CC BY
14
УДК 621.74
АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ОТЛИВОК
АВИАСТРОЕНИЯ Батышев Константин Александрович, д.т.н., профессор (e-mail: [email protected]) Московский политехнический университет, г.Москва, Россия Прохоров Андрей Александрович, инженер, (e-mail: [email protected]) АО «НПЦгазотурбостроения «Салют», г.Москва, Россия Семенов Константин Геннадьевич, к.т.н., доцент, (e-mail: [email protected]) Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, г.Москва, Россия Безпалько Владимир Ильич, к.т.н., доцент, (e-mail: [email protected]) Московский государственный технический университет имени. Н.Э. Баумана, г.Москва, Россия
Внедрение компьютерных методов моделирования физических процессов и проектирования деталей в современном двигателестроении является необходимым условием получения качественных изделий. Одним из таких методов является измерительный комплекс «Форсаж», использующий оптический бесконтактный метод измерения.
Ключевые слова: измерение, комплекс, математическая модель, контроль геометрических параметров, лопатки турбин.
В современном авиа двигателестроении интенсивно внедряются компьютерные методы моделирования физических процессов и проектирования деталей с последующим изготовлением на станках с ЧПУ самих деталей и оснастки для их производства. Все чаще появляются чертежи, в которых основная информация о геометрии детали содержится в прилагаемом компьютерном файле. В этой ситуации особенно остро встают проблемы контроля геометрических параметров изделий.
Измерительный комплекс «Форсаж», построенный на использовании оптического бесконтактного метода измерения, позволяет выявить разницу между видимой поверхностью реальной детали и ее математической моделью или другой аналогичной деталью, принятой за образец для сравнения [1]. Полученная в цифровом виде информация может быть использована для выполнения различных задач:
- контроль геометрических параметров детали (например, профиля пера лопаток компрессора, турбины по всей видимой поверхности, а не только в некоторых сечениях);
- выдача заключений о годности детали или оснастки;
- накопление статистических данных по обмерам партий деталей для принятия решений по оптимизации технологических процессов (например, при изготовлении керамических стержней, моделей лопаток);
- контроль в процессе изготовления деталей на станках с ЧПУ с последующей корректировкой управляющих программ;
- измерение площадей поверхностей любых объектов, например, при нанесении гальванических покрытий, покраске;
- другие задачи с использованием 3-0 моделей, например, изготовление копий реальных объектов в масштабе, бюстов памятников и прочее.
Эффективность и качество работы турбины зависит от геометрии всего профиля пера, которая участвует в формировании газодинамического потока. Существующие методы и технологии контроля профиля пера, основанные на использовании ряда контрольных сечений, не позволяют в полной мере оценить качество формируемого лопатками потока, в то время как современные методы проектирования позволяют спроектировать форму пера лопатки без задания каких-либо контрольных сечений. Измерительный комплекс «Форсаж» дает возможность оценить геометрию всего пера, без выделения сечений.
Способ измерения и ряд конструктивных решений комплекса защищены патентами РФ. Разработка основана на оптическом бесконтактном методе измерений, защищенным патентом на изобретение № 2148793 РФ, выданного в 2000 году.
Рисунок 1 - Схема измерительного комплекса «Форсаж».
1. Видеопроектор мультимедийный
2. Объект измерения
3. Цифровая система ввода изображения (цифровая видеокамера)
4. Системный блок компьютера в специальной комплектации
5. Компьютерный монитор
6. Принтер
7. Рабочее место оператора
8. Стол для видеопроектора
9. Подставка для регулировки видеопроектора
10. Поворотный стол
11. Приспособления для позиционирования детали на поворотном столе
12. Объектив
13. Штатив для фиксации видеокамеры
14. Клавиатура
15. Мышь с ковриком
16. Юстировочные объекты
17. Стабилизатор напряжения
18. UPS- блок бесперебойного питания
19. Манипулятор дистанционный
Программное обеспечение комплекса рассчитано на проведение измерений в двух основных режимах:
- получение измерений для одной детали;
- поточный режим для серий деталей.
Внедрение установок с оптическим бесконтактным методом измерения в современном производстве приведет к удешевлению и унификации измерительной оснастки при повышении качества, скорости, информативности и наглядности измерений. В настоящее время на ФГУП ММПП «Салют» измерительный комплекс «Форсаж» внедряется как основное средство измерения при доводке профиля пера рабочих лопаток турбины в литейном цехе.
В данный момент существуют несколько способов выполнения этой операции:
1. Шаблонные приборы (замер осуществляется круглыми щупами в зазоре между поверхностью пера и шаблоном в данном сечении лопатки).
2. Приборы оптико-механические контроля лопаток (ПОМКЛ'ы).
3. Различные контактные машины типа TESA, LK, которые сравнивают реальную поверхность детали с ее математической моделью в определенных точках, заданных по программе.
4. Бесконтактные лазерные приборы типа «ОПТЭЛ».
Из существующих способов контроля приемлемы первые два и частично - четвертый.
Третий способ неприемлем из-за низкой производительности, требует квалифицированного инженерного обслуживания, а результаты измерения представляются на бумажном носителе, что приводит к дополнительному искажению информации при переносе на деталь. Машины этого типа требуют специальных условий при их размещении по температуре, окружающей чистоте, вибрации, и не могут быть встроены в технологический процесс.
Наиболее распространенными и удобными в серийном производстве лопаток являются ПОМКЛ'ы. Однако у них имеется ряд недостатков:
- прибор конструктивно может быть использован только для одного наименования деталей;
- погрешность прибора составляет 0.1 мм;
- замер отклонений профиля пера производится лишь в нескольких чертежных сечениях и в весьма ограниченном количестве точек в каждом сечении;
- результаты измерения исполнитель (полировщик) вынужден запоминать, что приводит к ошибкам в работе и браку при доводке профиля.
Лазерные измерительные машины типа «ОПТЭЛ» являются довольно точными приборами (характерная погрешность измерения не превышает 0.01 мм), но и они имеют ряд недостатков:
- требуют опытного оператора (пользователя программного обеспечения);
- затрачивается значительное время при переходе с одной номенклатуры деталей на другую;
- результат измерения выдается на монитор компьютера и распечатывается на бумажный носитель;
- замер производится только в точках, предусмотренных в программе, и чем больше этих точек, тем ниже производительность контроля.
Преимуществами измерительного комплекса «Форсаж» являются:
- высокая производительность (цикл обмера поверхности детали с одной стороны не более 20 секунд);
- огромное количество точек измерения (пикселов), фактически сплошь покрывающих измеряемую часть поверхности объекта;
- наглядность представления результатов измерения (на мониторе компьютера, бумажном носителе и непосредственно на поверхности объекта измерения в цветовой гамме отклонений);
- при выполнении измерений в серии однотипных деталей (например, рабочих лопаток турбины) оператором комплекса может быть рабочий (полировщик) без опыта общения с компьютером, так как запуск программы на измерение осуществляется дистанционным манипулятором, а загрузка данных соответствующего образца для сравнения или математической модели происходит автоматически, по штрих-коду;
- относительно низкая цена (стоимость покупных элементов комплекса составляет от 200...250 тыс. рублей; стоимость других элементов зависит от комплектации, которая определяется поставленной задачей);
- быстрая перенастройка комплекса на новые детали и типы деталей в пределах своего размерного и точностного классов (несколько секунд) без дополнительного изготовления оснастки либо при минимальном ее количестве;
- оперативность в развертывании и переносе комплекса, так как способ юстировки не требует жесткой пространственной привязки видеокамеры и проектора;
- эксплуатация комплекса не приводит к снижению точности измерения, благодаря реализации бесконтактного способа измерений и отсутствию движущихся частей, подверженных износу;
- возможность непосредственного встраивания в технологический процесс, определяемая открытостью программного обеспечения;
- при объединении нескольких измерительных комплексов в единую сеть возможно проследить весь цикл изготовления детали (например, от стержней и моделей до сдачи готовых лопаток турбины на сборку), а по результатам обработанной статистики отработать корректирующие мероприятия в технологическом процессе.
Список литературы
1. Батышев К. А., Прохоров А. А. Измерительный комплекс «Форсаж» - как основа получения качественных отливок для двигателестроения / Труды всероссийской научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития литейных технологий и оборудования в цифровую эпоху», 18 мая 2016 г., Москва, 2016, с. 362-367.
Batyshev Konstantin Aleksandrovich, PhD, professor
(E-mail: [email protected])
Moscow Polytechnic University, Moscow, Russia
Prokhorov Andrey Aleksandrovich, Engineer,
(E-mail: [email protected])
JSC "SPC Gas Turbine"Salute "Moscow, Russia
Semenov Konstantin Gennadievich, PhD., associate professor,
(e-mail: [email protected])
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
Bezpalko Vladimir Ilyich, PhD., Associate Professor, (E-mail: [email protected])
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
ANALYSIS OF THE APPLICATION OF MODERN MEASURING COMPLEX FOR PRODUCING QUALITY CASTINGS AIRCRAFT INDUSTRY
Abstract: The introduction of computer methods of modeling physical processes and the design of parts in a modern engine building is a prerequisite for producing quality products. One such method is the measuring system "Fast and Furious", which uses a non-contact optical measurement method.
Keywords: measurement, a complex mathematical model, control of geometrical parameters, turbine blades.
