Библиографическое описание:

Честнов П. Е. Способ контроля плоских шаблонов при помощи 3D-сканирования // Молодой ученый. — 2012. — №7. — С. 48-51.

В данный момент авиация вошла в нашу жизнь полным ходом, это относиться как к гражданской, так и военной технике. Безопасность на данном транспорте является главной задачей инженеров. Чтобы избежать катастроф, необходимо выполнять все требования ГОСТов и соблюдать размеры при изготовлении деталей. Инженеры работают над различными технологическими процессами, чтоб повысить точность изготовления и контроля деталей.

При контроле деталей необходимо знать такие параметры как соосность, параллельность, перпендикулярность, эксцентриситет, конусность, бочкообразность и т.п. изготовить можно проверить сложно.

На сегодняшний момент в авиационной промышленности при изготовлении плоских шаблонов используют метод контроля, а именно:

- инженер разрабатывает чертеж в системе AutoCAD 2D моделирование, строиться плоская деталь с необходимыми размерами, далее готовый чертеж в электронном формате передается через порт USB на графопостроитель, что обеспечивает более быструю передачу данных между компьютером и плоттером. Для получения точного чертежа используют промышленные плоттеры Kongsberg компании Esko-Graphics. Вычерчивание занимает несколько часов в зависимости от сложности детали. Далее уже готовая программа по промышленной сети передается в цех по изготовлению шаблона. Готовый чертеж, произведенный на специальной кальке, так же передается в цех. В цехе оператор запускает полученную программу на лазерном станке с L2530 ЧПУ и получает первый шаблон готовой детали. Получив деталь, оператор сверят ее с чертежом, изготовленным на графопостроителе путем наложения кальки на шаблон, что позволяет оценить визуально контуры детали. Следующий этап это контроль шаблона на контрольно-измерительной машине. Оператор КИМ джойстиком подводит щуп к детали, останавливает его, отмечает точку, и направляет щуп к детали на малой скорости. При соприкосновении с деталью, измерительная головка, останавливает машину и сообщает координаты. Затем щуп отводится от детали и на большой скорости перемещается к следующей точке. Все точки фиксируются компьютером и затем можно повторить все эти действия. Если все точки соответствуют, шаблон готов к применению 3, 4.

Данный технологический процесс контроля шаблонных деталей уже устарел и занимает много времени, точность контроля шаблонов низкая, поэтому часто возникают бракованные детали. Контрольно-измерительная машина не дает точных параметров шаблона. Точность шаблонов должна соответствовать 0.2 мм.

Чтобы поднять точность контроля шаблонов, сократить время контроля и убрать плоттер и КИМ, для этого можно применить 3D-лазерный сканер. «Штрих-2» SK603 система предназначена для бесконтактного измерения и контроля положения, размеров, профиля поверхности, деформаций, вибраций, сортировки, распознавания технологических объектов; измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов.

Данный лазерный сканер заменит плоттер и КИМ в технологическом процессе. Что заметно упростит процесс контроля шаблонов и заметно повысит точность деталей.

3D-сканирование это систематический процесс определения координат точек, принадлежащих поверхностям сложнопрофильных физических объектов (в частности, деталей) с целью последующего получения их пространственных математической моделей, которые могут модифицироваться с помощью CADсистем. Устройства, с помощью которых осуществляется сканирование объектов, называют 3Dсканерами. Эти устройства не только упрощают процесс создания 3Dмоделей, но и позволяют решать эту задачу с максимальной степенью достоверности по отношению к исходному оригиналу 1.

3Dсканеры в основном используют организации, обладающие достаточными финансовыми средствами: группы промышленного дизайна крупных компаний, подразделения машиностроительных компаний, кинематографические и анимационные студии, медицинские компании, альтернативное применение, а также крупные фирмы-разработчики игр.

Лазерный датчик устанавливается на систему перемещения станка L 2530. В режиме сканирования система ЧПУ станка построчно (змейкой) перемещает датчик над прототипом изделия. Датчик измеряет расстояние (координата Z) до поверхности изделия. Съем данных с датчика синхронизируется с его перемещением (координаты XY), и результат через USBпорт (для датчика РФ603) или через Ethernet порт (для датчика РФ603В) передается в ПК. Таким образом, формируется массив координат XYZ поверхности, т.е. оцифрованная модель прототипа, которая сохраняется в виде файла облака точек, а также в общепринятом формате STL, пригодном для дальнейшего использования в ЧПУ.

В основу работы датчика (см. рис 1) положен принцип оптической триангуляции. Излучение полупроводникового лазера 1 фокусируется объективом 2 на объекте 6. Рассеянное на объекте излучение объективом 3 собирается на CCDлинейке 4. Процессор сигналов 5 рассчитывает расстояние до объекта по положению изображения светового пятна на линейке 4 5.

Рис. 1. Схема лазерного излучения

В триангуляции оценивается угол луча вернувшегося света. Излучатель посылает луч к объекту, который отражает свет обратно, где он проходит через линзу и попадает на фотоэлемент. Электроника определяет точку наибольшей интенсивности, угол и расстояние 3.

Рис. 2. Лазерный датчик SK 603

Погрешность и разрешающая способность лазерных датчиков прямо пропорциональны рабочему диапазону датчика, поэтому для сканирования с максимальной точностью необходим датчик с рабочим диапазоном, сравнимым с высотой сканируемых изделий. Точность лазерного сканера 0.05 мм и выше.

Рис. 3. Подключение стандартного датчика к лазерному станку L2530 с ЧПУ


Таким образом, используя данный 3D-сканер, мы получаем следующий технологический процесс контроля деталей, а именно:

инженер в системе AutoCAD чертит деталь в 2D, необходимо изготовить плоский шаблон для оснастки самолета. После чего передает данный чертеж (через сеть или промышленные флеш-карты) оператору станка с ЧПУ. Оператор станка L2530 с ЧПУ загружает в систему станка данную программу и фиксирует материал для изготовления шаблона. В качестве материала используют Ст3 (сталь 3), Ст20. Через 1 час 20 минут оператор получает пробную модель шаблона изготовленную на лазерном станке.

После изготовления шаблона, оператор производит необходимый контроль точности шаблона при помощи 3Dлазерного сканера. Для выполнения сканирования используется программа Ashera. В режиме сканирования система ЧПУ станка последовательно перемещает лазерный датчик над изделием. Таким образом, формируется оцифрованная модель прототипа, которая сохраняется в виде облака точек, а также в общепринятом формате STL, пригодном для дальнейшего использования в ЧПУ. Сканирование занимает от 3 до 12 мин. Полученную модель в STL формате можно уже анализировать и сверять с чертежами, которые предложил технолог.

В процессе, если деталь получилась несимметрична или имеет дефекты, оператор может сразу же подкорректировать параметры в системе с ЧПУ и сохранить их, что позволит в последующем цикле изготовления шаблона уже получить точную деталь.

После корректировки оператором 3D модели уже измененные параметры вносят в станок с ЧПУ и изготавливают еще один шаблон, но он уже соответствует всем необходимым размерам и параметрам данного эталона.

Новый процесс контроля шаблонных деталей позволит:

  • Повысить точность контроля деталей.

  • Сократить технологический процесс контроля, уменьшит время контроля.

  • Снизить до минимума человеческий фактор при контроле.

  • Получить точную 3D модель с сохранением всех размеров сканируемого изделия.

  • Возможность сканирования небольшой модели с последующим ее масштабированием до необходимых размеров.

  • Возможность сканирования прототипов из различных непрозрачных материалов (дерево, камень, пластмасса, гипс, пенополиуритан, глина, скульптурный пластилин и др.).

Данный способ контроля деталей при помощи лазерного сканера может быть актуален не только на авиационных заводах, но и на других родственных предприятиях.


Литература:

  1. Ахатов Р.Х. Безэталонный монтаж сборочной оснастки с применением CAD/CAM/CAE технологий / Восточно-Сибирский авиационный сборник. Межвузовский сборник научных трудов/ Р.Х Ахатов. – Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2003. – 181 с.

  2. Бабичев А.А. Разбивка самолетов на плазе и изготовление шаблонов/ А.А Бабичев. Оборонная промышленность, Ленинград 1976.201 с.

  3. Адамов Е.О, Дукарский С.М. Основные принципы построения автоматизированного машиностроительного производства/ О.Е Адамов. – М.: ИАЭ-4111/16, 1985.

  4. Иванова Ю.Л. Современные технологические процессы сборки планера самолета. / Ю.Л Иванова – М.: Машиностроение, 1999. 304 с.

  5. http://www.777.lg.ua/skaner.html

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle