Прецизійна інформаційно-вимірювальна система визначення геометричних характеристик деталей складної форми - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукРобота виконана на кафедрі інформаційних технологій Національного авіаційного університету Міністерства освіти і науки України. Науковий керівник: Квасніков Володимир Павлович, доктор технічних наук, професор, Національний авіаційний університет, професор кафедри інформаційних технологій. Офіційні опоненти: Ніженський Анатолій Данилович, доктор технічних наук, професор, Інститут електродинаміки НАН України, провідний науковий співробітник; Захист відбудеться "05" червня 2007 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.062.01 при Національному авіаційному університеті за адресою: 03680, м.Ці засоби вимірювання не забезпечують автоматичний контроль обєктів із складною просторовою поверхнею (СПП) в складі гнучких виробничих систем та не відповідають сучасним вимогам щодо точності та швидкодії вимірювання. Існуючі методи підвищення точності вимірювання геометричних величин у координатно-вимірювальних машинах не задовольняють потреби виробництва при вимірюванні обєктів із складною просторовою поверхнею. Здійснювати вимірювання та обробку їх результатів в режимі реального часу можливо тільки обробляючи великі масиви даних та з використанням інтелектуальних технологій. До складу КВМ повинен входити інформаційно-керуючий комплекс, оснащений системою програм по виконанню алгоритмів необхідних розрахунків координатних вимірювань складних просторових поверхонь та підсистем редагування програм вимірювань, керування вимірювальною головкою, та діагностування систем. Розробити математичні моделі та алгоритми апроксимації при побудови тривимірних просторових поверхонь для підвищення точності вимірювання та розширення функціональних можливостей координатно-вимірювальних машин з підвищеними метрологічними характеристиками, що забезпечують контроль обєктів зі складною просторовою поверхнею.В першому розділі проведено аналіз задачі, сформульовані основні напрямки досліджень, проведений аналітичний огляд робіт в області координатних вимірювань обєктів із складною просторовою поверхнею та розробки інформаційно-вимірювальних систем геометричних величин. У роботах, присвячених дослідженню робочих органів КВМ, не знайшли відображення такі питання, як синтез структури інтелектуальної системи вимірювання складних просторових поверхонь, алгоритми інтелектуального керування вимірювальною головкою КВМ. Показано, що для цифрового моделювання та порівняльного аналізу алгоритмів програмного і адаптивного управління роботи КВМ розроблений пакет програм, який включає наступні елементи: модель руху вимірювальної головки вподовж обєкту вимірювання, алгоритми побудови програмного руху КВМ, що забезпечують необхідну траєкторію переміщення вимірювальної головки з врахуванням конструктивних обмежень і перешкод, алгоритм інтелектуального вимірювання обєктів, які дозволяють імітувати функціонування КВМ. Показано, що при вимірюванні складних просторових поверхонь виникають труднощі, які повязані зі складністю визначення координат точки дотику Хк, Yk по координатах Хе, Ye центра кульки вимірювального наконечника, що фактично вимірюються. Для побудови тривимірного зображення деталі розроблена математична модель опису складної просторової поверхні, що складається із сукупності просторових кривих, яка визначає каркас деталі, розподіляючи поверхню на сукупність криволінійних восьмикутників-порцій, забезпечуючи безперервність градієнта на поверхні деталі.Вперше розроблені нові математичні моделі процесу вимірювання прецизійних деталей, в основі яких лежать апроксимація та побудова тривимірного зображення по виміряним координатах точок сплайн-функцією третього порядку, що дозволяє ідентифікувати обєкт і прийняти рішення про придатність деталі. Вперше розроблене алгоритмічне і програмне забезпечення вимірювання геометричних характеристик обєктів для контролю відхилення від форми та розташування поверхонь в інтелектуальних системах з розширенням діапазону вимірювання і функціональних можливостей КВМ, сумарна похибка вимірювальної системи не перевищує 0,05 %.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Вперше розроблені нові математичні моделі процесу вимірювання прецизійних деталей, в основі яких лежать апроксимація та побудова тривимірного зображення по виміряним координатах точок сплайн-функцією третього порядку, що дозволяє ідентифікувати обєкт і прийняти рішення про придатність деталі.

2. Вперше розроблене алгоритмічне і програмне забезпечення вимірювання геометричних характеристик обєктів для контролю відхилення від форми та розташування поверхонь в інтелектуальних системах з розширенням діапазону вимірювання і функціональних можливостей КВМ, сумарна похибка вимірювальної системи не перевищує 0,05 %.

3. Вперше розроблена структура інформаційно-керуючої системи в трьох ієрархічних рівнях координатно-вимірювальних машин з використанням самокерованих та самонастроюваних датчиків, що забезпечують більш точне траєкторне керування вимірювальним наконечником вподовж поверхні вимірюваної деталі в умовах дії дестабілізуючих факторів.

4. Розроблено метод побудови тривимірних деталей, що включає кінцеву множину криволінійних порцій обєкта з використанням параметричних кубічних сплайнів у формі Ерміта в різних динамічних режимах з високою степеню точності (10 мкм).

5. Запропоновано класифікаційну схему програмно-математичного забезпечення координатно-вимірювальних машин, що дає можливість розвязання траєкторних задач по створенню інформаційної просторової поверхні для визначення геометричних характеристик прецизійних деталей із заданою довірчою ймовірністю P=0,98.

6. Запропоновано використання поліномів Церніке для опису високоточних прецизійних деталей. З метою підвищення точності лінійної інтерполяції по виміряним координатам точок запропонований алгоритм модифікованої оціночної функції, в результаті чого зменшується похибка вимірювання в 1,5 рази.

1. Борковська Л.О. Інформаційно-керуючий, програмний комплекс координатно-вимірювальної машини // Автоматика, автоматизация, електротехнические комплексы и системы. - Херсон: ХДНТУ, 2005. - № 1(15). - С. 99-105.

2. Борковська Л.О. Динамічна модель інформаційної системи координатно-вимірювальної машини // Вісник Інженерної академії України. - 2005. - №2-3. - С. 96-102.

3. Квасников В.П., Борковская Л.А., Налисный Н.Б. Алгоритм контроля геометрических параметров деталей газотурбинных двигателей // Вісник Хмельницького національного університету. - 2005. - Т. 1, №6. - С. 165-168.

4. Налісний М.Б., Борковська Л.О. Автоматичний контроль турбінних лопаток газотурбінних двигунів // Вісник НТУУ "КПІ": Серія "Приладобудування". - К.: НТУУ "КПІ". - 2005. - Вип. 30. - С. 47-53.

5. Квасніков В.П., Налісний М.Б., Борковська Л.О. Синтез системи управління вимірювальною головкою при контролі геометричних розмірів складних просторових обєктів // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - Вінниця: ВНТУ, №1(11). - 2006. - С. 202-206.

6. Борковська Л.О. Інформаційні технології розробки програмно-математичного забезпечення координатно-вимірювальних машин" // Радіоелектроніка. Інформатика. Управління, Запорізький НТУ. - 2005. - №2. - С. 106-110.

7. Борковская Л.А. Информационные технологии для создания интегрированной координатно-измерительной машины // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - 2006. - Спецвипуск. - С. 15-17.

8. Квасников В.П., Борковская Л.А. Интеллектуальная система контроля геометрических параметров деталей газотурбинных двигателей // Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков. - 2006. - № 5/31. - С. 51-54.

9. Квасніков В.П., Борковська Л.О. Моделювання системи вимірювання геометричних розмірів обєктів на координатно-вимірювальних машинах // Вісник Інженерної академії України. - 2006. - № 1. - С. 47-52.

10. Борковская Л.А. Разработка интеллектуальной интегрированной системы измерения геометрических величин на основе современных информационных технологий // Збірка наукових праць Донецького національного технічного університету: Серія "Обчислювальна техніка та автоматизація". - Донецьк: ДОННТУ, 2006. - Вип. 106. - С. 176-181.

11. Babak V., Kvasnikov V., Borkovskaya L. Information technologies of aviation details measuring // Proceedings of NAU. - 2006. - № 3. - Р. 5-7.

12. Відновлюючий фільтр. Заявка на патент України u 2006 13245 / Л.О. Борковська, І.А. Бороденко, Ю.В. Куц, Д.П. Орнатський. - Чинний від 14.12.2006.

13. Борковская Л.А. Информационные технологии проектирования автоматизированных систем управления // Міжнародна науково-технічна конференція "Інтегровані компютерні технології в машинобудуванні". - Харків: ХАІ, 2004. - С. 194.

14. Налісний М.Б., Борковська Л.О. Автоматичний контроль турбінних лопаток газотурбінних двигунів // Збірка наукових праць IV науково-технічної конференції "Приладобудування 2005: стан і перспективи". - К.: НТУУ "КПІ", 2005. - С. 143-144.

15. Квасніков В.П., Налісний М.Б., Борковська Л.О. Синтез системи управління вимірювальною головкою при контролі геометричних розмірів складних просторових обєктів // VIII Міжнародна конференція "Контроль і управління в складних системах" (КУСС-2005). - Вінниця: ВНТУ, 2005. - С. 63-64.

16. Налісний М.Б., Борковська Л.О., Борковський О.В. Концептуальний підхід до розробки програмного забезпечення координатно-вимірювальних машин // Міжнародна науково-технічна конференція "Інтегровані компютерні технології в машинобудуванні". - Харків: ХАІ, 2005. - С. 149-150.

17. Borkovskaya L., Nalisnyy M. Intellectual system of diagnostic parameters determination of coordinate measuring machines // Proceedings of the second world congress "Aviation in the XXI-st century", "Safety in aviation". - Kyiv, 2005. - P. 2.17-2.21.

18. Налісний М.Б., Борковська Л.О., Борковський О.В. Програмно-математичне забезпечення координатно-вимірювальних машин з елементами штучного інтелекту // Збірник тез доповідей ІІІ міжнародної науково-практичної конференції "Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем". - Дніпропетровськ: ДНУ, 2005. - С. 121-122.

19. Костріков О.Л., Борковська Л.О., Борковський О.В. Інформаційні технології розробки програмно-математичного забезпечення координатно-вимірювальних машин // 2-й Международный радиоэлектронный форум "Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития" МРФ-2005. Сборник научных трудов. Т. VII. - Международная конференция "Метрология и измерительная техника". - Харьков: АНПРЭ, ХНУРЭ. 2005. - С. 120-123.

20. Налісний М.Б., Борковська Л.О., Борковський О.В. Особливості контролю геометричних розмірів прецизійних деталей газотурбінних двигунів // Збірник тез доповідей V науково-технічної конференції "Приладобудування 2006: стан і перспективи". - К.: НТУУ "КПІ", 2006. - С. 129-130.

21. Квасніков В.П., Налісний М.Б., Борковська Л.О. Система керування вимірювальною головкою при контролі геометричних розмірів деталей // Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції. - Чернівці: Рута, 2006. - С. 216-217.

22. Квасніков В.П., Борковська Л.О. Автоматизована система вимірювання геометричних розмірів прецизійних авіаційних деталей// XIII Міжнародна конференція з автоматичного управління (Автоматика-2006). - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця. - ВНТУ, - 2006. - С. 161.

23. Борковская Л.А., Копыл В.К. Высокоточные измерения прецизионных крупногабаритных деталей на основе новых информационных технологий // Наукові праці V Міжнародної науково-технічної конференції "Метрологія та вимірювальна техніка" (Метрологія - 2006). - Харків: ННЦ "Інститут метрології", 2006. - Т. 2. - С. 144-146.

24. Борковська Л.О. Нові інформаційні технології побудови тривимірних обєктів // Матеріали VII міжнародної науково-технічної конференції "Авіа-2006". - К.: НАУ, 2006. - Т.1. - С. 11.37-11.41.

25. Налисный Н.Б., Борковская Л.А. Интеллектуальный анализ диагностических параметров координатно-измерительных машин // VI международная научная конференция "Интеллектуальный анализ информации ИАИ - 2006". - К.: НТУУ "КПІ", 2006. - С. 199-206.