Измерительное устройство высоты с электроконтактным преобразователем

МХ.cdw

Условия эксплуатации:
Измеритальное устройство работает при установке детали вручную.
Детали поступающии на контроль должны быть: Сухими чистыми без зусенцев;
Температура поступающих на контроль деталей не должна отличатся
от температуры помещения не более
Влажность воздуха не должна привышать 80%

Схема.cdw

Сборочный чертеж.cdw

измерительное устройство
Технические требования:
Смазка направляющей - ЦИАТИМ 201
Настройка преобразователя осуществляется винтом
Рабочий ход коретки направляющей 50мм

титулка.docx

Министерство образования науки и спорта Украины
Севастопольский национальный технический университет
Пояснительная записка
По дисциплине: «Метрология»
Студент группы П-31д

Спецификация.spw

Метрологическая характеристика
Пояснительная записка
Киниматическая схема
Шариковая напровляющая
Электроконтактный Преоброзователь
Измерительные наконечники
Неподвижная напровляющая

Курсач Метрология.docx

Задание на курсовую работу . .5
Метрологическая характеристика ..6
1 Анализ измерения 6
2 Обоснование дополнительных движений контролируемой детали ..6
3 Допуск поле допуска размера и формы детал .7
4 Выбор метода и способа настройки ..7
5 Расчет допускаемой погрешности измирения ..9
Описание принципа действия работы измерительной станции 10
Электроконтактный измерительный преобразователь ..11
Расчет погрешностей .15
1. Погрешность рабочего эталона 15
2. Погрешность объекта контроля ..16
3. Погрешность базирования 17
4. Погрешность передаточного отношения 18
5. Погрешность измерительного преобразователя 18
6. Силовые погрешности .19
7. Температурные погрешности ..19
8. Погрешности настройки ..20
9. Суммирование погрешностей .20
Описание конструкции измерительной станции 21
Библиографический перечень ..23
Создание новой техники и технологии автоматизация производства и управление любым объектом тесно связаны с совершенствованием измерительной техники повышением ее точности и надежности. Производство современных средств измерений применение автоматизированных методов принятия проектных и конструкторских решений выдвигают задачу оценки и обоснования требований к точности обеспечиваемых метрологических характеристик.
В настоящее время перед промышленностью поставлена задача развития автоматизации технологических процессов. Одним из наиболее важных и сложных вопросов в этой области является автоматизация контрольных операций. Она может осуществляться по линии автоматизации как технологического так и послеоперационного контроля. Оба метода имеют важное значение с точки зрения обеспечения требуемого качества выпускаемой продукции однако очевидно что активный контроль направленный на профилактику брака ещё в процессе изготовления продукции является более прогрессивным а следовательно и более перспективным. Основной смысл активного контроля заключается в повышении технологической точности путём компенсации погрешности вызванной износом инструмента тепловой и силовой деформацией технологической системы. Активный контроль является важнейшей составляющей частью регулирования качества продукции и обеспечивается самим технологическим процессом. Этот вид контроля направлен на удержание размеров деталей внутри поля допуска.
Послеоперационный контроль геометрических параметров деталей с использованием полуавтоматических (автоматизированных) и автоматических измерительных систем применяется в серийном и массовом производствах. Он позволяет определить годность деталей т. е. соответствие их размеров и параметров допускаемым предельным отклонениям или рассортировать на размерные группы с целью организации селективной сборки.
Улучшение конструкторской подготовки инженерных кадров требует обобщения методов точностной оценки характеристик средств измерений и систематизации инженерных знаний по их проектированию с учетом точности. Практически во всех дисциплинах которые изучают студенты специальности «Приборы точной механики» требуется точностной анализ и знание методик оценки погрешности средств измерений.
Курсовая работа направлена на получение студентами практических навыков проектирования измерительных станций автоматизированных средств измерения линейных величин; анализа составляющих погрешностей и расчета суммарной погрешности измерения.
Задание на курсовую работу
Разработать схему и конструкцию измерительного устройства заданного геометрического параметра детали составить метрологическую характеристику и выполнить проектный расчетного погрешности измерения.
Таблица 1.1 - Задание на курсовую работу
Наименование контролируемого параметра
Номинальный размер мм
Допуск контролируемого параметра мм
Принятые обозначения:ЭКП - Электроконтактный преобразователь
Метрологическая характеристика
Согласно техническому заданию необходимо разработать станцию для контроля высоты детали. Деталь базируется на плоскости.
Номинальное значение контролируемого параметра = 15ммдопуск на контролируемый параметр составляет Т=001мм
1 Анализ схемы измерения
В соответствии с заданием базирование контролируемой детали в процессе измерения производится на плоскости. Схема измерения – одноконтактная.
В процессе обработки детали действует ряд технологических погрешностей вызванных кинематическими неточностями обрабатывающих станков а также силовыми температурными деформациями узлов станка и ряд других.
2 Обоснование дополнительных движений контролируемой детали
При изготовлении деталей в результате действия технологических погрешностей (вибраций тепловых и силовых деформаций узлов станка отклонений от параллельности оси детали и направления движения режущего инструмента отклонения от прямолинейности направляющих станка) реальная форма поверхностей обработанных деталей отличается от номинальной. Рассмотрим некоторые виды отклонений формы и взаимного расположения поверхностей деталей.
Отклонения от прямолинейности и параллельности плоских поверхностей вызывают погрешность измерения высоты деталей (рисунок 5.8).
Для исключения этой погрешности измерение высоты следует производить в процессе движения ее под измерительным наконечником индикатора (преобразователя) а в качестве результата измерения принимать hmin hmaxили hср в зависимости от решаемой задачи.
Рисунок 5.8 – Измерение высоты деталей
3. Допуск поле допуска размера и формы детали
Номинальный размер – это размер полученный в результате расчёта детали на прочность жесткость и являющийся началом отсчёта отклонений.
Предельные размеры: наибольший (Dmax dmax hmax Hmax) и наименьший (Dmin dmin hmin Hmin) размеры детали при которых она считается годной.
Допуск Т– разность наибольшего и наименьшего размеров деталей
Графическое изображение допуска (поля допуска) размера показано на рисунке 5.9.
Рисунок 5.9 – Изображение полей допусков
Согласно техническому заданию допуск T=001 мм;D=15 мм
4. Выбор метода измерения и способа настройки
Приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерения называется методом измерения.
Различают два основных метода измерения:
метод непосредственной оценки;
метод сравнения с мерой.
При реализации метода посредственной оценки значение физической величины находится прямым абсолютным способом а результат измерения определяется по шкале отсчётного устройства. Поэтому значение измеряемых величин должно соответствовать пределам показаний по шкале средства измерения.
Метод сравнения с мерой – это метод измерений при котором измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой мерой. Он предусматривает предварительную настройку средства измерения на ноль по рабочему эталону и определение разности измеряемой величины и значения воспроизводимого мерой. Метод обеспечивает высокую точность измерения и позволяет использовать средства измерения с узким диапазоном измерения.
При измерении геометрических параметров деталей автоматическими средствами (наружного внутреннего диаметров высоты и глубины) используется как правило метод сравнения с мерой а при измерении отклонения формы и взаимного расположения поверхностей(овальность огранки отклонения профиля продольного сечения отклонения от плоскости параллельности радиального и торцевого биений) – метод непосредственной оценки.
Настройка средства измерения при использовании метода непосредственной оценки осуществляется по шкале отсчетного устройства а при использовании метода сравнения с мерой – по рабочему эталону.
5. Расчёт допускаемой погрешности измерения
Величина допускаемой погрешности измерения Δр на этапе проектирования измерительного устройства может быть ориентировочно определена исходя из допуска Т на конролируемый параметр по формуле
Таблица 2.1 - Метрологическая характеристика
Наимено-вание контроли-руемого
Допуск на контроли-руемый параметр мм
Допус-каемаяпогреш-ность из-мерения мм
Число групп сорти-ровки
Схема полей допус-ков
Метод сравнения с мерой
Описание принципа работы измерительной станции
Устройство измерения высоты включает в себя следующие основные узлы: устройство базирования детали; измерительное устройство и устройство перемещения детали под измерительным наконечником (рисунок 3.1).
Измерительная деталь (1) базируется на предметном столике (3) и находится в окне подвижной каретки (2). Подвижная каретка (2) установлена в шариковых направляющих образованных шариками (4) и неподвижными направляющими (5). Шариковая направляющая установлена на плите (6). Перемещение каретки (2) осуществляется от пневмоцилиндра (7) до регулирующего упора (8). Перемещение каретки с деталью позволяет вывести ее с зоны измерения для установки следующей детали. Измерение детали происходит в процессе ее перемещения под измерительным наконечником поэтому отклонение от параллельности поверхности не влияет на результат измерения так как может быть определена высота hmaxи hmin.
С поверхностью детали контактируют измерительный наконечник (9) закрепленный на губке (10) которая в свою очередь установлена на подвижной каретке (11) пружинного параллелограмма. Упругий параллелограмм образован двумя прямыми плоскими пружинами (12) закрепленными на подвижной каретке (11) и неподвижной (13) с помощью накладок (14). Накладки (15) в средней части пружин (16) служат для усиления жесткости параллелограмма. Измерительное усилие создается пружиной (16). В подвижной каретке (11) установлен настроичный винт (17). С поверхностью винта (17) контактирует измерительный наконечник электроконтактного преобразователя (18). Преобразователь (18) крепиться в кранштейне (19) который в свою очередь вместе с пружинным параллелограммом закреплен на кранштейне (20).
Рисунок 3.1 – Схема измерительной станции.
Электроконтактные преобразователи.
В настоящее время существует большое разнообразие различных типов преобразователей для измерения линейных величин и перемещений. Выбор принципа действия первичного измерительного преобразователя зависит от величины подлежащего контролю размера необходимой точности измерения условий при которых должно производиться измерение. В измерительных станциях автоматизированных измерительных устройств контроля геометрических параметров деталей широкое применение нашли следующие виды измерительных преобразователей: пневматические индуктивные электроконтактные.
Электроконтактный преобразователь – это устройство преобразующее линейное перемещение в электрический дискретный сигнал-команду путем замыкания или размыкания электрических контактов. Команда от преобразователя в станках или контрольных автоматах обычно реализуется путем коммутации достаточно мощных электрических цепей станка или автомата которые приводят в действие его исполнительные органы. Поэтому электрический сигнал-команду преобразователя усиливают специальным усилителем а коммутация внешних выходных электрических цепей осуществляется обычно с помощью электромагнитных реле. Все это вместе образует блок усилителя командных сигналов. Светофорное устройство служит для информации о командах. Блок питания предназначен для поддержания параметров питания на заданном уровне.
По назначению электроконтактные преобразователи разделяются на предельные предназначенные для контроля размеров детали и амплитудные предназначенные для контроля отклонений от правильной геометрической формы.
В предельных преобразователях (рисунок 5.19) каждому значению размера детали 1 соответствует определенное положение подвижного контакта 7 относительно неподвижных (настраиваемых) контактов 6 и 8. Когда деталь больше максимально допускаемого размера замкнуты контакты 7 и 6 когда меньше – замыкаются контакты 7 и 8 и наконец когда деталь годная все контакты разомкнуты.
Рисунок 4.1 – Принципиальная схема предельного электроконтактного преобразователя
В конструкции преобразователя используется двуплечий рычаг 2 с передаточным отношением i=l2l1 и измерительный шток 3 контактирующий с поверхность контролируемой детали 1. Силовое замыкание измерительного штока рычага осуществляется пружинами 4 и 5.
В амплитудных преобразователях для исключения влияния размера на результаты контроля отклонения поверхности от правильной геометрической формы контакт 7 выполнен «плавающим» т.е. он под действием некоторого усилия может перемещаться в направляющей рычага.
Технические характеристики предельных (модели 233 228 229) и амплитудного (модели КДМ-14) электроконтактных преобразователей приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Технические характеристики электроконтактных преобразователей
Пределы измерения мм
Свободный ход измерительного стержня мм
Передаточное отношение
Цена деления настроечного винта мм
Измерительное усилие сН
Погрешность срабатывания мм
Смещение настройки за 25тыс.
Предельная скорость арретирования ммс
Габаритные размеры мм
На рисунке 4.2 показана конструкция предельного электроконтактного преобразователя модели 233.
Измеряемое перемещение воспринимается измерительным стержнем 2 который перемещается в бронзовых втулках 1 гильзы 3. Гильза запрессована в жесткий корпус 5 преобразователя ее наружный размер 8 h6предназначен для крепления преобразователя. Для исключения поворота измерительного стерженя установлен штифт-шпонка 14. Перемещение измерительного стержня через корундовую сферическую опору 17 передается на рычаг 9 установленный на агатовой ножевой опоре 8. Кинематическая цепь стержня и рычага с подвижными контактами 7 замыкается пружиной 4 с усилием которое должно быть несколько большим чем необходимое усилие замыкания электрических контактов. Передаточное отношение двуплечего рычага 9 преобразователя равно i=5.
Рисунок 4.2 – Предельный электроконтактный преобразователь модели 233
Следует обратить внимание на то как предохранены рычаг и его высокоточная ножевая опора от случайных ударов по измерительному стержню. Измерительный стержень так контактирует с рычагом что при ударе он может оторваться от рычага но не передаст удара на него. В технической литературе такое конструктивное решение называют: «рычаг разгружен от удара».
Измерительное усилие создается пружиной 12 его можно регулировать гайкой 11. Положение настроечных контактов 13 регулируют с помощью микровинтов (М4x035) барабаны 10 которых имеют цену деления 0001 мм а интервал делений 063 мм. Устранение заказов в настроечных винтах 13 обеспечивается осевым натягом с помощью разрезной пружинной шайбы 16 и специальной гайки 15.
Лицевая сторона корпуса закрыта прозрачной крышкой 18.
Расчет погрешности измерения
1 Погрешность рабочего эталона
Рабочий эталон (РЭ) — специально изготовленная термически обработанная прошлифованная деталь размеры которой соответствуют измеряемой детали (контролируемой) с более высокими требованиями к точности размеров формы и шероховатости поверхности.
Изготовленный рабочий эталон аттестуется на универсальном средстве измерения точность которого определяется исходя из величины допускаемой погрешности р
Предельная величина погрешности рабочего эталона может бать ориентировочно рассчитано по формуле
В качестве погрешностиРЭ принимается погрешность средства ее аттестации с помощью которой определяется ее действительный размер.
Исходя из расчетной величины погрешности РЭ выбираем средство аттестации — оптикатор модели 15301-03 (ГОСТ 10593-74) Головка измерительная пружинная модели 2ИГП д=+01мкм с ценой деления 0.1 мкм
2 Погрешность объекта контроля
Возникает в следствии отклонения формы и взаимного расположения поверхности деталей.
Для исключения этой составляющей погрешности измерение параметра необходимо производить при вращении детали или перемещении его под измерительным наконечником. Это позволяет определить максимальное и минимальное значение параметров и выбрать требуемое.
Погрешность объекта контроля 2 = О
3 Погрешность базирования
Базирование детали при измерении может осуществляться на вращающемся столике.
Погрешность формы дорожек и тел качения подшипников наличие радиального зазора Z вызывает радиальное биение оси вала (смещение вала по оси X и У) что приводит к смещению оси измеряемой детали и вызывает погрешность измерения связанную со смещением линии измерения в диаметральной плоскости
y – смещение по оси У
x – смещение по оси X
Биение y вызвано смещением линии измерения с диаметральной плоскостью. Величина погрешности измерения определяется из выражения:
Где b – случайные смещения связанные с погрешностью подводящего устройства то закон нормальный b =002 005мкм
r - радиус сферического наконечника
а - смещение при наладке а=0.05 0.1
=002(0002+2*005)10+15=000028мкм
4 Погрешность передаточного отношения
В качестве передаточного механизма от измеряемой детали и пребразователей используется упругий параллелограмм.
Если детали измеряются в процессе вращения или перемещения под измерительным наконечником под измерительным наконечником от измерительного усилия возникает сила трения которая приводит к смещению и переносам измерительного стока преобразователя. Для исключения этого устанавливают пружинный параллелограмм. Погрешность которого:
5 Погрешность измерительного преобразователя
Рассматривается две составляющие:
Систематическая составляющая — смещение уровня настройки преобразователя. Причина смещения уровня настройки у Электроконтактного преобразователя — электроэрозионный износ контакт.
Электроэрозионный износ — явление вырыва разрушения поверхности контакт при его размыкании и возникновение электрической дуги.
Случайная составляющая — погрешности преобразователя — погрешности срабатывания.
Погрешность срабатывания определяется при многократном измерении
После ориентирования (отвод измерительного наконечника). Возникает в следствии наличия люфтов зазоров перекосов в подвижных деталях преобразователя а так же колебания величины измерительного усилия.
Смещение уровня настройки электроконтактногопреоброзователя :
Погрешность сробатывания:5=05мкм
6 Силовые погрешности
Возникает в следствии упругих деформаций из-за колебания величины измерительного усилия.
Погрешность вычисляется по формуле:
=024Fи3Fи*r= 0082мкм
7 Температурные погрешности
Выбирают в следствии :
Колебания температуры в контролируемых деталях tд= 2.. .5°С
Колебания температуры средства измерения tск=2.. .5°С
Случайная погрешность:
- температурный коэффициент
=15*116*10-6(2+2)4=0000174 мм
) Разности температур рабочего эталона при настройки и средней температуры контролируемой детали tр.э. = 2.. .5°С
М=L**tр.э.= 15*116*10-6*2=0000348мм
8 Погрешность настройки
В качестве настройки может быть принята величина Нц.д
Нц.д.=ц.д.4= 14=025мкм
9 Суммирование погрешностей
i=1nMi=0.00057+0.00028+0.0005+0.000033+0.000232+0.0005=0.00212мм
i=1ni= 00004+000014+00002+00000165+0000116+000025=00009мм
=0.00212+2000092=000382≥р=0014мм
=0.00212 - 2000092=0000034≤р=0014мм
Условие выполняется.
Описание конструкции измерительной станции
На кронштейне (10) закреплен измерительныйэлектроконтактный преобразователь (13) который создает зажимное усилие с микрометрическим винтом пружинного параллелограмма.
Измерительные наконечники установлены навысоту детали и воздействуют на микрометрический винт.
Измерительная деталь базируется на предметном столике (1) который установлен на плите (16) .
Данная измерительная станция производит контроль высоты с погрешностью 0014 мм. В ходе разработки измерительной станции была составлена метрологическая характеристика произведён расчёт на точность измерительной станции.
Данная пояснительная записка содержит описание принципа работы измерительной станции конструкции измерительной станции и описание Принципа работы и конструкции электроконтактного преобразователя.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ ПЕРЕЧЕНЬ
Захаров И.П. Теория неопределенности в измерениях И.П. Захаров В.Д. Кукуш. – Харьков: Консум 2002. – 256с.
Кветный Р.Н. Информационная теория измерений: от модели к изделию. Математика кибернетика № 7 Р.Н. Кветный В.Т. Маликов. – М.: Энергоиздат 1988. – 217с.
Крылова Г.Д. Основы стандартизации сертификации метрологии: учеб.для вузов Крылова Г.Д. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАТА 2001. – 711с.
Белкин И.М. Средства линейно–угловых измерений: справочник Белкин И.М. – М.: Машиностроении 1987. – 536с.
Бронштейн И.Н. Справочник для инженеров и учащихся втузов И.Н. Бронштейн Г.А. Семендяев. – 13-е изд. – М.: Наука 1996. – 544с.
Гольдман В.С. Индуктивно-частотные преобразователи неэлектрических величин В.С. Гольдман Ю.И. Сахаров. – М.: Энергия 1996. – 96с.
Закон України «Прометрологію та метрологічнудіяльність» Відомості ВР № 30-31 1998. – С.194; в редакції Закону №1765 –IV (1765-15) від 15.06.2004 ВВР №37. – 2004. – С.449
Коломиец О.М. Автоматический выбор диапазона измерений в цифровых приборах О.М. Коломиец Е.М. Прошин. – М.: Энергия1980. – 128с.
Бичківський Р.В. Метрологія стандартизація управлінняякістю і сертифікація Бичківський Р.В. Столярчук П.Г. Гамула П.Р. –Львів: Видавництвоуніверситету «Львівськаполітехніка» 2002. – 560с.
Бычатин Д. А. Индукционные преобразователи информации Д.А. Бычатин Г.А. Вильнер. – Л.: Энергосудат. Ленингр. Отд-ние 1981. – 96с.
Бычатин Д. А. Поворотный индуктосин Д.А. Бычатин И.Я. Гольдман. – Л.: Энергия 1990.– 146с.
Земельман М.А. Метрологические основы технических измерений Земельман М.А. – М.: Изд-во стандартов 1991. – 326с.
Марков Н.Н. Нормирование точности в машиностроении Марков Н.Н. Осипов В.В. Шабалин М.Б. – М.: Высш. шк. 2001. – 246с.
Полишко С.П. Точность средств измерений С.П. Полишко А.Д. Турбенок. – К.: Вища школа 1988.– 149с.
Браславский Д.А. Точность измерительных устройств Д.А. Браславский В.В. Петров. – М.: Машиностроение 1992.– 312с.
Барашкова Т. Неопределенность результата измерений Т.Барашкова Р. Лаанеотс. – Таллинн: Таллиннский технический университет 2003. – 76с.