CC BY
46
ТЕХНОЛОГИИ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДЫ МЛТЬЛБ ДЛЯ АНАЛИЗА МИКРОГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПРИБОРОВ
В.А. Валетов, А.В. Терещенко
Задача анализа микрогеометрии поверхностей деталей приборов или машин является весьма важным этапом при ее оптимизации для конкретных функциональных или эксплуатационных свойств. Анализируя микрогеометрии поверхностей, обработанных на различном оборудовании и режимах, и сопоставляя параметры микрогеометрии с параметрами полученных для конкретной детали функциональных свойств, мы имеем возможность подобрать наилучший по достигаемому уровню функционального или эксплуатационного свойства - из реально применимых в условиях конкретного производства - метод обработки поверхности детали.
Оптимизация микрогеометрии поверхностей - один из немногих практически осуществимых в настоящее время способов повышения качества изделий. Традиционные методы, такие как, например, использование новых материалов или повышение точности изготовления, либо неспособны удовлетворить объем запросов массового или крупносерийного производства, либо подошли к порогу экономической целесообразности своего применения. Микрогеометрия же, как давно и убедительно доказано, влияет на большое количество, минимум двадцать, функциональных и эксплуатационных свойств изделий. При этом сейчас фактически не используется возможность ее оптимизации, а значит, повышения уровня конкретных функциональных или эксплуатационных свойств.
В настоящее время применение ЭВМ позволяет значительно расширить возможности анализа микрогеометрии. ЭВМ позволяет, наряду с быстрым и точным расчетом любых параметров профиля, визуализировать и использовать непараметрические критерии анализа микрогеометрии, такие как функции и плотности распределения ординат и функции и плотности распределения тангенсов углов наклона профиля, каждая из которых содержит достаточно полную информацию об отклонениях профиля. [2]
В общем случае микрогеометрия поверхности зависит от многих факторов (режимы резания, качество режущего инструмента, исходные свойства заготовки и т.д.), поэтому её следует рассматривать как реализацию случайного профиля, тогда профиль реальной поверхности есть реализация случайной функции. [1]
Следует заметить, что наиболее полную информацию о профиле содержат плотности распределения ординат и тангенсов углов наклона, а для приближённой оценки вполне достаточно функций распределения ординат и тангенсов углов наклона профилей. Для проведения такого рода анализа на ЭВМ необходимо специальное программное обеспечение, примером которого является среда МЛТЬЛБ компании MathWorks.
Сам производитель позиционирует МЛТЬЛБ как высокопроизводительный язык для технических вычислений, который объединяет средства вычисления, виуализации и программирования в одну простую в использовании среду. Задачи и решения выражаются в ней в привычной математической нотации. МЛТЬЛБ - это интерактивная система, базовым элементом данных в которой является массив, причем задание его размеров не требуется. Это позволяет решать многие задачи технических вычислений, в особенности те, которые формулируются в терминах матриц и векторов, за намного меньшее время, чем то, которое потребовалось бы на написание программы с использованием таких неинтерактивных скалярных языков, как С или Фортран.
11
Для анализа были взяты данные (см. рис. 1), полученные на ИВК «Профиль», включающем в себя стандартный прибор измерения шероховатости Калибр-250 и интерфейс связи прибора с ГБМ-совместимым компьютером.
Рис. 1. Профиль поверхности, полученный на ИВК «Профиль»
Следует отметить, что данный доклад отражает состояние проекта по разработке программного продукта, предназначенного для обработки и анализа профилей микрогеометрии поверхностей при помощи ЭВМ. Так как проект еще не завершен, то в программу не введены коэффициенты пересчета уровней сигналов, получаемых с прибора и регистрируемых компьютером, в микрометры. Тем не менее, достоверность представленной информации не снижается, так как эти коэффициенты влияют лишь на абсолютные значения величин, но не на структуру их плотностей и функций распределения.
На данном этапе проекта с применением встроенного языка среды МЛТЬЛБ уже созданы программные модули, реализующие подпрограммы расчета и визуализации базовых для непараметрического подхода к анализу микрогеометрии характеристик -плотности и функции распределения ординат профиля (рис. 2, 3), а также плотности и функции распределения его тангенсов углов наклона.
Рис. 2. Плотность распределения ординат профиля
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
r
^ Minimal ordinate— 2 Ж
/ /
/ f
J
Л /
/
/л
J sß M aximal ordi nate=2.14
- Ordinates Distribution Function 4th degree Simple Fitting
Pr ob abi lity
-1.5
-0.5
0
Ordinate
0.5
1.5
Рис. 3. Функция распределения ординат профиля, а также варианты сглаживания: простое и полиномиальное.
0
2
Кроме расчета и визуализации этих характеристик, возможно их сглаживание при помощи одного из трех методов: кусочно-кубического интерполяционного полинома Эрмита, кубического сплайна, полинома 4-й - 10-й степеней (рис. 4, 5).
Рис. 4. Сглаживание плотности распределения ординат профиля при помощи
полинома 8-й степени
В дальнейшем будут реализованы такие функции, как расчет стандартных параметров Ra, Я^, Rq, Rmax, Sm, S, и фильтрация отклонений формы исследуемой поверхности, а также шумов при помощи преобразования Фурье. Смысл преобразования
заключается в том, что после преобразования мы получаем амплитудный спектр, по которому можно точно определить частоту и амплитуду любой гармоники и оценить, к какому виду отклонений (отклонение формы поверхности, волнистость, погрешности установки) она относится, исключив из рассмотрения ненужные.
0.0449 0.0404 0.0359 0.0314 fr 0.027
с ф з
Si 0.0225
U_
0.018 0.0135 0.009 0.0045 0
---Ordinates Distribution Density
---Hermit Fitting
1
11 l1 I *
/V
П |[ Г
I I ii V
л;
I U I
I \
II
!/ I
T
I
I
\
I' (I
i'"
1 ; ■ J
i I»
V-
ii
\ /I
V
/', I 1 lit I
Aiii
Pi
4
«у;
Minimal / ordinate=-2^~ 3 -2
0
Ordinate
\ Maxi mal
^ ordinate=2.14 2 3
Рис. 5. Сглаживание плотности распределения ординат профиля при помощи полинома Эрмита
Путём обратного преобразования Фурье, преобразовав амплитудный спектр, получаем профиль, в котором исключены несущественные характеристики. Этот профиль обрабатывается любым способом для получения необходимых нам характеристик микрогеометрии поверхности.
Все эти функции достаточно легко реализуются в среде МЛТЬЛБ благодаря наличию огромного количества готовых функций, которые собраны в модули, разделенные по тематике (статистика, обработка сигналов, работа с внешними устройствами, нечеткая логика, обработка изображений и прочие, всего около 30 модулей), гибкому встроенному С-подобному языку, а также весьма информативному и хорошо структурированному руководству пользователя.
Литература
1. Валетов В.А Оптимизация микрогеометрии поверхностей деталей в приборостроении. / Учебное пособие. Л.: ЛИТМО, 1989, с. 100.
2. Валетов В.А. Оценка шероховатости, волнистости, отклонений формы поверхностей с помощью ЭВМ. / В кн.: Технология судостроения, судового машиностроения, обработка металлов и сварка. Л.: ЛКИ, 1980. С. 133-135.
3. Электронный вариант руководства пользователя среды МЛТЬЛБ.
