ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Частное техническое решение, имеющее самостоятельное значение.

В основу алгоритма работы устройства контроля качества изготовления деталей непосредственно в процессе их обработки (например, на операциях чистового точения металлов) положено сравнение изменения формы спектра виброакустической эмиссии (ВАЭ), возникающей в зоне контакта при резании с эталонным изменением формы спектра виброакустической эмиссии (ВАЭ) трения, получаемым для конкретных условий эксплуатации трущейся пары.

Принципы метода следующие. Поверхности хорошо приработанных трущихся пар, например узел вал-втулка, после разборки подвергают измерению спектральных характеристик ВАЭ трения, поскольку они отражают энергетическую природу эксплуатационных свойств деталей. Материал (твердый сплав, бронза, чугун и т.п.) притира и условия трения (усилие прижима, площадь контакта, скорость относительного перемещения и т.п.) одинаковы для вала и для втулки. При этом делается 10-12 повторений записи сигнала ВАЭ трения в различных участках их поверхностей.

Процедура производится на токарном станке с приводом плавного регулирования частоты вращения шпинделя или на специальном стенде, аналогичном машине трения. Сигнал ВАЭ трения в диапазоне частот 5000 - 100000 Гц, исключающем влияние низкочастотной составляющей (100 - 1000 Гц) системы станок - приспособление - инструмент - деталь, снимается в диапазоне от 5000 до 20000 Гц отечественными стандартными акселерометрическими датчиками вибраций типа Д-13, Д-14, так как здесь он наибольший, а выше - пьезокерамическими пластинами, т.к. уровень сигнала в этой области не превышает 10 - 15 дБ. При этом следует учитывать тот факт, что в первом диапазоне при увеличении износа сигнал увеличивается в 8 -10 раз, а во втором - в 80 - 100 раз.

Специально изготовленный двухкаскадный широкополосный усилитель состоит из нерегулируемого предусилителя с автономным источником питания, имеющего линейную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) при коэффициенте усиления не менее 300, и управляемого усилителя, имеющего регулируемый от микро-ЭВМ коэффициент усиления не менее 500, а также возрастающую АЧХ в диапазоне до 10000 Гц и линейную характеристику в остальном диапазоне частот.

Резонансные частоты (200, 800, 3200, 12800, 50000 и 100000 Гц.) после усилителя поступают на вход (можно использовать универсальный треть-октавный анализатор спектра параллельного действия типа Ф4337) шести узкополосных треть-октавных фильтров с названными выше центральными частотами. На выходе каждого из фильтров установлены детектор и интегратор. Дополнительно усиленные и выпрямленные сигналы с каждого канала через коммутатор аналоговых сигналов и аналого-цифровой преобразователь поступают на вход микро-ЭВМ, где по специальной программе производится их регистрация для получения спектра ЭДС трения. При этом делается 10-12 повторений записи сигнала в различных участках поверхности вала или втулки. Затем вычисляются исходные общие вектора (признак первого уровня) спектра ВАЭ трения, построенные в шестикоординатном пространстве на интенсивностях указанных выше его частотных полос как на координатных осях, равным образом для вала и для втулки, а также эталонный угол (признак второго уровня) между этими векторами.

Аналогичным образом производится измерение спектра ВАЭ трения и вычисление предельных общих векторов и угла между ними для изношенных (можно на форсированных режимах и без смазки) вала и втулки. Разница между исходным и предельным углами есть мера, со значением которой будет сравниваться величина изменения угла между векторами спектра ВАЭ резания, заранее полученного для вала, и непрерывно вычисляемым непосредственно в процессе обработки для втулки или наоборот, сначала полученного для втулки.

Из теории распознавания образов следует, что мера близости формы спектров может определяться рядом критериев.

Расстоянием Бхаттачария (В-расстояние).

d-мерой (d-расстояние), основанной на определении усредненного минимального расстояния от средних векторов признаков двух спектров до оптимальной разделяющей гиперповерхности с использованием Байесовских решающих правил.

Эвклидовым расстоянием (Е-расстояние), выражающим среднеквадратическую величину отклонения углов наклона векторов спектров ВАЭ резания изготавливаемой трущейся пары от заданной (эталонной) среднеквадратической величины отклонения углов наклона векторов спектров ВАЭ трения поверхностей хорошо приработанных деталей из материалов того же состава.

Вариационным расстоянием Колмогорова (К-расстояние).

Расстоянием Махаланобиса (М-расстояние), выражающим отношение расстояния между математическими ожиданиями векторов двух различных спектров к дисперсии величины проекции векторов каждого спектра на направляющий вектор разделяющей гиперплоскости.

Обобщенным расстоянием Себастьяна (С-расстояние) или метод максимизации расстояния между совокупностями признаков, разделяющих объекты разных спектров, при сохранении неизменным расстояния между признаками, объединяющими объекты одного спектра.

Кластерным методом Тоу и Хейдорна (ТХ-расстояние), основаным на минимизации математического ожидания расстояния между объектами одного спектра, чем достигается значительное понижение размерности пространства признаков.

Для принятия решения об окончательном выборе меры близости спектров было проведено четыре серии испытаний при продольном точении металлов твердосплавным инструментом: Сталь40Х - твердый сплав Т5К10, Сталь ОХ18Н10Т - твердый сплав Т5К10, Сталь ОХ18Н10Т - твердый сплав ВК8, Титановый сплав ВТ14 - твердый сплав ВК8. Сопоставление мер близости, полученных для одних и тех же условий резания, показало, что алгоритм прогнозирования качества изготовления деталей при резании (в частности, при чистовом точении) должен базироваться на признаках второго уровня, а оптимальной мерой близости спектров следует считать Эвклидово расстояние (Е - расстояние).