Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Гвирц Михаил Анатольевич. Разработка геометрических моделей формирования поверхностей по результатам анализа и обработки измерения деталей сложной формы : Дис. ... канд. техн. наук : 05.01.01 СПб., 2005 149 с. РГБ ОД, 61:05-5/4155


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1 МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ 11

  1. Анализ методов 11

  2. Разработка и анализ метода сеток для задания точечного базиса поверхности 14

  3. Анализ методов моделирования поверхностей с использованием полиномов 29

  4. Сотовая сетка и ее параметры 34

  5. Метод описания границ восстановления поверхностей 36

  6. Декомпозиционные и вариационные методы моделирования поверхностей 42

  7. Анализ точности восстановления поверхности 48

глава 2 анализ геометрической модели измерения поверхностей сложной
формы 49

  1. ВИДЫ КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАШИН, их возможности и ограничения, накладываемые принципом их действия 49

  2. Выбор системы координат заготовки и ее связь с системами координат детали и КИМ 57

2.3 Особенности измерения заготовок и деталей, имеющих поверхности вращения 67

ГЛАВА 3 РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ 72

  1. Постановка задачи численного эксперимента 72

  2. Критерий точности для оценки результатов численного эксперимента 74

  3. Обоснование выбора тестовой поверхности 82

  4. Выбор участка тестовой поверхности и ее параметров 86

  5. Зависимость точности восстановления поверхности от количества узлов сетки 87

  6. Изменение геометрических параметров тестовой поверхности 90

  7. Учет отклонений тестовой поверхности от ее математической модели и учет погрешностей измерения 92

  8. Проверка гипотезы для модифицированной тестовой поверхности 98

3.9 Проверка гипотезы для других поверхностей 106

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 111

ПРИЛОЖЕНИЕ ПРОВЕРКА ТОЧНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПЕРА КОМПРЕССОРНОЙ ЛОПАТКИ ПО ПРЯМОУГОЛЬНОЙ И СОТОВОЙ СЕТКАМ

Принятые сокращения

ЛА — летательный аппарат;

ГТД — газотурбинный двигатель;

КИМ — координатно-измерительная машина;

ЦП — цилиндрическая поверхность.



Введение диссертации:

Актуальность темы

Одним из перспективных путей развития современного машиностроения является реализация сквозного проектирования, изготовления и контроля изделий с помощью автоматизированных систем класса CAD/CAM/CAE. Такие системы обеспечивают значительное сокращение сроков выполнения работ, повышение их качества и конкурентоспособности. Возможность интеграции применяемых программных продуктов в одну информационную среду позволяет быстро вносить изменения при проектировании, конструировании, изготовлении, контроле и испытаниях продукции. Результаты обмера являются также основой для изготовления деталей такими методами быстрого прототипирования, как стереолитография, объемная печать и др.

Для измерения деталей сложной формы применяются координатно-измерительные машины. Контроль таких деталей, как лопатки компрессоров и турбин, целесообразно проводить на лазерных измерительных машинах. По принципу действия они представляют собой трехмерные сканеры, а результатом измерения является набор отсканированных фрагментов, например, сечений профиля пера лопаток.

Возможности современной координатно-измерительной и

вычислительной техники позволяют получить при обмере деталей координаты тысяч точек. Однако анализ результатов измерений по этим точкам нередко выявляет как наличие избыточной информации, так и недостаток сведений о важных элементах геометрии изделия. Такое положение особенно характерно при проведении обмеров с помощью лазерных систем, что вызвано ограничениями, связанными с применяемыми методами измерения и расчета.

5 Существующие методы обработки результатов обмера поверхности

имеют свои области применения, ограниченные действием различных

факторов, связанных не только со свойствами измеряемых поверхностей и

средств измерения, но и с уровнем привлечения современных достижений

прикладной геометрии для комплексного решения задач сквозного

проектирования и контроля деталей.

Своя специфика свойственна и обмеру в процессе контроля изготавливаемых деталей, ограниченных поверхностями сложной формы. Большинство исследований посвящено решению задачи восстановления формы поверхностей, координаты точек которых неизвестны. При этом вне поля зрения исследователей зачастую остаются проблемы, возникающие при восстановлении поверхностей по результатам обмера вновь изготавливаемых деталей и их заготовок.

Так, в обзоре [120] приводится описание принципа действия лазерных систем, методов восстановления поверхностей по координатам измеренных точек и порядка их обработки, но отмечается малое количество теоретических работ в данной области.

Значительная часть вопросов, возникающих при геометрическом моделировании задач восстановления обмеренных поверхностей, связана с повышением их точности с учетом экономии вычислительных ресурсов. В настоящее время повышаются требования к поверхностям сложных деталей, в том числе таких, как лопатки компрессоров и турбин авиадвигателей, а на промышленных предприятиях внедряются современные координатно-измерительные машины. Обмер деталей путем сканирования широко применяется на практике в современном производстве. Именно поэтому совершенствование методов решения задач восстановления поверхностей является актуальным.

Объектом исследования является процесс формирования поверхности по точечному базису, полученному при ее обмере, с обеспечением максимальной точности в условиях ограниченного количества исходных точек.

Предметом исследования является обоснование вида и формы оптимальной расстановки абсцисс и ординат точек, используемых для формирования точечного базиса при восстановлении поверхностей.

Цель работы и задачи исследования

Цель диссертационных исследований состоит в разработке метода, методик и алгоритмов измерения, обработки результатов сканирования и анализа геометрических параметров сложных технических поверхностей.

Поставленная цель достигается решением следующих теоретических и прикладных задач:

  1. Провести геометрический анализ результатов измерения деталей сложной формы и их заготовок, имеющих малые припуски.

  2. Провести анализ существующих методов обработки результатов измерений и выявить области их применения, а также связанные с ними ограничения.

  3. Синтезировать метод обмера деталей на лазерных координатно-измерительных машинах с повышением точности последующего восстановления их поверхностей.

  4. Разработать методику оценки точности восстановления поверхностей по результатам обмера деталей, содержащих эти поверхности.

  5. Разработать рекомендации для промышленности по проведению обмера и обработке полученных результатов для деталей сложной формы.

7 Методы исследования

Для решения поставленных задач в исследовании использовалась

совокупность методов: теоретических, эмпирических и математических.

Теоретико- методологической базой настоящего исследования являются труды

исследователей по проблемам прикладной и аналитической геометрии,

символьной алгебры, методам геометрического и имитационного

моделирования, компьютерной графики, принципам и методам

математической статистики и других смежных наук.

Научная новизна

В процессе решения поставленных задач получены следующие новые
^ научные результаты:

  1. Разработана модель сотовой сетки и метод определения координат произвольной точки поверхности по координатам узловых точек сетки.

  2. Предложен способ описания границ поверхностей, заданных точечным базисом на сотовой сетке.

  3. Выдвинута и подтверждена гипотеза о точности восстановления поверхностей, представленных дискретным каркасом и точечным базисом, на сотовой и прямоугольной сетках.

  4. Разработана модель лазерной координатно-измерительной машины, имитирующая получение точечного базиса при обмере поверхностей, с целью проверки выдвинутой гипотезы.

5. Осуществлена постановка задачи численного эксперимента по проверке
і. гипотезы: выбрана область задания сравниваемых поверхностей,

определено расположение их узловых точек, назначен метод расчета, применяемый для восстановления поверхностей.

Ч*

6. Предложен общий критерий оценки точности восстановления поверхностей

* по различным видам сеток.

  1. Дано обоснование выбора тестовой поверхности для проведения численного эксперимента.

  2. Выявлено влияние на точность восстановления поверхности таких факторов, как:

изменение параметров сетки;

изменение параметров тестовой поверхности;

-> погрешности изготовления, приводящие к отклонению тестовой

поверхности от ее математической модели;

погрешности измерения;

9. Определены направления дальнейших исследований по развитию
^ результатов, полученных в данной работе.

* Практическая значимость

Среди прикладных проблем использования компьютерной техники большое
значение отводится теоретическим и экспериментальным предпосылкам
построения на их базе промышленных систем измерения. Целью создания
таких систем является получение и обработка информации для контроля
качества измеряемых деталей на предмет соответствия измеряемых
поверхностей их теоретическим моделям. Особенно остро эта задача стоит
применительно к изделиям, содержащим поверхности сложной формы. Такие
поверхности обычно имеют место в изделиях базовых отраслей
промышленности, а именно машино- и приборостроения, в особенности, их
*> высокотехнологичных областей, одной из которых является

авиадвигателестроение. Одной из задач, решаемых при этом, является

построение методики измерения деталей сложной формы, обработки и анализа

^ результатов измерения. Повышение точности восстановления поверхностей

позволяет провести оптимизацию величины и распределения припуска по

^ обрабатываемым поверхностям.

Практическая значимость результатов данной работы, базирующихся на использовании сотовой сетки, заключается в том, что разработанные метод, методики и алгоритмы могут быть использованы при проведении обмеров и восстановления поверхностей деталей сложной формы с повышенной точностью. Это позволит снизить припуски, а вместе с ними — массу и материалоемкость сложных деталей. Кроме того, открывается возможность принимать решения о годности заготовок в случаях, когда ранее это было невозможно ввиду влияния погрешности восстановления их поверхностей.

Апробация и публикации

(% Основные положения диссертации заслушаны, обсуждены и одобрены:

на заседании секции «Начертательная геометрия графика и САПР» при Доме ученых им. М. Горького РАН (Санкт-Петербург, 20 апреля 2004 г.) — доклад «Применение метода сеток для восстановления дискретно заданных поверхностей по результатам их измерения».

на первой научно-технической конференции «Климовские чтения -2004» (Санкт-Петербург, ФГУП «Завод имени В.Я.Климова» -дочернее предприятие ФГУП «РСК «МиГ» 20-21 сентября 2004 г.).

на аспирантском семинаре кафедры прикладной геометрии Московского авиационного института (Государственного технического университета) 7 апреля 2005 г.

По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в которых отражены основные теоретические и прикладные результаты исследований, еще 2 научные работы приняты к публикации.

10 Результаты, выносимые на защиту:

принцип аппроксимации поверхности, точечный базис которой представлен в виде сетки, имеющей ячейки шестиугольной формы (сотовой);

представление исходного точечного базиса поверхности в виде сотовой сетки;

метод описания границ поверхностей, восстанавливаемых с помощью сетки такого типа;

методика проведения численного эксперимента и критерий оценки точности аппроксимации поверхности с помощью сеток различных типов;

исследование влияния изменения количества узлов сетки и параметров измеряемой поверхности на точность ее восстановления.

Реализация результатов работы

Результаты работы использованы при проведении обмера поверхностей деталей сложной формы и их оптимальной аппроксимации на Федеральном государственном унитарном предприятии «Завод имени В.Я.Климова» -дочернем предприятии ФГУП «РСК «МиГ». Внедрен принцип обмера на координатно-измерительных машинах (КИМ) с измерением координат в узловых точках сотовой сетки и восстановлением по ним координат измеряемых поверхностей.

Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 124 стр. машинописного текста и состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы. Работа иллюстрирована 11 таблицами и 42 рисунками. Указатель литературы содержит 91 отечественный и 30 иностранных источников. Приложение к диссертации изложено на 24 стр. машинописного текста, иллюстрировано 2 таблицами и 3 рисунками.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций