Встроенная оптическая система контроля поверхности.
Встроенная оптическая система контроля поверхности (рис. 10.1) позволяет оперативно изменять траекторию относительного перемещения инструмента и изделия. Система контроля обрабатываемой поверхности дает информацию о топологии распределения припуска по всей обрабатываемой поверхности и формирует зоны с разной величиной припуска и шероховатости, а это позволяет планировать перемещение инструмента, изменяя закон его движения в зависимости от обрабатываемой зоны. В данном случае получаем интеллектуальную систему управления, которая осуществляет настройку, выбор режимов и траекторий движения инструмента для отдельных зон поверхности.
Следует отметить, что при обработке абразивным инструментом, который характеризуется стабильным съемом материала (удельный съем материала в единицу времени Qрез. = const (рис. 9.4)) в достаточно широком диапазоне изменения прижимающего усилия и подачи, можно получать высокоточные геометрические размеры поверхности изделия при недостаточной точности механизмов станка. Это возможно только при высокоточной системе контроля. В данном случае инструмент снимает слой материала, толщина которого меньше допустимой погрешности на окончательный размер поверхности ?
Требуется провести анализ каждой зоны и выбрать для нее соответствующую траекторию перемещения инструмента и режимы обработки. Анализ зон включает: определение ее границ, вписывание ее в одну из фигур, хранящихся в базе данных, выбор начальной точки движения инструмента и назначение траектории его движения.
Таким образом, требуется решить задачу распознавания образа зоны поверхности и выбрать варианты обработки.
Представим данную процедуру на языке формальной логики. Рассмотрим детерминированный подход на основе обучаемых классификаторов . Будем считать, что оптическая система, просматривая всю поверхность с заданной дискретностью, формирует координаты зоны Si, в которой отклонения припуска или шероховатости лежат в пределах заданной величины ?i.
Каждая зона представляет массив точек поверхности, характеризуемых двумя координатами Ri=(xizi)T. Решается плоская задача. Третья координата может быть вычислена через две известные, так как поверхность считается заданной и следовательно имеется зависимость yi=F(xizi), представляемая в виде сплайнов либо двумерных полиномов.
С целью сокращения объема информации достаточно для каждой зоны Si хранить только координаты ее границы, так как координаты и режимы обработки внутренних точек полностью определяются через координаты границы.
Зная границы зоны, требуется отнести ее к одной из регулярных фигур, в которую она вписывается полностью с минимальными отклонениями. В качестве регулярных фигур принимаютcя известные геометрические фигуры, в нашем случае это окружность и прямоугольник.
Близость поверхностей будем оценивать по минимуму площадей
Sф.-Si = min,
где Sф. — площадь типовой фигуры, Si — площадь анализируемой зоны.
Итак, первоначально необходимо оптимальным образом вписать зону в каждую из типовых фигур. Затем сравнить площади фигуры с площадью зоны и причислить ее к фигуре, для которой разность площадей минимальна.
Сопоставление зоны поверхности с одной из фигур выполняется по расстоянию между множествами точек границы анализируемой зоны и типовой фигуры. Первоначально определяются координаты центра зоны как центра ее тяжести (рис. 10.6)
Координаты XцYц принимаются за координаты центра описанной окружности. Радиус окружности определяется как расстояние до максимально удаленной точки границы зоны
Для прямоугольника координаты XцYц также принимаются за центр его тяжести.
Требуется вписать анализируемую зону в типовую поверхность с минимальной площадью (рис. 10.7). Для этого осуществляется вращение прямоугольника вокруг точки с координатами XцYц и определяется касание сторон АВСD с границей зоны. Для прямой B точки зоны лежат выше этой прямой и точка касания 2 должна удовлетворять уравнению прямой.
Рис. 10.5.
Допустим, что прямая $B$ описывается уравнением
yB = KixB + bi (10.8)
Для поиска точек касания 2 и 4 при фиксированном Ki изменяется bi = var и определяются расстояния от точек границы до прямой. В точке касания расстояние до прямой равно 0.
Одновременно определяется уравнение перпендикуляра к прямой (10.8)
yB = (1/Ki) · xB + bi (10.9)
Аналогично определяются точки касания 1 и 3 с данной прямой.
Рассматриваемая процедура повторяется при повороте прямых (10.8) и (10.9) на угол 1800 с заданной дискретностью (Ki = var), и для каждого прямоугольника определяется его площадь. В качестве прямоугольника, в который вписывается анализируемая зона, принимается прямоугольник, имеющий минимальную площадь.
Рис. 10.6.
Рис. 10.7.
Затем определяется разность между площадью анализируемой зоны и площадями описанного круга и прямоугольника. Фигура, для которой разность площадей наименьшая, принимается как наиболее близкая по своей конфигурации к анализируемой зоне.
Для зоны, наиболее близкой к кругу, принимается траектория движения инструмента по спирали (рис. 10.8, а), начиная от центра. Для прямоугольника в качестве траектории движения инструмента принимается ломаная линия с началом, например, в точке Н (рис. 10.8, б).
Рис. 10.8.
Оптическая система контроля поверхности (рис. 10.1) обладает способностью по интенсивности отраженного света от поверхности определять качество поверхности, ее шероховатость. Данная функция оптической системы и другие ее свойства рассматриваются в лекции 12.
Таким образом, рассмотренные выше интеллектуальные свойства технологических систем позволяют только частично отказаться от участия человека в управлении.Однако это только первые шаги по замене интеллектуальной деятельности человека при выполнении технологических операций.
