Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние проблемы оценки качества структуры намотки 9
1.1 Условия возникновения дефектов структуры намотки 9
1.2 Влияние дефектов структуры на пригодность к переработке цилиндрических паковок крестовой мотки 10
1.3 Технический контроль дефектов паковок 12
1.4 Анализ существующих расчетных методов оценки качества структуры намотки 14
1.5 Анализ визуальных методов контроля качества структуры намотки при анализе готовой паковки
1.5.1 Инструментальный метод определения количества нитей на дефектном участке 17
1.5.2 Использование средств технического зрения для контроля качества структуры намотки при анализе готовой паковки 19
1.6 Анализ влияния параметров мотальных механизмов на структуру намотки 23
Выводы по главе 1 26
Глава 2 Разработка модели контроля качества технологического процесса формирования текстильных паковок на основе выявления дефектов структуры 27
2.1 Использование технологии FMEA для оценки влияния дефектов в виде жгутов и лент на качество структуры намотки 27
2.2 Концептуальная модель контроля качества технологического процесса формирования текстильных паковок на основе выявления дефектов структуры намотки 31
2.3 Разработка модели оценки качества структуры намотки
2.4 Анализ возможных подходов к разработке метода оценки качества структуры намотки готовой паковки на базе СТЗ 37
2.5 Выбор модели реализации СГШР 41
Выводы по главе 2 46
Глава 3 Разработка метода оценки качества структуры намотки 47
3.1 Разработка метода оценки качества структуры намотки готовой паковки на базе СТЗ 47
3.1.1 Математическая модель дефектов структуры намотки 47
3.1.2 Определение параметров изображения при построении графической модели для автоматического распознавания дефектов структуры паковок крестовой намотки 52
3.1.3 Построение графической модели фрагмента поверхности паковки 56
3.1.4 Распознавание дефектов намотки по графической модели поверхности паковки 61
3.1.5 Определение текущего диаметра паковки 65
3.2 Разработка набора решающих правил для формирования оценки качества структуры намотки 68
3.2.1 Проведение экспертного опроса 68
3.2.2 Определение зависимости оценки качества намотки от количественных характеристик дефектов 70
3.3 Разработка методики определения набора оптимальных параметров 73
3.3.1 Решение задачи оптимизации на базе нечетких множеств 73
3.3.2 Возможные подходы к определению вида функции негативного влияния дефектов для серии экспериментов с одинаковыми параметрами 77
3.3.3 Прогнозирование последствий выбора параметров 78
Выводы по главе 3 81
Глава 4 Экспериментальные исследования системы оценки качества структуры намотки 82
4.1 Программно-аппаратный комплекс оценки качества структуры паковок крестовой намотки 82
4.1.1 Устройство получения первичных данных для последующей оценки качества структуры паковок 82
4.1.2 Программный комплекс оценки качества структуры паковок 85
4.2 Экспериментальные исследования качества структуры намотки на базе программно-аппаратного комплекса 88
4.2.1 Методика оценки качества структуры намотки 88
4.2.2 Проверка эффективности методики 93
4.2.3 Анализ результатов эксперимента
4.2.4 Определение рекомендаций по выбору оптимальных параметров технологического процесса формирования паковок 100
4.2.5 Оценка результатов прогнозирования уровня качества структуры намотки и выбора оптимального для заданной совокупности управляемых параметров технологического режима 109
Выводы по главе 4 117
Общие выводы по работе 118
Список использованных источников
- Влияние дефектов структуры на пригодность к переработке цилиндрических паковок крестовой мотки
- Концептуальная модель контроля качества технологического процесса формирования текстильных паковок на основе выявления дефектов структуры намотки
- Определение параметров изображения при построении графической модели для автоматического распознавания дефектов структуры паковок крестовой намотки
- Устройство получения первичных данных для последующей оценки качества структуры паковок
Введение к работе
Актуальность. Контроль качества выпускаемой продукции остается одной из актуальных проблем для текстильных предприятий Учитывая специфику технологического процесса, следует отметить, что для производства высококачественного текстиля необходимо осуществлять мероприятия по управлению качеством, начиная с подготовительных операций, одной из которых является формирование паковок в приготовительном отделе ткацкого производства
Результаты многочисленных исследований показывают, что эффективный процесс перематывания, формирование паковок оптимальной формы и структуры позволяют значительно снизить обрывность нити на последующих технологических операциях текстильного производства и на 3-5% увеличить производительность в ткачестве и заметно повысить качество продукции
В настоящее время накоплен обширный материал по разным аспектам теории наматывания и перематывания текстильных нитей, разработано множество теоретических и экспериментальных методов для изучения процесса формирования текстильных паковок, оценки их структуры, сконструированы и внедрены различные механизмы рассеивания жгутовых структур Но методы контроля, применяемые в российской текстильной промышленности, в основном строятся на органолептических методах и вследствие этого являются субъективными Известные инструментальные методы требуют специального оборудования, значительная часть которого изношена и морально устарела Поэтому сегодня существует настоятельная потребность в разработке и оснащении текстильных предприятий новыми инструментальными средствами испытаний и измерений, позволяющими обнаруживать дефекты структуры намотки Но в условиях современного производства необходимы комплексы, включающие в свой состав и средства, позволяющие оперативно контролировать качество выпускаемой продукции, и систему поддержки принятия решения, которая помогала бы инженеру-технологу определить множество мероприятий по управлению качеством
Для решения этой проблемы наиболее целесообразным является использование достижений средств компьютерной техники и информационных технологий Однако на сегодняшний день в нашей стране работ, связанных с решением данной проблемы очень мало, а практически реализованных систем еще меньше В связи с этим актуальной становится разработка и реализация автоматизированной системы, позволяющей анализировать структуру паковок крестовой намотки и оценивать их качество
Цель работы заключается в повышении качества паковок крестовой намотки за счет автоматизации контроля параметров их структуры
Для достижения указанной цели в работе решены следующие задачи идентифицированы параметры технологического процесса формирования паковок, влияющие на качество структуры намотки и определен количественный критерий оценки качества,
разработана модель влияния параметров технологического процесса на структуру намотки,
полученная модель исследована с целью определения функциональной зависимости качества структуры намотки от параметров технологического процесса формирования паковок на основе количественного критерия оценки качества,
разработана автоматизированная система контроля параметров структуры паковок,
разработано методическое, алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной системы контроля качества паковок,
реализована система контроля качества структуры паковок в виде программно-аппаратного комплекса и проведена его экспериментальная проверка
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались базовые понятия технологии текстильных материалов, применялись методы системного анализа, математического анализа, математической логики, теории нечетких множеств, методы цифровой обработки сигналов и изображений
В качестве методической основы при проведении экспериментов использовались методы теории планирования эксперимента Экспериментальные исследования проводились с помощью программно-аппаратного комплекса, разработанного автором Обработка результатов экспериментов проводилась методами математической статистики
Научная новизна. В диссертационной работе впервые
предложена математическая модель влияния регулируемых параметров технологического процесса на качество структуры намотки на основе количественного критерия, позволяющего учитывать степень негативного влияния дефектов в виде жгутов (лент) на качество паковки,
сформирована математическая модель структуры паковки, на базе которой разработаны алгоритмы распознавания дефектов намотки в виде жгутов и лент, реализованные посредством ПО,
разработан автоматизированный метод контроля качества паковок на основе исследования параметров структуры намотки, позволяющий повысить качество паковок путем недопущения дефектов структуры намотки в виде жгутов и лент за счет определения оптимального технологического режима,
применена технология FMEA-анализа для определения и обоснования
совокупности корректировочных мероприятий по устранению причин
формирования некачественной намотки
Практическая значимость. Разработанные модели, методика и алгоритмы, реализованные в виде аппаратно-программного комплекса позволяют автоматизировать процесс оценки качества структуры намотки, обеспечивают оперативность и достоверность получаемых результатов Применение результатов диссертационной работы в системе управления качеством выпускаемой продукции дает возможность осуществлять оценку и прогнозирование ее качества, способствует повышению обоснованности
принимаемых технических решений при разработке новых образцов мотальных механизмов текстильных машин и для наладки технологического оборудования на производстве Этот факт подтверждается положительными результатами апробации в ОАО «Костромской научно-исследовательский институт льняной промышленности» и ООО «ПРОМТЕКС».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и получили положительную оценку-
на международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Иваново 2005, 2007), «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Москва 2005, 2007), «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона» (Кострома 2006), «Развитие инженерного образования от текстильного института к инновационному университету» (Кострома 2007),
на расширенном заседании кафедры механической технологии волокнистых материалов.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 работ. 2 статьи в журналах, входящих в список ВАК, 6 статей в других журналах и сборниках научных трудов, 6 тезисов докладов международных научно-технических конференций, патент РФ на полезную модель
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и общих выводов по работе Материал представлен на 129 страницах машинописного текста и содержит 54 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 91 наименования и включает 3 приложения на 25 страницах.
Влияние дефектов структуры на пригодность к переработке цилиндрических паковок крестовой мотки
Методики оценки структуры намотки, базирующиеся на анализе кинематических соотношений в мотальном механизме при формировании жгутовой намотки, были разработаны еще в 40 - 60 г.г. прошлого века в работах В.А.Гордеева, Ф.А.Карякина и В.И.Лебедева, В.Н. Ельшаева, А.Ф. Прошкова.
Недостатком всех этих подходов является отсутствие ориентации на применение вычислительной техники, что делает оценку качества структуры намотки посредством этих методов без соответствующей модернизации в условиях современного производства практически невыполнимой.
В статье [3] предложен метод анализа структуры намотки, позволяющий определить на каких диаметрах возможно жгутообразование, какова интенсивность этих образований, или какую толщину они будут иметь. В работе значения диаметров, на которых положение последующего и предыдущего витков точно совпадают, т.е. формируется жгут, рассчитываются по формуле
Диапазон диаметров, в котором формируется дефектная намотка, т.е соблюдается неравенство (4) определяется соотношением 2kd й5=——п (б) Tinsinp v 7 В работе отмечается, что поскольку дефекты структуры возникают тогда, когда отношение длины волны раскладки L к длине окружности бобины жд является несократимой дробью, при постоянном угле подъема витка /? это отношение зависит только от диаметра намотки д. В координатной системе «LCS» каждому отношению L / ж 8 будет соответствовать луч, проходящий через начало координат. По диаграмме, отражающей эти значения и соответствующие им лучи, по числу несократимых комбинаций т/п, заключенных внутри угла между лучами L / 7і5тіП и L / 7ідтах можно оценить количество дефектов структуры и их интенсивность.
В статье отмечается, что процесс жгутообразования может рассматриваться, как процесс интерференции, т.е. сложения двух волновых процессов, одного с длиной волны L, а другого с длиной волны 7uS. При этом наблюдаются интерференционные картины, объясняющие физический смысл значений т и п. В работе также приведены результаты исследований влияния этих характеристик на качество намотки.
Метод позволял сравнивать структуры намотки, полученные с помощью разных мотальных механизмов или на одном и том же мотальном механизме при различных режимах его работы. Однако, все сказанное относится к фрикционному наматыванию при отсутствии рассеивающих механизмов. Механизмы рассеивания вносят возмущения в движение нитеводителя или бобины, за счет чего нарушается описанный процесс формирования жгутовых структур и улучшается качество намотки в целом. Поэтому анализировать структуру намотки при наличии механизма рассеивания жгутовой намотки с помощью описанного метода не представляется возможным.
В [1] представлен метод, который использовался лишь при наличии механизмов рассеивания. Метод заключался в расчете AQ - расстояния между соседними витками в окружном направлении для каждого двойного хода нитеводителя при формировании намотки. При этом предварительно определялись угол подъема витка Д ширина раскладки Н и другие величины, которые могут изменяться механизмом рассеивания в процессе формирования паковки. За определенное число двойных ходов нитеводителя подсчитывалось количество случаев выполнения условия sinp и выводилось в виде координаты на диаграмме, характеризующей структуру намотки. Абсциссой являлся диаметр наматывания, определяемый на основании предварительно установленной эмпирической зависимости диаметра намотки 8 от числа двойных ходов нитеводителя. Т.к. указанная зависимость должна определяться вновь при изменении условий формирования бобины, то описанный метод нельзя признать удобным для практического применения.
В [10] для исследования процесса жгутообразования при проектировании нитераскладочных механизмов и сравнительной оценке существующих предлагалось использовать методику анализа характера распределения плотности намотки на цилиндрической поверхности паковки с произвольным текущим радиусом наматывания, реализованную в виде программы на языке СИ. Методика предусматривала определение плотности укладки пряжи по всей поверхности развертки паковки. Основными исходными данными для реализации предлагаемого алгоритма являлись скорость выпуска пряжи и закон движения нитеводителя. Для каждого текущего радиуса наматывания получалась развертка поверхности паковки с нанесенной на нее прямоугольной сеткой. Далее с каждым прямоугольным элементом этой сетки сопоставлялся элемент некоторого массива, параметры1 которого определялись положением сеточного элемента на поверхности развертки паковки. В качестве аналога плотности рекомендовано использовать относительную величину, которая характеризуется величиной относительной плотности намотки. Разработанное программное обеспечение, реализующее предлагаемый алгоритм, позволяло оценить эффективность используемых конструктивных средств для уменьшения отрицательного воздействия этого процесса на качество намотки и рекомендовалось для исследования процесса жгутообразования на пневмомеханических прядильных машинах, что существенно сужает область применения метода.
Анализ большого числа других работ показал, что для используемых сегодня методов и средств оценки показателей качества структуры паковки характерны общие для современного этапа развития науки и техники тенденции компьютеризации и информатизации.
Для отладки мотальных механизмов, как в условиях производства, так и при испытаниях нового оборудования наиболее приемлемыми являются инструментальные методы, основанные на анализе готовой паковки.
Для количественной оценки дефектов структуры намотки, таких как жгутовая и ленточная намотка в [1] было введено понятие «интенсивность жгутовой намотки», т.е. количество нитей на единицу ширины дефектной структуры.
Эта характеристика в [1] определялась следующим образом. При обнаружении дефекта в процессе сматывания нити, сматывание прекращалась, и в тело намотки вводились две иглы так, чтобы структурный дефект размещался между ними, а прямая, проходящая через точки, в которые вставлены иглы, была бы перпендикулярна нитям на поверхности паковки. После введения игл сматывание продолжалась вручную, при этом подсчитывалось количество нитей /с, расположенных между иглами.
Отношение количества нитей в дефекте к расстоянию / между иглами, определено как интенсивность жгутовой намотки Int, т.е. Int = к/ I (8) Эта величина позволяет квалифицировать дефект намотки, как ленту или жгут. Действительно, жгутовой намоткой, по определению, считается та, при которой расстояние между нитями меньше толщины нити, а ленточной -та, при которой это расстояние равно толщине нити. Интенсивность показывает, сколько нитей приходится на единицу ширины дефекта намотки и является обратной величиной по отношению к расстоянию между нитями.
Предложенная методика экспериментальной оценки жгутовой намотки позволяет проводить количественную оценку структуры намотки паковок сформированных с помощью различных механизмов рассеивания. Однако следует отметить, что такая методика обладает довольно высокой степенью субъективности и требует от исследователя определенного навыка, поскольку от исследователя требуется определенная реакция, для того чтобы процесс сматывания нити вовремя остановить. При этом исследователь может пропустить некоторые образования, посчитав их несущественными.
Концептуальная модель контроля качества технологического процесса формирования текстильных паковок на основе выявления дефектов структуры намотки
Изображение намотки без дефектов состоит из пересекающихся отрезков определенной длины (рисунок 8). Жгут (лента) со может быть представлен совокупностью параллельных отрезков с заданным углом наклона к оси Ох ф или ж - Д), длина которых не меньше некоторого значения, определяемого размерами анализируемого изображения (рисунок 12) liz\ co = {V l(V) liz (Z(V;Ox) =/3)(Z(V;OX) = K-/3) В качестве главного визуального признака дефектной намотки будем использовать расстояние между витками нити, учитывая (25), оно должно быть не больше определенного значения 3dH.
По аналогии с существующим в геометрии понятием «пучок параллельных прямых» (совокупность всех параллельных прямых) введем понятие «пучок параллельных нитей» [64]. Мощность пучка будем определять, как количество входящих в него нитей. Тогда жгут (ленту) на изображении можно рассматривать как «пучок параллельных нитей», мощность которого Кн не меньше некоторого заданного значения Мт определяемого экспертом: Кн=\т\ Ма (27) Эта величина не является константой поскольку в теории наматывания нет точного определения жгута и ленты, задающего количество расположенных рядом нитей для однозначной классификации их, как дефекта намотки. То есть дефект намотки (жгут или ленту) со можно определить, как совокупность расположенных на поверхности паковки К параллельных отрезков Vi .
Определение параметров изображения при построении графической модели для автоматического распознавания дефектов структуры паковок крестовой намотки
Одним из главных факторов при выборе методов обработки и анализа изображения поверхности паковки является время, затрачиваемое на всю совокупность производимых операций, поскольку выявление дефектов осуществляется в режиме реального времени в процессе перемотки бобины. Одним из возможных вариантов уменьшения времени анализа изображения является уменьшение площади анализируемого фрагмента. Однако, при уменьшении размеров исследуемой области увеличивается вероятность ошибки при распознавании, т.к. сокращается объем информации о структуре намотки, содержащейся в изображении. Найдем размеры области изображения, достаточные для надежного определения наличия на ней дефектов в виде жгутов и лент [65]. Схематически намотка на поверхности паковки представлена на рисунке 13. Очевидно, что необходимо исследовать паковку по всей высоте, поскольку нить располагается на паковке по винтовой линии, а значит ширина выделяемой области 1Х задается высотой паковки (рисунок 13).
Как было определено ранее, изображение намотки без дефектов состоит из пересекающихся отрезков. Вычислим минимальную высоту 1У анализируемой области, которая позволила бы утверждать, что линии, изображающие нити пересекаются. Из рисунка 13 видно, что эта величина должна быть не меньше h. Для определения этой величины вычислим расстояние между нитями различных слоев Л :
Как было отмечено выше, жгут может быть представлен совокупностью параллельных отрезков с углом наклона /? к оси Ох, длина которых не меньше некоторого заданного значения /,г , определяемого из соотношения
Оптимальные размеры области исследуемого изображения должны определяться в соответствии с этими рассуждениями. Изображение на рисунке 14 имеет размеры 480 пикселей по ширине и 680 пикселей по высоте. Размер изображения нитей в верхних слоях в среднем имеет ширину в 3 пикселя. Если dH & 3, угол /? = 70, то в соответствии с приведенными рассуждениями минимальная высота выделяемой области должна быть больше 27 пикселей, т(1у) - число успешных опытов при ширине исследуемого фрагмента 1У В ходе эксперимента были проанализированы 50 образцов изображений поверхности паковки, содержащие жгуты или ленты. Результаты машинного эксперимента по выявлению дефектов намотки представлены в таблица 7.
Таблица 7 - Зависимость вероятности обнаружения жгутовой и ленточной намотки от высоты анализируемой области изображения.
Представленные результаты подтверждают правильность теоретического обоснования значений параметров фрагментов, выделяемых в исходном изображении, в ходе анализа которых выявляется наличие или отсутствие дефектов намотки в виде жгутов и лент и позволяют при создании программного обеспечения рекомендовать высоту анализируемой области 40 пикселей. Графическая модель поверхности паковки формируется в соответствии с моделью структуры намотки, т.е. она должна представлять исходное изображение в виде выделенных структурных элементов. Как правило, построение графической модели включает этапы предварительной обработки изображения, в ходе которой осуществляется фильтрация и уменьшение объема обрабатываемых данных, и кодирование [67].
Для сокращения времени анализа изображения в п.3.1.3 было предложено исследовать не все изображение поверхности паковки, а только его фрагмент (рисунок 16), и были определены его оптимальные размеры. Таким образом будем анализировать подмножество кфраг исходного изображения Izucx:
Исходное изображение поверхности паковки в памяти ЭВМ формируется с помощью цифровой видеокамеры, что позволяет получить цветное изображение высокого качества, но, как следствие, для его анализа придется обрабатывать большие объемы информации, что потребует значительных временных затрат. Кроме того будет необходимо учитывать характерные особенности, присущие каждому определенному цвету пряжи. Поэтому на первом этапе предварительной обработки изображения необходимо перейти от цветного изображения к полутоновому, т.е. осуществить преобразование 1гфраг - Ь„р (41) Для этого в каждой точки изображения вычисляем среднее значение цветовых каналов и одновременно определяем значение функции яркости по каждому элементу изображения:
Определение параметров изображения при построении графической модели для автоматического распознавания дефектов структуры паковок крестовой намотки
Исследование качества структуры паковки может осуществляться в двух режимах: параллельно с записью видеофрагмента или позже. Во втором случае можно исследовать изображения поверхности паковки, задавая различные значения параметров анализа структуры намотки (интенсивности и кратности дефектов), таким образом определяя количественное значение, характеризующее качество намотки (рисунок 29).
Формирование количественной оценки качества структуры намотки осуществляется в ходе выполнения следующих шагов: Если анализ структуры намотки выполняется после записи видео необходимо выбрать нужный видеофрагмент. На изображении паковки определяется размер анализируемой области. Режим анализа видео Процесс начинается после нажатия кнопки «Начать» и завершается автоматически после просмотра всего фрагмента. Для контроля процесса обнаружения жгутов и лент необходимо перейти в режим «Обработка» (рисунок 30).
Для просмотра диаграммы структуры намотки по различным диаметрам необходимо перейти в режим «Результат». JZL Интенсивность минимальное значение h максимальное значение FQO Выбор оптимальных параметров настройки мотального механизма Выбор оптимальных параметров настройки мотального механизма осуществляется после того, как будут сняты видеофрагменты перематывания бобин и в ходе их анализа получены первичные данные о структуре намотки в окне компонента «Выбор оптимальных параметров» (рисунок 31).
При проведении экспериментов по оптимизации настройки параметров мотальных механизмов:
Вначале необходимо получить значение количественного показателя негативного влияния дефектов для каждой серии. Для этого надо отобрать все серии, данные которых должны быть проанализированы в рамках текущего эксперимента, после чего инициировать процесс нажатием кнопки «Определить показатель» вкладки «Анализ». D
Для просмотра результатов надо перейти на вкладку «Результаты», где они представлены в табличном и графическом виде. Система дает возможность просмотреть не только общий показатель для всей серии, но и диаграммы распределения дефектов в паковке в зависимости от ее диаметра и диаграммы, характеризующие негативное влияние обнаруженных жгутов и лент на качество намотки.
Выбор оптимальных параметров настройки мотального механизма после получения показателей уровня качества для всех серий, т.е. для всего множества исследуемых значений технологических параметров, осуществляется по нажатию кнопки «Оптимизация» на вкладке «Результаты». Вслед за тем подсистема выделяет серию с оптимальными технологическими параметрами и выводит их в специальном окне. Графическое обоснование предлагаемого решения также выводится в специальном окне.
Для того, чтобы получить прогноз качества структуры намотки относительно сочетания значений нескольких параметров мотальных механизмов надо перейти на вкладку «Прогноз». Задать определенные значения для тех параметров, эксперименты для которых не были проведены, и нажать кнопку «Выполнить». В результате будет выведен график возникновения предполагаемых дефектов в виде жгутов и лент в зависимости от диаметра паковки и значение показателя негативного влияния дефектов. Кроме того, будут вычислены значения показателей негативного влияния дефектов, которые характеризуют прогнозируемый уровень качества, как «ниже среднего», «среднее» и «хорошее - высокое».
Разработанный программно-аппаратный комплекс открывает широкие возможности для анализа работы мотальных механизмов различных конструкций. Для проверки эффективности методики оценки качества структуры намотки был проведен анализ паковок, формируемых на прядильно-крутильной машине ПК-100МЗ. Выбор машины объясняется широтой ее применения в текстильной промышленности. Контрольные паковки нарабатывались в лабораториях Костромского государственного технологического университета. После их формирования производилось исследование посредством разработанной системы с целью изучения структуры намотки и визуального определения ее характеристик (жгут, лента) и определения значения показателя негативного влияния жгутов и лент. Для оценки адекватности результатов контроля был проведен ручной подсчет дефектов в виде жгутов и лент у контрольных паковок и определено значение этого показателя. В ходе эксперимента были сформированы 2 партии по 5 паковок. С помощью системы оценки качества структуры намотки для каждой бобины были получены диаграммы, представляющие распределение дефектов в паковке в зависимости от диаметра их расположения (рисунок 33), их кратности (рисунок 34), и диаграмма, характеризующая влияние выявленных жгутов и лент на качество паковки в целом (рисунок 35), а также сводная диаграмма распределения дефектов для каждой партии паковок (рисунок 36) и сводная диаграмма показателя негативного влияния жгутов и лент (рисунок 37). Кроме того, был произведен подсчет дефектов вручную, его результаты приведены на рисунке 32. Сравнение диаграмм, полученных с помощью СТЗ и вручную, доказывает большую эффективность и точность при обнаружении дефектов посредством разработанного метода. Что, в соответствии с рекомендациями FMEA-анализа, позволяет уменьшить величину параметра вероятности необнаружения дефекта (Е).
Устройство получения первичных данных для последующей оценки качества структуры паковок
В ходе эксперимента были поставлены следующие задачи: - определить оптимальный режим, обеспечивающий максимально возможный уровень качества структуры намотки для заданной совокупности управляемых параметров технологический; - получить оценку качества структуры намотки для набора управляемых параметров, до того, как будут сформированы паковки с заданными значениями этих параметров, а затем сравнить результаты прогноза с реальными данными. Решение поставленных задач также осуществлялось с помощью предложенной методики, реализованной в СГТПР. Экспериментальные бобины нарабатывались на прядильной самокруточной машине ПСК-225ШГ, в конструкцию мотального механизма которой были внесены следующие изменения [88].
Мотальное устройство состоит из трубчатого мотального вала 1 (рисунок 50), на котором с помощью винтов 2 крепятся прорезные мотальное барабанчики 3. На поверхности прорезных барабанчиков в зонах свободных от канавок, предназначенных для раскладки нити, в специальных пазах размещены трубчатые пневмокамеры 4. На рисунке 50 показан продольный разрез мотального барабанчика, входящего в состав устройства.
Устройство работает следующим образом. При отсутствии избыточного давления в пневмокамерах они располагаются в пазах на мотальном барабанчике не возвышаясь над его боковой поверхностью. При этом линейная скорость бобины определяется радиусом г мотального барабанчика (рисунок 52, а).
Поперечные разрезы мотального барабанчика в местах установки пневмокамер. При подаче сжатого воздуха во внутреннюю полость трубчатого мотального вала 2, он попадает в пневмокамеры и надувает их. В результате гибкие трубки, из которых изготовлены пневмокамеры, выступают над боковой поверхностью мотального барабанчика приподнимая бобину на величину AdE «0,1-2 мм. (рисунок 52, б). В этом случае линейная скорость бобины увеличится, т.к. она будет определяться новым радиусом мотального барабанчика равным r+AdE. При соединении полости мотального вала с атмосферой, давление в камерах падает до атмосферного, и они складываются, скрываясь в пазах. Скорость бобины при этом устанавливается на исходном уровне. Если описанное действие произойдет в момент формирования жгутовой намотки, то из-за изменения скорости бобины формирование жгутовой намотки будет прекращено. Для того чтобы исключить образование жгутов в течение всего времени формирования паковки подача сжатого воздуха производится периодически с периодом меньшим времени образования жгута. Изменение скорости вращения бобины производится плавно на небольшую величины, определяемую конструкцией пневмокамер и давлением сжатого воздуха.
В ходе эксперимента исследовалось влияние периодического увеличения силы прижима бобины к мотальному валу на возможность устранения дефектов намотки в виде жгутов и лент. Полученные с помощью программно-аппаратного комплекса результаты анализа изображений - значения показателя негативного влияния жгутов и лент использовались как входные данные при решении задачи выбора величины увеличения диаметра мотального барабанчика с целью устранения жгутов и лент.
Эксперимент проводился на экспериментальном участке машин ПСК в Костромском СКБТМ. Опытные бобины вырабатывались из пряжи ПАН с линейной плотностью 32x2 текс.
При организации эксперимента уровни факторов принимались из следующих соображений. В ходе предварительных опытов измерялось натяжение в зоне наматывания. Натяжение в 20 сН при нижнем значении фактора AdB — 0,1 мм определялось наладкой механизма. При проведении эксперимента было установлено, что увеличение диаметра мотального барабанчика AdE на 1,9 мм приводит к повышению скорости бобины на 2%, что в свою очередь вызывает изменение натяжения с 20 до 50 сН. Дальнейший увеличение натяжения ведет к росту обрывности. Поэтому Adp=\,9 мм было принято за верхнее значение фактора. Интервал варьирования выбирался из соображений равномерного расположения исследуемых значений в заданной области.
Период изменения диаметра мотального барабанчика также выбирался на основании результатов предварительных экспериментов, которые показали, что при периоде изменения диаметра барабанчика меньше 5 и больше 40 периодов движения нитеводителя, эффект рассеивания не наблюдался. Интервал варьирования также выбирался из соображений равномерного расположения исследуемых значений в заданной области.
Значения факторов, для которых проводился эксперимент, приведены в таблице 14. Для каждого варианта нарабатывалась партия из 3 бобин. Общая оценка результатов экспериментов в рамках серии с одинаковыми технологическими параметрами осуществлялась посредством минимаксного подхода, поскольку этот критерий представляет собой позицию крайнего пессимизма [73] и его применение гарантирует, что для данного множества технологических параметров значение показателя негативного влияния дефектов на качество будет не больше, чем полученное в процессе исследования. Усреднение результатов эксперимента посредством двух других методов (вычисления среднего и среднеквадратического значений) приводит к тому, что в результате могут пропасть самые мощные дефекты в виде жгутов и лент.
Для определения оптимального для заданной совокупности управляемых параметров технологического режима и исследования влияния рассеивающего механизма на качество структуры намотки на машине ПСК-225ШГ без рассеивающего механизма была сформирована партия из 3 бобин.
Для всех партий паковок посредством СППР были получены диаграммы распределения дефектов в паковках и диаграммы, демонстрирующие негативное влияние дефектов на качество намотки. Они приведены в Приложении Б.
Кроме того, были вычислены значения показателя негативного влияния жгутов и лент на качество намотки и его составляющих. Результаты исследования представлены в таблице 14.
Анализ данных таблицы и диаграмм позволяет сделать вывод о том, что наименьшее количество значимых дефектов, а значит лучшая структура намотки достигается при следующих значениях управляемых параметров: Ас1Б=1мм и Т=22,5 двойных ходов нитеводителя, (соответствующая строка выделена цветом). Как видно из диаграмм и данных таблицы наиболее значимым фактором является увеличение диаметра мотального барабанчика, но с его ростом эффект рассеивания снижается. Полученные результаты согласуются с данными, полученными расчетным путем с помощью математической модели формирования паковок с периодическим изменением силы прижима бобины к мотальному валу, представленной в [23].
