Контроль отклонений от цилиндричности поверхности детали

Федеральное агентство путей сообщения. Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Кафедра «Электротехника, метрология и электроэнергетика»

 

Курсовая работа

По дисциплине: «Информационно- измерительные системы»

Тема: «Контроль отклонений от цилиндричности поверхности детали»

 

 

 

 

 

                                                                                                           

  Выполнила:                                                                                Студентка гр. АМО-511                                                                                                  Кузьмина О.О.                                                                                                          Проверил:

Рубичев Н.А.

 

 

 

 

Москва 2012

 

Содержание

Задание…………………………………………………………………………….3

Выбор структуры и элементов ИИС…………………………………………….4

Алгоритм сбора и обработки измерительной информации…………………..10

Анализ достоверности результатов решения…………………………………..12

Список использованной литературы…………………………………………...13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание

В данной курсовой работе необходимо разработать информационную измерительную систему (ИИС) для контроля отклонений от цилиндричности поверхности детали.

Исходные данные:

- индуктивный датчик;

- контролирую в трех сечениях;

- 18 отсчетов через 20°.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор структуры ИИС

Измерение отклонений от цилиндричности контролирую в трех сечениях детали. Для измерений применяется один индуктивный датчик, производится измерение в одном датчике, затем деталь передвигается измеряется в следующем сечении.

Сигнал с датчика поступает на АЦП, а затем на ЭВМ.

1.1 Выбор первичного преобразователя

В данной работе придется контролировать малое изменение величины, поэтому выбираем индуктивные преобразователи, используемые для измерения перемещений до 0,5 мм.

Индуктивные измерительные преобразователи предназначены для преобразования положения (перемещения) в электрический сигнал. Они являются наиболее компактными, помехоустойчивыми, надежными и экономичными измерительными преобразователями при решении задач автоматизации измерения линейных размеров в машиностроении и приборостроении. Основными элементами индуктивного преобразователя являются: катушка с двумя или более обмотками и размещенный внутри катушки подвижной якорь.

В данной работе будем использовать индуктивный преобразователь М-023 компании «Микромех».

Индуктивный преобразователь состоит из корпуса (рис.1), в котором  на направляющих качения размещен шпиндель, на переднем конце которого расположен измерительный наконечник, а на заднем – якорь. Направляющая защищена от внешних воздействий резиновым манжетом. Связанный со шпинделем якорь находится внутри закрепленной в корпусе катушки. В свою очередь обмотки катушки электрически связаны с кабелем, закрепленным в корпусе и защищенным от перегибов конической пружиной. На свободном конце кабеля имеется разъем, служащий для подключения преобразователя к вторичному прибору. Корпус и шпиндель выполнены из закаленной нержавеющей стали. Переходник, соединяющий якорь со шпинделем состоит из титанового сплава. Пружина, создающая измерительное усилие, отцентрирована, что исключает трение при движении шпинделя. Такая конструкция преобразователя обеспечивает снижение случайной погрешности и вариации показаний до уровня менее 0,1 мкм.

Рис.1 – Устройство индуктивного преобразователя

М-023 имеет следующие технические характеристики:

Общий ход шпинделя преобразователя, мм, не менее                                   12,0

Диапазон измерения, мкм                                                                                 ±500

Предел допускаемой погрешности, мкм                                                          ±2,0

Размах показаний, мкм, не более                                                                        0,3

Измерительное усилие, cH, не более                                                                 150 

Колебание измерительного усилия в диапазоне измерений, cH, не более      80

Номинальная индуктивность, мГн                                                                     5-7

Отклонение индуктивности от номинального значения, %                                5

Напряжение питания, В                                                                                     5-10

Частота, кГц                                                                                                      10-20                                                                                                                                       

Рабочая температура, °C                                                                            от -40  до +70 

Влажность, %                                                                                                                35-95

Выходной величиной выбранного преобразователя является параметр электрической цепи – индуктивность, для построения измерительного канала ее требуется преобразовать в электрический сигнал.   
1.2 Выбор вторичного преобразователя

В качестве вторичного преобразователя выбираем микросхему AD698, которая по своим техническим характеристикам подходит и для первичного преобразователя М-023, и для платы L-154. Микросхема AD698 с индуктивным датчиком представлена на Рис. 2.

Рис.2 – микросхема AD698

 

1.3 Плата L-154

Плата L-154 предназначена  для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму для персональной ЭВМ, а также для ввода/вывода цифровых  ТТЛ линий и управления одним выходным аналоговым каналом (цифро-аналоговый преобразователь). На плате имеется один АЦП, на вход которого при помощи коммутатора может быть подан один из 16 (32) аналоговых сигнала с внешнего канала платы.

Технические характеристики платы L-154

АЦП
Количество  каналов	дифференциальных 16 с общей землёй 32
Разрядность	12 бит
Время преобразования	1.7 мкс
Входное сопротивление	2 MОм
Диапазон входного сигнала	±5.12В, ±2.56В, ±1.024В
Максимальная частота преобразования	70 кГц
Защита входов	при включенном питании компьютера  входы защищены на ±20 В при выключенном питании входы защищены на ±10 В
Интегральная нелинейность преобразования	±0.8 МЗР, макс. ±1.2 МЗР
Дифференциальная нелинейность преобразования	±0.5 МЗР, макс. ±0.75
Отсутствие пропуска кодов	гарантировано 12 бит
Время установления аналогового тракта при максимальном перепаде напряжения (временные параметры приведены для точности установления аналогового тракта до 1 МЗР)	4 мкс
Межканальное прохождение	На полосе 10 кГц меньше 0.5 МЗР На полосе 50 кГц      1 МЗР
Смещение нуля	±0.5 МЗР, макс. 1 МЗР
ЦАП
Полоса пропускания сигнала	не более 250 кГц
Количество каналов	1
Разрядность	12 бит
Время установления	10 мкс
Выходной диапазон	±5.12 В
Цифровые входы и выходы
Входной порт	8 бит ТТЛШ
Выходной порт	8 бит ТТЛШ

 

Таким образом, структура ИИС будет иметь следующий вид:

 

 

 

 

 

Рис. 3 – структура ИИС 

В данной ИИС будет один измерительный канал, так для измерения используется один индуктивный датчик.

Схема измерительного канала с выбранными первичным и вторичным преобразователями, и платой L-154 будет выглядеть следующим образом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4 – Схема измерительного канала

2. Алгоритм сбора и обработки измерительной информации

Задаемся математической моделью, описывающей идеальную цилиндрическую деталь:

(x-x0)2+(y-y0)=R02;

x=k*z+b.

Параметрами математической модели цилиндрической детали будут радиус сечения R0, координаты центров сечений цилиндров (x0;y0), тангенс угла наклона образующей цилиндра k.

Результаты измерения параметров должны быть выбраны таким образом, чтобы заданная функция наименьшим образом отличалась от данных о величинах, собираемых по измерительным каналам. Для этого введем критерий отличия, удовлетворяющий двум условиям:

1. F≥0;
2. F=0 (если результаты эксперимента точно совпадают с математической моделью).

Выбираем среднемодульный критерий (другие критерии в данном случае не дают четкого физического смысла):

 

 

Где r- расстояние от точки наблюдения до окружности, задаваемой моделью:

      i=1…18

1. расстояние от точки результата наблюдения до прямой, задаваемой моделью:

                             j=1…3

После введения количественного критерия отличия экспериментальных данных от математической модели, для определения результатов измерения следует использовать следующее условие:

F=min

Поиск минимума в соответствии с этим условием и определяет алгоритм обработки первичной информации.

 

Анализ достоверности результатов решения поставленной задачи

При оценке достоверности получаемых результатов учитываются аппаратные погрешности измерительного канала, которая будет равна погрешности индуктивного датчика и составляет ±2,0  мкм.

Погрешность вычислений в ЭВМ не учитывается, поскольку она может быть на порядки меньше значений, представляющих практический интерес.

Это относится и к погрешности за счет дискретизации по уровню к АЦП, несмотря на то, что она выше погрешности вычислений.

 

Список использованной литературы

1. Рубичев Н.А. Измерительные информационные системы. Методические указания по выполнению курсовых работ. – М.:МИИТ, 2009.
2. Сайт www.lcard.ru.
3. Сайт www.micromech.ru.