Реферат: Измерение линейных параметров длинномерных легкодеформируемых материалов
Для решения задачи в такой постановке в рассматриваемое устройство введена система динамической коррекции результатов измерения длины с учетом деформационного поведения материалов.
Система измерения длины материала с использованием стробоэффекта (рис. 6) содержит электродвигатель 1 привода перемещения материала, редуктор 2, цепные передачи 3 и 4 и измеритель длины. Измеритель длины состоит из двух пневматических транспортирующих валиков 5 и 6, представляющих собой две, сообщающиеся посредством гибкого воздухопровода 7 воздушные камеры, кимематически связанные между собой посредством зубчатого зацепления 8; оптронный диск 9; датчик 10.
Вопросы коррекции результатов измерения вследствие перекоса линии движения материала решаются посредством использования оптических линеек 11 и 12. определяющих положение одной из кромок материала на столе 13.
Элементы 14 предназначены для считывания информации о положении материала в пространстве движения; а электронные регистры 15 и 16 для записи информации о положении линии движения материала относительно стола 13.
В состав измерительной схемы также входят: блок сопряжения 17 для обмена информации с микропроцессором 18; блок 19 разрешения считывания длит материала; система измерения величины деформации, состоящая из оптического усилителя 20, оптоэлектронной системы 21, генератора 22 с программно-цикловым блоком задания частоты генерации импульсов, импульсной лампы 21 блока совпадения «И» 24; датчик 25 начала и конца материала; опори намоточные барабаны 26, связанные цепной передачей 27, и блок подготовки сжатого воздуха 28.
При работе системы измерения длины материал 29 проходит зону действия оптической линейки 12. При этом в регистре 15 формируется соответствующий сигнал, который подается параллельно на блок сопряжения 17 с микропроцессором 18 и блок 19 разрешения считывания информации о длине материала. Далее материал движется по поверхности стола 13 и входит в зону действия оптической линейки 11.
Рис. 6 - Структурно-кинематическая схема системы измерителя длины с использованием стробоэффекта [Пат РФ №2231018]
Считывание датчиками 14 информации с оптических линеек 11 и 12 о ширине материала в регистры 15 и 16 происходит непрерывно. При выходе со стола материал контактирует с эластичными валиками 5 и 6 измерителя длины. Полости валиков связаны с источником сжатого воздуха, а наружные поверхности выполнены в виде эластичных резинотканевых баллонов с изменяющимися в процессе работы геометрическими параметрами и обладают заданной степенью податливости посредством соответствующей настройки блока подготовки воздуха 28.
При срабатывании датчика 25, определяющего наличие материала в зоне измерения, информация поступает на один из входов блока 19, который формирует разрешение для прохождения импульсов от датчика 10 через блок сопряжения 17 в микропроцессор 18.
Конструктивно заложенный параметр , как расстояние между оптронными линейками 11 и 12, записывается в память микропроцессора в виде соответствующего кода до начала измерения длины. Информация, считанная с оптронного диска 9 датчиком 10 и переданная в микропроцессор, в программном режиме сравнивается с кодом длины . Совпадение кодов означает, что материал прошел от оптической линейки 12 до линейки 11. Этот конструктивный параметр определяет дискретность считывания информации о деформационных параметрах материала.
При каждом такте измерения запоминается местоположение контролируемой боковой кромки по длине материала путём определения количества «открытых» и «закрытых» светодиодов оптических линеек 11 и 12. Информация из регистров 15 и 16 через блок сопряжения 17 передается в микропроцессор, в котором происходит корректировка результатов измерения длины материала по величине перекоса его движения.
Коррекция результатов измерения длины материала от деформации производится по результатам распознавания стробоскопического эффекта фиксируемого оптоэлектронной системой 21, появляющегося при совпадении скорости движения элементов переплетения с частотой работы генератора 22 и, соответственно, импульсной лампы 23.
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ И ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЛИЯЮЩИХ НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛИННОМЕРНЫХ ЛЕГКОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
В предыдущих разделах было отмечено, что точность измерения ткани в большой степени зависит от того, в каком состоянии (в напряженном или свободном) находится ткань во время измерения. Напряженное состояние предопределяет наличие деформаций, что вызывает ошибки при определении длины тканей.
Рассматривая схему движения ткани по трехметровому столу можно убедиться в том, что промер длины ткани будет сопровождаться ее растяжением. При этом весьма интересно определить, какова же величина деформации ткани при ее промере. Возможно, что эта величина настолько невелика, что ею практически можно пренебречь.
Рис. 7 - Схема измерения на трехметровом столе
Величина общей деформации ткани в рулоне после промера ткани на трехметровом столе складывается из растяжения ткани при скольжении ее по поверхности стола и растяжения ткани в процессе сматывания ее в рулон.
Растяжение ткани при ее движении через промерочный стол определяют по формуле
где — длина ткани после того, как ее пропустили через промерочный стол и намотали в рулон;
— длина ткани после отлежки ее в свободном состоянии в точение 24 ч;
— абсолютная величина растяжения, включающая эластические и пластические деформации.
2.1 Методы измерения длины материала и анализ возникающих погрешностей
Измерение длины тканей производят непосредственно методом оценки, т. е. линейкой, рулеткой, которые непосредственно показывают измеряемую величину.
Измерения длины тканей подразделяют на технические и лабораторные, Технические измерения выполняют в производственных условиях. Перед выполнением технических измерений должна быть определена возможная погрешность. Если величина погрешности не превышает задаваемых допустимых пределов, то такие отклонения в измерениях не учитывают. В случае появления погрешностей свыше заданных допусков технологический процесс измерения должен быть перестроен.
При выполнении лабораторных измерений их погрешность должна обязательно учитываться.
Лабораторные измерения выполняют с точностью до 1 мм мерительными инструментами с минимальной ценой деления 1 мм. За длину образца при лабораторных измерениях принимают среднее арифметическое трех измерений, подсчитанное с точностью до 0,1 мм и округленное до 1,0 мм.
При технических измерениях длину ткани определяют однократным замером.
Согласно положениям математической статистики результаты измерений могут содержать погрешности: грубые (промахи), систематические, допустимые приборные, случайные.
Грубые погрешности возникают из-за невнимательности работающего, в результате чего появляются неправильные отсчеты, записи, подсчеты. Наличие грубых погрешностей определяется «выскакивающими» показателями, которые или исправляют, или исключают при обработке экспериментальных данных.
Систематические погрешности появляются при работе на неисправном оборудовании, приборах и др. Эти погрешности также называют неслучайными погрешностями, так как их появление не вызвано случайной причиной, а является следствием недостатков применяемого оборудования или инструмента. Величины таких погрешностей направлены в одну сторону и изменяются по определенному известному закону. Систематические погрешности устраняют путем тщательной проверки и наладки приборов, соблюдением методов испытаний. Случайные погрешности возникают от различных неподдающихся учету факторов. Величины случайных погрешностей направлены то в одну, то в другую сторону и могут быть различны. Абсолютная величина случайной погрешности не превосходит некоторой величины, называемой предельной погрешностью.
Случайные погрешности нельзя исключить введением постоянных поправок. При оценке измерений величину случайной погрешности необходимо учитывать.
Таким образом, при тщательно поставленных экспериментах остаются два вида ошибок, которые необходимо обязательно учитывать при статистической обработке экспериментальных данных.
К таким ошибкам относят допустимые погрешности, в которые входят и случайные погрешности, и допустимые приборные погрешности.
Приборные погрешности — это наибольшие погрешности прибора или инструмента, используемого при измерении. В рассматриваемом случае такими инструментами являются мерительные линейки или рулетки. Величина абсолютной погрешности равна цене одного деления принятой шкалы измерения.
Следовательно, при технических измерениях погрешность измерения равна ± 1 см, при лабораторных ± 1 мм.
В метрологических характеристиках промерочно-разбраковочного оборудования и других технических систем, предназначенных для входного контроля материалов и их настилания, обычно приводятся данные об их разрешающей способности по точности измерения. Однако в публикациях по этим вопросам отсутствует в необходимой мере анализ физической природы и количественная оценка составляющих погрешностей, возникающих при преобразовании линейных перемещений, обработке и передаче результатов измерения по информационным каналам.
Объективная оценка и достижение нормативной точности измерения линейных перемещений возможны при всестороннем анализе причин, порождающих систематические и случайные погрешности, включая влияние на результаты измерения физико-механических свойств обрабатываемых легкодеформируемых материалов. Для каждого класса, группы или конкретной технической системы, реализующей тот или иной способ измерения длины материалов в рулоне (куске), перечень факторов влияния может быть разным, так как каждое устройство, обладающее существенной новизной, обязательно имеет свои отличительные особенности - таковы условия признании нового технического решения изобретением.
Анализ процессов контактного взаимодействия легко деформируемых материалов с транспортирующими органами и элементами преобразователей линейных перемещений показывает, что точность измерения их длины зависит от выбранного метода, конструктивных параметров измерительной системы, напряженно-деформированного состояния, плотности, влажности и других физико-механических свойств самого материала в момент измерения. Эти факторы полностью или частично, но практически всегда, имеют место, порождая составляющие погрешностей вне зависимости от способа измерения и в ныне действующих разновидностях регистрациионно- измерительных систем.
Однако при реализации косвенного способа измерения появляются и дополнительные факторы влияния, которые необходимо учитывать при оценке погрешностей измерения длины материала. К ним относятся: условия контактного взаимодействия материала с элементами преобразователя линейных перемещений, если таковые используются; положение материала в пространстве движения и отклонение его от условно заданной линии транспортирования; влияние допусков на изготовление конструктивных элементов; способов получения, обработки, передачи, регистрации результатов измерения и т. д.
Наибольший интерес с точки зрения практической значимости предлагаемых технических решений представляют собой средства, у которых в качестве движителя полотна используется транспортёрная (мерная) лента, а в качестве преобразователя линейных перемещений - оптоэлектронная система с блоками динамической коррекции результатов измерения по стационарной или подвижной эталонной мере длины.
Линейные размеры кусков и в частности ширина материала, оказывая влияние на потери, являются ее важной характеристикой. Понимание этого нашло отражение в работах, посвященных исследованию ширины ткани. В них в основном рассматривается разноширинность и подчеркивается важность более полного использования ткани по ширине как фактора экономии.
Ввиду этого для швейных предприятий остается актуальной проблема учета разноширинности кусков и использования всей фактической (а не расчетной) площади ткани с целью снижения потерь сырья. Эта проблема неразрешима без разработки соответствующих методов и средств измерения ширины ткани.
Существенное влияние на экономное использование ткани оказывает способность ее к растяжению. Изменение длины материала в кусках под действием различных динамических растягивающих нагрузок на технологических операциях ПРП и в процессе хранения приводит к заведомым ошибкам при подготовке материала к раскрою, так как фактическая его длина в большинстве случаев отличается от зарегистрированной при входном контроле. Впоследствии это дает увеличение нерациональных остатков при настилании и раскрое, а также деформацию деталей кроя.
Анализ изменений линейных размеров материала в рулонах показал что следствием деформаций, происходящих при сматывании ткани в рулон и хранении, является усадка в настиле и крое. Установлено, что остаточная деформация в результате сматывания тканей в рулоны и последующего хранения в течение 24-72 ч составляет 0,2-1,5% в зависимости от приложенных нагрузок и артикула материала; период релаксации растет с увеличением нагрузки.
При проведении сравнительного анализа способов и средств измерения линейных параметров для ткани. Установлено, что браковочно-промерочные машины и трехметровые механизированные столы не обеспечивают измерения длины куска с точностью, предусмотренной стандартом. Общим недостатком этих машин является то, что измерение длины производится при неустановившемся режиме и переменном (пульсирующем) натяжении ткани. Для обеспечения точности определения линейных размеров ткани в соответствии с требованиями стандартов предлагается применять бесконтактный метод измерения, выполнять измерительные операции и проверять качество ткани в различных зонах машины, не зависящих друг от друга.
Таким образом, погрешности измерения длины ткани на машинах различных конструкций, как и на трехметровом столе, могут колебаться в некоторых пределах и достигать существенных значений. Они более всего определяются физико-механическими свойствами ткани и менее — конструктивными особенностями машин, хотя влияние последних не исключается.
Частные погрешности измерения длины материалов в общем случае можно объединить в следующие четыре основные группы:
• Погрешности, возникающие вследствие напряженно-деформированного состояния материала в момент его измерения, условий и параметров контактного взаимодействия с измерительным элементом, колебаний толщины, точности изготовления элементной базы и стабильности ее характеристик во времени;
• погрешности, порождаемые дискретностью преобразования перемещений в длину и пороговой чувствительностью элементной базы системы измерении;
• группа погрешностей, порождаемых отклонением материала относительно условно заданной линии его движения;
• группа погрешностей, генерируемых действием системы корректирования результатов измерения, если её использование предусмотрено в измерительной схеме.
Перечисленные первичные погрешности по своей природе носят как систематический, так и случайный характер, многие из них трудно прогнозируемы, но их необходимо учитывать при оценке точности измерения длины материала и искать пути устранения. Например, при выполнении предиз-мерительной подготовки материалов необходима релаксация их деформации, что может быть достигнуто снятием напряжений при достаточном временном сдвиге между свободным положением материала на мерной ленте и началом его измерения на прямолинейном участке движения.
Случайную же погрешность от проскальзывания материала относительно мерного элемента при использовании косвенного метода измерения без введения специальной системы корректирования результатов учесть практически невозможно. Для решения этой задачи необходима жесткая синхронизации скоростей движения материала и элемента измерения, т.е. их постоянное равенство или постоянство соотношения. Эти условия могут быть достигнуты разными методами, и в частности, посредством реализации постоянной кинематической связи между движителем и материалом.
Сформулируем общий подход к анализу частных погрешностей измерения длины при использовании преобразователей линейных перемещений с элементами транспортирования материала, выполненных в виде гибких звеньев-движителей. Одновременно рассмотрим и методику расчёта частных погрешностей, определяемых допусками на исполнение элементов конструкции системы измерения (параметров транспортерной ленты, приводного барабана и цены деления оптического обтюратора), а также разнотолщинностью и отклонением материала от условно заданной линии движения.
