Введение к работе
Актуальность, проблемы, Анализ современного массового
Гфоизнодстла йзделий~на автоматичёскЪх ротсфных(АРЛ)"ТГроїорїїо-" конвейерных линиях (АРКЛ) н системы контроля качества продукции, сложившейся d нем, выявил противоречие между прогрессивным уровнем производственного процесса изготовления изделий, н визуальным органолептическим контролем поверхности заготовок, элементов и готовых изделий на наличие дефектов, объем которою составляет более 20% от всего объема контрольных операций.
В результате увеличивается трудоемкость контроля качества поверхности изделий, составляющая 21.7% от общрн трудоемч'О'-тн изготовления изделий, снижается достоверность контроля, не превышающая 43%, снижается эффективность автоматизированных нризводств, за счет привлечения значительного числа контролеров, не обеспечивается достаточная информационная надежность и стабильность результатов контроля, а так же безопасность люден в зоне взрыво- и экологически опасных технологий. Диссертационная работа направлена на разрешение этого противоречия путем разработки научных основ построения оптимальных рефлектометрических систем автоматизации контроля дефектов поверхности а массовых производствах, методов и систем контроля, соответствующих уровню технического оснащения массовых производств на базе АРЛ и ЛРКЛ.
Работа выполнялась в соответствии с координационными планами научного совета по проблемам машиноведения и технологических процессов РАН и Российского национального комитета по теории машин и механизмов. Диссертация явилась результатом исследований, выполненных в рамках хоздоговорных работ ТулГУ (темы .K:;.N?81-259, 86-428, 90-988, 51101) и проблемы 01.51.ТУ научно-технической программы "Технические университеты".
Наиболее перспективными дли автоматизации контроля дефектов поверхности в высокопроизводительных автоматизированных производствах признаны оптические рефлектометрические методы контроля, обеспечивающие максимальную, по сравнению с другими физическими методами, чувствительность и разрешающую способность при наивысшей производительности контроля и относительной просто re технической реализации. Однако, показатели надежности обнаружения дефектов у существующих автоматов контроля поверхности изделий не соответствуют требуемым из-за слабой помехозащищенности оптических датчиков. Необходимая надежность обнаружения и распознавания дефектов поверхности оптическим рсфлсктомстричсским методом в
4 условиях действия помех и влияющих факторов может быть обеспечена двумя путями.
Первый связан с поиском новых физических принципов построения контрольных устройств, в свою очередь подверженных воздействию тех же или других влияющих факторов. Перспективен второй путь, основанный на построении оптимальных рефлектометрических систем контроля на базе известных физических принципов, особенно аффективный при ограниченном объеме априорной информации о влияющих факторах и в условиях их иестационарности.
В связи с изложенным, особую актуальность приобретает научно -
техническая проблема разработки научных основ построения
оптимальных рефлектометрических систем автоматизации контроля
дефектов поверхности изделий, обеспечивающих повышение
эффективности автоматизированного контроля дефектов поверхности изделий массовых производств в условиях действия помех и влияющих факторов.
Цель работы. Целью работы является решение крупной Научно -
технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное
значение и состоящей в разработке научных основ построения
оптимальных рефлектометрических систем автоматизации контроля
дефектов поверхности изделий, обеспечивающих повышение
эффективности автоматизированного контроля дефектов поверхности изделий массовых производств в условиях действия помех и ВЛИЯЮЩИХ факторов.
Автор зщииивт:
- принципы построения оптимальных структур и алгоритмов систем
контроля дефектов на реновации анализа соотношений между текущими
значениями интенсивностей зеркальной и диффузной составляющих
индикатриссы рассеяния, Их взаимной корреляционной функции и
автокорреляционной функции профиля поверхности;
методики сравнительного анализа эффективности алгоритмов обнаружения дефектов при последовательном сканировании и анализе изображения контролируемой поверхности;
- принципы построения адаптивных систем контроля дефектов;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований
алгоритмов обнаружения дефектов;
- новые способы и устройства контроля дефектов;
: аппаратурную и программную реализацию оптимальных систем и устройств контроля.
Методы Исследования. Решение поставленных в работе теоретических задач проводилось методами теории рассеяния волн на
статистистически неровной поверхности, теории случайных функций, корреляционного анализа, теории принятия статистических решений. Проведение и обработка результатов экспериментов основывались на использовании метода статистических испытаний, теории погрешностей, методов математической статистики.
Научная нозизна. Системный подход к решению проблемы дал новые научные результаты, полученные лично автором:
- разработаны основные научные положения построения структур и
алгоритмов оптимальных систем обнаружения и идентификации
дефектов поверхности оптическим рефлектометрическим методом,
учитывающие соотношения между текущими значениями
интсненвностей зеркальной и диффузной составляющих ивднкатрисси
рассеяния, их взаимную корреляционную функцию и
автокорреляционную функцию микрогеометрии поверхности;
на основе исследования разработаной математической модели процесса обнаружения дефектов поверхности оптическим рефлектометрическим методом, включающей модели дефектов поверхности, определены новые информативные параметры, регистрация которых обеспечивает оптимальное обнаружение дефектов поверхности;
получены теоретические зависимости, определяющие условия инвариантности и принципы построения оптимальных структур и алгоритмов систем контроля дефектов формы поверхности изделий;
- разработан способ адаптивного обнаружения дефектов поверхности
корректируемой системой контроля для нестационарных условий
функционирования;
- разработаны новые способы контроля дефектов поверхности,
инвариантные, в пределах ограничений, к внешним влияющим
факторам.
Практическая ценность работы:
- разработанные на основе построенных математических моделей
структуры и алгоритмы систем контроля, обеспечивающие высокую
степень защиты от помех в условиях их стационарности,
нестационарности и априорной неопределенности;
методики и программное обеспечение сравнительного анализа эффективности и выбора оптимального алгоритма обнаружения дефектов заданного типа или группы дефектов, предъявленных для обнаружения, для класса поверхности при контроле методами последовательного сканирования и анализа изображения поверхности;
- методики и программное обеспечение синтеза инвариантных
систем контроля дефектов формы поверхности с мультипликативной И
функциональной коррекцией;
системы, устройства и программное обеспечение рефлектометрического контроля дефектов поверхности.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации принципы построения и способы реализации оптимальных систем контроля положены в основу реализованных в промышленности устройств и систем:
устройства для контроля дефектов взаимного расположения поверхностей в системах неразрушагощего контроля качества боеприпасов спортивного и охотничьего оружия (ПО "Тульский патронный завод" , ЦНИИТМ, г.Климовск, Московской обл.);
устройство для обнаружения дефектов поверхности изделий (СКТБ, г.Алексин, Тульской обл.);
информационно-измерительная система для контроля внешнего вида изделий, пакет программ анализа изображения поверхности ELDEF (СКТБ, г.Алексин, Тульской обл.);
макет автоматизированной системы контроля дефектов поверхности (ТНИИТМ "Прогресс", г.Тула).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на республиканской НТК "Проблемы автоматизации перестраиваемых производств в машиностроении", Волгоград, 1988г.; на республиканской НТК "Проблемы автоматизации технологических процессов в машиностроении", Волгоград, 1989г.; на Всесоюзной НТК "Автоматизация механо-сборочных процессов в машино- и' приборостроении", Севастополь, 1989г.; на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Методы интенсификации производства в приборостроении", Тернополь, 1990г.; на республиканской НТК "Разработка и внедрение автоматических производственных систем", Севастополь, 1990г.; на международном конгрессе "Конверсия, наука и образование", Тула, 1993г.; на международном симпозиуме "Новое в роторных технологиях", Тула, 1993г.; на НТК с международным участием "Приборостроение-94", Симферополь, 1994г.; на межвузовской НТК "Приборы и приборные системы", Тула, 1994г.; на 9-м международном конгрессе по ТММ, Милан, 1995г.; ряде других республиканских НТК и семинарах; на ежегодных научно-технических конференциях Тульского государственного университета в 1976- 1996гг.
В полном объеме диссертация доложена и одобрена на международной школе-семинаре "Проблемные вопросы автоматизации", Севастополь, 1995г. и на кафедрах "Автоматические роторные линии" и
"Проектирование и производство элементов" Тульского государственного университета в рамках работы международного семинара "Автоматизация: проблемы, идеи, решения", Тула, 1996;
Публикации. По материалам диссертации опубликована 54 работы в том числе получено 12 патентов РФ и 6 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, семи разделов, основных результатов и выводов, изложенных на 256 страницах машинописного текста, списка литературы из 202 наименований и приложения на 90 страницах. Работа содержит 81 рисунок и 19 таблиц. Общий объем работы 346 страниц.