Измерение линейных параметров длинномерных легкодеформируемых материалов (стр. 5 из 6)

Согласно [8], учитывая принятые условия контактного взаимодействия и делая допущение того, что подсистема «лента - материал» испытывает на поверхности барабана изгиб, как балка прямоугольного сечения, получим:

, (3)

где - толщина мерной ленты без учёта монтажных (начальных) деформаций; - толщина материала.

Выражение (3) запишется в виде:

(4)

где

(5)

Тогда с учетом (1) :

(6)

Если выражение (6) для фиксированных моментов времени, т.е. при продифференцировать в частных производных по каждому параметру и согласно линейной теории точности [9,10] заменить дифференциалы их малыми приращениями, чем, по сути, они являются, получим:

(7)

(8)

Аналогично (8)

(9)

Максимальные абсолютная и относительная погрешности от рассмотренной группы первичных погрешностей соответственно равны:

(10)

(11)

Выражения (10, 11) позволяют количественно оценить влияние отклонений на погрешность измерения и в зависимости от требуемой точности выбрать конструктивные параметры и назначить допуски на их проектирование.

Частные погрешности измерений, обусловленные отклонениями линейных параметров звеньев измерительной системы от номинальных, подчиняются определённым законам и их можно учесть введением соответствующих поправок в результаты измерения.

Теоретический анализ четвертого и пятого вариантов контактного взаимодействия элементов системы не представляет практического интереса вследствие их взаимного скольжения и появления предпосылок значительных и неопределенных погрешностей измерения перемещения мерной ленты и материала по углу поворота барабана. В этом случае задача должна и может быть решена посредством поиска принципиально новых технических решений, которые обеспечивали бы в процессе движения материала его постоянное сцепление с движущейся транспортёрной лентой.

Следующим конструктивно-технологическим фактором, влияющим на точность измерения длины, является несовпадение в процессе измерения линии начала и конца отсчёта с метками оптического обтюратора. Это возможно вследствие случайностей взаимного положения поперечных срезов в начале и конце полотна с метками диска или не кратности длины рулона их количеству. Величина этой погрешности хотя и является случайной, но не повторяется при непрерывном измерении, и её максимальное значение не превышает длины дуги, определяемой двумя делениями оптического диска, т.е. ,где - цена деления диска.

Так как перемещение (длина материала) оценивается по измеренной длине дуги линии нулевой деформации подсистемы "мерная лента - материал", то

(12)

где К - коэффициент передачи измерительной системы; N - число меток оптического обтюратора.

Тогда для действительной длины материала в рулоне ( ):

(13)

Таким образом, при проектировании измерительной системы для повышения её точности согласно выражениям (9, 13) необходимо уменьшать разнотолщинность мерной ленты и материала, цену деления обтюратора и увеличивать диаметр приводного барабана.

Отдельным вопросом стоит определение погрешности измерения длины материала при его перекосе относительно условно заданной линии движения. Так как эту группу погрешностей можно уменьшить только посредством качества центрирования полотна или равнения по его кромке (полностью исключить влияние этого фактора на точность измерения не представляется возможным), то необходимо вводить и эту частную составляющую в общую оценку погрешности расчётным путём.

Проанализируем зависимость погрешности измерения длины материала от качества его ориентации, т.е. от наличия некоторого периодически повторяющегося отклонения полотна относительно условно заданной линии движения (рис. 9).

Рис. 9 – Расчетная схема определения погрешности измерения длины материала от перекоса линии движения

Согласно расчётной схеме абсолютная погрешность измерения от несовпадения кромки с заданной линией движения будет равна:

где п - количество возможных отклонений линии движения материала от условно заданной; - абсолютная ошибка измерения длины материала на i-ом участке движения.

где -соответственно фактически измеренное и действительное значения длины i-ro участка рулона.

Но

(14)

где - угол перекоса заданной линии движения полотна на i-ом участке рулона.

Тогда:

(15)

(16)

Согласно (14) и (16)

(17)

(18)

где - величина отклонения кромки материала от условно заданной линии движения на i-ом отрезке рулона.

Из выражения (18) видно, что погрешность измерения длины материала при перекосе линии его движения зависит от величины отклонения и угла наклона оси ( ) валика системы ориентации, определяющего количество этих отклонений (n). Значение в общем случае будет являться нестационарной величиной, зависящей от конструктивных характеристик системы транспортирования, технологических параметров и режимов взаимодействия контактирующих сред.

Экспериментальные исследования показали, что отклонение положения материала в пространстве движения без равнения его по кромке или центрирования перед измерением может нарастать с переходом процесса поперечного перемещения в неустойчивый режим, практически ограничиваемый только размерами «створа» системы транспортирования полотна. Поэтому перед измерением длины движущегося материала необходимо обеспечивать технологически заданное его отклонение от контрольной линии, что и достигается системой ориентации.

Таким образом, исследования точности измерения длины движущегося материала с использованием динамической коррекции и без нее позволяют сделать общий вывод в пользу этого варианта построения измерительной схемы. Наличие системы корректирования позволяет исключать как систематические, так и значительно уменьшать составляющие случайных погрешностей, возникающие от возможного неконтролируемого скольжения подсистемы "мерная лента - материал" относительно барабана (мерного диска), от влияния температурно-влажностного фактора, наличия люфтов в механической части системы и т.д.

Для достижения требуемой точности измерения корректировку можно выполнить и программными средствами, внося поправки в количество импульсов, приходящихся на эталонную длину, "покачивая" коэффициент корректирования, а также вводя более жесткие допуски на размеры элементов конструкции преобразователя линейных перемещений, уменьшая пену деления обтюраторного диска и, соответственно, коэффициент передачи К.

Теоретический анализ частных погрешностей, рассмотренная методика расчёта точности преобразования линейных перемещений и результаты исследований характеристик измерительных систем позволяют определить комплекс мер по улучшению метрологических характеристик технологического оборудования, выбрать направление его совершенствования и дать конкретные рекомендации по расчёту, проектированию и эксплуатации.

3 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛЕГКОДЕФОРМИРУЕМЫХ ДЛИННОМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к способу измерения длины движущихся лег-кодеформируемых материалов с выраженной сетчатой структурой (например, текстильных материалов полотняного переплетения).

Известен способ и устройство для измерения длины движущихся материалов (патент РФ № 2174212, МПК G01 В5/00, 2001г.), заключающийся в том, что линейный параметр длинномерного материала - длина определяется расчётным путём по величине и количеству предельных поперечных перемещений (автоколебаний) материала относительно заданной линии движения, что является информативным параметром длины.

Для реализации этого способа используется устройство, содержащее три привода, один из которых приводит в движение транспортёр перемещения материала в осевом направлении, второй привод обеспечивает вращение валика системы ориентации материала, третий пневматический привод служит для наклона валика ориентации в вертикальной плоскости. В состав устройства также входит двухпозиционная система управления валиком системы ориентации, система формирования и считывания импульсов, соответствующих числу колебаний валика и процессор.