Измерение линейных параметров длинномерных легкодеформируемых материалов (стр. 4 из 6)

Анализ изменений линейных размеров материала в рулонах показал что следствием деформаций, происходящих при сматывании ткани в рулон и хранении, является усадка в настиле и крое. Установлено, что остаточная деформация в результате сматывания тканей в рулоны и последующего хранения в течение 24-72 ч составляет 0,2-1,5% в зависимости от приложенных нагрузок и артикула материала; период релаксации растет с увеличением нагрузки.

При проведении сравнительного анализа способов и средств измерения линейных параметров для ткани. Установлено, что браковочно-промерочные машины и трехметровые механизированные столы не обеспечивают измерения длины куска с точностью, предусмотренной стандартом. Общим недостатком этих машин является то, что измерение длины производится при неустановившемся режиме и переменном (пульсирующем) натяжении ткани. Для обеспечения точности определения линейных размеров ткани в соответствии с требованиями стандартов предлагается применять бесконтактный метод измерения, выполнять измерительные операции и проверять качество ткани в различных зонах машины, не зависящих друг от друга.

Таким образом, погрешности измерения длины ткани на машинах различных конструкций, как и на трехметровом столе, могут колебаться в некоторых пределах и достигать существенных значений. Они более всего определяются физико-механическими свойствами ткани и менее — конструктивными особенностями машин, хотя влияние последних не исключается.

Частные погрешности измерения длины материалов в общем случае можно объединить в следующие четыре основные группы:

• Погрешности, возникающие вследствие напряженно-деформированного состояния материала в момент его измерения, условий и параметров контактного взаимодействия с измерительным элементом, колебаний толщины, точности изготовления элементной базы и стабильности ее характеристик во времени;

• погрешности, порождаемые дискретностью преобразования перемещений в длину и пороговой чувствительностью элементной базы системы измерении;

• группа погрешностей, порождаемых отклонением материала относительно условно заданной линии его движения;

• группа погрешностей, генерируемых действием системы корректирования результатов измерения, если её использование предусмотрено в измерительной схеме.

Перечисленные первичные погрешности по своей природе носят как систематический, так и случайный характер, многие из них трудно прогнозируемы, но их необходимо учитывать при оценке точности измерения длины материала и искать пути устранения. Например, при выполнении предиз-мерительной подготовки материалов необходима релаксация их деформации, что может быть достигнуто снятием напряжений при достаточном временном сдвиге между свободным положением материала на мерной ленте и началом его измерения на прямолинейном участке движения.

Случайную же погрешность от проскальзывания материала относительно мерного элемента при использовании косвенного метода измерения без введения специальной системы корректирования результатов учесть практически невозможно. Для решения этой задачи необходима жесткая синхронизации скоростей движения материала и элемента измерения, т.е. их постоянное равенство или постоянство соотношения. Эти условия могут быть достигнуты разными методами, и в частности, посредством реализации постоянной кинематической связи между движителем и материалом.

Сформулируем общий подход к анализу частных погрешностей измерения длины при использовании преобразователей линейных перемещений с элементами транспортирования материала, выполненных в виде гибких звеньев-движителей. Одновременно рассмотрим и методику расчёта частных погрешностей, определяемых допусками на исполнение элементов конструкции системы измерения (параметров транспортерной ленты, приводного барабана и цены деления оптического обтюратора), а также разнотолщинностью и отклонением материала от условно заданной линии движения.

При работе преобразователя линейных перемещений с использованием гибкой транспортерной ленты (далее "мерной ленты") и перемещении её посредством приводного барабана возможны следующие варианты контактного взаимодействия между элементами измерительной системы «барабан -мерная лента - материал» (рис. 8):

а). Система «барабан - мерная лента - материал» движется синхронно, как единое целое. Между ее элементами нет проскальзывания, а силы сцепления мерной ленты с поверхностью приводного барабана превышают силы, порождающие отрицательную деформацию ее приграничного слоя вследствие изгиба контактного участка материала (рис. 8 а, б);

б). Подсистема элементов «мерная лента - материал» движется синхронно, как единое целое, а силы сцепления между поверхностью барабана и мерной лентой исключают возможность отрицательных деформаций её приграничных слоев, но допускают их относительное скольжение (рис. 8, в);

в). Элементы подсистемы «мерная лента - материал» движутся без относительного скольжения. Тангенциальные силы, определяющие изгибной момент и отрицательную деформацию слоев мерной ленты, расположенных ниже нейтральной линии на участке контакта, превышают силы сцепления, обеспечивающие передачу движения мерной ленте без скольжения. Также допускается, что подсистема элементов этого участка в начале и конце границ контактного взаимодействия не проскальзывает относительно барабана, а приграничные с ним слои участка ленты вследствие изгиба на цилиндрической поверхности испытывают отрицательную деформацию (рис. 8, г);

г). Элемент системы «материал» проскальзывает относительно мерной ленты на участке их контакта, определяемого углом обхвата, а участок ленты 'взаимодействует с приводным барабаном согласно пункту "б" или "в";

д). Все элементы системы «барабан - мерная лента - материал» на поверхности, определяемой углом обхвата, взаимодействуют с относительным скольжением.

Рис. 8 – Схема взаимодействия элементов системы “барабан - мерная лента - материал” при транспортировании материала и измерении его длины:1- транспортерная (мерная) лента; 2- материал; 3- схваты; 4- приводной барабан; 5- система считывания угла поворота барабана.

Исходя из условий первого в порядке рассмотрения варианта контактного взаимодействия элементов системы, можно с определенными допущениями предположить, что подсистема «мерная лента - материал» при взаимодействии с приводным барабаном испытывает деформации изгиба и частичного растяжения, а в результате наложения этих деформаций приграничный с барабаном слой ленты имеет нулевое растяжение.

В этом случае линия прямолинейного участка подсистемы, движущаяся со скоростью Va , задается окружной скоростью приводного барабана и должна иметь нулевое значение деформаций.

При этом скорости Vb , Vc и Vd точек b, с, d (см. рис. 8,б), принадлежащие соответственно мерной ленте и материалу, равные на прямолинейном участке движения между собой и скорости Vа изменятся (увеличатся) при контакте с барабаном и будут зависеть от его радиуса и угла обхвата. В этом случае приращение скоростей точек b, с, d на участке обхвата компенсируется деформацией элементов подсистемы «мерная лента - материал».

Так как движителем материала является мерная лента, то окружная скорость (Vокp) её точек на границе контакта с барабаном при угловой скорости = const будет равна Vокp= Va= R.

Истинное перемещение и соответственно длина материала на этом участке определяется длиной дуги окружности барабана радиуса r =R, т.е. зависит от радиуса контактного взаимодействия, при котором отсутствует деформация слоев мерной ленты, граничащих с поверхностью барабана.

Исходя из условий рассматриваемой задачи, в приграничном слое взаимодействия подсистемы «мерная лента - материал» с барабаном перемещение (S) будет отражать фактическое значение длины материала т. е.

(1)

где - угол поворота приводного барабана и жёстко связанного с ним оптического обтюратора.

Дифференцируя выражение (1) по параметру r и заменяя дифференциалы малыми конечными приращениями, получим значение частной погрешности ( ) от точности изготовления приводного барабана ( )т.е.

(2)

Из выражения (2) видно, что абсолютная погрешность преобразования перемещения в длину накапливается с увеличением угла поворота, а относительная ошибка пропорциональна величине допуска ( ) и обратно пропорциональна номинальному радиусу приводного барабана (r).

Рассмотрим второй, теоретически и практически возможный вариант контактного взаимодействия элементов системы «барабан - мерная лента - материал».

При скольжении мерной ленты относительно приводного барабана возникает некоторая неопределенность погрешности преобразования перемещения в длину. Величина проскальзывания имеет случайный характер и поэтому оценить длину материала по углу поворота приводного барабана и точность измерения практически не представляется возможным. В этом случае необходимы дополнительные технические решения или исключающие скольжение элементов подсистемы, или обеспечивающие требуемую коррекцию погрешности результатов измерений, порождаемую этим явлением.

Дадим аналитическое исследование третьего, и наиболее вероятного, варианта контактного взаимодействия элементов подсистемы «мерная лента - материал» с приводным барабаном (см. рис. 8,г). В этом случае значение радиуса R, определяющего линию нулевой деформации и истинное перемещение длины материала, с учетом конкретных условий можно определить, если воспользоваться соотношением упругих деформаций растяжения и сжатия подсистемы «лента - материал» относительно нейтральной оси.