close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000102007

код для вставкиСкачать
на правах рукописи
Козлов Антон Александрович
П О В Ы Ш Е Н И Е К А Ч Е С Т В А К О Н Т Р О Л Я ЗАЗОРОВ К У З О В А
А В Т О М О Б И Л Я П У Т Е М АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА
Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление
технологическими процессами и
производствами (технические системы)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Тольятти-2005
Работа выполнена на кафедре «Технология
Тольяттинского государственного университета
машиностроения»
Научный руководитель:
- доктор технических наук, профессор Драчев О.И.
Официальные оппоненты:
- доктор технических наук, профессор Шварцбург Л.Э
- кандидат технических наук, доцент Решетов А.Г.
Ведущее предприятие ОАО «АвтоВАЗ»
Защита диссертации состоится «23» ноября 2005г. в 14 часов на
заседании диссертационного совета
К212.142.01 при Московском
государственном технологическом университете «Станкин» по адресу: 101472,
ГСП, Москва, Вадковский пер.,-3а.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «Станкин»
Отзыв, заверенный печатью, просим выслать в диссертационный совет
по указанному адресу.
Автореферат разослан «24» октября 2005 года
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат технических наук
J-\
X//^''^-'~^
И.М.Тарарин
^6^6-9
fijGS.^
1т.ш
3
ОБЩАЯ Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А РАБОТЫ
Актуальность темы: Для того, чтобы в полной мере использовать
возможности контрольно-измерительной автоматизированной системы на базе
ЭВМ,
необходимо
применять
специальные
компьютерные
системы.
Значительную роль в достижении высокой эффективности применения
компьютерных
систем
играет
степень
автоматизации
ввода
в
ЭВМ
графргческой информации об объекте. Одним из наиболее эффективных
методов
является
бесконтактный
оптический
метод,
основанный
на
использовании разности яркости цветов кузова автомобиля и его зазоров.
С целью решения актуальной в настоящее время задачи повышения
качества
контроля
экспериментально
зазоров
проверен
кузова
автомобиля
оптический
метод
был
разработан
контроля
в
и
условиях
производства. Результаты исследований приведены в диссертационной работе.
Согласно предлагаемому подходу к решению задачи, автоматизированная
система контроля состоит из единой системы расчета и оценки параметров на
базе Э В М , работающей на основе теории иконики с элементами теории
вероятности.
Постоянно
возрастающие
высокопроизводительных
систем
и
комплексов,
потребности
контрольно-измерительных
оперирующих
огромными
в
создании
автоматизированных
массивами
данных,
заставляют обращаться к разработке новых принципов и средств обработки
информации.
Весомый
научный
вклад
в
развитие
теории
создания
автоматизированных систем внесли труды Соломенцева Ю.М., Митрофанова
В.Г., Капустина Н.М., Корчака С.Н., Схиртладзе А.Г. и др. Огромное значение
для развития теории получения, обработки и анализа цифровой фафической
информации имели труды Алиева Т.М., Кривошеева В.П, Воронцова М.А.,
Корябина А.В., Катыс Г.П., Сойфер В.А.,
Фомина Я.А., Грузмана И.С,
Киричук B.C., Косых В.П. Среди них, нргпмненнг^ няибппып^е в>|ц|ияние
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ \
БИБЛИОТЕКА
{
^ГТВ1 \
т
А
4
привлекают оптические методы, а точнее, методы электронно-оптической
обработки информации с применением Э В М .
В связи со всем вышеизложенным, разработка новых методов и создание
автоматизированной
направленные
системы
на повышение
контроля
качества
зазоров
кузова
автомобиля,
контроля в условиях реального
производства является актуальной научной задачей.
В
ходе
работы
была
разработана,
изготовлена
и
испытана
автоматизированная система (АС) контроля и диагностики зазоров кузова
автомобиля, содержащая цифровую фотокамеру, интерфейсный блок, Э В М и
соответствующее
программное
обеспечение,
работающее
на
основе
математических моделей.
В работе приведены результаты разработки и испытаний измерительного
стенда, на основе которых делается вывод о возможности создания АС
контроля и диагностики зазоров
кузова автомобиля, удовлетворяющей
требованиям производства по точности и производительности.
Цель работы. Целью данной работы является повышение качества
контроля зазоров кузова автомобиля путем автоматизации процесса.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать математическую модель процесса регистрации точек
зазора кузова автомобиля и определения его геометрических параметров
(размер, эквидистанта).
2. Исследовать возможность автоматизации процесса контроля зазоров
кузова автомобиля.
3. Обосновать новые методы построения оптических АС.
4. Разработать новые методы обработки графической информации на
основе теории иконики.
5.
Разработать
диагностики
установку
зазоров
кузова
для
5
автоматизированного
автомобиля
на
базе
контроля
ЭВМ,
и
провести
экспериментальную проверку данной установки и внедрить ее в производство.
Научная новизна работы:
1.
Предложен
новый метод оценки зазоров
кузова автомобиля,
позволяющий оценить не только размер зазора, но и его эквидистанту.
2. Получены реализованные на аппаратном уровне алгоритмы оценки
контроля зазоров кузова для различных типоразмеров его элементов с
использованием контролера.
3. Разработаны
и получены алгоритмы обработки оптической и
графической информации на Э В М .
4. Рассмотрены
критерии оценки результатов исследуемых кузовов
автомобиля и его элементов.
Практическая ценность работы.
1.
Представлены
методики и алгоритмы оценки зазоров
кузова
автомобиля.
2. Разработана и доведена до практической реализации АС контроля
зазоров кузова автомобиля.
3. Получена методика, позволяющая увеличить производительность
передачи и обработки графической информации.
4. Создан программный пакет «ZAZOR» для получения, передачи и
преобразования оптической информации с последующей выдачей результатов
как в автоматическом, так и в интерактивном режимах.
Методы
исследования.
При
теоретическом
анализе
в
работе
использовались методы теории иконики, теории вероятности, а также методы
математического моделирования на Э В М .
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены на
Волжском автомобильном заводе в опытно-промышленном производстве
6
(г.Тольятти), ОАО «ЛадаСпецОборудование» в управлении по работе с
претензиями
потребителей
(г.Тольятти)
и
АНО
«Лада-Эксперт».
Ряд
теоретических положений использован в учебном процессе по специальностям
151001, 151002,220301.
Апробация работы. Основньге результаты работы были изложены и
обсуждены на Всероссийской с международным участием научно-технической
конференции, посвященной 90-летию А.Н. Резникова, «Теплофизические и
технологические аспекты управления качеством в машиностроении»
(г.
Тольятти, 2005г.), региональной научно-технической конференции «Научные
чтения студентов и аспирантов ТГУ» (г. Тольятти, 2005г.), I V международной
научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы
технологии машиностроения».
(г. Орел, 2003), на семинарах кафедр
Механико-технологического отделения и Автомобильного отделения А М И
ТГУ.
Публикации. По теме исследований опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
четырех
глав, результатов
и общих выводов. Диссертационная работа
изложена на 144 страницах машинописного текста, включая 24 рисунка, 7
таблиц и 3 приложения, а также список использованной литературы,
состоящий из 103 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы и излагается перечень
вопросов, исследованию которых посвящена диссертационная работа.
Первая глава - обзорная. В ней проведен анализ автоматизированных
систем на базе Э В М .
Успешное функционирование сложных технических систем немыслимо
сегодня без полноценной информационной поддержки на всех стадиях
жизненного цикла. Информационная поддержка - это целый комплекс
вопросов,
включающих
7
автоматизацию
проектирования,
обеспечение
технологических процессов производства, автоматизацию управленческой
деятельности
предприятий,
создание
электронной
эксплуатационной
документации, внедрение автоматизрфованных систем заказа запасных частей
и т.д. Класс информационных технологий, направленных на обеспечение
безбумажной информационной поддержки жизненного
именуется CALS-технологиями, поэтому
цикла продукта,
все современные АС
должны
проектироваться в рамках идеологии CALS
Принципы
построения
автоматизированных
систем
цифровых
регистрации,
электронно-оптических
преобразования
и
анализа
графической информации значительно отличаются друг от друга и в сильной
степени зависят от конкретно поставленной задачи выполнения дискретных
вычислительных операций над оптическими изображениями.
Наиболее распространенными считаются системы, ориентированные на
решение вычислительных задач в их традиционной постановке и требующие
математического
дифференциальных
описания
проблемы
в
терминах
системы
уравнений, разработки соответствующих
интегрочисленных
методов, программ и использования электронного цифрового оборудования
для обработки оптической и графической информации.
Для быстрой обработки информации с кадра изображения необходимо
перенести данные в Э В М . Этого требует также непрерывно увеличивающийся
поток подлежащей обработке оптической и графической информации. Данная
задача решается с помощью использования различного оборудования по
переработке оптической и фафической информации в цифровую, т.е.
информацию, переведенную на машинный язык.
Перечисленные направления исследований и разработок не позволяют
решить задачу создания эффективных автоматизированных измерительных
систем, способных к переработке больших массивов информации в реальном
масштабе
8
и к
времени объекта
перестройке
в
переменных
условиях
функционирования. Анализ показал, что АС должна обладать следующим
рядом особенностей: 1) необходимость анализа входных сигналов и выработки
управляющих
2)
воздействий
повышенные
требования
в
реальном
масштабе
времени
к надежности системы; 3)
объекта;
необходимость
обеспечения должных форматов сигналов и скоростей обмена, учет
физической специфики объекта; 4) наглядность отображаемых и выводимых
данных.
Постоянно
возрастающие
потребности
в
создании
высокопроизводительных
контрольно-измерительных
автоматизированных
систем
оперирующих
массивами
и
комплексов,
огромными
данных,
заставляют обращаться к разработке новых принципов и средств обработки
информации. Среди них, несомненно, наибольшее внимание привлекают
бесконтактные оптические методы, а точнее, методы электронно-оптической
обработки информации с применением Э В М .
На основе вышеизложенного формулируется цель и задачи работы.
Во второй главе приведены результаты аналитического исследования
взаимосвязи зазоров кузова с их оптическими параметрами и возможности
получения их визуальной картины.
С целью уменьшения обрабатываемой информации были рассмотрены
различные математические модели бинарной сегментации (бинаризации)
исходного цветного изображения.
Пороговая обработка. Метод ориентирован на обработку изображений,
отдельные однородные участки которых различаются средней яркостью. При
этом преобразование каждой точки исходного изображения выполняется по
правилу:
/. .4 1УО, при
y{hj) = \
U,,
при
x{i,j)<x,
, .
,
X[I,J)>XQ
(1)
9
где XQ - единственный параметр обработки, называемый порогом. Уровни
выходной яркости Уд и у^ могут быть произвольными, они лишь функции
меток, при помощи которых осуществляется разметка получаемой карты отнесение ее точек к классам А или В соответственно.
Оптимальным считается порог, отвечающий требованию:
XQ =arg maxp{xl),
(2)
где XQ - пробный порог обработки; p\X(j) - безразмерная дискриминантная
функция.
Марковская бинарная сегментация. Метод, используемый при обработке
текстурных изображений. Данный вид сегментации предполагает принятие
решения в каждой точке кадра на основе анализа исходного изображения в
некоторой
окрестности
этой
точки.
Апостериорное
распределение
вероятностей (АРВ) в данном случае имеет вид-
tlA^-.K'yJ
AVJY)=C,^/-'
где С
\
^ V7u\y>jl
'
- нормировочная постоянная; y\i,j)
информационное
у
3/1
= y\i,j)
поле;
Y
'
- вектор,
(3)
- наблюдаемое поле; ^\i,J)
образуемый
значениями
в точках луча Q^ за исключением текущей точки {i,j).
-
поля
По
формуле (3) в каждой точке кадра должны быть вычислены две вероятности
w\Tj, = ц¥)
TJ
и w\TJi = OlYj, а затем вынесено решение J], j =\
или
= 0 в зависимости от того, какая из этих вероятностей больше.
Байесовская бинарная сегментация. Имеет самую большую область
применения и, как правило, используется при работе с зашумленными
10
изображениями. Сущность байесовского метода сегментации состоит в
разбиении кадра на неперекрывающиеся области, которые в наибольшей
степени соответствует наблюдаемому изображению. Наиболее оправданным
признается такое разбиение, А Р В
которого максимальна.
Оптимальная
сегментация, основанная на байесовском принципе, должна вырабатывать
*
такой результат х^ , которому соответствует максимум А Р В :
Х' = arg max Р(^|г),
(4)
X
где X
= [х, jj
распределение
- результат оптимальной сегментации; P ( F X j - условное
значения
изображения
X = [х
j
по
отношению
к
наблюдаемому изображению F = j^"^ ^ |.
Для
автоматизации
рассмотренных
выше
принятия
моделей
решения
бинаризации
о
применении
изображения
одной из
используется
среднеквадратичный критерий качества изображения:
/^i=Eif-gy\,
где /{п^,щ}
На
(5)
- эталонное изображение; gyn^,^2) 'Реальное изображение.
полученном
бинарном
изображении
определение
размеров
контролируемого объекта (рис 1.) не вызывает затруднений:
А«, = max {и,}- min {«,}, Ап^ = maxjn^}- min {п,},
(П|,П2)бО
(П|,Я2)бО
(л|,Я2)еО
(п|,Л2)еО
(6)
где D - множество отсчетов; п^,П2 - координата точки отсчета по вертикали
и горизонтали соответственно.
В третьей главе представлены материалы, связанные с разработкой АС
контроля и диагностики зазоров кузова автомобиля.
Для создания АС контроля и диагностики зазоров кузова автомобиля был
проведен теоретический анализ разработанной функциональной схемы (рис.2).
11
который на профаммном уровне позволил выбрать правильный способ
получения, преобразования, фильтрации и анализа цифровой информации,
осуществить выбор типоразмера зазора кузова и разработать схему АС,
обеспечивающую
работу заданного алгоритма контроля. Разработанная
функциональная схема позволяет контролировать зазоры в зависимости от
типоразмера
кузова,
корректировать
алгоритм
контроля
с
учетом
управляющих воздействий и внещних условий, выявлять взаимосвязи в самом
процессе
контроля,
определять
и
устранять
ошибку
при
обработке
графической информации профаммой.
В теории и эксперименте установлено, что для процесса контроля и
диагностики зазоров кузова автомобиля бесконтактный оптический метод
является обоснованным, т к. позволяет в реальном масштабе времени с
высокой
производительностью
дать
оценку
качеству
зазоров
кузова
автомобиля.
На
профаммно-аппаратном
отличающейся
максимально
уровне
предложена
возможным
реализация
использованием
АС,
средств
вычислительной техники.
В четвертой главе на основе функциональной схемы предложена и
внедрена установка для автоматизированного
контроля зазоров кузова
автомобиля.
Для экспериментального исследования и промышленного внедрения был
спроектирован
и реализован опытно-промышленный образец установки
(рис.3).
Сигнал
изображения
от
цифрового
модуля
вводится
в
память
компьютера. Разработанное профаммное обеспечение «ZAZOR» позволяет
обрабатывать полученное изображение и осуществлять общее управление
системой. Структура профаммного обеспечения представлена на рис.4.
Изображение элемента кузова обрабатывается Э В М по алгоритму обработки
12
изображения для контроля зазоров и фиксируется численное значение степени
соответствия предъявляемым требованиям. Результаты контроля выводятся на
принтер и сохраняются в файле результатов контроля как непосредственно в
ЭВМ,
обеспечивающей
функционирование
АС,
так
и
на
сервере
корпоративной сети предприятия, ведется база данных с указанием даты
снятия показаний и возможностью пакетной обработки.
Для получения и записи кадра на Э В М используется цифровая камера с
непосредственной связью через контроллер U S B порта, которая позволяет
получать и впоследствии обрабатывать данные на Э В М в виде двумерного
массива.
При
получении
бинарного
изображения
используются
математические модели, описанные в главе 2.
Определение внешних фаниц контролируемой области преследует две
цели: во-первых, офаничивается объем данных для дальнейшего анализа; вовторых,
координаты
используются
элементов,
для разбивки
составляющих
области
на зоны.
внешнюю
Принятие
фаницу,
решения
о
контролируемом зазоре кузова проводится на основе вычисленных параметров,
регламентирующих документов и экспертной оценки.
Экспериментально проведено сравнение полученных результатов с
реальными значениями зазоров кузова автомобиля.
Также проведенная оценка измерений на основе теории вероятности
показала, что различным участкам зазоров кузова характерны нормальный и
равномерный законы распределения, что говорит о возможности связи между
вероятностными распределениями геометрических параметров и технологией
изготовления, что в дальнейшем позволит диагностировать
полученные
данные.
Анализ статистических функций показал, что для зазора кузова между
передней и задней дверьми автомобиля характерны нормальный закон
распределения и равномерный закон распределения.
13
в результате сравнения данных, полученных экспериментальным путем,
с реальными значениями было выявлено, что пофешность измерений в
зависимости от типоразмера кузова или контролируемого зазора кузова,
полученных с помощью АС, составила 0,1-0,5 мм.
В приложениях к диссертационной работе приведены акты внедрения,
руководство пользователя профаммы «ZAZOR» и карта контроля внешних
зазоров кузова автомобиля ВАЗ-2110.
Общие выводы и результаты работы. Общим итогом работы является
создание АС контроля и диагностики зазоров кузова автомобиля. На основе
исследований,
представленных
в
диссертационной
работе,
получены
следующие практические и научные результаты;
1.
Разработаны математические модели для бинаризации изображений
образцов, для совмещения изображений образца
и эталона, а также
аналитическая зависимость, позволяющая сделать выбор в пользу применения
одной из моделей бинаризации изображений в зависимости от качества
изображения образца.
2. Получены алгоритмы оценки геометрических характеристик объектов
на
изображении
и
функционирования
АС
контроля
зазоров
кузова
автомобилей.
3. Разработано
профаммное
обеспечение,
необходимое
для
функционирования АС «ZAZOR».
4. Реализована система контроля зазоров кузова «ZAZOR».
5.
Внедрение
автомобиля
разработанного
метода
на установке, оснащенной АС,
контроля
зазоров
кузова
позволило решить задачу
повышения качества контроля зазоров кузова автомобиля.
6.
Разработана
методика
посфоения
автоматизированных
систем
контроля зазоров кузова автомобиля, которая позволяет контролировать
значительно более широкий спектр подобных объектов, чем рассмотренный в
14
данной работе.
7. Результаты работы внедрены в промышленное производство на
предприятиях ОАО «АвтоВАЗ», ОАО «ЛадаСпецОборудование», АНО «ЛадаЭксперт» и подтверждены актами внедрения. Также результаты работы
используются
в
учебном
процессе
в
Тольяттинском
государственном
университете.
Опубликовано 11 печатных работ, из них по результатам исследований
опубликовано 6 работ:
1. Козлов А.А., Солдатов А.А., Драчев О.И., Гуляев В.А. Взаимосвязь
математической модели и cad-модели. Материалы I V международной научнотехнической
конференции
«Фундаментальные
и
прикладные
проблемы
технологии машиностроения». - г. Орел, 2003. - с. 352-356.
2. Козлов А.А. Применение бинаризации изображений при контроле
точности зазоров
кузова
автомобиля. Региональная
научно-техническая
конференция «Научные чтения студентов и аспирантов». - г. Тольятти, 2005.C.38.
3. Козлов А.А., Солдатов А.А., Гуляев В.А., Кузьмич И.В. Использование
Э В М в автоматизированных системах управления качеством контроля деталей
автомобилей. Материалы Всероссийской с международным участием научнотехнической конференции «Теплофизические и технологические аспекты
управления качеством в машиностроении». - г. Тольятти, 2005. - с. 23-25.
4.
Козлов
А.А.,
Солдатов
А.А.,
Гуляев
В.А.,
Кузьмич
И.В.
Информационная поддержка автоматизированного контроля зазоров кузова
автомобиля. Материалы Всероссийской с международным участием научнотехнической конференции «Теплофизические и технологические аспекты
управления качеством в машиностроении». - г. Тольятти, 2005. - с. 233-235.
5. Козлов А.А., Солдатов А.А., Гуляев В А., Принципы создания
автоматизированной системы контроля геометрических параметров.
15
Материалы
Всероссийской
с
международным
участием
научно-
технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты
управления качеством в машиностроении». - г. Тольятти, 2005. - с. 235-237.
6, Козлов А.А., Кузьмич И.В. Автоматизация контроля зазоров кузова
автомобиля. Региональная научно-техническая конференция «Научные чтения
студентов и аспирантов». - г. Тольятти, 2005. - с. 21.
Лпп
С;
Рис. 1 Определение геометрических параметров произвольного
объекта.
16
Картина вероятностного
распредечения геометрических
параметров зазоров кузова а/м
Параметры
этшона
Выбор
алгоритма
Коррекция
параметров
эталона
Контролируемый
кузов а/м
или его элемент
Результат
Выбор
типоразмера
зазора
Ввод
параметрии
эталона
Рис.2 Функциональная схема АС контроля зазоров кузова автомобиля.
Рис.3. Опытно-промышленный образец установки контроля зазоров кузова
автомобиля.
17
Запуск и останод
системы
Задание режимов
йиспетчерская
система
Программа
бзаимодеистЬия
оператора
с системой
Программное
обеспечение
ZAZOR
Программа
технической
диагностики
и самоконтропя
системы
Прогроммо
idpauHep}
для
фотоснимоющего
I обс/ужибающая
бнешние
устроистйо
для
принтера
Программа
ВЫ
корректиру­
ющих параметрид
дт
информа- |_
иии на монитор
Ч
сети
Программа
Внешних
устроистЬ
Рис.4. Структура программного обеспечения АС контроля зазоров кузова
автомобиля.
Козлов Антон Александрович
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА КОНТРОЛЯ ЗАЗОРОВ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ ПУТЕМ
АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано в печать 19.09.2005. Формат 60x84/16.
Печать оперативная. Усл. п. л. 1,06. Уч.-изд. л. 0,99.
Тираж 100 экз.
Отпечатано в типофафии Тольяттинского государственного университета
Тольятти, Белорусская, 14.
• 21764
Р Н Б Русский фонд
2006-4
21626
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
678 Кб
Теги
bd000102007
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа