RU2331043C1 - Method of contactless measurement of controlled surface profile in dynamic conditions - Google Patents
Method of contactless measurement of controlled surface profile in dynamic conditions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2331043C1 RU2331043C1 RU2007111027/28A RU2007111027A RU2331043C1 RU 2331043 C1 RU2331043 C1 RU 2331043C1 RU 2007111027/28 A RU2007111027/28 A RU 2007111027/28A RU 2007111027 A RU2007111027 A RU 2007111027A RU 2331043 C1 RU2331043 C1 RU 2331043C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gap
- measurements
- value
- gaps
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к области создания средств и методов бесконтактного измерения неровностей поверхностей, геометрических размеров, эксцентриситета и перемещений деталей машин и механизмов.The invention relates to mechanical engineering, and in particular to the field of creating tools and methods for non-contact measurement of surface irregularities, geometric dimensions, eccentricity and movements of machine parts and mechanisms.
Известны способы бесконтактного измерения профилей деталей машин для контроля их механического состояния с использованием, например, приборов на основе преобразователей емкостного и вихретокового типов (Харламов В.В. Методы и средства диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока: Монография, Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002, 233 с.). На результаты измерений данными устройствами при используемых методах измерений, как правило, оказывают влияние различного рода внешние факторы, например удельное электрическое сопротивление и температура контролируемых поверхностей, скорость относительного перемещения измерительного преобразователя и контролируемой поверхности, их взаимное расположение, а также вибрации деталей машин в динамических режимах, обусловленные силовыми воздействиями различной природы на контролируемые элементы и несовершенством подшипниковых узлов.Known methods for non-contact measurement of profiles of machine parts to control their mechanical condition using, for example, devices based on capacitive and eddy current transducers (Kharlamov V.V. Methods and means for diagnosing the technical condition of the collector-brush assembly of traction electric motors and other collector DC machines: Monograph, Omsk State University of Railway Engineering, Omsk, 2002, 233 pp.). The measurement results of these devices with the used measurement methods are usually influenced by various external factors, such as electrical resistivity and temperature of the surfaces to be monitored, the relative velocity of the measuring transducer and the surface to be monitored, their relative position, as well as vibration of machine parts in dynamic modes due to force effects of various nature on the controlled elements and imperfection of the bearing units .
Известны способы бесконтактных измерений профиля коллектора и биения его рабочей поверхности в условиях вибраций с использованием, например, дифференциальных вихретоковых преобразователей либо дифференциальных схем измерения (Герасимов В.Г. и др. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.188). Однако данные методы измерений не устраняют влияние указанных выше внешних факторов на точность измерений в условиях отсутствия вибрационных воздействий, а при наличии вибраций в динамических режимах работы решают проблему повышения точности измерений лишь частично. Это обусловлено тем, что даже при идеальном профиле коллектора (контактного кольца или другого элемента в форме тела вращения) и отсутствии эксцентриситета зазоры между измерительными щелями дифференциального преобразователя и вращающейся контролируемой поверхностью в отдельные моменты времени не равны друг другу из-за вибраций якоря. Максимальная разница указанных выше зазоров для первой гармоники внешнего вибрационного воздействия определяется из уравненияKnown methods for non-contact measurements of the profile of the collector and the beating of its working surface under vibration using, for example, differential eddy current transducers or differential measurement schemes (Gerasimov V.G. et al. Methods and devices for electromagnetic control of industrial products. - M .: Energoatomizdat, 1983 , p. 188). However, these measurement methods do not eliminate the influence of the above external factors on the measurement accuracy in the absence of vibration effects, and in the presence of vibrations in dynamic operating modes, they only partially solve the problem of increasing the measurement accuracy. This is due to the fact that even with an ideal collector profile (contact ring or other element in the form of a body of revolution) and the absence of eccentricity, the gaps between the measuring slots of the differential transducer and the rotating controlled surface are not equal to each other due to armature vibrations. The maximum difference of the above gaps for the first harmonic of the external vibrational influence is determined from the equation
где А - амплитуда первой гармоники, м;where A is the amplitude of the first harmonic, m;
К - число коллекторных пластин.K is the number of collector plates.
В соответствии с данным выражением величина Δ (перепад между рядом лежащими коллекторными пластинами), например, для коллекторной машины малой мощности (К=20, А=10-5 м) может составлять почти ±3 мкм, что, как правило, больше допустимого перепада между уровнями соседних коллекторных пластин для данного класса машин, который составляет порядка 1,5-2,0 мкм. Следовательно, при данном способе измерений на выходе измерительного устройства будет фиксироваться ложная информация как о величине перепада между соседними коллекторными пластинами, так и о направлении смещения одной пластины относительно другой даже при идеальном профиле коллектора (Δ=0). Реальный профиль коллектора, измеренный в соответствии с данным способом, также будет искажаться в результате воздействия внешних вибраций, а степень искажения будет зависеть как от числа коллекторных пластин, так и от характера вибраций. Кроме того, измерительные приборы, использующие рассмотренный способ измерения, имеют низкую универсальность, так как для разных типов машин с разной величиной коллекторного деления требуется отдельный измерительный преобразователь с соответствующим расстоянием между измерительными щелями.In accordance with this expression, the value of Δ (drop between adjacent laying collector plates), for example, for a low-power collector machine (K = 20, A = 10 -5 m) can be almost ± 3 μm, which, as a rule, is greater than the permissible difference between the levels of adjacent collector plates for this class of machines, which is about 1.5-2.0 microns. Therefore, with this method of measurement, false information will be recorded at the output of the measuring device both about the difference between adjacent collector plates and about the direction of the displacement of one plate relative to another even with an ideal collector profile (Δ = 0). The actual profile of the collector, measured in accordance with this method, will also be distorted as a result of external vibrations, and the degree of distortion will depend on both the number of collector plates and the nature of the vibrations. In addition, measuring instruments using the measurement method considered have low versatility, since different types of machines with different collector divisions require a separate measuring transducer with a corresponding distance between the measuring slots.
Известен также способ бесконтактного измерения профиля контролируемой поверхности в динамических режимах, включающий измерение зазоров между измерительным преобразователем и контролируемой поверхностью, корректировку величин данных зазоров и определение профиля контролируемой поверхности на основе откорректированных значений зазоров (Герасимов В.Г. и др. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.200), который выбран в качестве прототипа предлагаемого изобретения.There is also a method of non-contact measurement of the profile of the controlled surface in dynamic modes, including measuring the gaps between the measuring transducer and the controlled surface, adjusting the values of these gaps and determining the profile of the controlled surface based on the adjusted values of the gaps (Gerasimov V.G. et al. Methods and devices of electromagnetic control industrial products. - M .: Energoatomizdat, 1983, p.200), which is selected as a prototype of the invention.
В данном методе в отличие от предыдущего решаются задачи повышения универсальности его применения и снижения погрешностей измерений в отсутствие внешних вибраций путем динамической градуировки измерительного устройства с помощью образцовой медной пластины заданной высоты, наклеенной на одну из пластин коллектора, и соответствующей корректировки величин измеренных зазоров. В результате измерений зазоров между измерительным преобразователем и контролируемой поверхностью по данному методу определяется характер контролируемой поверхности со стороны измерительного преобразователя, который, по существу, является репликой профиля (линия поверхности, ограничивающая тело) контролируемого элемента. Непосредственно профиль контролируемого элемента определяют на основе измеренных зазоров расчетным путем либо используя соответствующие схемные решения в измерительном тракте прибора для измерения профиля.In this method, in contrast to the previous one, the problems of increasing the universality of its application and reducing measurement errors in the absence of external vibrations are solved by dynamically calibrating the measuring device using an exemplary copper plate of a given height glued to one of the collector plates and correspondingly adjusting the values of the measured gaps. As a result of measuring the gaps between the measuring transducer and the surface to be monitored, this method determines the nature of the surface to be monitored by the measuring transducer, which is essentially a profile replica (surface line bounding the body) of the element under control. Directly, the profile of the controlled element is determined on the basis of the measured clearances by calculation or using the appropriate circuit solutions in the measuring path of the device for measuring the profile.
Недостатком рассматриваемого способа является то, что он предполагает вмешательство в объект измерения (наклеивание образцовой пластины) и не гарантирует необходимую точность градуировки для остальных пластин коллектора, т.к. они могут иметь различное удельное электрическое сопротивление поверхностного слоя вследствие особенностей механической обработки поверхности коллектора, разную температуру и т.п., что непосредственно влияет на результаты измерений вихретоковым преобразователем. Кроме того, данный способ не учитывает изменение зазора между измерительным преобразователем и контролируемой поверхностью в динамических режимах работы, например, до вращающихся элементов машин вследствие наличия механической неидентичности положения вала в подшипниковых узлах от оборота к обороту. Данная неидентичность обусловлена неточностью изготовления подшипников скольжения или качения, явлениями изнашивания их элементов в процессе эксплуатации, а также вибрационными явлениями различного рода. Изменения зазора между измерительным преобразователем и одним и тем же местом контролируемой поверхности при этом могут достигать десятков мкм, что приводит к существенному расхождению измеренного профиля коллектора (определяется на основе откорректированных значений зазоров) и реального состояния поверхности коллектора.The disadvantage of this method is that it involves intervention in the measurement object (gluing a reference plate) and does not guarantee the necessary calibration accuracy for the remaining collector plates, since they can have different electrical resistivity of the surface layer due to the peculiarities of mechanical treatment of the collector surface, different temperatures, etc., which directly affects the measurement results by the eddy current transducer. In addition, this method does not take into account the change in the gap between the measuring transducer and the surface being monitored in dynamic modes of operation, for example, to rotating machine elements due to the mechanical non-identical position of the shaft in the bearing assemblies from revolution to revolution. This non-identity is due to the inaccuracy of the manufacture of sliding or rolling bearings, the phenomena of wear of their elements during operation, as well as vibration phenomena of various kinds. In this case, changes in the gap between the measuring transducer and the same place on the surface to be monitored can reach tens of microns, which leads to a significant discrepancy in the measured profile of the collector (determined based on the corrected values of the gaps) and the real state of the surface of the collector.
Так, например, на фиг.1 представлена экспериментальная зависимость изменения зазора между неподвижным (относительно корпуса электродвигателя) измерительным преобразователем и рабочей поверхностью одной из ламелей коллектора универсального коллекторного двигателя от порядкового номера измерения при постоянной частоте вращения якоря. Из графика видно, что изменение указанного зазора в процессе вращения якоря достигает 35 мкм. Данная вариация величины зазора делает невозможным его точное определение и соответственно точное определение профиля коллектора по рассматриваемому способу.So, for example, figure 1 shows the experimental dependence of the change in the gap between the stationary (relative to the motor housing) measuring transducer and the working surface of one of the lamellas of the collector of a universal collector engine on the serial number of the measurement at a constant speed of rotation of the armature. The graph shows that the change in the specified gap during the rotation of the armature reaches 35 microns. This variation of the gap makes it impossible to accurately determine it and, accordingly, accurately determine the profile of the collector by the considered method.
Задачей изобретения является повышение точности бесконтактного измерения профиля контролируемой поверхности в динамических режимах работы (вращающихся или вибрирующих элементов машин и механизмов).The objective of the invention is to improve the accuracy of non-contact measurement of the profile of the surface under control in dynamic modes of operation (rotating or vibrating elements of machines and mechanisms).
Поставленная задача достигается тем, что способ бесконтактного измерения профиля контролируемой поверхности в динамических режимах включает, также как в прототипе, измерение зазоров между измерительным преобразователем и контролируемой поверхностью, корректировку величин данных зазоров и определение профиля контролируемой поверхности на основе откорректированных значений зазоров.The problem is achieved in that the method of non-contact measurement of the profile of the controlled surface in dynamic modes includes, as in the prototype, the measurement of the gaps between the measuring transducer and the controlled surface, the correction of the values of these gaps and the determination of the profile of the controlled surface based on the adjusted values of the gaps.
Согласно изобретению в процессе измерений профиля производят, по меньшей мере, опорную и дополнительную серию последовательных измерений указанных выше зазоров, определяют средние значения зазоров в i-ой серии измерений yср.i, при этом между сериями опорных и дополнительных измерений изменяют зазор на образцовую величину, выбираемую из соотношенияAccording to the invention, in the process of measuring the profile, at least a reference and an additional series of consecutive measurements of the above gaps are produced, the average values of the gaps in the i-th measurement series y cf.i are determined , while the gap is changed between the series of reference and additional measurements by an exemplary value selected from the relation
где Δδ - максимальная погрешность увеличения зазора на образцовую величину, м;where Δδ is the maximum error of increasing the gap by an exemplary value, m;
Δп - максимальная погрешность определения yср.i в сериях опорных и дополнительных измерений, м;Δp - the maximum error of determination of y cf.i in a series of support and additional measurements, m;
Δх - допустимая погрешность измерений зазора, м;Δх - permissible error of the gap measurements, m;
хi max - максимальная величина зазора в i-ой серии измерений, соответствующая максимальному результату измерения зазора yср.i max, м,x i max - the maximum value of the gap in the i-th series of measurements, corresponding to the maximum result of the measurement of the gap y av.i max , m,
производят корректировку средних значений зазоров в сериях последовательных измерений согласно уравнениюadjust the average values of the gaps in a series of consecutive measurements according to the equation
xp=уср.i/ax p = y cf. i / a
где
yср.о, yср.д - средние значения зазоров в опорной и дополнительной сериях последовательных измерений зазоров, м;y cf.o , y cf.d - the average values of the gaps in the reference and additional series of consecutive measurements of the gaps, m;
±δо - образцовая величина изменения зазора в сторону его увеличения либо уменьшения, м,± δ about - the reference value of the change in the gap in the direction of its increase or decrease, m,
причем определение профиля контролируемой поверхности выполняют на основе откорректированных средних значений зазоров в какой-либо серии последовательных измерений, в которой максимальная величина зазора не превышает значения, используемого для выбора величины образцового изменения зазора δo.moreover, the determination of the profile of the controlled surface is performed on the basis of the adjusted average values of the gaps in any series of consecutive measurements, in which the maximum value of the gap does not exceed the value used to select the magnitude of the model change in the gap δ o .
Сущность предлагаемого способа измерения состоит в следующем. При использовании бесконтактного измерительного устройства (например, с вихретоковым преобразователем), градуировочная характеристика которого выполнена линейной (Бромберг Э.М., Куликовский К.Л. Тестовые методы повышения точности измерений. - М.: Энергия, 1978, 176 с.), зависимость выходного параметра от измеряемой величины записывается в виде выраженияThe essence of the proposed measurement method is as follows. When using a non-contact measuring device (for example, with an eddy current transducer), the calibration characteristic of which is linear (Bromberg EM, Kulikovsky KL Test methods for increasing the accuracy of measurements. - M .: Energy, 1978, 176 pp.) output parameter of the measured value is written in the form of an expression
где y - выходной параметр измерительного устройства на i-ой градуировочной характеристике, м;where y is the output parameter of the measuring device on the i-th calibration characteristic, m;
х - измеряемый зазор между измерительным преобразователем измерительного устройства и контролируемой областью объекта контроля, м;x is the measured gap between the measuring transducer of the measuring device and the controlled area of the control object, m;
а1i, a2i - параметры i-ой градуировочной характеристики.and 1i , a 2i are the parameters of the i-th calibration characteristic.
При надлежащих установке измерительного преобразователя относительно измеряемого объекта и настройке измерительного устройства может быть принято допущениеWith proper installation of the transmitter relative to the measured object and setting up the measuring device, an assumption may be made
Тогда уравнение (1) преобразуется к виду:Then equation (1) is converted to the form:
Из данного выражения следует, что выходной параметр измерительного устройства пропорционален не только измеряемому зазору х, но и параметру а2i i-ой градуировочной характеристики, являющемуся, по существу, коэффициентом усиления измерительного тракта, который в общем случае зависит от многих параметров, в том числе от внешних воздействий на объект измерения и элементы измерительного устройства.From this expression it follows that the output parameter of the measuring device is proportional not only to the measured gap x, but also to parameter a 2i of the i-th calibration characteristic, which is essentially the gain of the measuring path, which in the general case depends on many parameters, including from external influences on the measurement object and elements of the measuring device.
Поэтому целесообразно осуществлять коррекцию параметра а2i в процессе измерений, что позволяет повышать точность измерений. Это может быть выполнено, например, путем проведения опорного измерения и дополнительного измерения при увеличенном на образцовую величину зазоре. При этом будем иметь систему двух уравнений с одинаковым параметром а2i, поскольку измерения проводятся на одном объекте при идентичных возмущающих воздействиях, влияющих на указанный параметр:Therefore, it is advisable to carry out the correction of the parameter a 2i during the measurement process, which allows to increase the measurement accuracy. This can be done, for example, by carrying out a reference measurement and an additional measurement with a gap increased by an exemplary amount. In this case, we will have a system of two equations with the same parameter a 2i , since the measurements are carried out on one object with identical disturbing influences affecting the specified parameter:
y1=а2i·х;y 1 = a 2i · x;
где δo - образцовая величина изменения зазора, м.where δ o - the reference value of the change in the gap, m
Решение системы (4) имеет следующий вид:The solution to system (4) has the following form:
Из выражения (5) следует, что расчетное значение зазора не зависит от указанной выше нестабильности параметра а2i. При этом обеспечивается повышение точности измерений. В случае уменьшения зазора на образцовую величину система исходных уравнений записывается аналогично системе (4)From the expression (5) it follows that the calculated value of the gap does not depend on the instability of parameter a 2i indicated above. This provides improved measurement accuracy. If the gap decreases by an exemplary value, the system of initial equations is written similarly to system (4)
y1=а2i·х;y 1 = a 2i · x;
Решение данной системы имеет вид:The solution to this system is:
Таким образом, выражения (5), (7) обеспечивают достаточно простую корректировку параметра а2i линейной градуировочной характеристики измерительного устройства при любом направлении изменения зазора, что позволяет существенно снизить отрицательное влияние ряда факторов на результат измерения и повысить его точность в условиях отсутствия внешних вибрационных воздействий.Thus, expressions (5), (7) provide a fairly simple correction of the parameter a 2i of the linear calibration characteristic of the measuring device for any direction of change in the gap, which can significantly reduce the negative influence of a number of factors on the measurement result and increase its accuracy in the absence of external vibration influences .
В случае, когда измеряемый зазор нестабилен в процессе измерений, как это продемонстрировано на фиг.1, целесообразно оперировать средними величинами выходных параметров измерительного устройства, которые определяются средними значениями указанного зазора, соответствующими величинам зазоров в отсутствие вибраций. Данное положение следует из допущения, что отклонения величины зазора между измерительным преобразователем и контролируемой поверхностью вращающихся (либо вибрирующих) элементов машин от его среднего значения являются периодической функцией. В этом случае указанный зазор может быть описан уравнением, которое включает сумму истинного значения зазора и ряда гармонических составляющих. Тогда среднее значение гармонических составляющих зазора стремится к нулю при достаточно большом числе измерений, а среднее значение зазора соответственно стремится к его истинному значению.In the case when the measured gap is unstable during the measurement process, as shown in figure 1, it is advisable to operate with the average values of the output parameters of the measuring device, which are determined by the average values of the specified gap corresponding to the values of the gaps in the absence of vibrations. This provision follows from the assumption that the deviation of the gap between the measuring transducer and the controlled surface of the rotating (or vibrating) machine elements from its average value is a periodic function. In this case, the specified gap can be described by an equation that includes the sum of the true value of the gap and a number of harmonic components. Then the average value of the harmonic components of the gap tends to zero with a sufficiently large number of measurements, and the average value of the gap tends to its true value, respectively.
Например, пусть зазор описывается уравнениемFor example, let the gap be described by the equation
где xи - истинное значение зазора;where x and is the true value of the gap;
xа - амплитуда первой гармоники отклонения зазора от его истинного значения;x a is the amplitude of the first harmonic deviation of the gap from its true value;
φ - начальный угол первой гармоники;φ is the initial angle of the first harmonic;
ω - угловая частота вращения (или вибрации) элемента машины;ω is the angular frequency of rotation (or vibration) of the machine element;
t - текущее время.t is the current time.
Тогда среднее значение зазора за заданное время tз будет равноThen the average value of the gap for a given time t s will be equal to
где с - постоянная интегрирования.where c is the integration constant.
Анализ выражения (9) показывает, что при tз→∞ имеем xср→xи.An analysis of expression (9) shows that as t s → ∞ we have x cp → x and .
Соответственно среднее значение выходного параметра измерительного устройства уср в этом случае будет стремиться к истинному значению yи (y=х при а2i=1).Accordingly, the average value of the output parameter of the measuring device y cf in this case will tend to the true value of y and (y = x for a 2i = 1).
Данные выводы справедливы и для любой дискретной сходящейся последовательности, примером которой может служить ряд последовательных измерений на фиг.1. Причем для подобного ряда всегда можно определить количество измерений N, при котором погрешность определения уcp будет превышать заданной максимальной (предельной) величины Δп, т.е. выполняется условиеThese conclusions are true for any discrete convergent sequence, an example of which can be a series of consecutive measurements in figure 1. Moreover, for such a series it is always possible to determine the number of measurements N at which the error in determination of cp will exceed the specified maximum (limit) value Δp, i.e. the condition is satisfied
где
Поведение среднего значения измеряемой величины (измерение производится дискретно во времени) для рассмотренного случая (в уравнении (8) приняты следующие исходные величины параметров: xи=110 мкм; ха=20 мкм; ω=3141 с-1; φ=1,57 рад.) иллюстрируется графиком на фиг.2, из которого видно, что среднее значение ycp измеряемой величины при достаточно большом числе измерений приближается к ее истинному значению yи (yи=xи=110 мкм при а2i=1). Экспериментальные зависимости средних значений зазоров между измерительным преобразователем и ламелями носят аналогичный характер, что иллюстрируется кривой на фиг.3 (зависимость построена для результатов измерений на фиг.1). Существуют различные математические методы и программные продукты для нахождения предела числовой последовательности, представленной на фиг.2, на основе результатов измерений. Например, локальные максимумы (или минимумы) данной последовательности могут быть аппроксимированы логарифмической зависимостью, из которой определяется предел последовательности.The behavior of the average value of the measured quantity (the measurement is performed discretely in time) for the considered case (in equation (8) the following initial values of the parameters are adopted: x and = 110 μm; x a = 20 μm; ω = 3141 s -1 ; φ = 1, 57 rad.) Is illustrated by the graph in FIG. 2, from which it can be seen that the average value y cp of the measured value with a sufficiently large number of measurements approaches its true value y and (y and = x and = 110 μm for a 2i = 1). The experimental dependences of the average values of the gaps between the measuring transducer and the lamellas are of a similar nature, which is illustrated by the curve in figure 3 (the dependence is built for the measurement results in figure 1). There are various mathematical methods and software products for finding the limit of the numerical sequence shown in FIG. 2 based on the measurement results. For example, the local maxima (or minima) of a given sequence can be approximated by a logarithmic dependence, from which the sequence limit is determined.
Таким образом, в условиях внешних вибраций величины зазоров целесообразно определять как средние значения из ряда последовательных измерений до момента достижения заданной точности приближения их величин к предельным значениям, что снижает негативное влияние внешних вибраций на точность измерений. При этом результаты опорной и дополнительной серий измерений также следует определять как средние значения ряда последовательных измерений, что позволяет повысить точность корректировки полученных в результате измерений значений зазоров.Thus, in conditions of external vibrations, it is advisable to determine the values of the gaps as average values from a series of consecutive measurements until the specified accuracy of approximation of their values to the limiting values is achieved, which reduces the negative effect of external vibrations on the measurement accuracy. Moreover, the results of the reference and additional series of measurements should also be defined as the average values of a series of consecutive measurements, which allows to increase the accuracy of the correction of the values of the gaps obtained as a result of measurements.
Кроме того, из выражения (3) следует, что точность измерения зазора определяется не только погрешностью параметра градуировочной характеристики а2i, но и максимальной величиной измеряемого зазора х. Задавшись требуемой точностью измерения зазора и зная величину максимального зазора в конкретной серии измерений (определяется рекомендуемым рабочим зазором в статическом режиме измерений и максимальными отклонениями зазора в динамическом режиме работы контролируемого элемента), можно найти допустимую относительную погрешность параметра аIn addition, it follows from expression (3) that the accuracy of measuring the gap is determined not only by the error of the parameter of the calibration characteristic a 2i , but also by the maximum value of the measured gap x. Given the required accuracy of the measurement of the gap and knowing the maximum gap in a particular series of measurements (determined by the recommended working gap in the static measurement mode and the maximum deviations of the gap in the dynamic mode of the controlled element), you can find the allowable relative error of parameter a
где Δа - допустимая погрешность параметра а;where Δа is the permissible error of the parameter a;
Δх - допустимая погрешность измерений зазора, м;Δх - permissible error of the gap measurements, m;
х - значение измеряемого зазора, м.x is the value of the measured gap, m
В зависимости от величин допустимой относительной погрешности параметра а, максимальной погрешности определения выходного параметра измерительного устройства Δп и максимальной погрешности увеличения зазора на образцовую величину Δδ (может быть обусловлена неточностью выполнения или измерения данного перемещения) рассчитывается образцовая величина изменения зазора из условияDepending on the values of the permissible relative error of the parameter a, the maximum error in determining the output parameter of the measuring device Δp and the maximum error in increasing the gap by the standard value Δδ (this may be due to inaccuracy in the performance or measurement of this movement), the model value of the gap change from the condition
Данное неравенство с учетом выражения (11) запишется в следующем видеThis inequality, taking into account expression (11), can be written as follows
При выполнении условия (13) обеспечивается требуемая точность измерений в конкретной серии измерений профиля конкретного элемента.When condition (13) is fulfilled, the required measurement accuracy in a specific series of profile measurements of a particular element is ensured.
Перемещение измерительного преобразователя на образцовую величину изменения зазора δо измеряют с помощью вспомогательной измерительной системы, а саму величину δo используют для определения параметра а2i и результатов измерений в соответствии с выражением (3).The movement of the measuring transducer by the exemplary value of the change in the gap δ о is measured using an auxiliary measuring system, and the quantity δ o itself is used to determine the parameter a 2i and the measurement results in accordance with expression (3).
После определения откорректированных величин средних зазоров (по существу значений зазоров в отсутствии внешних вибраций) между измерительным преобразователем и контролируемой поверхностью (пример изменения зазора вдоль контролируемой поверхности представлен на фиг.4) находят профиль данной поверхности, например, путем вычитания из максимальной величины зазора текущих значений зазоров (результирующий профиль, полученный для зазоров на фиг.4, приведен на фиг.5) или путем вычитания из средней величины зазора текущих значений зазоров (результирующий профиль, полученный в данном случае для зазоров на фиг.4, приведен на фиг.6).After determining the adjusted values of the average gaps (essentially the values of the gaps in the absence of external vibrations) between the measuring transducer and the controlled surface (an example of changing the gap along the controlled surface is shown in Fig. 4), a profile of this surface is found, for example, by subtracting the current values from the maximum gap gaps (the resulting profile obtained for the gaps in figure 4 is shown in figure 5) or by subtracting from the average value of the gap the current values of the gaps (re the resulting profile obtained in this case for the gaps in FIG. 4 is shown in FIG. 6).
На фиг.1 представлена экспериментальная зависимость изменения зазора между неподвижным измерительным преобразователем и рабочей поверхностью одной из ламелей коллектора универсального коллекторного двигателя от порядкового номера измерения при постоянной частоте вращения якоря.Figure 1 shows the experimental dependence of the change in the gap between the stationary measuring transducer and the working surface of one of the lamellas of the collector of a universal commutator motor on the serial number of the measurement at a constant rotation speed of the armature.
На фиг.2 приведена расчетная зависимость средних значений гармонически изменяющегося зазора от порядкового номера измерения.Figure 2 shows the calculated dependence of the average values of a harmonically varying gap on the serial number of the measurement.
На фиг.3 представлена зависимость средних значений результатов измерений зазора между неподвижным измерительным преобразователем и одной из ламелей коллектора универсального коллекторного двигателя от порядкового номера измерения при постоянной частоте вращения якоря.Figure 3 shows the dependence of the average values of the results of measurements of the gap between the stationary measuring transducer and one of the lamellas of the collector of the universal commutator motor from the serial number of the measurement at a constant rotation speed of the armature.
На фиг.4 показана огибающая измеренных зазоров между измерительным преобразователем и ламелями коллектора вдоль дорожки скольжения (включает 22 коллекторных пластины в тангенциальном направлении).Figure 4 shows the envelope of the measured gaps between the measuring transducer and the collector lamellas along the sliding track (includes 22 collector plates in the tangential direction).
На фиг.5 приведена огибающая профиля ламелей коллектора, найденная на основе соответствующих зазоров и их максимальной величины.Figure 5 shows the envelope of the profile of the collector lamellas, found on the basis of the corresponding gaps and their maximum values.
На фиг.6 изображена огибающая профиля ламелей коллектора, найденная на основе соответствующих зазоров и их средней величины.Figure 6 shows the envelope of the profile of the collector lamellas, found on the basis of the corresponding gaps and their average size.
На фиг.7 приведена структурная схема бесконтактного прибора вихретокового типа для измерения профиля.Figure 7 shows the structural diagram of a non-contact eddy current type device for measuring the profile.
На фиг.8 показан пример установки измерительного преобразователя относительно объекта измерения.On Fig shows an example of the installation of the measuring transducer relative to the measurement object.
На фиг.9 представлены градуировочные характеристики бесконтактного прибора вихретокового типа для измерения профиля.Figure 9 presents the calibration characteristics of a non-contact eddy current type device for measuring the profile.
На фиг.10 изображены откорректированные расчетным путем градуировочные характеристики бесконтактного прибора вихретокового типа для измерения профиля.Figure 10 shows the calibrated calibration characteristics of a non-contact eddy current type device for measuring the profile.
На фиг.11 иллюстрируется влияние вибраций контролируемых поверхностей на результат измерения.11 illustrates the effect of vibration of controlled surfaces on the measurement result.
На фиг.12 приведен пример вывода результатов измерений зазора между неподвижным измерительным преобразователем и поверхностью коллектора на экран дисплея.On Fig shows an example of the output of the measurement results of the gap between the stationary measuring transducer and the surface of the collector on the display screen.
Сущность заявленного способа измерения может быть пояснена с помощью бесконтактного прибора вихретокового типа для измерения профиля, структурная схема которого приведена на фиг.7. Он состоит из измерительного преобразователя 1 (ИП) вихретокового типа, электрически связанного с аналоговой частью 2 (АЧ). Аналоговая часть 2 (АЧ) соединена с блоком аналого-цифрового преобразователя 3 (БАЦП) и стрелочным индикатором 4 (СИ). Блок аналого-цифрового преобразователя 3 (БАЦП) подключен к электронно-вычислительной машине 5 (ЭВМ), которая соединена с дисплеем 6 (Д), а также с устройством выдачи информации 7 (УВИ). Прибор также содержит датчик синхронизации 8 (ДС), соединенный с блоком синхронизации 9 (БС), который подключен к блоку аналого-цифрового преобразователя 3 (БАЦП).The essence of the claimed measurement method can be explained using a non-contact eddy current type device for measuring the profile, the structural diagram of which is shown in Fig.7. It consists of an eddy current type measuring transducer 1 (IP) electrically connected to analog part 2 (AC). Analog part 2 (AF) is connected to the block of analog-to-digital converter 3 (BACP) and dial indicator 4 (SI). The block of analog-to-digital Converter 3 (BACP) is connected to an electronic computer 5 (computer), which is connected to the display 6 (D), as well as to the information output device 7 (UVI). The device also contains a synchronization sensor 8 (DS) connected to the synchronization unit 9 (BS), which is connected to the block of analog-to-digital Converter 3 (BACP).
Установка измерительного преобразователя 1 (ИП) относительно, например, коллектора 10 электрической машины может быть осуществлена с помощью устройства с микрометрическим винтом (фиг.8). Оно состоит из подвижного (в направлении, перпендикулярном цилиндрической поверхности коллектора 10) элемента 11, на котором крепится измерительный преобразователь 1 (ИП), корпуса 12, закрепленного на основании 13, неподвижном относительно опор вала 14, вращающегося элемента 15, шкалы отсчета 16 линейного перемещения элемента 11, а также электрического кабеля 17, соединяющего измерительный преобразователь 1 (ИП) с аналоговой частью 2 (АЧ) бесконтактного прибора вихретокового типа для измерения профиля.The installation of the measuring transducer 1 (IP) relative to, for example, the
Конструкции вихретоковых измерительных преобразователей 1 (ИП), аналоговой части 2 (АЧ), датчика синхронизации 8 (ДС) и блока синхронизации 9 (БС) данного прибора достаточно хорошо отработаны и описаны в технической литературе (Герасимов В.Г. и др. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий. - М.: Энергоатомиздат, 1983; Харламов В.В. Методы и средства диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока: Монография, Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002, 233 с.). Блок аналого-цифрового преобразователя 3 (БАЦП) может состоять, например, из аналого-цифрового преобразователя AD7892-2, микроконтроллера ATmega128-16 и входного усилителя AD820. Функции электронно-вычислительной машины 5 (ЭВМ) может выполнять IBM PC - совместимый персональный компьютер (с процессором Intel Celeron 900 МГц, ОЗУ объемом 64 МБ, операционная система Windows ХР), а дисплея 5 (Д) - SVGA-монитор Samsung SyncMaster 551s. В качестве устройства выдачи информации 7 (УВИ) может использоваться принтер Lexmark Z12. Функции стрелочного индикатора 4 (СИ) может выполнять прибор М1690А.The designs of eddy current measuring transducers 1 (IP), analog part 2 (AC), synchronization sensor 8 (DS) and synchronization unit 9 (BS) of this device are quite well developed and described in the technical literature (Gerasimov V.G. et al. Methods and electromagnetic control devices for industrial products. - M .: Energoatomizdat, 1983; Kharlamov VV Methods and tools for diagnosing the technical condition of the collector-brush assembly of traction electric motors and other collector DC machines: Monograph, Omsk State University of Railways with generalizations. Omsk, 2002, 233 pp.). The block of analog-to-digital converter 3 (BACP) may consist, for example, of an analog-to-digital converter AD7892-2, microcontroller ATmega128-16 and input amplifier AD820. The functions of electronic computer 5 (computer) can be performed by an IBM PC - compatible personal computer (with
Измерительный прибор на фиг.7 предназначен для измерения зазора между измерительным преобразователем, закрепленным на неподвижной базовой поверхности, и рабочими поверхностями коллекторов электрических машин в динамических режимах работы (в процессе вращения) и определения профилей коллекторов на основе данных зазоров. Погрешности измерений в этом случае могут быть обусловлены неодинаковыми удельными электрическими сопротивлениями отдельных ламелей коллектора (особенно их поверхностного слоя, свойства которого могут зависеть от технологии обработки), разностью температур нагрева ламелей и неточностью ориентации преобразователя относительно измеряемой цилиндрической поверхности, неидентичностью расположения ламелей в корпусе коллектора, взаимной скоростью перемещения объекта контроля и преобразователя.The measuring device in Fig. 7 is designed to measure the gap between the transducer mounted on a fixed base surface and the working surfaces of the collectors of electrical machines in dynamic modes of operation (during rotation) and to determine the profiles of the collectors based on these gaps. In this case, measurement errors can be caused by unequal electrical resistivities of individual collector lamellas (especially their surface layer, the properties of which may depend on processing technology), difference in lamella heating temperatures and inaccurate orientation of the transducer relative to the measured cylindrical surface, non-identical arrangement of lamellas in the collector body, mutual speed of movement of the test object and the converter.
Проблема снижения указанных погрешностей может быть в значительной степени решена путем коррекции параметра градуировочной характеристики (коэффициента усиления измерительного тракта прибора) в процессе измерения зазора между измерительным преобразователем и произвольно взятой ламелью (расстояние x на фиг.8) с использованием процедуры многократных последовательных измерений зазора и усреднения данных измерений.The problem of reducing these errors can be largely solved by correcting the calibration characteristic parameter (gain of the measuring path of the device) in the process of measuring the gap between the measuring transducer and an arbitrary lamella (distance x in Fig. 8) using the procedure of multiple sequential measurements of the gap and averaging measurement data.
Сущность данного способа можно пояснить на следующем примере.The essence of this method can be illustrated by the following example.
Если параметр градуировочной характеристики (коэффициент усиления измерительного канала) определен при измерении зазора между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелью №1 коллектора 10, то градуировочная характеристика прибора (y=f(x)) представляет собой прямую, проходящую через ноль под углом 45° к оси абсцисс (фиг.9). При этом значения на выходе прибора соответствуют истинному расстоянию от измерительного преобразователя 1 (ИП) до контролируемой поверхности ламели №1 коллектора 10, а прямая 1 является эталонной градуировочной характеристикой (выходной характеристикой измерительного прибора). Если расстояние между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелью №1 равно базовому (рекомендуемое исходное расстояние от измерительного преобразователя 1 (ИП) до контролируемой поверхности коллектора 10), то на выходе прибора фиксируют значение уа, соответствующее точке а на его градуировочной характеристике (ya=xбаз).If the parameter of the calibration characteristic (gain of the measuring channel) is determined when measuring the gap between the measuring transducer 1 (PI) and lamella No. 1 of
В случае, если ламель №2 с тем же уровнем профиля, что и ламель №1, имеет другое удельное электросопротивление (температуру или неидентичное положение относительно измерительного преобразователя 1 (ИП)), то градуировочная характеристика прибора при контроле ламели №2 пойдет под другим углом к оси абсцисс (например, как прямая 2 на фиг.6). При этом показания прибора на ламели №2 (yс) будут интерпретированы как расстояние х2, соответствующее точке с' на градуировочной характеристике 1. Измеренное значение х2 здесь отличается от истинного значения xбаз.If the lamella No. 2 with the same profile level as the lamella No. 1 has a different electrical resistivity (temperature or an identical position with respect to the measuring transducer 1 (IP)), then the calibration characteristic of the device when monitoring the lamella No. 2 will go from a different angle to the abscissa axis (for example, as
По аналогии измеренному значению yb на ламели №3 (характеристика 3), западающей на величину х03 относительно ламелей №1, 2, будет присвоено ложное значение х3, соответствующее точке b' на эталонной характеристике 1. Для выступающей ламели №4 (на величину х04 относительно ламелей 1, 2) ложное измеренное значение будет равно x4, соответствующее точке d' на характеристике 1 и т.д.By analogy, the measured value of y b on the lamella No. 3 (characteristic 3), which falls by x 03 relative to the lamellas No. 1, 2, will be assigned a false value x 3 corresponding to point b 'on the
Для ликвидации расхождений между измеренными значениями и истинными величинами зазоров необходимо наклоны характеристик 2, 3, 4 привести к эталонному значению, которым является наклон характеристики 1. Тангенс угла наклона эталонной характеристики 1 равен 1. Углы наклона характеристик 2, 3, 4 в общем случае неизвестны и их требуется определить каким-либо образом.To eliminate the discrepancy between the measured values and the true values of the gaps, it is necessary to reduce the slopes of the
С этой целью в процессе измерения осуществляют образцовое перемещение (δo) измерительного преобразователя 1 (ИП) относительно измеряемого объекта в сторону увеличения зазора, которое фиксируют, например, с помощью шкалы отсчета 16 (фиг.8) микрометрического винта (либо измерительных головок и т.п.). При этом фактическая величина зазора между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелями №1,2 равна (хбаз+δo). Показание прибора для точки a1 характеристики 1 равно ya1 (ya1=xбаз+δо). Показания прибора для ламелей 2, 3, 4 при этом равны yc1, уb1, yd1.To this end, during the measurement process, an exemplary displacement (δ o ) of the measuring transducer 1 (PI) relative to the measured object is performed in the direction of increasing the gap, which is fixed, for example, using a reference scale 16 (Fig. 8) of a micrometer screw (or measuring heads, etc.) .P.). In this case, the actual gap between the measuring transducer 1 (IP) and the lamellas No. 1.2 is equal to (x bases + δ o ). The instrument reading for point a 1 of characteristic 1 is equal to y a1 (y a1 = x bases + δ о ). The readings of the device for
В результате тангенсы углов наклона характеристик 2, 3, 4, ... i находят по выражениюAs a result, the tangents of the slopes of the
где αi - угол наклона i-ой характеристики;where α i is the angle of inclination of the i-th characteristic;
Δyi - приращение показаний прибора на i-ой характеристике при перемещении преобразователя на величину δo.Δy i - increment of the readings of the device on the i-th characteristic when moving the transducer by the value of δ o .
Это, по существу, позволяет определять параметры откорректированных градуировочных характеристик 2, 3, 4, ... iThis, in essence, allows to determine the parameters of the adjusted
Соответственно откорректированные показания прибора на i-ой характеристике равны:Accordingly, the corrected readings on the i-th characteristic are:
где xpi - расчетное значение зазора на i-ой характеристике.where x pi is the calculated value of the gap on the i-th characteristic.
При этом откорректированные в соответствии с предложенным способом градуировочные характеристики прибора для ламелей №2, 3, 4 выглядят так, как это показано на фиг.10.At the same time, the calibration characteristics of the device for lamellas No. 2, 3, 4, corrected in accordance with the proposed method, look as shown in Fig. 10.
Откорректированная градуировочная характеристика для ламели №2 здесь совпадает с эталонной прямой 1. Соответственно показания прибора для ламелей 1, 2 в базовой точке равны уа, со- что соответствует истинным значениям зазоров между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелями №1, 2 (уа, со=xбаз). Показание прибора на характеристике 3 при этом равно уb0, что соответствует ординате точки b0' на прямой 1 и зазору x3 (х3=xбаз+x03). Аналогично показание прибора на характеристике 4 равно уd0, что соответствует ординате точки d0' на эталонной прямой 1 и зазору x4 (х4=xбаз-x04).The adjusted calibration characteristic for lamellas No. 2 here coincides with the
Следовательно, откорректированные показания прибора соответствуют фактическим значениям зазоров между измерительным преобразователем 1 (ИП) и контролируемыми коллекторными пластинами.Therefore, the corrected readings of the device correspond to the actual values of the gaps between the measuring transducer 1 (PI) and the controlled collector plates.
Аналогично может быть выполнена корректировка параметра градуировочной характеристики в случае уменьшения зазора на образцовую величину δo.Similarly, the adjustment of the parameter of the calibration characteristic can be performed in the case of reducing the gap by an exemplary value δ o .
Описанная выше процедура корректировки параметра градуировочной характеристики измерительного прибора справедлива при стабильном положении контролируемых поверхностей относительно измерительного преобразователя 1 (ИП). При наличии вибраций коллектора 10 величина зазора х колеблется относительно его среднего значения (точки хбаз и хбаз+δо для рассмотренного выше случая на фиг.9), т.е. зазор изменяется в пределах х-Δхз<х<х+Δхз, как это показано на фиг.11 (Δxз - отклонение зазора от его среднего значения). Соответственно показания измерительного прибора также изменяются в пределах y-Δy<y<y+Δy (Δy - отклонение отдельных показаний измерительного прибора от среднего значения показаний в процессе измерений), как это продемонстрировано на фиг.11. Как видно из фиг.11, вибрации контролируемой поверхности приводят к ложной оценке величины приращения показаний измерительного прибора, соответствующего приращению зазора на образцовую величину перемещения δo. Указанное приращение показаний измерительного прибора варьируется от Δymin=(ya1-Δy)-(ya+Δy) до Δymax=(ya1+Δy)-(ya-Δy), что в соответствии с выражением (15) приводит к неточности определения параметра градуировочной характеристики аi и к увеличению погрешности измерений. Для ее снижения следует использовать процедуру отыскания среднего значения показаний с заданной погрешностью Δп в соответствии с выражением (10).The above procedure for adjusting the calibration parameter of the measuring device is valid with a stable position of the surfaces being monitored relative to the measuring transducer 1 (IP). In the presence of vibrations of the
Кроме того, поскольку погрешность определения параметра аi зависит не только от величины приращения показаний измерительного прибора Δyi, но и от величины образцового перемещения δо (уравнение 15), то его минимальную величину определяют исходя из допустимой погрешности Δп, заданной погрешности увеличения зазора на образцовую величину Δδ, а также допустимой относительной погрешности параметра градуировочной характеристики
При выполнении условия (12) обеспечивается требуемая относительная погрешность параметра градуировочной характеристики
Из выражения (11) следует, что требования к точности определения параметра а возрастают по мере повышения заданной точности измерений зазора, а также величины самого зазора, т.е. расстояния, на которое отводят измерительный преобразователь 1 (ИП) от контролируемой поверхности коллектора 10 в процессе текущей серии измерений. Следовательно, чем меньше значение измеряемого зазора, тем больше величина допустимой относительной погрешности параметра градуировочной характеристики
где yi,n - результаты последовательных измерений с порядковым номером n в i-ой серии измерений, м;where y i, n are the results of sequential measurements with serial number n in the i-th series of measurements, m;
Ni - число последовательных измерений в i-ой серии измерений, обеспечивающих достижение заданной максимальной погрешности определения yi.N i - the number of consecutive measurements in the i-th series of measurements, ensuring the achievement of a given maximum error in determining y i .
Измерение зазора между измерительным преобразователем 1 (ИП) и рабочей поверхностью коллектора 10 на фиг.11 и профиля коллектора 10 при данном способе состоит в следующем. Сначала оператор задает требуемую величину погрешности измерений Δх (например, Δх=1 мкм), допустимую погрешность Δп (выбирают исходя из заданного ограничения времени измерений в каждой серии измерений, которое возрастает при снижении величины Δп, т.к. это сопряжено с увеличением числа измерений N; например, Δп=1 мкм), а также максимальную погрешность изменения зазора на образцовую величину Δδ (например, Δδ=1 мкм), которая определяется точностью применяемых для этого измерительных средств. Указанные исходные данные вводят в память электронно-вычислительной машины 5 (ЭВМ). После этого измерительный преобразователь 1 (ИП) устанавливают на базовом расстоянии (например, около 300 мкм) от коллектора 10 (контролируют с помощью стрелочного индикатора 4 (СИ), осциллографа или показаний на экране дисплея 6 (Д)). Затем контролируемый коллектор 10 приводят во вращение и фиксируют величину минимального зазора между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелями коллектора 10 в процессе работы машины. Минимальный зазор доводится оператором до рекомендуемого (данная величина для машин малой мощности, как правило, составляет около 100 мкм) с помощью вращающегося элемента 15. На данном этапе с помощью измерительного прибора определяют максимальное значение зазора (хi,max) до i-ой ламели в процессе работы машины (например, 120 мкм), которое вводят в расчетную программу электронно-вычислительной машины 5 (ЭВМ), управляющую измерениями (данный параметр используют для определения максимального значения базового перемещения δo). После этого регистрируют первую серию опорных показаний зазоров между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелями коллектора 10 (в соответствии с установленной командой руководства пользователя конкретного типа измерительного прибора). Число измерений зазора по окружности коллектора 10 в каждом последовательном измерении равно числу коллекторных пластин, а количество последовательных измерений в опорной серии (No, т.е. число оборотов якоря, на протяжении которых выполняют опорные измерения) определяют исходя из выполнения условия (10) для каждой ламели коллектора 10 (отслеживается в автоматическом режиме электронно-вычислительной машиной 5 (ЭВМ) в соответствии с заданным алгоритмом). Данные средних опорных значений показаний измерительного прибора для каждой из ламелей хранят в оперативной памяти электронно-вычислительной машины 5 (ЭВМ). Так, например, среднее опорное значение показаний измерительного прибора для первой ламели (ycp.o1) равно 102 мкм. В процессе измерений сигнал с аналоговой части 2 (АЧ) (предназначена для генерирования сигналов высокой частоты, поступающих на измерительный преобразователь 1 (ИП), выделения, усиления и преобразования полезного сигнала, поступающего с измерительного преобразователя 1 (ИП)) поступает в блок аналогово-цифрового преобразователя 3 (БАЦП), с которого в оцифрованном виде передается в электронно-вычислительную машину 5 (ЭВМ). Там сигнал обрабатывается и определяются значения измеряемого параметра. Датчик синхронизации 8 (ДС) и блок синхронизации 9 (БС) обеспечивают подачу синхронизирующих импульсов в блок аналого-цифрового преобразователя 3 (БАЦП), что и позволяет осуществить привязку результатов измерений к конкретным ламелям коллектора 10.The measurement of the gap between the measuring transducer 1 (PI) and the working surface of the
Затем определяют минимальную величину образцового изменения зазора δo в соответствии с уравнениями (11), (12). В данном случае имеемThen determine the minimum value of the model changes in the gap δ o in accordance with equations (11), (12). In this case, we have
После этого измерительный преобразователь 1 (ИП) перемещают относительно корпуса 11 в радиальном направлении коллектора 10 (в данном случае в сторону увеличения зазора х) на расстояние, равное или превышающее 363 мкм (например, δо=400 мкм), с помощью вращающегося элемента 15 (перемещение измерительного преобразователя 1 (ИП) контролируют с помощью шкалы отсчета 16. Возможно также использование стандартных измерительных приборов контактного типа либо обеспечение заданного перемещения иным способом с точностью 1 мкм). При этом максимальный зазор между измерительным преобразователем 1 (ИП) и контролируемой поверхностью коллектора 10 не должен превышать максимальной измеряемой величины зазора для используемого типа измерительного прибора (например, 600 мкм). Затем регистрируют вторую серию дополнительных показаний указанных выше зазоров в тех же условиях работы машины, при которых снималась первая опорная серия показаний. Число измерений зазора по окружности коллектора 10 в каждом последовательном измерении, как и в предыдущем случае, равно числу коллекторных пластин, а количество последовательных измерений в дополнительной серии (Nд, т.е. число оборотов якоря, на протяжении которых выполняются дополнительные измерения) определяют исходя из выполнения условия (10) для каждой ламели коллектора 10. Данные средних дополнительных значений показаний измерительного прибора для каждой из ламелей также сохраняют в оперативной памяти электронно-вычислительной машины 5 (ЭВМ). Так, например, среднее дополнительное значение показаний измерительного прибора для первой ламели (yср.д1) равно 510 мкм. После этого электронно-вычислительная машина 5 (ЭВМ) производит математическую обработку экспериментальных данных в соответствии с выражением (5), включающую определение параметров откорректированных градуировочных характеристик измерительного тракта для каждой из ламелей по описанному выше способу. Например, для первой ламели параметр а равенAfter that, the measuring transducer 1 (PI) is moved relative to the
Результаты измерений корректируют в соответствии с уравнением (16). При этом используют результаты опорной серии измерений, когда величина зазора не превышала хi,max (величина максимального зазора, исходя из которой определена допустимая относительная погрешность параметра а, и соответственно минимальное образцовое изменение зазора δо). Так, например, для первой ламели имеем среднее расчетное значение зазора в серии опорных измеренийThe measurement results are adjusted in accordance with equation (16). In this case, the results of the reference series of measurements are used when the gap value does not exceed x i, max (the maximum gap value, based on which the permissible relative error of the parameter a is determined, and, accordingly, the minimum model change in the gap δ о ). So, for example, for the first lamella we have the average calculated value of the gap in a series of reference measurements
xp1=yср.о1/a1=102/1,02=100 мкм.x p1 = y cf.o1 / a 1 = 102 / 1.02 = 100 μm.
В данном примере без корректировки параметра а неточность определения зазора (x1-xp1) составила бы 2 мкм.In this example, without adjusting the parameter a, the inaccuracy in determining the gap (x 1 -x p1 ) would be 2 μm.
После этого определяют координату профиля первой ламели относительно той или иной базы, например относительно максимального значения зазора в опорной серии измерений (хi,max=120 мкм)After that, the coordinate of the profile of the first lamella is determined relative to one or another base, for example, relative to the maximum value of the gap in the reference measurement series (x i, max = 120 μm)
xп1=xi,max-xp1=120-100=20 мкм. n1 x = x i, max -x p1 = 120-100 = 20 microns.
Кроме опорной и дополнительной серий измерений могут быть проведены и другие серии измерений на разном расстоянии от коллектора 10. В этом случае результаты той серии, в которой зазоры не превышали хi,max (величина максимального зазора, исходя из которой определена допустимая относительная погрешность параметра а, и соответственно минимальное образцовое изменение зазора δо), могут быть также использованы для определения координат профиля коллектора.In addition to the reference and additional series of measurements, other series of measurements can be carried out at different distances from the
Возможен вариант выполнения измерений по заявленному способу, в котором зазор в процессе измерений уменьшают на образцовую величину δо. В этом случае измерительный преобразователь 1 (ИП) может быть вначале установлен на расстоянии, близком к максимальному (например, среднее расстояние 535 мкм) от коллектора 10 (контролируют с помощью стрелочного индикатора 4 (СИ), осциллографа или показаний на экране дисплея 6 (Д)). Затем контролируемый коллектор 10 приводят во вращение и регистрируют первую серию опорных показаний зазоров между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелями коллектора 10. Число измерений зазора по окружности коллектора 10 в каждом последовательном измерении равно числу коллекторных пластин, а количество последовательных измерений в опорной серии (No, т.е. число оборотов якоря, на протяжении которых выполняют опорные измерения) определяют исходя из выполнения условия (10) для каждой ламели коллектора 10. Данные средних опорных значений показаний измерительного прибора для каждой из ламелей хранят в оперативной памяти электронно-вычислительной машины 5 (ЭВМ). Так, например, среднее опорное значение показаний измерительного прибора для первой ламели (ycp.o1) равно 535,5 мкм. После этого фиксируют величину максимального отклонения зазора между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелями коллектора 10 в процессе работы машины от его среднего значения (например, Δхз=10 мкм). Определяют максимальное расчетное значение зазора хi,max=120 мкм (не менее суммы минимального рекомендованного зазора в процессе работы машины (как и в предыдущем случае равен 100 мкм) и удвоенного отклонения Δхз=10 мкм), которое вводят в расчетную программу электронно-вычислительной машины 5 (ЭВМ). Среднее значение зазора в серии предполагаемых дополнительных измерений с хi,max=120 мкм должно составлять 110 мкм. Затем рассчитывают минимальную величину образцового изменения зазора δо в соответствии с уравнениями (11), (12). В данном случае имеемA possible embodiment of the measurements according to the claimed method, in which the gap in the measurement process is reduced by an exemplary value of δ about . In this case, the measuring transducer 1 (IP) can be initially installed at a distance close to the maximum (for example, the average distance of 535 μm) from the collector 10 (controlled using a dial indicator 4 (SI), an oscilloscope, or indications on the display screen 6 (D )). Then, the controlled
Поскольку разница между средним зазором в серии опорных измерений (535 мкм) и средним зазором в предполагаемой серии дополнительных измерений (110 мкм) равна 425 мкм, т.е. больше расчетного значения δо (363 мкм), то уменьшают зазор между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелями коллектора 10, например, до 110 мкм с помощью вращающегося элемента 15 с заданной точностью в 1 мкм.Since the difference between the average gap in the series of reference measurements (535 μm) and the average gap in the proposed series of additional measurements (110 μm) is 425 μm, i.e. If the calculated value δ о (363 μm) is calculated, then the gap between the measuring transducer 1 (PI) and the lamellas of the
Затем регистрируют вторые серии дополнительных показаний зазоров в тех же условиях работы машины, при которых снималась первая серия показаний. Число измерений зазора по окружности коллектора 10 в каждом последовательном измерении, как и в предыдущем случае, равно числу коллекторных пластин, а количество последовательных измерений в дополнительной серии (Nд, т.е. число оборотов якоря, на протяжении которых выполняют дополнительные измерения) определяют исходя из выполнения условия (10) для каждой ламели коллектора 10. Данные средних дополнительных значений показаний измерительного прибора для каждой из ламелей также сохраняют в оперативной памяти электронно-вычислительной машины 5 (ЭВМ). Так, например, среднее дополнительное значение показаний измерительного прибора для первой ламели (ycp.д1) равно 102 мкм. После этого электронно-вычислительная машина 5 (ЭВМ) производит математическую обработку экспериментальных данных в соответствии с выражением (7), включающую определение параметров откорректированных градуировочных характеристик измерительного тракта для каждой из ламелей по описанному выше способу. Например, для первой ламели параметр а будет равенThen register the second series of additional readings of the gaps in the same operating conditions of the machine under which the first series of readings was taken. The number of measurements of the circumference of the
Результаты измерений корректируют в соответствии с уравнением (16). При этом используют результаты дополнительной серии измерений, когда величина зазора не превышала хi,max (величина максимального зазора, исходя из которой определена допустимая относительная погрешность параметра а, и соответственно минимальное образцовое изменение зазора δo). Так, например, для первой ламели имеем среднее расчетное значение зазора в серии дополнительных измеренийThe measurement results are adjusted in accordance with equation (16). In this case, the results of an additional series of measurements are used when the gap value does not exceed x i, max (the maximum gap value, based on which the permissible relative error of the parameter a is determined, and, accordingly, the minimum model change in the gap δ o ). So, for example, for the first lamella we have the average calculated value of the gap in a series of additional measurements
xp1=yср.д1/а1=102/1,02=100 мкм.x p1 = y cf.d1 / a 1 = 102 / 1.02 = 100 μm.
В данном примере неточность определения зазора (x1-xp1) без корректировки параметра а также составила бы 2 мкм.In this example, the inaccuracy in determining the gap (x 1 -x p1 ) without adjusting the parameter would also be 2 μm.
После этого определяют координату профиля первой ламели относительно той или иной базы, например относительно максимального значения зазора в дополнительной серии измерений (хi,max=120 мкм)After that, the coordinate of the profile of the first lamella is determined relative to one or another base, for example, relative to the maximum value of the gap in an additional series of measurements (x i, max = 120 μm)
xп1=xi,max-xp1=120-100=20 мкм. n1 x = x i, max -x p1 = 120-100 = 20 microns.
Кроме опорной и дополнительной серий измерений в данном случае также могут быть проведены и другие серии измерений на разном расстоянии от коллектора 10. В этом случае результаты той серии, в которой зазоры не превышали хi,max (величина максимального зазора, исходя из которой определена допустимая относительная погрешность параметра а, и соответственно минимальное образцовое изменение зазора δо), могут быть также использованы для определения координат профиля коллектора. При этом будут обеспечены измерения с заданной погрешностью.In addition to the reference and additional series of measurements, in this case, other series of measurements can also be carried out at different distances from the
Следовательно, величина параметра а откорректированной градуировочной характеристики для рассматриваемой ламели не зависит от направления изменения зазора на образцовую величину δо (как в случае увеличения, так и уменьшения зазора параметр a1=1,02). Аналогично определяют параметры а для других ламелей коллектора 10, а также откорректированные (расчетные) зазоры между ними и измерительным преобразователем 1 (ИП) и координаты профилей ламелей коллектора 10.Therefore, the value of the parameter a of the adjusted calibration characteristic for the lamella under consideration does not depend on the direction of the gap change by the exemplary value δ о (both in the case of increasing and decreasing the gap, parameter a 1 = 1.02). Similarly determine the parameters a for other lamellas of the
Конечные данные о зазорах между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелями коллектора 10, а также о координатах профиля коллектора 10 выдаются на экран дисплея 5 (Д) в виде диаграмм или таблиц, которые могут быть в дальнейшем сохранены в том или ином виде (например, в виде электронных копий или на бумажном носителе с помощью устройства выдачи информации 7 (УВИ)). Пример вывода результатов измерений указанных зазоров и профиля коллектора 10 на дисплей 5 (Д) приведен на фиг.12. Здесь на верхней диаграмме приведена преобразованная кривая изменения зазора между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелями коллектором 10 в процессе его вращения. Локальные максимумы данной кривой соответствуют положению измерительного преобразователя 1 (ИП) над той или иной ламелью коллектора 10, а величины данных максимумов определяются величинами зазоров между измерительным преобразователем 1 (ИП) и ламелями коллектора 10. Чем меньше указанный зазор, тем больше величина максимума. На нижней диаграмме фиг.12 представлен итоговый профиль коллектора 10, уровни ламелей на которой соответствуют величинам локальных максимумов на верхней диаграмме.The final data on the gaps between the measuring transducer 1 (IP) and the lamellas of the
Если условия, при которых определяют параметры а откорректированных градуировочных характеристик, не изменяются в процессе эксплуатации коллектора 10 (неизменная температура ламелей коллектора 10 и установка измерительного преобразователя 1 (ИП)), то данные параметры используют и при дальнейших измерениях профиля, который может изменяться со временем в результате явлений изнашивания, либо при изменении частоты вращения коллектора 10.If the conditions under which the parameters a of the adjusted calibration characteristics are determined do not change during the operation of the collector 10 (constant temperature of the lamellas of the
Расчет образцовой величины изменения зазора можно выполнять и перед проведением опорного измерения на основе заданных погрешностей измерений и изменения зазора, а также заданной погрешности параметра градуировочной характеристики. Изменение зазора на образцовую величину может быть выполнено как перемещением измерительного преобразователя 1 (ИП) относительно объекта измерения, так и перемещением самого объекта относительно измерительного преобразователя 1 (ИП), что определяется технологической целесообразностью. Области объекта контроля, относительно которых измеряются зазоры, должны быть одними и теми же в опорном, дополнительном и других сериях измерений, что обеспечивает минимальную погрешность измерений.The calculation of the model value of the gap change can be performed before the reference measurement based on the specified measurement errors and gap changes, as well as the specified error of the calibration characteristic parameter. Changing the gap by an exemplary value can be performed both by moving the measuring transducer 1 (IP) relative to the measurement object, and by moving the object itself relative to the measuring transducer 1 (IP), which is determined by technological expediency. The areas of the control object, relative to which the gaps are measured, must be the same in the reference, additional and other series of measurements, which ensures the minimum measurement error.
Преобразования значений измеренных зазоров между измерительным преобразователем 1 (ИП) и контролируемой поверхностью в координаты профиля поверхности могут выполняться как в измерительном канале прибора, так и в электронно-вычислительной машине 5 (ЭВМ).Converting the values of the measured gaps between the measuring transducer 1 (PI) and the controlled surface to the coordinates of the surface profile can be performed both in the measuring channel of the device, and in electronic computer 5 (computer).
Аналогично могут быть выполнены измерения профиля вибрирующей поверхности какого-либо элемента изделия.Similarly, profile measurements of the vibrating surface of an element of an article can be performed.
В качестве измерительных систем могут быть также использованы устройства с использованием волновых излучений, например, лазерного типа.As measuring systems, devices using wave radiation, for example, a laser type, can also be used.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007111027/28A RU2331043C1 (en) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Method of contactless measurement of controlled surface profile in dynamic conditions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007111027/28A RU2331043C1 (en) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Method of contactless measurement of controlled surface profile in dynamic conditions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2331043C1 true RU2331043C1 (en) | 2008-08-10 |
Family
ID=39746464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007111027/28A RU2331043C1 (en) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Method of contactless measurement of controlled surface profile in dynamic conditions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2331043C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2612755C1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-03-13 | Владимир Викторович Белкин | Method for controlling mine shafts surface roughness in salt rocks |
-
2007
- 2007-03-26 RU RU2007111027/28A patent/RU2331043C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГЕРАСИМОВ В.Г. и др. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.200. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2612755C1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-03-13 | Владимир Викторович Белкин | Method for controlling mine shafts surface roughness in salt rocks |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5038861B2 (en) | Position measuring device | |
| US5337485A (en) | Roundness error and crown electronic measuring system | |
| Xie et al. | Triboelectric rotational speed sensor integrated into a bearing: A solid step to industrial application | |
| JP2001141529A (en) | Rotary flowmeter | |
| US5502650A (en) | Apparatus for adjusting rotor | |
| JP2907737B2 (en) | Apparatus for dynamically measuring the distance between facing surfaces of a rotor and a stator in a rotary machine | |
| CN109696187B (en) | Eccentric correcting device of rotary encoder | |
| Cheng et al. | Contactless rotor RPM measurement using laser mouse sensors | |
| Gou et al. | A self-calibration method for angular displacement sensor working in harsh environments | |
| RU2331043C1 (en) | Method of contactless measurement of controlled surface profile in dynamic conditions | |
| JP2005037197A (en) | Contact type surface shape measuring device and measuring method | |
| US7141985B2 (en) | Field programmable driver/transmitter for a proximity probe | |
| RU2338154C1 (en) | Method for contact-free measurement of controlled surface vibration | |
| RU2327104C1 (en) | Method of measuring gap between measuring transducer and controlled surface in dynamic modes | |
| US7152476B2 (en) | Measurement of motions of rotating shafts using non-vibrating contact potential difference sensor | |
| JP4873689B2 (en) | Surface potential meter and surface potential measurement method | |
| TW201517496A (en) | Method and system for measuring motor parameter | |
| JP4854403B2 (en) | Angle measuring device for magnetic field modulation and its operating method | |
| RU2234054C1 (en) | Method to measure a clearance between a measuring converter and a controlled surface (alternatives) | |
| CN113340403B (en) | Rotating shaft radial vibration measuring method based on circumferential stripes and linear array camera | |
| Chen et al. | Research on automatic compensation technology for eccentricity of grinding wheel | |
| CN117642599A (en) | Method for measuring the expansion of a reference rotor angle of a rotor rotating under centrifugal force load | |
| Addabbo et al. | A heuristic reliable model for guarded capacitive sensors to measure displacements | |
| CN113328662A (en) | Method for reproducing multiple dynamic speed values by one metering standard device | |
| SU805100A1 (en) | Device for measuring lubrication layer thickness in plain bearing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090327 |