CC BY
28
Труды БГТУ, 2017, серия 1, № 2, с. 305-309
305
УДК 620.192.46
О. С. Баранова1, Н. П. Василенко2, В. М. Головач1, И. Ю. Скрипник3
Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины 2Национальный авиационный университет Украины 3Украинский гидрометеорологический институт
МНОГОКАНАЛЬНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ФАНЕРЫ
При производстве фанеры большинство дефектов возникает из-за непроклея, наличие которого в готовой продукции недопустимо. Причины возникновения внутренних дефектов обусловлены нарушением технологического процесса и нестабильным качеством входящего сырья. Внутренние дефекты обычно возникают только при раскрое, что приводит к вынужденной отбраковке изделий, сырьевым и энергетическим потерям. Определить непроклей во время изготовления фанеры сложно, так как это требует остановки процесса и разрушения изделия. Для автоматизации процесса контроля качества фанеры разработана автоматизированная многоканальная система выявления дефектов в фанерных листах, в том числе на стадии производства, которая исключает ручной контроль в процессе производства. Информация, полученная во время изготовления фанеры, дает возможность контролировать и корректировать процесс склеивания, а также информировать о неисправностях в работе оборудования. Своевременное выявление брака склеивания и исключение дефектных листов из процесса шлифования позволят сэкономить время и электроэнергию на выполнение данных операций.
Ключевые слова: фанера, дефектоскопия, метод свободных колебаний, расслоение, площадь, глубина, место залегания дефекта.
O1 S. Baranova1, N. P. Vasylenko2, V. M. Golovach1, I. Yu. Skripnik3
1 National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine 2National Aviation University of Ukraine 3Ukrainian Meteorological Institute
MULTI-CHANNEL AUTOMATED SYSTEM FOR PLYWOOD QUALITY CONTROL
During the plywood production most of the defects appear due to non-adhesive that is unacceptable for finished products. Appearance of inner defects is caused by the technological process violations and unstable quality of raw material. Inner defects usually appear during the cutting process that leads to the rejection of products, raw material and energy losses. Detection of non-adhesive defects during the production is difficult because it requires to stop the process and break the product. To automate the defect detection process automated multi-channel plywood defectoscopy system is developed. It excludes the manual quality control and and allows to detect defects during the production process. Information obtained during the plywood production allows to control and adjust the adhesion process or inform the operator about equipment malfunction. Detection of adhesion defects and removing the wastrel plywood sheets from grinding process allows to save time and electrical energy on these operations.
Key words: plywood, defectoscopy, free oscillations method, bundle, area, depth, defect location.
Введение. Фанерное производство содержит множество технологических операций, одной из самых важных является операция сортирования фанеры по ее качеству. Сортирование осуществляется по результатам дефектоскопии готовой фанеры на основе количества и размера обнаруженных дефектов. Своевременное выявление дефектов позволяет уменьшить процент возвращенной продукции и скорректировать параметры технологических процессов с целью устранения факторов появления дефектов. В связи с этим контроль дефектов в процессе производства актуален.
Постановка задачи. В современных условиях практически отсутствуют автоматизированные методы контроля качества фанеры [1-6, 15-17]. Лабораторные и ручные методы, которые используются для выявления дефектов, требуют значительного расхода времени и не позволяют оперативно получить необходимые данные про свойства фанеры [7-12]. Учитывая это, возникла необходимость автоматизировать процесс контроля, используя и усовершенствуя современные методы, например акустический.
Существующее оборудование для неразру-шающего ударно-акустического контроля [13-17]
имеет ударный механизм, пьезодатчик, усилитель, индикатор, блок обработки информации, линию задержки, компаратор, Т-триггер и счетчик, который соединен с генератором и индикатором. Такая система позволяет с высокой точностью находить дефекты в середине листа фанеры, но наличие только одного ударного датчика требует использования сканированной схемы контроля, которая затратная по времени, а отсутствие системы автоматизированного перемещения требует двигать датчик относительно исследуемого образца вручную.
Результаты. Поставленное задание используется для того, чтобы рассмотренный прибор контроля качества фанеры усовершенствовать микропроцессором, столом с автоматизированной системой перемещения исследуемого образца фанеры, электрическим мотором, управляющим преобразователем и дополнительными измерительными каналами.
Структурная схема многоканальной автоматизированной системы контроля качества фанеры приведена на рис. 1.
Процесс контроля качества фанеры проводят следующим образом. Изделие14 (лист фанеры), которое контролируется, перемещают с постоянной скоростью V вдоль массива пьезо-датчиков 1, совмещенных с ударным преобразователем, которые соединены с генератором 10 и совершают удары по поверхности фанеры с частотой генератора. С помощью пьезодатчи-ков 1 механические колебания контролируемого изделия, вызваные ударными механизмами, превращаются в электрические, которые усиливаются усилителем 2 и обрабатываются в блоке обработки информации 3 (в качестве
которого может быть использован, например, фильтр или спектроанализатор). Данные сигналы задерживаются на некоторое время в линии задержки 4, из выхода и входа которой подаются на входы компоратора 5. При отсутствии дефекта сигналы на входе компоратора будут одинаковыми, а на выходе отсутствовать вообще.
С появлением дефекта в изделии за время его движения вдоль массива датчиков 1, текущие сигналы из выхода пьезодатчиков, а также из блока обработки информации 3 изменяются (в связи с отличием резонансных характеристик участка фанеры с дефектом от участка без дефекта) и будут отличаться от сигнала на выходе линии задержки 4, в которой они предварительно задерживаются.
Через разницу значений сигнала на вход Т-триггера 6, с выхода которого сигнал включает счетчик 7, начинают считаться импульсы из генератора 10. Если при движении изделия 14 участок фанеры с дефектом продолжает находиться под вибратором, тогда через некоторое время сигнал на выходе линии задержки 4 сравняется с текущим и на выходе компоратора 5 он будет отсутствовать. Выход Т-триггера 6 при этом не изменяется, и счетчик 7 будет продолжать считать импульсы генератора 10. После этого через какое-то время ^ = ¿2 - 1 участок фанеры с дефектом при движении изделия 14, выйдет из зоны действия ударного механизма 11, текущий сигнал на входе линии задержки 4 изменится (за счет изменения резонансных характеристик участка фанеры с дефектом в сравнении с участком без дефекта) и станет отличающимся от сигнала на ее выходе.
тт-1
7.
г^ лга
1»СТ
17) 9
СРи
И
с1ос
Рис. 1. Структурная схема многоканальной автоматизированной системы контроля качества фанеры: 1 - массив датчиков; 2 - усилитель; 3 - спектроанализатор; 4 - линия задержки; 5 - компоратор; 6 - Т-триггер; 7 - счетчик; 8 - микропроцессор; 9 - индикатор; 10 - генератор; 11 - управляющий преобразователь; 12 - электромотор; 13 - стол для автоматизированной подачи фанеры;
14 - изделия, которые контролируются
На выходе компоратора 5 появится сигнал, переключающий Т-триггер 6, с выхода которого поступит сигнал запрета счета импульсов генератора 10 счетчиком 7. Цифровой код с выхода счетчика 7 поступит на микропроцессор 8, где будет пересчитан в длину дефекта I участка фанеры, что будет отображено на индикаторе 9.
Управление скоростью движения исследуемого листа осуществляется микропроцессором через управляющий преобразователь, который устанавливает относительную частоту вращения вала электродвигателя 12.
Использование десяти идентичных измерительных каналов позволит осуществлять дефектоскопию листа фанеры сразу по всей ширине контролируемого листа и даст возмож-
ность определить не только длину дефекта, но и его положение по всей ширине листа в зависимости от того, какие из 10 существующих каналов находят дефекты. На основе информации про размеры и количество найденных дефектов система может сделать вывод про пригодность исследуемого листа фанеры для дальнейшего использования.
Выводы. Предложенная система позволяет осуществлять автоматизированную дефектоскопию фанеры. Информация про качество фанеры может быть передана как работникам склада, так и транспортному роботу, а также на производственную линию с целью проведения анализа и выявления причин возникновения дефекта и коррекции параметров технологического процесса.
Литература
1. Головач В. М., Баранова О. С. Вплив характеристик дефекпв фанери на коефщент гармоншних спотворень вихщного сигналу ударного датчика // Техшчш науки та технологи: нау-ковий журнал. Чершпв, 2016. № 2 (4). С. 195-199.
2. Головач В. М., Баранова О. С. Аналiз характеристик сигналу при контролi дефекпв фанери // Науковий вюник Нащонального ушверситету бюресуршв i природокористування Украши. Сер. "Люництво та декоративне садiвництво". 2016. Вип. 238. С. 239-246.
3. Баранова О. С., Головач В. М. Порiвняльний аналiз ударно-акустичного та ультразвукового методiв дефектоскопп фанери // Науковий вюник НЛТУ Украши. 2016. № 26 (5). С. 241-245.
4. Головач В. М., Баранова О. С Аналiз реакцп елеменпв фанери на ударш впливи // Люове i са-дово-паркове господарство [Электронний ресурс]. 2015. № 8. URL: http://ejournal.studnubip.com/ zhurnal-8/ukr/holovach_baranova/ (дата обращения: 01.04.2017).
5. Olha Baranova, Valentyn Golovach, Mykola Vasylenko. Research of method for automated nondestructive testing of plywood // Annals Warsaw University of Life Sciences. SGGW Forestry and Wood Tecnology. 2016. № 94. Р. 14-18.
6. Головач В. М., Баранова О. С. Исследование влияния дефектов фанеры на параметры выходного сигнала ударного датчика // Труды БГТУ. 2016. № 2: Лесная и деревообраб. пром-сть. С. 212-216.
7. Головач В. М., Баранова О. С. Кореляцшний аналiз вихщних сигналiв ударного датчика при неруйшвному контролi дефекпв фанери // Вюник Харьювського нащонального техшчного ушверситету сшьського господарства iменi Петра Василенка. Деревообробш технологи та системотехшка люового комплексу. 2016. Вип. 169. С. 64-69.
8. Головач В. М., Баранова О. С. Аналiз кореляци параметрiв вихщного сигналу ударно-акустичного та ультразвукового методiв дефектоскопп фанери // Современные строительные конструкции из металла и древесины: сб. науч. тр. Одесса. 2016. № 20. С. 27-32.
9. Баранова О. С. Вплив фiзико-механiчних чинниюв композитного матерiалу на вихщний сигнал п'езоперетворювача // Фiзичнi процеси та поля техшчних i бюлопчних об'eктiв: матерiали XIV мiжнар. наук. техн. конференцii, Кременчуг, 7-9 лют. 2014 р. / Кременчуц. нац. ун-т. Кременчуг, 2014. С.104-106.
10. Баранова О. С., Головач В. М. Неруйшвний контроль якосп фанери ударно-акустичним методом // Актуальш проблеми люового сектору та садово-паркового господарства: тези доповщ Мiжнар. наук.-практ. конф., Кшв, 14-15 квггня 2016 р. / Нац. ун-т бiоресурсiв i природокорыстуван-ня Украiны. Киiв, 2016. С. 181-182
11. Баранова О. С. Дефектоскотя композитних матерiалiв застосуванням ударно-акустичного методу неруйшвного контролю // Вюник КНУТД. 2015. № 6 (92). С. 150-156.
12. Головач В. М., Баранова О. С. Аналiз впливу характеристик дефекту фанери на кшькють пульсацш вихiдного сигналу ударного датчика // Науковий вюник НЛТУ Украши. 2015. № 25 (10). С.102-104.
13. Неруйшвний контроль якосп фанери з автоматизованим селективним сортуванням / О. С. Баранова [та шш^ // Науковий вюник НЛТУ Украши. 2016. № 26 (4). С. 251-255.
14. Пристрш контролю якосп фанери: пат. 109890, МПК G01N33/46, G01N29/04. / В. М. Головач, О. О. Пшчевская, О. С. Баранова; № 2016 03295; заявлено 30.03.2016; опублковано 12.09.2016: Бюл. № 17.
15. Исакович М. А. Общая акустика. М.: Наука, 1973. 496 с.
16. Pellerin R. F., Ross R. J. Nondestructive evaluationof wood. Forest Products Society. Madison: WI, 2002.210 p.
17. Лакатош Б. К. Дефектоскопия древесины; под ред. Б. Н. Уголева М.: Лесная пром-сть, 1966. 182 с.
References
1. Golovach V. M., Baranova O. S. Influence of deffect parameters ont the harmonic distortions coefficient of shock sensor output signal. Tekhnichni nauki ta tehnologiyi: naukoviy zhurnal [Engineering sciences and technologies: scientific magazine], Chernigiv, 2016, no. 2 (4), pp. 195-199 (In Ukrainian).
2. Golovach V. M., Baranova O. S. Analysis of sygnal characteristics during the plywood defects control. Naukoviy visnik Natsionalnogo universitetu bioresursiv i prirodokoristuvannya Ukrayini [Scientific bulletin of National University of Life and Environmental Science of Ukraine], Series "Forestry and decoretive gardening", 2016, issue 238, pp. 239-246 (In Ukrainian).
3. Baranova O. S., Golovach V. M. Comparative analysis of acoustic and ultrasonic methods of plywood defectoscopy. Naukoviy visnik NLTU Ukrayini [Scientific bulletin of UNFU], 2016, no. 26 (5), pp. 241-245 (In Ukrainian).
4. Golovach V. M., Baranova O. S. Analysis of plywood elements reaction onthe shock influences. Lisove i sadovo-parkove gospodarstvo [Forest, garden and park facilities], 2015, no. 8 (In Ukrainian). Available at: http://ejournal.studnubip.com/zhurnal-8/ukr/holovach_baranova/ (accessed 01.04.2017).
5. Olha Baranova, Valentyn Golovach, Mykola Vasylenko. Research of method for automated nondestructive testing of plywood. Annals Warsaw University of Life Sciences. SGGW Forestry and Wood Tecnology. 2016, no. 94, pp. 14-18.
6. Golovach V. M., Baranova O. S. Research of plywood defect influence on the shock sensoe output signal parameters. Trudy BGTU [Proceedings of BSTU], 2016, no. 2: Forest and Woodworking Industry, pp. 212-216 (In Russian).
7. Golovach V. M., Baranova O. S. Korrelation analysis of shock sensor output signal during the plywood defects non-destructive testing. Visnik Kharkivskogo natsionalnogo tekhnichnogo universitetu silskogo gospodarstva imeni Petra Vasilenka. Derevoobroblyuvalni tehnologiyi ta sistemotehnika lisovogo kompleksu [Bulletin of Kharkiv Petro Vasylenko National Technical Agricultural University. Woodworking technologies and systems engineering of forest complex], 2016, no. 169. pp. 64-69 (In Ukrainian).
8. Golovach V. M., Baranova O. S. Analysis of acoustic and ultrasonic defectoscopy methods sensors output signals correlation. Sovremennye stroitelnye konstruktsii iz metalla i drevesiny: sbornik nauchnykh trudov [Modern metal and wooden building constructions: collection of scientific works], Odessa, 2016, no. 20, pp. 27-32 (In Ukrainian).
9. Baranova O. S. Influence of physicl and mechanical properties of compozite material on the piezosensor outpuy signal. Materialy XIV mizhnarodnay naukovay tehnichnay konferentsiyi "Fizichny protsesi ta polya tehnichnih i biologichnih ob 'ektiv" [Materials of the XIV International scientific and technical technology "Physical processes and fields of technical and biological objects"], Kremenchug,
2015, pp. 104-106 (In Ukrainian).
10. Baranova O. S., Golovach V. M. Non-destructive acoustic testing of plywood. Tezisyi dokladov "Aktualniproblemi lisovogo sektoru ta sadovo-parkovogo gospodarstva" [Theses of reports "Actual problems of forest and gardening facilities"]. föev, 2016, pp. 181-182 (In Ukrainian).
11. Baranova O. S. Composite materials defectoscopy using acoustic method of non-destructive testing. Visnik KNUTD [Bulletin of KNUTD], 2015, no. 6 (92), pp. 150-156 (In Ukrainian).
12. Golovach V. M., Baranova O. S. Analysis of defect properties influenceon the prarameters of shock sensors output signal. Naukovyy visnik NLTU Ukrayiny [Scientific buletin of UNFU], 2015, no. 25 (10), pp. 102-104 (In Ukrainian).
13. Baranova O. S., Vasylenko N. P., Skrypnyk Yu. O., Golovach V. M. Non-destructive testing of plywood with automatic selective sorting. Naukoviy visnik NLTU Ukrayiny [Scientific buletin of UNFU],
2016, no. 26 (4), pp. 251-255 (In Ukrainian).
14. Golovach V. M., Pinchevskaya E. A., Baranova O. S. Prystriy kontrolyu yakosti fanery z avtomatyzovanym selektyvnym sortuvannyam [Device for non-destructive testing of plywood]. Ukraine, no.109890, 2016.
15. Isakovich М. А. Obschaya akustika [General Acoustics]. Moscow, Nauka Publ., 1973. 493 p.
16. Pellerin R. F., Ross R. J. Nondestructive evaluationof wood. Forest Products Society. Madison, WI, 2002.210 p.
17. Lakatos B. K. Defektoskopiya drevesiny [Nondestructive testing of wood]. Moskow, Lesnaya promyshlennost' Publ., 1966. 182 p.
Информация об авторах
Баранова Ольга Сергеевна - аспирант кафедры технологии деревообработки. Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины (03041, г. Киев, пер. Сельскохозяйственный, 17, Украина). E-mail: olhabaranova@gmail.com
Василенко Николай Павлович - кандидат технических наук, доцент кафедры авиационных компьютерно-интегрированных комплексов. Национальный авиационный университет Украины (03058, г. Киев, пр-т Космонавта Комарова, 1, Украина). E-mail: vasylenkom.89@gmail.com
Головач Валентин Михайлович - кандидат технических наук, доцент кафедры технологии деревообработки. Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины (03041, г. Киев, пер. Сельскохозяйственный, 17, Украина). E-mail: vale_go@mail.ru
Скрипник Игорь Юрьевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник. Украинский гидрометеорологический институт (02000, г. Киев, пр-т Науки, 37, Украина).
Information about the authors
Baranova Olha Sergeyevna - PhD student of the Department of Wood Processing Technologies. National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine (17, lane Selskokhozyaystvennyy, 03041, Kiev, Ukraine). E-mail: olhabaranova@gmail.com
Vasylenko Nikolai Pavlovich - PhD (Engineering), Assistant Professor, the Department of Aviation Computer-Integrated Complexes. National Aviation University of Ukraine (1, Ave. Kosmonavta Komarova, 03058, Kiev, Ukraine). E-mail: vasylenkom.89@gmail.com
Golovach Valentin Mikhaylovich - PhD (Engineering), Assistant Professor, the Department of Wood Processing Technologies. The National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine (17, lane Selskokhozyaystvennyiy, 03041, Kiev, Ukraine). E-mail: vale_go@mail.ru
Skripnik Igor Yuryevich - PhD (Engineering), Senior Researcher. Ukrainian Meteorological Institute (37, Ave. Nauki, 02000, Kyiv, Ukraine).
Поступила 20.04.2017
