Содержание к диссертации
Введение
1. Расчётно-теоретический метод решения задачи контроля позиционных отклонений геометрических элементов деталей 16
1.1 Существующие расчётные критерии интерпретации позиционных допусков 16
1.1.1 Роль алгоритмов в задаче анализа результата измерений 20
1.1.2 Практическая реализация автоматизации метода расчёта 21
1.1.3 Критерий минимизации суммы квадратов отклонений и проблема сборки деталей 26
1.1.4 Модификация метода для обеспечения решения задачи сборки 27
1.2 Распространение ошибки методом Монте-Карло для анализа неопределённости расчёта соответствия позиционным допускам 29
1.2.1 Реализация моделирования методом Монте-Карло 31
1.2.2 Набор данных 33
1.2.3 Результаты анализа неопределённости 37
Выводы по главе 1 47
2. Контроль резьбовых калибров-колец большого диаметра 48
2.1 Проблема деформаций 48
2.2 Описание эксперимента 48
2.3 Проблема базирования при измерении шага резьб большого диаметра на приборах измерения профиля 54
2.3.1 Модель Абилайна—Нанитса—Рима 56
2.3.2 Постановка проблемы и аналитическая оценка точности базирования 57
2.3.3 Оценка влияния точности базирования на результат измерения шага резьбы 60
2.3.4 Результаты экспериментальных исследований 62
Выводы по главе 2 з
3. Автоматизация контрольно-измерительных операций при производстве крупногабаритных деталей атомного энерго машиностроения на КИМ с использованием программного обеспечения Calypso 68
3.1 Автоматизация технологии контроля с помощью параметрического программирования 68
3.1.1 Основные правила параметризации в Calypso PCM 70
3.1.2 Параметризация планов контроля 71
3.1.3 Условия и циклы. Управление перемещением КИМ. Получение результатов измерений 72
3.1.4 Генератор точек 74
3.2 Интеграция внешних программных модулей с метрологическим программным обеспечением Calypso для автоматизации расчётов в процессе измерений 75
3.2.1 Пример реализации взаимодействия через файл 76
3.2.2 Считывание значений характеристик из табличного файла Calypso 81
3.3 Автоматическое измерение прямолинейности образующих ко нических поверхностей на координатно-измерительных маши нах с программным обеспечением Calypso 83
3.3.1 Практическое решение задачи 84
3.4 Автоматический метод контроля геометрических парамет ров крупногабаритных деталей с перебазированием на координатно-измерительной машине при помощи программно го обеспечения Calypso 85
3.4.1 Постановка задачи 86
3.4.2 Реализация метода без использования параметрического программирования измерений 86
3.4.3 Автоматизация метода с помощью функций параметрического программирования измерений 88
3.4.4 Точность 90
3.4.5 Область применения 91
Выводы по главе 3 92
4. Влияние скорости и стратегии сканирования на координатно измерительной машине на точность измерения внутреннего диаметра резьбовых отверстий деталей 93
4.1 Первоначальная оценка величины отрыва 93
4.2 Сканирование по образующим вдоль оси резьбы 94
4.3 Сканирование по винтовой линии 95
Выводы по главе 4 97
Общие выводы 100
Литература
- Практическая реализация автоматизации метода расчёта
- Проблема базирования при измерении шага резьб большого диаметра на приборах измерения профиля
- Основные правила параметризации в Calypso PCM
- Сканирование по образующим вдоль оси резьбы
Введение к работе
В диссертации представлены средства и методы автоматизации контрольно-измерительных операций при производстве крупногабаритных деталей атомного энергомашиностроения. Суть работы составляют: автоматизация метода измерений крупногабаритных деталей на координатно-измерительных машинах (КИМ); программный комплекс контроля позиционных отклонений деталей на основе этого метода и исследования точностных характеристик его работы. В диссертации представлены методы автоматизации работы с программным обеспечением КИМ Calypso, позволяющие интегрировать разработанный программный комплексе программным обеспечением КИМ и расширить его функциональную полноту. В работе предложены математические модели и комплекс экспериментов для автоматической оценки влияния скорости сканирования на КИМ на точность измерения крупногабаритных резьб. Результаты исследования ориентированы на применение машинных методов обработки данных на контрольно-измерительных операциях.
Актуальность темы. Атомное энергомашиностроение — одна из передовых отраслей современной промышленности, а эффективность эксплуатации и изготовления деталей АЭС зависит от степени автоматизации их контроля. В настоящее время контроль таких деталей занимает весьма значительное время, требует применения специальных приспособлений и в ряде случаев не автоматизирован. Применение современных измерительно-вычислительных комплексов на основе ПК позволит автоматизировать контрольно-измерительные операции, отказаться от применения дорогостоящих специальных приспособлений, значительно сократить время контроля и оперативно влиять на точность изготовления, тем самым увеличить надёжность и долговечность эксплуатации АЭС. Автоматизация контрольно-измерительных операций широкой номенклатуры деталей, в том числе и прецизионных, может быть выполнена на одном универсальном координатном измерительно-вычислительном комплексе (ИВК). В связи с вышеизложенным, автоматизация контрольно-измерительных операций при производстве крупногабаритных деталей для атомного энергомашиностроения является решением актуальной научной задачи, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Работа выполнена в соответствии с Постановлением Правительства РФ от б октября 2006 г. № 605 О Федеральной целевой программе «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 г». Работа награждена грантом Правительства Санкт-Петербурга per. № 3.4/15-04/001.
Целью диссертационной работы является создание средств и методов, обеспечивающих автоматизацию контрольно-измерительных операций при производстве крупногабаритных деталей атомного энергомашиностроения, с помощью программных средств для современных координатных ИВК. Для достижения этой цели требуется решить следующие задачи:
Разработать метод автоматизации контроля крупногабаритных деталей с перебазированием на КИМ на базе программного обеспечения Calypso, позволяющий выполнять измерение деталей, габариты которых превосходят диапазон измерения координатно-измерительных машин (КИМ).
Создать программный комплекс для автоматизации контроля позиционных отклонений на КИМ с применением перебазирования, расширяющий функциональную полноту программного обеспечения КИМ.
Смоделировать характеристики точности контроля позиционных допусков деталей на КИМ.
Разработать методики автоматизации работы с программным обеспечением КИМ, позволяющие повысить производительность контроля деталей.
Выявить проблемы, возникающие при контроле крупногабаритных резьб атомного энергомашиностроения, с целью указать слабые места существующих методов и стандартов.
Разработать математическую модель для автоматической оценки влияния скорости сканирования на КИМ на точность измерения резьб.
Научная новизна работы
Разработан метод автоматизации технологии контроля крупногабаритных деталей с перебазированием на КИМ на базе программного обеспечения Calypso.
Создан и опробован автоматизированный программный комплекс на ПК для оценки точности контроля позиционных допусков.
На основе созданной математической модели и результатов экспериментальных исследований точности базирования резьбовых калибров большого диаметра на приборах измерения профиля, определены границы применимости данного вида приборов к задачам измерения резьб.
Разработана математическая модель оценки влияния скорости сканирования крупногабаритных резьб на точность измерения их внутреннего диаметра, что позволяет автоматически оценивать точность измерений при сканировании.
Разработана методика автоматизации операций контроля крупногабаритных деталей атомного энергомашиностроения на КИМ.
Методы исследования. Методологические и теоретические основы исследования базируются на научных трудах отечественных и зарубежных авторов в областях теоретической и прикладной технологии машиностроения, автоматизации производства, прикладной метрологии, математической статистики и теории вероятностей. Разработка программных модулей осуществлялась методами структурного и объектно-ориентированного программирования. Экспериментальные исследования выполнялись с применением современных координатно-измерительных комплексов.
Достоверность и обоснованность. Достоверность результатов исследования подтверждается согласованностью теоретических зависимостей с результатами экспериментов и работоспособностью деталей и изделий, к которым были применены методы, разработанные в данной работе.
Положения, выносимые на защиту
Разработанный метод автоматизации технологии контроля крупногабаритных деталей с перебазированием на КИМ на базе программного обеспечения Calypso.
Предложенные методики автоматизации работы с программным обеспечением Calypso, позволяющие повысить производительность контроля деталей на КИМ.
Разработанный автоматизированный программный комплекс для контроля позиционных допусков отверстий крупногабаритных деталей с помощью координатно-измерительной техники на основе существующих методов и исследование точностных характеристик одного из них.
Созданная математическая модель оценки точности базирования резьбовых калибров на приборах измерения профиля и её влияние на точность измерения шага резьбы на данных приборах.
Созданная математическая модель и полученные экспериментальные данные по влиянию скорости сканирования крупногабаритных резьб на точность измерения их внутреннего диаметра.
Проведённый комплекс экспериментальных исследований по деформации калибров-колец большого диаметра при их контроле с помощью неполных непроходных гладких калибров-пробок.
Практическая ценность
Разработан автоматизированный метод контроля крупногабаритных деталей с перебазированием на КИМ.
Разработаны методы автоматизации работы с программным обеспечением КИМ Calypso.
Создан программный комплекс для контроля позиционных допусков отверстий в корпусных деталях с перебазированием на КИМ.
Реализация результатов исследований
Разработанный метод контроля крупногабаритных деталей на КИМ с перебазированием внедрён на ОАО «Ижорские заводы», что позволило отказаться от изготовления специального приспособления для контроля деталей.
Разработанный программный комплекс для расчёта позиционных отклонений GeomFit используется на предприятии атомного энергомашиностроения ОАО «Ижорские заводы» при сдаче изделий заказчику, что подтверждается документами о внедрении.
Разработанный план контроля для программного обеспечения КИМ Calypso используется на ОАО «Ижорские заводы» для выполнения измерений крупногабаритных деталей с перебазированием, что подтверждается документами о внедрении.
Апробация работы. Основные положения научной работы докладывались на: I международном форуме молодых учёных (Ижевск, 2008); конференции «Современные технологические направления в механообрабатывающем производстве» (Санкт-Петербург, 2008); IV международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2008); IX международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза, 2008); I международной конференции «Трёхмерная визуализа-
ция научной, технической и социальной реальности. Кластерные технологии моделирования» (Ижевск, 2009); X международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза, 2009); научно-технических семинарах кафедр «Технология машиностроения» и «Резание, станки и инструменты» Санкт-Петербургского института машиностроения.
Результаты работы используются в учебном процессе по дисциплинам «Метрология» и «Качество и точность в атомном энергомашиностроении».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ. Из них 8 в журналах, входящих в перечень ВАК РФ; 1 в зарубежном журнале, входящем в индекс «Web of Science: Science Citation Index Expanded»; 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы, предметного указателя и приложений. Основная часть изложена на 120 страницах машинописного текста. Работа содержит 42 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 157 наименований, предметный указатель, б приложений. Общий объём работы 142 страницы.
Практическая реализация автоматизации метода расчёта
Для эффективной передачи данных о форме изделия из CAD-системы необходимо, чтобы эти данные удовлетворяли следующим критериям: имели масштаб 1:1; имели единицы измерения, соответствующие единицам измерения, принятым на КИМ; содержали систему координат, связанную с деталью и воспроизводимую на КИМ; содержали правильную информацию об ориентации поверхностей детали (нормали к поверхностям). Если эти условия не выполняются, то необходимо будет отдельно обрабатывать CAD-модель таким образом, чтобы обеспечить вышеперечисленные требования.
Если процесс измерения требует компьютерной симуляции, например, для поверки отсутствия столкновений [123] в прогоне измерения, необходимо использовать данные, полученные из САПР. Большинство систем выполняют симуляцию прогона измерения путём графического представления измерительной машины, её рабочих органов и измеряемой детали. Обязательным требованием для этого является наличие трёхмерной модели детали3. Для эффективного анализа столкновений необходимо, чтобы в симуляции принимали участие все детали, расположенные на столе машины (крепёжные приспособления, устройства загрузки и т.п.). Если столкновение было определено, то прогон измеренрш должен быть исправлен вручную. Некоторые системы уже позволяют частично делать автоматическую коррекцию прогона измерений при обнаружении столкновений путём заданРія так называемых плоскостей безопасности.
Связь между метрологическим программным обеспечением и КРІМ на сегодняшний день осуществляется с помощью специфичных для каждого производителя интерфейсов. Совершенствование контроллеров КРІМ, повышение доли использования стандартных сетевых технологий PI запросы потребителей об унификации ПО для координатно-різмерительньїх систем различных производителей — всё это ведёт к разработке «драйверов КРІМ», т.е. метрологическое ПО взаимодействует с КИМ через драйвер. В качестве ана 3Хотя и существуют альтернативные разработки, не требующие CAD-модели, например [157], но они пока ещё не нашли практического применения. логии этой концепции может быть приведена связь офисного программного обеспечения для редактирования текстов с принтером посредством драйвера принтера. Для работы с интерфейсом такого драйвера необходимо, чтобы он был стандартизован. В настоящее время широко известен такой проект, как I-H- DME (Dimensional Measuring Equipment Interface) [138, 93], который широко применяется в том числе и для автоматизации измерений [82].
Широко распространён драйвер CMM-OS, разрабатываемый фирмой Carl Zeiss и применяемый на их КИМ. Для взаимодействия метрологического программного обеспечения с CMM-OS используется отдельный порт сетевого протокола TCP/IP. После запуска CMM-OS между ним и метрологическим программным обеспечением устанавливается ТСР/1Р-соединение, по которому программное обеспечение может передавать команды управления для КИМ и получать подтверждения выполнения этих команд. Так CMM-OS позволяет изолировать конкретную аппаратную реализацию КИМ от программного обеспечения.
В названии работы.использован термин «контроль», под которым понимается соответствие объекта некоторым требованиям. Исходя из терминологии контроля качества слово «контроль» описывает задачу измерения деталей и проверку соответствия одной или нескольких их характеристик требованиям конструкторской документации [17]. Контроль, геометрической формы деталей обычно основан на результатах измерений: они сравниваются с установленными величинами допусков соответствующих параметров в конструкторской документации.
Для определения соответствия геометрических параметров детали конструкторским значениям в ИВК должна передаваться информация о номинальной форме изделия. Эти данные, как правило, подготавливаются в различных САПР. Они необходимы, чтобы обеспечить возможность координатных измерений.
Результаты такого сравнения либо непосредственно отображаются средствами метрологического программного обеспечения, либо передаются для обработки с помощью других пакетов прикладных программ. Здесь важную роль играют механизмы и стандарты передачи данных, обеспечивающие взаимосвязь вышеупомянутых систем. Базовая задача контроля может быть сформулирована как сравнение измеренных данных с номинальными и представление результатов в тексто-во-визуальной форме. Обычно эта задача выполняется внутри метрологического программного обеспечения самой КИМ, но часто могут применяться и внешние программы (например, для расчёта статистических характеристик и т.п.). Для передачи результатов измерения во внешние программы можно использовать текстовые форматы данных (ASCII). Для передачи уже готовых отчётов можно воспользоваться различными графическими форматами, например, форматами хранения растровых изображений (BMP, JPEG, TIFF), а также PDF или PostScript для передачи протокола как готового текстово-графического документа. При использовании текстового формата ASCII возможна передача внутренней информации из метрологического программного обеспечения во внешнее прикладное программное обеспечение.
Кроме вышеназванных, поддерживаемых практически повсеместно форматов многие производители программного обеспечения для координат-но-измерительной техники используют ещё два формата экспорта данных — это DMIS и Q-DAS. Эти форматы обеспечивают передачу результатов измерений PI статистической информации.
Проблема базирования при измерении шага резьб большого диаметра на приборах измерения профиля
В данном разделе приведён анализ неопределённости математической модели расчёта соответствия позиционным допускам для метода минимизации полной суммы квадратов отклонений. Рассматриваемая модель представлена уравнением (1.6). Для численной оценки неопределённости использовано распространение ошибки методом Монте-Карло [23].
В работе [124] моделирование методом Монте-Карло применялось для оценки неопределённостей расчёта соответствия допускам формы поверхностей. В работе [140] затрагивались вопросы влияния неопределённости определения соответствия позиционному допуску на принятие решения о годности деталей, где также было использовано моделирование методом Монте-Карло. В работе [144] рассмотрено влияние алгоритма расчёта (Гаусс, Чебы-шёв, вписанная и описанная окружности) на результат измерений. Теодор Хопп предложил аналитический способ расчёта неопределённости при измерении параметров окружности по трём точкам [104]. С методами расчёта неопределённости измерений можно ознакомиться в [92], с методами расчёта точности машин — в [1]. Вводный курс в численные методы Монте-Карло — [67].
Большинство КИМ фиксируют координаты (х\ у\ z) центра щупа, поэтому точностные характеристики самой КИМ можно привести к неопределённости измерения координат точек (x;y;z) [135]. Результатом расчёта соответствия позиционному допуску является множество позиционных отклонений для всех точек, каждое из расчитанных отклонений имеет неопределённость. Для того чтобы результаты данной работы можно было однозначно интерпретировать, положим, что: отклонения координат точек представлены в сферической системе координат в виде полярного радиуса г и полярных углов в и ф; величина отклонения радиуса случайна, независима, имеет математическое ожидание, равное нулю, и стандартное отклонение т; величины углов случайны, независимы и равномерно распределены в области [—7г;+7г]; стандартная неопределённость о Ю-4 для современных КИМ [104]. Обозначим отклонения г-го отверстия в сферической системе координат как ГІ, 9( и фі. Поскольку координаты точек являются случайными величинами, то и значения позиционных отклонений тоже будут являться случайными величинами со стандартными отклонениями о-/,.. Необходимо определить максимальное из стандартных отклонений &,., зная величину стандартного отклонения радиуса а.
Теорема 1.2.2 (о линеаризации функции) [3, стр. 255]: пусть имеется система п некоррелированных случайных величин {Х\, ...,Хп} с математическими ожиданиями ТПІ и дисперсиями af. Пусть Z — H(Xi, ...,Хп), причём функция Н нелинейна, но мало отличается от линейной в области практически возможных значений всех аргументов. Тогда математическое ожидание и дисперсия Z приближённо равны где все частные производные Н вычисляются в точке (mi, ...,mn).
Функция H(Xi, ...,Хп) определяется математической моделью расчёта соответствия позиционным допускам, подробно описанной в начале главы. В рамках этой модели требуется найти решение следующей оптимизационной задачи21:
Исходными данными для расчёта являются измеренные и номинальные координаты центров отверстий, как правило, полученные с КИМ. Неопределённость измерений на КИМ вызвана большим количеством различных факторов, которые можно разделить на основные группы [91]: влияние самой КИМ, отклонения формы детали, распределение измеряемых точек, алгоритм расчёта и его реализация.
Расширенные неопределённости вычислялись исходя из доверительного интервала 0.95, с использованием квантилей 2.5% и 97.5%, разность которых была принята за ширину интервала неопределённости.
За стандартную неопределённость КИМ принимались величины (UBX, в микрометрах): 1.7; 1-7+д ; 1-7+ ; 2.4; 2.4+ ; 2.4+тщ; где L - расстояние в милиметрах от начала координат до центра текущего отверстия.
Моделирующая программа была написана на языке Паскаль для компилятора Free Pascal [35], моделирование проводилось на компьютере с процессором Intel Core І7 2.6 ГГц.
1.2.3. Результаты анализа неопределённости
Гистограммы позиционных отклонений для каждой величины неопределённости входных данных приведены на рис. 1.5—1.13.
Сводные результаты моделирования методом Монте-Карло для различных значений неопределённости входных данных приведены в табл. 1.4, 1.5 и 1.6.
Построены зависимости распространённых ошибок от величины неопределённости исходных данных. На графике (рис. 1.14 вдоль горизонтальной оси отложены неопределённости координат отверстий, вдоль вертикальной оси — смоделированные неопределённости результатов измерений для различных наборов данных.
Основные правила параметризации в Calypso PCM
При движении щупа КИМ по поверхности внутренней резьбы вдоль её оси на вершинах витков из-за инерции щупа возникают перемещения, при которых щуп отрывается от поверхности изделия [43]. Происходит измерение координат точек, которые фактически находятся в воздухе и не принадлежат поверхности детали. В данной главе предложена методика оценки влияния этого эффекта на точность измерения внутреннего диаметра резьбовых отверстий. Данная математическая модель проверена экспериментально на КИМ Carl Zeiss PRISMO 10 S-ACC. Частота дискретизации при сканировании выбиралась в соответствии с рекомендациями, предложенными в [73].
При измерении сложных геометрических поверхностей на КИМ часто требуется регистрация координат большого количества точек с высокой скоростью. Точность сканирования зависит от скорости и может значительно снижаться при её увеличении. В данной главе предложена методика для определения зависимости точности сканирования от скорости при сканировании резьбовых отверстий с целью определения действительного размера их внутреннего диаметра. Целью главы также является показать неэффективность некоторых существующих стратегий измерения для определения величины внутреннего диаметра резьбовых отверстий. витков; 5 - величина отрыва щупа, перпендикулярная поверхности детали, м. Величина скалярного произведения в числителе будет зависеть от выбранной стратегии измерений. Рассмотрим несколько вариантов.
Рассмотрим случай сканирования поверхности внутренней резьбы вдоль вертикальных образующих. Сила ощупывания направлена по нормали к делительному цилиндру резьбы. Тогда скалярное произведение равно:
Для скорости vscan = 0.005 м/с величина 5 та 0.0047 мм, что приведёт к ошибке измерения внутреннего диаметра, равной Ds = 25 та 0.009 мм.
Расчётные значения погрешностей измерения диаметра D$ для некоторых скоростей сканирования, а также экспериментальные данные Дьксп [14] приведены в табл. 4.1. Экспериментальные данные были получены при измерении внутреннего диаметра резьбовых калибров-колец М170х6-6е на КИМ Carl Zeiss PRISMO 10 S-ACC (MPEE = 1-7+ff та 2.3 мкм) при температуре 20 ± 2С.
При скоростях сканирования от 0.010 м/с и выше слышен характерный стук щупа о поверхность детали при прохождении витков резьбы, поэтому использование таких скоростей является нецелесообразным при проведении измерений. На рис. 4.2 представлены экспериментальный и теоретический графики зависимости погрешности измерения диаметра от скорости сканирования. Величиной МРЕЕ = 2.3 мкм в данном случае можно пренебречь.
Как видно из формулы (4.2), использование щуповых конфигураций большей массы или уменьшение силы ощупывания приведёт к ещё большим значениям отрыва, об этом необходимо помнить при выполнении измерений.
Расчёт для этой стратегии измерения можно свести к случаю линейного сканирования с учётом того, что при движении по-винтовой траектории скорость вдоль оси резьбы (оси винта) будет составлять только часть величины скорости сканирования VZscan scan] COS w, где 0 = arctg2 - угол подъёма винта сканирования, радианы; D - внутренний диаметр резьбы, мм; Р - шаг винта сканирования, мм.
Подставив типовые значения при измерении внутреннего диаметра метрической резьбы [10] и приняв отношение диаметра резьбы к шагу винта сканирования равное у = 2, получим
В данном случае видно, что влияние описанного эффекта на точность уже не является доминирующим, поскольку величина предельной погрешности КИМ МРЕЕ = 2.3 мкм превосходит D.
С учётом поправки МРЕЕ формулу (4.3) можно представить в виде я _ mv2scancos2 f 2F(l+( )-) где D - внутренний диаметр резьбы, мм; Р - шаг винта сканирования, мм. є - эмпирическая поправка, учитывающая величину предельной погрешности КИМ МРЕЕ — А + з?» мм! А точностная характеристика КИМ, мм; К -точностная характеристика КИМ.
Величина отрыва щупа от поверхности детали 6 при сканировании по винтовой линии фактически в 40 раз меньше, чем для случая линейного сканирования при одинаковых скоростях.
При сканировании по винтовой линии эффект, обозначенный на рис. 4.1, более не наблюдается. Этот факт делает сканирование по образующим практически неприемлемым методом измерения внутреннего диаметра резьбы. Таблица 4.2: Влияние скорости сканирования на результат измерения (по винтовой линии)
Полученные результаты согласуются с экспериментами [145] и [98], где показано возрастание динамических эффектов при увеличении скорости сканирования от 10 до 50 мм/с на поверхностях различной формы и с работой [132], где рассмотрено влияние динамических эффектов сканирующих КИМ на точность измерений и способы их компенсации.
В свете объединения координатных измерительных систем с другими компьютеризированными системами производства процесс измерения играет уже не первую роль, поскольку он стоит между функциями, обеспечивающими подготовку измерений, внедрение их в технологический процесс, и анализом результатов измерений. Сближение средств координатного контроля с операциями изготовления дает больше возможностей по управлению производственными процессами и снижает вероятность изготовления бракованных изделий. Координатные измерительные машины — это очень гибко настраиваемый инструмент, который позволяет быстро переключаться от проверки одного типа проверяемых деталей к другому. Интеграция КИМ с производственными системами всё ещё представляет сложную техническую задачу, которую берутся решать различные производители измерительно-вычислительного оборудования. И хотя аппаратное обеспечение является очень важной их составляющей, программное обеспечение играет главную роль. Всё новое программное обеспечение для КИМ сейчас имеет развитый графический интерфейс и систему подсказок, что во многом способствует облегчению использования. Кроме того, существует множество готовых программ для выполнения специальных видов измерений, например, контроль турбинных лопаток, зубчатых колёс, тонколистовой продукции и т.п. Программное обеспечение следующего поколения даст возможность сторонним разработчикам добавлять свои модули для работы с КИМ, что позволит адаптировать стандартные метрологические пакеты практически к любым конкретным измерительным задачам.
Сканирование по образующим вдоль оси резьбы
При наличии на чертеже детали большого количества параметров35, требующих для своего измерения данных, полученных при разных установах детали, описанный выше способ становится весьма трудоёмким. Кроме того, наличие ручного этапа обработки промежуточных результатов измерений (запись в журнал с последующих вводом) может внести в процесс
Окончательный вид элементов плана контроля Calypso измерения ошибки, вызванные невнимательностью оператора. Поэтому следующим шагом должна быть полная автоматизация такого метода.
Добиться автоматической передачи результатов между установами детали можно с помощью применения функций параметрического программирования измерений Calypso36. Общая последовательность операций останется такой же, как и при ручной процедуре, но роль электронного «журнала» будет выполнять файл на диске, в который заносятся промежуточные результаты.
Последовательность действий РСМ-программы будет следующая: при выполнении первого прогона измерений (определение координат центра первого отверстия) удалить временный файл, если он уже существует, а затем пересоздать и сохранить в нём результаты измерения; при выполнении второго прогона ЧПУ (определение координат центра отверстий 2, 3, 4) и вычислении результатов измерений — прочитать данные из этого файла. Текст РСМ программы для первого этапа выглядит следующим образом:
Содержимое временного файла C:\TempFile.param после выполнения этой программы представлено на рис. 3.12. Для второго этапа текст программы несколько проще и составляет всего одну строчку: readPCMFile( "C:\TempFile.param" ) В свойства теоретического элемента Circlel (рис. 3.13) следует прописать использование значений переменных PositionX и PositionY, соответственно, в качестве параметров X и Y окружности Circlel . После этого запись результатов в журнал и их последующий ввод более не требуется — считывание будет выполняться автоматически.
Проблема теоретического расчёта точности при многократном переба зировании деталей пока остаётся открытой. Эмпирический анализ точно сти метода выполнялся путём сравнения результатов измерения с однократ ным перебазированием с результатами измерения за один установ: на детали небольшого размера, максимальная измеряемая длина которой составляла 100 мм. Отклонения результатов десяти измерений с перебазированием от измерения за один установ находились в пределах 0.01 мм. Обзор про Рис. 3.12: Содержимое временного файла блемы точности измерений на КИМ можно найти в [44]. Для детального изучения вопроса анализа неопределённости реко мен дуется обратиться к [75] и
Используя описанный подход, можно легко сохранять в файл любое количество параметров и передавать их между измерениями. Кроме того, число установов детали не ограничено двумя, оно может быть таким, какое требуется для осуществления полного выполнения поставленной задачи измерения. При использовании баз, на основе элементов конструкции детали, на точность измерения влияют отклонения формы этих баз, чего удаётся избежать при использовании искуственных баз в виде высокоточных сфер или циллиндров (рис. 3.14).
С помощью данного метода нами выполнено измерение радиуса детали, величина которого не позволяла полностью разместить деталь на КИМ.
Также в другой задаче было успешно выполнено сложное измерение позиционных отклонений расположения отверстий на детали. Его невозможно было бы выполнить на имевшейся КИМ без применения этого метода.
Применение параметрического программирования позволяет автоматизировать контроль и сократить время контроля не только для группы деталей одинаковой конструкции, но и для деталей, на поверхности которых присутствуют повторяющиеся или сходные геометрические элементы.
Применение перебазирования позволяет выполнять измерения деталей, габариты которых выходят за диапазон измерения КИМ, что расширяет возможности применения КИМ к крупногабаритным деталям.
Метод полезен при измерении сложнопрофильных деталей, которые хотя и помещаются в рабочем объёме КИМ, но для измерения параметров требуют ощупывания различных поверхностей детали, доступ к которым при одном установе невозможен.
Возможности параметрического программирования могут использоваться для решения различных практических задач автоматизации измерений. Среди них следует отметить: измерение внутренних и наружных резьб, измерение крупногабаритных деталей с перебазированием, передачу и обработку результатов измерений во внешних программах, получение результатов вычислений из внешних программ и др.
