Введение к работе
Актуальность темы. Технический контроль качества специальных волоконных световодов (СВС) ввиду сложности и разнообразия технологий их производства является одной из важнейших задач при производстве волоконно-оптических компонентов и датчиков. Большое количество типов конструкций СВС требует постоянного развития существующих и создания новых методик контроля.
Малые объемы производства отдельно взятого типа СВС требуют гибкости автоматизированной системы технического контроля качества, способности ее быстрой перестройки с одного вида СВС на другой. Сложная по сравнению с телекоммуникационными волоконными световодами конструкция СВС требует совершенствования существующих методик и методов технического контроля качества. Особенность процесса производства на всех стадиях требует обработки большого числа параметров технологического процесса, сопоставления их с данными, полученными в исследовательской лаборатории. Необходимость контроля каждого образца, возникающая при отработке технологии производства нового типа СВС, увеличивает длительность процесса исследования. При этом объемы получаемых данных серьезно осложняют унификацию, сохранение, отображение, визуализацию и анализ данных, делают невозможным в ручном режиме принимать решение об изменении параметров технологического процесса.
Автоматизация операций технического контроля на этапах производства СВС, таким образом, является актуальной задачей.
Известные автоматизированные системы контроля (АСК), представленные некоторыми авторами, решают задачи контроля отдельных исследовательских или технологических операций (Азаров А.А.), но без проведения анализа параметров технологического процесса и операций контроля на других стадиях.
Системы, управляющие контролем качества на всех главных этапах производства СВС, в известной литературе не описаны.
Существенный вклад в проектирование АСК высокотехнологичных производств внесли следующие авторы: Н.М. Легкий, Н.Г. Зайцев, А.Н. Сисюков, Н.А. Милостная, А.В. Дорохов, А.В. Кузнецов, И.В. Лофицкий, И.И. Стародубцев, Е.Н. Барышников. Большое внимание разработке методов контроля волоконных световодов уделили следующие отечественные и зарубежные авторы: А.В. Бурдин, В. А. Бур дин, А.В. Листвин, В.Н. Листвин, А.Г. Свинцов, А.Б. Иванов, И.В. Соколов, М.В. Дашков, F. Maasoumi, A.R. Bahrampour, G. Yilmaz, S.E. Karlik, A.H. Hartog, M.P. Gold, J.C. Juarez и др. Однако применение их методик в рамках автоматизированной системы контроля качества СВС на практике сопряжено с серьезными и часто неустранимыми трудностями. Модели рефлектограмм в работах разных авторов представляют собой сложные имитационные модели, точно описывающие лишь один из видов рассеяния, при этом не учитывают возможное нестационарное состояние любого из участков СВС или нелинейные оптические эффекты, а также инструментальные погрешности
конкретных моделей рефлектометров. Все это делает их неприменимыми в автоматизированной системе контроля качества СВС.
Объектом исследования являются технологические процессы технического контроля качества СВС на этапах производства.
Предметом исследования являются методы и алгоритмы автоматизированной системы технического контроля качества СВС на этапах производства.
Цель работы
Разработка методов и алгоритмов автоматизированной системы технического контроля качества СВС в процессе производства, обеспечивающих повышение точности локализации дефектов в СВС, сокращение потерь времени в ходе технологического процесса.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
Разработать структуру автоматизированной системы технического контроля (АСТК) качества СВС, обеспечивающей определение связей дефектов СВС с отклонениями параметров технологического процесса (ТП) и отбраковку продукции, не удовлетворяющий техническим требования (ТТ), на ранних стадиях ТП.
Разработать модифицированные методы технического контроля качества оптических параметров СВС, обеспечивающие достижение необходимой точности.
Разработать модель процесса рефлектометрии волоконного световода, учитывающую возможное нестационарное состояние любого из участков световода, имитирующую спектральные характеристики реальных рефлектограмм и учитывающую инструментальные погрешности конкретных типов рефлектометров.
Разработать модифицированные методы технического контроля качества геометрических параметров заготовок СВС, обеспечивающие достижение необходимой точности, основанные на оптимизации элементов алгоритмического обеспечения.
Провести апробацию разработанных модифицированных методов контроля в составе пилотной версии АСТК на действующем производстве.
Методы исследования:
Поставленные в работе задачи решены с использованием методов теории управления, математического моделирования, программирования, цифровой обработки сигналов, а также натурных экспериментов.
Научная новизна состоит в следующем:
разработана структура АСТК качества специальных СВС, новизна которой заключается в возможности определения связей дефектов СВС с отклонениями параметров технологического процесса и отбраковки продукции, не удовлетворяющей техническим требованиям, на ранних стадиях ТП;
построена новая модель одного из основных процессов контроля качества СВС - рефлектометрии волоконного световода, учитывающая возможное нестационарное состояние любого из участков световода, имитирующая спектральные характеристики реальных рефлектограмм, а также учитывающая
инструментальные погрешности основных типов рефлектометров;
разработаны модифицированные методы выявления дефектов в волоконных световодах, позволяющие выявлять поляризационные дефекты СВС, увеличить отношение сигнал - шум рефлектограммы. Новизна их состоит в применении специальных алгоритмов исследования образцов и обработки данных;
созданы и реализованы модифицированные методы корреляционного анализа границ слоев заготовок СВС, позволяющие исследовать геометрические параметры заготовок СВС, в том числе и в процессе производства. Новизна их состоит в автоматической вариации параметров корреляционного алгоритма.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Пилотная версия АСТК качества СВС благодаря своей структуре
обеспечивает определение связей дефектов СВС с отклонениями параметров
технологического процесса и отбраковку некондиционной продукции на
ранних стадиях ТП, что снижает производственные затраты.
Модифицированные методы технического контроля качества оптических и геометрических параметров СВС и их заготовок обеспечивают достижение необходимой точности результатов контроля на этапах производства.
Разработанная модель процесса рефлектометрии волоконного световода учитывает возможное нестационарное состояние любого из участков световода, имитирует спектральные характеристики конкретных рефлектограмм и учитывает инструментальные погрешности основных типов рефлектометров.
Личный вклад автора:
Все результаты, составляющие научную новизну настоящей работы, получены автором лично.
Достоверность полученных результатов:
Достоверность результатов подтверждается данными экспериментальных исследований (проведенных на оборудовании, внесенном в Госреестр средств измерений под номером 37663-08, по утвержденным производителем методикам) и математического моделирования, успешным применением разработанных методов на действующем производстве.
Практическая значимость работы:
-Пилотная версия АСТК качества СВС, внедренная на действующем производстве, позволяет определять связи дефектов СВС с отклонениями параметров ТП и вести отбраковку продукции, не удовлетворяющей техническим требованиям, на ранних стадиях ТП. Эксплуатация пилотной версии данной АСТК на действующем производстве позволила уменьшить общее время ТП на 12 %, ввести новые способы отбраковки СВС и установления причин брака, снизить количество брака на 10 %.
-Модифицированные методы выявления неоднородностей в волоконных световодах применяются при производстве СВС и анализе их качества и обеспечивают достижение необходимой точности результатов контроля.
-Построенная математическая модель процесса рефлектометрии СВС позволяет отрабатывать новые методы и методики выявления неоднородностей, которые применяются или будут применяться в данной АСТК. Программная
реализация модели представляет собой эмулятор рефлектометра, пригодный для использования в производственной и педагогической практике.
- Для обработки данных с производства применен корреляционный анализ, что в случае зашумленных сигналов дает большую по сравнению с пороговыми алгоритмами точность локализации границ слоев или неоднородностей СВС.
Реализация результатов работы
Модифицированные методы контроля, реализованные на базе созданной пилотной версии АСТК качества СВС, внедрены на производственном участке и в волоконно-оптической лаборатории ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» (Россия, 614990, г. Пермь, ГСП-590, ул. 25 Октября, 106).
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
Всероссийская конференция по волоконной оптике (г. Пермь, 2009, 2011 г.г.); XVIII Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика' 2011» (г. Санкт-Петербург, 2011 г.); XII Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2011 г.).
Публикации:
Основные положения диссертации изложены в 8 работах, в том числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы:
