CC BY
152
АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ
УДК 620.179
В.В. Вялов, В.В. Горбунов, С. А. Игнатьев ВИХРЕТОКОВЫЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ РОЛИКОВ ПОДШИПНИКОВ КАК МЕТОД КОРРЕКТИРОВКИ РАБОТЫ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Контроль качества поверхностного слоя роликов подшипников на различных стадиях технологического процесса, статистическая обработка результатов и накопление данных в системе мониторинга позволяют управлять качеством продукции.
V.V. Vjalov, V.V. Gorbunov, S.A. Ignatjev VORTEX-CURRENT QUALITY CONTROL OF BEARINGS ROLLERS BLANKET AS AN ADJUSTING METHOD OF GRINDERS OPERATION
Quality control of the blanket of bearings’ rollers at different stages of a technological process, statistical machining of results and accumulation of data in monitoring systems allows managing with a product quality.
Конкурентоспособность продукции подшипниковой промышленности, как на внутреннем, так и на международном рынке обеспечивается повышением ее качества. Это достигается внедрением систем управления качеством продукции [1, 2]. Существенным элементом такой системы является система мониторинга технологического процесса (СМТП) [3], которая предусматривает автоматизированный контроль качества деталей на различных этапах изготовления.
Одним из важнейших и затратных этапов технологического процесса (ТП) изготовления роликов железнодорожных подшипников является шлифовальная обработка. Ее особенность - сочетание напряженных режимов резания, малых припусков и требований обеспечения высокой точности и стабильности свойств.
Для шлифования роликов на ОАО «Саратовский подшипниковый завод» применяются бесцентровые шлифовальные станки модели SASL 200x500 (рис. 1).
Шлифование осуществляется методом напроход, который применяется для цилиндрических изделий без буртов и ступенек, что дает возможность непрерывного шлифования, при котором изделие перемещается между кругами вдоль своей оси. Шлифовальная щель при этом остается неизменной по своей ширине и изменяется только за счет износа шлифовального круга. Припуск шлифуется за несколько проходов, число которых зависит от начальной формы заготовки и припуска на шлифование, материала и требуемой точности и качества поверхности.
Рис. 1. Бесцентровый шлифовальный станок БАБЬ 200x500
Управление такого рода ТП на современном уровне требует системного подхода, который может формироваться на основе большого объема измерительной информации, накапливаемой в СМТП. Одним из информационных каналов СМТП, который применяется в ОАО «СПЗ» для контроля качества железнодорожных подшипников, является вихретоковый контроль качества поверхностного слоя роликов, структурные изменения в котором можно соотнести с динамическим состоянием технологического оборудования [3]. Первые вихретоковые дефектоскопы использовались в ТП как пассивные устройства, фиксирующие качество готовых деталей, причем отбраковка производилась по амплитуде всплеска сигнала вне зависимости от формы и природы дефекта. Это вполне устраивало потребителя, которому важно не допустить установки детали ненадлежащего качества в узлы машин и агрегатов. Однако, с точки зрения производителя, информация о природе дефекта открывает большие возможности для управления ТП. Автоматизированный неразрушающий контроль роликов на различных стадиях обработки и статистическая обработка этой информации в рамках СМТП позволяют определить, в какой момент возникают те или иные дефекты, а следовательно, выявлять и устранять причины появления некачественной продукции. При таком подходе контроль становится активным методом корректировки ТП.
Практика применения универсальных вихретоковых приборов для межоперационного контроля роликов буксовых подшипников на ОАО «СПЗ» показала достаточную эффективность мониторинга [4]. Однако значительные затраты времени на контроль одной детали и невозможность принятия решения в автоматическом режиме привели к необходимости разработки прибора для автоматического контроля и сортировки деталей - автомата контроля роликов АВК-Р (рис. 2).
Автомат предназначен для вихретокового контроля однородности физикомеханических свойств поверхностного слоя цилиндрической поверхности и торцов тел качения буксовых подшипников - роликов 32x52 мм после шлифовальной обработки. Автомат выявляет локальные и периодические неоднородности поверхностного слоя шлифованных деталей и может применяться для выявления несоответствия деталей требованиям качества поверхностного слоя, вызванного шлифовальной либо термической обработкой, а также дефектами металла.
Конструктивно автомат состоит из сканирующего механизма с устройством перемещения и раскладки роликов и стойки управления. Автомат содержит три вихретоковых преобразователя, датчики которого одновременно сканируют цилиндрическую поверхность и торцы роликов. Система управления прибора -
двухуровневая. На первом уровне (промышленный компьютер ПК) реализованы: графический интерфейс, компилятор
управляющей программы и математическая обработка результатов. На втором уровне (контроллер НЕЯСНЬЕВ) в режиме реального времени происходят все остальные процессы: управление перемещениями вихретоковых датчиков, сбор и буферизация результатов
измерений.
Перемещение датчиков, вращение
устройства подачи роликов и смена положения выходного лотка производится шаговыми двигателями. Вращение роликов при сканировании осуществляется асинхронным двигателем. Начальное положение шаговых двигателей и скорость вращения асинхронного привода определяется датчиками исходного положения. Деталь сканируется датчиками, информационные сигналы в блоке управления затем оцифровываются с помощью АЦП на плате контроллера НЕЯСНЬЕВ. Контроллер собирает данные и пакетами передаёт их в персональный компьютер (ПК) для обработки. Обмен информацией между контроллером и ПК ведётся по шине ЕШете1 с помощью сетевой платы в ПК и встроенного ЕШете^адаптера в контроллере.
Процедура контроля производится автоматически, без участия оператора. Прибор самотестируется после включения, после чего он готов к настройке, которая производится по комплекту стандартных образцов (СОП) с искусственными дефектами в различных зонах объекта контроля. Прибор готов к работе после процедуры настройки. Для начала контроля оператор должен установить ролик в лоток демагнитизатора и инициировать процесс контроля нажатием кнопки «ПУСК». Перед сканированием ролик должен быть размагничен. Из демагнитизатора ролик поступает на позицию контроля. Сканирование образующей и торцов ролика происходит одновременно.
Результаты сканирования отображаются в виде трех панелей на дисплее. Панель изображения расположена в верхней части экрана и представляет собой цветное изображение развертки поверхности, сканированной одним из датчиков. Развертка образующей представляется в «естественном» виде: развертка - слева-направо, дальний торец - сверху, независимо от направления сканирования. В панели изображения может быть выведена развертка поверхности по одному из датчиков в одном из нескольких режимов. Панель графика находится под панелью изображения, отображает подробные данные о сигнале на отдельно взятом обороте вращения кольца. Под панелью графика расположены 5 цветных квадратов (фонарей), которые показывают результат анализа дефектов по каждому из каналов анализа. Зеленый цвет означает, что на данном датчике при данных настройках деталь признается годной; желтый цвет - деталь условно годная; красный цвет - деталь бракованная. Серый цвет означает, что анализ дефектов по данному датчику отключен.
По результатам контроля производится разделение роликов на годные и бракованные (дефектные). Предусмотрен режим сортировки бракованных роликов по
задаваемым оператором критериям. По результатам контроля ведется статистика общего количества годных и отбракованных роликов._____________________________
3* ®*Й* е«бот« е*»у»т«т*. настроят» От мам
Рис. 3. Результат автоматического распознавания мелкой трещины в вихретоковом образе цилиндрической поверхности ролика методом свертки функции
Применение двухуровневой схемы управления обеспечивает автомату высокую производительность контроля (менее 3 секунд на один ролик). За время перемещения ролика на позицию сканирования автомат собирает и анализирует количество информации о состоянии поверхностного слоя, достаточное для формирования и распознавания вихретоковых образов дефектов, например микротрещин или прижогов, и образов типичных помех - следов напряженно-деформированного состояния, связанного с механической и термической обработкой. В результате обеспечивается высокая чувствительность к дефектам и низкая чувствительность к помехам.
На рис. 3 показан пример автоматического распознавания трещины на цилиндрической поверхности ролика.
В настоящее время автоматы АВК-Я2 включены в техпроцесс, заменив устаревшие детекторы трещин ДТ-407, и успешно используются для окончательного контроля качества роликов железнодорожных подшипников, а также выборочного контроля, направленного на выявление отклонений в ТП на всех этапах шлифовальной обработки.
Рациональное использование комплекса автоматизированных неразрушающих методов контроля, в частности вихретоковых приборов, позволяет повысить надежность и качество продукции и дает производству экономические преимущества, помогает осваивать и внедрять новые прогрессивные ТП. Стопроцентный неразрушающий контроль в рамках СМТП и обработка информации в соответствии со специальным программным обеспечением [5] позволяют определить качество деталей, проверить эффективность совершенствования производственного процесса и дает возможность отобрать годную часть роликов для дальнейшего использования при сборке подшипников.
ЛИТЕРАТУРА
1. Всеобщее управление качеством / О.П. Глуткин, Н.М. Горбунов, А.И. Гуров, Ю.В. Зорин. М.: Радио и связь, 1999. 600 с.
2. Игнатьев А.А. Совершенствование системы управления качеством продукции на основе мониторинга технологического процесса / А. А. Игнатьев, В. В. Горбунов, С. А. Игнатьев // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2005. С. 81-87.
3. Мониторинг станков и процессов шлифования в подшипниковом производстве / А. А. Игнатьев, М.В. Виноградов, В.В. Горбунов и др. Саратов: СГТУ, 2004. 124 с.
4. Автоматизированная система вихретокового контроля деталей подшипников / А. А. Игнатьев, В.В. Горбунов, С.И. Зайцев, С. А. Игнатьев // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2005. № 2 (7). С. 114-122.
5. Игнатьев С.А. Информационное обеспечение системы мониторинга технологического процесса при производстве деталей подшипников / С.А.Игнатьев // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2006. № 4 (18). Вып. 3. С. 121-125.
Вялов Владислав Валерьевич -
аспирант кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами» Саратовского государственного технического университета
Горбунов Владимир Владимирович -
кандидат технических наук, главный менеджер наукоемких проектов отдела главного технолога ОАО «Саратовский подшипниковый завод»
Саратовского государственного технического университета
Игнатьев Станислав Александрович -
кандидат технических наук,
докторант кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами» Саратовского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 12.07.06, принята к опубликованию 21.11.06
