Введение к работе
Актуальность работы. В машино- и приборостроительных предприятиях, выпускающих высокоточные детали и изделия для авиационной, железнодорожной, автомобильной, судостроительной и другой техники, возникает необходимость поддержания конкурентоспособности, которую можно достичь повышением качества изготовления продукции. Одним из важнейших элементов машин и приборов являются подшипники качения. Для обеспечения качества продукции и эффективности подшипникового производства на предприятиях внедряют системы менеджмента качества продукции, одним из важнейших элементов которых является система мониторинга технологического процесса и оборудования. В свою очередь, технологический процесс производства подшипников должен подлежать автоматизированному контролю качества изготавливаемых изделий. Одним из элементов систем мониторинга является контроль качества шлифованных поверхностей качения деталей подшипников (колец и роликов). Наиболее эффективным и перспективным с точки зрения автоматизации представляется вихретоковый метод, подробно рассмотренный в работах А.Л. Дорофеева, Ю.Г. Казаманова, В.С. Соболева, Ю.М. Шкарлета и других ученых, изучавших электромагнитную дефектоскопию деталей. Вихретоковый метод контроля применяется в различных областях производства. В подшипниковой промышленности применение вихретокового метода контроля имеет специфику самого процесса контроля и изготовления контролирующего оборудования. Эффективность использования данного метода в настоящее время показана в ряде работ, в том числе выполненных в СГТУ.
В СГТУ тема вихретокового метода контроля в системе мониторинга производства деталей подшипников отражена в работах: А.А. Игнатьева, В.В. Горбунова, С.А. Игнатьева, О.В. Волынской, А.Р. Бахтеева и Д.О. Пчелинцева. Однако имеющиеся автоматизированные системы вихретокового контроля, применяемые в подшипниковой промышленности, не исключают в полной мере участие человека в процессе принятия решения о дефектах шлифованной поверхности качения деталей подшипников.
Имеющиеся на данный момент автоматизированные системы вихретокового контроля для мониторинга технологического процесса (ТП) шлифования деталей подшипников (в т.ч. использующая вейвлет-преобразование информационных сигналов) в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» не отвечают в полной мере автоматическому контролю, т.к. обеспечивают автоматическое распознавание только трех локальных дефектов деталей подшипников.
Автоматический процесс контроля и выдачи их результатов становится все более необходимым в связи с возникновением задач управления технологическими процессами и качеством продукции. Таким образом, к приборам неразрушающего контроля предъявляется требование совместимости с управляющими ЭВМ. Кроме того, желательно наличие обратной связи, которая обеспечит гибкое отслеживание приборами изменений ассортимента продукции с целью обеспечения высокой достоверности и точности контроля.
Повышение эффективности вихретокового метода контроля качества шлифованной поверхности деталей подшипников за счет автоматического анализа степени неоднородности поверхностного слоя и выявления типичных дефектов с помощью специальных методов вейвлет-анализа информационных сигналов, разработку необходимых интеллектуальных технологий, позволяющих повысить качество результатов контроля, следует считать актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является совершенствование вихретокового контроля качества шлифованных поверхностей качения деталей подшипников на основе автоматического распознавания локальных дефектов с применением интеллектуальных технологий при помощи интегральной оценки спектров вейвлет-коэффициентов информационных сигналов и автоматической классификации деталей по степени неоднородности поверхностного слоя деталей подшипников.
В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:
-
Разработка метода автоматического распознавания вида локальных дефектов поверхностного слоя деталей подшипников по определенному набору признаков на основе данных вихретокового контроля с применением вейвлет-преобразований и интеллектуальных технологий.
-
Создание программного модуля для автоматического поиска и интеллектуальных алгоритмов распознавания наиболее распространенных локальных дефектов шлифованной поверхности качения деталей подшипников по данным вихретокового контроля.
-
Практическая реализация разработанного метода локализации и классификации дефектов поверхностей качения деталей подшипников для совершенствования механизма обратной связи в системе мониторинга технологического процесса (СМТП).
-
Внедрение модуля распознавания дефектов деталей подшипников в систему мониторинга процесса шлифования деталей подшипников.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработан метод автоматического распознавания локальных дефектов поверхностного слоя шлифованных деталей подшипников при вихретоковом контроле на основе использования интегральной оценки спектров вейвлет-коэффициентов информационных сигналов.
-
Предложена и обоснована методика применения интегральных оценок спектров вейвлет-коэффициентов информационных сигналов при распознавании дефектов деталей подшипников, критериально оцениваемых по величине интегральной оценки, причем на первом этапе осуществляется распознавание по амплитудной составляющей информационных сигналов; если осуществляется совпадение интегральных оценок от дефектов в одном признаковом пространстве, то на втором этапе осуществляется распознавание по интегральным оценкам фазовой составляющей информационных сигналов.
-
Разработан программный модуль, позволяющий реализовать алгоритм распознавания ряда дефектов по амплитудной составляющей и автоматический переход к распознаванию неопределенных дефектов по фазовой составляющей информационных сигналов вихретокового преобразователя.
Методы и средства исследования. В основе проведенных исследований лежат методы теории автоматического управления, аппарат вейвлет-преобразований, теория распознавания образов. Обработка результатов вихретокового контроля велась с использованием специально разработанного программного обеспечения в среде прикладных пакетов Wavelet Toolbox 2.0/2.1 (MATLAB 6).
Экспериментальные исследования проводились с использованием автоматизированной системы вихретокового контроля (АСВК) на базе автоматов контроля деталей подшипников (АВК-Р2 и ПВК-К2М) в производственных условиях ОАО «Саратовский подшипниковый завод».
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Применение метода автоматического контроля качества шлифованной поверхности по данным вихретокового контроля проводилось в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» в рамках задачи совершенствования автоматизированных средств контроля для системы мониторинга ТП и развития АСУ ТП предприятия.
Разработано методическое и программное обеспечение для выявления неоднородности структуры поверхностного слоя и автоматического распознавания шести основных локальных дефектов на основе вейвлет-анализа информационных сигналов АСВК в подшипниковом производстве.
Внедрение результатов работы осуществлено в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» в рамках программы внедрения специальных технических средств для совершенствования системы мониторинга и управления качеством, действующей на предприятии, что позволило на 8-11% повысить качество контроля деталей подшипников и в СГТУ в качестве учебно-методических материалов для дисциплины «Автоматизированный контроль и диагностика».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на: Всероссийских конференциях «Совершенствование техники, технологий и управления в машиностроении» (Саратов, 2009), «Информационные технологии, системы автоматизированного проектирования и автоматизированного производства» (Саратов-Балаково, 2010) и 5 региональных конференциях «Молодые ученые – науке и производству» (Саратов, две в 2008 г., две в 2009 г. и одна в 2010 г.), и на заседаниях кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами» СГТУ в 2008 -2010 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 1 статья в журнале, включенном в перечень ВАК РФ; 7 статей опубликованы без соавторов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Диссертация содержит 135 страниц, 50 рисунков, 5 таблиц, список используемой литературы включает 122 наименования.
На защиту выносятся:
-
Метод автоматической оценки качества и распознавания вида локальных дефектов поверхностного слоя деталей подшипников на основе данных вихретокового контроля с применением вейвлет-преобразований.
-
Программный модуль для автоматического поиска с разработанными алгоритмами распознавания наиболее распространенных локальных дефектов шлифованной поверхности, в производстве деталей подшипников по данным вихретокового контроля.
-
Экспериментальное применение программного модуля с элементами интеллектуальных технологий, основанного на использовании метода интегральных оценок.
-
Практическое применение экспериментальных данных распознавания локальных дефектов деталей подшипников с использованием интеллектуальных технологий в системе мониторинга ТП производства деталей подшипников.
