Материал: ВКР

Существует аэростатический метод, описанный в изобретении [30], согласно которому возможностью рассчитывать центровочные и инерционные характеристики массы (МЦХ и МИХ) с помощью поворотного устройства с изделием, закреплённого на поднимаемом тремя воздушными опорами столе. МИХ определяют в динамическом режиме, анализируя периоды крутильных колебаний торсиона между столом и аэростолом. МЦХ определяются с помощью обработки вычислительной машиной показаний с четырёх тензометрических датчиков, представляющих собой поверенную и аттестованную весовую платформу. Для этого закреплённое изделие поворачивают вокруг вертикальной оси в положениях 0°, 90°, 180°, 270° для получения необходимых показаний реакций в измерительных призмах. Третью координату центра масс определят в горизонтальном положении.

Достоинством метода является вычислительный модуль, завязанный с четырьмя высокоточно изготовленными и повереными датчиками массы. Это так же можно считать и недостатком, ввиду большой итоговой стоимости комплекса. Вследствие того, что помимо масовоцентровочных характеристик данное изобретение нацелено и на измерение массовоинерционных, наблюдается ложность конструкции. Так же приспособление предназначено для массового контроля однотипных деталей, так как используемая корзина для закрепления выполнена с большой точностью под определённый габариты и крепления изделия, а её МЦХ и МИХ введены в расчёт.

1.2 Анализ представленных на рынке аналогов

На современном рынке кроме отечественных предприятий, таких как ЦАГИ, осуществляющих изготовление приспособлений для контроля центра масс под заказ, представлены немногочисленные покупные аналоги рассмотренных патентов от зарубежных производителей, например, лидер в производстве высокоточных устройств для измерения массово-инерционно характеристик Space Electronics (Спейс Электроникс) [31].

Серия SE90168 использует метод многоточечного взвешивания измеряет вес и положения ЦМ. Время проведения измерения менее минуты; размеры плиты 45.7 см Х 45.7 см; макс. вес 54,4 кг; точность определения. ЦМ ± 1…1,5 мм. Объект измерения устанавливается на весовую платформу и позиционируется относительно нуля установки (геометрический центр системы четырёх датчиков), что представляет сложность и появляется необходимость в использовании специальной оснастки. Положение ЦМ и вес вычисляется ПК на базе Windows с помощью программного обеспечении компании, есть возможность распечатать отчёт с серийным номером изделия и сделать анализ серии, а также узнать балансный вес для сдвига ЦМ в пределы допуска. Третья координата измеряется после поворота объекта на 90° и опять необходима оснастка. Калибровочные грузы, соответствующее NIST, используются при процедуре калибровки, которая встроена в ПО. Есть необходимость устанавливай на выставленную по уровню поверхность.

Рисунок 1 – Современные стенды для измерения ЦМ серии SE90168

С функцией дополнительного измерения инерционных характеристик изделий (метод крутильных колебаний на торсионе) у компании представлена серия KSR. В ней предусмотрены более точные весовые датчики. Диапазон измерения до 3 тонн; максимальный высота ЦМ над столом 10 см; точность измерения ЦМ ± 2,5 мм; диаметр установочной плиты 66 см. Для изделий до 500 грамм имеется серия SE300.

Рисунок 2 – Современные стенды для измерения ЦМ серии KSR

1.3 Выводы на основании рассмотренных источников

В результате работы были изучены описания к патентам на изобретения, описания к полезным моделям, научные статьи в каждом из которых в свою очередь так же уже проанализированы и предложены оригинальные, современные, проверенные методы контроля центра масс от отечественных и зарубежных учёных.

Методы осуществление контроля центра масс разнообразны. Каждый имеет свои преимущества и недостатки. Часто способ охватывает одну или две координаты, необходимые в конкретном случае и не предусматривает полное измерение положения центра масс. Многие представленные устройства имеют сложную конструкцию и дороги в производстве, ввиду того, что предназначены для измерения помимо масовоцентровочных характеристик ещё и массовоинерционных и других целей.

Для того, чтобы оценить используемые способы и устройства для их осуществления, а также выбрать наиболее оптимальный метод контроля, требуется определить основные параметры оценки, разработать их классификацию, назначить важность в рамках конкретной задачи.

1.4 Классификация методов

Методы контроля ЦМ можно квалифицировать:

1) Уравновешиванием относительно центральной опоры. Используется груз известной массы. Зная расстояния плеч и массу изделия из уравнения моментов находят искомые координаты. Существует так же способ нахождения ЦМ без известной массы изделия, но с большим количеством измерений. Метод неустойчивого равновесия позволяет находить координаты ЦМ без известных величин масс, исходя из необходимого угла наклона.

2) Взвешиванием. Существует варианты с одним, двумя, тремя и четырьмя взвешивающими устройствами. Возникающее в опорах усилие могут измерять при помощи: деформации упругого элемента; величины давления в пневматическом устройстве или гидравлическом устройстве; электродинамически при помощи пьезодатчиков, тензодатчиков;

3) По степени влияния смещения ЦМ на процессы. Распространён метод нахождение центра масс через возникающие инерционные характеристики. Известны устройства, определяющие ЦМ по создаваемой изделиям угловой скорости, крутильным колебаниям.

4) Балансировкой. Это экспериментальный метод, основанный на том, что в момент баланса тело передвигают до состояния равновесия и эту точку считают за искомый центр масс.

5) По положению в воздушной или водной среде изделий известной массы и геометрии.

1.5 Оценка методов и выявление пути оптимизации процесса

Для выявления ограничений рассмотрим конкретное предприятие с чёткой задачей. Имеется мелкосерийное производство продукции радиоэлектронной промышленности с разнообразной номенклатурой изделий, обладающее ограниченными экономическими, производственными и людскими ресурсами. Изделия, подвергаемые контролю цента масс, имеют массу от 1 до 50 кг. Габариты продукции не превышают 3 м.

Тогда основными параметрами оценки являются:

1) Универсальность применяемого устройства. Характеризуется возможностью проведения измерений деталей разной номенклатуры и типоразмеров.

2) Себестоимость устройства. Включает затраты на проектирование, изготовление приспособления, закупки и внедрение вычислительных устройств, наладка, поверка и сертификация метрологами. Зависит от количества и сложности входящих в сборку деталей, наличия датчиков, ЭВМ, обработанности метода и т.д.

3) Удобство измерения. Характеризуется трудозатратами на перемещение и крепление изделия, настройку и подготовку устройства к работе.

4) Время измерения. Зависит от автоматизации устройства, количества переходов используемого метода, переворачиваний и перезакреплений в процессе измерения, сложности обработки полученных показаний.

5) Точность измерения. Зависит от количества погрешностей в используемом методе от силоизмерительных датчиков, линейных измерений, перерасчётов, преобразователей ЭВМ, погрешностей установки и перезакреплений.

Одни из этапов после анализа известных источников, согласно теории решения изобретательских задач, является сравнение возможных путей решения задачи. В таблице 1 представлены все рассмотренные методы и предложены направления улучшения слабых мест, которые предстоит оценить и сравнить.

Таблица 1 – Найденные методы решения и предложения по улучшению слабых мест, которые предстоит оценить и сравнить.

Для анализа вариантов измерения координат центра масс и выбора наилучшего воспользуемся методом экспертной оценки, известном из теории принятия решений. Исходя из основных параметров оценки, представленных выше, проставляются значения каждому методу и его возможном улучшенном варианте по пятибалльной шкале.

В рамках поставленной задачи некоторые параметры имеют больший приоритет. Для его учёта примем коэффициенты значимости параметров: универсальность (0,2); себестоимость (0,2); удобство (0,1); время (0,3); точность (0,2).

Таблица 2 – Оценка и сравнение возможных путей решения задачи

Номер источника	Универсальность устройства		Себестоимость устройства			Удобство измерения		Время измерения			Точность измерений			Итог базового варианта		Итог возможного улучшении		С учётом коэффициента значимости
1	1	4	5	1	3		4	1	4	4		4	14		17		3,4
2	4	4	1	1	2		2	4	4	3		3	14		14		2,8
3	1	5	4	1	3		4	2	3	3		3	13		16		3,2
4	5	5	2	1	5		4	4	3	3		3	19		16		3,2
5	2	2	5	5	3		3	5	2	4		4	19		16		3,2
6	3	4	3	3	3		4	3	4	4		4	16		19		3,8
7	3	3	2	3	4		4	3	3	3		3	15		16		3,2
8	3	3	2	3	3		4	2	3	3		3	13		16		3,2
9	3	3	2	3	4		4	3	3	3		4	15		17		3,4
10	3	3	1	1	1		2	1	2	3		3	9		11		2,2
11	4	4	5	4	3		5	4	5	4		4	20		22		4,4
12	2	3	3	2	1		3	1	4	3		3	10		15		3
13	4	4	5	4	2		4	2	4	2		4	15		20		4
15	3	3	1	1	4		4	4	4	4		4	16		16		3,2
17	4	4	1	1	4		5	4	4	3		3	16		17		3,4
18	1	2	2	1	1		3	1	2	4		4	9		12		2,4
20	3	4	4	4	5		5	5	5	5		5	22		23		4,6
21	3	3	3	3	2		2	3	3	4		4	15		15		3
22	2	5	4	1	3		4	2	3	3		3	14		16		3,2
23	4	4	5	5	4		5	4	4	4		4	21		22		4,4
24	3	3	4	4	2		3	2	3	3		3	14		16		3,2
25	1	2	1	1	4		4	4	4	3		3	13		14		2,8
26	4	4	3	3	3		4	3	4	3		3	16		18		3,6
27	2	5	4	3	3		4	2	3	4		4	15		19		3,8
28	3	4	4	4	3		3	3	3	3		3	16		17		3,4
29	4	5	5	4	3		4	3	4	3		3	18		20		4
30	1	4	1	1	5		5	4	4	3		3	14		17		3,4