Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы контроля и определения состава веществ

Диссертационная работа:

Чичигин Борис Анатольевич. Разработка методов и средств лазерного контроля геометрии лопаток газотурбинных двигателей : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.13 / Чичигин Борис Анатольевич; [Место защиты: Моск. науч.-произв. об-ние "Спектр"].- Москва, 2007.- 206 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/5129

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Научно-технический прогресс в таких ведущих отраслях экономики как авиакосмический и нефтегазовый комплексы, электроэнергетика, атомная промышленность требует применения изделий все более сложной формы с одновременным ужесточением требований к точности их изготовления.

В этом ряду особо выделяется область авиационного двигателестроения. Достижения в этой отрасли в большой мере определяет политическую и экономическую безопасность страны. Наряду с этим, технологии, созданные для авиационных двигателей, с успехом применяются в других национально приоритетных областях: энергетике, транспорте, при транспортировке газа и многих других.

Основной современного авиадвигателестроения является газотурбинный двигатель. Лопатки ГТД являются наиболее массовыми деталями, их общее число в двигателе может доходить до 3000.

Надежность газотурбинных двигателей в значительной степени зависит от надежности работы лопаток компрессора и турбины, так как они являются наиболее нагруженными деталями. Они находятся в потоке газа и предназначены для изменения его параметров. Температура газа в турбине достигает 800...1200 С, в компрессоре - 300...600 С. Многократное изменение тепловых режимов работы двигателя – быстрый нагрев в момент пуска и быстрое охлаждение при остановке двигателя – вызывает циклическое изменение термических напряжений. Лопатка помимо растяжения и изгиба от центробежных сил, изгиба и кручения от газового потока испытывают переменные напряжения от вибрационных нагрузок, амплитуда и частота которых изменяются в широких пределах.

Контроль лопаток – важная и неотъемлемая часть технологического процесса их изготовления. В процессе производства контролю подлежат десятки геометрических параметров лопаток, определяемые требованиями технических условий, конструкторской и технологической документации, утвержденными образцам, эталонам и условиями поставки. Лопатка ГТД представляет собой изделие с очень сложной геометрической формой, и задача контроля геометрии лопаток ГТД стоит очень остро.

Принимая к рассмотрению пространственную сложность формы лопаток ГТД для обеспечения подобных объемов контроля необходимо проводить измерения многих десятков геометрических параметров для каждой лопатки.

Средства измерения, используемые в настоящий момент на отечественных серийных авиастроительных предприятиях, в большинстве своем, устарели. С течением времени становится все сложнее продлевать срок их эксплуатации. Подобные средства измерения связанны с субъективной человеческой составляющей.

Современные методы контроля геометрии изделий можно разделить на два больших класса – контактные (координатно-измерительные машины, щуповые приборы, измерительные проекторы и т. д.) и бесконтактные, среди которых наиболее распространены МСС, триангуляционные и стереоскопические. Стереоскопические средства контроля отличаются низкой производительностью и малой точностью. Триангуляционные средства контроля конструктивно сложны, и как следствие – проигрывают в эффективности. Особый интерес представляет МСС. Его сущность заключается в проектировании на поверхность объекта узкой световой полоски и наблюдении ее формы, адекватной профилю изделия под углом, отличным от направления освещения. Достоинства метода – бесконтактность, высокая точность измерений, получение полной информации о профиле изделия в реальном времени в выбранном сечении.

Несмотря на давнюю историю метода, он непрерывно развивается и широко применяется в промышленности. Исследованию метода посвящен рад работ – Линник В.Н., Кучин А.А. и Обрадович К.А., Beekman P. и др. Однако их результаты не отражают достижений современного оптического приборостроения, в котором широко применяются лазеры, матричные фотоприемники и цифровые методы обработки изображений. Отдельным аспектам эффективности применения этих инновационных технологий в МСС посвящен ряд исследований (Демкин В.Н., Филинов М.В., Галиулин Р.М., Кеткович А.А.). В результате этих исследований созданы предпосылки для системного анализа влияния основных факторов, определяющих точность измерений методом МСС.

В число этих факторов, прежде всего, относятся передаточные функции лазерных оптических систем, структура матричных приемников и распределение чувствительности внутри пикселя, микрогеометрия реальных поверхностей, оптические шумы (блики, спеклы и др.), оптимизация алгоритмов цифровой обработки изображений.

Для решения этой задачи необходимо провести комплекс теоретических и экспериментальных исследований влияния этих факторов на точность и производительность МСС. В связи с этим сформулируем цель диссертационной работы.

Цель работы – разработать метод и средство бесконтактного измерения геометрии лопаток ГТД, позволяющее проводить быстродействующий и прецизионный контроль.

Основные задачи. Для достижения данной цели требуется решение следующих основных задач:

Выявить и исследовать основные факторы, влияющие на точность измерений и предложить их оптимизацию

Исследовать оптические свойства поверхности лопаток и установить закономерности их влияния на точность измерений

Разработать алгоритм апостериорной обработки цифрового изображения лопатки ГТД, полученного МСС, позволяющий получить однородный контур и уменьшить погрешность измерения

Провести измерения геометрических параметров лопатки ГТД, подлежащих контролю по технологической карте предприятий отрасли в реальных производственных условиях

Провести исследование метрологических характеристик разработанной системы с учетом апостериорной обработки изображения и автоматических измерений геометрических параметров

Методы исследования. Анализ теоретических аспектов исследованной в диссертационной работе проблемы бесконтактного измерения геометрии лопаток ГТД проводился с использованием методов:

Фурье-анализа, аппарата оптических передаточных функций, теории переноса излучения, теории рассеяния света поверхностями с различной микрогеометрией, метода приближения функций, математической статистики, методов цифровой обработки изображения и математического моделирования. Обработка данных проводилась на ЭВМ по стандартным и оригинальным программам, разработанным на языке программирования Delphi 7.0 и в среде MathCAD 11.

Научная новизна заключается в следующем.

В диссертации с единых методологических позиций проведен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, позволяющий разработать основы создания высокоточных быстродействующих лазерных измерителей геометрии лопаток ГТД с различной шероховатостью поверхности.

Для этого:

  1. Предложена аналитическая модель оптико-электронной системы с использованием аппарата оптических передаточных функций, позволяющая оценить предельную точность системы измерения геометрии лопаток ГТД методом светового сечения.

  2. Впервые получены зависимости, описывающие закономерности рассеяния света поверхностью лопаток ГТД и предложен метод бесконтактного экспресс-контроля параметра шероховатости поверхности лопаток Ra, основанный на учете пространственного распределения рассеянного света.

  3. Предложена математическая модель деформации пространственно-частотного спектра лазерного осветителя шероховатой поверхностью лопатки с использованием теории переноса излучения и получено выражение соответствующей частотно-контрастной характеристики, что позволило получить сквозную передаточную функцию системы.

  4. Предложен алгоритм эффективной апостериорной обработки изображения сечения лопатки ГТД с целью устранения шумов, спеклов и бликов, позволяющий получить контрастный однородный уверенно распознаваемый контур.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Метод и аппаратура высокоточного многопараметрового автоматического контроля геометрии лопаток ГТД.

  2. Математическая модель оптико-электронного тракта системы контроля геометрии лопаток ГТД методом светового сечения с учетом влияния шероховатости их поверхности на качество изображения и проведение оптимизации по критерию максимальной точности.

  3. Метод определения параметров лазерного прибора контроля геометрии лопаток ГТД и границы его применимости при контроле шероховатых поверхностей с учетом реального распределения световой чувствительности внутри элемента фотоприемной системы.

  4. Алгоритм цифровой обработки изображения контура лопатки ГТД для подавления шумов и однозначного распознавания.

Практическая ценность работы состоит в том, что:

  1. Разработан пилотный образец системы лазерного контроля геометрии лопаток ГТД. Образец прошел апробацию в условиях ОАО «Наро-Фоминский Машиностроительный Завод» ММПП «Салют» и показал хорошие эксплуатационные и метрологические характеристики. Созданный пилотный образец позволяет проводить измерений линейных размеров лопатки с точностью 0.01 мм со скоростью 20 сечений в минуту.

  2. Разработан метод бесконтактного измерения параметра шероховатости Ra для широкого класса лопаток ГТД.

  3. Разработана универсальная методика юстировки и калибровки системы лазерного контроля лопаток ГТД с применением корреляционного анализа, которая применима для широкого класса лазерных измерителей геометрии объектов различной формы.

  4. Прибор успешно применялся в качестве инструмента управления качеством продукции машиностроительного предприятия ОАО «Наро-Фоминский Машиностроительный Завод». По результатам его применения были разработаны рекомендации по снижению уровня дефектности продукции.

  5. Разработана программа апостериорной обработки лазерных изображений контура лопатки ГТД, которая может применяться в системах лазерного измерения геометрии.

  6. Методы лазерного освещения и формирования цифрового изображения, представленные в диссертации могут применяться для других объектов контроля.

Реализация результатов. Система лазерного контроля геометрии лопаток ГТД нашла применение на ОАО «Наро-Фоминский Машиностроительный Завод» ММПП «Салют» и ЗАО НПЦ «Молния».

Апробация работы. Основные результаты исследований, выполненных в диссертации, неоднократно докладывались на Российских и международных конференциях по неразрушающему контролю и диагностике и получили положительные отзывы на семинарах и конференциях: «Современные методы и приборы контроля качества и диагностики» (Могилев, 2004); «Неразрушающий контроль и диагностика» (г. Екатеринбург, 2005); Литье и металлургия (Минск, 2005); «Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика» (МЭИ, Москва 2005, 2006) в 2005 г. получен диплом первой степени за лучшую работу.

Информация о приборе опубликована в каталоге Лазерной Ассоциации РФ. Пилотный образец прибора измерения геометрии лопаток экспонировался на международной выставке «Инновации 2006» на ВВЦ.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, приведенных в списке литературы диссертации и автореферате.

Личный вклад автора. Диссертация написана по материалам исследований, выполненных лично автором или при его непосредственном участии. Автором выполнены исследования, определяющие защищаемые положения и методики.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы из 108-ти наименований. Основной текст изложен на 147 страницах, содержит 107 рисунков, 8 таблиц и 102 формулы.

Подобные работы
Сычев Сергей Николаевич
Разработка методов и средств контроля состава сложных смесей органических соединений на основе диполь-полевой теории удерживания нормальной и обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии
Данилов Юрий Валентинович
Исследование и разработка методов и средств контроля процессов гальванической металлизации печатных плат
Бизюлев Александр Николаевич
Исследование электромагнитных методов контроля и разработка средств дефектоскопии с повышенной разрешающей способностью
Вдовин Александр Александрович
Разработка метода и средств контроля показателя ослабления слабомутных сред по изменению контраста в изображении тест-объекта в виде двух штрихов
Бражкин Борис Сергеевич
Разработка методов и средств контроля сложнопрофильных деталей типа тел вращения
Гурская Анастасия Александровна
Разработка методов и средств контроля высокочистого синтетического корунда и технологических сред для его получения
Завгородний Алексей Владимирович
Разработка метода и средств контроля пространственно-временного распределения оптических характеристик взвеси инфузорий для биотестирования водных сред
Швецов Александр Александрович
Разработка метода и средств контроля поверхностных полей биоэлектрических потенциалов
Колмаков Алексей Васильевич
Разработка методов и средств активного контроля геометрических параметров вкладышей подшипников скольжения
Челноков Андрей Викторович
Разработка методов и средств неразрушающего контроля комплекса характеристик качества многослойных изделий в процессе их производства

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net