книги из ГПНТБ / Шульц, Е. Ф. Индуктивные приборы контроля размеров в машиностроении
.pdf
Е .Ф .Ш У Я Ь Ц , И. Т. Р Е 1 Ш 0 В , Ю .И .Ф РЕ
ИНДУКТ 1ВНЫЕ
ПРИБОРЫ
КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ
В МАШИНОСТРОЕНИИ
НТУЭ ц о т л э О |
( Г ) |
М о с к в а « М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е » 1 9 7 4
ГОС. ПУБЛИЧНАЯ |
/ V |
7 |
Н А У Ч Н О -TEXt /ИЧЕСЯД' |
■' |
« е л |
Ш 95 _ библиотека _»пс^ |
( |
|
УДК 621.9.08 : 5 3 1 - 7 , ^ / _ ^ £ - £ ^ з ^
Е. Ф. Шульц, И. Т. Речкалов и Ю. М. Фрейдлин. Индуктивные приборы контроля размеров в машино строении. М., «Машиностроение», 1974. 144 с.
В книге описаны конструкции индуктивных преоб разователей, измерительных и электроннопреобразующих устройств, приборов автоматического контроля в процессе наружной и внутренней шлифовки, хонин гования, а также приборов контроля и сортировки прецизионных деталей топливной аппаратуры.
Рассмотрены особенности конструкций и схем при боров, способы уменьшения погрешностей индуктив ных преобразователей, вопросы конструирования
ирасчета некоторых узлов измерительных устройств
иэлектронных схем.
Книга предназначена для инженерно-технических
работников машиностроительных заводов и конструк торских бюро.
Табл. 2. Ил. 81. Список лит. 37 назв.
Рецензент канд. техн. наук С. А. Розентул
31305—612 Ш 038(01)— 74 312—73
© Издательство «Машиностроение», 1974
Мощный подъем машиностроительной промышленности на базе комплексной механизации и автоматизации производ ственных процессов требует увеличения выпуска средств для автоматического контроля и регулирования производствен ных процессов и, в частности, средств ав томатического контроля деталей в про цессе их обработки на металлорежущих станкаХ(.
В промышленности применяются при боры автоматического контроля различ ной конструкции и назначения, большин ство из них — индуктивные. Этими при борами в основном оснащаются кругло шлифовальные станки.
Разработанные конструкции индук тивных приборов, предназначенных для автоматического контроля размеров дета лей в процессе их обработки на различ ных металлорежущих станках, а также быстропереналаживаемые приборы для активного контроля многоступенчатых валов и приборы для контроля и сорти ровки деталей особо высокой точности. Во многих случаях для автоматического
3
контроля наиболее эффективны приборы, действие которых основано на электриче ской энергии, поэтому интерес к таким приборам исключительно большой. Одна ко недостаток литературы, посвященной
описанию конструкций индуктивных при боров различного назначения, принципов
их работы, особенностей конструкции, на ладки и испытания, создает значительные трудности инженерно-техническим работ никам заводов и проектных организаций при выборе необходимого типа прибора для автоматизации процесса контроля и управления на металлорежущих станках.
Цель книги — обобщить опыт констру ирования, наладки и испытания индуктив ных приборов автоматического контроля размеров деталей и ознакомить с ним ин женерно-технических работников заводов и проектно-технологических организаций.
ВВЕДЕНИЕ
Индуктивные приборы для контроля линейных разме ров деталей машин в металлообрабатывающей промыш ленности, разработанные в Алтайском научно-исследо вательском институте технологии машиностроения (АНИТИМ), применяются на многих предприятиях страны. Наибольшее применение получил прибор АК-3 для активного контроля деталей в процессе наружной круглой шлифовки. Прибор АК-3 является первым ин дуктивным прибором активного контроля, изготовляе мым серийно.
Созданы и внедрены на предприятиях страны прибо ры для автоматического активного контроля при хонин говании отверстий в гильзах, при шлифовке глубоких отверстий с гладкой и прерывистой поверхностью, при шлифовке внутреннего центрирующего диаметра шли цевых валов, при шлифовке многоступенчатых валов.
С целью расширения области применения разработа ны многокомандные быстропереналаживаемые приборы с взаимозаменяемыми измерительными устройствами и быстросменными скобами для активного контроля дета лей при круглой шлифовке в серийном и мелкосерийном производстве.
В моторостроительной промышленности нашли широ кое применение индуктивные приборы АНИТИМ для контроля и сортировки прецизионных деталей топливной аппаратуры на группы по размерам отверстий.
Отличительной особенностью описываемых приборов является их универсальность, т. е. возможность приме нения прибора одной модели для контроля большого диапазона размеров деталей в процессе их обработки на однотипных станках различных моделей.
5
В качестве преобразователя измерительного импуль са во всех моделях приборов в основном применяются два типа индуктивных датчиков. Для приборов активно го контроля применяется индуктивный малогабаритный датчик АНИТИМ3533, для приборов особо высокой точ ности — индуктивный датчик АНИТИМ3539.
Применение индуктивных датчиков обусловлено их высокой надежностью и сравнительной простотой конст рукции. В отличие от пневматических датчиков для их питания не требуется двух видов энергии, что является несомненным достоинством. По своим метрологическим и точностным характеристикам индуктивные приборы активного контроля не уступают ни одному из известных типов приборов, в которых в качестве преобразователя измерительного импульса применяются датчики других типов. Предельная статическая погрешность индуктив ных приборов активного контроля, разработанных в АНИТИМ, не превышает 0,5 мкм.
Приборы АНИТИМ имеют малую постоянную време ни, не более 0,05 с, что значительно снижает динамичес кую погрешность при контроле деталей с отклонением формы в поперечном сечении. В книге описаны приборы в основном с контактным снятием измерительного им пульса. Однако индуктивные датчики можно применять и для бесконтактного способа контроля деталей. Разра ботанный авторами прибор с бесконтактным индуктив ным датчиком для активного контроля при наружном круглом шлифовании валов при определенных условиях может успешно применяться в промышленности.
Книга содержит достаточно полный комплекс сведе ний о конструкции, принципах работы, наладке и испы тании указанных приборов, которые могут представлять интерес для специалистов, занимающихся разработкой, внедрением и эксплуатацией приборов автоматического контроля, что, несомненно, будет способствовать более широкому внедрению приборов в промышленность.
ГЛАВА I
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И ЭЛЕКТРОННОПРЕОБРАЗУЮЩИХ СХЕМ ПРИБОРОВ АНИТИМ
1.СХЕМЫ ВХОДНЫХ ЦЕПЕЙ
Виндуктивных приборах АНИТИМ широкое приме нение получила дифференциально-трансформаторная
мостовая схема включения индуктивного датчика (рис. 1). Мост образован здесь катушками 1, 2 индуктив ного датчика и обмотками 3, 4 трансформатора. Состоя ние равновесия моста наступает при условии равенства
магнитных потоков Фi = Ф2, вызванных протеканием то
ков /! и 12 по обмоткам трансформатора.
При одинаковом числе витков и индуктивностях рас сеивания обеих половин первичной обмотки и трансфор матора равновесие достигается при равенстве комплекс ных значений токов:
/, = /2.
Относительно параметров индуктивного датчика ус
ловие равновесия выражается в виде |
|
+ jX u = R2 + jXL2> |
(1) |
где /?! и R2— сопротивление активных потерь катушек датчика; Хц и XL2— индуктивные сопротивления.
Эти условия справедливы для синусоидальной формы тока. Но так как и датчик, и дифференциальный транс форматор из-за наличия железа являются нелинейными элементами, токи в ветвях несинусоидальны. Кроме того, в переменном напряжении, питающем мост, может со держаться значительный процент высших гармоник. Ве личины R и XL катушек могут быть различными для раз ных частот. Поэтому в реальном случае при отсутствии идеальной симметрии обеих половин датчика, равнове сие моста может быть достигнуто только для первой гар моники напряжения, питающего мост. На вторичной об мотке трансформатора в состоянии равновесия всегда
7
имеется некоторое напряжение, представляющее собой среднее квадратическое значение высших гармоник час тоты питающего напряжения. Величины Д и Хь являются функциями положения якоря датчика относительно ка тушки. Так как в реальных условиях функции Д — f'(б) и XL = f"( б) неодинаковы для обеих половин датчика, трудно ожидать, что может существовать такое положе ние якоря, при котором будет соблюдаться равенство (1). Для достижения полного равновесия в мост вводится переменный резистор Д1. При наличии этого резистора
уравновешивание моста по Хь выполняется изменением положе ния якоря датчика, а по Д — пол зунка переменного резистора Д1. Так как при изменении положения якоря изменяется не только XL, но и Д1, сходимость такого моста при уравновешивании оказывает ся несколько хуже мостов, урав новешиваемых с помощью актив ных сопротивлений и емкостей. Уравновешивание моста осу ществляется после сборки датчи
ка и подключения его к электронному блоку. Точке рав новесия моста соответствует определенное положение якоря относительно катушек. После уравновешивания моста состояние равновесия будет достигаться каждый раз, когда якорь датчика возвращается к этому поло жению.
Измерительное устройство, в котором установлен датчик, снабжено микровинтом настройки, которым мож но изменять положение корпуса датчика относительно передаточных элементов. Наличие микровинта позволяет совместить положение якоря, соответствующее точке равновесия моста, с определенным размером измеряемой детали. В устройствах активного контроля точка равно весия совмещается с размером детали, который должен быть получен в результате ее обработки. В этом случае команда на прекращение обработки выдается при равно весном состоянии моста, когда его погрешность мини мальна.
Дифференциальный индуктивный датчик при хорошей симметрии его половин в значительной мере защищен от влияния внешних воздействий, вызывающих появление
8
погрешностей измерения. Однако при бесконтактном из мерении размера, когда якорем служит измеряемая де таль, применить принцип дифференциальное™ невозмож но-. В этом случае применяется одинарный датчик, обе катушки Ы которого включены в одно плечо моста по следовательно (рис. 2). В другое плечо моста включается добавочная индуктивность. Условие равновесия моста здесь также выражается формулой (1). В случае приме нения бесконтактного индуктивного датчика для актив ного контроля размера, уравновешивание моста выпол-
Рис. 2. Схема включения одинарного датчика
Рис. 3. Амплитудно-фазовая характеристика датчика
няется изменением положения якоря добавочной индук тивности L2 и переменным резистором R.
При отклонении якоря датчика от состояния равно весия во вторичной обмотке трансформатора появляется напряжение, обусловленное разностью полных сопротив лений катушек датчика. Зависимость комплексного зна чения напряжения на вторичной обмотке трансформато ра от положения якоря датчика является амплитудно фазовой характеристикой датчика. На рис. 3 приведен один из возможных способов графического изображения амплитудно-фазовой характеристики датчика. Такого вида характеристика может быть получена путем по строения топографических диаграмм потенциальных то чек c a d (см. рис. 1) для различных положений якоря датчика.
Как видно из графика, напряжение на вторичной об мотке трансформатора сдвинуто по фазе относительно напряжения питания моста. Так как для выпрямления напряжения сигнала с датчика применяются фазочувст-
9