Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 9
1.1. Оценка уровня технической базы сельского хозяйства 9
1.2. Анализ научного и технического обеспечения технологии контроля качества 27
1.3. Обзор литературы и исследований по контролю качества 27
1.4. Выводы, цель и задачи исследования 44
2. Теоретическое обоснование системы входного контроля качества запасных частей двигателей в условиях технического сервиса 46
2.1. Обоснование рационального выбора поставщика запасных частей 46
2.2. Обоснование планов входного контроля
2.3. Обоснование методики выбора состава контрольно-измерительного оборудования для входного контроля качества 56
2.4. Анализ дефектов цилиндропоршневой группы 57
2.5. Обоснование контролируемых параметров 60
2.6. Обоснование рационального состава измерительных средств для контроля качества деталей цилиндропоршневой группы 65
2.7. Обоснование использования методов оптико-электронных измерений 71
2.8. Определение факторов, влияющих на точность измерений бесконтактными оптико-электронными контрольно-измерительными приборами 75
2.8.1. Классификация факторов, влияющих на точность бесконтактной измерительной системы 75
2.8.2. Методика определения суммарного уровня влияния факторов 76
2.8.3. Влияние расстояния от источника света до поверхности детали 81
2.8.4. Влияние угла наклона поверхности к плоскости светового луча 87
2.8.5. Влияние скорости перемещения детали и частоты сканирования 93
2.8.6. Влияние видимости светового пятна 95
2.8.7. Влияние вибраций объекта при сканировании 102
2.8.8. Влияние свойств поверхности детали 108
2.8.9. Влияние формы поверхности детали 112
2.8.10. Влияние запыленности воздуха 114
3. Методика экспериментальных исследований 115
3.1. Формирование исходных данных 119
3.2. Проверка теоретической зависимости погрешности измерений от расстояния между сканером и контролируемым объектом 124
3.3. Методика исследования зависимости влияния шероховатости, цвета и микроструктуры контролируемой поверхности 127
3.4. Методика исследования зависимости влияния угла наклона контролируемой поверхности 129
3.5. Методика исследования влияния мощности светового излучения сканера и освещенности рабочего места на погрешность измерений 130
3.6. Производственные экспериментальные исследования 132
3.7. Разработка бесконтактной измерительной системы 136
3.8. Методика определения трудоемкости измерений 138
Шаблон резьбовой 140
4. Результаты исследований 142
4.1. Результаты исследования влияния факторов, влияющих на точность бесконтактной измерительной системы 142
4.1.1. Результаты исследования влияния расстояния до контролируемой поверхности 142
4.1.2. Результаты исследования влияния угла наклона контролируемой поверхности на точность бесконтактной измерительной системы 148
4.1.3. Результаты исследования влияния интенсивности зондирующего излучения, и свойств контролируемой поверхности на точность бесконтактной измерительной системы 152
4.1.4. Результаты сравнения контактных и бесконтактных средств измерения 157
4.2. Рекомендации по созданию бесконтактной измерительной системы .163
4.3. Рекомендации по созданию системы входного контроля качества запасных частей 170
4.3.1. Рекомендации по выбору поставщика запасных частей 170
4.3.2. Рекомендации по планированию входного контроля качества 173
4.3.3. Рекомендации по формированию состава измерительных средств 174
4.3.4. Проектирование технологии входного контроля качества с
использование бесконтактной измерительной системы 176
5. Экономическая эффективность входного контроля качества запасных частей... 181
Общие выводы 186
Библиография
- Анализ научного и технического обеспечения технологии контроля качества
- Обоснование методики выбора состава контрольно-измерительного оборудования для входного контроля качества
- Методика исследования зависимости влияния шероховатости, цвета и микроструктуры контролируемой поверхности
- Результаты исследования влияния расстояния до контролируемой поверхности
Введение к работе
Актуальность работы. Производство качественной сельскохозяйственной продукции в необходимом количестве является важнейшим условием, определяющим продовольственную безопасность страны.
Обеспечение высокого качества сельскохозяйственной продукции возможно за счет применения новых технологий производства, соблюдения агротехнических норм и снижения потерь на всех этапах выработки.
Внедрение прогрессивных технологий в агропромышленный комплекс требует значительных капитальных вложений, что не всегда возможно ввиду низкой платежеспособности сельхозтоваропроизводителей, поэтому одним из основных путей повышения эффективности работы отрасли является соблюдение имеющихся технологий производства.
Нарушения агротехнических требований и высокий уровень потерь продукции вызваны, в первую очередь, низким уровнем готовности техники, что, в свою очередь, обусловлено значительным износом имеющегося в хозяйствах страны машинно-тракторного парка. Средний возраст основных видов сельскохозяйственной техники составляет около 20 лет, что далеко выходит за пределы амортизационных сроков эксплуатации.
Ввиду недостаточности обновления и высокого уровня списания машин техническая оснащенность более чем в 3 раза ниже необходимого уровня.
Применение изношенной техники значительно увеличивает потребность в ремонте, тем самым вынуждая сельхозпроизводителей приобретать все больше запасных частей. Так, объемы поставок комплектующих изделий для сельскохозяйственной техники возросли за последние 20 лет вдвое.
Наряду с недостатком техники серьезной проблемой является низкое качество запасных частей. Анализ отчетов предприятий технического сервиса за последние годы показал, что объем некачественных запасных частей составляет не менее 40%. В то же время ресурс запасных частей не только не соответствует их стоимости, но и может привести к дополнительным затратам на устранение неисправностей при эксплуатации машин.
Таким образом, обеспечение поставок качественных запасных частей - одно из важнейших направлений в техническом обновлении средств механизации сельского хозяйства, которое возможно реализовать за счет высокоэффективной организации входного контроля качества на дилерских предприятиях системы агроснабжения, предприятиях технического сервиса и непосредственно у производителей сельскохозяйственной продукции.
Цель исследования. Совершенствование технологии входного контроля запасных частей с использованием бесконтактных измерительных устройств для повышения качества сельскохозяйственной техники.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели исследования предусмотрено решение следующих основных задач:
определить мероприятия по разработке системы входного контроля качества запасных частей с применением автоматизированных бесконтактных средств измерения;
определить основные критерии выбора поставщика запасных частей и параметры входного контроля качества;
обосновать факторы, влияющие на точность измерений бесконтактных оптико-электронных приборов при контроле геометрических параметров изделий;
разработать методику применения автоматизированных бесконтактных измерительных средств для оценки качества при техническом сервисе сельскохозяйственной техники;
разработать рекомендации по созданию автоматизированной бесконтактной измерительной системы;
оценить технико-экономическую эффективность результатов исследований и рекомендаций по переоснащению процесса входного контроля бесконтактными измерительными средствами.
Объект исследования. Технология входного контроля качества запасных частей на предприятиях материально-технического обеспечения и технического сервиса.
Предмет исследования. Показатели качества основных видов запасных частей, поставляемых сельскому хозяйству.
Методы исследований. Теоретические исследования предусматривали использование теории вероятности, управления качеством продукции, геометрической теории оптических изображений, оптики металлов. В экспериментальных исследованиях - методы планирования эксперимента и стандартные методики обработки статистических данных. Результаты теоретических исследований подтверждены данными экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и производственных условиях, что подтверждает целесообразность выбранных методов исследований.
Научная новизна заключается:
в обосновании необходимости совершенствования технологии входного контроля качества запасных частей с использованием триангуляционного метода измерений для повышения точности и производительности измерений;
установлении зависимостей точности контроля геометрических параметров запасных частей триангуляционным методом от различных факторов (расстояние до контролируемой поверхности, угол ее наклона, шероховатость, вибрации, интенсивность излучения лазера), которые позволили определить параметры бесконтактного измерительного устройства.
Практическая значимость результатов исследования заключается в повышении эффективности входного контроля качества запасных частей за счет следующих мероприятий:
разработке методики выбора поставщика и планирования входного контроля качества;
разработке методов определения состава контрольно-измерительных средств и параметров их работы;
внедрения рекомендаций по применению автоматизированных бесконтактных измерительных средств, предназначенных для оценки качества в условиях технического сервиса сельскохозяйственной техники.
Реализация результатов исследования. Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке специалистов технического
сервиса машин и материально-технического обеспечения агропромышленного комплекса.
Апробация работы. Основные положения исследования процесса входного контроля качества сельскохозяйственной техники и запасных частей доложены, обсуждены и одобрены на: Международной научно-практической конференции «Научные проблемы автомобильного транспорта» (г. Москва, 20-21 мая 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии» (г. Москва, 7-8 остября 2010 г.); Конференции «Актуальные проблемы информационных технологий в АПК» (г. Москва, 17 октября 2012 г.).
За разработку бесконтактной измерительной системы для контроля качества запасных частей получены медаль ХП-й Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи 2012 и диплом победителя программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.»).
Публикации. Основные положения и научные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 работах, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК и патент на полезную модель №108599.
На защиту выносятся:
обоснование актуальности организации входного контроля качества запасных частей с использованием автоматизированных оптико-электронных измерительных устройств;
зависимости точности контроля качества от факторов, влияющих на результаты контроля;
методика выбора состава бесконтактных контрольно-измерительных средств и режимов их работы;
рекомендации по совершенствованию технологии входного контроля качества с использованием бесконтактных оптико-электронных средств измерения;
обоснование методики выбора поставщика запасных частей;
результаты оценки экономической эффективности входного контроля качества запасных частей с использованием новых методов и средств измерений.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация включает введение, пять глав, общие выводы, список используемых источников информации из 129 наименований, в том числе 4 на иностранном языке и приложения на 19 страницах. Объем диссертации - 217 страниц машинописного текста, в том числе 198 страниц основного текста, поясняется 44 таблицами и 96 рисунками.
Анализ научного и технического обеспечения технологии контроля качества
Стремление заводов-изготовителей сокращать производственные расходы приводит к использованию дешевой рабочей силы, не имеющей должного уровня квалификации для обеспечения производства качественной продукции.
При низком качестве производимой продукции заводы-изготовители при выявлении брака стараются снять с себя ответственность за его возникновение. Это также не лучшим образом сказывается на репутации российских производителей сельскохозяйственных машин.
Все эти проблемы машиностроителей в совокупности перечеркивают все новшества, внедряемые ими в конструкции сельскохозяйственных машин и еще больше снижают спрос на эту технику. Об этом свидетельствует тот факт, что в 2012 году закупки для сельского хозяйства России импортной техники составили 50,7% и уже стали превышать суммарное количество машин собственной конструкции и выпускаемых по лицензии зарубежных фирм (49,3%). Например, закупка зарубежных тракторов из дальнего зарубежья составила 14975 ед., что почти в 10 раз превышает количество тракторов собственной конструкции, изготовленных в России, которое составило 1558 ед. без учета лицензионных моделей. Аналогичная ситуация наблюдается и по прочим видам техники [6].
Однако положительным моментом в сложившейся ситуации является более низкая по сравнению с импортными аналогами стоимость отечественных машин, лучшее обеспечение запасными частями, а также простота и низкая себестоимость ремонта.
Применение некачественной или изношенной техники увеличивает потребность в ремонте, тем самым вынуждая сельхозпроизводителей приобретать все больше запасных частей. Так, объемы поставок комплектующих для сельскохозяйственной техники возросли в стоимостном эквиваленте за последние 20 лет вдвое (рисунок 1.4) [2]. ига 25000
Анализ качества различных типов запасных частей, проведенный на предприятиях материально-технического обеспечения в 2009-2012 гг. показывает, что основными типами запасных частей, поставляемых сельхозтоваропроизводителям, являются детали двигателей и трансмиссий, рабочих органов зерноуборочных комбайнов, почвообрабатывающих и посевных машин.
Распределение объема поставляемых запасных частей в стоимостном выражении Как видно из рисунка, наибольший объем запасных частей приходится на детали двигателей сельхозмашин. В данной группе следует выделить следующие основные типы деталей: элементы цилиндропоршневои группы (около 48%), коленчатый вал (до 31%), детали газораспределительного механизма (14%). Оставшиеся 7% составляют блоки цилиндров, приводные ремни и цепи, шкивы и др.
Дальнейшие исследования проводились на примере наиболее значительной группы запасных частей - деталей цилиндропоршневои группы двигателя.
Дефекты запасных частей цилиндропоршневои группы основных семейств двигателей, выявленные на предприятиях материально-технического обеспечения Московской, Тамбовской и Пензенской областей представлены в таблице 1.2.
Применение некачественных комплектующих особенно опасно для сельхозтоваропроизводителей, ведь, устанавливая новую запасную часть, взамен изношенной или неисправной, он не получает гарантии соответствия значений ее показателей качества ожидаемым значениям. Низкий ресурс некачественных запасных частей не только не оправдывает их стоимость, но и может привести к дополнительным затратам на устранение неисправностей, возникающих при эксплуатации некачественных деталей в составе дорогостоящих узлов и агрегатов.
Качество запасных частей в первую очередь оценивается по показателям, безопасности, надежности и технологичности.
Показатели технологичности напрямую влияют на стоимость запасных частей. При современном низком уровне технологичности производства запасных частей, низкая стоимость обычно не характеризует деталь как качественную.
Значения показателей надежности и безопасности применительно к запасной части оцениваются в сравнении с базовой деталью устанавливаемой заводом-изготовителем на новую машину.
Качества запасных частей оценивается по следующим показателям: физико-механические свойства материала, геометрические параметры, нарушение целостности материала детали и прочие дефекты. Исследования [7] показывают процентное соотношения между группами показателей оценки качества запасных частей в общем объеме (рисунок 1.6).
Обоснование методики выбора состава контрольно-измерительного оборудования для входного контроля качества
Угловые измерения выполняются с помощью жестких угловых мер, угольников, механических угломеров, гониометров, делительных головок, уровней, синусной линейки и др.
Основными недостатками всех вышеперечисленных средств измерений являются: низкая производительность измерений, невысокий охват поверхности изделий измерениями, низкий уровень охвата контролем изделий и параметров, наличие ошибок контроля из-за утомляемости и уровня квалификации. В связи с этим предлагается применение бесконтактных измерительных средств.
Несмотря на обилие бесконтактных оптико-электронных устройств в свободной продаже готовые решения для входного контроля качества представлены практически исключительно контактными приборами, поэтому целесообразна разработка эффективной бесконтактной измерительной системы на основе одной из технологий оптико-электронного контроля размеров.
Для выбора оптимального метода оптико-электронных измерений следует провести сравнительный анализ.
Выделяются три класса методов: одномерные, двумерные и трехмерные. Наиболее распространены устройства на основе следующих методов контроля: триангуляционный, интерференционный, рефлектометрический, лазерно-акустический, дальнометрический, метод спекл-интерферометрии, муаровый, рентгеновский томографический.
Большинство бесконтактных средств измерений геометрических размеров изделий основаны на триангуляционном методе, который позволяет с помощью лазерного луча и приемника отраженного сигнала получать координаты профиля сканируемого изделия. Это дает возможность значительно повысить производительность и точность измерений, исключить вероятность влияния человека на процесс измерений, получать полную информацию о геометрии изделия в реальном времени.
Триангуляционный метод контроля (рисунок 1.11) основан на расчете искомого расстояния через соотношения треугольника с использованием известных параметров системы. Он позволяет измерять как относительное изменение расстояния от датчика до контролируемого объекта, так и абсолютную его величину. Причем контролируемое расстояние может иметь масштаб от нескольких микрометров до сотен и тысяч метров. Триангуляционные метод применяется для одно, двух (метод светового сечения) и трехмерных устройств и реализован в серийных изделиях многими производителями.
Триангуляционный метод контроля Интерференционный метод реализован в автоматизированных электронных микроскопах (рисунок 1.12). Эта лазерная технология, требующая наличия микроскопа с высоким разрешением, интерферометра и соответствующего программного обеспечения. Она дает возможность разрешения мельчайших различий в характеристиках поверхности (до уровня нанометра) [109].
Имея нанометрическое разрешение, интерференционные измерительные средства подходят для количественного определения гладкости / шероховатости поверхности, перепадов высот и параллельности протяженных поверхностей и конструкций, включая мягкие материалы, а также для определения наличия или отсутствия микротрещин на поверхности детали.
Данный метод отличается малым диапазоном измерений и низкой производительность, что сильно ограничивает возможность его применения для контроля качества запасных частей, где требуется высокая производительность, высокая точность и широкий диапазон измерения.
Рефлектометрический метод трехмерного сканирования основан на прозрачности контролируемого объекта для излучения терагерцевого диапазона частот (рисунок 1.13). При распространении излучения в теле детали происходит отражение его от слоев, имеющих большую диэлектрическую проницаемость, чем слой, в котором излучение распространяется, импульс при этом меняет полярность, при отражении от слоя, имеющего меньшую проницаемось полярность импульса соответствует полярности исходного импульса. Импульсы, отраженные от различных слоев исследуемого образца, разделяются во времени оконным преобразованием Фурье.
Таким образом, получается информация о распределении веществ внутри исследуемого образца. Информация о толщине слоя извлекается из временной задержки между переотражениями. При такой съемке в глубину можно получить гораздо большее разрешение, чем в перпендикулярной распространению излучения плоскости, ведь разрешение будет определяться не длиной волны, а временным расстоянием между импульсами.
Данный метод имеет преимущество в том, что позволяет определять размеры внутренних полостей детали.
Недостатками таких измерительных систем является высокая стоимость в связи со сложностью вычислений поступающей информации и низкая точность, достаточная лишь для выявления отсутствия или наличия скрытых полостей или неоднородностей материала. Таким образом рефлектометрические системы применимы лишь в целях дефектоскопии.
Суть лазерно-акустического метода измерений состоит в следующем: на объект направляется импульсное лазерное излучение с параметрами, необходимыми для возбуждения акустической волны в воздухе. При воздействии импульсного лазерного излучения на поглощающую поверхность твердого тела, в газе, граничащем с поверхностью, возникает акустический импульс. Этот эффект связан с повышением температуры поверхности и последующим нагревом приповерхностного слоя газа за счет теплопроводности на границе. Газ, нагреваясь, расширяется и создает звуковую волну - импульсный источник звука, положение которого определяется точкой пересечения лазерного луча с поверхностью. Координаты такого источника вычисляются с помощью известных в акустике методов, например, по времени задержки между моментом прихода лазерного излучения на поверхность и моментами регистрации акустических импульсов в воздухе микрофонами, расположенными на известном расстоянии друг от друга (звуковая пеленгация).
Такой метод обладает преимуществами оптической локации перед звуколокацией, в частности, более высоким пространственным разрешением, так как лазерный пучок можно сфокусировать в пятно весьма малого размера. В то же время, ввиду небольшой скорости распространения ультразвука, по сравнению со световой, при обработке сигналов, поступающих от объекта, отпадает необходимость в сверхвысокочастотной сложной аппаратуре, которая требуется в случае обычной оптической локации. Этот метод называется оптико-акустической локацией.
Такие системы обладают определенными преимуществами по сравнению со многими другими методами при контроле крупногабаритных (размером от нескольких, до нескольких десятков метров). Для небольших деталей, к которым относятся запасные части сельскохозяйственной техники данный метод малоприменим.
Дальнометрический метод основан на принципе измерения времени прохождения лазерного луча до объекта и обратно. Метод является одномерным, то есть, предназначен для определения координат лишь для одной освещаемой точки контролируемого объекта.
Муаровый метод (рисунок 1.14) использует принципы триангуляционного метода, но вместо световой полосы на поверхность объекта проецируются несколько световых полос, создающих на поверхности контролируемого объекта линейчатую сетку (муар), по искривлениям которой определяется ее геометрия. Данный метод изначально
Методика исследования зависимости влияния шероховатости, цвета и микроструктуры контролируемой поверхности
Дефекты, относящиеся к первой группе, к которым можно отнести слишком большой диаметр поршневого пальца, малый или большой внутренний диаметр или переточенные посадочные пояски гильзы цилиндра, малый диаметр отверстий под поршневой палец, выявляются в процессе сборки цилиндропоршневой группы или установки ее в двигатель, а также при явных несоответствиях положения деталей, больших люфтах или зазорах или других признаках, легко выявляемых визуально.
Невыявление такого брака службой входного контроля качества при наличии на складе другой годной запасной части влечет за собой потерю только стоимости некачественной детали. Из всех издержек, вероятных при установке бракованной запасной части в двигатель такие затраты являются минимальными, но при этом эти дефекты легко выявляются при помощи несложного измерительного инструмента.
Ко второй группе дефектов относятся более мелкие несоответствия геометрических параметров, проявляющиеся в увеличении зазоров сопряженных деталей. Это влечет за собой увеличение расхода топлива и масла, дисбаланс, повышение токсичности выхлопа и т.д.
Затраты от невыявления дефектов второй группы составляют стоимость запасной части и себестоимость сборочно-разборочных работ. В этом случае возможны претензии со стороны потребителя на превышение срока ремонта.
Выявление таких дефектов возможно, но при этом должны применяться более точные контрольно-измерительные приспособления использование которых, обычно, ведет к увеличению трудоемкости контроля.
Третья группа дефектов выявляется в результате эксплуатации двигателя, установленного на технику потребителя. Проявления этих дефектов значительно снижают ресурс детали, а иногда и двигателя в целом. Эти дефекты представлены малыми отклонениями размеров, не выявленными службой входного контроля качества из-за недостаточной точности оборудования или низкой квалификации контролера. К этой же группе относятся дефекты, проявляющиеся только при работе детали под нагрузкой. Поиск их сильно затруднен из-за скрытого характера или труднодоступности.
Проявление дефекта может вызвать как простои техники и связанные с этим потери потенциальной прибыли потребителем (с последующим предъявление претензий предприятию технического сервиса и заменой неисправной детали за его счет), так и серьезные поломки двигателя, которые, помимо большего простоя, повлекут за собой затраты на сложный ремонт или замену целых агрегатов или всего двигателя. Эти же дефекты могут не проявлять себя в виде неисправностей, а отрицательно влиять на эксплуатационные характеристики двигателя или всей машины, на которой он установлен.
Решение проблемы выявления дефектов третьей группы отклонений размеров заключается в применении более точного и производительного измерительного оборудования.
Составим сравнительный график затрат предприятия технического сервиса от невыявленного брака, где суммируем все дальнейшие затраты по группам дефектов (рисунок 2.5). Для построения данного графика взяты следующие примерные значения для комбайна Acros-530, оснащенного двигателем ЯМЗ-236-БК: рыночная стоимость гильзы цилиндра - 1100 руб., себестоимость разборочно-сборочных работ - 100 руб./ч., трудоемкость разборочно-сборочных работ - 8 чел.-ч., затраты потребителя за час простоя комбайна- 10000-15000 руб./ч. [115], вероятные затраты от увеличения срока ремонта взяты исходя из издержек от простоя в период уборочных работ и с учетом того, что комбайн работает только 20-25 дней в году, т.е. вероятность таких издержек 25/365=0,07 или 7% от общего числа возможных дней его постановки на ремонт, трудоемкость капитального ремонта двигателя, вышедшего из стоя в полевых условиях, с учётом транспортировки составляет около 280 чел.-ч., себестоимость капитального ремонта двигателя - около 30000 руб.
Диаграмма для сравнения издержек от невыявленного брака по группам Из рисунка 2.5 видно, что наиболее тяжелые последствия для потребителя, а значит и вероятные затраты предприятия технического сервиса от судебных выплат наблюдаются при возникновении неисправности отремонтированного двигателя во время выполнения рабочих операций машины. Ремонт двигателя в это время обходится значительно дороже затрат на устранение брака во время его сборки и обкатки на предприятии технического сервиса. И этого следует, что, для минимизации вероятности затрат на устранение неисправностей двигателя в рабочий сезон машины и выплат по судебным искам, необходимо особое внимание уделять дефектам группы III, для чего необходимо повышать точность контрольно-измерительного оборудования и снижать риск ошибки контролера.
Таким образом существует необходимость в оптимизации затрат на контроль путем определения рационального объема выборки контролируемых запасных частей, при этом необходимо стремиться к 100% контролю и повышению точности измерений, что непременно приведет к дополнительным затратам на оборудование, переподготовку персонала и т.д. Возникающее противоречие можно решить при помощи выстраивания цепи контрольных операций в порядке увеличения трудоемкости измерений и оценки качества по параметрам, имеющим высокий уровень дефектности.
Некоторые дефекты с маловероятным или нерегулярным характером появления следует отнести к малозначимым и проверять в конце цепочки технологической цепочки операций или исключить из маршрута контроля. К таковым относятся, например, несоответствия шероховатости поверхности, из-за того, что производители запасных частей зачастую стараются скрыть другие недостатки своей продукции улучшением ее внешнего вида. При этом заключительной поверхностной обработке, как одной из составляющих образа качественной детали, уделяется большое внимание. К дефектам с более высокой вероятностью появления относятся дефекты геометрических параметров поршневых колец, а также несоответствие их упругих свойств нормальным значениям, о котором с большой долей вероятности можно судить, определив прочие физико-механические свойства материала.
Результаты исследования влияния расстояния до контролируемой поверхности
Форма изделия оказывает непосредственное влияние на результаты сканирования. Это обусловлено появлением при освещении плоским лазерным лучом поверхностей различных форм таких явлений, как блики в характерных точках поверхности и «мертвые зоны» лазерного луча или ПЗС-матрицы. Контроль таких поверхностей необходимо производить по специальным алгоритмам.
Существуют три варианта, исходных данных о форме поверхности при сканировании: заданы форма и размеры изделия; задана форма изделия; форма изделия не задана.
В первом случае для того, чтобы определить, входит ли точка поверхности в диапазон ее чертежного размера нами предлагается следующий алгоритм действий: строится модель поверхности по заданным параметрам; аналитически определяется действительное положение контролируемого изделия в пространстве; сравниваются координаты модели, повёрнутой в то же положение, что и изделие, с полученными от сканера данными.
При этом выпадающие точки определяем как выходящие за пределы ожидаемого диапазона. Выпавшие точки исключаем из массива полученных координат, т.е. помечаем их, как невидимые. Если в результирующем массиве количество невидимых точек превышает определенный порог, то это дает основание к повторному сканированию или изменению положения изделия относительно сканера. В дальнейшем положение относительно сканера вносится в базу данных для использования при сканировании серии одинаковых изделий.
Если известна только форма изделия и необходимо проверить полученные координаты точек на соответствия форме, по усредненным значениям полученных координат точек строится поверхность, назначается ожидаемый диапазон размеров в процентном или действительном выражении, выпавшие точки обрабатываются аналогично предыдущему варианту. Далее данные визуализируются. Выводы о годности изделия строятся на основе визуальной оценки отображенной модели. Для этого целесообразно окрашивание областей модели с указанием соответствия цвета отклонения от среднего значения.
Если форма изделия заранее неизвестна, то по полученным данным сложно судить о реальных отклонениях параметров поверхности от требуемых. В этом случае строится модель поверхности, далее оператор визуально указывает участки, с бликами и другими дефектами измерений. Данные участки обрабатываются аналогично предыдущим вариантам. Годность изделия оценивается визуально.
Другим вариантом контроля произвольной поверхности является построение моделей изделия, размещенного в разных положениях относительно сканера с удалением выпадающих точек и построением средней усредненной поверхности с последующей визуальным контролем.
Плоские поверхности характерны хорошей видимостью освещаемой лазерным лучом линии и, как следствие, простотой определения координат точек поверхности и отсеивания выпадающих точек.
Для сканирования плоских поверхностей изделий необходимо задаваться следующими параметрами формы поверхности: наличие отверстий и их расположение относительно винта; форма кромок поверхности (наличие фасок или скруглений); наличие на плоской поверхности участков другой формы; наличие угла наклона поверхности относительно стола. Если не рассматривать случаи попадания солнца в поле зрения прибора, то можно вьщелить два основных механизма облучения солнечным светом ПЗС матрицы. Первый - многократное переотражение света на элементах конструкции объектива. Второй - отражение света от пылевых частиц.
Следует отметить, что не всякая пылевая частица может помешать работе видеодатчика. Объектив датчика сфокусирован на бесконечность. Если частица находится на достаточно большом расстоянии (оценка величины этого расстояния приведена в разделе «Засветка пылевыми частицами»), то её изображение на матрице будет представлять собой пятно диаметром в несколько пикселей. Такое пятно никак не может сказаться на погрешности измерения, так как на первом этапе обработки изображения эта область может быть исключена из рассмотрения. Если же частица находится в непосредственной близости от видеодатчика, то размер пятна изображения частицы на ПЗС матрице может быть соизмерим с размерами самой матрицы.
Тогда изображение пылевой частицы будет представлять собой некоторый фон по всему кадру. Этот фон уже не может быть устранён никакими алгоритмическими методами и может являться существенным источником помех при работе прибора. Величина фона будет зависеть от параметров частицы и от угла естественного или искусственного освещения и может быть оценена для некоторых типичных значений параметров.
Таким образом, все факторы, которые были проанализированы выше в той или иной степени влияют на точность бесконтактной измерительной оптико-электронной системы. Наибольшее влияние на точность измерений оказывают расстояние до контролируемой поверхности, угол ее наклона, интенсивность светового излучения.
Другие факторы, характерные для производственных условий, такие как вибрации, освещенность рабочего места и т.д., также снижают точность бесконтактных измерений и требуют соответствующих мероприятий по снижению негативного влияния на точность измерений.
