Введение к работе
Актуальность темы. Значительную долю всех процессов контроля в элементах оптико-акустических газоанализаторов (ГА) составляют процессы контроля прямолинейности осей и профиля внутренней поверхности отверстий в узлах и деталях, в том числе в измерительных кюветах ГА.
Перспективными являются лазерные измерительные системы (ЛИС) позиционного типа (ПЛИС), в которых лазерный луч является эталонной базовой прямой. Существующие ПЛИС не получили широкого применения прежде всего из-за высокой погрешности измерения, обусловленной нестабильностью диаграммы направленности лазеров (ДНЛ). Этот недостаток устраняется в ЛИС с двумя оптически обращенными каналами (ЛИС ДОК), в которых вводится дополнительный канал, оптически обращенный на 180 относительно основного канала. Актуальными являются исследования, направленные на формирование комплексного подхода в проектировании ЛИС ДОК.
Проблемой повышения точности измерений занимались учёные: Телешевский В.И., Корндорф С.Ф., Веденов В.М., Мурачёв Е.Г., Бунько Е.Б., Харитонов В.И., и др. Выражаю признательность моему первому научному руководителю д.т.н., проф.
МГТУ «МАМИ»|Веденову В.М.
В основу диссертационного исследования положены наиболее значительные теоретические и экспериментальные результаты НИР и ОКР, выполненные соискателем в рамках научно-технических и отраслевых программ, в которых соискатель являлся непосредственным исполнителем:
федеральной целевой научно-исследовательской программы (ФЦНИП) «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» «Машины и машиностроение будущего» Миннауки и технологий РФ по теме № 201-97 «Разработка автоматизированного комплекса контроля геометрических параметров технологического оборудования машиностроительного производства методами лазерных измерительных систем»;
ФЦНИП Минобразования и науки РФ по темам № 201-02, № 201Н-04 «Разработка адаптивных систем активного контроля геометрических параметров деталей в процессе их формообразования»;
- отраслевой программы Минобразования РФ «Научные исследования высшей
школы в области производственных технологий», раздел «Высокоточные измери
тельные системы», по теме № 206ПТ-00 «Лазерная измерительная система для ди
агностирования геометрических параметров автоматизированного технологическо
го оборудования машиностроительного производства».
Цель работы. Создание лазерной измерительной системы с улучшенными метрологическими характеристиками за счёт снижения погрешностей, повышения помехоустойчивости и автоматизации процесса измерений для контроля отверстий в узлах и деталях газоанализаторов.
Задачи работы:
создание классификации позиционных ЛИС ДОК для контроля прямолинейности и положения осей отверстий в узлах и деталях газоанализаторов;
уточнение и исследование математических моделей оценки погрешностей, параметрического проектирования, анализа и синтеза ЛИС ДОК с разделёнными и совмещёнными каналами с учётом амплитудных погрешностей;
разработка способа компенсации амплитудных флуктуации и снижения их влияния на точность фотоэлектрических ЛИС;
разработка принципов построения, базовых структурных и функциональных схем реализации ЛИС, а также элементов конструкций преобразовательных блоков ЛИС;
экспериментальные исследования макета ЛИС и его элементов;
разработка аппаратно-программных средств автоматизации сбора, регистрации, хранения и обработки измерительной информации.
Научная новизна. Научная новизна включает в себя:
разработанную классификацию ЛИС ДОК для контроля прямолинейности и положения осей отверстий в узлах и деталях ГА, которая систематизирует способы построения ЛИС по конструктивным признакам, исполнению и назначению;
уточнённую математическую модель оценки погрешностей ЛИС ДОК;
запатентованный способ повышения точности и компенсации амплитудных погрешностей ЛИС (система отражённого луча);
разработанный оптический блок ЛИС, его математическую модель и практические рекомендации по проектированию оптических блоков ЛИС ДОК;
методы и реализующие их средства контроля прямолинейности осей и получения профиля внутренней поверхности отверстий в узлах и деталях газоанализаторов с визуальным воспроизведением объекта контроля;
типовые функциональные и структурные схемы построения ЛИС в соответствии с разработанной классификацией и технологическими задачами контроля;
созданную автоматизированную систему сбора данных и обработки результатов измерений в ЭВМ.
Практические результаты:
создан действующий макет ЛИС ДОК и разработаны его составные блоки;
разработаны средства и методы контроля параметров отверстий в узлах и деталях ГА;
получен патент РФ на изобретение «Фотоэлектрический способ измерения механических перемещений»;
за разработку лазерной измерительной системы получен диплом выставки «Золотые инновации России и стран СНГ», проходившей на ВВЦ в Москве.
Практическая ценность. Практической ценностью работы являются результаты, позволяющие создавать новые лазерные системы контроля качества изготовления отверстий в узлах и деталях ГА, отличающиеся более высокой точностью и помехоустойчивостью и более низкой стоимостью.
Сформулированы рекомендации и предложены решения по конструированию ЛИС ДОК, их узлов и блоков. ЛИС обеспечены аппаратно-программными средствами преобразования сигналов, ввода и обработки информации в ЭВМ.
Полученные практические и теоретические результаты позволяют значительно расширить области применения ЛИС ДОК во многих областях промышленности.
Апробация и реализация результатов работы.
Использование в учебном процессе:
Результаты диссертационной работы использовались при чтении лекций, в лабораторном практикуме, курсовом и дипломном проектировании на кафедрах «Автоматика и ПУ» МГТУ «МАМИ» и «MACK» МГУИЭ.
Участие в конференциях и семинарах:
Основные результаты работы обсуждались на 16 конференциях и семинарах, в том числе: Межд. н. симпозиум «60 лет воссоздания МАМИ», М., МГТУ «МАМИ»,
1999 г.; ММНК "XXVI Гагаринские Чтения", М, РГТУ «МАТИ», 2000 г.; 31-я МНТК ААИ, М., МГТУ «МАМИ», 2000 г.; МНТК «Гражданская авиация на рубеже веков», М., МГТУГА, 2001 г.; МНТК «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий», М.Сочи, 2001; 2005; 2008 г.; Российско-германская НТК «Датчики и системы», СПбГТУ, 2002 г.; 39-я МНТК ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», М., МГТУ «МАМИ», 2002 г.; 44-я МНТК «Проблемы качества и сертификация автотранспортных средств», г. Дмитров-7, НИЦИАМТ, 2003 г.; НПК «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Lab VIEW и технологии National Instruments» ESEA-NI-04, М., РУДН, 2004 г.; 49-я МНТК ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», М., МГТУ «МАМИ», 2005 г.; МНМК «Высшее профессиональное образование в современной России: перспективы, проблемы, решения», М., МГТУ «МАМИ», 2005 г.; 5-я МЭНТК «Технологическая системотехника - 2006», ТулГУ, Тула, 2006 г.; ВМНПК молодых учёных «Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем», М., МГИЭТ (ТУ), 2007 г. Участие в выставках и презентациях:
1. ЛИС демонстрировалась в декабре 2000 г. на выставке-презентации «Золо
тые инновации России и стран СНГ» в г. Москве, на ВВЦ (ВДНХ). Экспонату при
суждён диплом ВВЦ.
2. Стенд с ЛИС демонстрировался в марте 2005 г. на выставке научно-
технических разработок МГТУ «МАМИ» к Международному Научному Симпозиу
му, посвященному 140-летию МГТУ «МАМИ».
Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в ООО «Система Групп» для контроля деталей энергоустановок и в ФГУП «75 Арсенал МО РФ», где была проведена опытная эксплуатация автоматизированной ЛИС ДОК для активного контроля прямолинейности и пространственного положения осей отверстий на участке ремонта инерциальных объектов.
На защиту выносятся:
классификация ЛИС для контроля параметров отверстий в узлах и деталях ГА, построенная исходя из конструктивных признаков и вариантов исполнения;
уточнённая математическая модель оценки погрешностей ЛИС ДОК;
запатентованный способ повышения точности измерений и снижения погрешностей ЛИС за счёт компенсации амплитудных флуктуации интенсивности излучения (система отражённого луча);
математическая модель геометрических параметров и метод расчёта многофункционального оптического блока ЛИС;
методика контроля положения осей и профиля внутренней поверхности отверстий в узлах и деталях ГА с визуальным воспроизведением объекта контроля;
базовые структурные и функциональные схемы построения ЛИС ДОК для контроля параметров отверстий в узлах и деталях ГА в соответствии с разработанной классификацией;
предлагаемое техническое решение и программное обеспечение компьютеризированной системы сбора и обработки измерительной информации в ЭВМ;
анализ экспериментальных результатов и выводы, на основе которых сформулированы практические рекомендации по созданию ЛИС.
Публикации. По теме диссертационной работы имеется 51 публикация, в том числе: 1 патент РФ, 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 3 отчёта по НИР, издано одно методическое указание по выполнению лабораторной работы.
Изобретения. Получен патент РФ № 2196300 на изобретение «Фотоэлектрический способ измерения механических перемещений».
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы из 145 наименований и 5 приложений. Содержит 200 страниц машинописного текста, 123 рисунка и фотографии, 7 таблиц.
