ВЕРИФИКАЦИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОСИ ПРОЕКЦИОННОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА

CALIBRATION POSITION OF THE AXIS OF THE PROJECTION METHOD OF MEASURING DEVICE

Evgeny Zhukov

сandidate of Technical Sciences, associate professor of the Department of technology of mechanical engineering of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Russia, Belgorod

Viktoriya Nikolskaya

master student the Department of technology of mechanical engineering of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Russia, Belgorod

Denis Zuenko

student of the Department of technology of mechanical engineering of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Russia, Belgorod

Работа выполнена в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» по Соглашению № 14.577.21.0193 от 27 октября 2015 г. «Разработка роботизированного комплекса для реализации полномасштабных аддитивных технологий инновационных материалов, композитов, конструкций и сооружений».

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены вопросы бесконтактного контроля точности изготовления изделия с целью повышения производительности измерений. Освещены возникающие проблемы, связанные с отклонением взаимного расположения осей, поверхностей измеряемого объекта и прибора во время эксплуатации. Рассмотрены схемы измерения таких отклонений настройки относительно оси прибора. Предложены методы привязки взаимного расположения осей, поверхностей измеряемого объекта и прибора как на основе использования гидравлического уровня в лабораторных условиях, так и трехосевого акселерометра для автоматизированного мехатронного компенсирования при промышленном исполнении.

ABSTRACT

The article discusses contactless control of precision manufacturing products in order to increase the productivity of measurement. Shown emerging problems related to the deviation of the mutual arrangement of the axes, the surfaces of the measured objects and the device, during use. Measurement circuitry addressed such deviations and fixing the tool axis and the gravity vector. Proposed methods fixing the mutual arrangement of axes, the surfaces of the measured object and device such as through the use of hydraulic level in laboratory conditions, and three-axis accelerometer for automatic mechatronic compensation in industrial design.

Ключевые слова: бесконтактное измерение; активный контроль; управляющая программа; геометрические параметры; виртуальная ось.

Keywords: non-contact measurement; active control; control program; geometric parameters; virtual axis.

Использование бесконтактных методов контроля позволяет повысить производительность измерений за счет использования вычислительных устройств по обработке результатов проецирования профиля на поверхность ПЗС-матрицы [6].

Но при выполнении измерений отклонения взаимного расположения осей, поверхностей и т. п. возникает необходимость в определении, для последующего использования, измерительной базы прибора. Например, при определении отклонения от оси профиля канавки тела вращения [4], требуется установка на ось измерительного прибора. Схема такого измерений представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Схема измерения отклонения профиля изделия от оси

Согласно схеме, контролируемое изделие 1 закрепляется в центрах 2, с возможностью вращения его вокруг своей оси на 360°. При этом оно засвечивается лазером 5, с формированием профиля 4 на поверхности ПЗС-матрицы 3. Изделие пошагово поворачивается вокруг своей оси, и на каждом шаге формируется проекция профиля за счет минимального количества шагов [5]. Этот расчет позволяет определить минимальное количество проекций, необходимых для обеспечения точности выполнения расчетов. Очевидно, чем больше количество обработанных проекций, тем выше точность измерений. Но при этом и выше время выполнения измерений, а особенно обработки их результатов, поэтому авторы считают, что необходимо использовать минимальное количество проекций.

Достоверность измерений может быть обеспечена только в том случае, если ось от проекции к проекции остается постоянной, т. е. при выполнении каждого шага измерений она не изменяет своего положения, но этого не всегда можно добиться визуальной установкой и в самом простейшем случае ось будет вращаться под углом к некой поверхности, что не допустимо.

Выход из этой ситуации предложен в работе [2], заключающейся в установке горизонтальной оси ортогонально вектору силы тяжести, т. к. привязка к нему может обеспечить наиболее точное положение оси. Схема выполнения привязки показана на рис. 2.

Рисунок 2. Схема привязки оси прибора к вектору силы тяжести

Основу метода составляют два сообщающихся сосуда 1, установленные на стенде (на рис. 2 не показан), заполненные окрашенной жидкостью. Аналогично рис. 1, они освещаются лазером 4, формируя на экране 2 изображение 3, показывающее уровень жидкости в сосудах, при этом изображение поступает в камеру 5 , оснащенной ПЗС- матрицей. В дальнейшем изображение передается в электронный блок, поступает в ПК и обрабатывается. Как известно из курса физики, уровень жидкости в сообщающихся сосудах всегда одинаковый, и если соединить уровень на изображениях проекций сосудов, то эта соединительная линия будет всегда ортогональна вектору силы тяжести. Если зафиксировать в качестве виртуальной оси линию расположения уровней жидкости, а затем совместить с ней ось измерительного прибора, пользуясь проекцией, описанной на рис. 1, то можно утверждать, что ось прибора (или измерительного приспособления) установлена ортогонально вектору силы тяжести. Остается открытый вопрос: как сохранить эти настройки? Ведь прибор может переустанавливаться, основа его может смещаться, на нем могут выполняться измерения различных деталей. Авторы видят выход из этой ситуации в оснащении прибора специальным датчиком, акселерометром, как было описано в [2]. Как и при настройке оси прибора по уровням жидкости в сосудах, акселерометр, также изменяет угол своего поворота, при этом после установки уровней ортогонально вектору силы тяжести устанавливается 0° по оси X акселерометра или 90° по Y. Поскольку акселерометр является электронным прибором, то его данные всегда могут быть обработаны, например, АЦП или микроконтроллером с многоразрядным АЦП [3], и введены в ПК в специальную программу для выполнения виртуальных или реальных измерений. В дальнейшем при работе данные с акселерометра могут быть использованы для коррекции результатов или установки на ось измерительного прибора. Схема управления измерительным прибором выглядит следующим образом (рис. 3).

Рисунок 3. Схема управления платформой

Двигатели 1, расположенные под платформой 2 имеют возможность перемещать ее на расстояние, достаточное для установки нулевого уровня, на этой платформе расположен трех осевой акселерометр 3. Двигатели и акселерометр связаны с электронным блоком, который в свою очередь связан с вычислительным устройством ПК или ПЛК. При определении прибора в плоскости ZX или YX эти значения фиксируются в памяти устройства и в дальнейшем постоянно используются. Установки платформы в «нулевое» положение происходит путем ее перемещения по оси Z с использованием двигателей, эта настройка оборудования выполняется перед началом измерений.

Таким образом, достигается поставленная задача – обеспечение постоянства измерений профиля изделия, например, описанного в работе [1].

Список литературы:

1. Четвериков Б.С., Чепчуров М.С. Автоматизация процесса оценки точности канавки катания при изготовлении лапы бурового долота // Информационные системы и технологии. – 2015. – № 4. – С. 82–89.
2. Четвериков Б.С., Чепчуров М.С., Дуганов В.Я. Алгоритм установки оси приспособления для автоматизированного контроля поверхностей качения деталей буровых долот // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. – 2016. – № 2 (48). – С. 137–142.
3. Чепчуров М.С. Использование АЦП для регистрации и обработки аналогового сигнала в ПК // Ремонт, восстановление, модернизация. – 2008. – № 6. – С. 31–34.
4. Чепчуров М.С. Контроль и регистрация параметров механической обработки крупногабаритных деталей: монография. – Белгород: Изд-во БГТУ – 2008. – 232 с.
5. Чепчуров М.С., Четвериков Б.С. Позиционирование изделия в процессе автоматизированного бесконтактного контроля формы его поверхности качения // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2016. – № 2. – С. 99–103.
6. Chetverikov B.S., Chepchurov M.S., Pogonin D.A. Definition of shape and position of complex geometric surfaces // World Applied Sciences Journal. – 2014. – Т. 31. – № 4. – С. 526–530.