eng
Выпуск #4/2025
К. Епифанцев
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛА НАКЛОНА ПРИВОДА КОНТУРОГРАФА НА РЕЗУЛЬТАТ КОНЕЧНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ: ВЕКТОР СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДИКИ ПОВЕРКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛА НАКЛОНА ПРИВОДА КОНТУРОГРАФА НА РЕЗУЛЬТАТ КОНЕЧНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ: ВЕКТОР СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДИКИ ПОВЕРКИ
Просмотры: 982
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.245.4.80.83
Выполнено исследование влияния погрешности установки угла наклона привода оси Х контурографа Contracer CV-3100 на результаты измерений. Сформулированы практические рекомендации по корректировке методики поверки и оптимизации конструкции прибора.
Выполнено исследование влияния погрешности установки угла наклона привода оси Х контурографа Contracer CV-3100 на результаты измерений. Сформулированы практические рекомендации по корректировке методики поверки и оптимизации конструкции прибора.
Теги: contour measuring machine contour stitching goniometer verification methodology x-axis drive контурограф методика поверки привод оси x сшивка контуров угломер
Исследование влияния угла наклона привода контурографа на результат конечных измерений: вектор совершенствования методики поверки
К. Епифанцев, к. т. н.
Выполнено исследование влияния погрешностей установки угла наклона привода оси Х контурографа Contracer CV-3100 на результаты конечных измерений и сшивки контуров. Проведены две серии измерений контуров деталей из различных партий. По результатам исследования сформулированы практические рекомендации по корректировке методики поверки и оптимизации конструкции прибора.
Современные приборы для контроля дефектов формы и контура характеризуются широким спектром измеряемых параметров и универсальностью использования, в том числе и для деталей с большой протяженностью исследуемой поверхности. Одним из таких приборов является контурограф Contracer CV-3100 (рис. 1), широко применяемый в различных отраслях промышленности, где требуется точность измерений параметров деталей. При работе на контурографе с объектами значительной длины, превышающей 25 см, и сложной геометрии, например, ступенчатых валов, возникает необходимость в процедуре сшивки контуров, полученных на различных участках поверхности. Следует отметить, что в процессе калибровки измерительной системы угол наклона привода оси Х, являющийся значимым фактором, влияющим на точность сшивки, не подвергается непосредственному контролю и измерению. Данное обстоятельство может сказываться на достоверности результатов при формировании результирующего контура протяженного объекта.
На рис. 2 представлен эталон для калибровки контурографа Contracer CV-3100, применяемый в Лаборатории цифровой метрологии ГУАП.
Сшивка контура осуществляется последовательным измерением частей детали с наклоном привода -7 °, то есть сначала измеряется одна часть, затем другая, также с наклоном -7 °. Такой подход позволяет решить две задачи: измерение крупногабаритных деталей, которые невозможно охватить за один проход, и измерение параметров скосов и фасок, которые также не могут быть точно измерены за один проход из-за соскальзывания щупа и неточного воспроизведения контура уступа или выемки.
Следует отметить, что данный угол наклона не установлен официальной методикой, а является рекомендацией производителей. При этом рекомендации разных производителей могут отличаться, а в ГОСТе отсутствуют указания по этому вопросу, что подчеркивает актуальность настоящего исследования.
В стандартной методике поверки и калибровки отсутствуют рекомендации по контролю угла наклона привода, который является важным фактором при сшивке контуров. Угол наклона привода выставляется оператором самостоятельно и порой из-за эффекта параллакса не регулируется на точное количество градусов. В методику поверки следовало бы включить указания по использованию угломера для проверки качества поворота привода и контролю угла поворота. Особенно важно понимание влияния величины данного угла на результат конечных измерений. Неточно выставленный угол наклона привода может привести к смещениям результатов конечных измерений на тысячные доли микрон, что может оказать существенное влияние на конечный вид сшитого профиля.
Подобные узкие места в методиках измерений являются не редкостью для многих современных измерительных приборов. Контурограф Contracer CV-3100 – сравнительно новый тип оборудования, который начал применяться не так давно, поэтому его методики калибровки и поверки нуждаются в дальнейшем совершенствовании. Это подчеркивает актуальность проводимого исследования, ключевым аспектом которого является анализ влияния угла наклона привода на результаты измерений и точность конечных расчетов.
В качестве примера рассмотрим методику поверки, изложенную в документе МП 58193-14 «Контурографы модели 220. Методика поверки» и утвержденную ФГУП «ВНИИМС» в 2014 году (рис. 3). Среди основных средств поверки данных приборов – мера для поверки приборов для измерений контура поверхности KN 100 (номер в ГРСИ РФ: 52266-12), предназначенная для передачи единицы длины в области измерений геометрических параметров профиля поверхности деталей – радиусов, углов, расстояний в лабораторных условиях (рис. 4). Документ МП 58193-14 также не содержит никаких рекомендаций по контролю угла наклона привода и проведению процедуры сшивки контуров, хотя данная процедура является крайне важной при измерении деталей.
В табл. 1 и табл. 2 представлены результаты измерений двух деталей из одной партии и двух деталей из другой партии соответственно. Каждая строчка в таблице соответствует одной детали.
Измерения каждой детали проводились следующим образом. После калибровки контурографа оператор закреплял деталь в тисках, после чего устанавливал угол наклона привода +7 °. Далее подводил щуп к самой правой точке детали и запускал измерение. После прохождения щупом 70% контура оператор поднимал его и устанавливал угол наклона привода -7 °. Далее щуп устанавливался в точке, соответствующей середине контура, так, чтобы 20% контура обмерялась дважды. Затем запускалось измерение до конца детали.
В результате, на экране выводились два контура, соответствующие разным углам наклона. В программном обеспечении были выполнены выравнивание двух контуров по измеренным элементам и соединение контуров. При этом один контур выбирался в качестве основного, он разворачивался строго по оси X. Далее было необходимо «пришить» неразвернутый контур к развернутому. Для этого выбирались две точки на одном контуре и соответствующие две точки на другом контуре, которые должны были быть измерены идентично друг другу.
Необходимо отметить, что деталь не вынималась из тисков, ее положение не менялось, однако, как видно из скриншотов, представленных в таблицах, идентичные точки контура имеют разные координаты из-за погрешностей при установке углов наклона привода.
Результаты статистической обработки измерений первой партии деталей представлены в табл. 3.
На основе данных табл. 3 получим несмещенную дисперсию sn – 12 = ss/(n – 1) = 0,0145, смещенную дисперсию sn2 = ss/n = 0,0109, коэффициент вариации c = sn – 1/x¯ = 0,9478. При этом среднеквадратичное отклонение (СКО) на основании несмещенной и смещенной дисперсии σn-1 = 0,1204 и σn = 0,1044 соответственно.
Аналогично, для второй серии измерений (табл. 4) получим sn – 12 = 0,00328, sn2 = 0,00246, коэффициент вариации c = 0,0495, СКО σn – 1 = 0,0573 и σn = 0,0496.
Таким образом, серия измерений второй партии деталей, выполненная в течение двух суток, показывает меньший разброс данных по сравнению с измерениями первой партии, что подтверждается значениями дисперсии и среднеквадратичного отклонения. Это может быть обусловлено сокращением интервалов между калибровками оборудования.
На основании вышеизложенного рекомендуется включить в методику поверки оценку сходимости результатов измерений одного и того же контура при различных углах поворота. Это позволит выявить возможные люфты привода прибора при поворотах, некорректные действия операторов и необходимость дополнительной настройки оборудования. Кроме того, дополнительное повышение точности измерений возможно при интеграции электронного угломера в конструкцию прибора.
ЛИТЕРАТУРА
Гущина Е. А., Ефремов Н. Ю., Епифанцев К. В. Цифровая метрология: учебно-методическое пособие // СПб: ГУАП, 2022. 104 с.
МП 58193-14 «Контурографы модели 220. Методика поверки» // ФГУП «ВНИИМС», 2014.
К. Епифанцев, к. т. н.
Выполнено исследование влияния погрешностей установки угла наклона привода оси Х контурографа Contracer CV-3100 на результаты конечных измерений и сшивки контуров. Проведены две серии измерений контуров деталей из различных партий. По результатам исследования сформулированы практические рекомендации по корректировке методики поверки и оптимизации конструкции прибора.
Современные приборы для контроля дефектов формы и контура характеризуются широким спектром измеряемых параметров и универсальностью использования, в том числе и для деталей с большой протяженностью исследуемой поверхности. Одним из таких приборов является контурограф Contracer CV-3100 (рис. 1), широко применяемый в различных отраслях промышленности, где требуется точность измерений параметров деталей. При работе на контурографе с объектами значительной длины, превышающей 25 см, и сложной геометрии, например, ступенчатых валов, возникает необходимость в процедуре сшивки контуров, полученных на различных участках поверхности. Следует отметить, что в процессе калибровки измерительной системы угол наклона привода оси Х, являющийся значимым фактором, влияющим на точность сшивки, не подвергается непосредственному контролю и измерению. Данное обстоятельство может сказываться на достоверности результатов при формировании результирующего контура протяженного объекта.
На рис. 2 представлен эталон для калибровки контурографа Contracer CV-3100, применяемый в Лаборатории цифровой метрологии ГУАП.
Сшивка контура осуществляется последовательным измерением частей детали с наклоном привода -7 °, то есть сначала измеряется одна часть, затем другая, также с наклоном -7 °. Такой подход позволяет решить две задачи: измерение крупногабаритных деталей, которые невозможно охватить за один проход, и измерение параметров скосов и фасок, которые также не могут быть точно измерены за один проход из-за соскальзывания щупа и неточного воспроизведения контура уступа или выемки.
Следует отметить, что данный угол наклона не установлен официальной методикой, а является рекомендацией производителей. При этом рекомендации разных производителей могут отличаться, а в ГОСТе отсутствуют указания по этому вопросу, что подчеркивает актуальность настоящего исследования.
В стандартной методике поверки и калибровки отсутствуют рекомендации по контролю угла наклона привода, который является важным фактором при сшивке контуров. Угол наклона привода выставляется оператором самостоятельно и порой из-за эффекта параллакса не регулируется на точное количество градусов. В методику поверки следовало бы включить указания по использованию угломера для проверки качества поворота привода и контролю угла поворота. Особенно важно понимание влияния величины данного угла на результат конечных измерений. Неточно выставленный угол наклона привода может привести к смещениям результатов конечных измерений на тысячные доли микрон, что может оказать существенное влияние на конечный вид сшитого профиля.
Подобные узкие места в методиках измерений являются не редкостью для многих современных измерительных приборов. Контурограф Contracer CV-3100 – сравнительно новый тип оборудования, который начал применяться не так давно, поэтому его методики калибровки и поверки нуждаются в дальнейшем совершенствовании. Это подчеркивает актуальность проводимого исследования, ключевым аспектом которого является анализ влияния угла наклона привода на результаты измерений и точность конечных расчетов.
В качестве примера рассмотрим методику поверки, изложенную в документе МП 58193-14 «Контурографы модели 220. Методика поверки» и утвержденную ФГУП «ВНИИМС» в 2014 году (рис. 3). Среди основных средств поверки данных приборов – мера для поверки приборов для измерений контура поверхности KN 100 (номер в ГРСИ РФ: 52266-12), предназначенная для передачи единицы длины в области измерений геометрических параметров профиля поверхности деталей – радиусов, углов, расстояний в лабораторных условиях (рис. 4). Документ МП 58193-14 также не содержит никаких рекомендаций по контролю угла наклона привода и проведению процедуры сшивки контуров, хотя данная процедура является крайне важной при измерении деталей.
В табл. 1 и табл. 2 представлены результаты измерений двух деталей из одной партии и двух деталей из другой партии соответственно. Каждая строчка в таблице соответствует одной детали.
Измерения каждой детали проводились следующим образом. После калибровки контурографа оператор закреплял деталь в тисках, после чего устанавливал угол наклона привода +7 °. Далее подводил щуп к самой правой точке детали и запускал измерение. После прохождения щупом 70% контура оператор поднимал его и устанавливал угол наклона привода -7 °. Далее щуп устанавливался в точке, соответствующей середине контура, так, чтобы 20% контура обмерялась дважды. Затем запускалось измерение до конца детали.
В результате, на экране выводились два контура, соответствующие разным углам наклона. В программном обеспечении были выполнены выравнивание двух контуров по измеренным элементам и соединение контуров. При этом один контур выбирался в качестве основного, он разворачивался строго по оси X. Далее было необходимо «пришить» неразвернутый контур к развернутому. Для этого выбирались две точки на одном контуре и соответствующие две точки на другом контуре, которые должны были быть измерены идентично друг другу.
Необходимо отметить, что деталь не вынималась из тисков, ее положение не менялось, однако, как видно из скриншотов, представленных в таблицах, идентичные точки контура имеют разные координаты из-за погрешностей при установке углов наклона привода.
Результаты статистической обработки измерений первой партии деталей представлены в табл. 3.
На основе данных табл. 3 получим несмещенную дисперсию sn – 12 = ss/(n – 1) = 0,0145, смещенную дисперсию sn2 = ss/n = 0,0109, коэффициент вариации c = sn – 1/x¯ = 0,9478. При этом среднеквадратичное отклонение (СКО) на основании несмещенной и смещенной дисперсии σn-1 = 0,1204 и σn = 0,1044 соответственно.
Аналогично, для второй серии измерений (табл. 4) получим sn – 12 = 0,00328, sn2 = 0,00246, коэффициент вариации c = 0,0495, СКО σn – 1 = 0,0573 и σn = 0,0496.
Таким образом, серия измерений второй партии деталей, выполненная в течение двух суток, показывает меньший разброс данных по сравнению с измерениями первой партии, что подтверждается значениями дисперсии и среднеквадратичного отклонения. Это может быть обусловлено сокращением интервалов между калибровками оборудования.
На основании вышеизложенного рекомендуется включить в методику поверки оценку сходимости результатов измерений одного и того же контура при различных углах поворота. Это позволит выявить возможные люфты привода прибора при поворотах, некорректные действия операторов и необходимость дополнительной настройки оборудования. Кроме того, дополнительное повышение точности измерений возможно при интеграции электронного угломера в конструкцию прибора.
ЛИТЕРАТУРА
Гущина Е. А., Ефремов Н. Ю., Епифанцев К. В. Цифровая метрология: учебно-методическое пособие // СПб: ГУАП, 2022. 104 с.
МП 58193-14 «Контурографы модели 220. Методика поверки» // ФГУП «ВНИИМС», 2014.
Отзывы читателей
