РОЗДІЛ 2
Розробка математичних моделей засобів контролю параметрів обертального руху на
основі методу просторової модуляції
На основі проведеного в першому розділі аналізу ВП параметрів ОР встановлено,
що існуючі засоби вимірювань мають ряд недоліків. До основних з них можна
віднести вузький діапазон вимірювань, зокрема обмежену верхню межу вимірювань
на рівні 5000 – 10000 об/хв, інерційність і похибку ексцентриситету.
Забезпечення високої точності вимірювань залишається актуальним завданням.
Удосконалення промислового обладнання, створення нових пристроїв і підвищення
швидкості їхнього обертання за рахунок нових виробничих технологій вимагає
значного розширення діапазону вимірювань. Тому верхня межа діапазону існуючих
ЗК параметрів ОР на сьогодні є недостатньою. Крім того, більшість відомих ВП не
придатні до проведення вимірювань кутових параметрів у динамічному режимі
роботи. Високий розвиток технологій виробництва вимагає швидкого і точного
проведення вимірювань, а також зручного і простого відображення результатів як
в електронному вигляді на екрані монітору, так і у вигляді твердих копій.
Таким чином, в результаті проведеного критеріального аналізу інформативної
ефективності ВП параметрів ОР для підвищення точності, розширення діапазону
вимірювань і підвищення швидкодії є доцільним вибрати для подальших досліджень
метод просторової модуляції оптичного діапазону випромінювання з використанням
перетворювачів положення.
Даний підхід необхідно реалізувати під час вимірювання таких параметрів
обертального руху як кутова швидкість, кут повороту об’єкта контролю та биття.
2.1. Розробка методу просторової модуляції для вимірювання параметрів
обертального руху
Для підвищення точності, розширення діапазону вимірювань і підвищення швидкодії
безконтактних вимірювань параметрів обертального руху пропонується застосувати
метод просторової модуляції оптичного діапазону випромінювання з використанням
перетворювача положення. Суть методу полягає в наступному.
До випромінювання, яке поступає від освітлювача, застосовують просторову
модуляцію, і за лінійним зміщенням плями випромінювання по двом осям координат
на перетворювачі положення визначають параметри обертального руху.
Для реалізації даного безконтактного методу пропонується узагальнена структурна
схема вимірювального перетворювача, яка наведена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Узагальнена структурна схема вимірювального перетворювача параметрів
обертального руху на основі методу просторової модуляції
Узагальнена структурна схема для реалізації даного методу містить джерело
світла 1, просторово-оптичний модулятор 2, розміщений на об’єкті контролю 3,
оптичну систему 4, перетворювач положення 5.
Метод здійснюють відповідно такому алгоритму. На обертальній частині об’єкта
контролю співвісно розміщують просторово-оптичний модулятор. Джерело світла,
оптичну систему і перетворювач положення встановлюють так, як показано на
рис.2.15, та оптично з’єднують. Вихід оптичної системи зв’язують з входом
перетворювача положення.
Випромінювання від джерела світла направляється на розміщений на обертальній
частині об’єкта модулятор, відбивається від нього, проходить через оптичну
систему і потрапляє на перетворювач положення, який визначає положення центра
розподілу інтенсивності світлової плями по двом осям координат. Безконтактне
вимірювання параметрів обертального руху відбувається шляхом перетворення
кутових параметрів в лінійне зміщення світлової плями на перетворювачі
положення.
Така узагальнена структура має широке застосування. На її основі можна
вимірювати ряд параметрів обертального руху (табл. 2.1): кут повороту, кутову
швидкість, кутове прискорення, лінійні зміщення об’єкта по трьох осях
координат, биття обертальних частин, вібропереміщення об’єкта, нестабільність
кутової швидкості [47 – 49].
Таблиця 2.1
Застосування узагальненої структурної схеми вимірювального перетворювача
параметрів обертального руху
Вид вимірювань
Кутові параметри
Інші параметри, що визначають якість роботи об’єкта контролю
Прямі
– кут повороту
– биття
– лінійні зміщення об’єкта по трьох осях
– вібропереміщення
Опосередковані
– кутова швидкість
– кутове прискорення
– нестабільність кутової швидкості
– дисбаланс
Конкретні приклади структурних схем вимірювальних перетворювачів параметрів
обертального руху будуть розглянуті в розділі 3.
2.2. Узагальнена математична модель вимірювального перетворення випромінювання
в оптичній системі
Основними елементами структури вимірювального перетворювача параметрів ОР на
основі методу просторової модуляції є об’єкт контролю, просторово-оптичний
модулятор на обертальній частині об’єкта, оптична система і перетворювач
положення.
Розглянемо детально як відбувається перетворення зміщення відбивної поверхні
об’єкта контролю в зміщення світлового випромінювання на перетворювачі
положення. Для цього проаналізуємо процеси, що відбуваються у виділених вище
складових елементах.
Випромінювання від освітлювача направляється на відбивний модулятор. В
однорідному середовищі випромінювання поширюється прямолінійно. На границі
розподілу двох середовищ, тобто при попаданні на модулятор, випромінювання
відіб’ється і пошириться в іншому напрямку за законами відбивання світла.
Після відбивання від модулятора випромінювання поступає на вхід оптичної
системи. В загальному найпростішу випадку – це один оптичний компонент. На рис.
2.2, де зображена оптична схема з одним компонентом [1], введені такі
позначення: a, b – лінійні розміри випромінювальної поверхні; e, h – лінійні
розміри приймача; l – відстань між об’єктивом і джерелом випромінювання; l/ –
відстан
- Київ+380960830922