Введение 14
1. Методы измерения диаметра 16
1.1 Контактные методы 16
1.2 Бесконтактные методы 17
1.2.1 Метод измерения мощности потока излучения 19
1.2.2 Теневой метод в квазипараллельном пучке 19
1.2.3 Метод сканирования 21
1.2.4 Метод построения изображения 22
1.2.5 Теневой метод в расходящемся пучке 24
2. Обзор современных решений 27
3. Расчет диаметра в бесконтактных трехкоординатных измерителях 28
3.1 Вычисление истинного диаметра объекта контроля 29
4. Апробация метода 35
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 41
6. Социальная ответственность 54
Заключение 64
Список публикаций 65
Список литературы 66
Приложение А 68
Объектом исследования является трехкоординатный лазерный измеритель диаметра протяженных изделий.
Цель работы - разработка трехкоординатного метода измерения диаметра и овальности круглых протяженных изделий.
В процессе исследования проводился обзор методов измерения и существующих аналогов измерителей диаметра, был выведены соотношения для определения радиусов объекта по трем измерительным осям. В соответствии со схемой измерения была смоделирована математическая модель и рабочий макет измерительного устройства.
Измерения диаметра с помощью математической модели и макета прибора, хорошо коррелируются между собой. Погрешность математической модели не превысило 3 мкм с учетом того, что начальные данные были взяты с погрешностью в 1 мкм. Максимальная погрешность измерения с помощью прототипа составила 10 мкм
Область применения: данный метод и его математическое обеспечение позволит создать измерительный преобразователь для прибора контроля диаметра и овальности протяженных изделий, таких как кабели провода канаты шнуры трубы и т.п.
Степень внедрения. Планируется применение метода при проектировании и серийном производстве приборов контроля для кабельной промышленности.
Экономическая эффективность/значимость работы заключается в импортозамещении, разработке более дешевых аналогов устройств.
Качество кабельных изделий характеризуется различными геометрическими и электрическими параметрами. Сведение выхода брака к минимуму достигается посредством совершенствования технологии контроля основных характеристик изделия, таких как погонная ёмкость [1,2], эксцентричность [3], наружный диаметр [4,5], целостность изоляции [6] и другие.
Бесконтактные измерители диаметра круглых протяженных изделий, таких как кабель, канаты, трубы и т.п., использующие теневой метод измерения в расходящемся световом потоке, обладают целым рядом неоспоримых преимуществ, связанных с отсутствием в них элементов линзовой и зеркальной оптики. В частности, достижимая точность измерения таких приборов при использовании дифракционных методов совместно со статистической обработкой данных [7] может достигать долей микрометра. Однако работа в расходящемся световом потоке вызывает изменение размеров тени измеряемого объекта при его перемещениях в зоне контроля. Последнее требует использования сложных соотношений для расчета истинного диаметра объекта [8]. Двухкоординатные измерители обеспечивают получение приближенных значений овальности которая оценивается исходя из разности диаметров по двум измерительным осям, которые напрямую зависят от ориентации объекта внутри измерительного поля. При этом существуют определённые положения объекта, при которых овальность в принципе не может быть зафиксирована. Измерение в трёхкоординатных лазерных системах с расходящимся лазерным пучком может отчасти решить описанные выше проблемы.
Преимущества трехкоординатного измерителя в сравнении с двухкоординатным:
- три синхронизированные измерительные оси на одной плоскости;
- обнаружение любых отклонений от круглого сечения вне зависимости от ориентации объекта в зоне контроля;
- вычисление размеров длины окружности и площади поперечного сечения;
- более высокая вероятность детектирования локальных дефектов (утонений, утолщений, шишек, кратеров и. т.п.)
В данной работе предложен трехкоординатный метод измерения диаметра и овальности, круглых протяженных объектов, в расходящемся световом потоке. Разработана схема измерения и математическое обеспечение метода. В соответствии со схемой измерения, смоделирована математическая модель и макет измерительного устройства, данные которых хорошо коррелируется между собой.
Данный метод и его математическое обеспечение позволит создать измерительный преобразователь для прибора контроля диаметра и овальности протяженных изделий.
