авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

автоматическое распознавание дефектов деталей подшипников при вихретоковом контроле на основе интегральной оценки спектров вейвлет-коэффициентов информационных

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПЧЕЛИНЦЕВ Андрей Сергеевич

автоматическое распознавание дефектов деталей подшипников при вихретоковом контроле на основе интегральной оценки спектров вейвлет-коэффициентов информационных сигналов

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Игнатьев Александр Анатольевич
Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Кушников Вадим Алексеевич - кандидат технических наук Горбунов Владимир Владимирович
Ведущая организация - Институт проблем точной механики и управления РАН, г. Саратов

Защита состоится 27 декабря 2010 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г.Саратов, ул. Политехническая, 77, корп.1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан «25» ноября 2010 г.

Автореферат размещен на сайте ГОУ ВПО «Саратовский государственный

технический университет» www.sstu.ru «25» ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.А.Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В машино- и приборостроительных предприятиях, выпускающих высокоточные детали и изделия для авиационной, железнодорожной, автомобильной, судостроительной и другой техники, возникает необходимость поддержания конкурентоспособности, которую можно достичь повышением качества изготовления продукции. Одним из важнейших элементов машин и приборов являются подшипники качения. Для обеспечения качества продукции и эффективности подшипникового производства на предприятиях внедряют системы менеджмента качества продукции, одним из важнейших элементов которых является система мониторинга технологического процесса и оборудования. В свою очередь, технологический процесс производства подшипников должен подлежать автоматизированному контролю качества изготавливаемых изделий. Одним из элементов систем мониторинга является контроль качества шлифованных поверхностей качения деталей подшипников (колец и роликов). Наиболее эффективным и перспективным с точки зрения автоматизации представляется вихретоковый метод, подробно рассмотренный в работах А.Л. Дорофеева, Ю.Г. Казаманова, В.С. Соболева, Ю.М. Шкарлета и других ученых, изучавших электромагнитную дефектоскопию деталей. Вихретоковый метод контроля применяется в различных областях производства. В подшипниковой промышленности применение вихретокового метода контроля имеет специфику самого процесса контроля и изготовления контролирующего оборудования. Эффективность использования данного метода в настоящее время показана в ряде работ, в том числе выполненных в СГТУ.

В СГТУ тема вихретокового метода контроля в системе мониторинга производства деталей подшипников отражена в работах: А.А. Игнатьева, В.В. Горбунова, С.А. Игнатьева, О.В. Волынской, А.Р. Бахтеева и Д.О. Пчелинцева. Однако имеющиеся автоматизированные системы вихретокового контроля, применяемые в подшипниковой промышленности, не исключают в полной мере участие человека в процессе принятия решения о дефектах шлифованной поверхности качения деталей подшипников.

Имеющиеся на данный момент автоматизированные системы вихретокового контроля для мониторинга технологического процесса (ТП) шлифования деталей подшипников (в т.ч. использующая вейвлет-преобразование информационных сигналов) в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» не отвечают в полной мере автоматическому контролю, т.к. обеспечивают автоматическое распознавание только трех локальных дефектов деталей подшипников.

Автоматический процесс контроля и выдачи их результатов становится все более необходимым в связи с возникновением задач управления технологическими процессами и качеством продукции. Таким образом, к приборам неразрушающего контроля предъявляется требование совместимости с управляющими ЭВМ. Кроме того, желательно наличие обратной связи, которая обеспечит гибкое отслеживание приборами изменений ассортимента продукции с целью обеспечения высокой достоверности и точности контроля.

Повышение эффективности вихретокового метода контроля качества шлифованной поверхности деталей подшипников за счет автоматического анализа степени неоднородности поверхностного слоя и выявления типичных дефектов с помощью специальных методов вейвлет-анализа информационных сигналов, разработку необходимых интеллектуальных технологий, позволяющих повысить качество результатов контроля, следует считать актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является совершенствование вихретокового контроля качества шлифованных поверхностей качения деталей подшипников на основе автоматического распознавания локальных дефектов с применением интеллектуальных технологий при помощи интегральной оценки спектров вейвлет-коэффициентов информационных сигналов и автоматической классификации деталей по степени неоднородности поверхностного слоя деталей подшипников.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

  1. Разработка метода автоматического распознавания вида локальных дефектов поверхностного слоя деталей подшипников по определенному набору признаков на основе данных вихретокового контроля с применением вейвлет-преобразований и интеллектуальных технологий.
  2. Создание программного модуля для автоматического поиска и интеллектуальных алгоритмов распознавания наиболее распространенных локальных дефектов шлифованной поверхности качения деталей подшипников по данным вихретокового контроля.
  3. Практическая реализация разработанного метода локализации и классификации дефектов поверхностей качения деталей подшипников для совершенствования механизма обратной связи в системе мониторинга технологического процесса (СМТП).
  4. Внедрение модуля распознавания дефектов деталей подшипников в систему мониторинга процесса шлифования деталей подшипников.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Разработан метод автоматического распознавания локальных дефектов поверхностного слоя шлифованных деталей подшипников при вихретоковом контроле на основе использования интегральной оценки спектров вейвлет-коэффициентов информационных сигналов.
  2. Предложена и обоснована методика применения интегральных оценок спектров вейвлет-коэффициентов информационных сигналов при распознавании дефектов деталей подшипников, критериально оцениваемых по величине интегральной оценки, причем на первом этапе осуществляется распознавание по амплитудной составляющей информационных сигналов; если осуществляется совпадение интегральных оценок от дефектов в одном признаковом пространстве, то на втором этапе осуществляется распознавание по интегральным оценкам фазовой составляющей информационных сигналов.
  3. Разработан программный модуль, позволяющий реализовать алгоритм распознавания ряда дефектов по амплитудной составляющей и автоматический переход к распознаванию неопределенных дефектов по фазовой составляющей информационных сигналов вихретокового преобразователя.

Методы и средства исследования. В основе проведенных исследований лежат методы теории автоматического управления, аппарат вейвлет-преобразований, теория распознавания образов. Обработка результатов вихретокового контроля велась с использованием специально разработанного программного обеспечения в среде прикладных пакетов Wavelet Toolbox 2.0/2.1 (MATLAB 6).

Экспериментальные исследования проводились с использованием автоматизированной системы вихретокового контроля (АСВК) на базе автоматов контроля деталей подшипников (АВК-Р2 и ПВК-К2М) в производственных условиях ОАО «Саратовский подшипниковый завод».

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Применение метода автоматического контроля качества шлифованной поверхности по данным вихретокового контроля проводилось в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» в рамках задачи совершенствования автоматизированных средств контроля для системы мониторинга ТП и развития АСУ ТП предприятия.

Разработано методическое и программное обеспечение для выявления неоднородности структуры поверхностного слоя и автоматического распознавания шести основных локальных дефектов на основе вейвлет-анализа информационных сигналов АСВК в подшипниковом производстве.

Внедрение результатов работы осуществлено в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» в рамках программы внедрения специальных технических средств для совершенствования системы мониторинга и управления качеством, действующей на предприятии, что позволило на 8-11% повысить качество контроля деталей подшипников и в СГТУ в качестве учебно-методических материалов для дисциплины «Автоматизированный контроль и диагностика».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на: Всероссийских конференциях «Совершенствование техники, технологий и управления в машиностроении» (Саратов, 2009), «Информационные технологии, системы автоматизированного проектирования и автоматизированного производства» (Саратов-Балаково, 2010) и 5 региональных конференциях «Молодые ученые – науке и производству» (Саратов, две в 2008 г., две в 2009 г. и одна в 2010 г.), и на заседаниях кафедры «Автоматизация и управление технологическими процессами» СГТУ в 2008 -2010 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 1 статья в журнале, включенном в перечень ВАК РФ; 7 статей опубликованы без соавторов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Диссертация содержит 135 страниц, 50 рисунков, 5 таблиц, список используемой литературы включает 122 наименования.

На защиту выносятся:

  1. Метод автоматической оценки качества и распознавания вида локальных дефектов поверхностного слоя деталей подшипников на основе данных вихретокового контроля с применением вейвлет-преобразований.
  2. Программный модуль для автоматического поиска с разработанными алгоритмами распознавания наиболее распространенных локальных дефектов шлифованной поверхности, в производстве деталей подшипников по данным вихретокового контроля.
  3. Экспериментальное применение программного модуля с элементами интеллектуальных технологий, основанного на использовании метода интегральных оценок.
  4. Практическое применение экспериментальных данных распознавания локальных дефектов деталей подшипников с использованием интеллектуальных технологий в системе мониторинга ТП производства деталей подшипников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цель, решаемые задачи, научная новизна, практическая ценность работы, приведена реализация результатов, представлены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются методы неразрушающего контроля деталей подшипников. Обосновано, что наиболее перспективным с точки зрения автоматизации методом контроля поверхностного слоя деталей подшипников из всех рассмотренных является вихретоковый контроль.

Ряд работ, посвященных применению вихретокового метода, выполнен в СГТУ. Так, например, в работе О.В. Волынской выявлялись периодические дефекты поверхностного слоя деталей подшипников с помощью применения фурье-преобразования к сигналу вихретокового преобразователя (ВТП). Однако применение подобной методики не позволяет выявлять локальные дефекты поверхности деталей подшипников. В работе А.Р. Бахтеева разработан метод сортировки деталей подшипников по степени неоднородности поверхностного слоя и распознавание дефектов путем анализа изображений, составленных с помощью обработки сигнала ВТП. Вследствие особенностей алгоритма формирования карт неоднородностей поверхностного слоя деталей подшипников было выявлено большое количество классов кластеризации изображения, ряд которых неоднозначно описывают тип обнаруженных неоднородностей. Исследование научно-технической информации показал перспективность использования для поставленных задач аппарата вейвлет-преобразований, как для локализации неоднородностей в сигнале, так и для последующего выделения классификационных признаков для каждого из альтернативных распознаваемых дефектов. В СГТУ также рассматривались вопросы по применению вейвлет-преобразований в работах С.А. Игнатьева и Д.О. Пчелинцева. В работе Д.О. Пчелинцева имели место выборочные дефекты с геометрическими классификационными признаками, обработка которых осуществлялась из признакового пространства. Отличием данной работы от работы Д.О. Пчелинцева является обработка шести разнородных дефектов поверхностного слоя деталей подшипников с автоматическим выявлением локальных дефектов деталей подшипников и распознавания их с помощью интеллектуальных технологий, основанных на методе интегральных оценок. В работе С.А. Игнатьева рассматривались для распознавания три дефекта и показана возможность применения метода интегральных оценок. В данной работе усовершенствовано применение автоматического формирования классификационных признаков специальной обработки сигналов, основанной на применении метода интегральных оценок к амплитудным и фазовым составляющим информационных сигналов вихретокового преобразователя (ВТП).

Таким образом, к применению вихретокового контроля с использованием вейвлет-преобразований для выявления локальных дефектов поверхностного слоя деталей подшипников проявляется большой интерес исследователей в течение последних лет, однако ряд задач в части количества контролируемых параметров и полного автоматического контроля требуют решения.

В соответствии с целью работы поставлен и решен ряд задач.

Во второй главе рассматривается метод автоматического распознавания дефектов деталей подшипников при вихретоковом контроле на основе интегральной оценки вейвлет-коэффициентов информационных сигналов АСВК. В процессе производства появляется задача выбора рациональной совокупности контролируемых параметров технологического процесса и оборудования (ТПО) и организация процедуры контроля в соответствии с реально существующими ограничениями (по возможностям измерительных и вычислительных устройств, ограниченной точности измерений, по размещению датчиков на технологическом оборудовании, по временным и материальным ресурсам и т.п.). Это обусловлено тем, что ТПО включают в себя большое число компонентов со сложными функциональными и информационными связями, причем отдельные компоненты сами по себе являются сложными системами, например, автоматизированные станки с возможностью контроля продукции. При вихретоковом методе контроля оператор должен обладать достаточно большим опытом для визуального распознавания дефектов по изображению. Эту задачу существенно облегчают, во-первых, создание специального классификатора дефектов, выявленных другими известными методами, во-вторых автоматический процесс распознавания. Для распознавания локальных дефектов предусматривается метод, основанный на использовании вейвлет-преобразования информационных сигналов ВТП. На ОАО «Саратовский подшипниковый завод» дискретные вейвлет-преобразования (ДВП) применяются как первый этап в автоматизированном распознавании образов. Реальные нестационарные сигналы чаще всего состоят из кратковременных высокочастотных и длительных низкочастотных компонентов, поэтому для их анализа целесообразно применять преобразование, которое обеспечивает различные окна для различных частот (узкие – для высоких частот и широкие – для низких). Этим условиям отвечает вейвлет-преобразование. Вейвлеты обладают существенными преимуществами по сравнению с преобразованием Фурье, применяемым для периодических сигналов, потому что с их помощью можно анализировать прерывистые сигналы, либо сигналы с острыми всплесками. Материнскими вейвлетами могут быть различные функции, например, вейвлеты Хаара; Шеннона; Добеши; Мейера; «мексиканская шляпа» и т.д. Вейвлет-преобразование позволяет выявить количественную оценку различных дефектов деталей подшипников. Коэффициенты разложения зависят от выбора анализируемого всплеска, поэтому для каждой прикладной задачи необходимо подобрать наиболее приспособленный всплеск. При вейвлет-преобразовании сигнала f(x) представляется в виде взвешенной суммы базисных функций:

f (x) = Ci i (x), (1)

i

где i(x) – базисные функции, Ci – коэффициенты. Поскольку выбор базисных функций выполняется заранее, коэффициенты Сi содержат полную информацию об исходном сигнале.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.