О РЕАЛИЗАЦИИ ВОЗМОЖНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ШИРОКОРАЗМЕРНЫХ ДЕТАЛЕЙ

CONTACTLESS OF PROJECTION CONTROL OF GEOMETRICAL PARAMETERS OF THE PRODUCT AND ITS IMPLEMENTATION

Evgeny Zhukov

candidate of Technical Sciences, associate professor of the Department of technology of mechanical engineering

of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Russia, Belgorod

Mariya Aldushina

student of the Department of technology of mechanical engineering

of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Russia, Belgorod

АННОТАЦИЯ

На сегодняшний день проекционный контроль малогабаритных изделий позволяет осуществить контроль только одного из параметров: микропрофиля поверхности или его геометрии. В статье представлен проекционный оптический метод для достижения определения достоверной оценки как микропрофиля поверхности, так и ее геометрии по монохромному изображению объекта. Применяемый в случае, когда прямой проекционный контроль становится невозможным.

ABSTRACT

To date, the projection control of small-sized products allows control of only one of the parameters: microprofile surface or geometry. The article presents a projection optical method to achieve the definition of a reliable assessment of microprofile surface and its geometry on a monochrome image of the object. Used in the case when the direct control of the projection becomes impossible.

Ключевые слова: проекционный контроль, монохроматическое изображение, ПЗС-матрица, микронеровности, технологический процесс.

Keywords: projection control, monochromatic image, CCD, microroughness, engineering process.

Имеющиеся в настоящее время разработки по проекционному контролю или измерению микро- и макро- размеров позволяют выполнять контроль только одного параметра: микропрофиля поверхности [5], или геометрии объекта [6]. В тоже время при производстве мелкоразмерных изделий появляется необходимость постоянного контроля микро- и макрогеометрии изделия [1], и, чаще всего, в массовом производстве, где используются специальные контрольные автоматы [8].

Разработки кафедры «Технология машиностроения» БГТУ им. В.Г. Шухова реализованные в виде устройств по измерению геометрии объектов или их шероховатости по анализу имеющейся в распоряжении авторов информации, показали, что способ бесконтактной проверки параметров контролируемых изделий разделён на несколько операций или проводится по какому-то существенному параметру. При этом считаем, что другие требования, при данной операции к качеству получаемой поверхности, выполняются автоматически при соблюдении условий производства.

Условия производства стоматологического инструмента требуют выполнения 100 % контроля хвостовиков боров [9]. При этом используются контрольно-сортировочный автомат или устройство контроля, где используют проекционный метод контроля [7]. На рис. 1 изображен продольный профиль хвостовика стоматологического бора, полученный проекционным способом без использования оптики.

Рисунок 1. Проекция продольного профиля хвостовика стоматологического бора

На картинке явно присутствуют искажение цвета изображения и отклонения от постоянного значения яркости. Для обеспечения достоверности результатов используется предложенный ранее способ оценки геометрии по монохромному изображению объекта [4]. На рис. 2 приведено монохромное изображение профиля хвостовика стоматологического бора.

Из чего видно, что края изображения, определяющие границы профиля или диаметр хвостовика, имеют не четкую структуру. То есть невозможно достоверно определить границу диаметра [2]. При размере зерен ПЗС-матрицы параметр замера составил 2 мкм, отклонение этой границы может составлять до 4 мкм, но присутствуют более значительные отклонения. Анализ на рисунке 1 показывает, что отклонение профиля имеет периодический характер, как это показано на рисунке 3.

.

Рисунок 2. Монохромная проекция продольного профиля хвостовика стоматологического бора

Рисунок 3. Схема расположения пикселей периодического характера

Таким образом, согласно схеме расположения пикселей изображения проецированного на ПЗС-марицу [5] изображение включает измерение двух диаметров D₂ или D₁, но, чаще всего, пользуются средней линией. Тогда D₁-D₂= X₂·∆ -X₁·∆, где ∆-цена пикселя ПЗС-матрицы, обычно от 0,001 до 0,007 мм, X₁ и X₂ – соответствующие номера строк изображения, при этом шаг микронеровностей t определяется подачей S и радиусом при вершине режущего инструмента. Технологический процесс производства стоматологического инструмента, кроме токарной операции обеспечивающей шероховатость по Ra = 12,5 мкм, включает в себя операцию галтовки, позволяющей снизить высоту микронеровностей до 1,25 мкм. А в этом случае прямой проекционный контроль становится невозможный, так как высота микронеровностей меньше размера зерна ПЗС-матрицы. Авторы видят решение этой задачи в использовании для определения микронеровностей проекционного оптического метода. То есть в установке дополнительной оптической системы с десятикратным увеличением. При этом возможно измерение микронеровностей высотой до λ/2, где λ – минимальная длина источника оптического излучения, хотя согласно рекомендации [3], это допустимое значение должно быть увеличено минимум в 2 раза. Таким образом, для красного лазера ≈ 600 нм для фиолетового ≈160 нм, что вполне приемлемый параметр для измерения шероховатости поверхности после галтовки.

Работа выполнена в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» по Соглашению № 14.577.21.0193 от 27 октября 2015 г. «Разработка роботизированного комплекса для реализации полномасштабных аддитивных технологий инновационных материалов, композитов, конструкций и сооружений».

Список литературы:

1. Жуков Е.М., Блудов А.Н. Автоматизированное определение величины припуска наплавленного железнодорожного колеса // Информационные системы и технологии. 2014. № 5 (85). С. 74–80.
2. Рыбак Л.А., Гапоненко Е.В., Жуков Е.М. Исследование точности обработки на станках с параллельной кинематикой с учетом смещений приводных механизмов и силы резания. // Технология машиностроения. 2012. № 12. С. 25–28.
3. Табекина Н.А., Четвериков Б.С., Чепчуров М.С. Влияние явления дифракции на точность автоматизированного процесса определения геометрических параметров профиля объектов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2016. – № 1. – С. 90–93.
4. Чепчуров М.С. Контроль и регистрация параметров механической обработки крупногабаритных деталей // монография / М.С. Чепчуров. Белгород, 2008.
5. Чепчуров М.С., Афанаскова Ю.А. Бесконтактный способ контроля шероховатости поверхности деталей пресс-формами и его реализации //Технология машиностроения. – 2009. – № 11. – С. 15.
6. Чепчуров М.С., Жуков Е.М., Блудов А.Н. Устройство оперативной бесконтактной диагностики отклонения профиля колеса железнодорожного // Механики XXI веку. – 2014. – № 13. – С. 139–144.
7. Чепчуров М.С., Табекина Н.А., Вороненко В.П. Контроль геометрических параметров технологической системы на базе автоматов продольного точения // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2016. – № 4. – С. 89–95.
8. Чепчуров М.С., Тюрин А.В. Технологические системы на базе автоматов продольного точения с использованием модульной компоновки оборудования // Технология машиностроения. 2013. № 7. С. 64–69.
9. Chetverikov B.S., Chepchurov M.S., Pogonin D.A. Definition of shape and position of complex geometric surfaces // World Applied Sciences Journal. 2014. Т. 31. № 4. С. 526–530.