Информационно-измерительная система контроля деталей подшипников на основе двумерной лазерной триангуляции

• Автор: Заякин, Олег Александрович
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 178 с. : ил.

1 Рабочие поверхности деталей подшипников и методы контроля их формы
1.1 Характеристики контролируемых объектов
1.2 Требования к системам измерения отклонений формы
1.3 Изучение проблем и актуальных направлений развития в области контроля отклонений формы рабочих поверхностей деталей подшипников
Выводы к разделу
2 Способ контроля качества поверхности с помощью двумерной лазерной
триангуляции
2.1 Трехмерная математическая модель контролируемой поверхности
2.2 Модель оптической схемы измерений и основанные на ней алгоритмы восстановления профилей и контурной картины поверхности
2.3 Численный анализ погрешностей метода двумерной лазерной триангуляции
2.4 Оптическая часть измерительного преобразователя
Выводы к разделу
3 Комплекс аппаратно-программных средств
3.1 Постановка задачи
3.2 Структура и функционирование ИИС
3.3 Специализированные технические средства
3.4 Структура программного обеспечения
3.5 Отличия ИИС в ее конфигурации с матричным фотоприемником
Выводы к разделу

4 Экспериментальная оценка влияния характеристик измерительного
преобразователя и контролируемого объекта на погрешность измерений
4.1 Эксперименты по оценке качества входного сигнала
4.2 Влияние шумов на зависимость положения отраженного луча на
фотоприемнике от перемещения зондирующего луча по объекту контроля
4.3 Влияние локальных дефектов контролируемого объекта на входной сигнал, эксперименты с матричным фотоприемником
Выводы к разделу
5 Экспериментальная оценка погрешностей измерений информационноизмерительной системы
5.1 Контроль отклонений профиля поверхности вращения от номинальной формы
5.2 Контроль отклонений от круглости
Выводы к разделу
Заключение
Список использованных источников
Приложение А Математическая модель контролируемого объекта
^ Приложение В Основные технические параметры контактных кругломеров
Приложение С Внешние условия измерений и условия эксплуатации ИИС,
предназначенной для контроля рабочих поверхностей деталей подшипников
Приложение Э Расчет поперечной ширины пучка света на фотоприемнике
в приближении геометрической оптики
Приложение Е Акт метрологических испытаний

Общая характеристика работы
Актуальность темы.
Подшипники занимают важное место в развитии народного хозяйства страны. В различных его отраслях они находят широкое применение. Подшипники являются одним из основных элементов механизмов и машин, а также измерительных приборов и информационно-измерительных систем (ИИС). Технический прогресс предъявляет все более строгие требования к качеству подшипников, поскольку их совершенство во многом определяет уровень развития современной индустрии. Это особенно важно для передовых, наукоемких отраслей промышленности, таких, как аэрокосмическое машиностроение, производство средств автоматизации и вычислительной техники, оборонное производство.
Такие свойства механизмов и машин, как надежность, долговечность, экономичность, экологичность, их технические данные, например, у двигателей это мощность, КПД, приемистость, удельный расход топлива, у самолетов и вертолетов- дальность, скорость, потолок, грузоподъемность, скороподъемность, - все они сильно зависят от качества подшипников, используемых в этих механизмах и машинах. От качества приборных подшипников сильно зависит точность приборов. Основной вклад в названный фактор вносит качество рабочих поверхностей деталей подшипников. К ним относят дорожки качения или скольжения колец подшипников, а также поверхности качения шариков или роликов. Их дефекты вызывают при работе подшипника его повышенную вибрацию, шум, трение и нагрев [1]. Это негативно влияет на перечисленные свойства и показатели техники. Поэтому при изготовлении подшипников их рабочим поверхностям уделяют большое внимание. Они обрабатываются с высокой степенью чистоты на шлифовальных станках и подвергаются затем тщательному контролю.
Указанные поверхности могут иметь дефекты различных видов, сильно различающихся по своим физическим признакам. Одни из них представляют собой отклонения от номинальной формы. Они возникают при механической обработке детали. Другие относят к локальным дефектам. Большинство из них образованы пустотами. Это микроскопические пузыри воздуха, присутствующие в заготовке. При механической обработке некоторые из них вскрываются и образуют каверны на поверхности, а часть оказывается в приповерхностном слое. К локальным дефектам относят также царапины, трещины, риски, вмятины, задиры и другие следы механического воздействия на поверхность. И третьи - это участки пониженной твердости, возникающие на

получается в тех случаях, когда вектор Дг в каждой точке ?а направлен перпендикулярно
При описании отклонений формы поверхности бывает удобным представить

функцию Дг(г0) иначе, сообразуясь с ортами координатного базиса номинальной поверхности. Рассмотрим, как связать эти два названых представления отклонений формы поверхности.
Пусть вектор Дг(г0) не перпендикулярен номинальной поверхности. Рассмотрим точки на поверхности, определяемые векторами г0 и ?02 (см. рисунок 1.1). В рассматриваемом виде контроля относительное различие высот в этих двух точках незначительно. Оно сопоставимо с углом наклона реального профиля к базовой линии этого профиля, который не превосходит величины 0,05 радиан. Тогда искомая функция с точностью, достаточной для описания характерных профилей высот поверхности, может быть определена следующим образом:
где s = Щ)=± grad F0.
В данном случае имеется ввиду градиент в физических координатах. Например, в системе
где р, <р, г - соответственно радиусная, азимутальная и осевая координаты.
Функция ?(/^) определяет перпендикуляр в каждой точке номинальной поверхности. Знак функции 5(/ь) выбирается в зависимости от заданной ориентации этой поверхности.
Функцию й(г0) будем называть "функцией отклонения от номинальной формы". При этом в необходимых случаях вместо стандартного понятия "номинальная форма" будем использовать более узкое стандартное понятие "круглость". Также стандартное понятие "отклонения от номинальной формы" будем заменять стандартизованными названиями ее составляющих, например, "гранность", "волнистость", или же использовать вместо него нестандартное, но понятное название "рельеф".
к номинальной поверхности. Тогда к(г0) =| Аг |, где знаком [... | обозначено взятие модуля величины.
(2.2)
цилиндрических координат { р, ср, z } :