Метод сравнительной оценки и контроля размеров в машиностроении литых корпусных заготовок, с помощью 3Б-сканера

Я.С. Караваев, В.Ю. Новиков

МЕТОД

СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ И КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ ЛИТЫХ КОРПУСНЫХ ЗАГОТОВОК, С ПОМОЩЬЮ 3Б-СКАНЕРА

Ставится задача дать оценку о годности крупногабаритной литой заготовки с помощью 3D-сканера. В качестве примера была выбрана крупногабаритная заготовка типа «корпус», полученная литьем и имеющая достаточно сложную геометрию. Ключевые слова: 3D-сканирование, контроль, крупногабаритная литая заготовка, методика, окончательный ответ, годность.

В промышленности эффективность изготовления и эксплуатации различных крупногабаритных деталей путем литья, зависит от степени автоматизации их контроля геометрии. Размеры контролируют по чертежу с использованием универсальных и специальных измерительных средств: калибры, шаблоны, циркули и т.д. В настоящее время контроль размеров крупногабаритных литых деталей получается не достаточно точным и занимает весьма значительное время. Внедрение контроля крупногабаритных деталей с помощью 3D-сканеров на основе ПК, позволит автоматизировать контрольно-измерительные операции и отказаться от применения универсальных измерительных средств и дорогостоящих специальных приспособлений.

Метод 3D сканирования применяется для решения широкого круга задач: от оцифровки (описание объекта) и масштабирования геометрии до контроля допусков формы и отклонений размеров деталей.

3D-сканер может проанализировать геометрию реального объекта и передать полученные данные в CAD (система автоматизированного проектирования).

Таким образом, 3D-сканер — это устройство во многом схожее с видеокамерой: оно имеет коническую зону видимости, и может собирать информацию о различных видимых поверх-

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 3. С. 92-96. © 2017. Я.С. Караваев, В.Ю. Новиков.

УДК 658.512

ностях. В отличие от видеокамеры, которая выдает цветные изображения, BD-сканер использует полученные изображения для расчета BD-данных в пределах своей зоны видимости (координаты точек поверхности и их удаленность от сканера). На выходе со сканера мы имеем либо облако точек (то есть набор XYZ-координат измеренных точек объекта), либо полигональную модель (триангулированное облако точек, то есть представление модели в виде набора треугольников).

В данном исследовании рассмотрен процесс BD-сканирова-ния и сравнения с CAD-моделью на примере литой заготовки типа корпус, материал МЛ5 (магниевый литейный сплав применяется для изготовления отливок в песчаные и оболочковые формы, в кокиль и под давлением нагруженных деталей средней и сложной конфигурации). Данная работа будет проводиться в 5 этапов. В качестве используемого оборудования для контроля был взят 3D сканер Creaform HandySCAN 700. Для анализа было использовано специализированное программное обеспечение: VXelements, Geomagic Verify.

Этап 1. 3D-сканирование исследуемой заготовки и получение его полигональной 3D-модели (результат замера в программе VXelements), рис. 1.

Дальнейшая работа по анализу геометрии проводилась в программном обеспечении Geomagic Verify для контроля геометрии по данным сканирования.

Этап 2. Загрузка полученной модели, а также математической 3D CAD-модели в программу для анализа, сравнений полученной модели образца с эталонной CAD-моделью, рис. 2.

Этап 3. Полученная модель приводится к системе координат CAD-модели, рис. 3. В данном случае использовалась наилучшее совмещение по поверхностям, не требующим дальнейшей механической обработки.

Этап 4. Определение отклонений по всей поверхностям данной заготовки, рис. 4.

Рис. 1

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

ЙЯ1..Е

Рис. 6

Рис. 7

Этап 5. Определение отклонений в выбранном сечении (для более точного результата измерений): сечение А — рис. 5, сечение В — рис. 6.

Вывод: с учетом проведенной работы можно сделать заключение, что данная заготовка является не годной и ее следует отправить на переотливку. Обрабатываемая часть является тонкой, что не соответствует размерам чертежа на заготовку, рис. 7.

В целом, общее время контроля (сканирования) заготовки не превысило 2-х ч, при условии максимально полного сканирования всех элементов заготовки. С использованием универсальных измерительных средств, общее время контроля такой же заготовки составило от 8 до 12 ч.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кувалдин Ю. И., Перевощиков В. Д. Расчет припусков и промежуточных размеров при обработке резанием. Учебное пособие. — Киров: Изд-во ВятГУ, 2005. - 163 с.

2. Технология конструкционных материалов. Учебник / Под ред. А. М. Дальского, 4-е изд., перераб. и доп - М.: Машиностроение, 2005. - 480 с.

3. Титов И. Д., Степанов С. А. Технология литейного производства. — М.: Машиностроение, 1978. — 432 с.

4. Правила контроля стальных отливок для атомных энергетических установок, www.complexdoc.ru.

5. Chang H.-C., Lin A. C. Automatic inspection of turbine blades using a

3-axis CMM together with a 2-axis dividing head // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2005. - № 26 - Pp. 789-796.

6. Гришанов В. Н., Ойнонен А. А. Современные лазерные измерительные системы в производственном цикле космической техники // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. -2012. - № 1(32) - С. 24-35.

7. Осипович Д. А., Ярушин С. Г. Выбор метода оцифровки для контроля геометрии крупногабаритных сложнопрофильных деталей и узлов авиационных двигателей // Молодой ученый. - 2014. - № 1. - С. 103-110.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Караваев Я.С.1 - аспирант,

Новиков В.Ю} - кандидат технических наук, профессор, 1 МГТУ «СТАНКИН».

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 3, pp. 92-96. Ya.S. Karavaev, V.Yu. Novikov METHOD OF COMPARATIVE ASSESSMENT AND CONTROL SIZE OF CAST HULL PIECES, BY 3D-SCANNER

The article seeks to assess the validity of large cast billets with by 3D-scanner. As an example, it has been selected the large workpiece such as «hull», obtained by casting and having a rather complex geometry.

Key words: 3D-scanning, control, the large cast billet, the technique, the final response, validity.

AUTHORS

Karavaev Ya.S.1, Graduate Student,

Novikov V.Yu.1, Candidate of Technical Sciences, Professor, 1 Moscow State University of Technology «STANKIN», 127055, Moscow, Russia.

REFERENCES

1. Kuvaldin Yu. I., Perevoshchikov V. D. Raschet pripuskov i promezhutochnykh razmerov pri obrabotke rezaniem. Uchebnoe posobie (Calculation of allowances and intermediate size in machining. Educational aid), Kirov, Izd-vo VyatGU, 2005. 163 p.

2. Tekhnologiya konstruktsionnykh materialov. Uchebnik. Pod red. A. M. Dal'skogo,

4-e izd. (Technology of constructional materials. Textbook. Dal'skiy A. M. (Ed.), 4th edition), Moscow, Mashinostroenie, 2005, 480 p.

3. Titov I. D., Stepanov S. A. Tekhnologiya liteynogo proizvodstva (Technology of foundry), Moscow, Mashinostroenie, 1978, 432 p.

4. Pravila kontrolya stal'nykh otlivok dlya atomnykh energeticheskikh ustanovok (Control regulations for steel founding for atomic power plants), www.complexdoc.ru.

5. Chang H.-C., Lin A. C. Automatic inspection of turbine blades using a 3-axis CMM together with a 2-axis dividing head. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2005, no 26, pp. 789-796.

6. Grishanov V. N., Oynonen A. A. Vestnik Samarskogogosudarstvennogo aerokosmich-eskogo universiteta. 2012, no 1(32), pp. 24-35.

7. Osipovich D. A., Yarushin S. G. Molodoy uchenyy. 2014, no 1, pp. 103-110.

UDC 658.512