Разработка геометрических моделей формирования поверхностей по результатам анализа и обработки измерения деталей сложной формы

• Автор: Гвирц, Михаил Анатольевич
• Шифр специальности: 05.01.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ГЛАВА 1 МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

1.1 Анализ методов

1.2 Разработка и анализ метода сеток для задания точечного базиса поверхности

1.3 Анализ методов моделирования поверхностей с использованием полиномов

1.4 Сотовая сетка и ее параметры

1.5 Метод описания границ восстановления поверхностей

1.6 Декомпозиционные и вариационные методы моделирования поверхностей

1.7 Анализ точности восстановления поверхности

ГЛАВА 2 АНАЛИЗ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ СЛОЖНОЙ

формы
2.1 ВИДЫ координатно-измерительных машин, их возможности и ограничения, накладываемые принципом их действия
2.2 Выбор системы координат заготовки и ее связь с системами координат детали и КИМ
2.3 Особенности измерения заготовок и деталей, имеющих поверхности вращения
ГЛАВА 3 РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
3.1 Постановка задачи численного эксперимента
3.2 Критерий точности для оценки результатов численного эксперимента
3.3 Обоснование выбора тестовой поверхности
3.4 Выбор участка тестовой поверхности и ее параметров
3.5 Зависимость точности восстановления поверхности от количества узлов сетки
3.6 Изменение геометрических параметров тестовой поверхности
3.7 Учет отклонений тестовой поверхности от ее математической модели и учет погрешностей измерения
3.8 Проверка гипотезы для модифицированной тестовой поверхности
3.9 Проверка гипотезы для других поверхностей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ ПРОВЕРКА ТОЧНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПЕРА КОМПРЕССОРНОЙ ЛОПАТКИ ПО ПРЯМОУГОЛЬНОЙ И СОТОВОЙ СЕТКАМ
Принятые сокращения
ЛА — летательный аппарат;
ГТД — газотурбинный двигатель;
КИМ — координатно-измерительная машина; ЦП — цилиндрическая поверхность.
Актуальность темы
Одним из перспективных путей развития современного машиностроения является реализация сквозного проектирования, изготовления и контроля изделий с помощью автоматизированных систем класса CAD/CAM/CAE. Такие системы обеспечивают значительное сокращение сроков выполнения работ, повышение их качества и конкурентоспособности. Возможность интеграции применяемых программных продуктов в одну информационную среду позволяет быстро вносить изменения при проектировании, конструировании, изготовлении, контроле и испытаниях продукции. Результаты обмера являются также основой для изготовления деталей такими методами быстрого прототипирования, как стереолитография, объемная печать и др.
Для измерения деталей сложной формы применяются координатноизмерительные машины. Контроль таких деталей, как лопатки компрессоров и турбин, целесообразно проводить на лазерных измерительных машинах. По принципу действия они представляют собой трехмерные сканеры, а результатом измерения является набор отсканированных фрагментов, например, сечений профиля пера лопаток.
Возможности современной координатно-измерительной и вычислительной техники позволяют получить при обмере деталей координаты тысяч точек. Однако анализ результатов измерений по этим точкам нередко выявляет как наличие избыточной информации, так и недостаток сведений о важных элементах геометрии изделия. Такое положение особенно характерно при проведении обмеров с помощью лазерных систем, что вызвано ограничениями, связанными с применяемыми методами измерения и расчета.

■ износом наконечника щупа;
■ динамическими погрешностями системы;
Координатно-измерительные машины, основанные на бесконтактном
принципе, свободны от этих недостатков. Они используют различные оптические системы, в том числе лазерные. Кроме того, им, как правило, свойственна более высокая производительность. Одним из важных преимуществ таких машин является отсутствие усилий при работе, что позволяет производить измерения хрупких и нежестких деталей, например, керамических литейных стержней.
В работе [97] отмечается, что применение лазерных координатноизмерительных машин для обмера деталей самолетов с последующим восстановлением их математической модели и изготовлением этих деталей на станках с ЧПУ обеспечивает погрешность аппроксимации полученной математической модели относительно исходной ±0,075 мм и погрешность всего процесса копирования деталей ±0,127 мм. Для восстановления математической модели и создания программы механической обработки использовались коммерческие пакеты: Surfacer и SmartCAM соответственно с обменом информации между ними в формате IGES. В то же время создание модели для механической обработки по результатам обмера: выделение точек, отрезков прямых, дуг, окружностей, полилиний и поверхностей NURBS (Not-Uniform Rational B-Splines, неоднородный рациональный В-сплайн) является трудоемким процессом, требующим вмешательства оператора.
Известен опыт и совместного применения оптоэлектронных и контактных систем [95]. При этом результаты более производительного, но менее точного измерения с помощью оптической системы после обработки преобразуют в черновой прототип для настройки контактной координатноизмерительной машины.
Измерения контактным методом обеспечили следующие точностные характеристики: погрешность при оцифровке модели турбинной лопатки с