Разработка автоматизированных пьезоприводных средств определения метрологических характеристик приборов размерного контроля деталей в микрометрическом диапазоне

• Автор: Вишнеков, Алексей Владленович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СРЕДСТВ КАЛИБРОВКИ (АСК) ПРИБОРОВ РАЗМЕРНОГО КОНТРОЛЯ В МИКРОМЕТРИЧЕСКОМ ДИАПАЗОНЕ
1.1. Объекты, методы и эталонные средства метрологического обеспечения в области микрометрических измерений

1.2. Анализ пьезоприводных устройств микроперемещений

1.3. Постановка задач диссертационной работы

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЬЕЗОПРИВОДНЫХ АСК

2.1. Математическое моделирование и исследование закономерностей статических характеристик преобразования
2.2. Алгоритмическое обеспечение расчета статической характеристики пьезопривода
2.3. Оценка погрешности воспроизведения
микроперемещений в статике
2.4. Разработка и исследование динамических характеристик разомкнутого пьезопривода
2.5. Структурный синтез и параметрическая оптимизация системы управления АСК
Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТИПОВЫХ МОДЕЛЕЙ ПЬЕЗОПРИВОДНЫХ АСК ПРИБОРОВ РАЗМЕРНОГО КОНТРОЛЯ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ
3.1. Устройство и расчет параметров исполнительного
механизма АСК

3.2. Проектирование и расчет параметров элементов
электронного блока управления
3.2.1. Усилители высоковольтного напряжения
3.2.2. Схема измерительного преобразователя
3.3. Конструктивное исполнение и управление работой АСК
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ И СИСТЕМЫ
4.1. Исследование нелинейных свойств статической
характеристики пьезодвигателя
4.2. Исследование и моделирование процесса ползучести
исполнительных элементов пьезодвигателя
4.3. Экспериментальная оценка параметров динамических
характеристик исполнительного механизма АСК
4.4. Экспериментальная оценка и нормирование
метрологических характеристик типовых моделей АСК
Выводы по главе
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ АСК ПРИБОРОВ РАЗМЕРНОГО КОНТРОЛЯ ДЕТАЛЕЙ
5.1. Разработка рекомендаций по поверке и калибровке измерительных преобразователей микроперемещений
5.2. Разработка рекомендаций по контролю параметров настройки приборов размерного контроля
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Перспективным направлением развития эталонной техники в области измерений размеров и перемещений является создание автоматизированных средств калибровки (АСК) приборов размерного контроля деталей, обеспечивающих определение их метрологических характеристик методом прямого воспроизведения перемещений на входе приборов по сигналу управления с нормированной точностью при высокой разрешающей способности. Применение АСК в качестве рабочих эталонов, а также средств проверки параметров настройки приборов размерного контроля позволит создавать высокопроизводительные автоматизированные поверочнонастроечные комплексы с использованием управляющих ЭВМ и микропроцессоров.
Наиболее актуальной является проблема создания АСК для приборов размерного контроля с диапазоном измерений от ± 3 мкм до ± 0,1 мм и нормированной основной погрешностью, составляющей десятые доли мкм. В соответствии с метрологическими нормами погрешность воспроизведения микроперемещений при определении метрологических характеристик приборов размерного контроля не должна превышать десятых, а в отдельных случаях и сотых долей мкм. С учетом дополнительных требований к линейности, плавности и равномерности воспроизведения микроперемещений возникают значительные трудности технической реализации автоматизированных средств, отвечающих перечисленным требованиям.
Одним из приемлемых технических решений проблемы автоматизации воспроизведения перемещений в микрометрическом диапазоне является создание АСК, выполненных на базе аналогового пьезопривода. Вместе с тем, имеется ряд факторов, ограничивающих точность и воспроизводимость микроперемещений посредством пьезопривода. Принципиальным предложением по улучшению метрологических характеристик пьезопривода

Кроме того, из свойства нечетности Уо(х) следует, что боковые ветви начальной петли, исходящие из симметричных точек переключения (1 и 2'), симметричны относительно начала координат. Последнее хорошо извест но на практике. Таким образом, с учетом (2.1) коэффициенты многочлена у,(х) = /11 + Вхх + С,х2 + Дх3 вычисляются через коэффициенты многочлена у0(х) по формулам

А~У~ В0 ——С0х, э! .г, — — Прх

В{=В0 + С0х,81х, + -£>0х(>

С1 ==-2Со81?ПХ1 _4°ох'’
Как видно из (2.5), при изменении знаков х,,ц, координат точки переключения изменяются только знаки коэффициентов А и Сь что обусловлено свойством симметрии ветвей начальной петли гистерезиса.
Важным следствием (2.4) является соотношение чувствительности пьезопривода на начальном участке и боковых ветвях:
У 00 = У о
(2.6)
В точке 1 (X],у]) боковой ветви чувствительность пьезопривода минимальна и равна значению чувствительности в начальной точке статической характеристики - у() (0). С изменением х чувствительность пьезопривода на боковой ветви возрастает, достигая в точке пересечения с начальным участком значения у0 (х,). Таким образом, пределы изменения чувствительности при движении вдоль боковой ветви совпадают с пределами изменения чувствительности на начальном участке.