Контрольные автоматы | ТМ 1940-06

В статье Т. Введенского рассматривается эволюция систем автоматической проверки в промышленности. Автор показывает, что рост производительности оборудования потребовал новых методов контроля, так как ручные способы оказались слишком медленными и неточными. Появились специальные устройства, которые самостоятельно сортировали изделия и исключали дефекты, обеспечивая стабильность работы сложных механизмов.

Далее описываются различные принципы действия таких установок: механические решения с рычагами и упорами, оптические схемы с использованием света и зеркал, а также электрические и магнитные методы измерения. Приводятся примеры применения этих технологий для проверки металлических элементов, подшипниковых колец и деталей двигателей.

Заключительная часть подчёркивает значение автоматизированного контроля для повышения качества продукции. Машины способны обрабатывать тысячи единиц за час, исключая человеческие ошибки и снижая вероятность аварий. Таким образом, внедрение подобных систем стало важным шагом в развитии машиностроения и обеспечении надёжности выпускаемых изделий.

---

Т. ВВЕДЕНСКИЙ

С каждым годом автоматика проникает все глубже и глубже в современное машиностроение. Уже сейчас очень многие цехи машиностроительных заводов полностью оборудованы станками-автоматами и полуавтоматами. В таких цехах рабочих немного. А количество выпускаемой продукции так велико, что нужна целая армия контролёров, чтобы проверить все изготовленные детали.

Контролёр, проверяющий детали вручную, скобами или на стрелочных приборах, не может поспеть за станком-автоматом. Да и качество ручной проверки стоит недостаточно высоко. Человек может ошибиться и случайно пропустить неправильно изготовленную деталь. А это, в свою очередь, может нарушить работу машины, вызвать усиленный износ, иногда даже и аварию. Поэтому на некоторых заводах наряду со станками-автоматами работают ещё и контрольные автоматы, предназначенные для сортировки и отбраковки деталей.

Один из первых контрольных автоматов был изобретён ещё в 1871 г. Механик Зейс сконструировал самодействующую машину для юстировки (сортировки по весу) монетных кружков. Монетное дело по тому времени достигло высокой механизации. Юстировка же производилась вручную, на маленьких весах. За день с большим трудом рабочий мог рассортировать около 8 тыс. монетных кружков. После того как был введён автомат Зейса, тот же рабочий, обслуживая одновременно две машины, сортировал за день уже 30 тыс. монетных кружков.

Машина Зейса устроена просто. В магазин закладывается столбик монетных кружков. При каждом повороте кулачка, который приводится во вращение от трансмиссии, один кружок подаётся на чашку весов. Если кружок имеет нормальный вес, то коромысло весов остаётся в покое. Если же кружок легче или, наоборот, тяжелее нормального, то коромысло будет наклоняться в ту или другую сторону. Когда, например, кружок имеет вес больше нормального, то коромысло наклоняется вправо. При этом грузики, висящие на коромысле, последовательно, один за другим снимаются ступенчатым упором. В зависимости от веса снятых грузиков, который представляет собой разницу весов данного кружка и нормального, чашка весов устанавливается против определённого жёлоба приёмника.

Как только равновесие достигнуто, открывается заслонка, и проверенный кружок падает в приёмник.

Самодействующая контрольная машина для сортировки монетных кружков: 1 — магазин, 2 — подающий механизм, 3 —  коромысло весов, 4 — груз, 5 — грузики, 6 — упоры, снимающие грузики с коромысла, 7 — заслонка, 8 — приёмник.

В 1869 г. француз Сиругей изобрёл шарикоподшипник, который вскоре же нашёл себе широкое применение в велосипеде. Начавшееся в конце XIX столетия массовое производство велосипедов потребовало громадное количество точно выверенных шариков. Эти шарики должны обладать определённой твёрдостью. Первоначально применялся способ выборочного контроля твёрдости. Из партий закалённых шариков брали несколько штук и проверяли их твёрдость под молотом. Слишком твёрдые раскалывались, а слишком мягкие сплющивались. По этим пробным шарикам судили о всей партии.

Но такой способ очень ненадёжен и неудобен. Уже в конце прошлого века появился весьма остроумный автомат для сортировки шариков по степени их твёрдости. Шарики из воронки поступают на маленький барабан с четырьмя прорезями и затем падают один за другим, на твёрдую плиту. В зависимости от своей твёрдости шарики отскакивают на разную высоту, попадая при этом в соответствующий приёмник.

Схема автомата для сортировки шариков по твёрдости. Из воронки 1 шарики подаются на вращающийся барабанчик 2 с четырьмя прорезями и затем сбрасываются на твёрдую плиту. В зависимости от твёрдости шарики отскакивают на разную высоту, попадая на один из приёмников 3.

Такой принцип контроля твёрдости шариков применяется и сейчас. Для сортировки же шариков по диаметру Вильгельм Гегеншейд изобрёл автоматический меритель-классификатор. Шарик катится по жёлобу, на дне которого устроена постепенно расширяющаяся щель. Как только шарик достигнет того места, где ширина щели равна его диаметру, шарик проваливается. Под щелью установлено девять ящиков, предназначенных для шариков девяти различных диаметров. Каждый диаметр отличается от смежных с ним на 0,1 миллиметра.

Автоматический меритель-классификатор конца XIX века. Шарики катятся по наклонному жёлобу, на дне которого устроена постепенно расширяющаяся щель. Под жёлобом установлено девять ящиков, в которые и проваливаются шарики девяти различных диаметров.

Конструктивно совершенствуясь, этот способ контроля и сортировки дошёл до нашего времени. Точность сортировки стала, конечно, много выше. Основанные на этом же принципе, наши советские сортировочные машины, изготовленные заводом «Калибр», сортируют шарики с точностью до 0,002 миллиметра и пропускают в час до двух тысяч пятисот штук.

Лихорадочная подготовка к мировой империалистической войне 1914—1918 гг. вызвала высокую механизацию военной промышленности. В это время появился изготовленный немецкой фирмой «Фриц Вернер» автоматический контрольный станок для проверки гильз ружейных патронов. Имя изобретателя этого остроумного автомата нам неизвестно, так же как неизвестны имена многих тысяч талантливых конструкторов, обезличенные изобретения которых стали собственностью капиталистических предприятий. Машина носит имя фирмы, а изобретатель неизвестен.

На автомате для контроля гильз ружейных патронов проверка производится посредством специальных головок, собранных на общем основании в один контрольный агрегат.

Автомат для контроля гильз ружейных патронов.

Каждая головка при этом проверяет лишь один определённый размер.

Проверяемые детали — гильзы — подаются автоматически из магазина и проходят от одной головки к другой.

В каждой из головок имеется контрольный штифт, который посредством рычага поворачивает защёлку в определённое положение. Каждое такое положение зависит от размера проверяемой гильзы. Защёлка находится между двумя ползунами. Ползуны могут двигаться взад и вперёд. Если размер изделия выдержан в заданных пределах, то конец защёлки встанет между ползунами, оба ползуна передвинутся, и изделие по мостику будет передано на следующую позицию. Если же размер неверен, защёлка запрет один из двух ползунов. Он останется на месте, откроется люк, и изделие попадёт в брак.

Схема механической головки автомата для контроля ружейных гильз: 1 — проверяемая гильза, 2 — контрольный штифт, 3 — рычаг, 4 — защёлка, 5 — ползуны.

Механический принцип контроля и сортировки изделий нередко применяется и сейчас. Но сложность механизмов, имеющих большое количество быстро изнашивающихся частей, делает их работу недостаточно надёжной. Необходима частая проверка и регулярная повторная наладка автомата.

Успехи телемеханики позволили сконструировать более современные контрольные автоматы. Фотоэлемент «электрический глаз», наблюдающий за стрелкой измерительного прибора, смог заменить глаз человека.

При помощи фотоэлемента легко можно производить не только браковку изделий на годные и негодные, но также и сортировать их по размерам. Так, автомат для контроля секторов телефонных аппаратов сортирует их на девять групп; при этом толщина смежных секторов разнится друг от друга всего на 0,012 миллиметра.

Автомат для сортировки секторов телефонных аппаратов.

Сектор автоматического телефонного аппарата представляет собой тонкую металлическую пластинку. В магазине сортировочного автомата эти пластинки лежат столбиком. Кривошипный механизм подаёт к контрольному штифту один сектор за другим. В зависимости от толщины проверяемого сектора контрольный штифт встаёт в определённое положение, при этом посредством рычага он поворачивает маленькое зеркальце. На это зеркальце от лампы направляется луч света. Отражаясь от зеркальца, он попадает на один из девяти фотоэлементов.

Как только на фотоэлемент попадает свет, в цепи возникает ток. Посредством так называемого электронного реле, представляющего обычную катодную лампу, какая применяется во всех радиоприёмниках, ток усиливается. Проходя через электромагнит управляющего устройства, ток притягивает якорёк, который открывает заслонку одного из люков. Изделие попадает в соответствующую его размерам ячейку. Пропускная способность этой машины очень высока — 4 тыс. секторов в час.

Схема автомата для сортировки телефонных секторов: 1 — контрольный штифт, 2 — рычаг, 3 — зеркало, 4 — фотоэлементы, 5 — усилитель, 6 — соленоид, 7 — заслонка.

Однако при всех своих достоинствах автомат с фотоэлементами имеет и недостаток — некоторую сложность электрической части. Гораздо проще контрольный автомат советской конструкции, изготовленный Бюро взаимозаменяемости Народного комиссариата тяжёлого машиностроения по предложению инж. Н. Ф. Рымаря. В этом автомате применяется контактный метод измерения.

Автомат инж. Рымаря, как и все автоматы, имеет магазин, в который закладываются проверяемые изделия — валики. Из магазина изделия подаются под мерительную контактную головку. Головка имеет рычаг, качающийся на оси, и два изолированных контактных винта. Контрольный штифт упирается в рычаг и заставляет его перекашиваться в ту или другую сторону, в зависимости от отклонения размера изделия от нормального. Размеры валика «взвешиваются». Если он больше допустимого размера, рычаг касается одного винта, если меньше — другого.

Мерительная головка автомата инж. Рымаря. Измеряемое изделие 4 подаётся под мерительный штифт 3, который упирается в рычаг 2. Если размер изделия отклоняется от нормального, рычаг перекашивается в ту или другую сторону, касаясь одного из контактных винтов 1. Размеры изделия, таким образом, как бы взвешиваются.

Когда валик имеет правильный размер, контакта, не происходит.

Через мерительную головку пропускается ток. Во время контакта он усиливается электронной лампой и приводит в действие сортировочное устройство, которое, как и в предыдущем случае, состоит из электромагнитов, открывающих заслонки.

Интересно наблюдать этот автомат во время работы. Плавно двигается мерительная головка, то опускаясь на проверяемый валик, то поднимаясь вверх. Валики один за другим быстро катятся вниз по наклонной плоскости. Вдруг неожиданно открывается заслонка, и бракованный валик падает вбок. Пропускная способность контрольного автомата инж. Рымаря — две тысячи триста изделий в час.

Существуют автоматы, которые производят полную проверку всех элементов изделия. Такого типа контрольный автомат работает, например, на заводе Форда. Он предназначен для проверки одной из ответственнейших деталей автомобильного мотора — толкателя.

Передняя часть контрольного автомата Форда для проверки размеров толкателей. Справа — магазин с толкателями, слева — ящики для брака. Под стеклом — мерительные головки.

Толкатель — это короткий валик, который передаёт движение от кулачкового валика клапану цилиндра. Толкателю во время работы мотора приходится производить очень большое число быстрых, резких движений взад и вперёд. Если толкатель будет недостаточно твёрдым, если в нем будут трещины или размеры его будут неверны, то сердце автомобиля — мотор — быстро выйдет из строя.

Автомат производит одиннадцать разных замеров и пропускает за час две тысячи сто толкателей. Изделия загружаются вручную; с передней части автомата они передаются дальше от одной контрольной операции к другой автоматически; забракованные отбрасываются в сторону и падают в один из одиннадцати ящиков брака.

Особенно интересно, как на этом автомате производятся две первые операции: проверка твёрдости и проверка наличия трещин. Для контроля твёрдости применяется так называемый склероскоп. Устройство его основано на том, что падающий с определённой высоты на проверяемую поверхность боек с алмазным наконечником отскакивает тем выше, чем твёрже поверхность. Склероскоп широко применяется в технике для измерения твёрдости калёных изделий.

В автомате Форда к обычному склероскопу добавлен ещё фотоэлемент. Если твёрдость толкателя не ниже нормальной, то боек, отскакивая, прерывает световой луч. Фотоэлемент при этом срабатывает и изделие как годное передаётся на следующую позицию. Когда же толкатель закалён плохо, боек отскакивает недостаточно высоко и не прерывает луча. Толкатель тогда сбрасывается в первый ящик брака.

Не менее интересна и вторая операция, при помощи которой определяют, нет ли в изделии трещин. Маленький молоточек ударяет по толкателю. При этом слышен звук определённого тона. Если трещин нет, звук сильнее и слышен дольше. Специальный микрофон улавливает звук, и если тон его не соответствует тону нормального изделия, то толкатель сбрасывается в ящик брака.

На следующих девяти позициях автомата проверяются линейные размеры толкателя, его диаметр, длина и т. д. Проверка производится электрическими приборами, которые похожи на уже описанные выше. Исправные толкатели аккуратно укладываются автоматом в специальный ящик.

Автомат аккуратно укладывает проверенные толкатели (слева).

Проверка твёрдости изделий посредством склероскопа с фотоэлементом применяется не только в машине Форда, но и на многих других автоматах.

*

Ещё интереснее магнитный способ проверки твёрдости стальных деталей. Если мы поставим такую деталь перед полюсом электромагнита и пропустим через него ток, то деталь намагнитится. Пропуская затем ток в обратном направлении, мы снова можем размагнитить её или даже перемагнитить, так что полюса переменятся местами.

Сила тока, необходимая для размагничивания изделия, зависит от состава стали и в ещё большей степени от её твёрдости. Применяя для намагничивания и размагничивания ток определённой силы, можно по наличию остаточного магнетизма судить о твёрдости детали.

На этом принципе и основан сконструированный инж. Нифонтовым контрольный автомат для проверки твёрдости колец шарикоподшипников, работающий сейчас на Первом ГПЗ имени Л. М. Кагановича.

Проверяемое кольцо подшипника подаётся из магазина к электромагниту и намагничивается. Затем через тот же электромагнит пропускается ток в обратном направлении. Магнитная стрелка в зависимости от величины размагничивания замыкает или размыкает контакт. Электромагнит открывает или закрывает сбрасыватель, и кольцо в зависимости от его твёрдости направляется в соответствующий приёмник.

Схема электромагнитного контрольного автомата инж. Нифонтова для сортировки колец подшипника по твёрдости: 1 — проверяемое кольцо, 2 — электромагнит, 3 — магнитная стрелка, 4 — контакт, 5 — сбрасыватель.

*

Контрольные автоматы получают на наших заводах все большее и большее распространение. Советские изобретатели разработали целый ряд автоматов для сортировки и отбраковки всевозможных деталей. Широкое применение контрольной автоматики приводит к повышению качества выпускаемых изделий. Машина контролирует точнее, чем человеческий глаз и человеческая рука.