УДК 620.179.1.082.7
СЕЛИХОВ А. В., МАЙОРОВ М. В., ЧЕРНЫШОВ В. Н., МИШИН В. В.
SELIHOV A. V., MAYOROV M. V., CHERNYSHOV V. N., MISHIN V. V.
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОПОРЫ КАЧЕНИЯ
QUALITY CONTROL SYSTEM OF SUPPORT ROLLING
В данной статье рассматривается возможность применение экспертной системы для контроля качества опоры качения. В качестве физического принципа, используемого для получения измерительной информации, используется преобразование акустического сигнала в цифровой.
Ключевые слова: акустика, звук, подшипник качения, экспертная система.
In this paper was considered the possibility of using expert system for quality control of support rolling. The physical principle which was used for getting measurement information was the transformation of acoustic signals in to digital.
Keywords: Acoustics, sound, ball bearings, an expert system.
Одной из задач обеспечения качества продукции в области машиностроения является контроль и диагностика опор качения с целью выявления бракованных изделий, определения степени износа и определении возможного времени работы на отказ. Для получения измерительной информации из зоны трения опоры качения нашли широкое применение такие методы контроля, как: электрорезистивный, основанный на контроле электрического сопротивления объекта контроля; температурный, в котором информацию о качестве объекта несет температура поверхностей; электромагнитный, когда изучается внутренняя структура объекта; акустический – диагностическая информация извлекается из упругих волн, распространяющихся в опоре качения и которые вызваны различного рода дефектами, как внутренними, так и находящимися на поверхности. В отечественном авиастроении до сих пор используется органолептический способ контроля опор качения на основе выявления дополнительных акустических составляющих, возникающих в результате появления в опоре качения дефектов. Данный способ контроля является простым и дешевым, тем не менее, присутствует влияние человеческого фактора на результат диагностики, поэтому была поставлена задача о возможности автоматизации процесса контроля опоры качения, принятия суждения о качестве объекта.
Вначале требуется определиться с информационным параметром, который будет использоваться. Так как акустический контроль на основе использования звук волн слышимого диапазона использовался успешно в отечественном машиностроении, то предлагается использовать этот способ контроля. Современные микрофоны охватывают диапазон частот от 20 Гц, до 80 кГц [1], что является необходимым и достаточным для замены органолептического способа измерения на инструментальный. Далее требуется определить, описывает ли данный способ процессы, проходящие в зоне трения, для этого было проведено экспериментальное исследование.
Объектом исследования является подшипник марки 1 радиальная нагрузка 80 Н, масло И-20, скорость вращения – 300 об/мин, микрофон Genius Mic-01/A, датчик вибрации ДН-3, цифровой осциллограф DSO-2090. Структурная схема экспериментальной установки приведена на рисунке 1. Принцип измерения заключается в следующем: на испытуемый подшипник 1 через токосъемник 2 подается электрическое от источника напряжение. На входной цепи преобразователя сопротивление-напряжение (ПСН) при работе подшипника образуется электрический сигнал, пропорциональный сопротивлению (проводимости) подшипника. Одновременно с сигналом сопротивления с наружного кольца подшипника качения регистрируется вибросигнал. Акустический сигнал регистрируется преобразователем 4. ПСД осуществляет сбор данных о сопротивлении и вибрации и передает их в ЭВМ.
Рисунок 1 – Структурная схема
На рисунке 2 представлены относительные спектры полученных сигналов.
На рисунке 2, а – 2, в представлены полные спектры сигналов, а на рисунке 2, г – 2, д представлены увеличенные части спектров в диапазоне частот от 0 Гц до 100 Гц, для лучшей визуализации данных. На спектрах видно совпадение спектральных составляющих. Так как сигналы сопротивления и вибрации достоверно описывают физические процессы в зоне трения [2, 3], то так как акустический сигнал с ними коррелирован, то это говорит о достоверности полученного акустического сигнала.
Помимо получения измерительной информации требуется провести её анализ, так как целью стоит автоматизация процесса контроля, то необходима система принятия решения о степени соответствия исследуемого образца контрольному. В настоящее широкое применение нашли экспертные системы. Это компьютерные программы, призванные частично заменить специалиста-эксперта в разрешении определенной проблемы.
Экспертная система включает в себя базу знаний, которая состоит из правил анализа информации, которую вводит пользователь по данной проблеме, информация анализируется и формируется рекомендация по решению проблемы, в рамках решаемой в статье задачи результатом работы системы будет суждение о степени пригодности опоры качения к дальнейшему использованию.
Задача по выявлению соответствия акустического сигнала образца исследуемого и контрольного решается в области биометрии по голосу. Одним из эффективных параметров, несущих измерительную информацию, является амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) акустического сигнала. Проводя аналогию между решаемыми задачами целесообразно использовать этот же параметр и для контроля опор качения.
Суть метода заключается в следующем: на основе акустического сигнала строится спектр амплитуд для исследуемого образца и для контрольного, в идеальном случае, если они находятся в одинаковом состоянии, то спектры совпадают, если нет, то состояние образца отличается от заданного и он не пригоден для дальнейшего использования. На практике не может быть получено два одинаковых спектра, практически всегда будет присутствовать некоторое различие, вызванное как погрешностью измерения, так и несущественными дефектами образца, но при этом, при наличии дефектов он годен к эксплуатации. В области биометрии при анализе сигналов используется доверительный интервал, в пределах которого должна лежать разница сигналов, а непосредственно сам интервал подбирается опытным путем. В случае технической диагностики, если разница сигналов превышает определенный эмпирически и заданный заранее диапазон, то выносится суждение о несоответствии контролируемого объекта контрольному, а, следовательно, о его непригодности для дальнейшего использования. Изменяя разницу диапазон, в пределах которого может лежать разница сигналов, можно определять степень износа опоры качения. Так же, помимо сравнения с контрольным объектом, может проводиться анализ сигнала с целью определения качественных параметров, позволяющих определить состояние опоры качения. Структурная схема устройства приведена на рисунке 3.
а) | г) |
б) | д) |
в) | е) |
Рисунок 2 – Относительные спектры сигналов сопротивления, вибрации,
шума
а) – спектр сопротивления, б) – спектр вибрации, в) – спектр шума, г) – спектр сопротивления в диапазоне частот от 0 Гц до 100 Гц, д) – спектр вибрации в диапазоне частот от 0 Гц до 100 Гц, е) – спектр шума в диапазоне частот от 0 Гц до 100 Гц
Рисунок 3 – Структурная схема контролирующей системы
Акустический сигнал с объекта контроля, опоры качения, и с контрольного объекта поступает на первичный преобразователь, преобразующий сигнал в напряжение. Аналоговый сигнал поступает на аналогово-цифровой преобразователь, с которого цифровой код, имеющий функциональную зависимость с акустическим сигналом, поступает на вход компьютера для дальнейшей обработки. Сигналы записываются в базу данных для накопления статистических данных. Сигнал текущего исследования и сигналы из базы данных поступают в экспертную систему для обработки. Уровень значимости заносится в систему на начальных этапах работы системы для подбора оптимального значения, после чего его значение будет неизменным и повторный ввод его в систему не потребуется. Результатом работы системы будет суждение о степени пригодности исследуемого объекта для дальнейшей работы и рекомендации о дальнейшем его использовании.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Преполяризованные конденсаторные микрофоны [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://*****/equipment/1013/1139/1163
2. Селихов, работы подшипника по параметрам его электрического сопротивления [Текст] / , , // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2010. - №5-2/(283). – с. 108-116.
3. Селихов, исследование электрического сопротивления (проводимости) подшипника качения как диагностического параметра [Текст] / , , В. И, Некрасов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2010. - №6-2/(284). – с. 25-34.
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» Аспирант кафедры «ПМиС» Тел. (48 |
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» Аспирант кафедры «ПМиС» Тел. (48 E-mail: *****@***ru |
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» Аспирант кафедры «ПМиС» Тел. (48 E-mail: *****@***com |
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» к. т.н., доцент кафедры «ПМиС» Тел. (48 E-mail: *****@***com |
