оптико-электронного прибора контроля профилограмм внутренних поверхностей обечаек

ВВЕДЕНИЕ
Российская Федерация является одной из лидирующих стран по добыче нефти и газа, благодаря чему развивается химическое и нефтяное машиностроение. Однако развитие всегда сопровождается различными проблемами. Особенного актуальной проблемой отечественного нефтяного и химического машиностроение является повышение качества продукции. Наибольшее влияние на качество оказывает технологическая точность изготовления базовых деталей. Основными деталями нефтегазового и химического оборудования являются оболочки вращения – корпуса, сваренные из обечаек и днищ. Точность геометрических форм и качество обечаек во многом определяют качество всего колонного аппарата. Обечайка является главным составным элементом корпуса, это наиболее материалоемкий и ответственный узел любого химического аппарата. Особо сложными в изготовлении являются обечайки с критическим соотношением диаметра внутреннего и толщины вальцуемого металла. Контроль геометрических параметров крупногабаритных деталей (900 – 100000 мм) является одной из наиболее сложных областей измерительной техники, что обусловлено большими габаритами изделия и измерительного инструмента, большим объемом измерительных операций и тяжелыми внешними условиями. Поэтому в связи со спецификой контролируемого объекта, наиболее перспективным является использование систем контроля с оптикоэлектронными измерительными преобразователями, обеспечивающими измерение без механического контакта с объектом в режиме реального времени, и возможность интеграции в существующие системы автоматизации технологических процессов. В современном машиностроении контроль обечаек после их изготовления производится, в основном, при помощи профилограмм поперечных сечений их внутренних поверхностей. Именно с помощью профилограмм можно определить отклонения геометрических параметров деталей, а так же подобрать из
7

партии другую деталь, наиболее подходящую для сварки. В настоящее время на рынке отсутствуют серийно выпускаемые средства контроля профилограмм обечаек, обеспечивающие требуемую точность контроля, а все имеющиеся устройства имеют ряд недостатков, которые невозможно устранить путем изменения технологического процесса или какими-либо другими способами. Таким образом, необходима разработка и исследование специальных оптикоэлектронных систем контроля геометрических параметров обечаек.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 6
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ПРОФИЛОГРАММ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОБЕЧАЕК .................... 8
1.1 Технология изготовления и требования, предъявляемые к обечайкам ..... 8
1.2. Анализ устройств и методов контроля геометрических параметров обечаек .................................................................................................................. 14
1.3. Анализ технических средств. ...................................................................... 21
1.3.1. Шаговые двигатели. ............................................................................ 21
1.3.2. Микроконтроллеры. ............................................................................ 26
1.3.3. Универсальный асинхронный приёмопередатчик. ......................... 32
1.3.4. Обзор языков программирования реализующих парадигму объектно-ориентированного программирования для работы с интерфейсом UART. ..................................................................................... 36
Выводы к главе I: ................................................................................................ 40
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА КОНТРОЛЯ ПРОФИЛОГРАММ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОБЕЧАЕК .................. 42
2.1. Разработка структурной схемы устройства. .............................................. 42
2.1.1. Структуная схема блока центровки. ................................................. 43
2.1.2. Структурная схема координатного механизма. ............................... 44
2.1.3. Структурная схема профилографа. ................................................... 45
2.1.4. Обощенная структурная схема. ......................................................... 46
2.2. Расчет механики и погрешностей устройства........................................... 46
2.2.1 Расчет разре

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Биполярные и униполярные шаговые двигатели [Электронный ресурс] / НПО «Атом». – 2010. – Режим доступа : http://www.npoatom.ru/articles/4.html (дата обращения : 20.02.2014). 2 Даев, Ж. А. Сравнительный анализ методов и средств измерения расхода газа [Электронный ресурс] / Ж. А. Даев. – Уфа : Нефтегазовое дело, 2009. – 10 с. Режим доступа : http://www.ogbus.ru/authors/Daev/Daev_2.pdf (дата обращения : 24.05.2014). 3 Контактные измерительные системы для координатно-измерительных машин [Электронный ресурс] / Renishaw. – 2010. – Режим доступа : http://www.renishaw.ru/ru/cmm-probes-software-and-retrofits--6329 (дата обращения : 20.04.2014). 4 Обечайки [Электронный ресурс] / Промформа. – Екатеринбург, 2012. – Режим доступа : http://www.promforma.ru/shells (дата обращения : 02.05.2014). 5 Обзор микроконтроллеров [Электронный ресурс] / Radio-New.Ru. – 2009. – Режим доступа: http://radio-new.ru/article/2.html (дата обращения : 22.03.2014). 6 Ориентировочные коэффициенты трения [Электронный ресурс] / Справочник конструктора . – 2010. – Режим доступа : http://www.dpva.info/Guide/GuidePhysics/Frication/FrictionToVariousPairs/ (дата обращения : 29.05.2014). 7 Пайсон, М. ООП с примерами [Электронный ресурс] / М. Пайсон. – 2010. – Режим доступа : http://habrahabr.ru/post/87205/ (дата обращения : 22.01.2014). 8 Профилограмма поверхности [Электронный ресурс] / Наноскан. – 2014. – Режим доступа : http://nanoscan.info/metodiki/profilogramma-poverxnosti (дата обращения : 22.05.2014).

76

9 Ридико, Л. Контроллер шагового двигателя [Электронный ресурс] / Л. Ридико. – 2010. – Режим доступа : http://kazus.ru/shemes/showpage/0/843/ (дата обращения : 14.03.2014). 10 Способы управления фазами шагового двигателя: микрошаговый [Электронный ресурс] / НПФ Электропривод. – 2013. – Режим доступа : http://electroprivod.ru/fullstep.htm (дата обращения : 25.05.2014). 11 Способы управления фазами шагового двигателя: полношаговый режим [Электронный ресурс] / НПФ Электропривод. – 2013. – Режим доступа : http://electroprivod.ru/fullstep.htm (дата обращения : 25.05.2014). 12 Способы управления фазами шагового двигателя: полушаговый режим [Электронный ресурс] / НПФ Электропривод. – 2013. – Режим доступа : http://electroprivod.ru/fullstep.htm (дата обращения : 25.05.2014). 13 Сравнение микроконтроллеров семейства MSP430 с конкурентоспособными микроконтроллерами [Электронный ресурс] / ООО Рынок Микроэлектроники. – 2013. – Режим доступа : http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/app/micros/msp430/slaa205.htm (дата обращения : 24.04.2014). 14 Шаговые двигатели [Электронный ресурс] / НПФ Электропривод. – 2013. – Режим доступа : http://electroprivod.ru/pdf/st_motor/ FL57.pdf (дата обращения : 22.03.2014). 15 Coordinate measuring machines [Электронный ресурс] / Mitutoyo. – 2010. – Режим доступа : http://ebookbrowsee.net/coodinate-measuring-machinespre-pdf-d25452232 (дата обращения : 21.03.2014). 16 UART и соединение с ПК [Электронный ресурс] / Техника и программы. – 2014. – Режим доступа : http://nauchebe.net/2010/06/uart-i-soedinenie-s-pk/ (дата обращения : 02. 03. 2014). 17 Белов, А. В. Самоучитель по микропроцессорной технике / А. В. Белов. – Санкт-Петербург : Наука и Техника, 2003. – 224. с.

77

18 Берлинер, Ю. И. Технология химического и нефтяного аппаратостроения / Ю. И. Берлинер, Ю.А. Балашов. – Москва : Машиностроение, 1976. – 256 с. 19 ГОСТ 17353-89. Приборы для измерений отклонений формы и расположения поверхностей вращения. Типы. Общие технические требования. – Взамен ГОСТ 17353-80 ; введ. 01.01.1991. – Москва : Издательство стандартов, 1991. – 21 с. – (Государственные стандарты). 20 ГОСТ 24642-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Основные термины и определения. – Взамен ГОСТ 10356-63 в части разд. I и II ; введ. 01.07.1981; – Москва : Издательство стандартов, 1990. – 68 с. – (Государственные стандарты). 21 Гук, М. Аппаратные интерфейсы ПК : энциклопедия. / М. Гук ; гл. ред. Е. Строганова. – Санкт-Петербург : Питер, 2002. – 528 с. 22 Емельянов, А. В. Шаговые двигатели : учеб. пособие / А. В. Емельянов, А. Н. Шилин. – Волгоград : РПК «Политехник», 2005. – 48 с. 23 Зубарев, Ю. М. Автоматизация координатных измерений : учеб. пособие / Ю. М. Зубарев, С. В. Косаревский, Н. Н. Ревин. – Санкт-Петербург, 2011. – 160 с. 24 Измерительные сканирующие приборы / под ред. Б.С. Розова. – Москва : Машиностроение, 1980. – 198 с. 25 Карасик, В. Е. Лазерные системы видения : учебное пособие / В. Е. Карасик, В. М. Орлов. – Москва : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. – 352 с. 18 50 Основы импульсной лазерной локации : учеб. пособие для вузов / В. И. Козинцев [и др.] ; под ред. В. Н. Рождествина. – Москва : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. – 512 с. 26 Никифоров, А. Д. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения / А. Д. Никифоров. – Москва : Высшая школа, 2000. – 510 с. 27 Никифоров, А. Д. Точность в химическом аппаратостроении / А. Д. Никифоров. – Москва : Машиностро