14.3. Системы автоматического контроля параллельного и последовательного действия

В этой главе рассматриваются системы допускового контроля, которые предназначены для определения состояния величин Х= =Х\, х₂, . ■., xi, . . ., х_п, заданного в виде зон, выделяемых уставка-

ми. Конечная цель контроля — дать количественное суждение о том, находится состояние каждой контролируемой величины или объекта контроля _в норме или нет, т. _е. выдать информацию l(Xi<=N) или I (х/<=Ж), I(X^N) или l(X<=N).

Алгоритмы работы допусковых САК отличаются друг от друга, в первую очередь, по последовательности выполнения операций контроля. В соответствии с этим различаются допусковые САК па­раллельного, последовательного и последовательно-параллельного

действия.

_ф^&О

_О

_^vS^&O

i

Рис. 14.12. Структурная схема многоканальной САК

Рис. 14.13. Аналоговый канал конт­роля с выдачей результатов контро­ля, измерения и сигналов управле^: иия

Рис. 14.14. Цифровая САК парал лельного действия с последователь­ным выводом результатов контроля и измерения

Системы автоматического допускового контроля параллельного действия, или многоканальные САК, состоят из параллельно '(одновременно) работающих каналов контроля (рис. 14.12).

Каждый канал контроля в таких системах работает независимо от других каналов и выполняет функции допускового контроля одной контролируемой величины.

Современные САК параллельного действия весьма часто позво­ляют выдавать одновременно с результатами контроля измери­тельную информацию как в аналоговом (рис. 14.13), так и в циф­ровом (рис. 14.14) видах, а также сигналы, необходимые для фор­мирования воздействия на объект контроля, например, в целях регулирования.

Последовательный вывод результатов контроля и измерения позволяет связать систему с ЭВМ, системой управления, с общим

для всех каналов запоминающим или регистрирующим устройст­вом.

Рассматриваемым САК присущи достоинства и недостатки ИИС параллельного действия: работа с разнообразными контролируе­мыми величинами, возможность получения повышенного быстро­действия, структурная простота и повышенная надежность систе­мы, определяемые независимостью работы всех каналов контроля, использование относительно простых и выпускаемых промышлен­ностью устройств каналов контроля. Вместе с тем многоканальные САК характеризуются наибольшим количеством элементов, входя­щих в систему.

Многоканальные САК широко используются при управлении технологическими процессами во многих отраслях промышленно­сти, при эксплуатации динамических объектов и т. п.

Устройствами каналов контроля служат выпускаемые промыш­ленностью автоматические мосты и потенциометры с устройствами сигнализации, приборы унифицированного комплекса аналоговых устройств общепромышленного назначения с компараторами, щи­товые цифровые приборы с устройствами сопряжения их с цифро­выми печатающими устройствами, формирования уставок и срав­нения их со значениями контролируемых величин. Указанные устройства имеют достаточно большой удельный вес среди элек­троизмерительных приборов, входящих в продукцию АСЭТ ГСП (см. гл. 3).

Это позволяет утверждать, что во многих практически важных случаях удается создавать такие системы путем компоновки из готовых, выпускаемых промышленностью устройств.

Многоканальные САК могут оказаться экономически более вы­годными при относительно небольшом количестве контролируемых величин, особенно если эти величины разнородны по физической природе. Во всяком случае, при выборе готовых или проектиро­вании новых САК вариант использования или реализации много­канальной системы должен приниматься во внимание.

В САК последовательного действия (их также называют ска­нирующими САК) контролируется состояние величины (например, температуры, перемещения или освещенности какого-либо предме­та), распределенной в одно-, двух- или трехмерном пространстве. Кроме того, в этой ситуации могут контролироваться функции (по­ложим, интегральные) от входной величины. Если контролируемые величины — дискреты входной исходной величины, то координаты точек пространства, в которых должны производиться операции контроля, выбираются аналогично тому, как выбираются интерва­лы контроля по времени при дискретном контроле.

Нормы здесь могут быть в наиболее простом виде общими для всех дискрет или для нескольких дискрет, а также индивидуальны­ми для каждой дискреты входной величины. При индивидуальном задании нормы должны сопровождаться указанием соответствую­щих координат точек.

Каналы дискретного контроля в сканирующих САК помимо-основных функций должны обеспечивать перемещение зоны вос­приятия сканирующего датчика в заданную точку пространства. Система автоматического контроля управлять последователь­ностью выполнения операций контроля.

Если для задания контролируемой величины достаточно ука­зать две координаты и если в системе используется цифровой ка­нал контроля с последовательным сравнением контролируемой величины с уставками, то алгоритм сканирующей системы можно-представить следующим образом:

L<MC». **): = ('.«. U] I(x_ft)<I(DA-, DC)>X

Xl[S:x_/;G(^V|A0] а>(А = ЯП...

Кроме дискретного контроля в сканирующих САК может быть реализован непрерывный контроль, при котором сканирующее дви­жение датчика позволяет определить места, где контролируемая величина выходит за пределы установленной нормы, а затем изме­ряются координаты этой контролируемой величины. Для выпол­нения непрерывного контроля в первую очередь рационально ис­пользовать аналоговый канал непрерывного контроля, оператор которого имеет вид <1(Х, ||С)>.

СЛСА для системы непрерывного контроля может быть таким:

Ф(В) |_ Ф(/„ /_а) l(x_t)<l(X, ||C)> «ofoGAOx

2

X l(W:Dl_u, DQ 1 «>[var(/_lb l_tt)\ \ ...

В этом алгоритме предусматривается сканирующее перемеще­ние датчика var(/n, hi), непрерывное выполнение операций кон­троля, а в случае выхода контролируемой величины за пределы нормы — аналого-цифровое преобразование и запись этих коорди­нат.

При непрерывном (адаптивном) контроле, так же как и при адаптивной дискретизации при измерении, выдаются результаты контроля в заранее не обусловленной точке пространства. Видимо, дополнительного сжатия контрольной информации при этом не­получается (по сравнению с дискретным контролем). Здесь можно говорить об уменьшении общего объема используемой информации из-за устранения при непрерывном контроле информации о коор­динатах контролируемых величин, не вышедших за допустимые-границы, а также о возможности повышения надежности контроля-путем непрерывного наблюдения за состоянием контролируемой: величины.

Частным, но довольно широко распространенным типом САК последовательного действия являются сканирующие САК для кон-

троля геометрической формы и размеров разнообразных объектов (например, механических деталей). Контролируемыми величинами в этом случае являются геометрические размеры объекта контроля в заданных направлениях. Описания границ нормы при этом мо­гут быть заданы в виде зон допустимых значений табличным спо­собом либо образцового предмета, а также линий допускаемых отклонений от его размеров.

4:;:

тд

&

ст

= =

"

1

[»■

\

,

Рис. 14.15. Структурная схема цифровой сканирую-

G/

Г -Л l j

GN _ПЛ-

он

щей САК

Остановимся на алгоритмах и структурах САК геометрических размеров с помощью телевизионного сканирующего устройства [14.2]. В телевизионном устройстве форма и размеры объекта кон­троля преобразуются в соответствующий рельеф электронного потенциала на светочувствительном слое оптико-электронного пре­образователя, например видикона. Исходный размер х связан с размером на светочувствительном слое х* через отношение рас­стояния L между объектом контроля и преобразователем к фокус­ному расстоянию F используемого оптического преобразователя x*=xL/F.

На рис. 14.15 представлена структурная схема цифровой САК, в которой для измерения используется времяимпульсный метод измерения <1(л:/г)>, описываемый алгоритмом

I(*/**) [I(x*/t)\\I(N(t))] <а(*• = *) 1(2*),

где N(1) —число импульсов, поступившее за время t. В этом алго­ритме может быть предусмотрена компенсация нелинейности пре­образования телевизионного устройства путем функционального преобразования l(N(t)]. Далее реализуется алгоритм <I(DX, DC)> для каждой контролируемой величины и конечное суждение о со­стоянии объекта контроля выдается после оценки результатов кон­троля всех контролируемых величин:

L<I>(i":=i+l) I(XlXi) 0{Xi/z,)>X X<I(DX, DC)> <a(i=n) 1 X

Xm^eJVi, x₂eJV₂, ..., x_n(=N_n)X XI(R: Xe=N).

В этом алгоритме решающее устройство выдает суждение о

том, что геометрические размеры объекта контроля находятся в

норме, если контроль всех составляющих дал такой же результат.

Однако получение погрешностей измерения меньше ±1% ^ПР^И

реализации этого алгоритма труднодостижимо. Для повышения

точности в таких системах применяется, во-первых, как это дела­ется в измерительных системах, введение одновременно с контро­лируемой величиной линейных единичных мер в виде штрихов (до' 15—100 линий на 1 см) или калиброванных волокон (диаметром' порядка 10—20 мкм) и счет количества единичных мер, уклады­вающихся в измеряемый размер, а во-вторых, измерение отклоне­ния размера от номинального значения.

Рис. 14.16. Контроль отклонения геометрических размеров от нормы:

а — раздвоенное изображение детали; 6— сравнение с уставками

Рис. 14.17. К сравнению размеров контролируемого изделия с зоной допуска, показанной пунктирными' линиями

Введение мер позволяет избавиться от погрешностей, связанных с искажениями при преобразовании геометрических размеров в оптоэлектронном устройстве, так как при таких измерениях при­меняется метод совпадения контролируемых величин и набора об­разцовых мер с получением результата измерения последователь­ным счетом. Однако в подобного рода телевизионных системах не удается полностью использовать разрешающую способность штри­ховых мер ввиду ограниченных возможностей получения достаточ­но высокого отношения полезного сигнала к шуму.

Измерение отклонения контролируемого размера от номиналь­ного его значения может резко повысить точность измерения, осо­бенно при больших отношениях номинального значения к откло­нению от него. В некоторых случаях выделение отклонения дости­гается при использовании соответствующих оптических преобразо­ваний. Например, на рис. 14.16,а изображение относительно не­большой по размеру L контролируемой детали «раздваивается»-на известное расстояние L₀, затем сравнивается с допусками /\.U=-L₀—L, а не L. На рис. 14.16,6 уставки Ci и с₂ установлены отно­сительно номинального значения L_H контролируемого размера.. С этими уставками сравнивается разность A/₂=L—L_H.

Используя указанные пути, удается выполнить контроль диа­метра тонкой проволоки (от 20 до 100 мкм, погрешность измере­ний меньше ±1,5%), ширины металлической полосы, нагретой до 1000 °С и движущейся со скоростью до 2,5 м/с, с погрешностью-меньше ±0,4% и т. п.

При массовом контроле изделий сложной формы используется сравнение контуров контролируемого изделия и зоны допуска

(рис. 14.17). На экран одновременно проектируются линии, опре­деляющие зону допуска, -и контур контролируемого изделия. В за­висимости от количества импульсов, получаемых при пересечении •контура изделия, и линий, разделяющих зоны допусков, можно су­лить о состоянии контролируемого изделия. Так, при сканировании :ло направлению /-/ (рис. 14.17) будет получено два и один им-■лульс, говорящие, что слева изделие находится в допуске, а спра­ва—больше допуска («много»), по направлению //-// внизу —два импульса («норма»), вверху — три импульса («мало»).

Вместо линейного сканирующего луча может быть использова­на следящая развертка по контуру контролируемого изделия. При­менение сканирующей развертки позволяет несколько уменьшить -суммарную погрешность контроля.

Имеются установки, позволяющие контролировать геометриче­ские размеры изделия с нескольких сторон одновременно.