Видеоинформационная система токарного станка с интеллектуальным управлением

• Автор: Носенков, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 201 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1. РИ и проблемы обеспечения качества механической обработки
1.2 Методы и системы контроля состояния режущего инструмента
1.3. Применение видеоинформационных систем для контроля
состояния РИ
1.4. Выводы по разделу. Цели и задачи работы
2. ВИДЕО ИЗМЕРЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
2.1.Точность видео-измерений и методы её повышения
2.2. Математическая модель видео-измерения формы контура
2.2.1. Аналитическое описания формы объекта
2.2.2. Расчёт распределения яркости в плоскости видео-датчика
2.2.3. Расчёт сигнала элемента растра
2.3. Метод уменьшения погрешности определения координат контурных точек
2.4. Сравнительный анализ погрешности определения контура
2.5.Выводы по разделу
3. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИДЕОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
3.1. Общая характеристика и структура программного обеспечения

3.2. Создание эталона контролируемого РИ
3.3. Обработка визуальной информации в цикле контроля состояния РИ
3.4. Базовые алгоритмы обработки визуальной информации в ВИС
3.4.1. Алгоритм сегментации изображения РИ
3.4.2. Алгоритм построения функции отклонения формы РИ
3.4.3. Алгоритм выделения параметров отклонения формы РИ
и распознавания состояния инструмента
3.5. Геометрическая калибровка видео-датчика
3.6. Оптическая калибровка видео-датчика
3.7. Выводы по разделу
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДЕОИЗМЕРЕНИЯ РИ
4.1. Экспериментальный стенд
4.2. Определение зависимости расстояние - сигнал
элемента растра
4.3. Исследование погрешности определения базовой точки РИ
4.4. Исследование погрешности определения контурных точек
4.5. Экспериментальная проверка точностных характеристик ВИС
в составе ИСУ
4.6. Выводы по разделу
5.ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Повышение качества изготовления деталей является одним из важнейших требований современного производства к технологии механической обработки и станкам. Особую актуальность приобретает это требование в условиях компьютеризированного производства, построенного на принципах безлюдной технологии. Под качеством будем понимать совокупность показателей точности обработки, безотказности и производительности.
Один из перспективных путей повышения качества обработки заключается в создании и применении интеллектуальных систем управления, обеспечивающих изготовление каждой конкретной детали с учётом технических характеристик и состояния станка, режущего инструмента, заготовки. При этом в состав интеллектуальной системы управления должна включаться информационно-измерительная подсистема, осуществляющая сбор и формирование требуемых данных.
Состояние режущего инструмента при формировании каждой поверхности оказывает решающее влияние на точность обработки изделий. В связи с этим большое значение имеет разработка методов комплексного и оперативного контроля состояния инструмента, а также реализация систем контроля инструмента на базе современных технических средств. На сегодняшний день известны системы контроля инструмента, основанные на различных методах получения и обработки информации, однако, они не обладают возможностью производить экспертную оценку состояния инструмента для осуществления коррекции траектории движений РИ. Данная проблема может быть решена за счёт создания системы, обладающей функциональной полнотой и информативностью, необходимыми для реализации интеллектуального управления (ИСУ) станком, что является актуальной задачей.
Один из перспективных методов контроля состояния РИ основан на фиксации изображения рабочей части инструмента с помощью одного или нескольких видео-датчиков. Видео - информационные системы (ВИС), реализующие данный метод, обладают потенциально высокими характеристиками,

обеспечивает измерения с точностью ± 1 мкм. Прибор Kelch Kalimat- /43/ оснащён системой ЧПУ (класса CNC) по осям X и Z, высококачественным оптическим проектором и пневматическим механизмом зажима. Применяется система обработки изображения Kelch-Vision. В работе /44/ приведена информация о системе Multicheck РС500 на базе персонального компьютера, предназначенной для контроля РИ из поликристалического алмаза, КНБ, твёрдого сплава, режущие кромки которого могут повреждаться при контактных методах контроля. Система оснащена сменными объективами 25, 60, 150 крат. При таких увеличениях можно контролировать не только основные геометрические характеристики в проходящем или отражённом свете, но и состояние режущих кромок, микросколы и трещины. Управляемая ЧПУ типа CNC система контроля РИ фирмы Zoller /45/ имеет следующие технические характеристики: диаметр инструмента от 3 до 300 мм, длинна до 500 мм, точность по координатам X, Z составляет ±2 мкм, точность измерения угловых величин - ±0.5°. Точность оптических измерений РИ в приборе KPT/Speroni /46/, составляет ± 3.8 мкм. Имеется возможность расчёта радиуса при вершине и углов резцов.
Однако, как уже было отмечено ранее, предварительная настройка инструмента, также как и контроль степени износа вне станка не могут обеспечить необходимого качества выпускаемой продукции из за погрешностей, вносимых на этапе установки предварительно настроенного инструмента на конкретный станок. В связи с этим интерес представляют системы контроля встраиваемый непосредственно в оборудование.
Фирма Walter оснащает заточной станок с ЧПУ Helitronic Power видео измерительной системой HeliCheck NC4 /47/. Прибор получает информацию о затачиваемом инструменте (координаты, размеры), уточняет её непосредственными измерениями и передаёт в СУ станка для управления процессом заточки.
В /48/ сообщается о разработке Фраунгоферовским институтом микроэлектронных систем и Техническим университетом Дрездена устройства для обработки цифрового фотоснимка токарного резца, позволяющего выявить и оценить износ его режущей кромки. Цифровая камера и устройство распознавания