Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор методов и средств контроля погрешностей преобразователей угловых перемещений 13
1.1 Классификация преобразователей перемещений (ПП) 13
1.2 Конструктивные и метрологические параметры ПП 18
1.3 Методы контроля характеристик ПП 25
1.4 Выводы по главе 1 37
ГЛАВА 2. Разработка и исследование методов и средств контроля погрешностей угловых ПП 39
2.1 Выбор показателей качества стенда для контроля погрешностей угловых преобразователей перемещений 39
2.2 Принципы построения стендов для контроля точностных характеристик угловых ПП 43
2.3 Описание разработанного стенда и метода для контроля угловых ПП 47
2.4 Погрешности угловых ПП 52
2.5 Центрировка растров угловых ПП 60
2.6 Метод центрировки растра по электрическим сигналам 67
2.7 Выводы по главе 2 70
ГЛАВА 3. Разработка и исследование фиксирующих устройств для ограничения поворота корпуса ПП в процессе контроля 72
3.1 Разработка фиксирующего устройства на основе параллелограммного и рычажного механизмов 73
3.2 Разработка упрощенных фиксирующих устройств 76
3.3 Анализ фиксирующих устройств 80
3.4 Выводы по главе 3 90
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования разработанного метода и стенда для контроля ПП 91
4.1 Описание работы и программное обеспечение стенда 92
4.2 Калибровка стенда 97
4.3 Исследование метода автоматической коррекции результата при контроле метрологических характеристик ПП
4.3.1 Исследование погрешности ПП при ограничении поворота корпуса фиксирующим устройством на основе параллелограммного и рычажного механизмов 105
4.3.2 Исследование погрешности ПП при ограничении поворота корпуса фиксирующим устройством с направляющей прямолинейного движения и кинематической парой высшего класса 112
4.3.3 Исследование погрешности ПП при ограничении поворота корпуса фиксирующим устройством с рычажным механизмом и кинематической парой высшего класса 119
4.4 Выводы по главе 4 125
Заключение 128
Список сокращений 130
Список литературы
- Конструктивные и метрологические параметры ПП
- Принципы построения стендов для контроля точностных характеристик угловых ПП
- Разработка упрощенных фиксирующих устройств
- Исследование метода автоматической коррекции результата при контроле метрологических характеристик ПП
Введение к работе
Актуальность работы.
Преобразователи угловых перемещений широко используются в качестве функциональных устройств машин, станков, роботов, приборов и других технических систем. С их помощью механическое движение преобразуется в электрические сигналы (код), позволяющие управлять этими системами, осуществлять процессы производства, измерения, контроля и выполнять другое функциональное назначение. От точности работы углового преобразователя перемещений (ПП) в существенной степени зависит точность функционирования и связанные с ней показатели качества технической системы, и, в первую очередь, стоимость и технологичность.
При изготовлении и эксплуатации ПП необходимо осуществлять контроль их точностных характеристик. Угловые ПП основываются на различных физических принципах действия (оптических, магнитных, индуктивных, электро-механических, емкостных), обладают разнообразными метрологическими, конструктивными, а также информационными (вид выходных сигналов, интерфейс) характеристиками. Эти обстоятельства приводят к проблемам создания оптимальных методов и средств контроля точностных характеристик широкой гаммы угловых ПП.
Наиболее распространенными методами современного контроля являются измерения погрешностей ПП по эталонному зеркальному полигону или эталонному преобразователю перемещений. В первом случае проблемой контроля является обеспечение большого количества точек контроля ПП, необходимого для уменьшения методической погрешности измерений. Во втором случае проблемой является сопряжение контролируемого ПП с эталонным преобразователем. Это сопряжение обычно осуществляется компенсационной муфтой, которая имеет значительную собственную погрешность, измерить и учесть значение которой на результат измерений в процессе контроля не представляется возможным. Еще одним вопросом, требующим решения, является необходимость уменьшения трудоемкости процесса контроля и обеспечение универсальности стенда для возможности автоматизированного контроля ПП с различными принципами действия и характеристиками.
Целью диссертационной работы является разработка
автоматизированного метода и универсального стенда для контроля точности преобразователей угловых перемещений.
Задачи исследования:
классификация типовых ПП, анализ их метрологических характеристик, методов и средств контроля этих характеристик;
создание концепции метода контроля с автоматической коррекцией результатов и принципа построения универсального стенда;
разработка и исследование фиксирующих устройств для ограничения поворота корпуса контролируемого ПП;
разработка методики измерения погрешностей типовых ПП на универсальном стенде;
создание макета универсального стенда и метода его калибровки для контроля точностных характеристик ПП;
проведение экспериментальных исследований универсального стенда.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней:
разработан новый автоматизированный метод контроля угловых ПП с компенсацией погрешностей соединительных устройств;
разработана концепция построения универсального стенда для контроля погрешностей типовых ПП;
разработаны оригинальные фиксирующие устройства для соединения контролируемого и эталонного ПП;
впервые экспериментально исследованы погрешности фиксирующих устройств и метод компенсации их погрешностей в процессе контроля ПП.
Теоретическая и практическая значимость. Разработан относительно простой, производительный и одновременно точный метод контроля точности ПП. Создан универсальный стенд для автоматизированного контроля типовых ПП, основанный на использовании эталонного ПП и специальных соединительных устройств сопряжения валов контролируемого и эталонного ПП при контроле, что исключает использование компенсационных муфт. Снижена трудоемкость и повышена точность процессов центрировки растров оптико-электронных угловых ПП.
Методы исследования включают в себя методы системного анализа, теории конструирования функциональных устройств, компьютерное моделирование. Обработка результатов измерений, полученных при проведении экспериментальных исследований, выполняется при помощи методов математической статистики.
Основные положения и результаты работы, выносимые на защиту.
-
Концепция построения универсального стенда для автоматизированного контроля точности преобразователей угловых перемещений должна учитывать конструктивные и информационные характеристики (интерфейсы) контролируемого и эталонного преобразователей, а также возможность компенсации погрешности соединительного устройства.
-
Автоматическая коррекция погрешностей соединительных устройств позволяет существенно повысить точность контроля погрешностей угловых преобразователей.
-
Устройства фиксации (соединения) должны обеспечивать принцип отсутствия избыточных связей при соединении контролируемого и эталонного преобразователей и возможность контроля их погрешностей в процессе измерений.
-
Экспериментальные исследования методов центрировки растров оптико-электронных преобразователей угловых перемещений показали, что
центрировка растров по осциллографу позволяет существенно повысить ее точность и производительность.
Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается корректным использованием положений и принципов конструирования, методов измерительного контроля угловых величин; признанием специалистами основных положений диссертации при апробировании разработок и исследований на конференциях; экспериментальными исследованиями разработанных фиксирующих устройств и метода автоматической коррекции результатов измерений.
Внедрение и использование результатов работы
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре компьютерной фотоники и видеоинформатики Университета ИТМО в рамках занятий по дисциплинам «Основы конструирования оптико-электронных приборов и систем» и «Метрология оптико-электронных приборов».
Получены несколько патентов на изобретение: №2557678 «Устройство для ограничения поворота статора цифрового преобразователя круговых перемещений», №2560743 «Устройство для ограничения разворота корпуса преобразователя вращения в код», №2559174 «Устройство для контроля погрешности преобразователя поворота вала в код». Проводимые исследования поддержаны грантами правительства Санкт-Петербурга в 2014 (№14468) и 2015 (№15659) годах.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на региональных, всероссийских и международных конференциях:
XLIII научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, 28.01.2014 – 31.01.2014;
III Всероссийский конгресс молодых ученых, Университет ИТМО, 08.04.2014 – 11.04.2014;
58-й Интернациональный Научный Коллоквиум Технического Университета Ильменау (58th Ilmenau Scientific Colloquium), Германия.
08.09.2014 – 12.09.2014;
XI Международная конференция «Прикладная оптика-2014», Санкт –
Петербург, 21.10.2014 – 24.10.2014;
XLIV Научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, 03.02.2015 – 06.02.2015;
IV Всероссийский конгресс молодых ученых, Университет ИТМО,
07.04.2015 – 10.04.2015;
Международная конференция «Оптическая метрология 2015» (SPIE
Optical Metrology 2015), Мюнхен, Германия, 21.06.2015 – 25.06.2015;
XLV Научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, 02.02.2016 – 06.02.2016;
V Всероссийский конгресс молодых ученых, Университет ИТМО,
12.04.2016 – 15.04.2016;
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 3 статьи в журнале, входящем в перечень рецензируемых научных изданий, формируемый ВАК РФ, 1 статья в издании из базы цитирования Scopus и 3 патента РФ на изобретение.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка сокращений, библиографического списка из 100 наименований. Содержит 147 страниц, 65 рисунков, 5 таблиц, 1 приложение.
Благодарности. Автор выражает благодарность и признательность коллективу кафедры компьютерной фотоники и видеоинформатики (Университет ИТМО) за ценные советы при выполнении части экспериментов. Особая благодарность сотрудникам ОАО "СКБ ИС" за предоставление необходимого оборудования и техническое содействие в экспериментальной работе.
Конструктивные и метрологические параметры ПП
К метрологическим характеристикам ПП относятся характеристики, от которых зависят свойства ПП как средства измерения или устройства задания угловых величин. Определение метрологических характеристик приводится в соответствии с работами [28, 30, 33], ГОСТ 26242-90 [32], ГОСТ 8.009-84 [51] и ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002[52].
Точность преобразования является одной из основных метрологических характеристик. Рассматривать данный параметр важно в совокупности с понятиями разрешения и повторяемости результатов. К понятиям показателей точности и метрологическим характеристикам относятся: предельная погрешность преобразования; систематическая, случайная и инструментальная погрешности преобразования; погрешность квантования сигнала; дискретность, определяющая информационную способность и емкость. Точность системы во многом определяет качество прибора и ограничивает область применения ПП.
В соответствии с [32] ПП подразделяют на 12 классов точности в зависимости от предельно допускаемого значения погрешности перемещений (к примеру, для класса точности 001 предельная погрешность составляет 0,25"; для 3 класса - 5" и так далее). Под предельной погрешностью понимается сумма систематических и случайных погрешностей, присущих ПП. Условно можно упростить подобную классификацию, разделив преобразователи на 5 групп: прецизионные: преобразователи субсекундного типа с предельной погрешностью до 1 ; высокоточные: погрешность 1 10"; средней точности: 1030"; пониженной точности: 30 150"; низкой точности: более 150"; Помимо метрологических характеристик, угловые ПП отличаются по конструктивным характеристикам, которые определяют структуру, вид исполнения ПП, функциональные и электрические параметры. Среди конструктивных характеристик, используемых в технической документации к преобразователям, выделяют: тип исполнения корпуса или вала (с встроенным цельным или полым валом / с встроенной компенсационной муфтой); разрешающая способность (дискретность); тип выходного сигнала; ток потребления; габариты и присоединительные размеры; момент трогания вала ПП; допустимая нагрузка на вал ПП; максимальная скорость вращения в процессе измерений; масса. Учитывая поставленные в диссертации задачи, создаваемый стенд для контроля погрешностей ПП должен быть универсальным, т.е. пригодным для проведения контроля основной гаммы выпускаемых на рынке ПП. Из представленных выше характеристик для анализа можно выделить предельную погрешность преобразования, тип корпуса, габариты, массу и тип выходного сигнала (интерфейс).
На основании анализа источников [1-13] была систематизирована информация по параметрам серийно выпускаемых моделей ПП, представленная в таблице 1, и выделено следующее.
Тип Физический принцип Модель/ Изготовитель Пределы допускаемой погрешности Диаметр (мм) Масса (кг) Вид сигнала Оптико-электронный RON-900 /Heidenhain ±0,4" 170 5 TTL, sin/ cos,SSI и др. Магнитный ERM 2200 /Heidenhain ±2,5" 380 5,5 Индуктивный Индуток-син INC-x-300 /Zettlex ±36" 300 0,4 Резольвер FR90 /Micronor ±7 90 0,75 Емкостной ИРС-Е130 /КБ РС ±20" 130 0,07 Потенциометри-ческий IPX 7900 /Novotechnik ±20 116 0,5 напряжение Шаговый двигатель MT23AK/Ever Elettronica ±5 56,4 0,5-ні sin/ cos Угловые ПП могут представлять из себя единое устройство (с закрытым или открытым корпусом) или совокупность разобщенно расположенных бескорпусного преобразователя и электронного блока. Второй вариант целесообразен в случае, когда требуется использовать единовременно несколько отдельных ПП внутри корпуса прибора (например, в поворотном столе измерительного микроскопа). Все модели ПП либо имеют в составе своей конструкции вал, либо предусматривают его установку. К примеру, в индуктивных и емкостных ПП роль ротора выполняет часть корпуса. Для проведения контроля таких ПП потребуется использовать дополнительные крепежные элементы с валом. ПП оптико-электронного, индуктивного, магнитного, емкостного типов имеют высокое разрешение до 29 бит (свыше 536 млн. позиций), при этом у оптико-электронных ПП меньше пределы допускаемой погрешности (1 угл.сек и ниже). Отдельно стоит отметить класс прецизионных, но малораспространенных ПП из-за относительной сложности сборки и юстировки, построенных на лазерном принципе [47]. Примером ПП на лазерном принципе являются датчики на основе кольцевых лазеров. Применение кольцевые лазеры находят в современных динамических углоизмерительных комплексах [18, 21, 23, 24, 53] и, в частности, используется в ГЭТ 94-01 (Государственный первичный эталон единиц линейного ускорения и плоского угла при угловом перемещении твердого тела) совместно с оптико-электронным ПП на базе голографической решетки [54-56]. Кольцевым лазерам присущ ряд существенных недостатков, что ограничивает их широкое использование в качестве измерительных устройств для задач промышленности: чувствительность кольцевых лазеров к нестабильности скорости вращения, чувствительность к магнитному полю и наклону измерительной плоскости [21, 23, 24].
Широкое распространение (в системах с ЧПУ, для проверки станков, при метрологическом контроле) имеют оптико-электронные ПП, основанные на регистрации промодулированного светового потока, и индуктивные ПП. При этом наибольшей надежностью при работе в неблагоприятных внешних условиях (сильная степень загрязнения) имеют индуктивные преобразователи. По совокупной оценке характеристик наибольшей точностью и малой динамической погрешностью при достаточной надежности работы обладают оптико электронные преобразователи. В таблице 2 представлены сравнительные характеристики оптико-электронных угловых ПП. Большинство потенциометрических и магнитных ПП обладают меньшей точностью по сравнению с остальными типами преобразователей, исключение составляют преобразователи с преобразованием линейного перемещения во вращение, к примеру, типа ERM [3].
Принципы построения стендов для контроля точностных характеристик угловых ПП
Точность цифровых автоколлиматоров достигает значений порядка ±0,05 при двухкоординатных измерениях в широком диапазоне до ±4 , тем самым можно сделать вывод, что погрешность автоколлиматора будет оказывать незначительное влияние на результаты контроля. При этом важной
характеристикой проводимого измерительного контроля является производительность, которая определяется количеством проконтролированных точек за единицу времени (см. раздел 2.1). Частоты выходных сигналов АК составляют всего несколько десятков Герц, таким образом, производительность контроля будет ограничена быстродействием применяемого АК. Например, при использовании Elcomat HR в соответствии с формулой (1), при 360 контролируемых точек ПП с частотой 25 Гц будет затрачено 14,5 секунд. При увеличении числа контролируемых позиций прямо пропорционально будут увеличиваться минимальные затраты времени на контроль положения корпуса ПП в пределах одного оборота вращения его вала (6000 точек – 4 минуты, 12000 точек – 8 минут и т.д.). Полученные значения справедливы в случае одновременного снятия отсчетов с преобразователей и цифрового АК. Для увеличения производительности измерений большого числа точек можно снимать сигналы с АК не в каждом контролируемом положении и для вычисления промежуточных значений пользоваться, к примеру, функциями приближения.
Подводя итог, можно сделать вывод, что при создании углоизмерительного стенда необходимо учитывать следующее:
1) стенд должен позволять проводить контроль угловых преобразователей и аналогичных устройств с учетом их построения на различных физических принципах действиях и, соответственно, наличия конструктивных, информационных (интерфейсов) и метрологических особенностей.
2) в процессе измерений необходимо компенсировать методические погрешности контролируемого ПП, вызванные, в первую очередь, необходимостью применения соединительного устройства и его погрешностью.
Решение задач достигается путем применения единой схемы управления на базе ПК и разработкой программного обеспечения (ПО). Посредством ПО должна производиться регистрация сигналов с ПП и АК, осуществляться полноценная обработка результатов, включая статистический и гармонический анализ для выделения случайных и систематических составляющих погрешности и анализа их источников. Конструктивные особенности будут учитываться в следующей главе при разработке фиксирующих устройств, конструкция которых должна позволять фиксировать корпуса ПП с различными габаритами и присоединительными размерами.
Анализ погрешностей ПП для будущего стенда важен, в случае его использования в процессе производства угловых преобразователей, что позволит провести операцию юстировки ПП по результатам контроля его погрешности. Процедура контроля, как уже было отмечено в разделе 1.3, служит для определения характеристик ПП и установления их соответствия заявленным требованиям. В том случае, если результаты контроля ПП выходят за рамки установленных допусков необходимо переходить к процедуре детального анализа погрешностей, обнаружения источников наиболее влияющих погрешностей и их корректировки. Коррекция может осуществляться как алгоритмическим (цифровым) методом, так и технологическими и конструктивными методами [72]. В связи с этим, одной из задач, возникшей во время проведения исследований, явился анализ методов компенсации погрешностей ПП и выбор (обоснование) наиболее подходящего метода для практического применения. Для решения этой задачи необходимо изначально осуществить классификацию погрешностей, присущих ПП. Учитывая огромное разнообразие различных типов ПП при рассмотрении остановимся на ПП оптико-электронного типа как одних из наиболее распространенных и точных преобразователей. Важно отметить, несмотря на то, что дальнейший анализ посвящен только оптико-электронным ПП, многие из источников погрешностей, такие как погрешности квантования по уровню и времени, погрешности деления шага и эксцентриситета измерительной меры, присущи в различной степени и ПП других типов (принципов действия).
На рисунке 11 представлены погрешности, оказывающие наибольшее влияние на погрешность оптико-электронных угловых ПП. К основным инструментальным погрешностям оптико-электронных ПП относятся погрешности измерительной меры (растра или кодового диска): погрешность деления растра, установочный эксцентриситет, погрешности геометрической формы штрихов (различная ширина штрихов и т.д.), погрешность светопропускания, погрешность нанесения юстировочной окружности [80, 81], наклон растра. От точности изготовления растров и сборки в существенной степени зависит точность работы преобразователя. На результат измерений также оказывают погрешности осевой системы преобразователя.
Разработка упрощенных фиксирующих устройств
Информация о применении и производстве фиксирующих устройств, пригодных для замены компенсационных муфт, на данный момент времени отсутствует, но попытки создания таких устройств принимались ранее. В работе [91] представлена информация о существовании устройств фиксации на основе гибких лент, хотя характеристики и схема устройства не указаны. Прототипом нашей разработки явилась, представленная автором в той же работе [91], схема устройства на основе двух параллелограммов, используемого для закрепления на эталонном ПП для контроля высокоточных угловых преобразователей. Фиксирующее устройство на основе двух параллелограммом создавалось в противовес компенсационным муфтам. Главная задача состояла в обеспечении высокой точности ограничения поворота корпуса ПП вокруг оси вращения валов с целью уменьшения углового рассогласования между контролируемым и эталонным преобразователями. Основной недостаток такого устройства заключается в наличии большого количества звеньев и сложностью в юстировке и изготовлении узла, следствием чего явилась потеря точности его работы.
В настоящей работе, высокая точность ограничения поворота корпуса ПП при помощи фиксирующего устройства является важной характеристикой, но не определяющей. Использование разработанного способа контроля, представленного в главе 2, позволит выявить погрешность фиксирующего устройства, приводящую к угловому рассогласованию валов ПП, в каждой отдельно взятой контролируемой точке и по формуле (3) внести необходимые поправки в полученный результат. Учитывая, что поворот фиксирующего устройства регистрируется автоколлиматором, необходимо, чтобы величина этого поворота в любой контролируемой точке находилась в пределах максимального диапазона измерений используемого АК. Для обеспечения наиболее благоприятных условий контроля подвижность устройства должна составлять несколько десятков угловых секунд. Это позволит снизить влияние погрешности автоколлиматора на результат контроля ПП, так как их погрешность варьируется в зависимости от используемого диапазона измерений. Например, автоколлиматор Elcomat HR при диапазоне измерений 10" и 300" имеет погрешность 0,01" и 0,03", соответственно (см. раздел 2.3).
На основании выше сказанного, в фиксирующих устройствах должны выполняться следующие требования: 1) высокая точность ограничения поворота корпуса контролируемого ПП при достаточно широких допусках на погрешности изготовления и монтажа устройства фиксации; 2) исключение объемных деформаций элементов устройства, как при сборке, так и при вращении валов ПП; 3) контроль поворота корпуса контролируемого ПП в процессе измерений из-за погрешностей фиксирующего устройства. На рисунке 24 представлена кинематическая схема разработанного фиксирующего устройства, основанного на одном параллелограммном механизме и рычаге [92, 93], в изготовлении и экспериментальных исследованиях точности которого автор диссертационной работы принимал непосредственное участие
Фиксирующее устройство имеет в своем составе основание 1, направляющую вращения 2, рычаг 3, закрепленную на нем стойку 4, параллелограммный механизм с звеньями 5-7 и сферическими шарнирами 8-11. Элементы сферических шарниров попарно стягиваются пружинами растяжения 12 и 13, закрепленными соответственно на рычаге и звене 6 параллелограммного механизма, которое, в свою очередь, фиксирует корпус 14 контролируемого ПП. Вал 15 ПП соединен жесткой муфтой 16 с вращающимся валом 17 эталонного ПП.
Представленное выполнение конструкции фиксирующего устройства позволяет корпусу ПП смещаться и поворачиваться относительно осей XYZ, за исключением разворота вокруг оси Z, для компенсации различных биений осевых систем ПП, погрешностей взаимного расположения их валов при контроле, а также погрешностей жесткой муфты. Рисунок 24 – Устройство для ограничения поворота корпуса преобразователя, где 1 – основание; 2 – направляющая вращения; 3 – рычаг; 4 – стойка; 5–7 – параллелограммный механизм с подвижными звеньями; 8–11 – сферические шарниры; 12, 13 – пружины растяжения; 14 – контролируемый ПП; 15 – вал контролируемого ПП; 16 – жесткая муфта; 17 –вал эталонного ПП [92, 93] Анализ этого фиксирующего устройства показал, что оно не имеет избыточных связей, но имеет избыточные местные подвижности, требующие точного изготовления сферических шарниров. Использование даже одного параллелограммного механизма снижает технологичность конструкции, увеличивает габариты, усложняет сборку устройства и последующий монтаж на универсальном углоизмерительном стенде. Также наличие большого количества подвижных элементов может негативно сказываться на точности ограничения поворота корпуса ПП в процессе контроля. Подробный анализ погрешности устройства будет представлен в разделе 3.3. На основании предварительного анализа было решено продолжить разработку более простых и технологичных фиксирующих устройств.
В результате проделанной работы были разработаны более простые схемы и конструкции, по сравнению с рассмотренным в предыдущем разделе фиксирующим устройством на основе параллелограммного и рычажного механизмов. Они разработаны с учетом уменьшения числа подвижных звеньев и отказа от использования в составе конструкции параллелограмма, что позволило уменьшить количество источников погрешностей.
Первый вариант фиксирующего устройства представлен на рисунке 25. Устройство основано только на рычажном механизме и кинематической паре в виде пары высшего класса (далее - устройство с плоской пружиной). Устройство работает следующим образом. При вращении вала 10 эталонного ПП 11 его поворот передается жесткой муфтой 9 на поворот вала 8 контролируемого преобразователя вокруг оси Z его статора 7. Возникающий на корпусе 7 корпуса момент вращения вокруг оси Z передается звеном 6 и сферическими наконечниками 5 на рычаг 3 и через плоскую пружину 2 на основание 1. Реакция этого основания на момент вращения создает уравновешивающий реактивный момент, ограничивающий поворот корпуса 7 ПП вокруг оси Z. [92, 94]
Исследование метода автоматической коррекции результата при контроле метрологических характеристик ПП
Погрешность фиксирующего устройства с плоской пружиной по результатам 10 оборотов в прямом ходе составила 28". При этом в пределах каждого отдельного оборота погрешность составляла 22". В обратном ходе заметно возникшее, как и в предыдущем эксперименте с устройством со штоком, но уже значительно большее отклонение кривой погрешности фиксирующего устройства на первом обороте обратного хода, которое составило величину 120". На последующих оборотах зафиксированная погрешность устройства с плоской пружиной не выходила за пределы 18", но с учетом возникшего смещения погрешность устройства в обратном ходе составила 134". Таким образом, суммарная погрешность устройства в обоих направлениях составила 168".
Малая сходимость результатов, которую видно по постепенному смещению кривых погрешности фиксирующего устройства при неизменном направлении вращения на рисунке 60, а также значительное смещение при смене направления, связано, в большей степени, с низкими упругими свойствами материала применяемой в составе устройства плоской пружины и возникающими вследствие этого эксплуатационными погрешностями. Случайная составляющая погрешности фиксирующего устройства связана с колебанием сил скручивания пружины, в частности, из-за нестабильности вращения валов ПП в процессе контроля. Графики усредненной погрешности преобразователя модели ЛИР-158А (до и после коррекции результата) и фиксирующего устройства с плоской пружиной в обратном ходе
Итоговые графики погрешности ПП с учетом цифровой коррекции по 10 оборотам для прямого и обратного хода представлены, соответственно, на рисунках 63, 64. Погрешность преобразователя, закрепленного при помощи фиксирующего устройства с плоской пружиной, после применения метода цифровой коррекции в прямом ходе составляет 126" и в обратном ходе 135". С учетом максимального разброса значений в обоих направлениях предельная погрешность преобразователя равна 141".
Погрешность фиксирующего устройства с плоской пружиной (рисунок 65), если брать в расчет измерения только в одном направлении вращения валов ПП, сопоставима с погрешностью устройства с параллелограммным механизмом. По причине малой повторяемости результатов требуется последующая доработка конструкции устройства, обусловленная заданием жестких допусков на элементы конструкции, расчетом упругости плоской пружины и т.д.
Проведенный анализ предельной погрешности преобразователя угловых перемещений при фиксации его корпуса различными устройствами показал хорошую воспроизводимость результатов контроля. Так предельная погрешность ЛИР-158А при использовании параллелограммного механизма составила 135"; при использовании устройства со штоком 137", при использовании устройства с плоской пружиной 141". Таким образом, максимальный разброс между значениями составляет 6", что является приемлемым с учетом погрешности стенда и других влияющих факторов (погрешности округления и т.д.). Кроме того, учитывая полученное значение погрешности преобразователя посредством калибровки, равное 136", можно сделать вывод о достаточной близости результатов измерений. В целом, это является доказательством точности функционирования разработанного метода цифровой коррекции и возможности его применения в совокупности с фиксирующими устройствами для ограничения поворота корпуса преобразователей в процессе контроля. Увеличение точности метода цифровой коррекции результата можно достичь за счет применения более совершенного цифрового автоколлиматора.
Созданные фиксирующие устройства позволяют в широких пределах осуществлять компенсацию различных погрешностей контроля, таких как несоосность, наклоны и т.д. Устройства пригодны для ограничения поворота корпуса контролируемого преобразователя совместно с методом цифровой коррекции результата.