Politechnika Warszawska

Wydział Mechatroniki

Projekt 1

Przyrząd do sprawdzania błędów wskazań czujnika zegarowego

Prowadzący:

Dr inż. A.Woźniak

Wykonał:

Michał Rak

Gr.32

Założenia projektowe:

Stanowisko będzie wykorzystywane do sprawdzania czujników zegarowych-zębatych o zakresie 2mm i wartości działki elementarnej 2µm. Przykład takiego czujnika przedstawiony jest poniżej.

Model J09A

Średnica zegara:	58 mm
Zakres:	2 mm
Rozdzielczość:	0,002 mm
Gradacja:	0-10-0

Standard DIN878-1983. Posiada certyfikat kalibracji.

Błąd pomiaru powinien wynosić maksymalnie (0,2-0,4)µm, co stanowi odpowiedni 1/10 i 1/5 wartości działki elementarnej.

Oprócz wymagań dokładnościowych przyrząd powinien spełniać też następujące wymagania:

• odporność na warunki otoczenia

• prostota obsługi stanowiska

• szybkość mocowania mierzonych czujników

• mobilność

Analiza możliwych rozwiązań:

Różnorodność możliwych rozwiązań wynika z doboru: wzorca, przekładni, prowadnic, mocowanie czujnika i rejestracja pomiarów.

Wzorce:

• wzorce krańcowe (płytki wzorcowe)

• śruby mikrometryczne

• wzorce inkrementalne(optoelektroniczne, induktosynowe, pojemnościowe)

• wzorce kodowe

• wzorce inkrementalne

Przekładnie:

• klinowe

• dźwigniowe

• cięgnowe

• krzywkowe

• zębate

• śruba-nakrętka

• brak przekładni

Prowadnice:

• ślizgowe

• toczne

• na sprężynach płaskich

• aerostatyczne

• hydrostatyczne

• magnetyczne

• bez przekładni

Mocowanie czujnika:

• śruba zaciskowa

• tuleja zaciskowa

• pryzma z płytą dociskową

• sprężyny dociskowe

Rejestracja pomiarów:

• operator

• rejestrator

• komputer

Trzy przykładowe rozwiązania konstrukcyjne:

1. Pomiar czujnika bezpośrednio śrubą mikrometryczną:

Jest to rozwiązanie najprostsze, z małą ilością składowych błędu pomiaru. Na błąd całkowity wpływają: błąd niewspółosiowości osi głowicy mikrometrycznej i czujnika badanego oraz błąd samej głowicy. Zbyt duży błąd głowicy mikrometrycznej wynoszący 0,005mm uniemożliwia wykorzystanie tego rozwiązania gdyż przewyższa on błąd dopuszczalny.

2. Pomiar czujnika z wykorzystaniem przekładni klinowej:

Jest to rozwiązanie dobre ze względu na zmniejszenie błędu pochodzącego od głowicy mikrometrycznej poprzez zastosowanie przełożenia Odrzuciłem je ze względu na dużą ilość elementów mogących wpłynąć na błąd. Są to przede wszystkim klin (dokładność jego wykonania), sposób prowadzenia klina zapewniający jego prostoliniowość, a także prowadzenie trzpienia czujnika po powierzchni klina.

3. Pomiar czujnika przy wykorzystaniu przekładni dźwigniowej:

W przypadku tym można zmniejszyć błędy czujnika wzorcowego przełożone na czujnik badany poprzez zastosowanie przełożenia.

Opis wybranego rozwiązania:

Do szczegółowej analizy wybrałem rozwiązanie nr 3 gdyż jest jednocześnie dokładne i proste w konstrukcji. Do projektu dołączony jest rysunek złożeniowy oraz karty katalogowe użytych elementów handlowych.

Głowica mikrometryczna, której fragment karty katalogowej zamieszczony jest poniżej powoduje obrót dźwigni.

Środkiem obrotu jest oś łożyska nożowego. Czop łożyska ma kąt rozwarcia 60⁰ gdyż takie wartości stosuje się wagach precyzyjnych gdzie zależy nam na braku przemieszczeń czopa w panewce. Czop jest dodatkowo dociśnięty do panewki za pomocą dwóch śrub naciągowych zaczepionych na wałeczkach.

Stosunek odległości śruba mikrometryczna czujnik badany wynosi 3:1, a czujnik wzorcowy czujnik badany 2:1. Przesunięcie jest mierzone czujnikiem wzorcowym a nie śrubą mikrometryczną, co zmniejsza niedokładność pomiaru.

Analiza błędów:

W wybranym przeze mnie rozwiązaniu źródłami błędów są:

• Błąd czujnika wzorcowego

• Błąd wynikający z niesymetrii osi obrotu dźwigni i osi czujnika wzorcowego względem osi czujnika wzorcowego wpływający na zmianę przełożenia

Błąd czujnika wzorcowego:

Wycinek z karty katalogowej czujnika wzorcowego przedstawiony jest poniżej.

Zgodnie z kartą katalogową załączoną do projektu czujnik wzorcowy ma błąd pomiaru, wynoszący 0,2µm. Jako, że stosunek odległości czujnika wzorcowego względem osi obrotu do odległości oś obrotu-oś czujnika badanego wynosi 2:1 błąd z czujnika badanego przeniesiony z czujnika wzorcowego wynosi 0,1µm. Przedstawia to poniższy schemat.

Błąd od wzorca δ_w=0,1µm

Błąd przełożenia:

Błąd ten wynika z niesymetrii osi czujnika wzorcowego i osi łożyska względem osi czujnika badanego. Poniżej przedstawiona jest tabela zawierająca tolerancje dla różnych wymiarów dla danych klas.

Tabela tolerancji współosiowości, współśrodkowości, symetrii:

Dla wymiaru nominalnego 140mm w pierwszej klasie tolerancji odchyłka wynosi 3µm. W najgorszym wypadku odległość czujnik badany-oś obrotu, która nominalnie wynosi 70mm może wynieść 69,997mm a odległość między oboma czujnikami(nominalnie 70) 70,003mm. Powoduje to zwiększenie przełożenia do wartości k'=2,000085718, podczas gdy nominalne k=2. Różnica przełożeń wynosi 8,57*10^-5. Błąd ten wpływa najbardziej dla wychylenia maksymalnego czujnika badanego(2mm) . Pomnożenie różnicy przełożeń przez maksymalne wychylenie da błąd.

δ_k=8,57·10^-5·2mm=1,714·10^-4mm=0,1714µm

Błąd całkowity:

Błąd całkowity jest złożeniem błędów składowych.

=0,197µm

Z analizy błędów wynika, że dokładność geometryczna wykonania części wpływa prawie trzykrotnie bardziej na błąd pomiaru. Otrzymany błąd całkowity wynosi ≈0,2µm, a więc nie przekracza założonych na wstępie błędów dopuszczalnych.

1

0,2µm

0,1µm

---