Metode Si Tehnici Moderne de Control

Note de curs: METODE SI TEHNICI MODERNE DE CONTROL

SPECIALIZAREA: Masterat ICSM

Disciplina:

NOTE DE CURS

ANUL UNIVERSITAR: 2010 / 2011

Pentru uzul studenţilor

Februarie 2011

CUPRINS

Page 1


Disciplina: METODE ŞI TEHNICI MODERNE DE CONTROL

A. CURS

1. FORME ORGANIZATORICE DE CONTROL A CALITĂŢII PRODUSELOR 1.1. Elemente de bază1.2. Factori ce influenţează rezultatele măsurătorilor

2. SISTEME PENTRU CONTROLUL AUTOMAT AL PRECIZIEI DIMENSIONALE2.1. Elemente de bază2.2. Clasificarea sistemelor de măsurare/control automat2.3. Elementul de măsurare/control 2.4. Performanţele şi alegerea traductoarelor

2.4.1. Performanţele elementului de măsurare în regim static2.4.2. Performanţele elementului de măsurare în regim dinamic

3. SISTEME AUTOMATE DE MĂSURARE/CONTROL A CALITĂŢII PRODUSELOR UTILIZATE ÎN PROCESELE FLEXIBILE DE FABRICAŢIE

3.1. Structura funcţională a sistemelor de fabricaţie3.2. Sisteme de conducere adaptivă pentru asigurarea preciziei de prelucrare pe MU

3.2.1. Optimizarea externă şi optimizarea internă a proceselor tehnologice3.2.2. Sisteme de conducere adaptivă pentru asigurarea (creşterea) preciziei de

prelucrare3.2.3. Elementele constructive ale sistemelor pentru asigurarea preciziei de prelucrare

4. INTEGRAREA CALCULATOARELOR ÎN PROCESELE TEHNOLOGICE DE CONTROL4.1. Premisele apariţiei sistemelor integrate de producţie 4.2. Elemente caracteristice ale sistemelor flexibile de fabricaţie (FMS)

5. SISTEME DE MĂSURARE ŞI CONTROL ASISTATE DE CALCULATOR5.1. Noţiuni de bază 5.2. Conceptul integrat al asigurării calităţii5.3. Metode de inspecţie a calităţii produselor în construcţia de maşini

5.3.1 Metode de inspecţie cu contact5.3.2 Metode de inspecţie fără contact

5.4 Testarea produselor asistată de calculator 5.5 Integrarea sistemului CAQ cu sistemul CAD/CAM

B. APLICATII

Page 2


1. METODE DE MĂSURARE ŞI EVALUARE A RUGOZITĂŢII SUPRAFEŢELOR2. MĂSURAREA RUGOZITĂŢII SUPARFEŢELOR CU MICROSCOPUL 3. APARATE PNEUMATICE PENTRU MĂSURAREA SI/SAU CONTROLUL

RUGOZITĂŢII4. DISPOZITIVE DE CONTROL A EXISTENŢEI PIESEI5. DISPOZITIVE DE CONTROL A POZIŢIEI PIESELOR6. DISPOZITIVE DE NUMĂRARE A PRODUSELOR7. DIAGNOSTICAREA STĂRII CALITATIVE DE FUNCŢIONARE A SCULELOR DE

LUCRU8. CONTROLUL EMISIILOR DE GAZ9. STRUCTURI CLASICE PENTRU CONTROLUL MOTOARELOR AUTO

Page 3


CONTROLUL CALITATII: INTRODUCERE

Sistemele de producţie implementate în cadrul industriei îşi desfăşoară activitatea în condiţiile respectării unor cerinţe continuu actualizate privind calitatea produselor, pe care le realizează.

Aceste cerinţe se referă la necesitatea respectării şi îmbunătăţirii continue a următoarelor aspecte:

caracteristicile produselor; fiabilitatea şi / sau siguranţa în funcţionarea produselor; protecţia împotriva răspunderilor juridice pentru neconcordanţa între produse şi

condiţiile de utilizare.

Pentru ingineria sistemelor de producţie, metodele şi tehnicile de control şi asigurare a calităţii prezintă interes deosebit prin efectele economice deosebite, în sensul reducerii costurilor.

În sensul cel mai actual asigurarea şi controlul calităţii semnifică dezvoltarea şi realizarea specificaţiilor necesare pentru a produce în condiţii economice şi în măsura adecvată calitatea, interschimbabilitatea, eficienţa şi durata de viaţă care să asigure unui produs piaţa de desfacere actuală şi de perspectivă.

În cea mai largă accepţiune se consideră că există două faţete ale calităţii : 1) CREAREA CALITĂŢII. 2) MĂSURAREA CALITĂŢII.

FUNCŢIILE ŞI SCOPURILE CONTROLULUI CALITĂŢII- Satisfacerea clientului, consumatorului prin comportarea produsului, acesta

satisface specificaţiile, caracteristicile nominale precise sau cerute.- Asigurarea că procesul de producţie se poate derula în succesiunea programată

(de la o operaţie la alta) fără aglomerarea procesului sau rebuturi. - Oferirea unor învăţăminte prin recunoaşterea greşelilor.- Compararea nivelului de calitate obţinut cu nivelul dorit ca bază pentru controlul

procesului de producţie, cu detectarea tendinţelor şi stabilirea unor proceduri de ajustare, reglare a acestuia.

- Determinarea calităţii optimale obtenibile cu un proces existent şi furnizarea unor indicaţii folositoare în procesul de proiectare, la specificarea prescripţiilor sau elaborareadocumentaţiei de execuţie.

- Reducerea deşeurilor şi rebuturilor la nivelul cel mai economic. - Facilitarea unei proceduri de asigurare că nu se vor plăti operatorii pentru

produsele rebutate din vina lor.- Determinarea operatorilor în concentrarea atenţiei asupra muncii lor

conştientizându-i cu permanenţa procesului de control care identifică originea greşelilor (factorul psihologic al calităţii).

- Evaluarea metodelor de control (inspecţie) existente şi proiectarea unor proceduir mai bune şi mai eficiente.

Page 4


- Permiterea revizuirii cantităţii cerute, astfel încât cantitatea de calitate corespunzătoare să poată fi realizată în profida existenţei unui procent de rebut inevitabil.

Exemplu:

Un sistem de producţie realizează 1000 unităţi dintr-un produs prin 3 procese de prelucrare:

1. procesul 1 are 3% defecte, deci după primul proces avem 97 % produse bune;2. procesul 2 are 10% defecte, deci după al doilea proces avem (0,97 x 0,9)x100 =

87,3% produse bune; 3. procesul 3 are 2% defecte, deci după al treilea proces avem (0,97 x 0,9x 0,98)

x100 = 85% produse bune.

De aceea, ştiind că în final avem nevoie practic de o cantitate de 1000 bucăţi produse bune vom demara procesul cu X bucăţi astfel încât să fie realizată condiţia: 0,97 x 0,9 x 0,98 x X = 1000De unde :

X = 1170 produse.

ASPECTELE CALITĂŢII

Unele aspecte ale calităţii pot fi solicitate şi specificate în concordanţă cu standardele sau normele existente pentru proiectare şi producţie. Alte aspecte sunt mai greu de exprimat.

De aceea încă de la proiectare apare necesar :1. Să se proiecteze simplu şi concret, iar atributele specificate să permită

măsurarea prin tehnici de măsurare simple şi rapide.2. Să se precizeze care sunt limitele calităţii, respectiv când un produs este bun şi

când trebuie considerat rebut. Acest lucru presupune stabilirea domeniului de valori a unui parametru în care acesta este acceptat, respectiv stabilirea abaterilor şi toleranţelor.

Există şi multe caracteristici calitative mai dificil de definit şi precizat prin intermediul abaterilro sau toleranţelor cum ar fi : gradul de curăţire, de albire, grad de fineţe, netezime, gust, miros, etc. Pentru asemenea caracteristici trebuie găsite şi precizate metode de apreciere şi de măsurare indirectă. De exemplu pentru sticlele goale de apă minerală la care intereseză cît de curate sunt se poate stabili gradul de curăţire prin măsurarea transparenţei (cantitatea de lumină care poate trece prin peretele curat de sticlă).

Page 5


STADIIILE CONTROLULUI DE CALITATE

Stadiile de control ale calităţii unor produse nu au un scop distinct ci sunt implicate de o mulţime de factori dependenţi de procesul de producţie. În continuare se prezintă stadiile generale ale controlului de calitate, stadii care se apreciază că se regăsesc cu cea mai largă răspândire şi frecvenţă.

1. Controlul de recepţie pentru materialele şi produsele semifinite achiziţionateAcest stadiu este menit să să asigure că materialele sau componentele achiziţionate au parametrii necesari pentru utilizare în procesul productiv propriu. Se realizează de obicei în două puncte separate : la furnizor şi la vânzător.

2. Controlul la furnizor - producătorÎnainte ca materialele sau componentele să aibe acceptul de livrare către beneficiari ele sunt supuse uneia din următoarele trei proceduri de control : Control integral, complet sau control 100 % (procedură plicticoasă, cu durată lungă ,

costisitoare dar foarte sigură). Controlul prin sondaj este o procedură concepută pentru stabilirea raţională (cost

acceptabil) a abaterilor de la calitate. Constă în prelevarea aleatorie a unor cantităţi de produse care sunt supuse procedurii de control integral.

Controlul mixt care este în fapt o combinaţie între primele două metode. De exemplu se aplică în mod curent controlul prin sondaj dar în momentuldepăşirii unui anumit procent de respingere se trece în mod obligatoriu la controlul integral.

3. Controlul la sediul vânzătoruluiSeparat de controlul propriu al producătorului, vînzătorul poate verifica procesele şi condiţiile de operare ale producătorului (ca de exemplu temperaturi, presiune în timpul prelucrării) pentru a se asigura că acestea sunt în conformitate cu tehnologia stabilită. Pe de altă parte controlul la sediul vânzătorului care nu înlocuieşte nicidecum controlul la producător. Acest tip de control poate fi folosit în următoarele scopuri : Autorizarea recepţiei şi plata achiziţiei către producător sau refuzul acceptării pentru

vânzare cu consecinţele sale ( eturnare la producător pentru eventuala reluare în proces, acţiuni pe cale legală, şa).

Evaluarea măsurii existenţei coincidenţei între calitatea prescrisă şi cea existentă. Evaluarea încrederii în respectarea cerinţelor de calitate de către producător. Studierea unor proceduri alternative de control de calitate.

4. Controlul echipamentelor de lucruAre rolul de a certifica faptul că echipamentele de producţie sunt în măsură să asigure calitatea fabricaţiei. Se face periodic iar rezultatele se înscriu într-o fişă de urmărire a performanţelor utilajului.

5. Controlul seriei zero (lotului de început)Se realizează pentru un număr de repere la demararea fabricaţiei unui produs cu scopul de a verifica dacă procesul este reglat, pus la punct pentru fabricaţie.

6. Verificarea de calitate prin auto controlVerificarea prin autocontrol reprezintă o procedură de control caracterizată prin faptul că cel implicat este chiar către operatorul care realizează produsul în conformitate cu

Page 6


specificaţiile de fabricaţie stipulate. Este cu deosebire recomandabil când există timpi de lucru nefolosiţi.

Această procedură are cel puţin câteva avantaje:- Producţia, controlul, informarea şi ajustarea (corecţia) se pot derula într-o

succesiune rapidă, fără întârziere.- Cu cât se realizează mai constant, cu atât se evită rebuturile.- Operaorul devine direct răspunzător de calitate, nemaisolicitându-se autoritatea

unui controlor ca operator specializat.- Timpul de lucru al operatorului este mai complet utilizat şi se solicită mai puţin

personal pentru control.

7. Controlul după fabricaţieSe realizează de către controlori (inspectori), cât mai imediat momentului de finalizare derulării unei operaţie, pentru a evita astfel propagarea unor greşeli.

8. Controlul finalAre menirea, nu atât de a realiza verificarea calităţii în sine, cât de a certifica că numai produsele de calitate vor fi cele admise pentru a fi oferite clienţilor. Un al doilea rol important este acela de a furniza aprecieri pe o bază largă asupra performanţelor de calitate ale procesului.

9. Controlul după vânzareReprezintă un stadiu al controlului care are motivaţie mai ales pentru cazurile unui produs care nu oferă satisfacţie calitativă utilizatorilor. Acest control poate urmări mai multe obiective sau direcţii de acţiune.

- Câte retururi (refuzuri) de la clienţi s-au produs ? - Cum se pot clasifica defectele ? - Care dintre defecte se ot atribui perioadei şi condiţiilor de depozitare şi care unor

omisiuni ale controlului final ?- Cum vor putea defectele respective să depăşească barierele de control

anterioare vânzării ?- Câte solicitări pentru service din partea clienţilor au existat, ce tipuri de reparaţii

au fost solicitate şi care este semnificaţia lor ?- Ce corelaţie privitoare la calitatea unui produs se pot face din studierea

rapoartelor, reclamaţiilor clienţilor ?- Ce concluzii se pot extrage după realizarea supravegherii după vânzare ?

Page 7


1. FORME ORGANIZATORICE DE CONTROL A CALITĂŢII PRODUSELOR

Controlul calităţii produselor şi implicit alegerea instrumentelor si echipamentelor tehnologice de verificare a acesteia (de tip manual sau automat) este dependent de mai mulţi factori: seria de fabricaţie, forma si dimensiunile produsului, pretenţiile de calitate ale beneficiarului dependente si de domeniul de utilizare a produsului, etc.

În acest sens, pentru înţelegerea diverselor soluţii constructive de sisteme de măsurare / control automat, a performantelor impuse în funcţionarea acestora pentru diferite sisteme tehnologice de fabricaţie cu un grad mai mare sau mai mic de automatizare, este necesar sa prezentam mai întâi câteva probleme generale cu privire la modalităţile recomandate pentru organizarea controlului calităţii produselor in cele mai diverse situaţii întâlnite in practica industrială.

1.1. ELEMENTE DE BAZĂ

În construcţia de maşini, ca şi în alte domenii industriale, controlul calităţii produselor este organizat sub două forme: după prelucrare (denumit şi pasiv) sau în timpul prelucrării (sau activ).

a) Controlul pasiv constă în verificarea preciziei pieselor după ce întregul lot a fost prelucrat, caz în care este exclusă prevenirea rebutului (de aici noţiunea de „pasiv”).

b) Controlul activ se desfăşoară în timpul prelucrării pieselor din lot şi are drept scop dirijarea procesului tehnologic, pentru a se evita apariţia rebutului. Controlul se poate efectua în timpul prelucrării propriu-zise (fără îndepărtarea piesei din dispozitivul de lucru) sau imediat după prelucrare, informaţia despre măsurare, fiind folosită în acest caz la reglarea sistemului tehnologic pentru obţinerea piesei următoare.

Controlul pasiv se poate face în următoarele variante:a) controlul 100% al pieselor finite, care se aplică în următoarele situaţii:- sortarea pe grupe de dimensiuni, în vederea asamblării selective (utilizată pentru produse

de precizie cinematică ridicată: rulmenţi, pistoane, cămăşi de cilindru ale motoarelor autovehiculelor, arbori principali ai maşinilor unelte, etc.);

- la controlul parametrilor pieselor de mare importanţă (spre exemplu în industria aeronautică);

- atunci când câmpul de împrăştiere al dimensiunilor, datorită utilajului necorespunzător, depăşeşte câmpul de toleranţă prescris.

Controlul se poate efectua cu mijloace de măsurare universale specializate mecanizate sau automatizate uni sau multiparametrice.

b) controlul prin sondaj, care se aplică la recepţia unor loturi de piese de către beneficiari sau după operaţiile la care se execută controlul activ, precum şi la controlul unor parametri de mai mică importanţă pentru funcţionare produsului.

c) controlul statistic, se aplică în cazurile de determinare a stabilităţii procesului de prelucrare, în vederea îmbunătăţirii acestuia.

Page 8


Din punct de vedere cronologic, controlul statistic ca formă de inspecţie cea mai des întâlnită în producţia de serie, s-a impus ca răspuns la cerinţele tot mai mari de creştere a productivităţii şi de reducere a costurilor produselor, specifice societăţii de consum.

W.E.Deming, unul din părinţii calitologiei, specialist în statistică, afirma în 1944: „În viaţa reală nu există constante. Există totuşi un sistem cauzal constant. Rezultatele produse de un astfel de sistem cauzal pot varia într-o bandă largă sau, dimpotrivă, îngustă. Pe lângă variaţie, datele de ieşire ale unui astfel de sistem cauzal prezintă o caracteristică importantă, denumită stabilitate. De ce este nevoie să se aplice noţiunile de constanţă şi de stabilitate unui sistem cauzal care produce rezultate variabile? Deoarece acelaşi procentaj de rezultate variabile continuă să apară, în cadrul unor limite date, periodic, oră după oră, zi după zi, pe durata de operare a sistemului cauzal. Distribuţia rezultatelor poate fi constantă sau stabilă. Când un proces de prelucrare se comportă ca un sistem cauzal constant, producând rezultate ale inspecţiilor care prezintă stabilitate, se spune că este sub control statistic. Graficul de control arată dacă procesul respectiv se află sau nu în limitele de control.”

Controlul statistic se realizează cu ajutorul unui set de instrumente, dintre care mai importante şi des utilizate sunt:

- graficele de control Shewhart pentru caracteristicile de calitate măsurabile, putând fi sub următoarele forme:

grafice pentru variabile (specifice procesului); grafice pentru media şi dispersia variabilelor; grafice pentru media eşantioanelor şi abaterea standard.

- graficele de control Shewhart pentru fracţiunea respinsă (graficul p);- graficele de control Shewhart pentru numărul de neconformităţi pe unitatea de produs

(graficul c);- procedura de eşantionare.

Trebuie reţinut că, un proces va fi statistic stabil dacă valorile caracteristicii măsurate prezintă o distribuţie normală (de tip Gauss). Procesul va fi statistic stabil dacă pentru toate loturile valorile caracteristicii oferă valori constante pentru media aritmetică (stabilite în reglaj) sau pentru abaterea medie pătratică (stabilite ca precizie).

Controlul pasiv se poate efectua cu mijloace universale sau speciale, automat sau neautomat.

Controlul activ impune cunoaşterea următoarelor probleme: datorită creşterii exigenţelor din punct de vedere calitativ la realizarea produselor, în ultimii ani controlul s-a deplasat de la forma „în afara procesului” la forma „în proces sau cu implicaţii în proces”.

Procesele de control activ „în proces sau cu implicaţii în proces” nu pot fi aplicate oriunde şi oricum, acestea presupunând folosirea unor mijloace de măsurare deosebit de costisitoare cu implicaţii şi asupra costului produsului.

De aici necesitatea efectuării unei analize a criteriilor de compatibilitate a metodei de control care se adoptă (vezi tabelul 1.1.) pentru diverse situaţii concrete.

Controlul activ (automat sau neautomat) este folosit în următoarele scopuri: măsurarea dimensiunilor în timpul procesului de prelucrare şi emiterea unor informaţii la

atingerea cotei prestabilite, când se opreşte procesul de prelucrare sau eventual se trece la o altă fază de prelucrare (de la degroşare la finisare, spre exemplu la rectificare).

Page 9


dacă controlul activ este automat apare posibilitatea reglării automate a parametrilor regimului de lucru în funcţie de valoarea parametrului măsurat şi oprirea procesului la atingerea cotei prestabilite.

Avantajele utilizării controlului activ sunt următoarele:a) creşterea eficienţei economice prin:- preîntâmpinarea apariţie rebutului;- creşterea productivităţii prelucrării prin suprapunerea timpului de control cu cel de lucru;b) creşterea preciziei de prelucrare: chiar o reducere cu cca. 30% a câmpului de dispersie a

dimensiunilor obţinute în raport cu măsurarea manuală efectuată de operatori cu înaltă calificare.

Tabelul 1.1. Criterii de compatibilitate a formei organizatorice de controlA. CRITERII DE ADAPTABILITATE OBSERVAŢII

1. Acces uşor la suprafaţa de măsurare în timpul prelucrării a) Dacă există 100% răspunsuri afirmative, se aprobă controlul activ.b) Un singur răspuns negativ impune controlul pasiv.

2. Forma suprafeţei prelucrate este simplă3. Parametrii necesari prelucrării pot fi controlaţi în timpul

lucrului4. Precizia măsurării în timpul prelucrării este suficientă5. Controlul nu reduce productivitatea prelucrării şi nici nu

introduce perturbaţii proprii B. CRITERII DE EFICIENŢĂ6. Piesa este importantă sau necesită maximă siguranţă în

funcţionarea) Dacă la punctul 7. şi 8. este răspuns negativ, se va opta pentru control statistic „în afara procesului”.b) ) Dacă se obţine 100% răspunsuri afirmative, se aprobă controlul activ.

7. Procesul de prelucrare este stabil (calitate material, adaosuri tehnologice, regimuri de aşchiere, starea sistemului tehnologic)

8. Costul piesei este mare în raport cu cel al controlului9. Lotul este prea mic pentru prelevarea de mostre10. Asamblarea selectivă este un procedeu economic11. Timpul de măsurare este mai mic decât cel de prelucrare

c) polideservirea maşinilor unelte: pot fi supravegheate de către un operator 4...8 maşini ce lucrează în ciclu automat; deci scade numărul de operatori cu consecinţe favorabile asupra costului prelucrării şi desigur a produsului final.

d) reducerea consumului de energie/piesă, întrucât se micşorează numărul de porniri şi opriri ale sistemului tehnologic şi a pericolelor de mers în gol necesare la măsurarea manuală.

e) reducerea numărului de controlori ce îşi desfăşoară activitatea după prelucrarea pieselor (control final) şi deci controlul se poate face numai prin sondaj.

Page 10


1.2. FACTORI CE INFLUENŢEAZĂ REZULTATELE MĂSURĂTORILOR

Cel mai important factor este imprecizia echipamentului de măsurare. Alegerea metodei şi mijloacelor de măsurare se face în funcţie de două categorii de factori (indicatori):

- indicatori metodologici:- valoarea diviziunii scalei;- limitele de măsurare;- forţa de măsurare, etc.

- indicatori economici:- costul mijloacelor de control (măsurare);- timpul necesar verificării şi reglării aparatului, instrumentului sau maşinii de

măsurare/control.

Condiţia pe care trebuie să o îndeplinească mijlocul de măsurare este ca:, (1.1.)

unde – ΔL este eroarea limită a mijlocului de măsurare; – Tp - toleranţa piesei de verificat.

Erorile limită admise la măsurarea spre exemplu a preciziei dimensionale a pieselor de prelucrat, în μm se prezintă în tabelul 1.2.

În concluzie, putem aprecia că indiferent de forma de realizare a controlului, rezultatele acestuia pot influenţa substanţial deciziile manageriale legate de proiectarea proceselor, producţia propriu-zisă, testarea/încercarea/inspecţia produselor, inpunând în mod obiectiv cooperarea factorilor de răspundere din aceste compartimente importante din structura oricărei firme.

Page 11


2. SISTEME PENTRU CONTROLUL AUTOMAT AL PRECIZIEI DIMENSIONALE

2.1. ELEMENTE DE BAZĂ

Sistemele pentru controlul automat al preciziei dimensionale, înlocuind total sau parţial, influenţa operatorului uman asupra calităţii produsului, dau posibilitatea diminuării sau eliminării rebutului prin cunoaşterea dimensiunii instantanee a suprafeţei prelucrate. De asemenea, prin reducerea timpului necesar reglării sistemului tehnologic la dimensiune, conduc la importante reduceri ale preţului de cost ale produselor, la însemnate creşteri de productivitate, în condiţiile realizării obiectivului tehnic al procesului tehnologic – precizia (calitatea) suprafeţelor prelucrate.

Sistemul de măsurare (sau control), este definit ca acel sistem care realizează măsurarea (sau controlul) parametrilor caracteristici ai produsului de prelucrat şi care transmite informaţia despre valorile obţinute în vederea obţinerii atributului de calitate (bun/rebut) unor elemente specializate din structura sistemului automat.

Pentru exemplificarea şi clasificarea sistemelor de control automat, în fig. 2.1a, se prezintă schema de control clasic (tradiţional) manual cu ajutorul unui calibru potcoavă a dimensiunii unei suprafeţe cilindrice exterioare prelucrate prin rectificare.

În acest caz, sistemul de control poate fi reprezentat prin schema bloc din fig, 2.1b, în care s-a notat:

SPP – sistemul procesului tehnologic de prelucrare;EC – elementul de control (calibrul potcoavă);O – operatorul uman;Xi = do – dimensiunea nominală a suprafeţei ce trebuie obţinută în procesul de prelucrare (sau, eventual dimensiunea de reglaj iniţial a sistemului tehnologic);Xe – abaterea dimensiunii efective d a suprafeţei prelucrate în raport cu valorile limită („T” - trece şi „NT” – nu trece) materializate pe calibru;ε = d - do – abaterea dimensiunii suprafeţei prelucrate în raport cu dimensiunea nominală sau de reglaj iniţial;Xp1 – factorii perturbatori care acţionează asupra SPP (spre exemplu: vibraţii, tensiuni interne ale piesei de prelucrat, etc.);Xp2 – factorii perturbatori care afectează precizia de control a calibrului (spre exemplu: uzura, îndemânarea operatorului, temperatura mediului ambiant, etc.).

Aşa după cum se poate observa în fig. 2.1b, sistemul de control prezentat are aspectul unui sistem de comandă, între piesă (blocul SPP) şi operator există o legătură informaţională unidirecţională. Cu toate acestea, însă, periodic, pe baza observării evoluţiei mărimii Xe (ce defineşte calitatea piesei: bun sau rebut), operatorul poate realiza o legătură de reacţie, intervenind asupra sistemului tehnologic, în sensul modificării corespunzătoare a abaterii ε prin diverse măsuri tehnologice sau constructive.

Page 12


Astfel de sisteme, la care piesa este măsurată (controlată) cu instrumente (aparate) universale, speciale sau limitative (calibre), în afara timpului de bază de fabricaţie şi la care operatorul se află pe calea directă a transmiterii informaţiei de măsurare (control) sunt denumite sisteme de control / măsurare neautomate (tradiţionale, clasice).

Figura 2.1 Schema de control a preciziei dimensionale folosind calibre potcoavă

În cazul unui astfel de sistem, timpul auxiliar corespunzător măsurării/controlului piesei, nesuprapunându-se cu timpul de bază, influenţează negativ productivitatea procesului, dar şi calitatea acestuia (nu se poate interveni asupra pieselor rebutate decât prin ajustări suplimentare cu cheltuieli în plus).

O cale eficientă de creştere a productivităţii procesului şi de diminuare a cheltuielilor suplimentare cu piesele rebutate, o constituie efectuarea activităţii de verificare a calităţii piesei în timpul desfăşurării procesului tehnologic, aşa cum arată exemplul din fig. 2.2a şi schema bloc corespunzătoare acestuia (fig. 2.2b).

Într-un asemenea caz sistemul de măsurare (control) devine un sistem automat, operatorul ne mai este pe calea directa de transmitere a informaţiei, iar timpul de măsurare (control) se suprapune

Page 13

(a)

SPPXi = d0 ε = d – d0

Xp1

ECXe

Xp2

(b)

o


peste cel de baza conducând la creşterea productivităţii procesului de lucru şi reducerii costului produsului prin micşorarea rebuturilor, tinzând chiar spre zero.

Figura 2.2 Schema constructivă (a) şi respectiv bloc (b) a unui sistem de control automat la rectificare

Page 14

SPPXi ε

Xp1

EMXe

Xp2

(b)

o

a)


2.2. CLASIFICAREA SISTEMELOR DE MĂSURARE/CONTROL AUTOMAT

Există multiple criterii de clasificare a sistemelor automate de verificare a calităţii produselor, printre care evidenţiem pe cele mai importante pentru analiza performantelor tehnice (mai ales) şi a celor economice:

1. În funcţie de destinaţia mărimii de ieşire Xe, sistemele automate de măsurare (control) pot fi:a) de control automat pasiv (fig. 2.2), la care mărimea de ieşire (calitatea produsului) este

prelucrată de operatorul uman O pentru a acţiona asupra SPP in sensul opririi desfăşurării procesului sau trecerii la un alt mod de lucru (de exemplu la rectificare, trecerea de la prelucrarea de degroşare la cea de finisare prin schimbarea parametrilor regimului de aşchiere).

Deşi operatorul realizează o legătură inversă între mărimea de intrare şi cea de ieşire, sistemele de tipul celor prezentate in fig. 2.2 se încadrează in sistemele automate de comanda (cu circuit deschis).

În categoria sistemelor automate cu circuit deschis intră si echipamentele (sau dispozitivele) pentru sortarea automată a pieselor, a căror schemă generală constructivă se prezintă în fig. 2.3.a, iar cea bloc aferentă în fig. 2.3.b, în care SP este sistemul piesei, alcătuit din piesa de verificat împreună cu dispozitivul de orientare, poziţionare şi fixare necesare desfăşurării procesului; EM – elementul de măsurare sau control; SI – sistemul de înregistrare a informaţiilor de la elementul de măsurare (care include, în general şi un amplificator de semnal); EE – sortatorul propriu-zis (elementul de execuţie a sortării), care dirijează fie intr-una din grupele: R - (rebut minus), R+

(rebut plus), P= piese bune.

Figura 2.3. Schema principială constructivă (a) şi respectiv bloc (b) a unui sistem automat de sortare dimensională

Page 15

SPXi

Xp1

EMXe

Xp2

(b)

SI

Xp3

EE

Xp4

R- P= R+

SP

EE

SIEM

a)

- = +


Figura 2.4. Schema constructiva (a) si respectiv bloc (b) a unui sistem de control automat activ la rectificare.

În funcţie de valoarea câmpului de toleranţă impus pieselor, pentru o serie de produse de mare precizie şi complexitate, cum sunt spre exemplu: rulmenţii, pistoanele şi cămăşile de cilindru ale motoarelor hidraulice sau pneumatice, arborii principali ai maşinilor-unelte, etc., sistemele de sortare automată permit ordonarea pieselor bune în mai multe grupe de câmpuri de toleranţă, pentru rezolvarea lanţurilor de dimensiuni prin metoda asamblării selective.

b) de control automat activ (fig. 2.4.a si b), la care semnalul furnizat de elementul de măsurare, după amplificare în blocul A, intervine în desfăşurarea procesului de prelucrare prin intermediul unui element de execuţie (EE).

2. După timpul când acţionează mărimea de ieşire Xe se întâlnesc:

a) sisteme de control automat înainte de prelucrare;b) sisteme de control automat în timpul prelucrării;c) sisteme de control automat după terminarea prelucrării.

Page 16

SPPXi ε

Xp1

EMXe

Xp2

(b)

o

EE A

a)


Sistemele de control automat prezentate în fig.2.2. şi fig.2.4., funcţionează în timpul procesului de prelucrare, caz în care mărimea de ieşire poate comanda: trecerea de la prelucrarea de degroşare la cea de finisare, oprirea mişcarilor de lucru ale elementelor sistemului tehnologic, retragerea rapidă a sculei, etc. Astfel de sisteme se utilizează cu preponderenta la prelucrarea prin rectificare a diverselor tipuri de suprafeţe exterioare sau interioare, deoarece permite plasarea uşoară şi eficientă a elementului de măsurare în zona instantanee de lucru a sculei, de unde preia informaţiile despre precizia dimensional-geometrică a suprafeţei piesei.

Pentru alte tipuri de operaţii de prelucrare (strunjire, frezare, găurire, rabotare, broşare, etc) deoarece plasarea elementelor de măsurare în zona instantanee de lucru este mai dificilă, uneori chiar imposibilă, s-au dezvoltat pentru asigurarea preciziei suprafeţelor pieselor în condiţii de eficienţă tehnico-economică, aşa numitele sisteme adaptive de prelucrare.Controlul automat inainte de prelucrare, folosit pe scară largă pe liniile automate de realizare a produselor are rolul de a opri echipamentul tehnologic de lucru, atunci cand semifabricatele au dimensiuni necorespunzatoare sau alte caracteristici ce definesc calitatea acestora, când există scule rupte sau aflate la limita uzurii admisibile (sau a durabilităţii) pentru a nu conduce la defecţiuni grave în desfăşurarea procesului.

Sistemele automate pentru controlul activ după încheierea procesului de prelucrare sunt dispuse pe sau în apropierea sistemului tehnologic şi au rolul de a interveni în functionarea acestora pentru schimbarea poziţiei relative dintre sculă şi suprafaţa de prelucrat, atunci când există tendinţa ca precizia dimensională să iasă în afara câmpului admis, sau când dimensiunea de reglaj iniţial s-a modificat ca urmare a uzurii şi reascuţirii sculei (caz întalnit, de asemenea la prelucrarea suprafetelor pieselor pe maşini de rectificat), ori ca urmare a acţiunii unor factori întâmplători.

Figura 2.5. Schema principal-constructivă a unui sistem de control automat activ după încheierea procesului de prelucrare

Page 17

N

EM

R- P= R+

SP

EE

SI


Pentru exemplificare , în fig.2.5 se prezintă schema principală a unui asemenea sistem utilizat, de obicei pe maşinile de rectificat fără centre.

După cum se poate observa piesele prelucrate sunt transferate (automat) spre sistemul automat de măsurare (control), sortare şi numărare (blocul N), de unde semnalele elementelor EM, N şi SI după o prelucrare corespunzătoare (pe baza unui algoritm informatizat) servesc la reglarea (compensarea) poziţiei relative dintre sculă şi piesă, la oprirea maşinii unelte, etc.

Pentru a exclude posibilitatea opririi funcţionării sistemului tehnologic ca urmare a acţiunii unor factori întâmplători cu pondere nesemnificativă (exemplu:defecte pe suprafaţa piesei, aşezarea greşita a piesei în zona de prelucrare sau a echipamentului de sortare), de obicei intervenţia în modul de funcţionare a SPP are loc numai după ce un anumit număr de piese stabilit aprioric a ieşit din câmpul de toleranţă şi a fost semnalizat de blocul numărator N.

Din cele prezentate, în concluzie se deduce uşor că prin utilizarea controlului automat (activ sau chiar pasiv) se obţin numeroase avantaje dintre care enumerăm:

- se îmbunătăţeste şi se asigură calitatea impusă produselor;- rebutul se reduce de cele mai multe ori tinzând spre zero;- se îmbunătăţesc condiţiile de muncă ale operatorilor;- creşte productivitatea procesului tehnologic, scade numărul de controlori şi drept

urmare se micşorează costul produsului;- se pot urmări cu uşurinţă o serie de fenomene care au loc cu mare viteză în timpul

desfăşurării procesului (uzura sculei, calitatea suprafeţei prelucrate, forma aşchiilor, etc.).

2.3. ELEMENTUL DE MĂSURARE/CONTROL

Performantele unui anumit sistem automat de măsurare depind, în primul rând de elementul de măsurare (EM) – traductorul care primeşte direct informaţia asupra dimensiunii suprafeţei măsurate şi care furnizează în vedera unei eventuale prelucrări, un semnal corespunzător acestei dimensiuni în structura constructivă a sistemului automat.

Dintre cele mai utilizate traductoare amintim următoarele:

1) Traductoarele mecanice, care pot fi cu sau fără amplificare mecanică.

Din categoria celor fără amplificare fac parte calibrele limitative, rigide sau reglabile de tipul “trece” şi “nu trece” (fig.2.1) potcoavă (pentru arbori) şi tampon (pentru alezaj).

Cele cu amplificare mecanică realizează o sporire apreciabilă a sensibilităţii şi deci posibilitatea măsurării unor suprafeţe cu abateri mici (sutimi, miimi de milimetri).

Pentru exemplifixare în fig 2.6. este prezentată schema de principiu a unui asemenea traductor, în care notaţiile reprezintă: 1- piesa care se verifică dimensional; 2-palpatoare de măsurare a piesei; 3, 4 – reazeme; 5 - aparat de înregistrare a abaterilor piesei, etalonat în sutimi sau miimi de milimetri.

Page 18


Figura 2.6. Schema de principiu a unui element de măsurare cu amplificare mecanică

În funcţionare parghia C sesisează deplasarea rezultantă a celor două palpatoare 2, iar braţele de parghie AB si BC se aleg constructiv în proiectarea aparatului, astfel încât să se poată ajunge la rapoarte de amplificare K=1000, ceea ce permite a sesiza cu uşurinţă variaţiile de ordinul a 1 µm ce se manifestă asupra dimensiunii suprafeţei care se masoară.

2) Traductoarele pneumatice, prezintă mai ales în comparaţie cu cele mecanice o serie de avantaje :

- precizie ridicată de măsurare;- absenţa contactului direct cu suprafeţa care se măsoara şi în consecinţă, absenţa uzurii

palpatoarelor şi a deformaţiilor elastice;- rapiditate în efectuarea măsurării;- simplitatea construcţiei şi a întreţinerii.

Principiul de măsurare se bazează pe dependenţa invers proporţională dintre presiunea p a aerului (venit de la reţea, după purificare şi stabilizare, la presiune constanta ) din camera de lucru (sau de măsurare) şi interstitiul format între suprafaţa piesei 1 de verificat şi duza de măsurare 2 (fig.2.7).

Ca urmare a inerţiei relativ mari în transmiterea informaţiei, traductoarele pneumatice nu se recomandă în cazul măsurărilor dinamice, dependenta sau stabilindu-se prin calcul sau pe cale experimentală.

Figura 2.7. Schema principială a unui traductor pneumatic (a) şi respectiv bloc de functionare (b).

Page 19

TXi = p Xe = δ

b)

δ

a)

12

AB

C

5

1

2

3

42


În general, dependenta este neliniară şi arată, ca în fig.2.8., iar funcţionarea traductorului este limitată la porţiunea aproximativ liniară a-b.

Prin alegerea unor duze adecvate (în cazul celor de măsurare diametrul este cuprins intre 0.5 mm si 2.5 mm) se poate ajunge la amplificări foarte mari K=105 si deci la posibilitatea măsurării fracţiunilor de µm.

Figura 2.8. Caracteristica de funcţionare sau la traductoarele pneumatice

Figura 2.9. Schema principială de funcţionare a unui traductor pneumoelectric cu membrană elastică

Page 20

Domeniul optim de măsurare

a

b

Xi

(p)

Xe

(δ)

δ0

δ

p0

1

2

6

5

4

3

6

5

2


Pentru exemplificare, se prezintă în fig.2.9 un traductor de tip pneumoelectric cu membrană elastică, întalnit în diverse sisteme de control automat la care mărimea de intrare este interstiţiul

dintre duza de măsurare şi suprafaţa care se măsoară, iar mărimea de ieşire este un semnal electric.

După cum se observă aerul, purificat şi stabilizat, pătrunde prin duzele preliminare 1, în cele două camere cu membrană 2, iar prin duza de măsurare 3 si cea de reglare 4 iese în atmosferă.

În funcţie de deformarea membranelor 5, este închis unul din contactele 6, generându-se astfel, un semnal electric corespunzător abaterilor superioare şi inferioare ale suprafeţelor de verificat.

3) Traductoarele electrice, prezintă urmatoarele avantaje faţă de cele mecanice si pneumatice:- permit efectuarea de măsurări de la distanţă;- posibilitatea înregistrării automate a rezultatelor măsurării;

- măsurări de înaltă precizie;- posibilitatea automatizării pocesului de control dimensional.

Există o multitudine de tipuri de traductoare electrice, functie de principiul care sta la baza funcţionării acestora.

Astfel în fig.2.10. este prezentată schema unui traductor cu parghie şi contacte electrice.

Figura 2.10. Schema principială a unui traductor electric cu parghie şi contacte

Deplasarea palpatorului 1 este amplificată de parghia 2 care, în funcţie de dimensiunea suprafeţei ce se măsoară, închide unul din contactele 3 sau 4 .

Page 21

1

2

34


Piesele verificate sunt bune dacă nu se închide nici un contact. De multe ori aceste traductoare sunt prevazute şi cu surse de semnalizare luminoasă: verde pentru rebut recuperabil şi roşu pentru rebut nerecuperabil.

O mare răspandire au în controlul automat al dimensiunilor traductoarele inductive care se construiesc în varianta simplă (fig.2.11.a) şi în varianta diferenţială (fig.2.11.b).

a) b)

Figura 2.11.Schemele principiale de funcţionare ale traductoarelor electrice inductive

În cazul traductorului inductiv simplu, deplasarea armăturii 2 sub acţiunea palpatorului 1, conduce la variaţia întrefierului al bobinei ,3 ceea ce provoacă schimbarea valorii Z a impedanţei. Drept urmare, în condiţiile unei tensiuni de alimentare neschimbate, intensitatea curentului din circuitul bobinei 4 constituie un indicator al variaţiei dimensiunii piesei care se măsoară în raport cu o valoare de referinţă. Printre dezavantajele traductoarelor inductive simple (influenţa variaţiei tensiunii reţelei de alimentare asupra preciziei, pentru că impedanţa

, un loc aparte îl ocupă neliniaritatea dependenţei (XR şi XL

sunt componenta rezistivă, respectiv inductivă).

La montajul diferenţial al bobinelor 4 şi 5 (fig. 2.11.b) caracteristica rezultantă (fig.2.12.) are aspectul aproximativ al unei drepte pe un domeniu mult mai larg, ceea ce

conduce la extinderea domeniului de măsurare.

4) Traductoarele capacitive, deşi prezintă o serie de dezavantaje legate de:- influenţa variaţiei de temperatură a umidităţii şi impurităţilor asupra caracteristicii

;- prelucrării foarte precise ale plăcilor condensatorului;- montaje relativ complicate, ca urmare a sensibilităţii mari a unor greutăţi şi gabarite

mici, traductoarele capacitive pot fi utilizate cu succes în sistemele automate de control.

Page 22

1

2

34

Δ

1

2

43

Δ1

Δ2

3

5


Figura 2.12. Caracteristica de funcţionare a traductoarelor inductive diferenţiale

Atât traductorul capacitiv simplu (fig.2.13.a) cât şi ce diferenţial (fig.2.13.b) îsi bazează funcţionarea pe variaţia capacităţii la modificarea distanţei d dintre armăturile mobile 2 şi cele

fixe 3, sau pe variaţia suprafeţei de suprapunere S a armăturilor, fiind permitivitatea

dielectricului.

Figura 2.13. Scheme principial constructive ale traductoarelor capacitive

5) Traductoarele fotoelectrice, al carui element sensibil îl constituie celula fotoelectrică pot fi: cu efect exterior (tuburi cu vid sau cu gaz şi catod fotosensibil din cesiu, stibiu), cu efect interior (cu fotorezistenţă, care dacă este iluminată prin circuitul său trece un curent slab numit curent de întuneric), sau cu efect de semiconductor (din sulfat de taliu şi o placă metalică între ele, iar dacă se trimite un flux luminos ia naştere o conductibilitate unidiecţională).

Page 23

z = z1 – z2 = f(Δ)

z1 = f(Δ)

z2 = f(Δ)

z1

z2

Δ

1

2

3

d

1

2 (mobile)

3 (fixe)

b)a)


Figura 2.14. Schema constructivă a unui traductor fotoelectric

În funcţie de dimensiunea piesei, ecranul 2 al palpatorului 1, produce modificarea fluxului luminos dat de sursa 3 direcţionat cu lentilele L1 si L2. Drept urmare, în circuitul celulei fotoelectrice 4, apare un curent a cărui intensitate este funcţie de deplasarea palpatorului în raport cu variaţia dimensiunilor (abaterilor) pieselor de verificat.

În afara traductoarelor prezentate mai sus, în tehnica măsurărilor automate se mai folosesc şi altele cum sunt cele de tip:

- reostatice, - tensometrice, - piezoelectrice, - cu radiaţii şi altele,

aşa cum se vor vedea în capitolele destinate sistemelor concrete de control automat specifice construcţiilor de maşini.

În toate cazurile însă, pentru alegera celui mai potrivit traductor este necesar să se cunoască performanţele acestuia, condiţiile în care poate fi utilizat, avantajele şi dezavantajele în funcţionare.

Page 24

1

23

L1

4L2

2

Piesa deverificat


2.4. PERFORMANŢELE ŞI ALEGEREA TRADUCTOARELOR

O problemă de baza la proiectarea sistemelor automate de control constă în alegerea tipului de traductor. O serie de considerente limitative vin în ajutorul celuia ce exploatează şi proiectează asemenea sisteme şi ţin cont de: forţa de măsurare (determinate de natura suprafeţei de măsurare, de temperatura acesteia) de viteza de deplasare a punctului instantaneu de masurare la un moment dat, de viteza transmiterii informatiei, etc.

S-a arătat că sistemele automate de control (dimensional) din punct de vedere funcţional pot fi sisteme de comandă sau de reglare (capitolul 2.1.).

Dacă în cazul primelor viteza cu care se transmite informaţia de măsurare nu are, în general, importanţă decât pentu productivitatea operaţiilor de măsurare, la sistemele din a doua categorie rapiditatea cu care se intervine în SPP determină promptitudinea cu care se realizează schimbarea regimului de lucru, retragerea sculei, oprirea maşinii unelte, etc. şi prin urmare condiţionează necesitatea utilizării unui asemenea sistem.

Rezultă din cele arătate mai sus că o serie de informaţii asupra performanţelor sistemului automat de fabricaţie în regim static sau dinamic se pot obţine cercetând în special performanţele elementului de măsurare în regim static şi dinamic.

2.4.1. Performanţele elementului de măsurare în regim static

Alegerea sau aprecierea performanţelor traductorului se face pe baza indicilor de calitate în regim static, care pot avea fie caracter funcţional (limite de măsurare, fidelitate, sensibilitate, etc) sau nu (greutate, gabarit, preţ de cost, etc.).

Înainte de a preciza valorile unor asemenea mărimi este necesar să definim regimul staţionar de funcţionare a traductorului (mai corect spus timpul de funcţionare a acestuia în regim staţionar) sau timpul de amortizare.

Acesta este definit ca intervalul de timp scurs între momentul în care mărimea de intrare şi-a schimbat valoarea până în momentul în care indicatorul scalei traductorului oscilează în jurul unui punct de echilibru cu maxim 1% din lungimea scalei. În general, mărimea timpului de amortizare nu trebuie să depaşească 4s. În mod asemănător, se poate defini şi pentru traductoarele numerice digitale.

Ca indici de performanţă ai sistemului de control dimensional se folosesc:a) limitele de măsurare – valorile maxime şi minimă ale marimii de ieşire în

regim staţionar;b) sensibilitatea, ca raportul:

(2.1)

dintre variaţia mărimii de ieşire şi cea a mărimii de intrare.

Întrucât, în general, caracteristica în regim staţionar nu este liniară, raportul (2.1.) nu este constant. Prin liniarizare intrinsecă, constructivă (aşa cum s-a arătat în cazul traductorului inductiv) sau prin ataşarea unui element neliniar (de exemplu un amplificator) se caută a se obţine, pentru o plajă, cât mai mare a mârimii de intrare, o caracteristică liniară, deci o sensibilitate constantă.

Page 25


c) puterea de rezoluţie – valoarea minimă a variaţiei mărimii de intrare care este sesizată în orice punct al scalei analogice, sau digitale;

d) precizia – calitate globală, care constă in redarea mărimii măsurate cu o aproximaţie cât mai bună faţă de valoarea adevărată. Precizia traductorului este cu atât mai mare cu cât el are o sensibilitate mai mare, o putere de rezoluţie mai bună, etc.

e) raspunsul static – raportul dintre valoarea mărimii de ieşire şi valoarea mărimii de intrare în regim staţionar:

(2.2)

Această mărime se determină pe baza schemei constructive a traductorului şi conduce în general la relaţii de forma:

(dimensiunile elementelor constructive) , (2.3)unde K este factorul (coeficientul) de amplificare, iar relaţia (2.3) se defineşte ca fiind caracteristica statică a traductorului.

Indicii de performanţă folosesc atât în sinteză (proiectare), cât şi la alegerea tipului de traductor în vederea integrării acestuia într-un sistem concret de măsurare/control automat.

Astfel, analizând factorii care determină valoarea lui K, se pot lua măsuri încă din proiectare sau pentru o exploatare raţională (eficientă).

De asemenea, la precizarea tipului de traductor receptor folosit trebuie ţinut cont de raportul dintre câmpul de toleranţă al suprafeţei controlate şi eroarea (staţionară) a traductorului (diferenţa dintre dimensiunea efectivă şi cea adevărată sau reală).

În acest sens, orientativ, se menţionează următoarele erori ale diverselor tipuri de traductoare:

- traductoare mecanice cu acţiune directă (fără pârghii de amplificare): 1 ;- traductoare mecanice cu pârghii: 10÷15 ;- traductoare inductive, capacitive (fotoelectrice): 0,2÷0,6 ;- traductoare pneumatice: 1 ;

De obicei se consideră că precizia traductorului trebuie sa fie , unde T - toleranţa

suprafeţei de verificat. Pe lângă indicii de performanţă, la alegerea traductorului receptor trebuie să se aibă în vedere:

- forţa exercitată de palpator asupra suprafeţei de verificat (pentru cele mecanice F=2÷5N, ajungând la cele cu pârghii şi arcuri chiar la 10N).- starea suprafeţei de măsurat, caracterizată printr-o anumită rugozitate, temperatură,

etc.- viteza relativă dintre piesa si palpator în timpul măsurării.

Se înţelege că, cu cât suprafaţa este mai rugoasă şi viteza relativă dintre aceasta şi palpator este mai mare, forţa exercitată de palpator trebuie să fie mai mică pentru evitarea uzurii palpatorului sau chiar a suprafeţei piesei.

2.4.2. Performanţele elementului de măsurare în regim dinamic

În cazul în care elementul de măsurare (traductorul receptor) aparţine unui sistem de reglare, nu sunt suficienţi numai indicii care descriu comportarea în regim static, deoarece o serie de mărimi cum ar fi: viteza de variaţie a mărimii de intrare (dimensiunea), inerţiile (mecanice, electrice) şi frecările pot influenţa exactitatea măsurărilor (precizia de măsurare).

Page 26


Dintre indicii de performanţă specifici studiului elementelor de măsurare în regim dinamic amintim:

a) răspunsul dinamic normat, definit ca raportul:

(2.4)

unde gs- răspunsul static, iar se obţine calculând transformata Laplace inversa a funcţiei

de transfer a elementului de măsurare;

b) timpul de traversare – timpul necesar acului (spotului luminos) indicator pentru a traversa cu o viteza maximă constantă întreaga scală de măsurare;

c) timpul de măsurare – timpul necesar efectuării unei măsurări; în acest interval se consideră că mărimea de ieşire este practic constantă.

Page 27


3. SISTEME AUTOMATE DE MĂSURARE/CONTROL A CALITĂŢII PRODUSELOR UTILIZATE ÎN PROCESELE

FLEXIBILE DE FABRICAŢIE

3.1. STRUCTURA FUNCŢIONALĂ A SISTEMELOR DE FABRICAŢIE

Realizarea funcţiei unui sistem de fabricaţie integrat implică posibilitatea executării de operaţii diferite, cu frecvenţa şi succesiunea cerute de tipul şi mărimea sarcinii de producţie, de procedeele şi metodele tehnologice şi logistice posibile a fi aplicate cu succes, precum şi de procedeele informaţionale necesare pentru comanda sau conducerea eficientă a procesului. Fiecărei funcţiuni parţiale prezentate mai sus îi corespunde un sistem parţial cu funcţiune specială care se integrează ierarhic în cadrul sistemului de fabricaţie general.

Astfel, în cadrul unui sistem de fabricaţie cu un anumit grad de automatizare flexibilă pot fi identificate următoarele subsisteme:

Subsistemul de lucru (de prelucrare, fabricaţie sau producţie); Subsistemul logistic (de transfer în spaţiu şi timp a diverselor elemente din structura

sistemului în ansamblul său); Subsistemul de asigurare cu energie; Subsistemul de comandă sau de conducere (reglare); Subsistemul de măsurare şi control a calităţii produselor sau a stării de funcţionare a

diverselor echipamente structurale (SDV-uri, spre exemplu); Subsistemul de reechipare cu diverse elemente modulare pentru reconfigurarea sarcinii

de producţie a sistemului de fabricaţie; Subsistemul de întreţinere, exploatare şi reparare.

După cum se constată din cele prezentate, subsistemul de măsurare şi control are drept funcţie măsurarea (determinarea) valorilor realizate ale parametrilor ce definesc calitatea produsului, de a le compara cu cele prescrise şi a transmite informaţiile sistemului de comandă sau de conducere; pe de altă parte se realizează şi o autodiagnoză de funcţionare la parametrii impuşi diverselor elemente componente care concură la buna funcţionare a sistemului de fabricaţie.

Coordonarea celor două subsisteme (de lucru şi de control) poate prezenta după cum vom vedea în continuare soluţii diferite, după cum controlul este integrat sau nu în postul de lucru, se realizează în timpul sau după terminarea procesului tehnologic, se realizează pe parcursul sau numai la sfârşitul fabricaţiei.

Page 28


3.2 SISTEME DE CONDUCERE ADAPTIVĂ PENTRU ASIGURAREA PRECIZIEI DE PRELUCRARE PE MAŞINI-UNELTE

3.2.1.Optimizarea externă şi optimizarea internă a proceselor tehnologice

Scopul oricărui proces tehnologic de prelucrare sau de asamblare (montaj) este obţinerea unui cost minim al produsului, în condiţiile asigurării calităţii impuse acestuia prin parametrii de precizie dimensional-geometrică prevăzuţi pe desenul de execuţie sau de ansamblu şi al obţinerii unei productivităţi maxim posibile.

Există şi se utilizează în activitatea de proiectare a proceselor tehnologice o serie de căi eficiente pentru minimizarea costului şi maximizarea productivităţii dintre care amintim:

- proiectarea unor regimuri optime de aşchiere;- echiparea sistemului tehnologic cu SDV-uri adecvate de înaltă performanţă tehnică şi

economică;- proiectarea produselor tehnologice într-o structuri optimă de concentrare a operaţiilor şi

fazelor, etc.

Fiecare dintre aceste măsuri tinde să ţină seama, cât mai precis posibil la un moment dat (dependent de gradul de precizie al cunoştinţelor ştiinţifice avut la îndemână) de interdependenţele care apar între elementele sistemului tehnologic în prezenta forţelor de lucru.

Din punct de vedere practic este imposibil să se stăpânească deplin şi precis toate influenţele reciproce dintre factorii care afectează costul, productivitatea şi calitatea produselor fabricate. Din această cauză, acţionându-se numai în faza de proiectare a produselor şi echipamentelor tehnologice aferente desfăşurării acestora în condiţii optime, reducerea costului, creşterea productivităţii şi a calităţii produselor constituie o optimizare parţială de primă aproximaţie.

Întrucât aceasta se realizează în afara procesului efectiv de fabricaţie, o astfel de optimizare se numeşte optimizare externă şi se caracterizează prin faptul că datele privind sistemul informaţional implicate în rezolvarea problemelor de proiectare constructivă şi tehnologică sunt considerate constante.

Optimizarea realizată la nivelul proiectării procesului tehnologic de fabricaţie nu poate lua în considerare interdependenţele reale care apar în momentul desfăşurării procesului cum ar fi spre exemplu: variaţiile aleatoare ale caracteristicilor parametrilor regimului de lucru, a rigidităţii sistemului tehnologic şi altele. Rezultă de aici, o nouă posibilitate de creştere a performanţelor tehnice şi economice ale sistemului tehnologic, prin luarea în considerare a condiţiilor reale de lucru, concrete identificate chiar în timpul desfăşurării procesului tehnologic. În acest caz, optimizarea procesului se numeşte optimizare internă, deoarece ţine cont de fenomenele intime care au loc în dinamica procesului de fabricaţie.

Optimizarea internă apropie parametrii de performanţă ai procesului (şi concret calitatea produsului) de valoarea optimă Copt. Dacă D1 este domeniul valorilor posibile ale calităţii C a produsului (exprimată prin precizia de prelucrare) determinată de influenţa factorilor din procesul de fabricaţie, prin procesul de optimizare externă acesta se află în domeniul D2

dependent de influenţa factorilor perturbatori ce acţionează asupra calităţii C. (fig. 3.1).

Page 29

Copt

D1

D2

D3


Figura 3.1 Variaţia domeniului valorilor posibile ale calităţii produsului în optimizarea externă şi internă a procesului tehnologic.

Prin măsurile de optimizare internă domeniul valorilor posibile ale calităţii C a produsului se reduce la D3 micşorându-se semnificativ diferenţa C-Copt.

Întrucât identificarea condiţiilor reale în care se desfăşoară procesul tehnologic nu poate fi făcută de către operatorul ce deserveşte sistemul, apare necesitatea intervenţiei unui sistem automat specializat care să realizeze conducerea procesului în vederea optimizării interne. Asemenea sisteme automate sunt denumite sisteme tehnologice cu conducere adaptivă, sau sisteme A.C. (Adaptive Control).

Sistemele adaptive reprezintă deci sisteme automate cu circuit închis (de conducere, reglare), care realizează adaptarea în timp real a desfăşurării procesului tehnologic la condiţiile concrete (în care se manifestă influenţa factorilor perturbatori), astfel încât să realizeze maximizarea sau minimizarea unei funcţii de performanţă (obiectiv tehnic sau economic, spre exemplu; precizie sau productivitate maximă, cost minim de prelucrare, etc.).

Trebuie precizat faptul că între cele două tipuri de optimizare (externă şi externă) există o strânsă legătură, în sensul că cea internă se bazează pe cea externă, care oferă o serie de informaţii despre: modele matematice, algoritmi de rezolvare, etc. De asemenea, trebuie precizat faptul că optimizarea adaptivă se realizează doar prin modificarea parametrilor tehnologici de lucru specifici fiecărui proces supus unei astfel de conduceri automate.

Schema bloc, generală a oricărui sistem A.C. se prezintă ca în fig. 3.2. După cum se poate observa, orice sistem adaptiv pentru a-şi îndeplini misiunea are nevoie de culegerea unor informaţii din starea reală (instantanee) a sistemului procesului de prelucrare, folosind în acest scop o serie de elemente de identificare (traductoare) de construcţie specială, care transformă de regulă mărimile măsurate în semnale electrice mai uşor de prelucrat decât cele de altă natură. Pentru aceasta, informaţiile identificate Xid din sistemul tehnologic real sunt trimise unui calculator C de o anumită performanţă, care pe baza prelucrării acestora şi a condiţiilor restrictive externe Xres, în cadrul unui model matematic de optimizare, conduce la determinarea parametrilor de lucru optimi pi, iar prin intermediul sistemului de comandă adaptivă permite modificarea parametrilor de lucru pi, adică la adaptarea procesului tehnologic în vederea maximizării/minimizării funcţiei de performanţă Xe.

La modul general, modelul matematic al oricărui sistem tehnologic de conducere adaptivă a unui proces se prezintă sub forma:

F(X1, X2,...,Xn) max sau min,

Page 30


în condiţiile restrictive de forma:R1(X1, X2,...,Xn) k1;R2(X1, X2,...,Xn) k2; (3.1)...Rn(X1, X2,...,Xn) kn;X1, X2,...,Xn 0.

în care F(X1, X2,...,Xn) este funcţia de performanţă sau obiectiv a sistemului adaptiv; precizie, cost, productivitate, etc. R1(X1, X2,...,Xn) ... Rn(X1, X2,...,Xn) relaţiile restrictive ale sistemului tehnologic cu conducere adaptivă de tipul: cinematica maşinilor-unelte, forţe, momente, temperaturi, etc. admise în procesul de lucru, iar X1, X2,...,Xn parametrii tehnologici specifici fiecărui proces tehnologic; k1, k2,...,kn – constante dependente de condiţiile concrete de prelucrare, obţinute în procesul de optimizare externă.

Figura 3.2 Schema bloc a unui sistem adaptiv de prelucrare

Rezolvarea acestui model matematic liniar sau neliniar se realizează după diverşi algoritmi mai mult sau mai puţin complexi.

Pentru înţelegerea mai uşoară a modului în care sunt proiectate şi exploatate sistemele adaptive, prezentăm în cele ce urmează câteva elemente de bază despre rezolvarea pe cale grafică a unui model matematic liniar bidimensional, caz des întâlnit în practica sistemelor cu conducere adaptivă în construcţia de maşini, mai ales pentru prelucrările prin aşchiere.

Prin reprezentarea grafică a funcţiei de optimizare şi a relaţiilor restrictive ale modelului matematic (3.1.) liniar (sau liniarizabil prin diverse metode: prin logaritmare sau utilizând algoritmul condensării) se obţine, în general o imagine de tipul celei prezentate în figura 3.3.

Page 31

Xres

SCAXi pi

Xid

SPPXe

Xp

C EI

Parametrii de lucru optimi pi SPPreal

Mopt.

F

X1

X2

X1 optim

P1 Rk

Rk+1

Ri

P5 P4

P P

P

P

R1P2 optim

A

B

P3

X2 optimO


Figura 3.3 Reprezentarea grafică a modelului matematic al sistemelor adaptive de prelucrare

În cazul utilizării optimizării externe a procesului tehnologic, datorită considerării parametrilor k1,k2,...,kn constante, optimul funcţiei de optimizare F se obţine în punctul P2 al poligonului P1P2P3P4P5 care reprezintă domeniul soluţiilor posibile de valori ale parametrilor tehnologici de lucru X1 şi X2.

Întrucât, în cazul real de desfăşurare a procesului tehnologic, k1,k2,...,kn sunt variabile într-o anumită plajă de valori, identificabile prin elementele EI din structura schemei bloc a sistemelor adaptive (fig.3.2), atunci „căutarea” (prin rezolvarea modelului matematic în timp real de către blocul de calcul C) punctului optim P2 trebuie să se facă în poligonul determinat de variaţia poziţiei dreptelor restricţiilor esenţiale din structura modelului matematic (3.1).

După modul în care se realizează de către calculatorul C rezolvarea modelului matematic (3.1), se întâlnesc două tipuri de sisteme adaptive: ACC (Adaptive Control Constraints), adică sisteme adaptive limitative sau cu restricţii limită, respectiv ACO (Adaptive Control Optimal) sau sisteme adaptive optimale.

Caracteristic sistemelor ACC este faptul că procesul de lucru se realizează cu scopul „menţinerii” (constrângerii) unei valori limită a parametrului măsurat (cel conducător adoptat în proiectarea sistemului adaptiv din diverse considerente: ponderea de influenţă asupra funcţiei obiectiv F, posibilitatea de măsurare rapidă şi cu cheltuieli minime, etc.) în timpul prelucrării (spre exemplu pentru prelucrările prin aşchiere: forţă sau moment de aşchiere, puterea sau energia consumată în proces, temperatura în zona de lucru, etc.).

Pentru astfel de sisteme punctul P2optim se caută prin algoritmul de rezolvare de-a lungul dreptei AB (fig. 3.3) care reprezintă restricţia Ri esenţială (conducătoare) a modelului matematic.

Page 32


Sistemele ACO, urmăresc realizarea optimului instantaneu al funcţiei de eficienţă F, prin „căutarea” punctului P2optim în interiorul poligonului , sau pe conturul acestuia; evident că aceste sisteme adaptive sunt mai precise, dar de o complexitate mai ridicată.

Din punct de vedere al scopului urmărit, sistemele de conducere adaptivă pot fi:- sisteme adaptive tehnologice (obiectivul acestora este reducerea costului sau creşterea

productivităţii);- sisteme adaptive geometrice (obiectivul acestora îl constituie asigurarea preciziei de

prelucrare).

3.2.2. Sisteme de conducere adaptivă pentru asigurarea (creşterea) preciziei de prelucrare

Aşa după cum s-a putut constata din capitolul 1, controlul automat activ conduce la ridicarea (asigurarea) calităţii (preciziei) suprafeţelor prelucrate pe diverse sisteme tehnologice prin intervenţia automată în cadrul SPP (fig. 3.4) comandată de traductorul care măsoară direct dimensiunea instantanee (sau altă caracteristică de calitate) a suprafeţei prelucrate.

Deşi, din punct de vedere principal o asemenea cale de asigurare a calităţii este ideală, ca urmare a unor inconveniente legate, în special; de posibilitatea măsurării directe a dimensiunii instantanee (mişcările sculei şi piesei, prezenţa aşchiilor şi a lichidului de aşchiere, etc.), ponderea sistemelor de control activ automat în ansamblul sistemelor destinate pentru asigurarea (creşterea) preciziei de prelucrare este destul de mică la procedeele de aşchiere, cu excepţia rectificării.

O mare răspândire au căpătat sistemele adaptive, la care dimensiunea instantanee a suprafeţei prelucrate se măsoară pe cale indirectă (prin intermediul, spre exemplu al deformaţiei elastice a unui element din componenţa sistemului tehnologic uşor de identificat sau prin măsurarea forţelor sau momentelor de lucru).

Din aceste considerente, în general, cu excepţia rectificării, sistemele adaptive destinate asigurării preciziei de prelucrare sunt de preferat celor de control activ.

În funcţionarea sistemelor de conducere adaptivă pentru asigurarea preciziei de prelucrare, menţinerea cât mai constantă a dimensiunii de reglaj iniţial (dregl.i) a sistemului tehnologi se poate realiza prin două metode:a) prin corectarea dimensiunii de reglare statică (când parametrii k1,k2,...,kn sunt consideraţi

constanţi) cu o valoare , reprezintă abaterea dimensiunii suprafeţei prelucrate obţinute în condiţiile concrete în care se desfăşoară prelucrarea. În cadrul sistemelor de control activ, această mărime se determină prin măsurarea dimensiunii instantanee a suprafeţei prelucrate, iar în cazul sistemelor automate de conducere adaptivă, prin măsurarea unor mărimi de care depinde : deformaţia elastică a unui element al sistemului tehnologic MDPS, componenta forţei de aşchiere pe direcţia radială a suprafeţei piesei, etc.

b) corectarea deplasării instantanee di, prin modificarea corespunzătoare fie a forţei de aşchiere (variind parametrii ce afectează forţa de aşchiere), fie a rigidităţii sistemului tehnologic(în general, mai dificil de realizat practic) sau printr-o metodă mixtă:

. (3.2)

Folosirea sistemelor adaptive pe principiile expuse anterior conduce la creşterea preciziei de prelucrare de 2÷5 ori (în comparaţie cu prelucrările pe maşini unelte tradiţionale, fără sistem

Page 33


adaptiv) în condiţiile creşterii productivităţii cu 25÷200% (explicaţia este evidentă, pentru că în cazul utilizării sistemelor adaptive, se reduc semnificativ numărul fazelor de degroşare şi finisare ale suprafeţei de prelucrat).

3.2.3 Elementele constructive ale sistemelor pentru asigurarea preciziei de prelucrare

Buna funcţionare a sistemelor adaptive de orice tip este condiţionată de mai mulţi factori printre care cei mai importanţi sunt;

- precizia şi rapiditatea cu care sunt culese informaţiile despre variaţia dimensiunii instantanee în procesul de prelucrare (blocul EI, fig. 3.2);

- promptitudinea şi exactitatea cu care se intervine în desfăşurarea procesului de prelucrare (blocul C în SCA, fig. 3.2);

- complexitatea modelului matematic (3.1) proiectat pentru conducerea procesului tehnologic, precum şi algoritmul propus pentru rezolvarea acestuia (de tip ACC sau ACO).

Dintre toate elementele componente care intervin în structura schemei bloc a sistemului adaptiv (fig. 3.2), cea mai importantă influenţă asupra conducerii adaptive eficiente şi în timp real a procesului de prelucrare o are elementul de identificare, care de cele mai multe ori capătă soluţii constructive speciale.

Elementul de identificare are rolul de a culege informaţiile curente din sistemul tehnologic real şi de a le transmite după o eventuală amplificare calculatorului C de o capacitate ce depinde de complexitatea modelului matematic (3.1) şi a algoritmului adoptat pentru reglare.

Partea constructivă principală a elementului de identificare o constituie traductorul (adoptat pe baza recomandărilor din capitolul 1.3), care măsoară forţe, momente, deplasări, uzuri, temperaturi, etc., dar care ca urmare a condiţiilor speciale în care are loc măsurarea, conduce la particularităţi constructive creative din partea proiectantului de sisteme adaptive pentru diverse procese tehnologice.

Pentru exemplificare, prezentăm în continuare două soluţii constructive de elemente de identificare utilizate în sistemele adaptive pentru creşterea preciziei de prelucrare la strunjire, parametrul limitativ adoptat în acest caz fiind uzura sculei [CHI79].

Astfel, în fig. 3.4 se prezintă soluţia constructivă principală a unui element de identificare pentru măsurarea uzurii pe cale directă a tăişului cuţitului de strung.

Realizat la Universitatea Darmstadt (Germania), elementul de identificare a uzurii pe faţa de aşezare a cuţitului de strung, are la bază principiul de funcţionare al traductoarelor pneumatice (p0 – presiunea de la reţeaua de aer comprimat).

Page 34


Figura 3.4 Schema constructivă a elementului de identificare pneumatic a uzurii cuţitului de strung

Deşi relativ simplu constructiv, în principiu, deformaţiile sistemului tehnologic (elastice, termice), aşchiile, lichidul de aşchiere, etc. afectează precizia măsurării uzurii (indirect prin variaţia presiunii sesizată la momentul M şi transmisă calculatorului C prin modificarea interstiţiului dintre suprafaţa piesei prelucrată 1 şi duza de măsurare realizată în zona tăişului cuţitului de strung (sau în plăcuţa fixată pe capul sculei).

Evident, precizia măsurării uzurii depinde şi de valoarea domeniului liniar de măsurare al traductorului de presiune proiectat.

Sisteme mai precise pentru măsurarea directă a uzurii se bazează pe utilizarea traductoarelor fotoelectrice.

Pentru măsurarea indirectă a uzurii cuţitului de strung firma Toshiba din Japonia a utilizat în cadrul unui sistem adaptiv, un element de identificare bazat pe tensiunea termocurentului ce ia naştere în orice proces de prelucrare prin aşchiere.

Astfel, (fig. 3.5) pe faţa de aşezare a tăişului cuţitului de strung 1 este lipită o foiţă de grafit 2, care împreună cu corpul sculei sunt legate la o sursă de curent şi un amplificator.

Figura 3.5 Schema constructivă a elementului de identificare termoelectric a uzurii cuţitului de strung

Page 35

Cδ

p0

M

1

2

> C

1

2

3


Presupunând că în timpul prelucrării tăişurile nu se uzează, în regim termic staţionar tensiunea termoelectrică ce ia naştere ar fi constantă.

Pe măsură ce cuţitul se uzează, temperatura forţei de grafit creşte şi drept urmare şi tensiunea termoelectrică.

Cunoscând timpul de prelucrare şi dependenţa stabilită iniţial între uzură şi tensiune cu ajutorul semnalului electric amplificat în amplificatorul 3, transmis calculatorului C, se calculează uzura instantanee şi astfel se conduce adaptiv procesul de prelucrare pentru asigurarea preciziei (calităţii) suprafeţei piesei.

Page 36


4. INTEGRAREA CALCULATOARELOR ÎN PROCESELE TEHNOLOGICE DE CONTROL

4.1. PREMISELE APARIŢIEI SISTEMELOR INTEGRATE DE PRODUCŢIE

Înlocuirea progresiva a uneltelor tradiţionale cu scule si echipamente tehnologice din ce in ce mai sofisticate(complexe), constituie unul din cele mai importante aspecte ale evoluţiei proceselor de producţie in toate domeniile industriale. Creativitatea fiinţei umane, corelata cu cerinţele de creştere permanenta a standardului de viata, constituie baza dezvoltării societăţii.

Atributele producţiei de bunuri materiale se găsesc intr-o continua schimbare, caracteristicile reprezentative ale acestora în evoluţia istorica fiind: EFICIENTA , in anii 60; CALITATE, in anii 70; FLEXIBILITATEA, in anii 80 si RECONFIGURABILITATEA in anii 90.

Paradigma producţiei, reprezentata in fig. 4.1, corelata cu atributele acesteia prezentate mai sus, permit evidenţierea schimbărilor structurale evolutive din cadrul condiţiilor economice, care reclama inovaţii si adaptări continue ale sistemelor de producţie pentru eficientizarea maxima a acestora.

producţie manufacturiera 1900 producţie de masa 1950 producţie eficienta managerial (lean) 1970 producţie ecologica 1990 producţie bazata pe reciclare 2010

(sfârşitul tehnologiei „coşului de fum”)

Figura 4.1. Paradigma producţiei [MOR 98]

Schimbările structurale din economie datorate introducerii producţiei de masă au condus in SUA la apariţia primului val de automatizare a producţiei (1920), când Henry Ford introduce LINIILE DE TRANSFER si „OMUL ROBOT” ce deserveşte cu ritmicitatea impusa acestor linii tehnologice de fabricaţie.

Sistemul tehnologic introdus de Ford măreşte considerabil productivitatea, determina scăderea costurilor de producţie, dar este foarte rigid si lipsit de flexibilitatea în ceea ce priveşte posibilitatea de prelucrare a unor clase diversificate de piese.

Cel de-al doilea val de automatizare a producţiei a apărut in anii 50 in Japonia considerat un adevărat „Pearl Harbour” economic, caracterizat prin dezvoltări tehnologice deosebit de importante cum ar fi microelectronica si robotica, cu consecinţe importante în dezvoltarea rapida a proceselor de automatizare a proceselor tehnologice industriale.

Page 37


Ultimele decade ale secolului nostru sunt caracterizate din punct de vedere tehnologic de progrese majore in domeniul de mai sus, ce au permis un înalt grad de automatizare a producţiei aşa cum se arata in fig. 4.2.

Figura 4.2. Evoluţia automatizării producţiei [MOR 98]

Astfel, spre exemplu in cadrul tehnologiilor de prelucrare din construcţia de maşini, se evidenţiază apariţia la începutul anilor 1960 in SUA a MUCN-urilor cu si fără calculator incorporate (NC, CNC) si a celor cu control adaptiv (AC) , de tip maşini specializate, respective centre de prelucrare eficiente mai ales in producţia de serie mica.

Anii ’70 sunt dominaţi de dezvoltări deosebite in domeniul microelectronicii, iar anii ’80 sunt consideraţi anii integrării roboţilor industriali mai ales in domeniul proceselor tehnologice de asamblare si montaj, in special prin sudura, lipire, deservire, etc.

Noile tehnologii de prelucrare si montaj corelate cu creşterea continua a performantelor calculatoarelor si integrarea acestora in toate activităţile industriale, au constituit premisele dezvoltării sistemelor automate de tip SISTEME FLEXIBILE DE PRODUCŢIE (FMS – Flexible Manufacturing System), sau Sisteme de PRODUCŢIE INTEGRATE printr-un sistem global de comanda sau conducere (CIM- Computer Integrated Manufacturing).

Trăsătura dominanta a automatizării specifice celui de al doilea val este impusa de aria de aplicaţie: producţie in serie mica si mijlocie, care implica o mare flexibilitate atât a proceselor de prelucrare si montaj, cât si in cele de proiectare constructiv-tehnologica de management, pentru ca produsul sa fie livrat pe piaţă intr-un timp cat mai scurt, data fiind concurenta acerba intre diversele companii.

Datorită progresului accelerat al tehnicii transferat in multiple inovaţii tehnologice, s-au creat condiţii deosebit de favorabile pentru dezvoltarea producţiei si implicit a tehnologilor de fabricaţie pe calea automatizării tuturor subsistemelor din componenta proceselor tehnologice.

Aceste masuri au condus la reducerea costurilor de manopera prin scăderea, uneori prin eliminarea participării operatorilor umani la desfasurarea proceselor de producţie.

In acest mod se elimina sursa de producere a noncalitatii determinată de indisciplina tehnologica si o creştere a gradului de flexibilitate la trecerea de la un produs la altul, cu cheltuieli materiale

Page 38

CIM

NC AIC CAM

CAPP MRPTehnologia de grup

2000

1970

Desenare automată

Simulare pe calculator

Inteligenţă artificială

SFF

Modelare solid

Roboţi

1960 1980

Programe de simulare a fluxului tehnologic

Planificarea automată a achiziţionării semifabricatelor şi componentelor pentru realizarea produsului


si de activitate a operatorului uman minime, condiţie esenţiala pentru eficientizarea proceselor tehnologice.

Pentru înţelegerea mai uşoara a elementelor specifice procesului de automatizare a controlului calităţii produselor, este necesar sa fie cunoscute caracteristicile reprezentative ale sistemelor flexibile de fabricaţie, al locului pe care îl ocupa controlul in structura acestora.

Din acest motiv, înainte de a trece la prezentarea unor sisteme de automatizare asistate de calculator in diverse activităţi concrete impuse de desfăşurarea unui proces tehnologic de prelucrare sau de montaj, pentru asigurarea calităţii este bine sa fie cunoscute câteva elemente de baza ale sistemelor flexibile de fabricaţie, ce determină în mod esenţial calitatea produsului.

4.2. ELEMENTE CARACTERISTICE ALE SISTEMELOR FLEXIBILE DE FABRICAŢIE (FMS)

Aceste sisteme constituie o alternativă la metoda tradiţionala (clasica) de prelucrare pe maşini unelte universale a pieselor fabricate ca unicat sau in serie mica si mijlocie.

Sistemele flexibile de fabricaţie sunt alcătuite dintr-un set de utilaje tehnologice programabile, care pot asigura prelucrarea completa sau asamblarea unui grup de piese din aceeaşi familie (spre ex.: arbori, bucşe, roti dinţate, etc.) . Aceste sisteme au in structura:

- dispozitive de schimbare automata a sculelor (in general incluse in construcţia utilajului tehnologic);

- dispozitive automate de incarcare/descarcare a maşinilor-unelte;- sisteme de transport si de depozitare automate;- calculatoare cu funcţie de comandă/conducere a întregului proces tehnologic.

Scopul final al dezvoltării sistemelor flexibile de fabricaţie îl constituie integrarea totala a calculatoarelor în producţia de bunuri materiale (CIM).

Noţiunea de CIM a fost utilizata prima data de către Joseph Harington in 1973, care a afirmat ca o întreprindere poate funcţiona continuu in cadrul unui flux informaţional automat fara participarea omului.

Figura 4.3. Blocurile funcţionale ale unui CIM si a legaturilor de interdependenta [MOR 98]

Page 39

Planificarea producţiei

Aut

omat

izar

ea

fabr

icaţ

iei C

ontrolul fabricaţiei

Proiectare constructivă

BAZĂ DE

DATE CIM


Funcţionarea unui CIM este condiţia de integrarea simultana a celor 4 blocuri funcţionale din care acesta este compus (fig. 4.3.).

Integrarea calculatorului in toate activităţile unei întreprinderi presupune o noua abordare a problemelor de proiectare/exploatare de la fiecare departament:

Astfel, in cadrul departamentului de proiectare, constructivă şi tehnologică, modificările apar datorita unor opţiuni şi sisteme noi de proiectare, bazate pe ingineria concurenta, caracterizata de: maxima productivitate, maxima utilizare a capacităţilor de producţie, etc.

Elementele activităţii departamentului de proiectare se regăsesc intr-o baza de date si pot fi utilizate permanent de către celelalte departamente.

Activităţii de proiectare constructivă îi urmează departamentul pentru proiectarea controlului materialelor si al marketing-ului, care se află permanent in comunicare cu primul pentru a schimba informaţii referitoare la:

- prognoza;- capacitate disponibila de prelucrare;- tehnologiile utilizate;- lista de materiale, etc.

Integrarea departamentului de proiectare se bazează pe sistemele de proiectare si prelucrare asistate pe calculator (CAD/CAM-Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing) ale căror interfeţe permit ca pe baza desenului (2D sau 3D) obţinut automat (folosind soft-uri de tip Catia, Solid Works, AutoCAD, etc.) sa se obţină programul de prelucrare al piesei proiectate pe MUCN.

Planificarea prelucrării cuprinde activităţile legate de procesul de prelucrare propriu-zis, calitatea produselor si planificarea capacităţilor de producţie. Rezultatele activităţii acestui compartiment depind de bazele de date referitoare la:

- progresele privind marketingul si vânzarea produselor;- planificarea globala a capacităţilor de producţie;- inventarierea stocului de materiale si produse finite;- planificarea achiziţionării de semifabricate si componente (MRP – Materials Requirements

Planning) pentru prelucrare sau asamblare. Controlul fabricaţiei include activităţile de inventariere a lansării si urmăririi producţiei,

care sa conducă la un coeficient ridicat de utilizare a capacităţii productive a fiecărui echipament tehnologic in flux continuu, fără distorsiuni si un număr optim de piese aflate la un moment dat in lucru.

Aceste elemente presupun mai întâi o simulare a fluxului de piese cu date concrete privind capacităţile, itinerariul tehnologic, etc. Pentru astfel de simulări au fost create programe complexe, cunoscute sub denumirea de CAPP (Computer Aided Process Planning).

In concluzie, automatizarea proceselor de prelucrare, montaj, control presupune deci introducerea:

- alimentarii automate cu semifabricate si scule;- automatizarea testării produselor;- roboti industriali, acolo unde este posibil;- MUCN, automate de asamblare si montaj;- sisteme inteligente de măsurare si control;- comanda si conducere automata a procesului deservit de calculator

si tot acest ansamblu se constituie intr-un SISTEM FLEXIBIL DE FABRICATIE.

Page 40


Fluxul informaţional de interconectare a blocurilor funcţionale ale unui sistem CIM se prezintă ca in fig. 4.4.

Figura 4.4. Fluxul informaţional în cadrul unui CIM

Prin integrarea in structura a unor elemente de inteligenta artificiala, FSM-urile se diferenţiază radical de sistemele clasice de prelucrare. Dintre aspectele esenţiale ce diferenţiază cele doua sisteme de producţie se pot enumera:

a) flexibilitate – capacitatea de adaptare optima si rapida la modificările geometrice ale pieselor care se prelucrează, sau la executarea altor piese din aceeaşi familie, precum si funcţionarea in condiţii de eficienta economică pe perioade mari de timp cu modificări structurale minime;

b) capacitatea de acceptare a semifabricatelor sau a produselor aflate intr-un anumit stadiul de fabricaţie intr-o ordine aleatoare;

c) eficienta în producţia de serie mica, mijlocie si chiar mare;d) posibilitatea de implementare etapizata a diverselor masuri si elemente de automatizare;e) autonomie funcţionala pentru trei schimburi;f) asigurarea unui indice sporit de încărcare a utilajelor;

În cadrul acestor sisteme tehnologice integrate, este deosebit de important de subliniat faptul că, un rol principal revine şi operatorului uman, care nu trebuie privit ca un receptor pasiv, un simplu canal de transmitere a informaţiei în cadrul sistemului tehnologic operaţional, ci ca un element activ şi cu influenţe semnificative, în multe situaţii delicate ce pot apărea în dinamica funcţionării procesului automatizat.

Page 41

Programare NCDNC

CAPP- Materiale- Scule- Piese- Costuri- Resurse- Instrucţiuni- Formule

Bază de date

CAD- Geometrie- Produse- Listă

repere

Gestionare scule

Gestionare producţie

MRPplanificare

resurse

Geometrie produse

MetodăTimp ciclu

Date NCDetalii

operator

Unitate productivă

Gestionare materiale

Itinerarii tehnologice- Produse

- Timpi- Itinerarii

tehnologice- Listă

materiale

Instrucţiuni de prelucrare (montaj)

Modul geometric


Caracterul activ se manifestă prin următoarele activităţi mai importante:- selectarea şi depistarea informaţiilor relevante din funcţionarea procesului;- anticiparea direcţiei de evoluţie a proceselor inspectate, combinând şi prelucrând

informaţiile stocate, pentru crearea de noi informaţii utile.

Creşterea gradului de automatizare în cadrul sistemelor tehnologice integrate, nu înseamnă în toate cazurile scăderea participării operatorului uman în funcţionarea procesului, ci numai schimbarea ponderilor de participare a diferiţilor factori pentru activitatea de comandă sau conducere spre o desfăşurare optimă în concordanţă cu funcţia de performanţă impusă sistemului tehnologic.

Desigur, când distribuţia sarcinilor ce revin operatorului într-un sistem inteligent, trebuie să aibă în vedere anumite restricţii obiective în ceea ce priveşte integrarea cu performanţe maxime a acestuia, cu referire, în special la:

- nivelul de sensibilitate posibil a fi perceput de operator în legătură cu variaţiile caracteristicilor semnalelor din funcţionarea procesului;

- capacitatea recepţionării şi transmisiei informaţiei, dependentă de gradul de solicitare al operatorului şi de complexitatea datelor;

- capacitatea de păstrare a informaţiei operative; în acest sens operatorul uman este capabil să reţină un anumit număr optim de parametri variabili, cuprins între 3÷5, care trebuie să fie urmăriţi într-un flux continuu de transmitere a informaţiilor. În general, capacitatea de memorare este dependentă de natura variabilelor sau de caracterul de codificarea a acestora.

Cele mai bune rezultate se obţin, dacă se utilizează în funcţionarea procesului codul numeric, iar cele mai nefavorabile în cazul folosirii codului culorilor şi al figurilor geometrice.

Rezultă din cele prezentate, că în funcţionarea acestor sisteme integrate, sarcina principală a proiectanţilor în etapa actuală şi mai ales de perspectivă, constă în proiectarea raţională a activităţilor operatorului uman, care să ţină cont de evitarea monotoniei sau a stresului în activitate.

Datorita multitudinii de factori care afectează calitatea produselor, interni si externi desfăşurării procesului, multitudinii de date necesare a fi prelucrate rapid si eficient pentru comanda/conducerea proceselor tehnologice, utilizarea elementelor de inteligenta artificiala si a calculatorului în configurata sistemului de control / măsurare integrate in sistemul tehnologic complex de producţie, a devenit indispensabilă.

Particularităţile generale constructive si funcţionale ale acestora se vor prezenta in capitolele următoare.

Page 42


5. SISTEME DE MĂSURARE ŞI CONTROL ASISTATE DE CALCULATOR

5.1. NOŢIUNI DE BAZĂ

Aşa cum s-a putut constata din cele prezentate în capitolul 4, dezvoltarea şi integrarea în activitatea de producţie din ce în ce mai diversificată şi cu pretenţii de precizie tot mai ridicate a unor echipamente tehnologice cu un grad înalt de automatizare, caracterizate mai ales de utilizarea conducerii numerice a proceselor de lucru prin intermediul calculatoarelor, a impus cu necesitate şi automatizarea măsurării şi controlului calităţii produselor cu echipamente compatibile cu cele de fabricaţie.

În mod tradiţional (clasic) controlul calităţii produselor se realizează folosind metode manuale de inspecţie (verificare) şi diverse proceduri statistice de prelevare a probelor, care sunt, în general mari consumatoare de timp, presupun o activitate precisă, dar şi monotonă.

De multe ori, acesta presupune şi transferul pieselor sau produsului de la locul de producţie în amenajări speciale cu consecinţe asupra timpului de fabricaţie sau cu blocaje uneori asupra procesului de producţie.

Totodată, în procesul statistic de prelucrare a probelor, se asumă riscul ca unele produse cu defecţiuni să scape inspecţiei, de unde rezultă o marjă de eroare sau procentaj de piese defecte specifică controlului statistic (datorate operatorului sau chiar metodologiei de proiectare standardizată, spre exemplu a calibrelor T şi NT pentru controlul dimensional sau geometric).

Pentru eliminarea sau diminuarea acestor dezavantaje importante se impune mai ales în cazul producţiei de serie, acolo unde controlul calităţii suprafeţelor prelucrate cu ajutorul calibrelor după terminarea prelucrării, devine eficient dacă se ţine seama şi de metodologia de proiectare optimizată a dimensiunilor active ale acestora în conformitate cu cele prezentate în lucrările.

De asemenea, un alt dezavantaj al controlului tradiţional îl reprezintă faptul că se realizează după ce piesele au fost deja produse, iar numărul pieselor rebutate nu mai poate fi influenţat; pentru micşorarea numărului de rebuturi sunt necesare costuri suplimentare cu ajustarea rebuturilor recuperabile.

Din cele prezentate, rezultă câteva motive de ordin economic, social şi tehnologic, care au impus modernizarea procesului de control al calităţii, mai ales prin utilizarea măsurilor de automatizare a acestuia.

- Astfel, factorul economic include:- costuri mari ale produsului de inspecţie pe cale statistică;- consum de timp ridicat şi întârzierile produse procesul de producţie.

- Factorul social include:- cererea tot mai mare şi pretenţia clienţilor de produse „perfecte” din punct de vedere

a mai multor parametri de performanţă;- regulamentele şi standardele impuse pentru a asigura protecţia consumatorului;

Page 43


- tendinţa inspectorului uman de a fi de multe ori subiectiv, care conduce le compromiterea calităţii produsului inspectat.

- Factorul tehnologic cuprinde:- progresele deosebite ce se înregistrează în automatizarea controlului calităţii;- dezvoltarea aplicabilităţii microprocesoarelor în cele mai diverse domenii;- îmbunătăţirile aduse tehnicilor de proiectare şi construcţie a senzorilor fără contact şi

deci de a putea controla produsul în timpul procesului de lucru cu consecinţe favorabile şi asupra productivităţii.

Toţi aceşti factori au condus la introducerea şi dezvoltarea controlului calităţii asistată de calculator (CAQ – Computer Aided Quality Control).

Alte acronime folosite pentru descrierea acestui proces ce caracterizează calitatea produsului sunt şi:

inspecţie asistată de calculator (CAI – Computer Aided Inspection); testare asistată de calculator (CAT – Computer Aided Testing);

Obiectivele urmărite, în special prin utilizarea calculatorului în controlul calităţii produselor sunt următoarele:

- îmbunătăţirea calităţii produselor;- creşterea productivităţii în procesele se inspecţie;- creşterea productivităţii procesului de producţie.

Strategia abordată pentru realizarea acestor obiective este, mai ales automatizarea controlului prin folosirea calculatorului în combinaţie cu o tehnologie avansată de senzori şi traductoare integrate în structura sistemului tehnologic de fabricaţie.

Acolo unde este posibil şi fezabil din punct de vedere economic, verificarea va fi făcută pe 100% din lotul aflat în lucru.

Efectele cele mai importante ale folosirii CAQ sunt:- cu CAI şi CAT inspecţia şi testarea sunt realizate pentru o rată de 100% din întregul lot;- procesul de inspecţie este integrat în procesul de producţie şi deci nu mai necesită

deplasarea pieselor pe bancuri speciale sau alte spaţii pentru verificare, decât în situaţii speciale;

- utilizarea senzorilor fără contact este facilitată de implementarea CAQ; în schimb cu dispozitive cu senzori sau traductoare cu contact, piesa trebuie să fie oprită şi repoziţionată pentru realizarea controlului cu cheltuieli de timp şi costuri de producţie, iar de cele mai multe ori devine imposibil controlul în timpul prelucrării.

Folosind echipamente de măsurare sau control cu senzori şi traductoare fără contact, de multe ori piesele pot fi verificate (testate) „din mers”, iar procesul de inspecţie se derulează foarte rapid;

- folosirea senzorilor şi traductoarelor fără contact şi utilizarea calculatorului pentru prelucrarea, datelor permite „adaptarea procesului în sensul optimizării desfăşurării acestuia” (vezi sistemele adaptive de prelucrare) în concordanţă cu una sau mai multe funcţii obiectiv [BUZ 81].

- în controlul tradiţional se acceptă un procent mai mic de produse necorespunzătoare din punct de vedere calitativ, în mod obiectiv, determinat de subiectivismul operatorului sau de metodologia de lucru cu instrumente universale de măsurare sau cu cele limitative (calibre). Cu ajutorul CAQ se atinge aproape perfecţiunea şi controlul calităţii produselor.

Page 44


- implicaţiile de necesar de personal unde se aplică CAQ sunt mai mici faţă de inspecţia manuală, deci personalul implicat în CAQ trebuie să aibă o calificare înaltă pentru a putea opera echipamentele complexe de inspecţie şi testare sau de prelucrare şi montaj.

5.2. CONCEPTUL INTEGRAT AL ASIGURĂRII CALITĂŢII

Scopul principal al sistemului CAQ este inspecţia şi măsurarea / controlul pieselor din sistemul de fabricaţie cu diversele echipamente de măsurare corespunzătoare. Asigurarea calităţii a fost realizată până la apariţia şi dezvoltarea calculatoarelor electronice prin mijloace manuale şi metode statistice, metodă ce necesită un timp relativ mare şi o precizie scăzută. Dacă verificarea calităţii produselor are loc în exteriorul sistemului tehnologic după terminarea prelucrării, aceasta conduce la productivităţi mici ale procesului de fabricaţie.

Introducerea MUCN-urilor în sistemele de fabricaţie a fost însoţită de importante schimbări în activităţile de pregătire şi de desfăşurare a procesului în cadrul sistemelor de producţie. Aceste schimbări au apărut şi în domeniul verificării calităţii produselor prelucrate.

Este uşor de observat pentru oricine, că produsele din orice domeniu au devenit din ce în ce mai sofisticate cu un design complex şi cu un nivel mai ridicat de precizie. Timpul de inspecţie şi măsurare / control într-un astfel de tip de producţie poate să ajungă până la 30% sau chiar 100% din timpul de prelucrare. Aceasta înseamnă că de multe ori sistemele tehnologice trebuie oprite, pentru inspecţie şi măsurare / control, iar rezultatul este o scădere a productivităţii procesului tehnologic.

Acestea au fost motivele care au determinat introducerea sistemelor de măsurare conduse numeric în procesele de fabricaţie sau a maşinilor de măsurare în coordonate după terminarea procesului tehnologic.

O diferenţă importantă între controlul NC al sistemului tehnologic şi controlul NC al aparatelor de măsurare / control, este acela că în cazul controlului NC al sistemului tehnologic, acesta presupune că sfârşitul poziţiei de deplasare al săniilor să fie atinse (realizate) fără abateri (devieri) esenţiale de la punctul de sfârşit teoretic programat. Pentru aceasta controlul NC al aparatului de măsurare / control trebuie să evalueze:

diferenţa dintre poziţie teoretică şi reală (mai precis efectivă) a suprafeţelor de verificat; dacă suprafeţele prelucrate (plane, alezaje, etc.) sunt rectangulare sau nu (verificarea

toleranţelor geometrice); prezenţa suprafeţelor prelucrate pe piesă (plane, alezaje, etc.); în caz contrar din ce cauze

nu s-au realizat (posibilitatea ruperii sculei, erori de programare a curselor de lucru, etc.); dacă anumite modificări ale cursei de lucru sunt necesare (cele determinate de uzura

sculei, în special, sau modificarea dimensiunilor sculei după reascuţire şi reglare la cotă); dacă este necesară oprirea procesului de prelucrare şi de ce.

Condiţiile pe care echipamentul de măsurare/control trebuie să le îndeplinească sunt următoarele; să fie dotat cu un cap universal de măsurare cu mai multe axe; întreruperea măsurării în timpul schimbării programului de măsurare nu este permisă; viteza de poziţionare a capului de măsurare trebuie să fie foarte mare (până la 3m/minut);

poziţia finală ar trebui atinsă la o viteză scăzută; precizie ridicată a măsurării; număr limitat al punctelor de măsurare în cazul impunerii unei precizii înalte;

Page 45


timp redus pentru schimbarea piesei de măsurat; decizie rapidă asupra calităţii piesei pe baza valorilor obţinute prin măsurare; posibilitatea schimbării rapide şi uşoare a noului program de măsurare; excluderea erorilor sistematice din procesul de prelucrare a datelor măsurate; echipamentul de măsurare trebuie să permită rezervarea în fişierul de măsurare a unui cap

de măsurare universal şi un sistem flexibil de programe pentru controlul şi evaluarea datelor din procesul de măsurare;

programarea automată şi imprimarea protocoalelor de măsurare.

Din cele prezentate anterior, rezultă că o caracteristică esenţială a controlului complex, în special multiparametric (multivariabile sau multipunct), determinată de necesitatea prelucrării complexe a datelor care intervin în desfăşurarea unui proces, precum şi a numărului ridicat de variabile supuse măsurării (în vederea conducerii adaptive a sistemului tehnologic) este tendinţa utilizării calculatorului electronic în configuraţia sistemelor automate de măsurare şi control.

În concepţia de proiectare actuală, astfel de echipamente de control automat fac parte din însăşi structura constructivă (de multe ori modularizată) a utilajelor de fabricaţie sau se pot racorda cu uşurinţă la diversele sisteme tehnologice pentru îndeplinirea diverselor funcţiuni: înregistrarea rezultatelor (analogic continuu sau discret), imprimarea rezultatelor sub forma buletinelor de măsurarea a parametrilor cercetaţi, încadrarea rezultatelor în câmpurile de toleranţă, etc.

Domeniul de aplicare a calculatoarelor în configuraţiile de control complex devine din ce în ce mai puţin îngrădit de costuri, prin scăderea dinamică a acestora. În general, limitarea utilizării acestora este determinată de natura problematicii abordate şi posibilităţile tehnice de automatizare.

O schemă bloc a unei configuraţii de măsurare complexă şi prelucrarea automată a datelor asistată de calculator se prezintă în fig. 5.1.

Page 46


Figura 5.1 Schema bloc a sistemelor de control automat asistate de calculator

Configuraţia de

măsurare / control

Mul

tipl

exor

an

alog

ic

Bloc de eşantionare şi

memorare

Con

vert

or

A /

N

Unitate centrală

Monitor

Imprimantă

Interfaţă

Achiziţie date Prelucrare date

Dem

ulti

plex

or

anal

ogic

Con

vert

or

N /

A

Procesor numeric

Dem

ulti

plex

or

num

eric

Sistem tehnologic de fabricaţie

EM1

EM2

EMn

Conducerea procesului de fabricaţie

Con

duce

rea

proc

esul

ui

de f

abri

caţi

e

Feed-back numeric

(Elemente de execuţie acţionate numeric)

Feed-back analogic

(Elemente de execuţie acţionate analogic)

Page 47


După cum se poate observa sunt specifice două magistrale de transfer de date:- una directă, de la configuraţia de măsurare la calculator;- una inversă (de „feed-back”), de la calculator la procesul de fabricaţie, pentru

optimizarea conducerii acestora.

A doua magistrală poate lipsi în cazul prelucrării pasive a informaţiilor (pentru operator).

În schema din fig. 5.1 diversele blocuri au următoarele specificaţii:Blocul de multiplexare are rolul comprimării (centrării) căilor de obţinere a datelor din

proces într-una, transmisă ulterior secvenţial în sistem în vederea prelucrării automate.Blocul de demultiplexare, descentralizează datele prelucrate spre diverse puncte din

procesul de fabricaţie pentru conducerea automată în concordanţă cu funcţia sau funcţiile de performanţă tehnică sau economică impuse.

Blocul de eşantionare-memorare este necesar atunci când mărimile măsurate / controlate din proces sunt variabile rapid în timp, iar convertorul analogic-numeric (A/N) nu poate realiza transformarea mărimii analogice în timp util pentru a o transmite procesului numeric.

Convertorul analog-numeric - A/N furnizează (prin convertire) la ieşire echivalentul numeric al mărimii analogice de intrare pentru a putea fi prelucrată de procesorul numeric.

Procesorul numeric cuprinde: o unitate centrală, de o anumită capacitate dependentă de complexitatea datelor obţinute din proces şi a algoritmului de prelucrare a acestora sau de conducere a procesului de lucru (de fabricaţie), care realizează şi schimbul de date intrare-ieşire; perifericele de intrare-ieşire, cele de comandă, etc.

Acesta realizează prelucrarea propriu-zisă a datelor de intrare în conformitate cu un algoritm prestabilit şi introdus aprioric sub formă de program (soft) într-un limbaj adecvat şi compatibil calculatorului.

Convertorul numeric-analog – N/A transformă comenzile numerice de „feed-back” transmise de regulă asupra procesului de fabricaţie de la unitatea centrală, când elementele de execuţie din structura sistemului tehnologic sunt de tip analogic (de exemplu, servomecanisme).

Elementele de execuţie cu comenzi numerice necesită numai un demultiplexor numeric, pentru descentralizarea informaţiilor de conducere optimizată a procesului de fabricaţie.

Software-ul aferent prelucrării datelor din configuraţia de măsurare / control trebuie să fie compatibil cu hard-ul procesorului numeric.

Etapele principale de implementare a soft-ului necesar prelucrării automate a rezultatelor măsurării sunt:

- stabilirea algoritmului de lucru, ţinând seama de succesiunea logică a operaţiilor de control aferent procesului de fabricaţie, ale protocolului de priorităţi în măsurarea /controlul variabilelor de decizie ce se impun a fi luate în funcţie de rezultatele prelucrării informaţiilor;

- proiectarea schemei logice în conformitate cu algoritmul de lucru, prin reprezentarea succesiunii operaţiilor care trebuie realizate de procesorul numeric;

- întocmirea propriu zisă a programului (codificarea) adică transcrierea algoritmului într-un limbaj accesibil unităţii centrale şi adecvat tipului de aplicaţie de rezolvat.

În concluzie, se poate deduce uşor din cele prezentate că integrarea în procesele de fabricaţie a sistemelor simple sau complexe de măsurare / control, asistate sau nu de calculator, au

Page 48


schimbat concepţia asupra rolului jucat de controlul de calitate în sensul „construirii calităţii în loc de constatarea acesteia”, contribuind astfel la creşterea eficienţei economice a fabricaţiei prin prevenirea şi diminuarea produselor neconforme cu documentaţia de execuţie.Dată fiind marea diversitate de parametri care afectează calitatea produselor din construcţia de maşini, în cele ce urmează vom detalia o serie de sisteme de control automat concrete, pentru care s-au dezvoltat mai multe tipuri de metode de inspecţie a calităţii (în prelucrare, asamblare, testare) înainte, în timpul sau după desfăşurarea procesului respectiv.

5.3. METODE DE INSPECŢIE A CALITĂŢII PRODUSELOR ÎN CONSTRUCŢIA DE MAŞINI

Calitatea produselor specifice construcţiei de maşini este determinată de următorii parametrii:- proprietăţile şi caracteristicile materialului (rezistenţă, duritate, conductivitate,

prelucrabilitate, etc.);- condiţiile de precizie dimensional-geometrică a suprafeţelor prelucrate;- condiţiile de precizie microgeometrică (rugozitate) a suprafeţelor prelucrate;- aspectul suprafeţelor prelucrate

Pentru culegerea informaţiilor în legătură cu aceste variabile se utilizează metode de inspecţie ce depind de mai mulţi factori: seria de produse, forme şi dimensiuni, precizie de măsurare, etc.

Metodele de inspecţie moderne pentru verificarea calităţii produselor pot fi: „cu contact” (maşini de măsurat în coordonate (CMM), multe dintre acestea sunt în prezent controlate de calculator sau CN); „fără contact”, împărţite în două categorii: optice şi non-optice.

În tabelul 5.1 se prezintă sintetic o serie de tehnologii pentru inspecţia bazată pe utilizarea senzorilor.

Tabelul 5.1 Metode de inspecţie utilizate în verificarea calităţii produselorInspecţie cu contacte Inspecţie fără contacte

CMM (maşină de măsurare) în coordonate

Tehnici optice:- fascicul laser de testare- fotometric- vedere computerizată

Sonde mecanice

Tehnici non-optice:- tehnici bazate pe:

- câmp electric- capacitate- inductanţă- radiaţii- ultrasunete

5.3.1 Metode de inspecţie cu contact

Maşinile de măsurat în coordonate (CMM) sunt cele mai reprezentative echipamente din categoria verificării calităţii (preciziei dimensional-geometrice) folosind senzori mecanici în contact cu suprafaţa piesei (fig. 5.2).

Acestea sunt alcătuite dintr-o masă pe care se fixează piesa în poziţie fixă şi un cap de măsurare mobil, care conţine sonda de măsurare (senzorul) ce poate fi deplasată pe trei direcţii

Page 49


corespunzătoare celor trei axe de coordonate pentru a prelua informaţiile dimensionale-geometrice corespunzătoare.

Figura 5.2. Schema unei maşini de măsurat în coordonate

În prezent, CMM-urile sunt controlate de calculator, operarea maşinii fiind asemănătoare cu deservirea unei MUCN.

Programul de lucru şi coordonatele piesei pot fi stocate direct dintr-un calculator central, în mod asemănător ca la MUCN. De asemenea, aceste echipamente pot realiza şi aliniamentul automat al piesei (bazarea: orientarea şi poziţionarea) pe masa de lucru şi transformarea automată din coordonate polare în coordonate carteziene, etc.

În general, faţă de timpul necesar pentru o inspecţie manuală, timpul de care are nevoie o CMM este aproximativ 5÷10% din primul.

Dezavantajul acestor echipamente, constă în faptul că piesele trebuie aduse de la postul de fabricaţie pe masa maşinii, care sunt dispuse, de obicei în alt spaţiu de lucru.

Dată fiind importanţa şi frecvenţa cu care astfel de echipamente de măsurare se utilizează astăzi în inspecţia produselor din domeniul construcţiei de maşini pentru cele mai diverse forme şi dimensiuni, asupra acestora vom reveni într-un subcapitol separat (cap. 9).

5.3.2 Metode de inspecţie fără contact

Din această categorie cele mai răspândite sunt:1) Metodele optice

Faţă de metoda inspecţiei cu contact, cele fără contact prezintă următoarele avantaje mai importante:

- elimină necesitatea transferului piesei de la locul de producţie pe masa echipamentului de verificat şi deci productivitatea procesului de inspecţie creşte;

- sunt mult mai rapide în efectuarea inspecţiei calităţii produsului;

Page 50

BATIU

Piesă

UC

Cap de măsurare

Traversă

MonitorSenzor

Coloane


- în lipsa contactului elementului de verificare a calităţii cu suprafaţa piesei se elimină oboseala şi uzura mecanică a sondei traductorului şi senzorului de măsurare / control;

- elimină posibilitatea deteriorării suprafeţei inspectate în timpul operaţiei de măsurare / control.

Sistemele optice sunt cele mai utilizate metode de inspecţie fără contact a calităţii produsului şi care se bazează pe folosirea tehnologiilor microelectronice şi procesarea pe calculator a semnalelor primite de la senzori sau traductoare.

Din categoria tehnicilor optice de inspecţie fără contact fac parte:- vederea computerizată;- scanarea cu fascicul laser;- fotometria

Toate aceste metode folosesc pentru prelucrarea informaţiilor despre calitatea produselor un senzor de lumină de tip: celulă fotoelectrică, fotodiodă sau hârtie fotografică, etc.

a) Vederea computerizatăObiectivul metodei este acela de a atribui sistemului pe cât posibil acelaşi simţ vizual ca

al unei persoane umane, care ar verifica produsul pentru evaluarea calităţii.Este un domeniu încă neexploatat pe deplin şi care are perspectiva unor perfecţionări

foarte mari pentru creşterea productivităţii procesului de inspecţie şi a evaluării calităţii rezultate.

Un astfel de sistem automat de control conţine: o cameră video şi un calculator digital legate printr-o interfaţă specifică.

Calculatorul digital preia semnalul analog de la camera video, îl digitalizează şi apoi analizează imaginea rezultată cu informaţiile stocate în propria memorie încadrându-l în produs bun sau rebut.

În prezent, există o serie de limite ale acestor tehnologii dintre care mai semnificative sunt următoarele:

- împărţirea imaginii se face în elemente de imagine de bază (puncte sau pixeli) într-un număr finit; 256x256 sau 512x512, număr insuficient pentru a reprezenta o rezoluţie ridicată a imaginilor obţinute de pe produsul de verificat;

- a doua limitare este cea legată de recunoaşterea obiectelor din câmpul de vedere al camerei video (numărul de obiecte care poate fi recunoscut este direct proporţional cu capacitatea de stocare a calculatorului); sistemul nu poate recunoaşte obiecte pentru care nu are informaţii stocate în baza sa de date.

- o altă restricţie de limitare se referă la cazul în care două obiecte se obturează (se intersectează ca imagine) parţial unul pe celălalt, caz în care tehnicile actuale nu permit recunoaşterea ambelor obiecte cu performanţe ridicate de identificare.

Aceste limitări ale vederii computerizate sunt, în principal datorate vitezei de calcul şi capacităţii de stocare a informaţiilor limitate la anumite valori posibile în calculator; aceste limite se vor diminua destul de curând prin dezvoltarea echipamentelor electronice şi a programelor de calculator.

Câteva exemple actuale de aplicaţii ale acestei metode sunt în domeniile:- inspecţia etichetelor pe sticle şi cutii;- recunoaşterea automată a caracterelor (OCR – Optical Character Recognition) literale

sau numerice;- inspecţia grosieră a formei produselor;- inspecţia pentru prezenţa sau absenţa unor părţi componente ale unui produs;- detectarea unor imperfecţiuni în suprafaţa pieselor (crăpături, pete, etc.).

Page 51


Sistemele automate cu vedere computerizată sunt de multe ori parte integrantă a liniei de producţie, de unde pe măsură ce imaginea este actualizată, se determină calitatea piesei: bună sau rebut; pentru cele bune se continuă procesul de producţie, iar pentru cele rebut, sunt trimise în locaţii separate, unde se decide dacă este rebut recuperabil sau nerecuperabil.

b) Dispozitivele de scanare cu fascicul laser sunt cele mai performante în raport cu alte tipuri de dispozitive cu fascicul de lumină albă sau fluorescentă, deoarece avantajul laserului, cel mai important, este că poate fi proiectat la distanţe mari fără a prezenta pierderi însemnate de energie sau intensitate, precum şi de abatere de la direcţia rectilinie.Un exemplu reprezentativ al aplicării acestei metode îl reprezintă măsurarea abaterilor

dimensionale ale unei piese (fig. 5.3)Sistemul de lucru se bazează în acest caz, pe măsurarea timpului şi nu a intensităţii

luminii.Fascicolul laser emis de către o sursă, este dirijat prin reflexie folosindu-se o oglindă

pivotantă, astfel încât să scaneze obiectul de măsurat. Detectorul optic este situat în punctul focal al sistemului de lentile şi are ca scop să detecteze întreruperea fascicolului laser în momentul când acesta este blocat de obiect (fig. 5.3b).

Figura 5.3 Schema generală a unui sistem de verificare a preciziei dimensionale cu fascicul laser

Timpul care corespunde întreruperii luminii laser ( ) este măsurat şi apoi transformat în dimensiuni specifice pentru acel obiect (fig. 5.3a).

Page 52

Ieşirea detectorului optic

Timpul de scanare

t2t1

a)

LASER

Procesare de semnal

Fascicul laser

Lentilă

Detector optic

Lentilăt1

t2

Obiect

Oglindă pivotantă

b)


c) Fotometria este o metodă de inspecţie împrumutată din domeniul recunoaşterii aeriene şi a alcătuirii de hărţi geologice (topografice).

În inspecţia calităţii produselor, aceasta presupune extragerea unor informaţii tridimensionale dintr-o pereche de fotografii ale obiectului, luate sub diverse unghiuri. Dezavantajul acestei metode, este realizarea fotografiilor care necesită un anumit timp.

Principiul unei astfel de sistem de inspecţie se prezintă în fig. 5.4, de unde se observă că imaginile foto preluate de cele două camere 1 şi 2, sunt prelucrate de un calculator care prin procesarea imaginilor obţinute comparându-le cu imaginea stocată a unui model de referinţă, decide asupra calităţii produsului.

Figura 5.4 Sistem de măsurare dimensională bazat pe fotometrie

2) Metodele non-opticeSunt utilizate mai des trei tipuri generale reprezentative de tehnici non-optice ale inspecţiei fără contact a calităţii produselor şi anume:

Tehnici bazate pe câmpuri electrice, care pot fi de tip capacitiv, inductiv, rezistiv.Spre exemplu, un traductor de tip capacitiv, poate fi folosit pentru măsurarea distanţei

dintre sondă şi obiectul de măsurat, principiul de lucru constând în plasarea obiectului în interiorul plăcilor mobile ale unui condensator şi prin măsurarea capacităţii variabile C a acestuia, se pot determina dimensiunile obiectului pe o direcţie sau pe mai multe ( ,

- permitivitatea dielectricului; S – suprafaţa plăcilor condensatorului; d – distanţa dintre plăci).

Un traductor de tip inductiv, folosit pentru verificarea calităţii produsului, presupune plasarea obiectului într-un câmp magnetic produs de o bobină traversată de curent alternativ, care influenţează inductanţa bobinei. Câmpul magenetic primar este influenţat de cel creat de curentul de intensitate mai mică generat prin obiect.

Inductanţa rezultantă poate fi măsurată şi analizată pentru determinarea anumitor caracteristici dimensionale ale obiectului sau chiar geometrice.

Page 53

Camera 1 Camera 2

Calculator pentru procesarea imaginilor

Obiect de măsurat


Tehnici bazate pe utilizarea radiaţiilorRadiaţiile X sunt folosite în procesul de inspecţie ale caracteristicilor sau proprietăţilor

materialelor sau ale pieselor. Energia radiaţiilor absorbită de un material, poate fi folosită atât pentru a-i măsura grosimea, cât şi pentru a-i determina alte caracteristici de calitate (spre exemplu existenţa unor defecte interne).

Domeniul de aplicare ale tehnicilor cu raze X este cel legat, mai ales de inspectarea calităţii sudurilor sau a ţevilor din oţel de Al, când se detectează defectele şi golurile în sudură sau material.

Ultrasunetele sunt folosite (la frecvenţă înaltă de peste 20000 Hz) pentru a indica anumite caracteristici ale materialelor sau pieselor, prin testarea nedistructivă (a defectelor).

Pot fi folosite şi pentru determinarea caracteristicilor dimensionale, principiul constând în faptul că sunetul reflectat de obiect, este comparat de un calculator cu alte modele de unde stocate în memoria acestuia, acceptabile din punct de vedere al calităţii.

5.4 TESTAREA PRODUSELOR ASISTATĂ DE CALCULATOR

Testarea este, în general, procesul de evaluare a performanţelor funcţionale ale produsului final, ca ansamblu, subansamblu în construcţie modulară sau nu.

Testarea produselor asistată de calculator (CAT) este caracterizată de implementarea unui calculator în procesul de testare(legat de standul special), care poate fi folosit într-o structură ierarhizată pe niveluri:

- la nivelul cel mai de jos, calculatorul se foloseşte pentru monitorizarea testelor şi analizarea rezultatelor (vezi şi fig. 5.3), dar procedura de testare se efectuează manual;

- la un nivel mai înalt sunt celulele de testare, alcătuite dintr-o serie de standuri de testare, interconectate printr-un sistem de transfer al produsului aflat, într-un anumit stadiu de asamblare. Dacă produsul trece testul la primul stand, atunci este trecut la următorul post de asamblare sau la implementarea finală ca produs vandabil.

În caz că nu a trecut testul, se transferă la o staţie de examinare manuală pentru detectarea concretă a defectelor şi luarea unor decizii de ajustare sau de rebutare (ex.: motoare, circuite integrate)

Calculatorul, este util pentru că indică motivul pentru care nu s-a trecut testul sau chiar diagnosticarea problemei şi oferirea de soluţii viabile pentru repararea şi introducerea din nou în circuitul comercial.

Page 54


5.5 INTEGRAREA SISTEMULUI CAQ CU SISTEMUL CAD/CAM

Beneficii importante ale utilizării sistemului CAQ se obţin dacă acesta este integrat cu sistemul CAD/CAM specific realizării produsului în condiţii de eficienţă tehnică şi economică.

Se ştie, că în sistemul CAD/CAM departamentul de proiectare creează produsul generic pe care departamentul de producţie folosind baza de date de la CAD o foloseşte pentru realizarea fizică.

Adăugarea controlului calităţii la sistemul CAD/CAM este foarte importantă, dacă foloseşte aceeaşi bază de date (ingineria simultană) pentru a-şi îndeplini cu succes funcţia (standardele cu care trebuie comparate produsele sunt conţinute în baza de date CAD/CAM).

O metodă prin care baza de date poate fi folosită este, spre exemplu, dezvoltarea de programe CN pentru maşinile de măsurat în coordonate;

Altă metodă de folosire a bazei de date comune, este utilă pentru diverse modificări asupra produsului (formă, dimensiuni, condiţii tehnice, etc.), care influenţează şi structura proceselor de inspecţie şi testare în concordanţă cu noile caracteristici ale produsului.

Un alt avantaj al folosirii sistemului CAQ într-un sistem CAD/CAM, este evident obţinut în procesul de monitorizare a producţiei pe calculator.

Datele generate în procesul de monitorizare, sunt foarte utile pentru departamentul de control al calităţii în găsirea cauzelor pentru o calitate scăzută într-un lot specific de produse, în vederea optimizării şi eficientizării procesului de producţie.

Page 55


APLICATII

A1. METODE DE MĂSURARE ŞI EVALUARE A RUGOZITĂŢII SUPARFEŢELOR

1.1. Noţiuni generale

Prin rugozitatea suprafeţelor se înţelege, in general, totalitatea microneregularităţilor, de pas relativ mic in raport cu înălţimea, considerate in mod convenţional pe o porţiune mica de suprafaţa, in cadrul unei anumite lungimi de baza, fără a lua in consideraţie abaterile de forma macrogeometrica ale suprafeţei de verificat.

Rugozitatea microprofilului efectiv este dependenta de planul de măsurare, mărimea acesteia fiind influenţata de mai mulţi factori:

- materialul piesei de prelucrat, - materialul sculei de lucru, - geometria constructivă a tăişului sculei, - parametrii regimului de prelucrare (in special, mărimea avansului, s )- amplitudinea si frecventa vibraţiilor care însoţesc procesul de lucru, etc.

Pentru cei mai deşi parametri prescrişi pe suprafeţele pieselor prelucrate (Ra, Rz, Ry, vezi STAS 5730/1985), lungimea de baza (de referinţa) l pe care se face evaluarea, folosind diverse metode si mijloace de măsurare este de: 0,08; 0,25; 0,8; 2,5 si 8 mm în funcţie de rugozitatea preferenţiala standardizata.

In realitate, lungimea de baza depinde si de avansul s de prelucrare si de numărul de rotaţii necesar pana când, spre exemplu axa de rotaţie se închide pe suprafaţa piesei de verificat (inspectat).

Pentru aplicaţiile practice, lungimea de baza recomandata trebuie sa fie 20s≤l≤100s.

1.2. Metode şi mijloace pentru evaluarea calităţii (rugozităţii) suprafeţei

Mijloacele pentru determinarea rugozităţii suprafeţelor au la baza construcţiei (cu grad mai mare sau mai mic de automatizare) si funcţionarii una din următoarele metode:

- comparării, - secţionării optice, - interferenţială, - palpării optice, - pneumatice mecano-electrice si respective liniei de contaminare.

In cele ce urmează prezentam, pentru exemplificare câteva dintre principalele mijloace (aparate) reprezentative utilizate in evaluarea cantitativa a rugozităţii suprafeţelor.

Page 56


Ca si in cazul aparatelor si maşinilor de măsurare in coordonate, poziţionarea, orientarea si fixarea pieselor de inspectat este realizata de către operator utilizând diverse accesorii: dispozitive universale, palete, prisme, bride, etc. sau pentru cazul unor sisteme pneumatice portabile, acestea pot verifica rugozitatea suprafeţei direct pe piesa fixată in dispozitivul maşinii unelte.

1.3. Metode şi mijloace optice pentru evaluarea rugozităţii

Pentru evitarea determinării suprafeţei de verificat, în cazul măsurării microneregularităţilor foarte fine, se utilizează mijloace bazate pe metodele optice interferenţiale.

La baza funcţionarii unor astfel de aparate de laborator stau mai multe scheme dintre care cea mai cunoscuta este a microscopului interferenţial de tip Linnik prezentata in fig. 10.1.

Figura 1.1. Schema microscopului interferenţial

Metoda interferenţială, se bazează in aprecierea rugozităţii pe măsurarea benzilor de interferenţa luminoase care apar intre suprafaţa piesei si una de referinţa data.

Modul de funcţionare si elementele constructive ale microscopului interferenţial prezentat in fig. 10.1. se detaliază in cele ce urmează.

Page 57


Astfel, lumina produsa de sursa 1 trece prin condensatorul 2, filtrul interferenţial 3, diafragmele 4si 5 si iese din obiectivul 6 sub forma de fascicul telecentric.

Lama divizoare 8, divide fascicolul luminos in doua părţi egale: o parte este concentrata de obiectivul 7 pe suprafaţa piesei de măsurat M, iar cealaltă parte trece prin lama de compensaţie 9 si este concentrată de obiectivul 10 pe oglinda de referinta11. Cele doua fascicole reflectate pe suprafaţa piesei si de oglinda 11, interferează formându-se franje de interferenţă, care sunt observate cu ajutorul lunetei constituita din obiectivul 12 si ocularul 13.

Pentru a fotografia franjele de interferenţă luminoasă, se rabate oglinda 14 si imaginea reala data de obiectivul 12, este proiectata de sistemul lenticular 16 pe filmul 15.

Astfel de aparate de măsurare a rugozităţii sunt realizate de firme din Rusia, cu domenii de măsurare: (1…0.3)µm; (0,65…0,0265)µm si (0.65…0.03)µm, respectiv, de firma Carl Zeiss din Oberkochen (Germania) cu domeniul de măsurare (2…0.03)µm, pe lungimi de referinţa cuprinse între (1.85…0.28)mm.

Un alt tip de rugozimetru optic este reflectometrul, a cărui schema principiala de funcţionare se prezintă in fig. 10.2:

Figura 1.2. Schema reflectometrului

Acest mijloc de inspecţie evaluează valoarea rugozităţii indirect prin măsurarea fluxului de lumina reflectat de suprafaţa piesei verificate, în comparaţie cu fluxul reflectat de suprafaţa unui etalon de rugozitate, transformat in curent fotoindus.

Astfel, lumina provenita de la sursa S, trece prin fanta diafragmei 1, apoi prin lentila obiectiv (condensator) 2 si după ce se reflecta de pe suprafaţa piesei inspectate, trece prin obiectivul 5 si cade pe celula fotoelectrica 3.

Intensitatea curentului fotoindus este indicată de scara gradată in µm a galvanometrului 4 si depinde de cantitatea de lumină reflectata de microneregularităţile suprafeţei prelucrate a piesei (intensitatea curentului este cu atât mai mare cu cat rugozitatea este mai mica ).

Page 58

41

2

5

3

piesa

S


A2. MĂSURAREA RUGOZITĂŢII SUPARFEŢELOR CU MICROSCOPUL

1.4. Rugozimetre mecanoelectronice

Aceste aparate s-au dezvoltat considerabil in ultimii ani, deoarece evaluarea rugozităţii in acest caz, folosind metoda palpării, prezintă o serie importanta de avantaje dintre care enumerăm: amplificări sau lungimi de palpare mari, separarea în parcursul de evaluare a ondulaţiilor de rugozitate, au gabarit mic, permit prelucrarea automata a datelor (numerică şi grafică) prin

calculator (fig.2.1), sau pe ecranul propriu (fig.2.2); pot inspecta calitatea suprafeţei pentru cele mai diverse si complexe piese de inspectat (fig.2.3 si fig.2.4); productivitate si precizie ridicata de măsurare.

Figura 2.1. Rugozimetru electronic asistat de calculator

Page 59


Figura 2.2. Rugozimetru electronic cu citire digitala

a) b) c)

Figura 2.3 Posibilităţi de evaluare a rugozităţii folosind rugozimetrul electronic asistat de calculator

b) c)

Page 60

a)


Figura 2.4. Posibilităţi de evaluare a rugozităţii folosind rugozimetrul electronic cu citire digitală

Suprafaţa piesei, in cazul utilizării unor astfel de aparate, este palpata cu un ac din diamant sau safir, cu unghiul la vârf de circa 600, sau cu raza de rotunjire r=(1...10)µm dependenta de domeniul de măsurare. Acul este ghidat de-a lungul unei direcţii de explorare cu o viteza constanta v = (5...1000)µm/s .

Deplasarea care se realizează intr-un plan perpendicular pe direcţia avansului este amplificata, filtrata, înregistrata grafic si evaluata numeric in mod automat.

In prezent exista multe tipuri de rugozimetre mecanoelectronice (inductive, piezoelectrice) cu diferite denumiri, schemele principale de funcţionare fiind de tipul celei prezentate in fig. 2.5, in care diversele notaţii reprezintă: 1- suprafaţa piesei de verificat; 2- sistemul de palpare (captorul sau detectorul) 3- capul de măsurare; 4-puntea de măsurare; 5- dreapta adiacenta suprafeţei de verificat; 6- butonul de poziţionare a dreptei adiacente.

Figura 2.5. Schema principială de funcţionare a rugozimetrelor mecanoelectrice.

Pe astfel de principii, funcţionează rugozimetrele moderne ale firmei Taylor-Hobson (Anglia): ,,Talysurf” sau ,,Surtronic”, care permit amplificări pe verticala de 500...100.000 ori, forţa de palpare foarte mica (1mN), precizie ridicata ( 1% din valoarea măsurata) robusteţe, fiabilitate ridicata, iar raza la vârf a acului de palpare r=2µm.

De asemenea, firma TESA produce rugozimetre electronice, care indica rugozităţi Ra in domeniul 0.1...30μm, traductorul utilizat pentru palpare este de tip piezoelectric cu ac de palpare din diamant, având raza la vârf r=2.5...10µm, iar forţa de apăsare este de N.

Firma ,,Perthen” din Hanovra (Germania) produce un rugozimetru electronic prevăzut cu mai multe traductoare inductive cu palpatoare din diamant. Aparatul permite amplificări de 40...100000 ori, domeniul de măsurare fiind de (0.1...250)µm (Ra).

De mare actualitate sunt echipamentele complexe de măsurare şi control a rugozităţii suprafeţelor (şi în multe cazuri şi a abaterilor de formă de la circularitate sau de la forma dată a profilului) prin metoda palpării, utilizând traductoare electrice inductive sau piezoelectrice.

Schema constructivă a unui astfel de echipament realizat de firma Taylor-Hobson din Anglia, de tip TALYSURF 5 se prezintă în figura 2.6 compus din următoarele elemente constructive:

Page 61

C

R

1

5

2 3

4 + -

6


Figura 2.6. Schema constructivă a echipamentului TALYSURF 5 de evaluare a rugozităţii

1 – unitate de calcul (microprocesor); 2 – travesă mobilă; 3 – coloană cu masă cu avans mecanic al travesei mobile 2; 4 – casetă cu vârf mecanic de palpare; 5 – unitate de înregistrare a profilogramei rugozităţii suprafeţei inspectate şi a rezultatelor obţinute pe baza unui soft specializat despre parametrii de rugozitate şi ondulaţia sau abaterea de formă a supafeţei, calculaţi de unitatea de calcul 1.

Acestă unitate poate calcula până la 24 de parametrii ai microprofilului suprafeţei ăe care îi afişează pe un display, respectiv îi înregistrează numeric pe profilograma suprafeţei cercetate.

În concluzie, rugozimetrele electronice sunt cele mai des utilizate in prezent in evaluarea rugozităţii, datorita plajei mari de valori pe care le măsoară, preciziei ridicate si posibilităţilor rapide de prelucrare automata a datelor (numeric si grafic), pentru multiplii parametrii de evaluare a rugozităţii si de evaluare si a abaterilor geometrice ale suprafeţelor de verificat.

Page 62


A3. APARATE PNEUMATICE PENTRU MĂSURAREA SI/SAU CONTROLUL RUGOZITĂŢII

Principiul de functionare al aparatelor pneumatice de evaluare a rugozităţii se bazează pe dependenta direct proporţională intre mărimea secţiunii F de trecere a fluidului prin duza aparatului in atmosfera si înălţimea medie hmed a microneregularităţilor suprafeţei controlate fig.3.1, in care l este lungimea de referinţa a rugozităţii evaluate:

(3.1)

Figura 3.1. Schema pentru evaluarea înălţimii medii a microneregularităţilor suprafeţelor prelucrate la rugozimetrele pneumatice

Măsurarea rugozităţii suprafeţelor prin metode pneumatice se poate face prin: - Palpare, si cu - aparate integratoare.

a) Măsurarea rugozităţii suprafeţelor prin palpareAparatele folosite in acest scop permit o apreciere cantitativa a mărimii rugozităţii suprafeţei inspectate.

Pentru exemplificare, în fig. 3.2. se prezintă schema constructivă şi de funcţionare a unui aparat care palpează suprafaţa de verificat cu un ac de safir si cu posibilitatea de înregistrare grafica a microprofilului efectiv.

Transmiterea mărimii efective a rugozităţii suprafeţei inspectate, se realizează prin intermediul pârghiei 3, pe care se afla fixat vârful de palpare 2 (din safir, material foarte dur pentru a rezista la uzura in timp). Pe direcţia verticala care trece prin centrul palpatorului, la partea superioara a pârghiei, se afla duza de măsurare 6. Pârghia de palpare este dispusă în interiorul unei sănii mobile 5, având posibilitatea de deplasare pe direcţia orizontala, cu ajutorul şurubului 1, situate in carcasa aparatului 4. Duza de măsurare se afla in legătura cu elementul de înregistrare a microprofilului inspectat, compus din manometrul diferenţial de presiune 7, duza 8 si acul

Page 63


indicator 9; manometrul 7 arata astfel diferenţa dintre presiunea de alimentare si cea de măsurare.

Figura 3.2. Schema aparatului pneumatic la evaluare a rugozităţii prin palparea suprafeţei

Acul indicator este legat prin intermediul tachetului 10 cu partea frontala a manometrului. Tamburul 11 de înregistrare grafica a microprofilului cercetat este cuplat prin mecanismul 12, cu şurubul 1 de avans fin al saniei.

Cu astfel de aparate se pot măsura rugozităţi medii Ra de valoarea maxima 3,2µm, cu condiţia respectării unui raport mai mic de 0.1 intre raza vârfului palpatorului si pasul mediu intre vârfurile microneregularităţile suprafeţei cercetate.

Din considerente de uzura a vârfului, este indicat ca acul de înregistrare sa aibă raza la vârf mai mica de 0,2 µm , condiţie ce conduce la dificultăţi de realizare practica.

In cazul utilizării unor asemenea aparate, se recomanda sa fie folosite pentru verificare si etaloane de rugozitate, cu valori apropiate de cele ale suprafeţelor de măsurat.

b) Măsurarea rugozităţii suprafeţelor cu aparate pneumatice integratoarePrincipiul de măsurare a rugozităţii in acest caz, se bazează pe variaţia interstiţiului

dintre microneregularităţile suprafeţelor piesei şi suprafaţa duzei de măsurare.

Schema principial-constructivă a unui aparat pneumatic integrator pentru măsurarea sau controlul rugozităţii, se prezintă in fig. 3.4., care cuprinde următoarele elemente reprezentative componente: 1-manometru de presiune; 2-bucsa de cauciuc de construcţie specială, a cărei extremitate inferioara are o gâtuire cu rolul de a oferi capului de măsurare (captorul) o anumita elasticitate în zona de contact cu suprafaţa piesei de verificat; 3-duza de siguranţa ; 4-piston de reglare a presiunii in zona de măsurare; 5- resort; 6-surub de reglare a cursei pistonului 4; 7- duza de ieşire; 8- vârf conic pentru reglarea mărimii duzei de intrare; 9-camera de presiune; 10-

Page 64


inel de reazem; 11-folie metalica din otel de arc (grosime 0,03mm) necesara realizării unui contact cat mai bun cu suprafaţa piesei de verificat.

Figura 3.4. Schema constructiva a unui aparat pneumatic portabil pentru măsurarea sau controlul rugozităţii

Datorita construcţiei speciale a capului de măsurare, prin apăsarea manuala pe suprafaţa piesei de inspectat se poate urmări configuraţia diverselor forme de suprafeţe: plana, cilindrica, sferica, etc., ceea ce conferă aparatului un grad ridicat de universalitate si flexibilitate, spre deosebire de cel prezentat in fig.3.3.

In vederea măsurării sau comparării rugozităţii, se apasă capul de măsurare pe suprafaţa piesei, după ce acesta a fost montat la reţeaua de aer comprimat ca in fig.3.5., unde notaţiile reprezintă:

1-furtun metalic de legătura la sursa de aer comprimat; 2-stabilizator de presiune; 3-separator de ulei si de apa (filtru); 4-furtun din material plastic; 5-filtru de praf; 6-duza fixa de alimentare a aparatului; 7-manometru de presiune; 8-suprafaţa de verificat; 9-capul de măsurare; pk- presiunea aerului comprimat de la sursa; pc-presiunea constanta de comanda a aparatului; pm-presiunea de măsurare indicata de manometrul 7, pe baza etalonării iniţiale a aparatului folosind mostre de rugozitate.

Page 65

Aer comprimat filtrate şi stabilizat

1


Figura 3.5. Schema de alimentare cu aer comprimat a aparatului pneumatic integrator pentru măsurarea/controlul rugozităţii

Aparatul poate funcţiona si pe principiul aparatelor de control activ, indicând suprafeţele bune sau rebutate si in funcţie de poziţia acului indicator pe scara aparatului in poziţia stabilă.

Eroarea de citire prin folosirea unor astfel de aparate nu depăşeşte 0.25 µm, iar domeniul de măsurare recomandat, este intre Ra=1.5...10µm (determinat de caracteristica neliniara a caracteristicii statice de funcţionare a aparatului pneumatic in afara acestor valori).

Câteva dintre avantajele mai importante ale utilizării unor astfel de aparate pentru aprecierea calităţii suprafeţelor prelucrate sunt următoarele:

- au un gabarit mic si o construcţie simpla si robusta;- asigura o precizie de măsurare ridicata;- permit o mânuire uşoara pentru inspectarea oricăror forme de suprafeţe ale pieselor;- asigura o măsurare sau control rapid al rugozităţii în comparaţie cu aparatele optice sau

uneori chiar cu cele mecanoelectrice de prelucrare;- se pot adapta foarte uşor la diversele maşini-unelte din atelierele de prelucrare.

Page 66

1


A4. DISPOZITIVE DE CONTROL A EXISTENŢEI PIESEI

În desfăşurarea proceselor de prelucrare, măsurare şi control dimensional, asamblare sau montaj, performanţele tehnico-economice ale acestora depind şi de măsurile de automatizare a unor activităţii ajutătoare specifice referitoare la :

- existenţa produselor într-o anumită locaţie de pe traseul tehnologic;- dispunerea produsului într-o anumită poziţie la postul de lucru pentru ca procesul

tehnologic să se desfăşoare în bune condiţii în vederea obţinerii unui produs de calitate;- numărarea şi dozarea produselor atât în procesele tehnologice cât şi pentru deservirea

promptă a beneficiarilor;- urmărirea mişcării anumitor produse (piese sau scule de lucru) pe fluxul tehnologic

pentru identificarea stării în care se află la un moment dat.

În cadrul proceselor tehnologice moderne de fabricaţie, astfel de activităţi se realizează în mod automat, folosind diverse soluţii concrete de dispozitive aflate în legătură funcţională cu cele ale sistemelor de automatizare a proceselor tehnologice de fabricaţie propriu-zisă, contribuind astfel la creşterea calităţii produselor şi a productivităţii.

În marea majoritate a proceselor industriale de prelucrare sau asamblare (montaj) automată se impune cunoaşterea şi stocarea informaţiilor în vederea comenzii (conducerii) procesului despre existenţa produsului într-un anumit loc (locaţie).

Dispozitivele (echipamentele) care au acest rol vor opri funcţionarea sistemului tehnologic de fabricaţie ori de câte ori se întrerupe alimentarea automată cu semifabricate sau produse aflate în lucru ce trebuiau să sosească pe linia de transport din anumite motive obiective sau întâmplătoare (blocare pe traseu, defecţiuni, etc.).

În cazul proceselor tehnologice de montaj (asamblare) cu un anumit grad de automatizare asemenea echipamente sunt absolut necesare, deoarece lipsa unui reper din ansamblu compromite precizia şi performanţele în funcţionare a produsului.

În fig. 4.1 se prezintă câteva scheme de control al existenţei unei piese într-un anumit loc de pe instalaţia de transfer inter-operaţional sau din magazinele şi buncărele din care se realizează alimentarea cu produse a sistemului tehnologic.

Se folosesc în acest scop, sisteme de control cu traductoare fără contact (cu celulă fotoelectrică, cu electromagnet) sau prin contact cu produsul de verificat.

Page 67


Figura 4.1 Scheme de lucru ale dispozitivelor de control a existenţei piesei

În fig. 4.1(a...e) se prezintă câteva scheme de lucru principiale ale dispozitivelor cu celulă fotoelectrică. Astfel, în cazul în care există piesă într-un anumit punct de pe traseu (fig.4.1a...d) sau chiar în contact cu elementele active ale dispozitivului de apucare-livrare, fasciculul luminos este întrerupt şi fotodioda nu va primi nici un semnal electric.

Dacă piesa lipseşte, fluxul luminos maxim receptat de fotodioda FD va fi folosită pentru oprirea procesului tehnologic sau pentru aprovizionarea locului de muncă cu alte piese,

Mult utilizate în acest scop sunt şi traductoarele cu contacte (fig. 4.1g şi h) datorită simplităţii acestora din punct de vedere constructiv. Fiind de tipul „normal închis” (NI) sau „normal deschis” (ND), asemenea traductoare pot deschide sau închide circuite electrice în cazul lipsei obiectului într-un anumit loc.

Spre exemplu, (fig. 4.1i) la introducerea piesei în dispozitivul de fixare cu fălci 2, are loc deplasarea axială a plunjerului 3, comprimându-se totodată şi arcul 4. Poziţia finală de prindere este cea pentru care plunjerul 3 acţionează asupra tijei 5, aceasta va închide contactul electric 6, care confirmă prin închiderea circuitului finalizarea prinderii piesei în vederea desfăşurării procesului tehnologic.

După terminarea procesului de prelucrare, tija 3 are efect şi de extractor sub acţiunea destinderii arcului 4. În mod asemănător, contactul 6 se va deschide datorită deplasării tijei 5 sub efectul destinderii arcului 7.

Page 68

b)a) c) d)

e) f) g)

h) i)


A5. DISPOZITIVE DE CONTROL A POZIŢIEI PIESELOR

Aceste dispozitive au rolul de a verifica poziţia piesei înainte de a fi fixată pentru prelucrare, control sau asamblare, evitându-se astfel: rebutarea piesei, unele accidente de natură tehnică sau blocaje ale funcţionării elementelor sistemului tehnologic automat de lucru (prelucrare, control, asamblare).

Spre exemplu, sistemele cu palpare mecanică, din fig. 5.1, permit verificarea existenţei unui alezaj la o anumită poziţie dorită a piesei, în vederea continuării sau nu a procesului tehnologic.

În cazul în care poziţia nu este corectă, cursa elementului de palpare 1 nu se realizează pe întreaga lungime, fapt sesizat de un traductor, piesa este eliminată de pe traseu sau repoziţionată cu un dispozitiv adecvat (fig. 5.1b).

Figura 5.1 Scheme de verificare a poziţiei piesei

Page 69

a) b)


A6. DISPOZITIVE DE NUMĂRARE A PRODUSELOR

Aceste echipamente au rolul de a număra produsele în vederea aprecierii productivităţii şi calităţii , capabilităţii procesului tehnologic sau pentru deservirea rapidă a beneficiarilor.

Numărare produselor (obiectelor) se poate face în două moduri:- direct, prin numărarea semnalelor emise de diverşi senzori cu contact sau fără contact,

în timp ce produsele se deplasează prin dreptul acestora spre locul de depozitare sau împachetare;

- indirect, prin numărarea ciclurilor cinematice executate de mecanismele de transfer sau de separare, într-un anumit interval de timp, de-a lungul procesului tehnologic de fabricaţie.

Pentru exemplificare, în fig. 6.1, sunt prezentate schemele constructive ale unor dispozitive echipate cu senzori optici, tactili şi electromagnetici, folosite pentru numărare.

Figura 6.1 Scheme de lucru a echipamentelor de transfer şi numărare a produselor

Variantele de echipamente (dispozitive) aplicate, în special la operaţiile de ştanţare pe prese, prezentate în fig. 6.1, folosesc traductoare cu fotocelulă, care la trecerea piesei prin axul fluxului luminos, va întrerupe o fracţiune de timp acest flux şi astfel se va produce o variaţie mare a cantităţii şi intensităţii receptate de fotodioda FD, transpusă în valoarea unui parametru electric, contorizat de un echipament adecvat din structura sistemului tehnologic.

În cazul fig. 6.1c, trecerea piesei prin dreptul unui senzor electromagnetic, creează o variaţie a fluxului magnetic în bobină, de la zero la o valoare maximă, trecerile prin zero sau maxim fiind contorizate de un numărător de impulsuri (cicluri).

Varianta din fig. 6.1b, reprezintă un sistem echipat cu un senzor tactil cu contacte. În acest caz, la căderea obiectului pe pârghia 1, aceasta datorită greutăţii produsului se va roti în jurul punctului 0, până la contactul cu jgheabul 2. În acest moment piesa va aluneca mai departe pe jgheabul 2 şi totodată vor fi închise contactele 3, semnalele electrice fiind contorizate de un numărător special.

Page 70

a) b) c)


A7. DIAGNOSTICAREA STĂRII CALITATIVE DE FUNCŢIONARE A SCULELOR DE LUCRU

Pentru a asigura condiţii optime de siguranţă în funcţionarea sistemelor flexibile de fabricaţie, se impune ca echipamentul de comandă (conducere, supraveghere) să emită informaţii cu privire la starea calitativă a sculelor aflate în lucru de-a lungul traseului tehnologic.

Urmărirea mişcării sculelor în cadrul unui sistem flexibil de fabricaţie o efectuează un sistem adecvat, care identifică locul de instalare a fiecărei scule, precum şi rezerva de durabilitate a acesteia.

Un mod de „a cunoaşte” informaţii asupra unei scule la un moment dat o reprezintă aplicarea pe aceasta a unei etichete (fig. 7.1) aplicată la staţia de control şi reglare a sculelor cu ajutorul unui dispozitiv special.

Figura 7.1 Etichetă cod pentru identificarea sculei de lucru

Asemenea etichete conţin informaţii privind:- tipo-dimensiunea sculei- rezerva de durabilitate cu care intră în depozit scula utilizată la un anumit loc de

fabricaţie.

Sistemul descris a fost elaborat de firma Kearney & Treker (SUA).

Astfel de etichete pot fi utilizate, spre exemplu şi pentru identificarea stadiului de fabricaţie a produsului la un moment dat, din punct de vedere dimensional şi constructiv.

De asemenea, etichetele sunt utilizate şi pentru codificarea sculelor de lucru dispuse în magazinele centrelor de prelucrare din structura sistemelor flexibile de prelucrare.

În concluzie, se deduce cu uşurinţă importanţa pe care o are asupra calităţii produsului introducerea măsurilor de automatizare şi pentru activităţile auxiliare aferente proceselor de prelucrare, control, asamblare.

Page 71

1147 Φ1.6:18


A8. CONTROLUL EMISIILOR DE GAZ

8.1. Funcţionarea detectorului de gaz

Detectorul de gaz este un aparat electronic a carui rol este de a sesiza si avertiza aparitia unei concentratii ridicate de gaz metan in aer, cauzata de scurgeri accidentale de gaze. Din momentul conectarii la reteaua electrica pana la intrarea in functionare normala detectorul are nevoie aproximativ 2 - 3 minute. Acest timp este necesar ca traductorul sa intre in regim normal de lucru. Dupa aceasta perioada, daca traductorul nu este defect si in atmosfera nu este gaz, detectorul intra in stare de veghe. Daca concentratia de gaz metan din atmosfera este peste valoarea prestabilita, detectorul semnalizeaza aceasta prin aprinderea unui LED si/sau generarea unui semnal sonor. In acelasi timp se inchide un releu dand astfel posibilitatea conectarii detectorului la un sistem de avertizare si/sau comanda (hupa, electro-valva, sistem de telesemnalizare etc.).

Detectorul se amplaseaza in apropierea punctelor care pot avea scurgeri de gaze. Pentru detectarea gazului metan se monteaza la o distanta de 30 - 50 cm de partea superioara a incaperii.Se evita amplasarea in locuri unde poate ajunge in contact cu apa. Fiind deosebit de robust si fiabil,un detector poate functiona in conditii climatice foarte diferite:

- Temperatura 0 C - + 40 C- Umiditate 10% - 100%

Detectoarele de gaz pot fi fixe sau portabile. De regula, detectoarele portabile sunt de o sensibilitate mult mai ridicata si indeplinesc functii de genul: inregistrare, conectare la PC, indicarea concentratiei, memorare date etc. si utilizate de institutii specializate iar cele fixe se folosesc pentru semnalizarea prezentei gazului in diverse incaperi.

Ulterior conectarii detectorului (casnic) la reteaua electrica, trebuie asteptat aproximativ 2-3 minute pentru a intra in stare normala de lucru. Este nevoie de acest timp pentru ca traductorul sa ajunga la o valoare constanta a rezistentei RG (rezistenta interna).

Desenul tehnic si poza traductorului se pot vedea in figura 8.1.

Fig.8.1. Detectorul de gaz. 8.1a – Schema electronică; 8.1b – schiţa ansamblu funcţional; 8.1c – Foto detector de gaz

Page 72

Figura 8.1a Figura 8.1 bFigura 8.1 c


Aparitia gazului modifica valoarea rezistentei RG, care este parte componenta a traductorului de gaz (ex. TGS 813). Sunt si traductoare mult mai performante care au timp de raspuns rapid, imensiune mica iar consum electric mult inferior.

Presupunand ca detectorul de gaz este cuplat intr-o punte Wheatstone, prin modificarea valorii lui RG, se schimba si tensiunea de pe punte care amplificata semnalizeaza prezenta gazului.

O alta varianta este compararea tensiunii data de circuitul de detectie cu una de referinta, de catre un circuitul comparator, iar diferenta, amplificata actioneaza sistemul de protectie. In general tensiunile de alimentare ale detectorului sunt 5Vcc si 12 Vcc .

Schema de principiu a unui detector de gaz simplu este aratata in figura 8.2. Structura interna a unui senzor de gaz – fig 8.3.

Detectorul de gaz poate actiona un electroventil, prin care opreste circulatia gazului, figura 4.

Page 73

Fig. 8.3. Structura interna a unui sezor / detector de gaz

Figura 8.2. Schema funcţională detector de gaz

Fig. 8.4. Ventil pentru oprirea gazului


8.2. Sisteme de protecţie la emisiile de gaz

Fig.8.5. Sistem de protectie - MODEL E 850M cu detector ESM 850M si electrovalva pentru închiderea gazului

Instalarea acestor sisteme trebuie executata numai de personal autorizat

Schema bloc de instalare a sistemului model E850M

Page 74


Fig.8.6. Sistem de protectie - MODEL E 1500M cu detector ESM 1500M si electrovalva pentru închiderea gazului

Instalarea acestor sisteme trebuie executata numai de personal autorizat

Schema bloc de instalare a sistemului model E 1500M

Page 75


A9. STRUCTURI CLASICE PENTRU CONTROLUL MOTOARELOR AUTO

9.1. SCHEMA BLOC PENTRU MOTORUL CU APRINDERE PRIN SCÂNTEI

Structură - bloc a motorului cu aprindere prin scânteie este prezentată în fig.9.1.

Fig.9.1. Schema bloc a unei structuri clasice de control al motorului

9.2. SCHEMA BLOC DE CONTROL PENTRU MOTORUL AUTO

Metodica controlului funcţionării motorului prin momentul său pretinde analiza tuturor factorilor cu influenţă asupra momentului motor. O schemă logică a secţiunii de control a unui m.a.s. este prezentată în figura 9.1. Din această schemă se desprind condiţiile de proiectare a interfeţei cu metacontrolerul asupra:

- acţionării obturatorului şi vitezei lui de acţionare;- modularizării cilindreei;- întreruperii alimentării cilindrilor în timpul deceleraţiilor.

Interfaţa este astfel proiectată încât să poată fi comod calibrată (etalonare simplă şi coordonarea momentului motor să se efectueze cu evitarea posibilităţilor de interferenţă a diferitelor porţi şi căi de intrare).

Deosebit de importantă este asigurarea priorităţilor semnalelor de intrare. Momentul motor necesar autopropulsării va fi rezultatul ponderării flexibile a tuturor factorilor de intrare (proporţia încărcăturii proaspete, unghiul de avans la aprindere, dozajul) în concordanţă şi cu restricţiile specifice ale motorului. Momentul instantaneu calculat este furnizat ca semnal de reacţie în buclă închisă meta-controlerului.

Pentru verificarea concordanţei valorilor calculate ale momentului instantaneu, cu cele reale, (calibrare), se poate folosit un traductor de cuplu instalat pe autoturism.

Page 76


Instalaţia de măsurare a momentului motor se bazează pe măsurarea reacţiunilor în punctele de suspendare a grupului propulsor pe autoturism

9.3. STRUCTURI CLASICE DE CONTROL

O analiză eficientă a performanţelor motoarelor trebuie să aibă în vedere modul în care este structurat sistemul de control al alimentării cu combustibil şi al aprinderii. Dacă până de curând controlul era practic asigurat de sisteme de reglaj mecanice (cu toate limitările lor specifice), în ultima perioadă se remarcă o dezvoltare spectaculoasă a sistemelor electronice.

Pentru a studia modalităţile de perfecţionare în continuare a sistemelor electronice de control al injecţiei de benzină şi al aprinderii sunt necesare o sistematizare şi o analiză comparativă a soluţiilor existente.

Figura 9.2. Schema bloc a sistemului de control a motorului

Page 77


Schema din fig.9.1 corespunde unui sistem în buclă deschisă; o reacţie negativă (de stabilizare a sistemului) poate fi considerată totuşi dacă se ţine seama de reglajele (manuale) periodice efectuate, însă, din afara sistemului, de operatorul uman (cum ar fi reglarea amestecului, a avansului iniţial la aprindere). Evident că reglajele periodice îmbunătăţesc performanţele, dar acestea sunt, strict vorbind, de conjunctură. Deriva performanţelor se va înscrie în limitele tehnologice de realizare a elementelor.În ceea ce priveşte analiza regimurilor staţionare la care însă apar abateri ale parametrilor de stare faţă de condiţiile standard se pot evidenţia anumite corecţii ce se pot realiza după factorii interni sau externi (cu ajutorul semnalelor ci şi ce din fig. 9.1). Evident, acurateţea corecţiilor va fi mult mai bună la sistemele electronice (de injecţie sau carburator electronic), graţie posibilităţilor mult mai mari de prelucrare a semnalelor electrice furnizate de traductoare. Prelucrarea semnalelor şi adaptarea sistemului vor fi asigurate pe baza unor algoritmi adecvaţi şi de o complexitate corespunzătoare situaţiei. Sistemele pur mecanice au posibilităţi mult mai reduse din cauza lipsei de flexibilitate a structurilor (se poate exemplifica cu şocul automat cu lamelă bimetalică ce asigură o îmbogăţire a amestecului la pornire, dar de o manieră aproximativă, prin exces).

Criteriile pe baza cărora se determină caracteristicile statice implementate în memoria sistemelor sunt:a. pentru dozaj:

- economicitatea;- economicitatea şi reducerea poluării;- reducerea poluării;- reducerea poluării şi conomicitatea.

b. pentru avansul la aprindere:- evitarea detonaţiei;- reducerea poluării;- putere maximă (pentru un dozaj dat).

Menţinerea performanţelor iniţiale se face în aceste cazuri pe seama reglajelor periodice. Se poate deduce din aceste observaţii că principalul neajuns al structurii din fig. 9.1 este lipsa unor bucle de reacţie negativă cu efect stabilizator. Din acest motiv s-au elaborat alte structuri de control care să includă în buclele de reacţie negative informaţii despre dozaj (parametrul λ) şi avans la aprindere (prezenţa detonaţiei).

9.4. STRUCTURI DE CONTROL ÎN BUCLĂ ÎNCHISĂ

Prezenţa buclelor de reacţie negativă permite menţinerea, în mod automat, a performanţelor motoarelor în limitele tehnologice asigurate de sistem pe toată durata de (bună) funcţionare. Problema buclelor de reacţie a fost formulată cu acuitate o dată cu schimbarea priorităţilor la formarea amestecului (dozaj) de la economicitate către reducerea poluării. Realizarea dozajului cu o eroare maximă de 1% faţă de amestecul stoichiometric constituie o condiţie obligatorie pentru funcţionarea eficientă a convertorului catalitic cu trei căi.

Un sistem în buclă deschisă nu poate realiza practic (atât din considerente tehnice, cât şi economice) o astfel de performanţă. Din punctul de vedere al reglării avansului la aprindere criteriul de optimizare, respectiv de stabilizare a răspunsului îl constituie funcţionarea la limita de detonaţie, când randamentul motorului atinge un maxim.

Pentru creşterea performanţelor motoarelor s-a trecut la o structură de control de tipul celei prezentate în fig. 9.3.

Page 78


Page 79


Figura 9.3. Schema bloc a unui sistem de control al motorului în buclă închisă

Evident că aceste structuri nu pot fi realizate decât cu sisteme electronice de control (cu injecţie sau carburator electronic). Faţă de structura din fig. 9.1 mai apar semnalele: λ - semnal despre dozaj (furnizat de sonda Lambda); z - semnal de la senzorul de detonaţie.

Superioritatea în regim staţionar a structurii din fig. 9.3 faţă de cea din fig. 9.1 se evidenţiază în primul rând când apar abateri ale parametrilor de stare faţă de valorile ce corespund condiţiilor standard de funcţionare. Ca urmare a schimbării parametrilor de stare se va modifica şi răspunsul sistemului (motorului), modificările fiind puse în evidenţă de senzorii λ şi de detonaţie. Pentru a facilita sarcina menţinerii condiţiilor de bună funcţionare, corecţiile pot acţiona direct în memoria cartogramelor caracteristice, modificând valorile existente în sensul de a le apropia cât mai mult de valorile reale necesare. Se realizează practic o structură de sistem adaptiv, ce relaxează „efortul" buclelor de reacţie. În regim staţionar un sistem adaptiv de acest tip va converge către valorile reale necesare, evoluând în limitele erorilor de cuantificare (± 1/2 Ua, ± 1/2 Ud ).

Există posibilitatea de a desprinde următoarele concluzii din analiza regimurilor staţionare: în regim staţionar de funcţionare a motorului şi condiţii standard de funcţionare nu se pot pune practic

în evidenţă deosebiri esenţiale între structuri şi, în cadrul structurilor, între soluţiile tehnologice în regim staţionar de funcţionare a motorului şi în condiţii de funcţionare stabile, dar descrise de

parametri cu valori ce se abat de la condiţiile standard, sistemele cu reacţie sunt superioare, datorită efectului stabilizator al reacţiei negative.

La funcţionarea în regim dinamic (tranzitoriu), pentru mărimile reglate avans la aprindere, respectiv dozaj, apar dependenţe complexe, descrise de ecuaţii diferenţiale.

Chiar dacă ţinem seama că variaţiile se manifestă în jurul unor valori bine determinate şi în aceste condiţii liniarizăm ecuaţiile, apare ca evident faptul că simularea la stand şi memorarea tuturor valorilor pentru avans la aprindere şi dozaj corespunzătoare tuturor tipurilor de dependenţe ce pot apărea este (tehnic) practic imposibilă, iar economic extrem de costisitoare. Ca urmare, sistemele actuale se bazează pe anumite simplificări:

- reducerea ordinului de dependenţă, - eliminarea unor variabile, care în final vor permite totuşi încadrarea erorilor dinamice între anumite

limite şi la un nivel rezonabil de cost şi complexitate.

Îmbunătăţirea răspunsului dinamic elimină din start soluţiile mecanice, bazate pe regulatoare lente (de exemplu, regulatorul centrifugal ce are caracteristică integratoare) şi cu precizie scăzută.O caracteristică specifică motoarelor cu injecţie intermitentă este aceea că timpul apare ca o mărime cuantificată (alimentarea prin acţionarea injectoarelor şi aprinderea se fac la anumite momente de timp, urmate de pauze). Această caracteristică poate fi exploatată în mod

Page 80


corespunzător prin utilizarea regulatoarelor electronice. Acestea asigură viteze de răspuns ridicate. Problema este ca, în timpul dintre două comenzi succesive, blocul de comandă să poată determina valorile mărimilor de comandă cu erori dinamice cât mai reduse; în aceste condiţii apar evidente trăsăturile unui reglaj dinamic ideal:

- timpul de răspuns egal cu pauza dintre două comenzi succesive;- erorile dinamice de fixare a avansului şi dozajului în limitele erorii de cuantificare(± 1/2Ua, ± 1/2Ud).

Compararea răspunsului dinamic al diferitelor variante de motoare evidenţiază clar superioritatea injecţiei de benzină multipunct, discontinuă şi cu bucle de reacţie negative.

Buclele de reacţie asigură stabilizarea valorilor de regim staţionar şi prin aceasta reducerea erorilor dinamice (cel puţin în faza iniţială a regimului tranzitoriu). Afirmaţia are un grad înalt de valabilitate practică, întrucât motorul funcţionează în cea mai mare parte a timpului în regim cvasistaţionar. Totuşi, erorile dinamice nu vor putea fi menţinute mult timp în limitele erorilor de cuantificare, deoarece mecanismul reacţiei lucrează cu mărimi cuantificate, putând varia mărimile reglate cu cel mult o treaptă de cuantificare la o cuantă de timp. La modificări rapide apar erori de neurmărire. La sfârşitul procesului tranzitoriu motorul va trece într-un nou regim stabilizat, pentru care reacţia va asigura convergenţa mărimilor de control spre mărimile ideale.

Asigurând minimizarea erorilor iniţiale de regim staţionar, sistemele adaptive vor avea şi un răspuns dinamic bun. Totuşi, vor apărea abateri de la condiţiile impuse unui răspuns dinamic ideal, având în vedere că funcţionarea sistemelor adaptive se bazează pe un algoritm validat în principal prin repetabilitatea unui anumit răspuns. Aceasta impune un anumit număr de cuante de timp, deci o anumită întârziere a răspunsului.

Prin urmare, utilizând convertor catalitic, reducerea în continuare a nivelului poluării se poate face numai prin îmbunătăţirea răspunsului dinamic. Problema este deci de maxim interes, cu atât mai mult cu cât motoarele funcţionează mai mult în regim dinamic în cazul circulaţiei în oraşe, unde se pune şi problema poluării. Apare chiar un concurs de împrejurări nefavorabil, poluarea crescând cu numărul de automobile, iar numărul mare de automobile impunând un regim dinamic de funcţionare mai pronunţat al motoarelor, datorită dificultăţilor din trafic. Deci, îmbunătăţirea răspunsului dinamic impune o altă concepţie de sistem, care în esenţă trebuie să permită anticiparea comportării la modificarea condiţiilor de funcţionare.

Necesitatea în creştere de menţinere a parametrilor funcţionali în interiorul unor limite rezonabile a impus realizarea unui volum semnificativ de cercetări în domeniul sistemelor de control în timp real.

Majoritatea aplicaţiilor de timp real implică elemente şi sarcini specifice în ceea ce priveşte traductoarele, elementele de interfaţă şi arhitecturile, precum şi algoritmii şi programele.

Controlul computerizat în timp real al proceselor implică următoarele cerinţe:- menţinerea sistemului între anumite limite prestabilite;- mijloace de control efectiv în condiţii critice sau în prezenţa erorilor.

Din acest punct de vedere, controlul vehiculelor rutiere este o aplicaţie de timp real de o complexitate extrem de ridicată.

Page 81

Date post:	03-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	ovidiu-sanda
View:	304 times
Download:	12 times

Metode Si Tehnici Moderne de Control

Documents