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
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Зиятдинов Рустем Раисович. Автоматизированная система контроля шероховатости поверхности : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06.- Набережные Челны, 2003.- 158 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/3187-5

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ

ПОВЕРХНОСТИ В МАШИНОСТРОЕНИИ 10

  1. Активный контроль в машиностроении 10

  2. Анализ методов измерения и пути автоматизации процесса контроля шероховатости поверхности 15

  3. Поляризация излучения, отраженного шероховатой поверхностью 25

  4. Выводы по первой главе 33

  5. Задачи автоматизации контроля шероховатости 34

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ 35

  1. Теоретико-вероятностный подход к исследованию шероховатой поверхности 35

  2. Взаимодействие электромагнитного излучения с шероховатой поверхностью 42

  3. Исследование поляризационных характеристик отраженного излучения 50

  4. Разработка функциональной схемы измерителя степени поляризации 58

  5. Выводы по второй главе 59

ГЛАВА 3. СОЗДАНИЕ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА СИСТЕМЫ
АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ 61

3.1. Экспериментальное исследование отраженного от

шероховатой поверхности излучения 61

  1. Влияние мощности излучения на степень поляризации 65

  2. Выбор оптимального угла падения излучения 67

  3. Определение оптимальной структуры и состава системы активного контроля 70

  4. Разработка математических моделей автоматизированной системы контроля шероховатости поверхности 78

  5. Оценка точности измерительного канала системы активного контроля 88

  6. Выводы по третьей главе 92

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ 94

  1. Система автоматизированного контроля шероховатости поверхности 94

  2. Диагностика состояния обрабатывающего инструмента 96

  3. Управление процессом шлифования на основе текущего значения шероховатости поверхности с учетом наложенных ограничений 98

  4. Пути повышения точности измерений 113

  5. Выводы по четвертой главе 118

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 121

ПРИЛОЖЕНИЯ 129

Введение к работе:

Актуальность темы. Современное развитие производства предопределяется доминирующим значением автоматизированных производственных систем, обеспечивающих высокое качество выпускаемой продукции. Повышение качественных показателей информационно-измерительных систем является насущной проблемой развития гибких автоматизированных производств. Одной из важных задач в машиностроении является использование контроля не как средства разделения уже готовой продукции на годную и брак, а как средства управления с целью получения требуемых параметров качества, предупреждения и исключения брака, а также для установления оптимальных режимов обработки, обеспечивающих высокую производительность при требуемом качестве обработки. Для этих целей применяют системы активного контроля (САК) [1].

Главной задачей САК можно считать устранение влияния на обрабатываемый параметр различных факторов, действующих систематически и случайным образом: износ режущего инструмента, температурные и силовые деформации и т.п.

Основной областью применения систем активного контроля является финишная абразивная обработка деталей, в первую очередь, шлифование и хонингование. Эта проблема особенно актуальна для шлифовальных операций, формирующих в большинстве случаев выходные показатели качества всего технологического процесса изготовления деталей.

Существующие на сегодняшний день системы активного контроля для шлифовальных станков применяются для контроля линейных размеров обрабатываемой детали. Однако немаловажным в операции шлифования является контроль качества поверхности. Отсутствие подобных систем объясняется сложностью контроля шероховатости поверхности в реальном масштабе времени.

5 В современном производстве физические свойства и характеристики

микрогеометрии шероховатых поверхностей имеют первостепенное значение для качественных показателей изготавливаемой продукции. Шероховатость поверхности является важной эксплуатационной характеристикой, от которой зависят коэффициент трения, износостойкость, коррозионная стойкость и ряд других механических характеристик.

Для измерения параметров шероховатости разработаны различные методы, которые можно разделить на две группы - контактную и бесконтактную.

В настоящее время все чаще применяются оптико-физические методы исследования свойств поверхности. Это объясняется тем, что они являются неконтактными, неразрушающими и легче подаются автоматизации. Развитие эллипсометрического метода измерений характеристик поверхности, сущность которого состоит в исследовании изменения параметров вектора Стокса отраженного излучения, привело к созданию качественно нового подхода к изучению ее свойств.

Основным препятствием для развития оптических методов измерения, в частности эллипсометрического, служит сложность математической обработки ее результатов. Применение вычислительной техники устраняет практически все трудности, связанные с интерпретацией результатов и создает предпосылки для превращения автоматизированных измерительных систем в весьма эффективный инструмент, находящий применение в самых разнообразных исследованиях [2].

Применение лазерных информационно-измерительных комплексов (ЛИИК) для измерения шероховатости поверхности позволит производить автоматизированный контроль качества как в процессе изготовления детали, так и после окончания ее обработки. Это обусловлено широкими возможностями ЛИИК, позволяющих неконтактным способом измерять различные параметры поверхности на основе измерения оптических характеристик отраженного лазерного излучения. Высокая точность измерений обеспечивается

спецификой лазерного излучения, такими как монохроматичность, когерентность, малая расходимость, линейная поляризация излучения и т.д.

Целью работы является разработка автоматизированной системы контроля шероховатости поверхности для уменьшения времени обработки и повышения качества обрабатываемых деталей.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

экспериментальные исследования влияния шероховатости поверхности, угла падения и мощности излучения на поляризационные характеристики отраженного излучения;

получение математических моделей, устанавливающих взаимосвязь между степенью поляризации отраженного излучения и шероховатостью поверхности;

разработка способа автоматизированного измерения шероховатости поверхности на основе определения поляризационных характеристик отраженного излучения от исследуемой поверхности непосредственно в ходе технологического процесса обработки детали;

разработка способа измерения степени поляризации электромагнитного излучения системой трех неподвижных фотоприемников, позволяющего производить измерения в реальном масштабе времени;

создание технического решения системы активного контроля для измерения шероховатости поверхности в процессе обработки деталей;

разработка способа управления шлифованием на основе измерения текущей шероховатости обрабатываемой детали и расчета оптимальных режимов обработки в реальном масштабе времени.

Содержание работы по главам. Во введении обосновывается актуальность разработки и исследования систем активного контроля.

В первой главе приведен патентно-информационный обзор по системам активного контроля и способам измерения шероховатости.

7 На основании проведенных исследований и информационного обзора

определены основные решаемые задачи.

Во второй главе приводятся результаты теоретических исследований шероховатости поверхности с применением эллипсометрического метода. Показано, что параметры вектора Стокса, отраженного от изучаемой поверхности излучения, несут информацию об её шероховатости.

Для исключения влияния вращения поляризационного эллипса излучения на точность и быстродействие разрабатывается новый способ измерения его параметров и устройство для его осуществления.

В третьей главе исследуется отраженное от поверхности излучение и разрабатывается система активного контроля шероховатости поверхности.

Показано, что отраженный пучок является поляризованным. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований в качестве информативного параметра, измеряемого в реальном масштабе времени, принята степень поляризации отраженного от поверхности излучения, связанная с её шероховатостью. Проводятся экспериментальные исследования зависимости степени поляризации излучения от угла падения и мощности источника излучения. На основании проведенных исследований разрабатывается опытный образец системы активного контроля. Исследуется зависимость между степенью поляризации отраженного излучения и высотой микронеровностей для образцов шероховатости с плоской и цилиндрической поверхностями по ГОСТ 9378-75, обработанных шлифованием. На основе экспериментальных исследований строятся математические модели, устанавливающие взаимосвязь степени поляризации отраженного пучка и шероховатости поверхности.

В четвертой главе рассматриваются области применения автоматизированной системы контроля качества поверхности. Основной областью применения можно назвать послеоперационный контроль качества поверхности, измерение шероховатости во время обработки детали с целью получения оптимальных режимов шлифования и диагностику состояния инструмента.

8 Разрабатывается способ управления процессом шлифования на основе

измерения текущей шероховатости обрабатываемой поверхности и расчета

оптимальных режимов резания на основе минимизации времени обработки

при наложении ограничений, предъявляемых к качеству поверхности.

Для повышения точности измерительного канала предлагается способ редукции измерительного сигнала к виду, учитывающему систематические погрешности измерения.

Методы исследования. В работе использованы основные положения элементарной геометрии и теории матриц, методы статистического анализа для обработки экспериментальных данных, теоретические основы оптико-физических исследований, методы редукции измерений и планирования эксперимента.

Научная новизна положений, выносимых на защиту:

новые математические модели, устанавливающие взаимосвязь между степенью поляризации отраженного излучения и высотой микронеровностей обрабатываемой поверхности, позволяющие автоматизировать управление процессом шлифования деталей;

способ измерения степени поляризации электромагнитных волн системой трех неподвижных фотоприемников по патенту №2193168, позволяющий проведение измерений шероховатости поверхности в реальном масштабе времени;

способ управления режимами шлифования на основе измерения шероховатости обрабатываемой детали и реализующая его автоматизированная система контроля шероховатости поверхности, работающая в режиме реального времени и обеспечивающая оптимальные режимы обработки.

Практическая ценность работы:

исследованы поляризационные характеристики отраженного от шерохова
той поверхности излучения. Определены зависимости степени поляриза
ции отраженного излучения от микрогеометрии шероховатой поверхно
сти, угла падения и мощности излучения;

разработан измеритель степени поляризации электромагнитного излучения;

разработан и испытан опытный образец системы активного контроля шероховатости, показана перспективность использования автоматизированной системы контроля шероховатости поверхности;

создано программное обеспечение, реализующее расчет оптимальных режимов шлифования на основе текущей шероховатости поверхности с учетом наложенных ограничений;

предложен способ повышения точности измерений путем компенсации систематических погрешностей измерительного канала программным способом.

Реализация результатов. На основе проведенных в работе исследований разработана система активного контроля шероховатости, реализованная в экспериментальной установке для измерения шероховатости. Установка испытана в Департаменте главного метролога ОАО «Камский автомобильный завод», результаты испытаний положительные.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международной научно-технической конференции «Технико-экономические проблемы промышленного производства» (Набережные Челны, 2000), международной молодежной научной конференции «Молодежь - науке будущего» (Набережные Челны, 2000), международной научно-практической конференции «Наука и практика. Диалоги нового века» (Набережные Челны, 2003), на заседании кафедры «Автоматизация и информационные технологии» Камского государственного политехнического института, в результате выполнения работы предложено новое решение, подтвержденное патентом №2193168.

Подобные работы
Белякова Марина Станиславовна
Повышение эффективности процессов конструкторско-технологического проектирования на основе разработки информационной системы моделирования поверхностей
Мансуров Дмитрий Викторович
Автоматизация и исследование обработки сложнопрофильных поверхностей на основе стереофотограмметрической системы
Камынин Виталий Александрович
Разработка и исследование автоматизированной системы контроля взрывоопасности рудничной атмосферы
Ивахненко Андрей Михайлович
Научные основы комплексной автоматизации и моделирования характеристик технологических процессов в системе контроля качества продукции промышленного производства
Цибизов Григорий Павлович
Автоматизированная система контроля качества производства асфальтобетонных смесей
Шараф Фади
Автоматизированная система контроля качества стеклянной бутылки
Петров Сергей Владимирович
Автоматизированная система контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках ГТД
Дроздов Юрий Владимирович
Разработка автоматической системы контроля и управления положением слоя стеблей при получении тр#паного льна
Савченко Александр Владимирович
Разработка корабельной автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей дизель-электрических подводных лодок
Посмитный Евгений Владимирович
Разработка автоматизированной системы контроля игристых свойств шампанских вин на основе анализа динамики выделения CO2 из вина

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