в измеряемом поперечном сечении, т.е. частично исключают отклонение формы обработанных деталей.  Такой прием лучше отражает точность собственно прибора активного контроля.

Точность обработки, обеспечиваемую системой станок–прибор, определяют полем рассеяния размеров партии обработанных деталей.

Поле рассеяния размеров в партии из 100 и более деталей рекомендуется оценивать по формуле

ω = 4S,

где ω — поле рассеяния размеров; S — среднее квадратическое отклонение размеров партии обработанных деталей, вычисляемое по формуле

S = √ ∑(XiX)2/n                                                                     (12.5)

при п = 100 – 150.

В случае заметного смещения уровня настройки Δсн в партии обработанных деталей следует его учитывать как Δсн = |XiХтах |, где Хmax— наибольшее отклонение центра рассеяния мгновенной выборки в процессе обработки от соответствующего значения Xi в начале обработки.

Если центры рассеяния размеров смещаются во времени по линейной зависимости, то поле рассеяния ω можно определить как

ω = Δсн + 4S.                                                                           (12.6)

Кроме того, среднее квадратическое отклонение с достаточной для практики точностью можно определить методом размахов или с большей точностью другими методами по ГОСТ 27.202—83.

Точность обработки считается удовлетворительной, если поле рассеяния размеров обработанных деталей  не выходит за пределы, установленные документацией на конкретную модель прибора.

            12.3   ИСПЫТАНИЕ ПРИБОРОВ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ

                          УСЛОВИЙ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ

Для проведения испытаний прибора на воздействие транспортной тряски применяют стенд имитации условий транспортирования или ударную механическую установку.

Проверенный в нормальных условиях применения и упакованный в транспортную тару прибор крепят к платформе испытательного стенда без дополнительной наружной амортизации в положении, определяемом надписью “Верх”. Испытания проводят в течение 1 ч с частотой 80—120 ударов в минуту при ускорении 30 м/с или при общем числе ударов 15 000 с тем же ускорением.

Допускается испытание прибора на транспортную тряску проводить транспортированием его на грузовом автомобиле со скоростью 20–40 км/ч на расстояние 100 км.

После испытаний прибор распаковывают и внешним осмотром устанавливают отсутствие повреждений. Затем в нормальных условиях применения проводят контроль точностных характеристик и основных параметров, установленных стандартами.

Для проведения испытаний прибора на воздействие пониженной (повышенной) температуры, соответствующей условиям транспортирования, устанавливается следующая методика.

Проверенный в нормальных условиях применения прибор в транспортной упаковке помещают в камеру холода (тепла) и понижают температуру до (-50±3)0С, а затем повышают до (+50±3)0С и выдерживают не менее 3 ч при каждом режиме. По истечении времени выдержки извлеченный из камеры прибор распаковывают и выдерживают не менее 12 ч в нормальных условиях применения. Внешним осмотром устанавливают отсутствие повреждений. Затем в нормальных условиях применения проводят контроль соответствия точностных характеристик и основных параметров, установленных стандартами.

Для проведения испытаний прибора на воздействие повышенной влажности, соответствующей условиям транспортирования, устанавливается следующая методика. Проверенный в нормальных условиях применения и упакованный в транспортную тару прибор помещают в камеру влажности и повышают влажность до (95±3)% при температуре (35±3) 0С. Время выдержки в камере должно быть не менее 2 ч.

Прибор подвергают естественному охлаждению до температуры и влажности нормальных условий применения и выдерживают не менее 12 ч. Затем в этих же условиях проводят контроль соответствия точностных характеристик и основных параметров, установленных стандартами.

          12.4    ПРОВЕРКА  НАДЕЖНОСТИ ПРИБОРОВ

Для  приборов активного контроля устанавливают следующую номенклатуру показателей надежности и их нормирование.

Средняя наработка прибора на отказ нормируется в циклах срабатывания или временем работы. Критерием отказа прибора считают нарушение его функционирования или потерю точностных параметров, для восстановления которых требуется проведение ремонта или замена деталей, не предусмотренная эксплуатационной технической документацией. Под циклом срабатывания понимают последовательное срабатывание всех управляющих команд прибора и перемещение его контактных наконечников, соответствующее процессу контроля одной детали.

Полный средний срок службы прибора и установленный полный средний срок службы нормируют соответственно временем не менее 6 и 3 лет. Считают, что критерием предельного состояния прибора является необходимость проведения его ремонта с затратами, превышающими 50% стоимости нового прибора.

Среднее время восстановления работоспособного состояния обычно ограничивают 6 ч.

Срок сохраняемости прибора, как правило, соответствует сроку хранения и составляет не менее 2 лет со времени консервации.

Соответствие нормированному требованию средней наработки на отказ подтверждается испытаниями (по ГОСТ 27410—87) не менее трех типовых экземпляров приборов. Испытания проводят по одноступенчатому методу α = β = 0,2.   Результаты считают положительными, если все приборы в процессе испытаний не имели отказов.

Соответствие требованиям остальных показателей надежности подтверждают анализом результатов подконтрольной эксплуатации не менее трех приборов.

     12.5   СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПРИБОРОВ В   РЕЖИМЕ,          

            ИМИТИРУЮЩИМ УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

При испытаниях приборов в динамическом режиме желательно полнее имитировать условия их эксплуатации. Как известно, при работе прибора на станке его наконечники контактируют с вращающейся или прямолинейно перемещающейся поверхностью контролируемой детали непрерывной формы, имеющей отклонения от круглости, цилиндричности или прямолинейности.

Скорость перемещения контролируемой поверхности обычно составляет от 2 до 50 м/мин. Отклонения формы контролируемой поверхности могут достигать нескольких микрометров. В процессе обработки по мере съема припуска под контактными наконечниками прибора непрерывно меняется размер со скоростью до 100 мкм/с в начале обработки и до почти нулевого значения в конце цикла.

Таким образом, под контактными наконечниками прибора происходят одновременно небольшие изменения размера (отклонения формы) с относительно высокой частотой (до 10 Гц) и сравнительно медленное непрерывное изменение размера (рис. 1.1).

При стендовых испытаниях имитацию указанных воздействий осуществляют различными способами: перемещением контактных наконечников вдоль вращающейся конической оправки (рис. 12.5, а), с помощью овальной вращающейся оправки (рис. 12.5, б), с помощью шлицевой вращающейся оправки.

Рис. 12.5. Способы изменения размера под наконечниками прибора при испытаниях:     а — с помощью конической оправки; б — с помощью овальной оправки

При выпуске приборов широко применяют описанный выше способ поверки погрешности от смещения настройки, состоящий в том, что проводится обкатка приборов на вращающейся оправке с лысками или овальной оправке и периодическая поверка по неподвижной или вращающейся  аттестованной оправке. Этот способ удобен, прост и не требует сложного испытательного оборудования.

При   исследовательских и приемочных испытаниях новых приборов их проверку  в динамическом режиме часто осуществляют на стенде  с вращающейся конусной оправкой.

Схема стенда для динамических испытаний показана на рис. 12.6. В неподвижных центрах 2 устанавливают конусную ступенчатую оправку 3, которая вращается с заданной скоростью. С поверхностью оправки 3 контактируют наконечники 4 проверяемого прибора. Измерительное устройство 5 проверяемого прибора устанавливают на каретке 6, которая перемещается параллельно оси оправки 3 на точных и жестких направляющих с помощью электродвигателя 8 с преобразователем 9 и редуктора Р. Стенд снабжен также индуктивным или фотоэлектрическим преобразователем пути 1, который определяет положение каретки 6 при срабатывании проверяемой команды прибора. Преобразователь пути 1 соединен с микропроцессорным блоком 11, управляющим работой стенда.

Рис. 12.6. Схема стенда с конусной оправкой для динамических испытаний приборов

Проверяемый прибор настраивают на размер в левой части оправки 3 на участке меньшего диаметра. Блок управления 7 проверяемого прибора  настраивают на нулевое значение,  соответствующее уровню срабатывания окончательной команды прибора. Остальные команды проверяемого прибора настраивают на других более крутых, участках конической оправки 3.

Преобразователь пути 1 настраивают на нулевое показание микропроцессорного блока 11 вблизи точки срабатывания окончательной команды проверяемого прибора. Включается вращение оправки 3 и возвратно-поступательное перемещение измерительного устройства 5 вдоль оправки. При ходе устройства 5 вправо размер под контактными наконечниками увеличивается. При обратном ходе устройства 5 размер оправки уменьшается и последовательно выдаются все управляющие команды. Таким образом, на стенде имитируется изменение размера вращающейся детали также как в процессе обработки.

Скорость изменения размера определяется скоростью перемещения каретки 6 и конусностью рабочих участков оправки. Оправка может быть ступенчатой с разной конусностью (рис. 12.6), которую выбирают в соответствии со скоростью съема припуска при черновом и чистовом шлифовании и выхаживании.

Можно применять одноступенчатую оправку, а изменять ступенчато или непрерывно скорость перемещения каретки с измерительным устройством по программе микропроцессорного блока 11. Для этого каретку 6 перемещают с помощью управляемого электропривода 5. Испытание проводится следующим образом.

Каретка 6 с измерительным устройством 5 перемещается вдоль конической оправки вправо и влево. При перемещении влево размер уменьшается и последовательно срабатывают и поступают от блока 7 в микропроцессорный блок 11 все управляющие команды. По каждой команде испытуемого прибора микропроцессорный блок 11 по сигналам индуктивного преобразователя 1 фиксирует момент срабатывания каждой  команды проверяемого прибора. При этом определяется положение каретки 6 в момент срабатывания каждой команды. С учетом конусности оправки проводится пересчет и определяется диаметр оправки (точнее отклонение диаметра) в момент срабатывания команды. При конусности оправки 1:10 и 1:20 перемещению каретки на 1 мкм соответствует изменение диаметра оправки на 0,1 и 0,05 мкм. В автоматическом режиме испытаний по программе микропроцессорного блока выполняется большое число циклов работы прибора (например, 1500 циклов).

В каждом цикле фиксируются диаметры оправки, на которых выдаются  команды испытуемого прибора. По N циклам испытаний, например N = 25, в блоке вычисляют среднее квадратическое отклонение σi(погрешность срабатывания) и среднее арифметическое  Xi  (центр группирования). По отклонению среднего арифметического |Xo-Xmax| определяют погрешность от смещения настройки за время испытаний. Микропроцессорный блок 11 соединен с принтером 10, выдающим результаты испытаний в документальном виде.

Описанный стенд представляет собой полностью автоматизированное устройство для точностных испытаний  приборов активного контроля. Недостатком метода проверки, использованного в стенде, является необходимость в очень точном изготовлении конической оправки в продольном и поперечном сечении.

     12.6  ЛИНЕАРИЗАЦИЯ (КАЛИБРОВКА)  ХАРАКТЕРИСТИКИ

                                   ИНДУКТИВНОГО  ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

В современных приборах активного контроля применяют микропроцессорные блоки управления с индуктивными преобразователями. При наладке прибора и при замене преобразователя необходимо провести его калибровку, установив заданную дискретность цифровой индикации, диапазон измерения и линейность характеристики прибора.  Если линейность преобразователя на рабочем участке  недостаточна, то одновременно с калибровкой проводится  линеаризация его характеристики.

В измерительной оснастке приборов активного контроля применяют дифференциальные и недифференциальные индуктивные преобразователи. Их  встраивают непосредственно в измерительную оснастку приборов и  линеаризацию преобразователей  проводят вместе с этой оснасткой, оснащенной державками и наконечниками.  Калибровочные перемещения  сообщают наконечнику измерительной оснастки, установленной в рабочем положении. Таким образом, при калибровке учитывают действительные передаточные отношения кинематических звеньев (рычагов, кареток) измерительной оснастки.

Смысл калибровки и линеаризации состоит в том, что в микропроцессорный блок вводят заданные точки, которые определяют “идеальную” характеристику прибора (в данном случае линейную), ее диапазон и чувствительность (например, в соответствии с табл.12.1). Затем перемещают шток индуктивного  преобразователя или наконечник измерительной оснастки на заданные интервалы и, устанавливая его в заданные точки “идеальной” характеристики, запоминают в блоке сигналы преобразователя в каждой  точке. Таким образом, выходная характеристика прибора приближается к заданной (линейной) характеристике.

Линеаризация индуктивных преобразователей может проводиться разными методами. В микропроцессорном  блоке  БВ-6425 линеаризация проводится  методом кусочно-линейной аппроксимации. Для линеаризации каждого преобразователя измерительную оснастку, в которую встроен преобразователь,   устанавливают на стойку со столиком (см. рис. 12.3) так, чтобы измерительному наконечнику можно было сообщать точные калибровочные перемещения тонкой подачей столика. Для контроля задаваемых перемещений на стойку устанавливают цифровой индуктивный или фотоэлектрический  прибор с дискретностью отсчета  0,1 мкм  с диапазоном показаний не менее  1,0 мм (обычно 8-12 мм) и с погрешностью ±0,2 мкм.

Для линеаризации  преобразователя  необходимо  снять его характеристику, т.е. определить зависимость его выходного сигнала от перемещения наконечника измерительной оснастки. В этом режиме выходной сигнал, поступающий непосредственно с преобразователя через АЦП, показывается на дисплее в условных единицах. При перемещении якоря преобразователя  из одного крайнего положения в другое сигнал может меняться, например, в пределах от  -3000 до +3000 условных единиц.  В зависимости от конструкции и чувствительности преобразователя могут быть другие значения условных единиц. По плавности и пропорциональности изменения этого числа по отношению к перемещению якоря  можно судить об исправности и линейности преобразователя. Кроме того, снятая характеристика позволяет определить положение электрического нуля преобразователя, от которого  производится калибровку прибора..

В каждом микропроцессорном блоке предусмотрено определенное число точек   линеаризации. Так в блоке БВ-6425 может быть задано от 2 до 31 точек. Число точек калибровки выбирается в зависимости от конструкции преобразователя или измерительной оснастки, диапазона измерения, требуемой точности линеаризации и точности выдачи команд. При уменьшении интервалов между точками точность линеаризации повышается. Поэтому на точном диапазоне вблизи нуля (от -10 до +50 мкм) точки калибровки следует задавать через меньшие интервалы. При использовании недифференциальных преобразователей, имеющих нелинейную характеристику, назначают большее число точек линеаризации (например, 10-15 точек). Дифференциальные преобразователи  достаточно линейны  на всем рабочем участке в диапазоне ±0,5 мм, поэтому дополнительная линеаризация их характеристики не требуется, а для их калибровки в большинстве случаев достаточно 5-7  калибровочных точек.

Калибровка начинается с установки преобразователя с помощью столика в положение электрического нуля (по выходному сигналу в условных единицах).  В этом положении устанавливают нуль образцовой измерительной головки. Обычно используемый рабочий участок характеристики в  приборах активного контроля составляет  600 – 800 мкм. Собственно диапазон измерения прибора составляет от –100 до +500 мкм (точный диапазон  от –10 до +50 мкм). Следует учитывать также возможность корректировки нуля (±100 мкм) и увеличить диапазон калибровки на эту величину.

Калибровку начинают  от первой минусовой точки выбранного рабочего участка характеристики индуктивного преобразователя (–100 мкм). Эту точку  устанавливают перемещением столика (рис. 12.3)  по показаниям образцовой измерительной головке.. В этой точке вводят в память блока сигнал преобразователя. Затем последовательно с помощью столика по показаниям образцовой измерительной головки  перемещают измерительный наконечник  на заданные калибровочные интервалы (табл. 12.1) и в каждой точке вводят в память блока сигнал преобразователя.

Таблица 12.1

Номер калибр. точки 1 2 3 4 5 6 7 8 9  10   11
Размер, мкм -100  -50  -10    0  10  50  100  200 300 400  500

После прохождения всех заданных точек рабочей характеристики прибора и запоминания в блоке сигналов преобразователя, соответствующих этим точкам, прибор имеет  линейную характеристику  с заданной чувствительностью в заданном диапазоне измерения.

После проведения калибровки память блока автоматически  блокируется.  Калибровка запоминается даже при выключении питания блока и не может быть изменена без введения пароля.

Точность калибровки (линеаризации) зависит от точности перемещения измерительного наконечника калибруемого средства на заданные интервалы.