Измерительный контроль

Погрешностью поворачивающейся пентапризмы является отклонение проходящего через него пучка лучей. Наклоны пентапризмы происходят из-за зазоров направляющих вращение призмы.

Рассмотрим возможные наклоны призмы относительно осей декартовой системы координат.

рис.20. Наклоны призмы относительно осей декартовой системы координат.

Наклон вокруг оси Х не влияет на положение проходящего через призму луча, благодаря инвариантному свойству призмы в главном сечении.

Наклон вокруг оси У не вносит погрешность, т.к. в этом направлении не происходит измерение.

Наклон вокруг оси Z (ось визирования) вносит погрешность измерения, которые относятся к разряду косинусной погрешности.

Оценим величину этой погрешности для габаритов нашей системы.

Угол наклона призмы определяется по формуле (28).

(28)

Где ? - угол наклона призмы;

- величина зазора в направляющих (0.005 мм);

L - расстояние между подшипниками направляющих(80мм).

6,25·10-5

Определим величину погрешности в относительных величинах

(29)

0.001мм

Таким образом, погрешность от наклона призмы не превышает 0,1% от измеренной величины.

Эксплуатационные погрешности:

· Погрешность чувствительности приемника (0.003 мм);

· Погрешность излучательной способности (0.009мм);

· Погрешность отсчета (электронная обработка 0.0001 мм).

Погрешности электронного измерительного канала.

Погрешности электронного тракта являются инструментальными погрешностями, но с другой стороны они разделяются на случайные и систематические.

Систематические погрешности при достаточном уровне исследования могут быть скомпенсированы и учтены и входят в состав дополнительной ошибки.

Случайные погрешности не могут быть скомпенсированы и учтены, и входят в основную ошибку прибора.

Проведем анализ составляющих погрешностей звеньев схемы обработки сигнала, а затем уточним их величину и возможность компенсации систематических составляющих.

Первым звеном электронной системы обработки сигнала является измерительный преобразователь -- фотодиод и именно он определяет возможный динамический диапазон этой системы.

Фотодиод, как источник ошибок измерения, можно охарактеризовать уровнем темнового тока, температурным коэффициентом абсолютной чувствительности фотодиода, уровнем шумового тока и восприимчивостью к электромагнитным помехам внешних источников. Безусловно не надо забывать и о зависимости относительной спектральной чувствительности от температуры. Однако эти температурные вариации существенны в основном на краях рабочего спектрального интервала приемника излучения. При выборе приемника излучения стремимся к обеспечению возможности работы приемника в области максимальной чувствительности, а, следовательно, и вдали от красной и синей границ его спектрального диапазона.

Темновой ток фотодиода и температурная зависимость абсолютной чувствительности достаточно хорошо изученные зависимости. Как отмечают многое авторы, величина темнового тока конкретного прибора может служить мерой температуры его перехода в соответствии с известным выражением для тока полупроводникового диода:

(30)

Где Id - ток фотодиода в конкретном режиме с начальным темновым током;

I0(Т) зависящем от температуры;

V -- напряжение на переходе, которое зависит от схемы использования;

е -- заряд электрона (1,6*10^-19 Кл);

k -- постоянная Больцмана (1,38*10^-23);

T -- абсолютная температура перехода.

Шумовые свойства и восприимчивость к электромагнитным помехам зависят и от исходных свойств материала, технологии изготовления и конструктивного оформления прибора и от режима работы прибора. В соответствии с особенностями решаемых в настоящей работе задач, имеется возможность работы приемника излучения на основе собственного поглощения материала не используя дополнительного легирования для смещения красной границы фотоэффекта. Выше проводилось обоснование выбора типа приемника излучения и его режима работы для обеспечения линейности световой характеристики в большом динамическом диапазоне освещенности или энергетической облученности.

Использование схемы обработки сигнала без предварительной модуляции полезного сигнала приводит к необходимости учета сверх-низкочастотных шумов фотоприемника и входа электронной схемы.

Температурные дрейфы всех усилительных каскадов приведенных ко входу АЦП определят дополнительную систематическую аддитивную погрешность, в то время как температурная зависимость абсолютной чувствительности приемника излучения, температурная зависимость коэффициента передачи канала усиления сигнала приемника излучения и погрешность напряжения опорного источника напряжения формируют величину дополнительной систематической мультипликативной температурной погрешности измерения.

Погрешности АЦП необходимо разделить на методические и инструментальные. Так как даже идеальный квантователь ограниченной разрядности имеет ступенчатую функцию преобразования h(u), то представление реальной аналоговой величины u(t) возможно только с погрешностью;

Где g -- номинальная ступень квантования;

Fr -- символ обозначающий дробную часть числа.

Используемые в составе рабочего средства измерения АЦП двойного интегрирования характеризуются следующими параметрами: число однозначных ступеней квантования равно 1999, погрешность преобразования соответствует 1 емр (единица младшего разряда АЦП), погрешность поддержания опорного напряжения за время преобразования 0,2%, дополнительная температурная погрешность 1 емр при изменении температуры от 10 и до 40 . Дополнительной инструментальной погрешностью будет погрешность опорного напряжения.

Если учесть, что для удобства работы с прибором выбран переход между шкалами по аналоговому сигналу равный 10 , то погрешность представления результата измерения будет:

(32)

Где f6 -- составляющая основной погрешности прибора согласно рекомендациям МКО;

k -- коэффициент перехода между шкалами;

d -- погрешность квантования;

P -- максимальное число квантований.

Величина погрешности получается равной 0,02%.

Проведем рассмотрение прохождения аддитивной составляющей ошибки измерения под воздействием температуры. Диапазон вариаций температуры окружающей среды должен соответствовать ТЗ на создаваемые приборы, для случая приборов цехового контроля этот диапазон обычно ограничивается 20.

Погрешности и возмущения отдельных звеньев проявляются в показаниях прибора с учетом коэффициента связи конкретного звена.

Первое звено электронной схемы -- фотодиод является звеном с наибольшим разбросом параметров, как в части спектральных свойств, так и в части абсолютной чувствительности.

Начальное смещение сигнальной характеристики компенсируется в звене согласующего каскада сигналом компенсатора начального смещения.

Величина темнового тока зависит от температуры в соответствии с изменением темнового тока:

(33)

Тогда систематическая погрешность смещения фотодатчика может быть выражена:

Где Ku -- коэффициент передачи канала от фотодатчика до измерительного АЦП.

Для типового датчика при допустимом интервале изменении температуры окружающей среды величина этой компоненты аддитивной составляющей погрешности измерения оценивается в относительных величинах 0,2 % на младшей шкале прибора.

Как уже отмечалось выше, температурная погрешность опорного источника проявляется, в том числе, в виде смещения компенсации начального уровня. В практике цифровых приборов среднего уровня точности, особенно переносных и малогабаритных, широко используются опорные источники на базе полевого транзистора с p/n переходом. По данным фирмы Siliconix они характеризуются следующими параметрами:

номинальный ток стабилизации -- 0,22 до 4,7 мА

Допуск -- 10%

Температурный коэффициент -- 0,15 %/

Эта температурная погрешность проявляется через величину сигнала компенсирующего начальное смещение и влияние этой погрешности будет тем больше чем больше будет начальное смещение фотодатчика.

С учетом выше сказанного можно написать выражение для зависимости аддитивной составляющей систематической погрешности источника опорного напряжения в виде:

Операционные усилители используемые в составе схемы тоже вносят свой вклад в аддитивную погрешность прибора. С точки зрения ухода начала шкалы прибора все операционные усилители характеризуются величиной начального смешения и его температурным коэффициентом, а так же величиной начальных входных токов, их разностью и их температурным коэффициентом. При правильно спроектированной схеме токовой температурной зависимостью можно пренебречь, и в этом случае остается температурный дрейф начального смещения.

Величина начального смещения усилителя компенсируется в процессе настройки прибора, а температурный коэффициент отдельных звеньев приводит к дополнительной погрешности. Если ввести обозначение для коэффициента передачи от входа данного каскада до входа АЦП вида Kik то выражение для температурного смещения показания прибора из-за дрейфа входных цепей ОУ напишем в виде :

Где ik -- температурный коэффициент i-того каскада.

В случае использовании указанных выше приборов температурный дрейф можно оценить величиной 90 мкВ / К, что при перепаде температуры в 20C приведет к погрешности в 0,2% относительной величины на младшей шкале прибора.

Кроме влияния окружающей температуры, на показания прибора в принципе оказывает влияние изменение напряжения питания электронной схемы. Эти воздействия производятся через смещения начального уровня ОУ и через изменение коэффициента сбора носителей фотодатчика. Современные ОУ характеризуются коэффициентом подавления влияния источника питания на уровне от 90 до 120 дб и нестабильность на уровне долей вольта не оказывает заметного влияния на показания прибора.

Под влиянием вариаций температуры происходят процессы приводящие и к изменению коэффициентов передачи отдельных звеньев. В частности приемник излучения при температурах в близи нормальных характеризуется температурным коэффициентом равным - 0,003 /С. Отмеченная выше температурная погрешность источника опорного напряжения приводит не только к смещению начального уровня , но и к изменению чувствительности АЦП.

Положительный температурный коэффициент опорного источника приводит к возрастанию величины опорного напряжения, что с учетом используемой схемотехники приводит к уменьшению чувствительности прибора.

Выражение для зависимости приведенной чувствительности от изменения рабочей температуры можно привести в виде:

В соответствии с этим выражение для мультикативной составляющей систематической дополнительной температурной ошибки примет вид :

Мультипликативная погрешность является дополнительной и систематической и может быть скомпенсирована в процессе обработки сигнала. Если подставить численные значения температурных коэффициентов в предыдущее выражение, то можно написать выражения для учета этой компоненты систематической погрешности.

Где Ei и Ek -- измеренные и компенсированные значения энергетической яркости.

Для оценки относительной величины вклада отдельных составляющих погрешности приведем сводную таблицу №4 для электронного измерительного канала.

Таблица №4

N	Источник ошибки и ее характеристики
1	АЦП основная дискретизации случайная	0,05%
2	АЦП дополнительная систематическая	0,2 %
3	АЦП дополнит. систематическая от Т	0,02 %
4	ИОН дополнит.систем. мултип. от Т	0,15 %/К
5	ИОН дополнит систем. адоттив. от Т	0,009%/К
6	Фотодиод адитив. систем. допол. отТ	0,002%/К
7	Фотодиод мультип. системат. допол. отТ	0,3%/К
8	Дрейф нуля усилителя случайн. допол.	0,0005%
ИТОГО при работе в цеховых условиях ( Т = 20К ) 2,135 %

Как видно из таблицы, основной вклад в погрешность измерения электронного канала вносят температурные зависимости чувствительности и начального тока фотодиода и источника опорного напряжения.

Аддитивность погрешности начального тока фотодиода ограничивает возможности увеличения чувствительности прибора без аппаратного решения термоконпенсации фотодатчика.

Погрешность усилительного канала 2,135% при использовании приближения Стефана-Больцмана приводит к ошибке измеряемой величины на уровне 0,5%, что удовлетворяет требованиям ТЗ.

Основные влияющие ошибки электронного измерительного канала это ошибка источника опорного напряжения, она является систематической и составляет 0,15% от своего значения в температурном диапазоне 20К, и чувствительность фотодиода. Погрешность фотодиода создает систематическую и дополнительную погрешность измерения, которую можно учесть алгоритмом обработки сигнала и производить компенсацию ее, используя упрощенную схему выделения сигнала. Тогда эта ошибка может быть уменьшена до погрешности схемы аналоговой компенсации 0,3% на 1К (при 20? она составляет 6%), но используя схему компенсации по суммарному сигналу эту погрешность можно уменьшить в 100 раз и более. Для этого надо использовать суммарный сигнал двух площадок фотодиода для формирования опорного напряжения АЦП. В результате действительных значений погрешностей из-за нестабильности фотодиода без использования дополнительных настроек будет уменьшена до уровня 0,06%.

В связи с тем, что инструментальные погрешности в устройстве имеют случайный вид, и их можно измерить только на изготовленном изделии, следовательно, погрешности берем из справочника.

Считаем суммарную погрешность всего устройства по формуле (23):

Суммарная погрешность устройства равна 0,016 мм, что удовлетворяет условию задания, погрешность не должна превышать 0, 02 мм.

7. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Конструкция устройства для контроля плоскостности состоит из двух устройств: базового устройства и измерителя.

В базовое устройство входит узел формирующий световую ось, узел визуального контроля и узел поворотной призмы. Общий вид указан на чертеже ДП.593.001.000 СБ.

Узел формирующий базовую ось включает в себя двухкомпонентный объектив, который смонтирован в цилиндрическом корпусе. Расстояние обеспечивается промежуточным кольцом. Объектив закреплен насыпным методом. Источник излучения зажимается в оправе прижимным кольцом вместе с диафрагмой. Для продольной юстировки положения диафрагмы ее оправа снабжена резьбовой поверхностью. В центре устройства установлена призма-куб, которая прижимается Z- образной планкой.

Узел визуального контроля привинчена труба с перемещающимся окуляром. Окуляр представляет собой двухкомпонентную систему, закрепленную насыпным методом. Перемещение осуществляется при помощи ручки 42, которая сопрягается с криволинейным пазом с деталью корпуса позиции34.

Узел поворотной призмы поворачивается вокруг вертикальной оси устройства. Для этого применяется направляющая вращения, выполненная подшипником позиции 47 и позиции 48. Для регулировки устройства применены юстировочные винты позиции 9. Узел поворотной призмы закрыт кожухом позицией12 и позицией 4.

Измерительное устройство выполнено в виде единого основания позиции 9, на котором смонтированы базовые элементы и базовая часть. Базовые элементы выполнены в виде цилиндрической детали, которые закреплены с нижней частью основания винтами позиции 15 на расстоянии 180мм. Измерительная часть устройства смонтирована в общей втулке позиции 8, в которой крепиться фотодиод. Фотодиод позиции 1 сопрягается с металлическими деталями устройства через диэлектрические кольца позиции 4. Устройство обеспечивается поперечной юстировкой устройства. Для этого конструкция снабжена двумя упорными винтами. Для вертикального перемещения на верхней части основания смонтирована шариковая направляющая позиции 13. Перемещающийся ползун соединен в нижней части с индикаторным щупом позиции 7. В нерабочем положении направляющая фиксируется упорными винтами позиции14. Общий вид измерительного устройства указан на чертеже ДП 593.002.000СБ.

8.ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Электрическая схема включения фотодиода состоит из двух согласующих усилителей, аналогового сумматора, решающего аналогово-цифрового преобразователя и индикатора. Электрическая схема включения фотодиода показана на рисунке 21.

рис.21.Электрическая схема включения фотодиода.

Двух площадочный приемник излучения на базе фотодиода подключен к двухканальному преобразователю ток-напряжение. Для полного обеспечения приемника излучения, его чувствительные площадки соединяются в две группы, горизонтально расположенных, и образуют координатную систему вдоль оси Y.

Фотодиод работает в режиме источника тока с постоянным напряжением на переходе, что обеспечивает большой динамический диапазон изменения сигнала (1010) при сохранении линейности сигнальной характеристики. Сигнал с выхода ток-напряжения поступает на два сумматора, один из которых собран по схеме инвертирующего усилителя и производит сумму сигналов по обоим входам с одним знаком. В результате чего на выходе этого сумматора будем иметь сумму сигналов преобразователя ток-напряжения с противоположным знаком. Второй сумматор собран по схеме дифференциального усилителя. С первого преобразователя ток-напряжения сигнал поступает на инвертирующий вход сумматора через R5, а со второго преобразователя ток-напряжения подается сигнал на инвертирующий вход через R7. Номинал резисторов R5?R8 будут равны. В этом случае напряжение на выходе второго сумматора будет U2-U1. Полученное напряжение сумматоров направляется на АЦП двойного интегрирования.

Основные достоинства АЦП двойного интегрирования заключается в его помехозащищенности, высокой точности и возможности получения сигнала на выходе АЦП пропорционального отношению двух сигналов. Кроме того, выбранная микросхема позволяет прямое подключение жидкокристаллического индикатора к выходу АЦП.

Выход первого сумматора формирует опорный сигнал АЦП. Дифференциальный сигнал подается на основной вход АЦП.

В результате показания на выходе АЦП на панели индикации будет вычисляться по формуле(40):

(40)

9.МЕТОДИКА ЮСТИРОВКИ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ОТ ПЛОСКОСТНОСТИ

9.1 Регулировка фокусного расстояния

Для этой операции используется оптическая скамья, состоящая из коллиматора и микроскопа. В фокальной плоскости коллиматорного объектива расположена сетка с несколькими вертикальными штрихами. Ее изображение получается в фокальной плоскости испытуемого объектива. Это изображение рассматривают посредством микроскопа и измеряют с помощью окуляр-микрометра.

Регулировка фокусного расстояния осуществляется подрезкой промежуточного кольца позиции 14.

9.2 Установка диафрагмы в фокальной плоскости объектива

Юстировка источника излучения включает в себя два этапа: установка диафрагмы в фокальной плоскости объектива и получение максимальной освещенности диафрагмы.

Установка диафрагмы в фокальной плоскости объектива производится с помощью оптической скамьи (аналогично п.9.1). В фокальной плоскости коллиматорного объектива расположено матовое стекло. Продольным перемещением диафрагмы, наблюдая через микроскоп ее изображение, добиваемся резкого изображения. Наклоном источника излучения добиваемся максимального и равномерного заполнения диафрагмы световым потоком.

9.3 Контроль направляющих

Все виды направляющих должны отвечать следующим основным требованиям: иметь необходимые точность и плавность движения, малое трение, малый износ.

Эти требования удовлетворяются за счет выбора материалов сопрягаемых деталей с одинаковым или близким коэффициентом линейного расширения, качественной обработки и подготовки поверхностей направляющих, а также за счет применения качественных смазок.

Сборку узла с направляющими вращательного движения осуществляется следующим образом.

1. Комплектуют шарикоподшипники с валом для посадки их на вал с предусмотренным натягом.

2. Монтаж подшипников.

3. Регулировка подшипников. Она заключается в создании осевого натяга, требуемую величину которого в узлах обеспечивают с помощью подрезки кольца.

4. Контроль сборки направляющих (легкость вращения, биение и др.). Для этого корпус индикатора закрепляют на неподвижной части узла. Касаясь чувствительным элементом индикатора проверяемой поверхности вращающейся детали, по шкале индикатора находят величину биений. На этой стадии сборки осуществляют дополнительную регулировку, чистку и смазку узла.

9.4 Юстировка светоделительного кубика

Юстировка светоделительного кубика осуществляется разворотом самого кубика вокруг визирной оси.

Наблюдая в окуляр, добиваемся резкого изображения пятна на тест-объекте, расположенного на расстоянии 17 м.

Таблица №5

Юстировка устройства для измерения отклонения от плоскостности

Наименование операции	Схема юстировки	Описание операции и оборудование
1.Регулировка фокусного расстояния		Оборудование: оптическая скамья, состоящая из коллиматора-К и микроскопа-М. Наблюдаем через М изображение сетки и измеряем с помощью окуляр-микрометра. Регулировка фокусного расстояния осуществляется с помощью подрезки кольца.
2.Установка диафрагмы в фокальной плоскости объектива		Оборудование: оптическая скамья, состоящая из коллиматора-К и микроскопа-М. Продольным перемещением узла диафрагмы-У.Д., наблюдая через М, добиваемся резкого изображения.
3.Регулировка осевого натяга.		Регулировка осевого натяга обеспечивается с помощью подрезки кольца.
4.Юстировка светоделительного кубика		С помощью разворота светоделитель-ного кубика, наблюдая в окуляр, добиваемся резкого изображения пятна на тест-объекте, расположен-ного на расстоянии 17м.

10.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

10.1Определение состава расчета

Дипломная работа посвящена разработке устройства для контроля плоскостности поверхности. На основании проведенного ранее обзора различных методов и средств контроля плоскостности можно сделать вывод, что устройство имеет аналог, позволяющий получить те же результаты, что и объект разработки. Аналогом является плоскомер ИС-41М. Товарный тип объекта разработки определяется путем анализа рыночной цели его создания. В данном случае товаром является разработка сама по себе, т.е. предназначена для прямой рыночной реализации. В соответствии с этим выбираем вариант расчета №1 [19].

Таким образом, можно определить состав расчетов в экономической части:

-смета затрат на разработку;

-определение конкурентной цены;

- расчет себестоимости;

-экономические результаты.

10.2 Расчет сметы затрат на разработку

В состав сметной стоимости разработки входят следующие статьи затрат:

· Материалы, покупные изделия и полуфабрикаты,

· Специальное оборудование для проведения разработки,

· Основная заработная плата,

· Отчисление на социальные нужды,

· Затраты на электроэнергию для технологических целей,

· Контрагентные работы,

· Прочие затраты,

· Накладные расходы.

Стоимость материалов, покупных изделий, полуфабрикатов См оценивается по действующим рыночным ценам.

Общие затраты на разработку представлены в таблице

Расчет затрат на расходные материалы

Таблица5

№ п/п	Наименование расходных материалов	Ед. изм.	Кол-во	Цена единицы (руб.)	Сумма (руб.)
1	Ватман	шт	7	7	49
2	Бумага для принтера	Упак.	1	90	90
3	Картридж для принтера	шт	1	400	400
				Итого	539

Расчет затрат на специальное оборудование для проведения разработки

Стоимость специального оборудования для проведения разработки Cоб в зависимости от его наличия вычисляется по-разному. При приобретении и использовании наличного оборудования в смету включаются только амортизационные отчисления по нормативам.

Они вычисляются по формуле (40):

(40)

где m - количество видов специального оборудования;

НА - годовая норма амортизационных отчислений;

Цоб - цена единицы оборудования;

tn - время использования оборудования для исследования (работы), число лет.

Таблица 6

№п/п	Номенкла-тура спец. оборудо-вания	Ед. изм	Кол-во единиц	Цена единицы (руб.)	Время использо- вания (лет)	Годов. норма аморт. отчисл.	Итого стоимость спец. оборудов (руб.)
1	Компьютер	шт.	1	18000	0.18	20%	648
2	Принтер	шт.	1	2400	0.18	20%	86

Тогда руб

Основная заработная плата (Сос) определяется по формуле:

(41)

где к -количество категорий разработчиков;

Пmj - количество разработчиков данной категории;

- среднечасовая заработная плата j-ой категории разработчиков, руб;

Р- продолжительность работы, выполняемой работником определенной категории, час.

Разработка конструкции устройства выполняется конструктором и технологом. Они работают в течении трех месяцев, т.е. 62 рабочих дня по 8 часов в день. Заработная плата конструктора составляет 7000 рублей в месяц, заработная плата технолога-5000 рублей в месяц.

Определим среднечасовую заработную плату каждой категории разработчиков.

= 7000:168= 41,66 руб.

= 5000:168=29,76 руб.

Таким образом, основная заработная плата разработчиков составляет 12000 рублей.

Дополнительная заработная плата ( Cдоп) определяется по формуле:

(42)

где - норматив затрат на дополнительную зарплату от основной, = 10…15%.

1200 руб.

Отчисление в социальные внебюджетные фонды определяются по формуле:

(43)

где r- суммарная величина отчислений в социальные внебюджетные фонды (35,6%).

4700 руб.

Затраты на электроэнергию для технологических целей (Сэн) определяется по формуле

(44)

где l- номенклатура оборудования, используемого для разработки;

Wi - мощность оборудования по паспорту, кВт;

Ti- время использования для проведения разработки, час;

Ckr - стоимость одного кВт-час электроэнергии, руб;

Kwi - коэффициент использования мощности (Kwi<1).

Для разработки и испытаний устройства используется следующее оборудование: персональный компьютер в количестве 1 штука и принтер с номинальной мощностью 40 Вт (0,04 кВт) и коэффициентом использования мощности Кwi = 0,4 . Время работы сотрудников за компьютером с принтером 3 месяца, что при 21 рабочем дне продолжительностью 8 часов составит 504 часа. Время работы сотрудников за принтером 1 месяц, что при 21 рабочем дне продолжительностью 8 часов составит 168 часов. При стоимости одного кВт/часа электроэнергии 1,10 руб. имеем:

Сэн = 1,10 * 0,04 * (504 +168) ? 30 руб.

Затраты на командировки ( Ском) не учитываются, так как разработка не требует выезда в командировки.

Стоимость контрагентных работ (Скр), т.е, работ, выполняемых сторонними организациями непосредственно для данной разработки, не учитывается, так как все работы выполняются в одной организации.

К статье "Прочие затраты" (Сп) относятся затраты, связанные с оплатой экспертиз, консультаций, получением патентной информации, арендой помещений и т.п.

Накладные расходы (Сп) начисляются в процентах к основной заработной плате.

Примем в качестве прочих затрат 5% от суммы предыдущих статей, связанных с оплатой консультаций.

Сп = (См +Соб +Сос + Сдоп +Ссф + Сэн +Скр)•0,05. (45)

Подставим величины и получим

Сп = 957 руб

Накладные расходы Сн начисляются в процентах к основной заработной плате (от 70 до 100%). Примем Сн = 80%. Тогда

Сн = 7000 * 0,8 = 5600 руб.

Общая сметная стоимость (Ср) определяется суммированием ее составляющих:

Cр= СМ+Соб+Сос+ Сдоп+ Ссн+Сэн + Сп+ Сн (46)

Полученные данные сведены в таблицу № 7

Таблица № 7

№ п.п	Статьи расходов	Условные обозначения	Затраты по статьям (руб.)
1	Материалы, покупные изделия и полуфабрикаты	СМ	539
2	Спец. оборудование для проведения разработки	Соб	660
3	Основная заработная плата разработчиков	Сос	12000
4	Дополнительная заработная плата	Сдоп	1200
5	Отчисление на социальные нужды	Ссф	4700
6	Затраты на электроэнергию для технологич. целей	Сэн	30
7	Прочие затраты	Сп	957
8	Накладные расходы	Сн	5600
Итого:	Cр	25686

10.3 Определение конкурентной цены объекта

Рыночная цена аналога объекта разработки оптического плоскомера ИС-41 М составляет 35000 рублей.

Конкурентная цена объекта (Цконк) определяется по формуле "Берим":

(47)

где Ца- рыночная цена аналога объекта разработки, руб.;

A,B,..- оценки значимости технико-эксплуатационных характеристик (параметров конкурентоспособности); A+B+…=1;

Возьмем за А -погрешность измерения, за В-габаритные размеры деталей, за С- диапазон измерения отклонений.

X0, Y0…- численные значения технико-эксплуатационных характеристик объекта раработки;(0,02;17000;0,1)

Xa,Ya…- численные значения технико-эксплуатационных характеристик аналога;(0,1;1000;3)

n- параметр нелинейности измерения цены ( усиление конкурентоспособности),

n=0,4…0,7.

Примечание. Отношение … заменяется на отношение , если повышение технико-эксплуатационных характеристик заключается в снижении их численного значения.

10.4 Расчет себестоимости изделия

В состав себестоимости продукции включается следующие статьи затрат:

1. Затраты на сырье и материалы;

2. Затраты на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты;

3. Затраты на технологическое топливо и электроэнергию;

4. Основная заработная плата рабочих;

5. Дополнительная заработная плата рабочих;

6. Отчисление в социальные внебюджетные фонды;

7. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования;

8. Общецеховые условия;

9. Цеховая себестоимость изделия;

10. Общепроизводственные расходы;

11. Общепроизводственная себестоимость изделия;

12. Внепроизводственные расходы;

13. Полная себестоимость изделия.

Таблица №8

№ п.п	Наименование материалов, покупных изделий, п/фабрикатов	Ед. изме-рения	Кол-во	Цена единицы (руб.)	Сумма (руб.)	Транспортно -заготовитель- ные расходы
1	Материалы
1.1	Сталь	кг	3	50	150	1,03
1.2	Алюминий	кг	3	150	450	1,03
1.3	Отрицательная линза	шт	1	150	150	1,03
1.4	Положительная линза	шт	1	100	100	1,03
1.5	Склейка	шт	2	250	250	1,03
1.6	Призма-куб	шт	1	700	700	1,03
1.7	Пента-призма	шт	1	500	500	1,03
1.8	Защитное стекло	шт	2	200	200	1,03
Итого				2500
2	Покупные изделия и п/фабрикаты
2.1	Лазерный диод ОР-651	шт	1	470	470	1,03
2.2	Фотодиод ФД-К-142	шт	1	50	50	1,03
2.3	Подшипники	шт	2	250	500	1,03
2.4	Наглазник	шт	1	15	15	1,03
2.5	Аккумулятор	шт	1	150	150	1,03
2.6	Прочие детали			500	500	1,03
Итого				1685

Стоимость материалов, покупных изделий, полуфабрикатов (См) оценивается по действующим рыночным ценам с учетом величины транспортно-заготовительных расходов по формуле

(48)

где n - число позиций применяемых материалов;

m - номенклатура примененных покупных изделий и полуфабрикатов;

HMi - норма расходов материала, кг;

ЦМi- цена материала, руб/ кг;

НОi- норма реализуемых отходов, кг;

UOi - цена отходов, руб/кг;

Nnj - количество покупных изделий, полуфабрикатов j-го вида;

Цnj - цена покупного изделия, полуфабриката j-го вида, руб;

КТЗ - величина транспортно-заготовительных расходов, КТЗ=(1,03…1,05).

Отсюда получаем: СМ=4185

Для создания данного прибора необходимо участие следующих специалистов:

Фрезеровщик…………. 4 разряд…..……70 руб/час..……...1 чел.

Токарь……………….4 разряд………..…70 руб/час..……...1 чел.

Слесарь…………...4 разряд…………..70 руб/час..……...1 чел.

Сборщик…………….6 разряд………..…80 руб/час..……...1 чел.

Юстировщик………..6 разряд………..…80 руб/час..……...1 чел.

Монтажник эл. части…6 разряд………...60 руб/час..……...1 чел.

Продолжительность работ:

Фрезеровщик………………..16 час

Токарь……………………….16 час

Слесарь…………………….....8 час

Сборщик………………….…..16 час

Юстировщик…………………4 час

Монтажник эл. части………..4 час

Основная заработная плата определяется по формуле:

где k - количество категорий разработчиков;

Пmj - количество разработчиков данной категории;

Зmj - среднечасовая заработная плата j-категории разработчиков, руб.;

Р - продолжительность работы, выполняемой работником определенной категории, час.

Таким образом, получаем:

Расчет затрат на дополнительную заработную плату

Дополнительная заработная плата определяется по формуле:

где d - норматив затрат на дополнительную заработную плату от основной заработной платы d=20%.

Таким образом, получаем:

Расчет затрат на отчисления в социальные внебюджетные фонды

Отчисления в социальные внебюджетные фонды определяются по формуле:

где r - суммарная величина отчислений в единый социальный налог 35,6%

Таким образом, имеем:

Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования определяются по нормативу к сумме статей 2 и 3 (100%).

Сэксп = (4440 + 890) = 5330 руб.

Цеховые расходы определяются по нормативу от суммы затрат по статьям 2, 3 и 5 (30%).

Сцех =(4440+890+5330)·0,3 =3200 руб.

Цеховая себестоимость изделия определяется суммой затрат по статьям 1 - 6.

Собпрсеб =(4185+4440+890+1900+5330+3200) ? 20000руб.

Общепроизводственные расходы определяются по нормативу к статье 7 (20-30%).

Свнпр = 20000 · 0,25 =5000 руб.

Общепроизводственная себестоимость изделия определяется суммой затрат по статьям 7 и 8.

Собпрсеб = (20000 + 5000) = 25000 руб.

Внепроизводственные расходы определяются по нормативу к статье 9 (10-20%).

Свнпр = 25000 * 0,15 = 3750 руб.

Полная себестоимость изделия определяется суммой затрат по статьям 9 и 10.

Спсеб = (25000 + 3750) = 28750 руб

10.5 Определение экономических результатов

Прибыль от реализации объекта разработки (Пр):

(49)

40250 - 28750 = 11500 руб

Рентабельность объекта разработки (Рр):

(50)



Срок окупаемости затрат на разработку (Ток):

(51)

Полученные данные сведены в таблицу №9.

плоскостность лазерный диафрагма

Таблица № 9

№ п.п	Показатели	Ед. изм.	Аналог	Устройство
1.	Технико-эксплуатационные показатели
1.1	Погрешность измерения	мм	0,1	0,02
1.2	Габариты измеряемых деталей	мм	10000х10000	12000х12000
1.3	Диапазон измеряемых отклонений	мм	0 +1	±1,5
1.4	Регистрация результатов	-	не автоматическая	автоматическая
1.5	Получение результатов	-	путем пересчета	сразу
2	Экономические показатели
2.1	Прибыль	руб.	-	11500
2.2	Рентабельность	%	-	40
2.3	Срок окупаемости	год	-	2,24

11.БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА

11.1 Условия эксплуатации устройства

Дипломная работа посвящена разработке устройства для контроля плоскостности. Устройство предназначено для контроля плоскостности корпусных деталей, станков, машин, приборов, устройств и отдельных элементов. Проанализируем факторы, определяющие условия эксплуатации устройства для контроля плоскостности и предоставим их в виде таблицы.

Таблица № 11

Характеристика условий эксплуатации устройства

№ п.п	Наименование фактора	Показатели фактора	Нормативные документы
1.	Место эксплуатации устройства	Цех
2.	Вид исполнения конструкции	переносная
3.	Вес устройства (ориентировочный), (кг)	4
4.	Температура воздуха,(?С)	22-24	Гост 12.1.005-88
5.	Относительная влажность воздуха (%)	40-60	ГОСТ 12.1.005-88
6.	Тип пола	Неэлектропроводный
7.	Токопроводящая пыль	Отсутствует
8.	Химически активная среда	Отсутствует
9.	Металлоконструкции, соединенные с землей	Отсутствует
10.	Твердые или жидкие горючие вещества	Отсутствует
11.	Пыле-паро-газовоздушные взрывчатые смеси	Отсутствует
12.	Минимальная освещенность (лк)	100	СНиП 23-05-95
13.	Вид питающей сети	220	ГОСТ12.1.038-82
14.	Другие факторы (шум, вибрация, ЭМП и т.д.	Отсутствует	ГОСТ 12.1.003-83 ГОСТ 12.1.012-90 ГОСТ 12.1.006-84

11.2 Анализ и выявление потенциально опасных и вредных факторов на начальной стадии проектирования конструкции устройства для контроля плоскостности

Устройство предназначено для контроля плоскостности корпусных деталей, станков, машин, приборов, устройств и отдельных элементов. В качестве источника излучения используется полупроводниковый лазерный диод. Устройство имеет передвигающую часть - устройство для измерения отклонений.

На основании ГОСТ 12.0.003-83 [22] составим перечень потенциально опасных и вредных факторов, возникающих при эксплуатации установки.

Физические опасные и вредные производственные факторы:

· передвигающиеся изделия;

· повышенная яркость света.

Психофизиологические опасности:

· нервно- психические перегрузки;

· умственное перенапряжение и монотонность труда.

11.3 Расчет лазероопасной зоны

Лазерное излучение характеризуется монохроматичностью, высокой когерентностью, чрезвычайно малой энергетической расходимостью луча и высокой энергетической освещенностью.

В облучаемом лазерным лучом веществе возможны проявления как чисто электрических, так и химических эффектов, приводящих к ослаблению связей между молекулами, их поляризации, вплоть до ионизации молекул облучаемого вещества.

Таким образом, лазерное излучение, безусловно, представляет опасность для человека. Наиболее оно опасно для органов зрения. Практически на всех длинах волн лазерное излучение проникает свободно внутрь глаза. Лучи света, прежде чем достигнуть сетчатки глаза, проходят через несколько преломляющих сред: роговую оболочку, хрусталик и, наконец, стекловидное тело. Наиболее чувствительна к вредному излучению сетчатка. В результате фокусирования на малых участках сетчатки могут концентрироваться плотности энергии в сотни и тысячи раз больше той, которая падает на переднюю поверхность роговицы. Энергия лазерного излучения, поглощения внутри глаза, преобразуется в тепловую энергию. Нагревание может вызвать различные повреждения и разрушения глаза.

Ткани живого организма при малых и средних интенсивностях облучения почти непроницаемы для лазерного излучения. Поэтому кожные покровы оказываются наиболее подверженными его воздействия. Степень этого воздействия определяется, с одной стороны, параметрами самого излучения: чем выше интенсивность излучения и чем длиннее его длина волна, тем сильнее воздействие; с другой стороны, на исход поражения кожи влияет степень ее пигментации. Пигмент кожи является как бы своеобразным экраном на пути излучения в расположенные под кожей ткани и органы. Эти последствия относятся к случаям прямого облучения вследствие грубых нарушений в эксплуатации лазерных установок. Рассеяно или концентрированно отраженное излучение малой интенсивности воздействует значительно чаще, результатом могут быть различные функциональные нарушения в организме - в первую очередь в нервной и сердечно-сосудистой системах. Лица, работающие в условиях воздействия лазерного отраженного излучения повышенной интенсивности, жалуются на головные боли, повышенную усталость, беспокойный сон, чувство усталости и боли в глазах. Эти неприятные ощущения проходят без специального лечения после упорядочного режима труда и отдыха и принятия соответствующих защитных профилактических мер.

Нормирование лазерного излучения осуществляется по предельно допустимым уровням облучения (ПДУ). Это уровни лазерного облучения, которые при ежедневной работе не вызывают у работающих заболеваний и отклонений в состоянии здоровья.

Согласно «Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров» - СН 5804-91- ПДУ лазерного излучения определяется энергетической экспозицией облучаемых тканей (ДЖ см-2).

Лазеры по степени опасности генерируемого ими излучения подразделяются на четыре класса:

1 класс - выходное излучение не представляет опасности для глаз и кожи;

2 класс - выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркально отраженным излучением;

3 класс - выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и (или) при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением;

4 класс - выходное излучение представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности.

Класс опасности лазерной установки определяется на основании длины волны излучения ?(мкм), расчетной величины энергии облучения Е (ДЖ) и ПДУ для данных условий работы.

Определение уровней облучения персонала для лазеров 2?4 классов должно проводиться периодически не реже одного раза в год в порядке текущего санитарного надзора.

Кроме того, осуществляется контроль за соблюдением:

- предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны;

- предельно допустимых уровней виброскоростей;

- предельно допустимых уровней электромагнитных излучений;

- предельно допустимых уровней ионизирующих излучений.

Лазеры 2?4 класса должны снабжаться сигнальными устройствами, работающими с момента начала генерации до ее окончания. Конструкция лазеров 4 класса должна обеспечиваться возможностью дистанционного управления.

Для ограничения распространения прямого лазерного излучения за пределы области излучения лазеры 3?4 класса должны снабжаться экранами, изготовленными из огнестойкого, неплавящегося светопоглащающего материала.

Лазеры 4 класса должны размещаться в отдельных помещениях. Внутренняя отделка стен и потолка должна иметь матовую поверхность. Для уменьшения диаметров зрачков необходимо обеспечить высокую освещенность на рабочих местах ( более 150 лк).

В том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить достаточной защиты, применяются средства индивидуальной защиты (СИЗ)- противолазерные очки и защитные маски.

Наш лазер относится к 2 классу опасности.

Для обеспечения безопасности персонала, обслуживающего лазерные установки, необходимо определить границы лазероопасной зоны (ЛОЗ), т.е. пространства, в пределах которого уровень лазерного излучения превышает ПДУ.

Лазер, который используется в данном дипломном проекте, генерирует излучение с длиной волны ?= 650 нм. Оно создает на отражающей поверхности пучок диаметром 8 мм. Мощность излучения лазера 5 мВт, коэффициент отражения излучения поверхностью 0.5. Расстояние от места нахождения оператора до отражающей поверхности находится на расстоянии мм. Угол между нормалью к поверхности и направлением наблюдения 45?. Время воздействия излучения принимается равным рефлекторной реакции глаза 0.25с.

Определим ПДУ энергетической экспозиции на роговице глаза.

Угловой размер источника излучения ( пятна на поверхности):

 (52)

где d - диаметр пятна излучения лазера, см;

? - угол между нормалью к поверхности источника и направлением наблюдением наблюдения, град;

R - расстояние от поверхности до точки наблюдения.

0.012

Далее находим ПДУ излучения, не вызывающие первичных Н1 и вторичных и Н2 биологических эффектов:

(53)

где Н1- энергетическая экспозиция на роговице глаза в зависимости от длительности воздействия и углового размера источника при максимальном диаметре зрачка d3;

k1- поправочный коэффициент на длину волны излучения.

где Нj - энергетическая экспозиция на роговице глаза в зависимости от длины волны излучения;

Фp - фоновая освещенность роговице глаза (для d3 =8 мм; Фр=10-2лк).

Н1= 8·10-3 ДЖ/см2

Н2=6.5·10-7ДЖ/ см2.

В качестве ПДУ принимаем 6.5·10-7ДЖ/ см2. Так как граница , то граница ЛОЗ определяется по формуле:

 (54)

где Lе - энергетическая яркость отражающей поверхности;

Sq - площадь пятна на отражающей поверхности;

-угол между направлением визирования и нормалью к поверхности;

-энергетическая освещенность на роговице глаза.

Sq= 0.05 см

=2.6·10-6 Вт/см2 (55)

Энергетическая яркость поверхности Lе может быть определена из соотношения:

(56)

где Ее - энергетическая освещенность поверхности;

- коэффициент отражения поверхности.

=0.1 (57)

Lе=0.01

Rгр= 11,6 см

Так как границы ЛОЗ находится от лазерной установки ближе чем оператор, то ему не нужно использовать защитные очки.

11.4 Описание мероприятий, обеспечивающих безопасность планируемых исследований

Безопасность планируемых изделий должна быть обеспечена в соответствии с ГОСТ12.2.003-91. Оборудование производственное:

- материалы конструкции не оказывают опасное и вредное воздействие на организм человека при всех предусмотренных условиях эксплуатации (сталь, алюминий);

- конструкция исключает на всех предусмотренных режимах нагрузки на сборочные единицы, способные вызвать разрушение, представляющие опасность для рабочих;

- элементы конструкции не имеют острых кромок, углов, заусенцев и поверхностей с неровностями, представляющими опасность травмирования работающих (предусмотрены фаски размером 1мм Х 45?);

-конструкция исключает ошибки при монтаже, которые могут явиться источником опасности;

-рабочее место, его размеры и взаимное расположение элементов (органов управления, средств отображения информации, вспомогательного оборудования) должны обеспечивать безопасность при использовании устройства для контроля плоскостности по назначению, техническом обслуживании, ремонте и уборке, а также соответствовать эргономическим требованиям;

- система управления устройством исключает возникновение опасности в результате совместного функционирования всех единиц устройства для контроля плоскостности.

11.5 Пожарная безопасность

Согласно ГОСТ 12.1.013.-78 и учетом эксплуатации электроустановок классифицируем помещение для эксплуатации по степени поражения людей электрическим током, как помещение без повышенной опасности.

Помещение по взрыво-пожароопасности относится к категории Д (согласно СНиП II-90-81) и должно удовлетворять требованиям по предотвращению и тушению пожара по

ГОСТ 12.1.004-85. Обязательно наличие телефонной связи и пожарной сигнализации. Материалы, применяемые для отделки рабочих помещений, должны быть огнестойкими. В цеху должны быть размещены углекислотные огнетушители типа ОУ-2, ОУ-5, ОУ-8. В качестве вспомогательного средства тушения пожара могут использоваться гидрант или устройства с гибкими шлангами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.МарковН.Н.,Ганевский Г.М. Конструкция, расчет и эксплуатация измерительных инструментов и приборов.-М.:Машиностроение, 1981.-367с.,ил.

2.Кутай А.К., Романов А.Б., Рубинов А.Д. Справочник контрольного мастера.-Л.: Лениздат, 1980.-304с.,ил

3.Справочник по производственному контролю в машиностроении / под ред. А.К.Кутая- Л.:Машиностроение, 1974.-676с., ил

4. Якушенков Ю.Г. Основы оптико-электронного приборостроения.-М.: Советское радио,1981.263с.,ил

5.Проектирование оптико-электронных приборов / под ред. Ю.Г.Якушенкова-М.: Машиностроение,1981.-263с., ил.

6. Вагнер Е.Т. и другие Лазерные и оптические методы контроля в самолетостроении. - М.: Машиностроение, 1977.-176с

7.Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения.-Справочник- М.: Радио и связь,1987. 296с.,ил

8. Справочник конструктора оптико-механических приборов / под ред. В.А. Панова.-Л.: Машиностроение,1980.-742с.,ил

9.Ишанин Г.Г.Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов.Л.:Машиностроение, 1986.-175с, ил

10.Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов.Л.;Машиностроение, 1982.-237с.,ил

11.Ключникова Л.В. , Ключников В.В. Проектирование оптико-механических приборов.СПб.:Политехника,1994.-206с,ил

12.Якушенков Ю.Г.Теория и расчет оптико-электронных приборов.-М.;Машиностроение,1989.-360с.ил.

13.Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. Теория оптических систем.М.,Машиностроение,1973.488с

14. Чуриловский В.Н. Теория оптических приборов.М.,Машиностроение.1966.-564с

15.Кулагин В.В. Основы конструирования оптических приборов.Л.: Машиностроение.1982.-312с.,ил

16.Гутников В.с. Интегральная электроника в измерительных устройствах.-Л.:Энергоатомиздат,1988.-304с.ил

17. Ефремов А.А., Законников В.П., Подобрянский А.В. Сборка оптических приборов .-М.,Высшая школа.1978.-296с.,ил.

18 ЕльниковН.Т., Дитев А.Ф., Юрусов И.К. Сборка и юстировка оптико-механических приборов. М., Машиностроение,1974.-348с

19 Экономическая часть дипломных разработок. Методические указания для студентов технических специальностей всех форм обучения.- ИТМО,1998

20Латыев С.М. Конструирование точных ( оптических) приборов: части1-3:учебное пособие.-СПб., 1999-2002

21.ГОСТ 24642-81 (СТСЭВ301-76) Допуски и формы расположения поверхностей

22. ГОСТ12.0.003-83 Опасные и вредные производственные факторы

23 ГОСТ 12.2.003-91 Оборудование производственное

24.СНиП 5804-91

Размещено на Allbest.ru