СПОСОБ КОНТРОЛЯ И ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОТЛИВКИ Российский патент 1997 года по МПК G06F17/00 

Изобретение касается способа контроля размерных параметров отливок, применяемого, в частности, к деталям литейного производства авиационной промышленности.

По сложившимся правилам в области литейного производства авиационной промышленности осуществляется два уровня контроля отливок: контроль необработанных изделий литейного производства, а также окончательный контроль готовых деталей после завершения всех стадий обработки.

Обычно контроль изделий на всех двух уровнях осуществляется по технологии двух типов: первый состоит в оценке внешнего вида при визуальном осмотре изделий с целью проверки качества обрубки и зачистки поверхностей, их состояния и частоты предусмотренных в данном изделии каналов; второй заключается в проверке размерных характеристик изделия либо путем снятия его геометрических размеров при помощи штангенциркуля и штангенглубиномера, либо путем вычерчивания формы и осей.

Оба типа контроля осуществляются обычно на первом изделии, выполненном по новой технологии или на новом оборудовании. Такое изделие по существу становится объектом полного и всестороннего контроля всех размерных параметров, а иногда даже подвергается рассечению. Затем особый контроль размерных параметров осуществляется эпизодически на случайно отобранных образцах изделий данного типа.

До настоящего времени эти виды контроля выполнялись главным образом вручную. В процессе осуществления такого контроля исследуемая деталь местами окрашивалась для придания большей заметности специальной маркировке, предварительно выполненной оператором или контролером с помощью чертилки или измерительного циркуля.

Точность такой трассировки оценивается величиной порядка пяти сотых долей миллиметра, а толщина линий составляет примерно одну десятую долю миллиметра.

Операции, связанные с осуществлением такого контроля, представляют собой достаточно сложную и тонкую работу, выполняемую весьма квалифицированным персоналом, и требуют: разместить исследуемую деталь в исходное положение для механической обработки; вычертить наружные части детали (наиболее удаленные), для того чтобы убедиться в отсутствии существенных деформаций после термической обработки; вычертить в плоскости необходимые оси и координатные риски сверлений и расточек; перевернуть деталь в другую плоскость и повторно выполнить перечисленные выше операции; вычертить и провести обмеры нескольких наиболее важных и отечественных форм.

Совокупность подобных контрольных операций, таким образом, оказывается весьма трудоемким и рутинным делом, занимающим, к тому же, весьма продолжительное время, что существенно увеличивает сроки и стоимость производства.

Всесторонний контроль размерных параметров необработанной детали, полученной в литейном производстве, может, к примеру, продолжаться до нескольких недель.

Наиболее близким к предлагаемому является способ анализа изделия, при котором размеры изделия сравниваются при помощи компьютера с размерами модели, построенной на основе системы автоматизированного проектирования (САПР) (1). Однако этот способ не является достаточно эффективным при промышленном производстве автоматизированным методом.

Изобретение позволяет в значительной степени решить эти проблемы.

Целью изобретения является повышение эффективности контроля. При контроле размерных параметров отливок, в котором литейные заготовки и законченные детали литейного производства были первоначально определены в специальном массиве информации системой автоматизированного проектирования (САПР), его осуществляют следующим образом:
размещают и позиционируют исследуемую деталь на основании и фиксируют место расположения этого основания в пространстве (определение координат местоположения);
отбирают подлежащие контролю зоны исследуемой детали;
анализируют форму исследуемой детали с использованием компьютерных средств данных, средств трехмерного пространственного измерения и средств управления для каждой выбранной зоны контроля следующим образом:
выполняют трехмерные пространственные измерения;
запоминают полученные таким образом результаты для точек выполнения замеров;
сопоставляют результаты замеров в выбранных точках измерения с определениями детали, хранящимися в специальном массиве информации автоматизированной системы проектирования, а затем после проведения анализа во всех выбранных зонах;
принимают или не принимают данную деталь в зависимости от совокупности всех результатов сравнения.

В соответствии с одной из характеристик изобретения сопоставление результатов измерения в выбранных точках с информацией из массива системы автоматизированного проектирования состоит в следующем:
осуществляют первое сопоставление результатов замеров в выбранных точках и определяют необработанную отливку в специальном массиве информации системы автоматизированного проектирования;
осуществляют второе сопоставление с определением законченной детали в массиве информации системы автоматизированного проектирования в том случае, когда результат первого сопоставления не укладывается в диапазон выбранных пропусков;
запоминают выявленные дефекты и/или отклонения, зафиксированные после этих двух операций сопоставления.

В соответствии с другой характеристикой изобретения данный способ включает предварительный этап, состоящий в проверке наличия дефектов механической обработки поступившей на исследование детали.

Еще одна характеристика изобретения заключается в том, что проверка дефектов механической обработки исследуемой детали состоит в следующем: определяют исходную или отправную плоскость; определяют систему ориентации.

С другой стороны, упомянутый выше предварительный этап состоит, кроме того, в проверке позиционирования исследуемой детали на технологической установке.

Способ в соответствии с изобретением состоит, кроме того, по завершении второго этапа сопоставления в том случае, когда исследуемая деталь не укладывается в данные допуски, в выполнении операции перебалансировки исследуемой детали и отбраковке этой детали, если и после операции балансировки она не соответствует заданным требованиям.

Способ контроля размерных параметров отливок в соответствии с одной из характеристик изобретения, в том случае, когда операция перебалансировки не привела к отбраковке исследуемой детали, состоит в расчете необходимых исправлений, которые следует выполнить для того, чтобы устранить выявленные дефекты исследуемой детали.

В соответствии с изобретением операции измерений результатов с данными из массива информации системы автоматизированного проектирования осуществляются последовательно по каждой из выбранных зон контроля.

Измерительные операции осуществляются путем сканирования поверхностей данной контролируемой зоны средствами измерения.

Переход от измерений в одной контролируемой зоне к измерениям в следующей зоне контроля осуществляются путем взаимного перемещения исследуемой детали и средств измерения.

На фиг. 1 изображена схема установки для практической реализации способа в соответствии с изобретением; на фиг. 2 (а,б) структурная схема последовательных этапов практической реализации способа в соответствии с изобретением; на фиг. 3 (а,б) схемы, соответствующие типу визуализации двух зон контроля.

В составе установки предусмотрены (фиг. 1) локализованные средства 1 обработки информации. Эти средства могут представлять собой, например, компьютер или микропроцессор, связанный линией передачи данных в цифровой форме в центральную компьютерную систему 2, содержащую массив информации САПР, определяющий исследуемые детали. Фактически этот специальный массив информации, который формируется в процессе проектирования рассматриваемых деталей, представляет собой определение необработанных деталей литейного производства и определение окончательно обработанных деталей.

С использованием известной технологии наложения изображений оператор установки имеет возможность при помощи клавиатуры, связанной с микропроцессором, получить на экране монитора графическое представление контролируемой в данный момент детали в виде, определяемом массивом информации системы автоматизированного проектирования, т.е. в том виде, который эта деталь должна иметь, и в виде, фактически определяемом выполняемыми в процессе ее контроля измерениями.

С помощью клавиатуры оператор также имеет возможность управлять ходом процесса измерения и реализации способа.

Для реализации предлагаемого способа в установке предусмотрены некоторые дополнительные средства. Так, например, для осуществления этапа отбора зон контроля предусмотрены электронные и механические средства, позволяющие по командам средств обработки информации обеспечить относительные перемещения средств измерения и контролируемой детали.

Средства 3 предварительной обработки информации и управления предусмотрены в составе упомянутой установки для того, чтобы осуществлять связь между средствами 4 измерения и локальными средствами 1 обработки измерительной информации. Эти средства 3 имеют в своем составе контур 5 преобразования сигналов и контур 6 управления.

Командные сигналы, посылаемые компьютерными средствами в цифровой форме, трансформируются контуром 6 в аналоговые сигналы управления. Эти средства управления имеют в своем составе силовую электронику, которая непосредственно осуществляют управление двигателями, обеспечивающими перемещение измерительного комплекса.

Контур 5 преобразования сигналов выполняет функции кондиционирования и преобразования аналоговых измерительных сигналов в сигналы в цифровой форме.

Средства 4 измерения размещаются на портальной опоре, образованной двумя вертикальными стойками 7 и 8, имеющими возможность перемещаться вдоль поперечной балки 9 в направлении оси X.

Перекладина или поперечная балка 9, опирающаяся на вертикальные стойки, имеет возможность перемещаться в направлении оси Z. Собственно средства измерения установлены на каретке 10, которая имеет возможность перемещаться вдоль поперечной балки 9 в направлении оси Y.

Средства измерения в общем представляют собой трехмерный датчик. Эти средства могут быть реализованы также в виде специального измерительного робота.

Контролируемая деталь 11 устанавливается на монтажный стол установки, оборудованный крепежной плитой 12, обеспечивающей позиционирование относительно осей X, Y и Z, а также относительно некоторой исходной точки, представляющей собой неподвижную точку в пространстве или некоторую фиксированную точку на крепежной плите.

Необработанная отливка 11 устанавливается оператором установки на крепежную плиту 12. Первая стадия контроля состоит для оператора прежде всего в проверке наличия исходной позиции для механической обработки. Эти исходные позиции представляют собой некоторую начальную плоскость и систему ориентиров, состоящую либо из двух отверстий центрирования, либо из центрирования и указания направления.

Оператор проверяет также устойчивость детали на монтажном столе.

Как видно из структурной схемы, представленной на фиг. 2 (а,б), способ контроля далее состоит в автоматическом выполнении следующих этапов: определение местоположения контролируемой детали в пространстве относительно фиксированного ориентира (этап 101); выбор контролируемой зоны (102); осуществление анализа форм контролируемой детали в выбранной зоне контроля.

Анализ форм (этап 103) состоит в том, чтобы выполнить трехмерные пространственные измерения в выбранной зоне (200); запомнить результаты, полученные в точках измерения (200); сопоставить результаты выполненные измерений с определением, имеющимся в массиве информации системы автоматизированного проектирования, и запомнить результаты этого сопоставления (200); в зависимости от результатов сопоставления сохранить или забраковать данную деталь.

В предпочтительном варианте практической реализации изобретения составляется специальный массив информации, содержащий результаты измерений контролируемой детали (207), а контролируемые зоны детали графически отображаются или визуализируются (207) на экране монитора компьютера 1.

В соответствии с предлагаемым способом анализ выбранных зон проводится последовательно по каждой зоне до тех пор, пока все выбранные зоны не будут проанализированы (104).

После окончания операции анализа выбранной зоны средства измерения автоматически перемещаются в новое положение для осуществления измерений в следующей зоне. Управление этим перемещением осуществляется оператором с клавиатуры (210), причем ведется контроль числа проанализированных зон (211).

Для каждой анализируемой зоны в том случае, если в этой зоне зарегистрированы те или иные дефекты (105, 106), предлагаемый способ состоит в расчете перебалансировки данной детали каким-либо известным методом (108).

Напомним, что балансировка детали позволяет узнать положение данной детали в объеме реальной заготовки по отношению к ее теоретическому объему с учетом допусков и реперных позиций.

Если после расчета перебалансировки получается величина реальной заготовки, которая не выходит за пределы теоретического объема (109), последующие действия, предписываемые предлагаемым способом, состоят в осуществлении расчета регулировки, которую необходимо осуществить для того, чтобы вернуть данную деталь к соответствию параметрам, содержащимся в массиве информации системы автоматизированного проектирования для необработанной детали. Принятие решения об осуществлении такого расчета остается за оператором, который имеет возможность с помощью клавиатуры управлять выполнением этого расчета.

В том случае, когда перебалансировка оказывается невозможной (110) или нежелательной по тем или иным причинам, деталь, подвергающаяся исследованию, бракуется. В противном случае эта деталь признается годной для дальнейшего использования.

Разумеется, в том случае, когда никаких дефектов в исследуемой детали не зарегистрировано (107) и результаты сопоставления измеренных параметров с определением, содержащимся в массиве информации системы автоматизированного проектирования, оказываются положительными, исследуемая деталь также признается пригодной для дальнейшего использования (113).

В предпочтительном варианте практического использования изобретения этап сопоставления полученных результатов измерения исследуемой детали с информацией, содержащейся в массиве системы автоматизированного проектирования (200), имеет в своем составе один или два подэтапа, содержание которых может быть определено следующим образом:
осуществляется первое сопоставление полученных на исследуемой детали результатов измерения с определениями, содержащимися в массиве информации системы автоматизированного проектирования по данной детали в необработанном состоянии;
в том случае, если результаты этого первого сопоставления показывают, что исследуемая деталь изготовлена в соответствии с принятыми допусками (201), данная деталь признается пригодной для дальнейшего использования:
случае, когда результаты этого первого сопоставления показывают, что параметры исследуемой детали выходят за пределы установленных допусков (202), производится второе сопоставление полученных результатов измерения исследуемой детали с определениями, содержащимися в массиве информации системы автоматизированного проектирования по данной детали в ее законченном виде (203);
в том случае, когда один или несколько выявленных на исследуемой детали дефектов продолжают оставаться ими и после этого второго сопоставления (205), предлагаемый способ предписывает запомнить параметры этих дефектов и/или обнаруженные в процессе измерения отклонения от заданных параметров (206).

В качестве примера на фиг. 3а представлена схема графического отображения или визуализации анализируемой зоны исследуемой детали на экране монитора компьютерной системы установки в соответствии с изобретением, показывающая бобышку в целом.

Форма исследуемой детали в окончательно обработанном виде на этой схеме вызуализации представлена позицией U, реальная, полученная на основе фактически выполненных измерений форма необработанной отливки, представлена позицией BR и, наконец, теоретическая форма заготовки исследуемой детали представлена на приведенной схеме позицией B. Эти три варианта формы исследуемой детали на экране монитора накладываются друг на друга и позволяют выявить два дефекта исследуемой отливки.

В результате анализа имеющихся дефектов можно сделать вывод о том, что дефект AI является неприемлемым, поскольку он имеет место и на контуре, изображающем окончательно обработанную деталь, если она будет изготовлена на данной заготовки.

Тот же анализ показывает, что дефект A2 оказывается приемлемым, поскольку он располагается на участке, который будет удален в процессе сверления данной заготовки в процессе получения окончательно обработанной детали.

На фиг.3б представлен другой пример визуализации анализируемой зоны исследуемой с применением способа в соответствии с предлагаемым изобретением детали. В данном случае речь идет об отверстии или расточке в бобышке.

Здесь, как и на фиг. 3а, форма окончательно обработанной детали обозначена позицией U, форма реально существующей заготовки обозначена BR, а форма расчетной теоретической заготовки имеет обозначение B.

Этот пример выявляет два типа дефектов на визуализированном изображении трех различных форм детали.

Здесь неприемлемым является дефект A3, тогда как дефект A4 всего лишь ограничивает опорную поверхность и может быть принят.

Изобретение касается способа контроля размерных параметров отливок, в котором литейные заготовки и окончательно обработанные детали литейного производства первоначально определяют в специальном массиве информации системы автоматизированного проектирования, и который отличается главным образом тем, что он содержит следующие этапы: позиционирование контролируемой детали на монтажном столе и определение местоположения этого монтажного стола в пространстве; выбор контролируемых зон; анализ форм контролируемой детали с использованием средств обработки информации, трехмерных пространственных средств измерения и средств управления, состоящий для каждой выбранной зоны контроля в осуществлении трехмерных пространственных измерений; запоминании результатов выполненных измерений; сопоставлении полученных результатов измерений с определениями, содержащимися в массиве информации системы автоматизированного проектирования, а затем после завершения контроля во всех выбранных зонах принятие или непринятие контролируемой детали в зависимости от результатов упомянутого сопоставления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля и оценки качества отливки, включающий позиционирование и локализацию изделия на опорной поверхности, сканирование выбранной зоны изделия при помощи трехмерных измерительных средств, проведение анализа формы изделия в выбранной зоне с передачей данных по трехмерным измерениям в ЭВМ, запоминание и сопоставление результатов трехмерных изменений для соответствующих выбранных зон с данными файла системы автоматизированного проектирования по изделию, имеющему данные формы и допуски по отливке и готовому изделию, и производят визуализацию для оператора выбранной зоны по результатам трехмерных измерений и данным файла системы автоматизированного проектирования, включая визуальное представление выбранной зоны в конфигурациях отливки и готового изделия, на основании чего производят приемку или отбраковку отливки, отличающийся тем, что при сопоставлении результатов трехмерных измерений производят первое сравнение этих данных с соответствующими данными файла системы автоматизированного проектирования по отливке изделия и если данные по трехмерным измерениям выходят за пределы допусков отливки по такому файлу, то производят второе сравнение данных трехмерных измерений с данными файлами системы автоматизированного проектирования по завершенному изделию, а если по результатам второго сравнения изделие выходит за пределы заданных допусков, то определяют пространственные параметры изделия по файлу системы автоматизированного проектирования, которые сравнивают с его расчетным объемом, включая допуск, затем повторяют сканирование и анализ формы по соответствующим зонам для всего изделия, дополнительно проверяют изделие на наличие машинных дефектов, после второго сравнения данных трехмерных измерений с данными файла системы автоматизированного проектирования по завершенному изделию в случае регистрации в анализируемой зоне дефектов производят перебалансировку данной детали с определением ее положения в объеме реальной отливки по отношению к ее расчетному объему с учетом допусков и реперных позиций, при получении после расчета перебалансировки величины реальной отливки в пределах ее расчетного объема определяют с помощью оператора регулировки для получения параметров детали, соответствующих параметрам в файле данных системы автоматизированного проектирования необработанной детали, а в случае невозможности или нежелательности перебалансировки производят отбраковку данной детали. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при проверке изделия на наличие машинных дефектов определяют первоначальную плоскость и системы ориентации, а затем располагают на его опорной поверхности по отношению к первоначальной плоскости.