Материал: Менеджмент качества (ПЗ, 38.03.02)
а) б)
Рисунок 2.4 - Схема автоматического измерительного комплекса (а) и схема блока измерителя (б).
Блок измерителя рис. 2.4 б состоит из гелий-неонового лазера 1, оптических элементов в виде двух призм 2 и светоделительного кубика 3, многоэлементного приемника 4 с объективом 5. Лазер ЛГН-280, являющийся осветителем, формирует пучок лучей, который благодаря оптическим элементам падает на бревно 6. Рассеянный от объекта свет поступает через объектив на фотоприемник. Каждый из четырех лазеров формирует по два луча, поэтому можно измерить восемь точек поверхности бревна с точностью 1 мм. При движении бревна по конвейеру измерение осуществляется через равные промежутки времени по всей его длине.
Наличие координат точек нескольких поперечных сечений бревна вдоль его образующей является существенной информацией для построения математической модели бревна. Наиболее удобно для данной цели дискретно-точечное задание каркасных элементов поверхности - поперечного сечения и образующей. Получив информацию от блоков фотоприемников, ПЭВМ рассчитывает координаты точек встречи лучей осветителя с бревном. Затем с помощью соответствующих программ моделируется поперечное сечение и определяется объем.
Для автоматического контроля размеров пилопродукции 'разработаны датчики (измерители): контактные и бесконтактные, емкостные, индуктивные, радиационные, фотоэлектрические, акустические и СВЧ.
СРЕДСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОЦЕНКИ ПОРОКОВ
древесины базируются на акустических, люминесцентных, радиационных, оптических и радиоволновых методах.
Акустический метод основан на разности скоростей прохождения ультразвуковых колебаний через здоровые и дефектные участки древесины. Метод чувствителен также к направлению волокон и влажности древесины. Вследствие определенных недостатков - необходимости плотного контакта излучающего и приемного датчиков колебаний с исследуемым материалом, зависимости скорости и интенсивности регистрируемых ультразвуковых колебаний от структуры древесины, ее влажности, температуры окружающей среды и других факторов ультразвуковой метод в лесопильной
промышленности пока не применяется.
Люминесцентный метод основан на том, что древесина и отдельные ее элементы (ядро, заболонь, гнили, синева и т.д.) флюоресцируют в ультрафиолетовых лучах. На изменения цвета древесины влияют также ее температура и влажность. Недостатком метода является необходимость полного затемнения в месте установки аппаратуры и сравнительно трудная автоматизация.
Метод радиационного контроля основан на степени поглощения лучей различными участками древесины. Основными переменными факторами, влияющими на степень поглощения лучей древесиной, являются толщина бревен и пиломатериалов, их плотность и влажность. Внутренние пороки древесины можно рассматривать с помощью осевого томографа, сочетающего рентгеновское приспособление, компьютер и телевизионную электронно-лучевую трубку.
Средства радиационного контроля получили распространение в ФРГ, Финляндии, США и в других странах. Так, в ФРГ радиометрический способ применяют при сортировке пиломатериалов для клееных деревянных конструкций. В качестве излучателя используют радиоактивный Нукмод Аm- 241. Плотность пиломатериала заданной толщины определяют по ослаблению излучения. В США для сортировки досок и брусьев используют γ-лучи. Измеряют плотность древесины и ее сучковатость. Основным показателем для сортировок пиломатериалов является различие плотности между сучками и бессучковой древесиной.
Получает распространение радиоволновой метод контроля в диапазоне электромагнитного спектра сверхвысокой частоты (СВЧ) с длиной волн от 1 до 1000 мм. Например, в финской машине для сортировок пиломатериалов (фирма Р1аn - Сеll) микроволны применяют для обнаружения сучков, измерения отклонения направления волокон и влагосодержания. Диэлектричеcкая постоянная сучков приблизительно в два раза выше, чем окружающей древесины. Обнаруживающее устройство дает сигнал пропорционально размеру сучка. Измерение наклона волокон основано на применении поляризованного поля микроволн.
Реализован в промышленности способ оценки сучков в пиломатериалах с помощью ультракоротких радиоволн сантиметрового диапазона.
Рисунок 2.5 - Схема установки для оценки сучков в пиломатериалах с
помощью ультрокоротких радиоволн. 1 – источник питания; 2 – генератор; 3
– диод; 4 – сравнительное устройство; 5, 6 – антенны; 7 – пиломатериал; 8 – линия задержки; 9 – регулируемое спротивление; 10, 11 – удвоитель сигналов.
Пиломатериал (рис. 2.5) непрерывно движется между антеннами 5,6, соединенными через удвоители сигналов 10,11, линию задержки 8 и регулируемое сопротивление 9. Антенна 7 связана с источником питания и генератором 2 пилообразных импульсов, служащим для моделирования несущей частоты. Антенна 6 связана через диод 3 со сравнивающим устройством 4. При наличии сучка в древесине на выходе сравнивающего устройства появляется сигнал рассогласования, который может быть использован, например, для включения маркирующего устройства.
Физической основой оптических методов оценки качества древесины является взаимодействие излучения с объектом контроля, связанное с поглощением, отражением, рассеиванием, дисперсией, поляризацией излучения и другими оптическими эффектами. Например, фотоэлектронная дефектоскопия древесины, основанная на том, что большинство пороков древесины вызывает изменение ее окраски, может быть применено для определения пороков, выходящих на поверхность. Установлено, что сила фототока практически не зависит от шероховатости поверхности, влажности древесины, изменения плотности и содержания поздней древесины.
В последние годы в промышленность стали внедряться электрооптические средства контроля качества древесины на основе источников лазерного излучения. В отличие от обычных источников света лазерный луч имеет высокую когерентность, ионохроматичность и отличается малой расходимостью, что позволяет эффективнее выявлять пороки древесины. На рис. 2.6 представлена схема лазерного устройства для обнаружения пороков древесины. Оно состоит из лазерного сканирующего механизма и миникомпьютера. Сканирующий механизм представляет собой гелий-неоновую двухстороннюю лазерную установку мощностью 3 мВт, последовательно освещающую обе стороны доски при прохождении ее через туннель.
Рисунок 2.6 - Схема лазерной установки
Лазерный луч проходит через оптическую систему и попадает на вращающуюся зеркальную призму и ряд других зеркал. Затем он проходит через отверстие в туннеле. Свет лазера, отраженный от древесины, обнаруживают блоки фотоэлектронного умножителя. Получаемые сигналы подсчитывают и после цифровой обработки передают в миникомпьютер, который обрабатывает и фильтрует поступающие данные, определяет размер и расположение пороков, а также оптимальную схему распиловки.
Лазерное сканирующее устройство может обнаружить трещины, сучки различных размеров.
Считается, что микроволны можно применять также для обнаружения трещин и измерения плотности древесины. Методы, основанные на использовании микроволн, можно легко автоматизировать, и они позволяют быстро проверять пиломатериалы. Следует отметить, что ни один из перечисленных способов не выявляет все виды пороков (табл. 2.1).
Таблица 2.1 Выявление основных пороков древесины и дефектов обработки методом
автоматизированной оценки
Пороки и |
Способы выявления |
|
|
|
|
дефекты |
акустичес |
телевизи |
фотоэлектриче |
радиоволно |
радиацио |
|
кий |
онный |
ский |
вой |
нный |
Сучки |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Гнили |
+ |
± |
± |
+ |
+ |
Сердцевина |
- |
+ |
+ |
- |
- |
Смоляные |
+ |
± |
- |
+ |
- |
кармашки |
|
|
|
|
|
Червоточина |
- |
+ |
+ |
- |
- |
Трешины |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Обзол |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Для более полного учета всех пороков используется несколько способов оценки. Например, та жа фирма Р1аn - Сеll использует для этой цели радиоволновой, радиационный и фотоэлектрический способы контроля.
Для периодического КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ пиломатериалов и заготовок используют тенесветовой микроскоп ТСП-4М и индикаторные глубиномеры.
Рисунок 2.7 - Схема прибора ТСП-4М
Действие прибора ТСП-4М (рис.2.7) основано на получении профиля поверхности методом теневого сечения поверхности пучком параллельных лучей, выходящих из осветителя 2 и падающих на нож 3, лезвие которого свободно лежит на исследуемой поверхности 4, опираясь на наибольшую неровность. Величина профиля неровности (тень), рассматриваемого через окулярный тубус 1 прибора, измеряется с помощью винтового микрометра. Затем вычисляется высота неровностей hнер по формуле:
где Кверт – масштаб увеличения; Нпроф – величина изображения неровности профиля в плоскости окуляра.
Прибор ТСП-4М позволяет регистрировать высоту неровностей (Rzmax) в пределах 60…1600 мкм.
Индикаторные глубиномеры (НЧ-2, НЧ-5, НЧ-10) применяются для контроля дефектов обработки - глубины рисок и выщербин у пиломатериалов, вырабатываемых на лесопильных рамах, круглопильных и ленточнопильных станках, а также волнистости у пиломатериалов, вырабатываемых на фрезерно-брусующих и фрезернопильных установках.
В автоматизированных потоках производства строганой пилопродукции нашли применение пневматические приборы, например, манометрический АКП-1- и ротометрические НШ-Д4. Первый прибор основан на изменении перепада давления, возникающего в специальном дроссельном устройстве; второй - на регистрации изменения расхода воздуха в зависимости от шероховатости поверхности. Приборы тарируются по модельным поверхностям.
4. Содержание отчета о лабораторной работе
4.1.Классификация средств измерения и контроля, применяемых при производстве круглых лесоматериалов, пиломатериалов и заготовок продукции предприятий лесопромышленного комплекса.
4.2.Конструкция и принцип работы измерительного инструмента для оценки качественных характеристик предмета труда и готовой продукции на лесозаготовительных предприятиях.
4.3.Конструкция и принцип работы автоматизированных средств измерения для оценки качественных характеристик предмета труда и готовой продукции на лесозаготовительных предприятиях.
Лабораторная работа № 3
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
Цель работы: Ознакомится с основными методами определения показателей качества продукции и на основе анализа выделить наиболее достоверные применительно к лесозаготовкам.