Юстировка преобразователей угловых перемещений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Юстировка преобразователей угловых перемещений

Н.В. Смирнов

С.М. Латыев

Университет ИТМО, СПб

Использование угловых преобразователей в промышленности позволяет повысить степень автоматизации производственного процесса и качество выпускаемого продукта. Именно поэтому к преобразователям предъявляются высокие требования к точности и быстродействию. В связи с этим, на первый план выходит проблема юстировки и последующего контроля угловых преобразователей.

Основными погрешностями оптико-электронных преобразователей угловых перемещений, основанных на круговых растрах как мерах угла, являются их эксцентриситеты и погрешности деления периода штрихов рабочих дорожек [1]. Наибольший интерес представляет эксцентриситет растра.

Эксцентриситет это несовпадение центра деления штрихов с осью вращения диска. Для уменьшения значения эксцентриситета при сборке растра производят его центрировку различными способами относительно оси вращения. В практике современного приборостроения наиболее часто применяемой является центрировка по юстировочной окружности, изготовленной за одну операцию с делением штрихов. Операция центрировки обычно осуществляется с помощью измерительного микроскопа [1] или с помощью юстировочного автомата высокой производительности [2]. Но все используемые схемы имеют ряд существенных недостатков. Остаточная величина децентрировки растров при центрировании по центрировочной риске обусловлена не только чувствительностью микроскопов и биениями подшипников вращения, но также некруглостью юстировочной марки и неточностью её расположения относительно рабочих штрихов. Кроме этого, центрировка растра по юстировочной окружности не позволяет компенсировать влияние первой гармоники периодической погрешности деления штрихов растра.

На рис. 1 представлена схема разработанного стенда для центрировки растра по электрическим сигналам, поступающим на вход осциллографа с двух считывающих систем. Сами системы считывания установлены диаметрально противоположно на рабочей дорожке штрихов растра. Центрируемый растр устанавливается на оправу и приводится в равномерное вращение. Электрический сигнал квазисинусоидальной формы, вырабатываемый одной из систем, преобразуется формирователем в строб в виде прямоугольного электрического импульса и подается на вход осциллографа. На тот же вход подается квазисинусоидальный сигнал, вырабатываемый второй считывающей системой. Из-за суммарного эксцентриситета растра прямоугольный импульс, играющий роль индекса, перемещается относительно квазисинусоиды. Чувствительность этого способа выявления децентрировки растра весьма высока благодаря масштабному усилению электрических сигналов на осциллографе и высокой чувствительности зрения оператора. Центрировка растра осуществляется пьезодвигателем по сигналу компьютера. Отъюстированное положение растра фиксируется ультрафиолетовым клеем.

Кроме центрировки растров в преобразователях в процессе их сборки юстируют также равенство амплитуд и требуемый сдвиг фаз сигналов с фотоприемников считывающих систем [3]. Равенство амплитуд сигналов достигают обычно регулировкой световых потоков, падающих на фотоприемники, или регулировкой резисторов в цепи их питания. Необходимый сдвиг фаз сигналов достигается благодаря подвижке фотоприемников или считывающей системы.

Рис. 1. Схема стенда для центрировки растров при помощи осциллографа (1 - растр, 2 и 5 - системы считывания, 3 - формирователь сигнала, 4 - осциллограф, 6 - пьезодвижитель, Дe - эксцентриситет)

Компенсация биений подшипников оси вращения и нечетных гармоник погрешностей деления штрихов растра достигается благодаря использованию как минимум двух отсчетных систем, установленных диаметрально противоположно. Для компенсации ряда четных гармоник устанавливают четыре считывающие системы, расположенных под прямыми углами друг к другу. При наличии двух и более считывающих систем юстируют их номинальное относительное угловое расположение.

Естественно, после операции центрировки возникает необходимость проконтролировать точностные характеристики собранного устройства. Измерение точности контролируемых преобразователей обычно осуществляется путем сравнения их работы с эталонными угловыми датчиками [4, 5]. В большинстве случаев, для этого соединяют валы поверяемого и эталонного преобразователей муфтой, приводят валы в синхронное вращение и сравнивают значения преобразования кругового движения валов обоих датчиков. Эталонный преобразователь при этом должен иметь не менее, чем трёхкратный метрологический запас по точности по сравнению с контролируемым устройством.

Основная проблема заключается в том, что для соединения валов контролируемого и эталонного преобразователей необходимо использовать компенсационную либо глухую муфту. Недостатком такого способа контроля является то, что компенсационные муфты передают движение с одного вала на другой с погрешностями, значение которых зависит от точности взаимного расположения соединяемых валов (таких как их несоосность, перекосы, осевые и радиальные биения). Довольно часто погрешности передачи вращения компенсационными муфтами превосходят погрешности самих контролируемых датчиков, причем учесть их влияние на точность контроля достаточно проблематично. Кроме того, перед контролем валы эталонного и поверяемого преобразователей необходимо тщательно выставлять друг относительно друга (т.е. осуществлять контроль радиального и торцевого биения валов). Все это затрудняет процесс контроля, увеличивая трудоемкость процесса и уменьшая достоверность получаемых результатов.

Таким образом, главная задача заключалась в создании такого устройства сопряжения, которое бы обеспечивало принцип отсутствия избыточных связей при соединении контролируемого и образцового преобразователей. Это устройство представляет собой параллелограммный механизм со сферическими шарнирами, связывающие его с корпусом контролируемого преобразователя. Механизм позволяет устранить влияние радиального биения и осуществляет передачу угла поворота контролируемого и эталонного преобразователей без искажений. Оно компенсирует все 5 необходимых нам подвижек контролируемого преобразователя относительно эталонного преобразователя.

Рис. 2. Функциональная схема стенда для контроля угловых преобразователей (1 - автоколлиматор, 2 - зеркало, 3 - контролируемый преобразователь, 4 - специальное соединительное устройство, 5 - глухая муфта, 6 - образцовый преобразователь, 7 - двигатель)

На рис. 2 представлена схема стенда, снабженного разработанным соединительным устройством. Синхронное вращение валов образцового и контролируемого преобразователей осуществляется двигателем, связанным с компьютером (ПК). С персональным компьютером также связаны выходы контролируемого преобразователя и высокоточного эталонного преобразователя. Для снижения нагрузки на подшипники образцового преобразователя под весом контролируемого преобразователя в стенде может быть предусмотрено разгрузочное устройство, к примеру, груз со шкивом. Для защиты от вибраций, которые могут также оказывать значительное влияние на итоговый результат измерений, образцовый преобразователь установливается на амортизирующие опоры, а вращение валов от мотора передаётся через шкив. Предложенный измерительный стенд, помимо специального соединительного устройства, снабжен так же автоколлиматором для контроля возможных отклонений положения соединительного устройства в текущий момент времени и устройством программного управления для цифровой коррекции результатов контроля.

Операции по центрировке растров преобразователей угловых перемещений с одной либо несколькими системами считывания целесообразно осуществлять по электрическим сигналам, поступающих на вход осциллографа. Помимо этого, на основании проведенных теоретических и прикладных исследований доказана возможность реализации стенда, исключающего влияние муфты, и целесообразность продолжения работ по разработке и оптимизации его конструкции.

Литература

юстировочный преобразователь высокоточный датчик

1. Латыев С.М. Компенсация погрешностей в оптических приборах. Л, машиностроение, 1985, 248 с.

2. Weber G. Justageautomat fьr Drehgeber-Impulsscheiben// 50 IWK TUI 19-23.09.2005/ Tagungsband, pp. 59-60.

3. Латыев С.М. Конструирование точных (оптических) приборов. СПб, Политехника, 2007.

4. Домрачев В.Г., Мейко Б.С. Цифровые преобразователи угла. Принципы построения, теория точности, методы контроля. - М., Энергоатомиздат, 1984. - 328 с.

5. Дарменко Ю.П., Иванов Б.Н. Способ поверки преобразователей угла поворота вала в код и устройство для его осуществления. пат. СССР № 824265, 1981.

Размещено на Allbest.ru