CC BY
23
УДК 681.2.084
ВОПРОСЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ С КОРУНДОВЫМИ НАКОНЕЧНИКАМИ
QUESTIONS OF CONSTRUCTION OF TELESCOPIC DEVICES OF ACTIVE CONTROL OF THE SIZES OF PRODUCTS WITH CORUNDUM TIPS
Е. В. Леун1, |В. И. Леун2, В. А. Савенков3, В. Н. Курлов4, А. В. Никель5
АО «НПО Лавочкина», г. Химки, Россия 2Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия 3ООО "ФармаСапфир", Сколково, Россия 4Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Россия 5ОАО "РЖД", Западно-Сибирская железная дорога, г. Омск, Россия
E. V. Leun1, V. I. Leun2
V. A. Savenkov3, V. N. Kurlov4, A. V. Nickel5
Lavochkin Association, Khimki, Russia 2Omsk State Technical University, Omsk, Russia 3Company «FarmaSapphire", Skolkovo, Russia 4Institute of Solid State Physics RAS, Chernogolovka, Russia 5OAC "RZD", West-Siberian railway, Omsk, Russia
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы совершенствования приборов активного контроля (ПАК) размеров изделий с прерывистой поверхностью за счет повышения точности измерений, расширения функциональных возможностей и упрощения их конструкции. Описаны состав и принцип действия ПАК с телескопическими направляющими на основе консольно закрепленного корундового стержня, повышающего жесткость конструкции, передающего оптические сигналы и перепады давления/разрежения от компрессора для управления движением измерительного наконечника. Предложено заполнение зазоров телескопических направляющих магнитной жидкостью. Представлены расчеты удельной энергии контактирования Wк с выступами изделия корундового наконечника, которые соответствуют нагрузкам в режиме квазипластичности, не приводя к хрупкому разрушению с ~ 40 - кратным запасом прочности. Представлены результаты экспериментальной отработки опытного экземпляра ПАК с телескопическими направляющими на основе консольно закрепленного стального стержня.
Ключевые слова: активный контроль, размер изделия, изделия с прерывистой поверхностью, корундовые наконечники, сапфир.
DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-2-29-37
I. Введение
Современные задачи развития производства ракетно-космической техники (РКТ), станко-, машино-, приборостроения, связанные, в первую очередь, с импортозамещением и повышением производительности труда, могут быть успешно решены с использованием большого научно-технического задела по многих направлениях и, в частности, в области приборов активного контроля (ПАК) размеров изделий.
Развитие активного контроля размеров изделий на металлорежущих станках началось во второй половине ХХ века и к концу 80-х годов в СССР достигло максимума. Лидерами в этом направлении были представители научных коллективов МГТУ «СТАНКИН», ОмГТУ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, АО «НИИизмерения» [1-6]. За последнее время в России появились новые работы в этом направлении [7-11]. Вопросами совершенствования ПАК также занимаются и зарубежные ученые [12-16], а итальянская фирма Марпос (Marposs) [17] является ведущей в этой области.
К настоящему времени появилось понимание, что одними из наиболее перспективных являются гибридные ПАК с высокопрочными износостойкими и оптически прозрачными наконечниками (в дальнейшем - наконечник), реализующие за счет оптических методов контроля максимум функциональных возможностей, точности измерений и позволяющие при необходимости работать контактно и/или бесконтактно. Приоритет в этом принадлежит России, т.к. с 2013 года начали создаваться и исследоваться лазерные ПАК с сапфировыми наконечниками [18-21] и к настоящему времени возможности совершенствования таких приборов далеко не исчерпаны.
II. Постановка задачи
Активный контроль размеров изделий с прерывистой поверхностью, таких как сверла, фрезы, развертки, шестерни и т.п., вероятно, является одной из самых сложных задач. И к механической части разрабатываемых для этого ПАК предъявляются достаточно жесткие требования, связанные с необходимостью уменьшения динамических усилий до 3 Н при контактировании с деталью, и обеспечения широкого диапазона скоростей перемещений наконечника.
Малые динамические усилия и являются залогом минимизации погрешности и исключения хрупкого разрушения корундовых наконечников, сохраняя широкие возможности оптических методов контроля.
Скорость перемещений наконечника в процессе измерений может меняться: при перенастройке с одного размер на другой v^^ , как правило, должна быть не менее 5 мм/с, для чернового шлифования -учерн=200...500 мкм/с, для чистового шлифования - учист=10...50 мкм/с, для выхаживания VEb^O^..^^ мкм/с. Как видно, отношение максимальной скорости перемещений v^^ к минимальной vBHx достигает очень высокого значения - 10000, вынуждая применять сложные микроредукторы. Применение же шаговых двигателей, как показала практика, нежелательна из-за нагрева от них всего ПАК и появления температурной погрешности.
Жесткое разделение в гибридных ПАК оптической и механической частей неизбежно приводит к увеличению массо-габаритных показателей подвижных элементов и динамических усилий при быстрых, с частотами -100.200 Гц возвратных движениях измерительного наконечника в момент его выхода с впадины на выступ. Стремление снизить такие усилия за счет использования направляющих качения при длительных возвратно-поступательных движениях с частотами <100-200 Гц приводит к неизбежному разбалтыванию механической конструкции, демонстрируя на практике очередное противоречие.
Помимо этого, традиционно актуальны вопросы повышения точности измерений и необходимости обеспечения синхронизации измерений с текущим положением выступов изделия.
В связи с этим совершенствование ПАК ведется в направлении успешного решения максимального числа из вышеперечисленных ограничений и проблем с учетом повышения точности измерений, расширения функциональных возможностей и упрощения их конструкции. Подобные вопросы в современных исследованиях не находят достаточно полного отражения, и данная статья направлена на восполнение этого недостатка.
III. Теория
К настоящему времени разработан способ активного контроля размеров изделий и ПАК для его реализации с компрессором, телескопической направляющей с центральным консольно закрепленным сапфировым стержнем и внешней, внутренней трубками для него, с заполнением зазоров между ними магнитной жидкостью с управляемой вязкостью. Состав, принцип действия разработанного ПАК, особенности его функционирования, а также вопросы взаимосвязей основных его параметров представлены далее.
1. Состав и принцип действия ПАК с оптически прозрачными телескопическими направляющими
Разработанный ПАК размеров и геометрические параметры поверхности изделия изображен на рис. 1, который включает индикатор 1, систему управления 2, наконечник 3, оптический элемент 4 с покрытием, трубку 5, корундовый стержень 6 с эксцентрично смещенным сквозным продольным капилляром 7, измерительный стержень 8 с установленным внутри него оптически прозрачная перегородка 9, компрессор 10, тормоз 11 с использованием магнитной жидкости в зазорах между трубкой 5 и корундовым стержнем 6; датчик перемещений 12, работающий с освещающим 13 и отраженным 14 оптическими потоками, регистратор 15, фиксирующий оптический поток 16, следующий от наконечника 3.
Предлагаемый ПАК на примере использования на круглошлифовальном станке реализуют следующим образом. В процессе обработки вращающееся изделие 17, выполненное с впадинами и выступами, доводится до нужного размера путем съема лишнего металла (припуска) шлифовальным кругом 18 при поливе СОЖ.
Особенность конструкции ПАК и его принципа действия заключается в использовании консольно закрепленного корундового стержня 6 (сапфир или рубин), размещенного внутри измерительного стержня 8, образуя направляющие скольжения. Аналогично измерительный стержень 8 установлен внутри трубки 5, закрепленной своей наружной поверхностью также с образованием направляющих скольжения. Такое соединение позволяет измерительному стержню 8 свободно осуществлять продольные движения с высокой устойчивостью из-за жесткости конструкции к поперечным смещениям, позволяя существенно повысить повторяемость измерений.
а)
б)
Рис. 1. Схемы телескопического ПАК (а) и формирования несимметричного оптического потока для определения бокового приближения выступа изделия (б)
Внутри измерительного стержня 8 герметично установлена прозрачная перегородка 9, образуя воздушную полость с торцом корундового стержня 6, эксцентрично смещенный относительно его оси сквозным продольный капилляр 7 которого соединен с компрессором 10. Создание последним по сигналу ипер(1), формируемом на третьем выходе системы управления 2 и поступающим на компрессор 10 и через капилляр 7 в воздушную полость давления или разрежения приводит к увеличению или уменьшению объема и соответственно движениям перегородки 9 и измерительного стержня 8 к изделию или наоборот, прозрачность корундового стержня 6, перегородки 9 и наконечника 3 используется в устройстве для передачи оптических потоков. Поток 25, следующий от наконечника 3 проходит через них насквозь к регистратору 15, участвующему в определении бокового приближения выступа изделия 18 и контроле отклонений формы его поверхности светотеневым способом. Кроме того, прозрачность вышеназванных элементов используется также и для измерений перемещений наконечника с помощью датчика перемещений, реализованного на основе триангуляционного датчика перемещений, как показано на рис. 1 а, или более высокоточного лазерного интерферометра.
2. Возможности определения бокового приближения выступов изделия и контроля формы его поверхности
Определение бокового приближения выступов изделия и контроля формы его поверхности является одной из самой перспективной возможностью современных ПАК с оптически прозрачными наконечниками. Их реализация позволяет сделать измерительный процесс более предсказуемым, а связи между блоками более синхронизированными и осуществить дополнительную автоматическую измерительную операцию. Их особенности уже были ранее подробно рассмотрены в [21] и определены связи между оптическими и динамическими параметрами для реализации этого. Было выведено основное выражение, связывающее оптические и динамические параметры схемы, с помощью которого время поворота 1 поверхности изделия от точки С к точке А (рис. 1б) можно приближенно определить следующим образом:
t =
| АС | 2Кътапр _ 8та(
пр
2я5Шп лЫп
^п
(1)
V
3. Определение режима нагружения корундовых наконечников при механическом контактировании с выступами изделия
Расчет и анализ последствий ударного механического контактирования корундовых наконечников с выступами изделия наиболее удобно сделать при допущении подобия и близости характера этого процесса к шлифованию хрупких изделий, отработанных на практике [22]. При этом принимается, что выступы изделия подобны зернам шлифовального круга, особенности обработки которых достаточно близки. С учетом этого в зависимости от удельной энергии контактирования возможны три состояния поверхностного слоя корундов:
для упругого деформирования материала
Wк<Wупр= ^ (2)
где тп - предел Пайерлса, согласно соответствует началу движения дислокаций материала и определяет границу перехода от упругого деформирования материала к режиму квазипластичности, рассчитываемый как тп=
с учетом чего, дробь ^ преобразуется к виду (3,6•10-6•E)2/2E-6,5 Ш-1^, а неравенство (2) меняет свой вид
Wк< 6,5 10-12Б , (3)
2
для режима квазипластичности
для хрупкого разрушения
6,5 10-12Б< , (4)
2Е
^р2
Wк>Wхр = ^р> . (5)
В [22] уже рассчитаны для сапфира следующие значения: предела Пайерлса тп=126 кПа, Wупр= 0,223 Джм-3 и Wхр =1,625 •Ш8 Дж м-3. Соответственно, для расчета удельной энергии контактирования Wк можно использовать формулу, выведенную для режима шлифования сапфировой заготовки:
(6)
где а - эмпирический коэффициент распределения энергии трения между изделием и шлифовальным инструментом, принимается равным 0,5, kтp= коэффициент динамического трения, Fz - усилие прижима за цикл обработки, v - скорость перемещения шлифовального инструмента относительно поверхности обрабатываемого изделия, t - время контакта обрабатываемой заготовки и шлифовального инструмента за цикл обработки, Sср -средняя площадь контакта обрабатываемой заготовки и шлифовального инструмента за цикл обработки, 5 - глубина резания за цикл обработки.
Допустив близким характер воздействия шлифовальным инструментом и фрезой, использованной в экспериментальных исследований [19], с учетом заложенной более 50-кратной перегрузки можно оценить значение нагрузок W и их последствия на корундовый наконечник. Итак, имеем а=0,5; средняя площадь контакта наконечника с резцом фрезы определяется шириной ленточки - 1 мм и шириной торца сапфирового стержня 5 мм и в итоге равна 510-6 м. Коэффициент трения между сапфиром и нержавеющей сталью 0,15, линейная скорость перемещения резка фрезы диаметром 15 мм при числе оборотов 1000 об/мин составляет -0,8 м/с и, соответственно, время прохождения резца фрезы по линии контакта наконечника длиной в 660 мкм соответствует -0,82-10-3 с. Глубину дефектов структуры кристаллической решетки можно оценить, как минимум, в 3-4 раза больше, чем в [22] из-за существенно большей нагрузки, так что 5-4^ 10-4 м.
И при подстановке всех этих исходных данных в формулу (6) получаем
= 0,5- 0,15-150^ 0,8 •ю-3 6 Па.
к 5-10-6- 4 •ю-4
Полученное значение меньше максимально допустимого значения Wхр =1,625 • 108 Дж м-3, и это означает, что характер ударного механического контактирования корундовых наконечников с выступами изделия соответствует режиму квазипластичности без хрупкого разрушения. При этом отношение Wхр/Wк=44 и означает наличие более чем 40-кратного запаса прочности при использовании корундовых наконечников при контактных измерениях. Это значение очень близко к рассчитанному 29-кратному запасу прочности, ранее определенному в работе [18] по альтернативной независимой методике, тем самым демонстрируя высокую достоверность принятых допущений и корректность математических расчетов.
4. Результаты метрологического анализа ПАК с лазерным интерферометром
Первоначальная отработка телескопического ПАК проводилась с использованием консольно закрепленного цельного штока из нержавеющей стали, введенным внутрь измерительного стержня и инкрементного фотоэлектрического преобразователя линейных перемещений ЛИР-3 [23], производства СКБ ИС (г. Санкт-Петербург). Для этого ПАК дискретность измерения составила 0,1 мкм, а диапазон измерения - не менее 100 мм.
Более совершенный вариант ПАК, представленный на рис. 1а, содержит лазерный триангуляционный датчик перемещений РФ603-15/2 с диапазоном измерения 5 мм, разрешающей способностью 0,2 мкм и точностью измерений 1 мкм [24].
Однако выход на новый, более высокий уровень точностных параметров возможен, вероятно, только лишь за счет применения в ПАК лазерного интерферометра. При этом разрешающая способность может быть уменьшена до значений -Х/1000 -0,6 нм [25-27], и даже до -Х/3000 -0,2 нм [28], где X - длина волны лазера интерферометра, для Не-№ лазера Х=0,6328 мкм.
Одной из существенных для таких конструкций ПАК становится температурная погрешность, возникающая от нагрева корундового наконечника в процессе измерений. Метрологический анализ для подобных ПАК ранее уже был проведен в [29] и было показано, что для схемы ПАК с корундовым наконечником, основными составляющими погрешности м пак можно считать погрешность лазерного интерферометра А1ли и погрешность,
вызванную тепловым расширением наконечника М1иак, учитывая, что они являются независимыми друг от друга и имеют нормальное распределение. В соответствии с этим выражение для суммарной погрешности принимает вид:
М1пак = 4М2ли + А1'нак . (7)
Однако т.к. в большинстве случае наконечник является преобладающим источником погрешности и М1ШК >
М , поэтому выражение (7) следует преобразовать к виду А1пак— Мшк. При этом возможны две оптические
схемы ПАК: без опорного канала и при его введении. В первом случае выражение для температурной погрешности от нагрева наконечника Д1н определяется выражением
М„ = 2МТ- tgа пр = 2МТ- tg
Л
arcsm-
= 2М1Т ■
спф У
П„
спф
1 -
П„
(8)
V Пспф У
где М1'т - погрешность измерений, вносимая тепловым расширением наконечника, а - угол полного внутреннего отражения, пспф и псож - показатели преломления сапфира и СОЖ.
При подстановке значений для сапфира пспф=1,76 и СОЖ на основе глицерина псож=1,47 получено выражение М ~ ЗА¡Т, с помощью которого рассчитаны значений А¡Т для трех значений толщины наконечников из
сапфира при нагреве на 20° С, соответственно: 0,9 мкм, 1,8 мкм и 2,7 мкм. На рис. 2 приведены зависимости температурной погрешности в пределах нагрева наконечника на 20° С для трех значений их толщины: 1 мм, 2 мм и 3 мм.
Рис. 2. Графики температурных погрешностей сапфирового наконечника
п
2
Расчеты, проведенные для второго варианта с использованием опорного канала, показали, что погрешность измерений можно уменьшить до единиц нанометров [29]
IV. Результаты экспериментов
В течение ряда лет в ОмГТУ проф., д-р техн. наук Леуном В. И. был создан и экспериментально исследован опытный образец широкодиапазонного телескопического ПАК. Первоначально, для простоты реализации в нем был применен консольно закрепленный цельный шток из нержавеющей стали диаметром 10 мм, введенный внутрь измерительного стержня. Это не привело к существенному увеличению усилия перемещения измерительного стержня, но улучшило повторяемость измерений, доведя его до ~1 мкм (рис. 3а). При экспериментальной отработке телескопического ПАК использовался инкрементный фотоэлектрический преобразователь линейного перемещений ЛИР-3 [23], произведенный в СКБ ИС (г. Санкт-Петербург) с достижением следующих характеристик: дискретность измерения - 0,1 мкм, диапазон измерения - не менее 100 мм, максимальная скорость подведения/отведения наконечника к обрабатываемому изделию перед измерениями не менее 10 мм/с, минимальная скорость двунаправленных перемещений в процессе измерений ~2 мкм/с, дискретность перемещений 1 мкм. Отрабатываются опытно--конструкторские аспекты использования в лазерных измерителей перемещений (рис. 3б): триангуляционного и интерферометрического для создания гибридных ПАК.
Рис. 3. Отработка ПАК: с консольно закрепленным стальным стержнем телескопических направляющих (а)
и с лазерным датчиком перемещений (б)
Технологические возможности создания телескопических направляющих с сапфировым стержнем основаны на экспериментально отработанной технологии изготовлении высокоточных сапфировых плунжерных пар, результаты отработки которой представлены в [30-32]. Ее особенность заключается в распиле цельного сапфирового монолита «були» (рост по методу Киропулоса) или «лодочки» (рост по методу Багдасарова) алмазными кругами с получением квадратных блоков. Далее эти блоки обрабатывают на универсальном круглошлифо-вальном станке модели CG 2535-AL или CG 2550-AL, универсальном круглошлифовальном станке полуавтомате модели 3U12AAF11 с УВД и других алмазными кругами с крупными зернами алмаза, для получения грубо обработанных сапфировых цилиндрических заготовок.
При грубом шлифовании полученных заготовок применяются алмазные круги, сверла и хоны, с размерами алмазных зерен 0,8.0,1 мм и СОЖ: 5W-ADDINOL Super light 5W-40, OW-CASTROL Formula SLXOW-30 и других.
При среднем шлифовании заготовки механически обрабатывают алмазными инструментами с размером алмазных зерен 0,3 .0,09 мм, достигая минимального допуска с шероховатостью поверхности Ra l,25 .1,6 мкм.
Тонкое шлифование заготовок осуществляют алмазными абразивными кругами на связке M1 с размером зерен 125/100 мкм, 100/80 мкм. Концентрация 100%, марка алмаза АС 15, АС 20, АС 32, скорость инструмента 5 м/с, уменьшая шероховатость поверхности до значений Ra 0,63-0,80 мкм. Скорость удаления продукта достигает 1000 мкм/мин.
Финишную безабразивную обработку поверхности заготовок осуществляют с помощью пластической деформации микронеровностей поверхности за счет ультразвуковых колебаний с частотой 21-23 кГц магнито-стрикционным преобразователем с концентратором на расстоянии 0,3-1 мм от поверхности сапфирового элемента, уменьшая шероховатость поверхности до значений Ra 0,020.0,025 мкм.
V. Обсуждение результатов
Разработанная конструкция ПАК демонстрирует высокую точность измерений, широкие функциональные возможности и относительную простоту конструкции. Реализация центрального консольно закрепленного штока из оптически прозрачных высокопрочных корундов (сапфир, рубин) позволяет уменьшить размеры механической и оптической частей ПАК и применить компрессор для управления движением измерительных стержня и наконечника. Использование телескопических направляющих скольжения уже на стадии отработки опытного образца ПАК показало высокую эффективность, продемонстрировав высокую повторяемость измерений < 1 мкм.
Показано, что значение удельной энергии контактирования WH корундового наконечника с выступами изделия, определенное расчетным путем, соответствует режиму квазипластичности материала и не приводят к хрупкому разрушению, обеспечивая ~ 40 кратный запас прочности. Полученное значение близко к результатам расчетов, проведенным ранее по альтернативной методике, демонстрируя высокую достоверность принятых допущений и корректность математических расчетов.
Погрешность измерений ПАК с корундовыми наконечниками при использовании лазерных интерферометров может составить следующие значения: 0,3 мкм, 0,6 мкм и 0,9 мкм для наконечников толщиной 1 мм, 2 мм и 3 мм соответственно при нагреве их на 20° С (без опорного канала лазерного интерферометра) и не более единиц нанометров (при введении опорного канала лазерного интерферометра).
VI. Выводы и заключение
1. Использование телескопических направляющих скольжения с консольно закрепленным стержнем из высокопрочных и оптически прозрачных корундов приводит к увеличению жесткости механической конструкции ПАК, повышению повторяемости измерений и может стать основой для построения перспективных высокоточных ПАК.
2. Использование оптически прозрачных наконечников существенно расширяет функциональные возможности ПАК, позволяя реализовать возможности контактных и/или бесконтактных измерений, бокового приближения с синхронизацией работы ПАК и контроля формы его поверхности. Применение в качестве таких материалов корундов (сапфир, лейкосапфир, рубин) при импульсных ударных нагрузках на уровне <3Н, возникающих при контактировании с деталью, соответствуют режиму квазипластичности корундов, не приводя к их растрескиванию и позволяя активно их использовать в ПАК.
3. Повышение точности измерений ПАК возможно при использовании лазерных интерферометров перемещений. При этом основная составляющая погрешности обусловлена температурным расширением наконечника, которое существенно уменьшается при введении опорного канала.
4. Современный технологический уровень позволяет реализовать телескопические направляющие скольжения ПАК на основе сапфировых плунжерных пар.
Совместное использование телескопических направляющих, высокопрочного и оптически прозрачного измерительного наконечника и лазерного интерферометра перемещений позволяет получить одно из самых перспективных сочетаний технически решений для многофункциональных широкодиапазонных высокоточных ПАК.
Список литературы
1. Волосов С. С., Педь Е. И. Приборы для автоматического контроля в машиностроении. М. : Машиностроение, 1970. 310 с.
2. Высоцкий А. В., Соболев М. П., Этингоф М. И. Активный контроль в металлообработке. М. : Изд-во стандартов, 1979. 175 с.
3. Кондашевский В. В., Лотце В. Активный контроль размеров деталей на металлорежущих станках. Омск: Зап.-Сиб. кн. изд-во, Ом. отд-ние, 1976. 431 с.
4. Соболев М. П. Автоматический размерный контроль на металлорежущих станках. Смоленск: Ойкумена, 2005. 300 с.
5. Хомченко В. Г., Федотов А. В. Автоматический контроль в механообрабатывающих ГПС. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. 160 с.
6. Сайт АО «НИИизмерения». URL: http://www.micron.ru/production/active_instruments/bv-4304/ (дата обращения: 31.05.2017).
7. Белолапотков Д. А., Добровинский И. Р., Медведик Ю. Т. Повышение точности активного контроля размеров деталей в процессе изготовления // Мир измерений. 2007. № 7. С. 43-46.
8. Бобаков Д. А., Пудовкин А. П., Москвитин С. П. Активный контроль толщины стенки вкладышей подшипников // Проектирование и технология электронных средств. 2006. № 4. С. 20-23.
9. Пудовкин А. П., Чернышов В. Н., Колмаков А. В. Активный контроль геометрических размеров вкладышей подшипников скольжения // Измерительная техника. 2004. № 9. С. 32-35.
10. Карпеева Е. В., Яковлев А. А., Горбунов В. В. Предпосылки создания прибора активного контроля нового поколения для шлифовального станка // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении : межвуз. науч. сб. / СГТУ. Саратов, 2003. С. 122-125.
11. Матюшков В. В., Назаренко В. А., Шумячер В. М. Управление процессом механической обработки шлифовальных кругов, с помощью системы активного контроля // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы: сб. статей Междунар. науч.-техн. конф. «Шлифабразив - 2001». 2001. С. 272-273.
12. Industrial Metrology: Modern Measuring Systems for Monitoring Quality in Production Processes / URL: https://www.jenoptik.com (дата обращения - 05.02.2018).
13. Keferstein C. P., Honegger D., Thurnherr H., Gschwend B. Process monitoring in non-circular grinding with optical sensor // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2008. Vol. 57. P. 533-536. Doi:10.1016/j.cirp.2008.03.133.
14. Lee M. H., Bae J.Il, Yoon K. S., Harashima F. Real time and an in-process measuring system for the grinding process cylindrical workpieces using Kalman filtering // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2001.Vol. 47(6). Р. 1326-1333. DOI: 10.1109/41.887961.
15. Gao Y., Huang X., Zhang Y. Development of an in-process form error measurement system for surface grinding // URL: http://ets.ifmo.ru/tomasov/konferenc/AutoPlay/Docs/Volume%202/4_22.pdf (дата обращения - 05.02.2018).
16. Yuan L., Jarvenpaa V. M., Virtanen S., Shiravani H. K. Numerical and experimental approach for roll grinding process // Tampere, Finland, URL:
https://surveillance7.sciencesconf.org/conference/surveillance7/46_numerical_and_experimental_approach_for_roll_gri nding_process.pdf (дата обращения - 05.02.2018).
17. Сайт фирмы Марпос. URL: http://www.marposs.com (дата обращения: 31.05.2017).
18. Леун Е. В. Разработка приборов активного контроля размерных параметров изделий с использованием сапфировых измерительных наконечников // Омский научный вестник. 2016. № 4 (148). С. 123-127.
19. Леун Е. В., Шулепов А. В. Исследование и разработка сапфировых измерительных наконечников для приборов активного контроля размерных параметров изделий // Омский научный вестник. 2017. № 3(153). С. 91-95.
20. Leun E. V., Leun V. I., Sysoev V. K., Zanin K. A., Shulepov A. V., Vyatlev P. A. The active control devices of the size of products based on sapphire measuring tips with three degrees of freedom // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 944. Doi :10.1088/1742-6596/944/1/012073.
21. Леун Е. В., Леун В. И., Шаханов А. Е. Сапфировые наконечники приборов активного контроля размеров изделий, выполненных с впадинами и выступами, с возможностью определения бокового приближения выступов // Проблемы машиноведения: материалы II Междунар. науч.-техн. конф. 27-28 февр. 2018 г. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. С. 212-221.
22. Пат. 2418669 Российская Федерация, МПК B 24B 1/00, B 24B 51/00. Способ шлифования изделий из сверхтвердых и хрупких материалов / Гридин О. М., Теплова Т. Б. № 2009145164/02; заявл. 2009145164/02, 07.12.2009; опубл. 20.05.2011, Бюл. № 14.
23. Абсолютные преобразователи угловых перемещений. Каталог продукции СКБ ИС, С.-Петербург. URL: http://www.skbis.ru/catalog2014/catalog_angle_abs_2014.pdf (дата обращения 20.05.2018).
24. Измерители лазерные триангуляционные. Серия РФ603. Каталог продукции ООО "РИФТЭК", Минск. URL: https://riftek.com/media/documents/rf60x/manuals/Laser_Triangulation_Sensors_RF603_Series_rus.pdf (дата обращения 20.05.2018).
25. Мышев В. В., Капезин С. В., Игнатов С. А. Повышение разрешающей способности интерференционных датчиков линейных перемещений // Лазеры в приборостроении и машиностроении. 1990. С. 12-13.
26. Teleshevsky V. I., Grishin S. G. Digital transformations of the phase measurement information in the high resolution heterodyne laser interferometry // Proceedings of SPIE. 2008. V. 7006. P. 70060E-1-70060E-7.
27. Grishin S. G. Estimating phase errors in heterodyne laser interferometer measurement systems // Measurement Techniques. New York : Springer, 2011. V. 54, No. 8. P. 865-868.
28. Леун Е. В. Особенности схемотехники акустооптических лазерных систем для измерения перемещений с фазо-цифровым преобразованием // Технология машиностроения. 2002. № 5. С. 33-39.
29. Леун Е. В., Леун В. И., Шаханов А. Е. Метрологический анализ лазерных приборов активного контроля размеров изделий с использованием корундовых наконечников // Омский научный вестник. 2018. № 2 (158). С. 98-104.
30. Пат. 2314762 Российская Федерация, МПК A61B 17/3203, B62J 1/14, B62J 1/20, B65B 3/32, A61B 17/00, A61B 17/32, B67C 3/20, F01B 19/00. Плунжерная пара для хирургических инструментов, аппаратов, устройств
и способ сборки плунжерной пары для хирургических инструментов, аппаратов, устройств / Савенков В. А. № 2005140238/14; заявл. 23.12.2005; опубл. 20.01.2008, Бюл. № 2.
31. Пат. 2521129 Российская Федерация, МПК B28D 5/00, B24B 1/00, C30B 33/00, F04B 15/00, A61M 5/168. Способ обработки цилиндрических поверхностей сапфировых деталей, сапфировая плунжерная пара
и насос-дозатор на ее основе / Савенков В. А. №2012157503/03; заявл. 27.12.2012; опубл.27.06.2014, Бюл. № 18.
32. Пат. 2585885 Российская Федерация, МПК B24B 1/04, B28D 5/00. Способ обработки трущихся поверхностей деталей из искусственно выращенного монокристалла на основе альфа-А1203 / Савенков В.А. № 2014133051/02; заявл. 12.08.2014; опубл.10.06.2016, Бюл. № 16.
УДК 004.3
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ
DESIGNING OF AUTOMATED MONITORING SYSTEM TECHNOLOGICAL PROCESSES AND DISPATCH CONTROL OF OBJECTS OF THE GAS TRANSPORT SYSTEM
Н. А. Лучкин, А. Г. Янишевская, Ж. В. Голикова
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
N. A. Luchkin, A. G. Yanishevskaya, Zh. V. Golikova
Omsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. В статье рассматриваются основные функциональные требования и программно-технические решения по реализации системы автоматизации мониторинга технологических объектов. На основе проведенных исследований и полученных экспериментальных данных представлено решение по повышению эффективности автоматизированной системы мониторинга технологических объектов транспортировки газа. Предложена модель построения отказоустойчивой системы автоматизации в промышленности, позволяющая добиться надежности функционирования основных элементов автоматизированной системы мониторинга.
Ключевые слова: газоперекачивающий агрегат, система автоматизации мониторинга технологических объектов, автоматизированная система мониторинга, отказоустойчивая система.
DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-2-37-43
I. Введение
Автоматизация производственных процессов нефтегазовой промышленности является высочайшей формой развития техники в области добычи, переработки, транспорта и хранения нефти и газа, предусматривающая применение передовых технологий, высокопроизводительного и надежного оборудования.
Современные нефтегазодобывающие предприятия представляют собой сложные комплексы технологических объектов, рассредоточенных на больших площадях, размеры которых достигают десятков и сотен квадратных километров. Добыча нефти и газа производится круглосуточно, в любую погоду, и именно поэтому для нормального функционирования нефтегазодобывающего предприятия необходимо обеспечить надежную работу автоматизированного оборудования, дистанционный контроль за работой технологических объектов и их состоянием [2].
Потребность в использовании современных ИТ-решений компаниями нефтегазового сектора обусловлена множеством факторов: географическими масштабами бизнеса, сложной разветвленной структурой, повышенными требованиями к безопасности, необходимостью соответствия мировым стандартам.
Важнейшей задачей, стоящей перед газовой отраслью, является дальнейшее повышение эффективности диспетчерского управления газотранспортной системой на базе создания комплексно-автоматизированных технологических объектов и развития взаимосвязанного иерархического комплекса автоматизированных систем на основе диспетчерского управления, необходимое для повышения эффективности принятия управленческих решений [3].
