Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблемы контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках газотурбинных двигателей 13
1.1 Актуальность проблемы контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках газотурбинных двигателей 13
1.2 Анализ процесса контроля лопаточной решетки газотурбинного двигателя 17
1.3 Анализ методов и средств контроля угла установки лопаток ГТД 22
1.4 Цели и задачи исследования 41
Выводы по главе 1 42
Глава 2. Методологические основы построения лазерной оптоэлектроннои системы автоматизированного контроля угла установки лопаток ГТД 44
2.1 Системные принципы построения АСК 44
2.2 Разработка концепции построения автоматизированной оптоэлектроннои системы контроля 49
2.3 Разработка моделей АСК 55 Выводы по главе 2 71
Глава 3. Разработка структуры автоматизированной системы контроля угла установки лопаток в лопаточных решетках ГТД 73
3.1 Технические требования к автоматизированной системе контроля 73
3.2 Разработка функциональной схемы автоматизированной системы контроля 75
3.3 Разработка структуры автоматизированной системы контроля 78
3.4 Анализ метрологических характеристик 83
Выводы по главе 3 89
Глава 4. Конструкторская реализация и программные средства системы контроля угла установки лопаток ГТД в лопаточных решетках 90
4.1 Особенности конструкторской реализации АСК и ее элементов 90
4.2 Технические требования к программному обеспечению 95
4.3 Разработка средств вывода результатов контроля 98
4.4 Алгоритм работы программного обеспечения 106
4.5 Структура программного обеспечения 111
Выводы по главе 4 115
Глава 5. Анализ эффективности автоматизированной системы контроля 117
5.1 Анализ влияния калибровочных характеристик на результаты контроля 117
5.2 Оценка эффективности АСК по результатам эксперимента 119
5.3 Перспективы развития АСК данного класса 133
Выводы по главе 5 134
Заключение 136
Список литературы 138
- Актуальность проблемы контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках газотурбинных двигателей
- Разработка концепции построения автоматизированной оптоэлектроннои системы контроля
- Разработка функциональной схемы автоматизированной системы контроля
- Особенности конструкторской реализации АСК и ее элементов
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в машиностроении применяется широкий спектр средств контроля, который устарел не только физически, но и морально. Контрольно-измерительная оснастка и приспособления обеспечивают высокую производительность контроля, но не обеспечивают необходимой сейчас точности. Контактные и бесконтактные координатно-измерительные машины (КИМ) обеспечивают высокую точность, но не обеспечивают достаточную для проведения сплошного контроля изделий скорость.
На каждой стадии производственного процесса используются различные приборы и механические средства контроля. Как правило, на начальных стадиях производственного процесса не требуется высокая точность исполнения деталей и для контроля используются быстрые и обычно менее точные средства. Однако, на стадиях производства близких к завершению требования к качеству и точности исполнения изделий ужесточаются. Для контроля таких изделий требуются более точные средства контроля.
В авиамоторной промышленности требования к качеству продукции значительно выше, чем в других отраслях промышленности. Производство современных экономичных газотурбинных двигателей (ГТД) было затруднено из-за отсутствия высокоточных, быстрых и неразрушающих средств контроля [43]. Современные двигатели должны иметь малые размеры, повышенный КПД и срок службы. Достижение этих характеристик требует повышения качества исполнения элементов ГТД [28]. Для контроля качества изготовления элементов современных ГТД необходимы новые автоматизированные быстрые высокоточные средства контроля, так как имеющиеся на производстве средства контроля не отвечают этим требованиям.
Разработки в области оптоэлектронных систем контроля ведутся: чл. корр. РАН проф. Клюев В.В., к.т.н. Кеткович А.А. [47, 53], проф. Госьков П.И., проф. Чугуй Ю.В., Сысоев Е.В., КТИ НП СО РАН (Россия) [26, 83, 84], Dr. Mario Zen University of Trento (Италия), Prof. Hab.M.Kujawinska, Warsaw University of Technology (Польша).
Автор в составе коллектива ученых межвузовской научно- исследовательской лаборатории оптоэлектронных контрольно- измерительных систем (МНИЛОКИС) при Уфимском государственном авиационном техническом университете (УГАТУ) принимал участие в разработке бесконтактных и высокоточных систем контроля геометрии объектов сложной формы [18, 19, 24, 94, 95, 96, 97, 98]. Данные системы позволяют с высокой точностью и производительностью осуществлять неразрушающий контроль геометрии лопаток и других объектов сложной формы.
Остается проблема контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках (ЛР). Фактический угол установки паспортизованной лопатки (прошедшей контроль) может сильно отличаться от теоретического при установке ее в паз рабочего колеса или направляющего аппарата. Если угол установки лопатки в лопаточной решетке будет отличаться от номинального положения, то возможно искажение воздушного потока, возникновение резонанса и как следствие увеличение шума и ранний выход из строя всего двигателя [52, 28].
В настоящее время на производстве используются неавтоматизированные контактные средства контроля, которые не позволяют объективно контролировать тонкие лопатки [5, 43, 75]. При контакте с такой лопаткой средство контроля деформирует ее, и результаты контроля сильно отличаются от истинных параметров ее установки. Существующие средства контроля также не позволяют контролировать угол установки лопаток при зазоре между лопатками (межлопаточном
7 расстоянии) менее 10 мм, не позволяют автоматически протоколировать результаты контроля.
Предлагаемая система позволяет полностью решить вышеизложенные проблемы существующих средств контроля. Более того, система позволяет произвести комплексную автоматизацию контроля углов установки лопаток в лопаточной решетке, практически полностью исключив человека из процесса контроля.
Цель и задачи исследования.
Целью исследования является разработка и оценка эффективности бесконтактной автоматизированной системы контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках (рабочих колесах и направляющих аппаратах) ГТД.
Перечислим конкретные исследовательские задачи, которые предстоит решить в соответствии с этой целью. Всесторонний анализ показал, что поставленные проблемы вызывают необходимость решения следующих исследовательских задач:
Разработать концепцию проектирования автоматизированной информационной системы контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках ГТД.
Разработать математические модели контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках ГТД.
Разработать структуру и алгоритмы системы контроля. Исследовать влияние внешних факторов на точность определения угла установки лопаток в лопаточных решетках ГТД.
Разработать программное обеспечение автоматизированной системы контроля угла установки лопаток ГТД
Проанализировать эффективность реализованной системы контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках ГТД. Выявить основные
8 направления дальнейшего развития автоматизированной системы контроля (АСК) данного класса.
Описание их решения составляет описание глав работы, заголовки глав порождены из формулировок задач исследования.
Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 148 страницах текста, включающего в себя введение, пять глав основной части, заключение, список литературы, использованной при написании диссертации. В первой части диссертационной работы рассматривается проблема контроля углов установки лопаток в ЛР ГТД, рассматриваются существующие методы контроля геометрии элементов ГТД. Во второй главе разрабатывается концепция построения автоматизированной системы контроля улов установки лопаток в ЛР ГТД, на основе полученной концепции разрабатываются математические модели контроля. В третьей главе рассматриваются технические требования, предъявляемые к системе контроля улов установки лопаток в ЛР ГТД. Разрабатывается структура автоматизированной информационной системы контроля улов установки лопаток в ЛР ГТД, проводится анализ метрологических характеристик примененного метода контроля и разработанных моделей. В четвертой главе рассматривается предложенная конструкция АИСК. Разрабатываются алгоритмы работы программного обеспечения, реализуемые на основе предложенных математических моделей, а также структура ведения диалога пользователя и системы. В пятой главе проводится анализ влияния калибровочных характеристик на результаты контроля, оценивается эффективность разработанной АИСК по результатам экспериментов. Рассматриваются перспективные направления развития систем данного класса.
Методы исследования. При решении поставленных в диссертационной работе задач использованы методы системного анализа, робототехники, математического моделирования, принципы и
9 методы теории тестирования программ и алгоритмов, принципы и методы математической статистики.
Методические основы исследования. Методические основы проведенного исследования почерпнуты из официальной научной литературы, разработок кафедры и МНИЛОКИС УГАТУ. Работа выполнена на следующем материале: библиотечная литература, справочники, патенты и авторские свидетельства, результаты наблюдений и экспериментов, информация, полученная из Интернета, и т.д. Дадим краткую характеристику основных источников получения информации. Наибольший вес имеет официальная научная литература, справочники и библиографические источники. Новейшая информация доступна в новых выпусках журналов соответствующей тематики, а также с использованием поисковых средств сети Интернет.
Научная новизна.
1. Научная новизна предложенной концепции системы контроля углов установки лопаток в ЛР ГТД заключается в том, что в основу системы положен метод контроля, который позволяет контролировать параметры установки лопатки бесконтактно и с высокой точностью теневым оптоэлектронным методом измерения, основываясь на информации о разности ширины и положения тени от контролируемой лопатки и паспортизованного эталона.
2. Научная новизна разработанной математической модели угла установки лопатки заключается в том, что она позволяет рассчитать параметры установки лопатки, основываясь на информации о ширине и положении теневой проекции контролируемой и эталонной лопаток.
3. Научная новизна структурной схемы АИСК контроля угла установки лопаток в лопаточных решетках ГТД заключается в наличии блока оценки параметров лопаток, который реализует разработанные математические
10 модели и в оптимальной связи структурных элементов системы, с целью достижения максимальной эффективности функционирования.
4. Научная новизна проведенного анализа метрологических характеристик разработанной автоматизированной системы контроля углов установки лопаток в лопаточной решетке ГТД заключается в том, что были определены основные источники погрешностей, оценена общая погрешность разработанной системы контроля.
5. Научная новизна разработанных алгоритмов контроля заключается в том, что данные алгоритмы реализуют предложенные математические модели преобразования информации. Разработанные алгоритмы контроля углов установки лопаток методом идентификации реального объекта по его информационной модели и алгоритмы настройки и калибровки автоматизированной системы контроля служат основанием для последующей разработки специализированного программного обеспечения.
Практическая значимость исследования.
Создано программное обеспечение АИСК угла установки лопаток в лопаточных решетках ГТД на основании разработанных алгоритмов. Специализированное ПО обеспечивает управление АИСК, выполнение автоматизированного контроля лопаток в лопаточных решетках ГТД, идентификацию лопаточной решетки по результатам контроля и последующую генерацию протоколов результатов контроля в удобном для пользователя виде.
Анализ экспериментальных результатов контроля, который показал, что разработанная АИСК позволяет контролировать угол с точностью менее 3 угловых минут и производительностью до 20 лопаточных решеток в час. Практические эксперименты по контролю лопаточной решетки на производстве показали высокую эффективность разработанной АИСК.
3. Разработанная и изготовленная автоматизированная система контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках ГТД, удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к данному классу систем контроля. Разработанная автоматизированная система контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках ГТД внедрена в процесс производства ГТД на ОАО«Казанское моторостроительное производственное объединение». На защиту выносятся:
Концепция АИСК углов установки лопаток в лопаточных решетках ГТД, которая позволила разработать АИСК и ее математические модели, основываясь на выбранном оптоэлектронном методе контроля.
Математические и информационные модели АИСК, позволяющие формализовать зависимость параметров установки лопаток в лопаточных решетках ГТД от основных контролируемых параметров.
3. Алгоритм процесса контроля лопаточных решеток методом сравнения информационной модели лопаточной решетки и контролируемых углов установки лопаток в лопаточных решетках ГТД. Программное обеспечение АИСК, осуществляющее управление АИСК, и обработку информации на основе полученной с датчиков информации.
4. Результаты экспериментальных исследований по оценке эффективности разработанных методов контроля и алгоритмов работы АИСК на основе анализа реальной контролируемой информации.
Внедрение и апробация результатов.
Основные научные результаты и результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались на следующих научно-технических конференциях:
15-ая Российская научно-техническая конференция «Неразрушающий контроль и диагностика», Москва, 1999г.
Международная научно-техническая конференция «Computer Science and Information Technologies» (CSIT'2000), Уфа, 2000. -Международная научно-техническая конференция «ШЕЕ Mediterranean Conference on Control & Automation» (MED-2000), Patras, 2000. -Международная научно-техническая конференция «Machine Vision and Three-Dimensional Imaging Systems for Inspection and Metrology» (SPIE Vol.4189), Bellingham,2001. -Международная научно-техническая конференция «Seventh International Conference on Laser metrology Applied to Science, Industry and Everyday Life» (SPIE Vol. 4900), Новосибирск, 2002.
Международная научно-техническая конференция «Computer Science and Information Technologies» (CSIT'2003), Уфа, 2003.
IV Международная конференция «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации», Курск, 2003.
Результаты диссертационной работы непосредственно отражены в 13 публикациях, в том числе в виде научных статей в 2 всероссийских и 7 международных научных изданиях, 1 патента на изобретение и 2 свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Автор выражает глубокую благодарность научным сотрудникам межвузовской научно-исследовательской лаборатории оптоэлектронных контрольно-измерительных систем при кафедре технической кибернетики Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) за высококвалифицированные консультации в области проблем разработки и автоматизации методов контроля изделий сложной формы.
Метод оптоэлектронного контроля углов установки лопаток в ЛР ГТД, реализованный в АИСК, функциональная и структурная схема АИСК предложены Галиулиным P.M. и Бакировым Ж.М.
Актуальность проблемы контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках газотурбинных двигателей
Двигателестроение играет ключевую роль в развитии авиации, обеспечении национальной безопасности, поддержании экономики страны. Новые научные достижения, технические решения и материалы, реализованные в конструкциях авиадвигателей, составляют научно-техническую и технологическую базу для создания новых поколений машин в разных областях техники. Благодаря целенаправленной политике, которая традиционно проводилась в нашей стране, Россия до сих пор входит в число четырех стран мира (вместе с Англией, США и Францией), владеющих полным циклом создания авиационных двигателей для летательных аппаратов всех типов и назначений.
Двигатели для военной авиации, выпускаемые в России в настоящее время, ни в чем не уступают аналогичным по назначению, находящимся в эксплуатации за рубежом. Успехи на зарубежных рынках наших "Су" и "МиГ" в значительной мере определяются именно эксплуатационными свойствами отечественных двигателей. К концу 80-х - началу 90-х гг. в России были разработаны не уступающие заграничным по характеристикам двигатели, которые могли бы полностью обеспечить отечественный парк перспективной пассажирской и транспортной авиации. Основные требования к двигателям пассажирского самолета: высокая надежность, ресурс, экономичность, экологические характеристики. Их обеспечение требует вложения дополнительных средств в обкатку и доводочные работы.
Создание новых поколений двигателей - это, прежде всего, создание и развитие базовых ГТД, обеспечивающих уменьшение расхода топлива до 30%, снижение удельной массы на 25 - 50 %, сокращение количества деталей примерно в два раза, увеличение циклической долговечности примерно в два раза, дальнейшее улучшение экологических характеристик и повышение безопасности эксплуатации авиационной техники [78].
Одна из важнейших задач турбостроения на протяжении всей его истории - повышение КПД двигателя. Газотурбинный двигатель (ГТД) - это сложная техническая система, основными узлами которой являются компрессор, камера сгорания и турбина. Получение высокого КПД газотурбинного двигателя зависит от огромного числа объективных факторов: выбора базового термодинамического цикла, аэродинамического и механического совершенства узлов и т. д. Лопаточные машины - основные источники потерь КПД двигателя [28, 54].
Специфической особенностью двигателей серийного производства в эксплуатации является большая вероятность разброса значений параметров качества их деталей и превышения эксплуатационной нагрузки по сравнению с расчетной. Поэтому снижение числа отказов двигателей во многом зависит от качества и стабильности параметров наиболее нагруженных деталей в масштабах всего выпускаемого объема двигателей [3].
В условиях серийного производства ГГД первостепенным, можно считать, является обеспечение стабильных параметров качества деталей, заданных в конструкторской документации в пределах всей программы выпускаемых изделий. Это может быть гарантировано только высоким уровнем технологических процессов, поэтому технологический процесс должен рассматриваться как система, учитывающая весь комплекс входных и выходных параметров, определяющих качество и обеспечивающих надежность ГТД в эксплуатации [9, 50].
В свою очередь авиационное двигателестроение, базирующееся на наиболее передовых технологиях, стимулирует развитие всех тех отраслей промышленности, где требуются компактные, мобильные и хорошо управляемые источники энергии, - наземный и водный транспорт, теплоэнергетика, газоперекачка, технологии сушки, очистки, пожаротушения и т.д.
В авиамоторной промышленности требования к качеству продукции значительно выше, чем в других отраслях промышленности. Одной из причин, по которой производство современных экономичных газотурбинных двигателей (ГТД) было невозможно, является отсутствие высокоточных, быстрых и неразрушающих средств контроля [43]. Для контроля качества изготовления элементов современных ГТД необходимы новые автоматизированные быстрые высокоточные средства контроля, так как имеющиеся на производстве средства контроля не позволяют объективно контролировать производимую продукцию.
В настоящее время, в машиностроении применяется широкий спектр средств контроля, который устарел не только физически, но и морально. Существующая контрольно-измерительная оснастка и приспособления обеспечивают высокую скорость контроля, но не обеспечивают необходимой сейчас точности. Контактные и бесконтактные координатно-измерительные машины (КРІМ) обеспечивают необходимую точность, но не обеспечивают достаточную для проведения сплошного контроля изделий скорость [37, 47, 99].
На каждой стадии производственного процесса используются различные приборы и механические средства контроля. Как правило, на начальных стадиях производственного процесса не требуется высокая точность исполнения деталей, и для контроля используются быстрые и обычно менее точные средства. Однако на стадиях производства близких к завершению требования к качеству и точности исполнения изделий ужесточаются. Для контроля таких изделий требуются более точные средства контроля. В настоящее время на производстве используются неавтоматизированные контактные средства контроля, которые не позволяют объективно контролировать тонкие лопатки [43]. При контакте с такой лопаткой средство контроля деформирует ее, и результаты контроля сильно отличаются от ее истинных параметров. Следовательно, необходимо качественно менять средства контроля. Для выполнения неразрушающего контроля изделий необходимо уйти от контактных средств контроля. Хорошей заменой контактному методу контроля могут стать бесконтактные методы, такие как акустический, радиационный и как самый точный и безопасный оптический метод контроля.
Разработки в области оптоэлектронных систем контроля ведутся: проф. Клюев В.В., к.т.н. Кеткович А.А. [53], проф. Госьков П.И., проф. Чугуй Ю.В., Сысоев Е.В., КТИ НП СО РАН (Россия) [26, 83, 84], Dr. Mario Zen University of Trento (Италия), Prof. Hab.M.Kujawinska, Warsaw University of Technology (Польша) и др. Автор в составе коллектива ученых межвузовской научно исследовательской лаборатории оптоэлектронных контрольно измерительных систем (МНИЛОКИС) при кафедре технической кибернетики Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) принимал участие в разработке бесконтактных и высокоточных систем контроля геометрии объектов сложной формы [18, 19, 94, 95, 96, 24, 97 - 99]. Данные системы позволяют с высокой точностью и производительностью осуществлять неразрушающий контроль геометрии лопаток и других объектов сложной формы.
Разработка концепции построения автоматизированной оптоэлектроннои системы контроля
Рассмотрим основные системные принципы, которые лежат в основе концепции проектирования сложных систем, применительно к АСК контроля углов установки лопаток в лопаточных решетках. Системные принципы отражают те закономерности, которые присущи жизненным этапам существования системы [27, 32, 70, 72].
Принцип включения заключается в том, что требования к созданию, функционированию и развитию разрабатываемой системы должны рассматриваться с точки зрения более сложной, включающей в себя данную систему. По этому принципу разрабатывается АСК углов установки лопаток. В первой главе был проведен анализ предметной области, где было выявлено место и функции, связи требуемой системы контроля в системе производства газовоздушного тракта ГТД.
Принцип декомпозиции, заключающийся в расчленении по тому или иному признаку исходной системы на составные элементы. Весь процесс контроля лопаток в лопаточной решетке разбивается на этапы. Выделяют функции и цели полученных этапов (элементов системы) из условия обеспечения достижения глобальной цели АСК. Различают физический способ декомпозиции, при котором техническая система разбивается на модули и агрегаты, а также абстрактный, при котором происходит декомпозиция цели, функции и т.п. на элементы. Так как проектируемая система относится к классу сложных систем, то использование данного принципа является неотъемлемым и необходимым условием. Системы такого класса трудно формализуемы, и практически невозможно описать данную систему, не разбивая ее на модули.
Принцип композиции (интеграции). К данному принципу близок и эквивалентен по содержанию принцип модульности, при котором проектируемые алгоритмы, создаваемое программное обеспечение разрабатываются отдельными взаимосвязанными модулями, которые затем объединяются в единую систему для достижения глобальной цели.
Принцип адекватности (соответствия). В соответствии с данным принципом необходимо разработать такие математические модели, которые были бы адекватны тем физическим процессам, которые они описывают. Структура, конфигурация системы должны быть адекватны достигаемым целям. По этому принципу можно разрабатывать диалог с пользователем. Если программа будет общаться с пользователем не на его уровне, то возможно непонимание и, как следствие, ошибки при работе с программой из-за неправильных параметров, введенных пользователем.
Принцип управляемости заключается в том, что АСК не должна содержать неуправляемых подсистем, элементов и т.д. Ни одна из подсистем не должна выпасть из процесса управления. При работе системы возможны ситуации, при которых система должна прореагировать должным образом либо по заранее отработанной программе, либо с помощью управляющих команд от пользователя. При отсутствии управления возможны неполадки в работе всей системы, так как все элементы взаимосвязаны.
Принцип контролируемости (наблюдаемости) заключается в том, что проектируемая АСК не должна содержать в своей структуре ни одной подсистемы, элемента, которые были бы неконтролируемы для вышестоящего уровня. При возникновении неполадок или ситуации в каком-либо модуле, при которой необходимо вмешательство в процесс контроля система должна сообщить об этом другим элементам системы. Если система не может получить информацию о состоянии своего элемента даже опосредованно, т.е. через другие элементы, то потенциально это является слабым звеном при проектировании. Такая система является ненадежной.
Принцип согласованности состоит в том, чтобы все элементы АСК как по горизонтали, так и по вертикали должны быть согласованы между собой по всем показателям с целью достижения заданной эффективности системы.
Частным случаем принципа согласованности является принцип координации. В соответствии данным принципом время выполнения операции должно быть согласовано со всеми элементами системы, которые отвечают за выполнение данной операции. Например: при выполнении контроля программное обеспечение должно взаимодействовать с аппаратурой по определенному правилу, которое предполагает обмен данными по прерываниям, следующим с определенной частотой.
Другим частным случаем является принцип сбалансированности, который заключается в согласовании целей и функций всех уровней по вертикали с учетом характера связей между ними и выделенного количества ресурсов для достижения этих целей при реализации намеченных планов и программ. При разработке данной системы необходимо учитывать, что АСК будет включена в процесс производства ГТД. Задержка на этапе контроля лопаточных решеток приведет к задержке и всего процесса производства газотурбинного двигателя.
Принцип совместимости (достижимости) - заданные множества базовых элементов или подсистем и связей между ними, образующие АСК, при своем совместном функционировании обеспечивают достижение цели или требуемых свойств и характеристик системы.
Разработка функциональной схемы автоматизированной системы контроля
Основываясь на предложенной концепции, разрабатываемая автоматизированная система контроля углов установки лопаток в ЛР ГТД должна обеспечивать выполнение контроля на лопаточных решетках в определенном диапазоне типоразмеров изделий. Диапазон типоразмеров изделий был согласован с представителями ведущего предприятия, которое было заинтересовано во внедрении в производство данного класса систем контроля.
Разработанные методы и модели позволили сформировать требования к системе. Данные требования должны полностью удовлетворять поставленные на разработку цели. Разрабатываемая лазерная автоматизированная система контроля должна представлять собой комплекс технических (аппаратных) и программных средств и дополнять уже созданную систему для контроля параметров лопаток ГТД в отдельности.
Рассмотрим технические требования и исходные данные для исследования. Технические требования: 1) Габариты контролируемых изделий по осям: - диаметр направляющих аппаратов и роторов - до 650 мм; - углы установки лопаток - до ±70 градусов; - длина хорды лопатки - до 120 мм; Требования по габаритам изделия накладывают ограничения только на механические компоненты системы. 2) Производительность контроля. Время контроля одной лопаточной решетки (или до 200 лопаток) - не более 20 мин. 3) Абсолютная погрешность контроля угла установки при доверительной вероятности 0,95, не более, ± 3 угловых минут, так как допуск на угол установки лопаток в лопаточных решетках составляет ± 10 угловых минут. 4) Программное обеспечение системы должно обеспечивать: а) Ввод программы контроля (данные с чертежа) и допусков с клавиатуры или в виде текстовых файлов. б) Оперативный переход на другие типоразмеры и изделия, не ограничиваясь габаритами контролируемых изделий (необходимо предусмотреть изменение механической части для перехода на другие типоразмеры изделий, не предусмотренные в пункте 1 технических требований). в) Регистрацию, отображение и хранение результатов контроля. г) Проведение калибровки и поверки системы контроля (механической, электрической части и программного обеспечения). д) Выдачу результатов контроля параметров установки лопаток в ЛР ГТД в международных стандартах. Дополнительные требования: а) АСК должна идентифицировать контролируемую решетку по заложенной в программу информационной модели. б) После проведения контроля оператору должна выдаваться информация об углах установки лопаток с выделением лопаток, которые не попадают в допуск. в) Управление процессом контроля должно осуществляться с клавиатуры ПЭВМ и/или манипулятора типа "«мышь». На экране ПЭВМ должна находится информация о состоянии системы, режимах работы (помощь оператору). Процедура контроля включает в себя следующие операции: - установка изделия в крепежное приспособление на поворотном столе системы; - включение контроля изделия с указанным оператором шифром; - отображение результатов контроля; - запись результатов контроля по выбору оператора в файл протокола и в базу данных, на дискету для передачи в CAD/САМ и при необходимости распечатки протокола. Представление результатов контроля в виде: - индикации на экран ПЭВМ всей необходимой пользователю информации, получаемой в ходе процесса контроля; - бумажных копий любой информации с экрана ПЭВМ. В режиме индикации результатов контроля ЛР ГТД на экран ПЭВМ реализуются следующие функции: - просмотр результатов контроля изделий в графическом виде; - просмотр любого параметра полученного в процессе контроля изделия в удобном для пользователя виде (графическое представление, номограммы, числовые представления и т.д.); - выдача результатов контроля с базы данных по партии изделий, - статистическая обработка результатов контроля для выявления периодических дефектов и т.п.
Особенности конструкторской реализации АСК и ее элементов
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для контроля геометрических параметров лопаток лопаточной решетки машины, содержащем функционально связанные базовое основание, опорный узел для контролируемой лопаточной решетки, подвижный относительно базового основания узел контроля и связанный с ним блок преобразования и представления информации в котором, в отличие от прототипа, опорный узел для контролируемой лопаточной решетки выполнен с возможностью вращения последнего вокруг вертикальной оси, узел контроля содержит оптически сопряженные между собой источник и приемник оптического излучения, снабжен датчиком положения и выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси базового основания, и с возможностью углового отклонения в плоскости, перпендикулярной плоскости контролируемой решетки, блок преобразования и представления информации содержит электронный блок обработки и ПЭВМ.
Предложенный оптоэлектронный метод позволяет перейти к формализации отношений, используя известный аппарат геометрической оптики, математического анализа и дискретной математики, для проведения расчетов угла установки лопаток ГТД.
Разработанная автоматизированная система контроля обеспечивает бесконтактный контроль параметров установки лопаток изделия на заданных сечениях. Принцип контроля основан на сканировании лопаток «облопаченных» изделий лазерным лучом. Сканирование осуществляется посредством перемещения лазерных головок оптико-механического блока системы относительно контролируемого изделия и вращения контролируемого изделия относительно лазерных головок.
В штатном режиме изделие устанавливается на поворотном столе в специальное приспособление, представляющее собой крепежный зажим. Для осуществления контроля параметров установки и геометрии лопаток предусмотрены соответствующие режимы сканирования лопаток изделия и расчеты ее специфических параметров. Работа системы контроля основана на теневом методе с использованием полупроводниковых лазеров. Теневой способ используется для контроля параметров установки лопаток ГТД. Теневая проекция параметров установки лопаток получается при облучении их кромок узким лазерным лучом в виде полосы, который направляется с лазерного излучателя 5 на фотоприемное устройство 6. Ширина анализируемой полосы составляет 0.02 мм. По положению пересечения лазерным лучом кромки объекта формируется видеоимпульс, временное положение которого в виде кода, вырабатываемого электронным блоком 9, вводится в компьютер 10. Фиксация текущих угловых координат положения изделия по моментам пересечения кромками лопаток лазерного луча позволяет зарегистрировать массив параметров установки. В качестве фотоприемника используется кремниевые фотодиоды. Электронный блок системы обеспечивает соответствующую обработку сигналов фотоприемных блоков в требуемом динамическом диапазоне изменений интенсивности для выделения информации об одновременном положении кромок лопаток по центрам узкого лазерного луча и положения поворотного координатного стола." Эти коды, соответствующие параметрам установки лопаток, вводятся в компьютер. Для обеспечения контроля требуемых типоразмеров изделий и, соответственно, диапазона контроля необходимо использовать теневой канал сканирования и еще один канал для съема координат лазерных головок по положению стола. Следует иметь в виду, что вследствие геометрических ограничений для вышеуказанного контроля, теневому методу доступны выступающие части поверхности кромок лопаток. Причем при контроле входных и выходных кромок лопаток необходимо изменять угол ориентации ОЭГ и соответственно лазерного луча. Это производится изменением наклона ОЭГ. Для этого предусмотрен специальный электропривод, управляемый от компьютера. Устройство для контроля геометрических параметров лопаток лопаточных решеток машины содержит базовое основание 1, опорный узел 2, на котором устанавливается контролируемая решетка 3, снабженная лопатками 4, узел контроля 5, который установлен на базовом основании 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси последнего (рисунок 4.1). Узел контроля 5 содержит оптически сопряженные между собой источник 6 и приемник 7 оптического излучения, например лазерного. В качестве приемника излучения 7 могут быть использованы фотодиоды, фототранзисторы и др. Узел контроля 5 снабжен также электроприводом (не показан), с помощью которого он может быть установлен на определенный угол относительно вертикали в плоскости, перпендикулярной плоскости контролируемой решетки 3, а также датчиком линейного перемещения 8. Блок преобразования и представления информации 9 содержит электронный блок 10 и ПЭВМ 11. Электронный блок обеспечивает обработку информации, поступившей с датчика линейного перемещения 8 и датчика углового положения узла контроля 5, с фотоприемников 7 для выделения информации о положении кромок лопаток по центрам узкого оптического луча. Техническая реализация всех элементов, входящих в электронный блок 10 описана в [20].
