eng
Выпуск #4/2025
К. Епифанцев
ПЕРСПЕКТИВЫ ВИРТУАЛИЗАЦИИ И МУЛЬТИСЕНСОРИЗАЦИИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ФОРМЫ
ПЕРСПЕКТИВЫ ВИРТУАЛИЗАЦИИ И МУЛЬТИСЕНСОРИЗАЦИИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ФОРМЫ
Просмотры: 1165
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.245.4.76.78
В статье рассматриваются перспективные отечественные разработки контрольно-измерительного оборудования, предназначенного для измерения геометрических параметров и контроля качества изделий. Описан прототип кругломера, реализованный на основе адаптированного оптического датчика компьютерной мыши.
В статье рассматриваются перспективные отечественные разработки контрольно-измерительного оборудования, предназначенного для измерения геометрических параметров и контроля качества изделий. Описан прототип кругломера, реализованный на основе адаптированного оптического датчика компьютерной мыши.
Теги: automation import substitution multisensority profilometer roundness tester автоматизация импортозамещение кругломер мультисенсорность профилометр
Перспективы виртуализации и мультисенсоризации отечественных приборов для измерения дефектов формы
К. Епифанцев, к. т. н.
В условиях ухода с российского рынка ряда иностранных приборостроительных компаний становится актуальным развитие отечественных решений. В статье рассматриваются перспективные отечественные разработки контрольно-измерительного оборудования, предназначенного для измерения геометрических параметров и контроля качества изделий. Описан созданный прототип кругломера, реализованный на основе адаптированного оптического датчика компьютерной мыши.
Автоматизация процессов измерения дефектов формы [1–3] является важным направлением развития современных измерительных систем. Так, например, разработанные в [2, 3] программные средства обработки измерительных данных с датчиков использовались при создании полезной модели емкостного датчика, на которую получен патент РФ №232288 от 05.03.2025 «Емкостной датчик для измерения линейных перемещений контролируемого объекта» (К. В. Епифанцев, А. Э. Егоров). Применение преобразования Бесселя для обработки сигналов, поступающих с оптических датчиков, позволяет выделять информативные составляющие сигнала, несущие сведения об отклонениях формы, и подавлять шумовые компоненты. В результате достигается высокая точность и чувствительность измерений, что особенно важно для выявления дефектов формы, характеризующихся малыми пространственными масштабами.
Авторами данного патента также выделены основные тенденции развития приборов для измерения дефектов формы и шероховатости (рис. 1).
На сегодняшний день значительная часть триггерных датчиков, применяемых в различных приборах, успешно импортозамещена российской компанией ООО «Димес» [4],
которая разработала и внедрила в производство отечественные аналоги.
Целый ряд разработок принадлежит ООО «Константа» [5], которая еще несколько лет назад выпустила на рынок отечественные аналоги импортных толщиномеров и дефектоскопов. Важной особенностью компании «Константа» является ориентация на разработку приборов для контроля не только металлических покрытий, традиционно преобладавших на рынке, но и изделий из полимерных материалов, в частности, трубопроводов для транспортировки жидких сред, которые особенно нуждаются в эффективных методах неразрушающего контроля.
Также заметным прогрессом в импортозамещении стало создание компанией ООО «Лапик» [6] собственных координатно-измерительных машин (КИМ) «Лапик», способных заменить аналогичные КИМ от ведущих зарубежных производителей, таких как Mahr и Mitutoyo.
Кроме того, российская компания «Балтех» [7] успешно заместила многих иностранных производителей приборов для центровки валов и регулировки соосности насосов и редукторов.
В настоящее время для импортозамещения дорогостоящих измерительных щупов японской компании Mitutoyo используются аналоги на основе оптических светоприемных устройств, однако их стоимость в 7–8 раз превышает стоимость импортных образцов. В связи с этим требуется разработка более экономичных решений для повышения конкурентоспособности отечественных разработок.
На рис. 2а представлен кругломер японской фирмы, а на рис. 2б – изготовленный прототип с электрическим поворотным столом, к которому подведена на штативе беспроводная оптическая компьютерная мышь с высоким разрешением, регистрирующая отклонения
от круглости. Подобные проекты чаще встречаются в дипломных работах студентов. Тем не менее, устройство на основе модернизированной компьютерной мыши заслуживает внимания благодаря удобству использования, простоте изготовления и низкой себестоимости. Наиболее затратным этапом является процедура внесения в Госреестр СИ (ГРСИ РФ), в то время как комплектующие доступны каждому. Прототип не требует значительного времени на калибровку и центрирование-выравнивание детали на поворотном столе. В результате, время проверки каждой детали сокращается в среднем на 30%.
Блок обработки измерительной информации реализован в виде программного обеспечения на языке Python. Программа преобразует данные о движении курсора мыши в численные значения, после чего передает отфильтрованную информацию на ЭВМ. На рис.3 представлен интерфейс оператора в процессе сбора данных.
Таким образом, использование доступных компонентов для создания приборов измерения формы и профиля демонстрирует возможность получения эффективных измерительных решений при минимальных затратах.
При обучении студентов работе с измерительными приборами возникает ряд сложностей. Особенно это касается мультисенсорных измерительных систем, где одновременно используются различные типы датчиков и методов измерения. Основными проблемами являются высокая стоимость оборудования и расходных материалов, риски повреждения дорогостоящих приборов при обучении неопытных пользователей, а также невозможность полноценного оснащения измерительных лабораторий во многих учебных заведениях.
В связи с этим все большую актуальность приобретают виртуальные модели измерительных приборов. Они позволяют студентам освоить принципы работы мультисенсорных систем, понять особенности взаимодействия различных типов датчиков, изучить методики комплексных измерений и получить базовые навыки без риска повреждения реального оборудования. Для решения этих задач многие университеты разрабатывают собственные виртуальные модели измерительных приборов, что позволяет существенно снизить затраты на оснащение лабораторий [8] при сохранении высокого качества обучения.
В мультисенсорных приборах (рис. 4) несколько датчиков интегрированы в один корпус для одновременного измерения различных параметров. В настоящее время такой подход является значительным конкурентным преимуществом на рынке измерительных приборов. На рис. 4 также приведен пример выгодного решения для предприятий – совмещение в одном приборе функций контроля размеров и дефектов покрытий. Однако производителям, стремящимся к увеличению числа датчиков в едином корпусе, необходимо решать сложную задачу по созданию помехозащищенной схемы, обеспечивающей изоляцию разных типов датчиков друг от друга.
Важными задачами также являются калибровка и поверка мультисенсорных приборов. Существующая эталонная база требует обновления, так как некоторые действующие ГОСТы, например для кругломеров, опираются на эталоны, разработанные еще в 1980-х годах. При этом для мультисенсорных систем стандарты и эталоны поверки пока отсутствуют. Развитие данной нормативной базы не должно отставать от разработки новых мультисенсорных технологий, чтобы обеспечить их надежность и точность.
ЛИТЕРАТУРА
Заякин О. А. Комплекс программных средств для исследования погрешности измерений экспериментального лазерного кругломера // Программные продукты
и системы. 2018. № 1. С. 64–71.
Епифанцев К. В. Проблемы настройки датчиков кругломера RoundTest RA-120P по углу наклона и высотным параметрам // Инновационное приборостроение. 2023, Т. 2, № 5. С. 5–9.
Епифанцев К. В. Проектирование и эксплуатация оптического датчика для оснащения кругломеров при осуществлении контроля тел вращения // Высокие технологии в машиностроении: материалы XX Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, 9–10 ноября 2023 г. / Отв. ред. Р. Г. Гришин. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2023. 186 с.
Измерительное оборудование Dymes. Электронный ресурс. URL: https://dymes.ru/ (дата обращения: 20.11.2024).
Приборы для неразрушающего контроля «Константа». Электронный ресурс. URL: https://constanta.ru/?ysclid=m3vsflndn0799152363 (дата обращения: 20.11.2024).
Координатно-измерительные системы «Лапик». Электронный ресурс. URL: https://lapic.ru/?ysclid=m3vsh0u1xx114079090 (дата обращения: 20.11.2024).
«Балтех» – диагностические приборы для роторных механизмов. Электронный ресурс.
URL: https://ncontrol.ru/proizvoditeli/baltekh?ysclid=m3vsocgker524843004 (дата обращения: 20.11.2024).
Виртуальные лаборатории Томского политехнического университета. Электронный ресурс. URL: https://eer.tpu.ru/site/virtual (дата обращения: 01.02.2025).
К. Епифанцев, к. т. н.
В условиях ухода с российского рынка ряда иностранных приборостроительных компаний становится актуальным развитие отечественных решений. В статье рассматриваются перспективные отечественные разработки контрольно-измерительного оборудования, предназначенного для измерения геометрических параметров и контроля качества изделий. Описан созданный прототип кругломера, реализованный на основе адаптированного оптического датчика компьютерной мыши.
Автоматизация процессов измерения дефектов формы [1–3] является важным направлением развития современных измерительных систем. Так, например, разработанные в [2, 3] программные средства обработки измерительных данных с датчиков использовались при создании полезной модели емкостного датчика, на которую получен патент РФ №232288 от 05.03.2025 «Емкостной датчик для измерения линейных перемещений контролируемого объекта» (К. В. Епифанцев, А. Э. Егоров). Применение преобразования Бесселя для обработки сигналов, поступающих с оптических датчиков, позволяет выделять информативные составляющие сигнала, несущие сведения об отклонениях формы, и подавлять шумовые компоненты. В результате достигается высокая точность и чувствительность измерений, что особенно важно для выявления дефектов формы, характеризующихся малыми пространственными масштабами.
Авторами данного патента также выделены основные тенденции развития приборов для измерения дефектов формы и шероховатости (рис. 1).
На сегодняшний день значительная часть триггерных датчиков, применяемых в различных приборах, успешно импортозамещена российской компанией ООО «Димес» [4],
которая разработала и внедрила в производство отечественные аналоги.
Целый ряд разработок принадлежит ООО «Константа» [5], которая еще несколько лет назад выпустила на рынок отечественные аналоги импортных толщиномеров и дефектоскопов. Важной особенностью компании «Константа» является ориентация на разработку приборов для контроля не только металлических покрытий, традиционно преобладавших на рынке, но и изделий из полимерных материалов, в частности, трубопроводов для транспортировки жидких сред, которые особенно нуждаются в эффективных методах неразрушающего контроля.
Также заметным прогрессом в импортозамещении стало создание компанией ООО «Лапик» [6] собственных координатно-измерительных машин (КИМ) «Лапик», способных заменить аналогичные КИМ от ведущих зарубежных производителей, таких как Mahr и Mitutoyo.
Кроме того, российская компания «Балтех» [7] успешно заместила многих иностранных производителей приборов для центровки валов и регулировки соосности насосов и редукторов.
В настоящее время для импортозамещения дорогостоящих измерительных щупов японской компании Mitutoyo используются аналоги на основе оптических светоприемных устройств, однако их стоимость в 7–8 раз превышает стоимость импортных образцов. В связи с этим требуется разработка более экономичных решений для повышения конкурентоспособности отечественных разработок.
На рис. 2а представлен кругломер японской фирмы, а на рис. 2б – изготовленный прототип с электрическим поворотным столом, к которому подведена на штативе беспроводная оптическая компьютерная мышь с высоким разрешением, регистрирующая отклонения
от круглости. Подобные проекты чаще встречаются в дипломных работах студентов. Тем не менее, устройство на основе модернизированной компьютерной мыши заслуживает внимания благодаря удобству использования, простоте изготовления и низкой себестоимости. Наиболее затратным этапом является процедура внесения в Госреестр СИ (ГРСИ РФ), в то время как комплектующие доступны каждому. Прототип не требует значительного времени на калибровку и центрирование-выравнивание детали на поворотном столе. В результате, время проверки каждой детали сокращается в среднем на 30%.
Блок обработки измерительной информации реализован в виде программного обеспечения на языке Python. Программа преобразует данные о движении курсора мыши в численные значения, после чего передает отфильтрованную информацию на ЭВМ. На рис.3 представлен интерфейс оператора в процессе сбора данных.
Таким образом, использование доступных компонентов для создания приборов измерения формы и профиля демонстрирует возможность получения эффективных измерительных решений при минимальных затратах.
При обучении студентов работе с измерительными приборами возникает ряд сложностей. Особенно это касается мультисенсорных измерительных систем, где одновременно используются различные типы датчиков и методов измерения. Основными проблемами являются высокая стоимость оборудования и расходных материалов, риски повреждения дорогостоящих приборов при обучении неопытных пользователей, а также невозможность полноценного оснащения измерительных лабораторий во многих учебных заведениях.
В связи с этим все большую актуальность приобретают виртуальные модели измерительных приборов. Они позволяют студентам освоить принципы работы мультисенсорных систем, понять особенности взаимодействия различных типов датчиков, изучить методики комплексных измерений и получить базовые навыки без риска повреждения реального оборудования. Для решения этих задач многие университеты разрабатывают собственные виртуальные модели измерительных приборов, что позволяет существенно снизить затраты на оснащение лабораторий [8] при сохранении высокого качества обучения.
В мультисенсорных приборах (рис. 4) несколько датчиков интегрированы в один корпус для одновременного измерения различных параметров. В настоящее время такой подход является значительным конкурентным преимуществом на рынке измерительных приборов. На рис. 4 также приведен пример выгодного решения для предприятий – совмещение в одном приборе функций контроля размеров и дефектов покрытий. Однако производителям, стремящимся к увеличению числа датчиков в едином корпусе, необходимо решать сложную задачу по созданию помехозащищенной схемы, обеспечивающей изоляцию разных типов датчиков друг от друга.
Важными задачами также являются калибровка и поверка мультисенсорных приборов. Существующая эталонная база требует обновления, так как некоторые действующие ГОСТы, например для кругломеров, опираются на эталоны, разработанные еще в 1980-х годах. При этом для мультисенсорных систем стандарты и эталоны поверки пока отсутствуют. Развитие данной нормативной базы не должно отставать от разработки новых мультисенсорных технологий, чтобы обеспечить их надежность и точность.
ЛИТЕРАТУРА
Заякин О. А. Комплекс программных средств для исследования погрешности измерений экспериментального лазерного кругломера // Программные продукты
и системы. 2018. № 1. С. 64–71.
Епифанцев К. В. Проблемы настройки датчиков кругломера RoundTest RA-120P по углу наклона и высотным параметрам // Инновационное приборостроение. 2023, Т. 2, № 5. С. 5–9.
Епифанцев К. В. Проектирование и эксплуатация оптического датчика для оснащения кругломеров при осуществлении контроля тел вращения // Высокие технологии в машиностроении: материалы XX Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, 9–10 ноября 2023 г. / Отв. ред. Р. Г. Гришин. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2023. 186 с.
Измерительное оборудование Dymes. Электронный ресурс. URL: https://dymes.ru/ (дата обращения: 20.11.2024).
Приборы для неразрушающего контроля «Константа». Электронный ресурс. URL: https://constanta.ru/?ysclid=m3vsflndn0799152363 (дата обращения: 20.11.2024).
Координатно-измерительные системы «Лапик». Электронный ресурс. URL: https://lapic.ru/?ysclid=m3vsh0u1xx114079090 (дата обращения: 20.11.2024).
«Балтех» – диагностические приборы для роторных механизмов. Электронный ресурс.
URL: https://ncontrol.ru/proizvoditeli/baltekh?ysclid=m3vsocgker524843004 (дата обращения: 20.11.2024).
Виртуальные лаборатории Томского политехнического университета. Электронный ресурс. URL: https://eer.tpu.ru/site/virtual (дата обращения: 01.02.2025).
Отзывы читателей
