Статья 'Алгоритм построения и визуализации геометрической модели реальной детали' - журнал 'Программные системы и вычислительные методы' - NotaBene.ru
по
Меню журнала
> Архив номеров > Рубрики > О журнале > Авторы > Требования к статьям > Политика издания > Редакция > Порядок рецензирования статей > Редакционный совет > Ретракция статей > Этические принципы > О журнале > Политика открытого доступа > Оплата за публикации в открытом доступе > Online First Pre-Publication > Политика авторских прав и лицензий > Политика цифрового хранения публикации > Политика идентификации статей > Политика проверки на плагиат
Журналы индексируются
Реквизиты журнала
ГЛАВНАЯ > Вернуться к содержанию
Программные системы и вычислительные методы
Правильная ссылка на статью:

Алгоритм построения и визуализации геометрической модели реальной детали

Варепо Лариса Григорьевна

доктор технических наук

профессор, ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет»

644050, Россия, Омская область, г. Омск, проспект Мира, 11

Varepo Larisa

Doctor of Technical Science

Professor, Omsk State Technical University

644050, Russia, Omskaya oblast', g. Omsk, prospekt Mira, 11

larisavarepo@yandex.ru
Другие публикации этого автора
 

 
Трапезникова Ольга Валерьевна

ассистент, ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет»

644050, Россия, Омская область, г. Омск, пр. Мира, 11

Trapeznikova Olga Valerevna

assistant at Omsk State Technical University

644050, Russia, Omsk Region, Omsk, str. Peace prospect, 11

ol-trapeznikova@yandex.ru
Глухов Владимир Иванович

доктор технических наук

профессор, ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет»

644050, Россия, г. Омск, пр. Мира, 11

Glukhov Vladimir Ivanovich

Doctor of Technical Science

Professor, Department of Oil and Gas, Standardization and Metrology, Omsk State Technical University

644050, Russia, g. Omsk, pr.Mira, 11

mips@omgtu.ru
Другие публикации этого автора
 

 
Притыкин Федор Николаевич

доктор технических наук

профессор, ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет»

644050, Россия, г. Омск, пр. Мира, 11

Pritykin Fedor Nikolaevich

Doctor of Technical Science

Professor, Department of Engineering Geometry and CAD, Omsk State Technical University

644050, Russia, g. Omsk, pr. Mira, 11

pritykin@mail.ru
Другие публикации этого автора
 

 
Хомченко Василий Герасимович

доктор технических наук

профессор, ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет»

644050, Россия, г. Омск, пр. Мира, 11

Khomchenko Vasilii Gerasimovich

Doctor of Technical Science

Professor, Department of Automation and Robotics, Omsk State Technical University

644050, Russia, g. Omsk, pr. Mira, 11

v_khomchenko@mail.ru
Другие публикации этого автора
 

 

DOI:

10.7256/2454-0714.2017.3.24159

Дата направления статьи в редакцию:

11-09-2017


Дата публикации:

06-10-2017


Аннотация: Повышение качества деталей и изделий машиностроительного профиля относится к числу первоочередных задач. Решение этой задачи в работе достигается за счет увеличения достоверности, автоматизации контроля и реализации единой концепции обеспечения точности деталей на всех стадиях ее жизненного цикла. Инструментом решения поставленной задачи служит разработанный универсальный алгоритм построения геометрической модели реальной детали и ее визуализация, научная новизна которого, заключается в учете информативности элементов, координатных плоскостей и осей координат, материализованных комплектами баз детали. Практическая значимость алгоритма подтверждена его применением в методике нормирования размерной и геометрической точности детали При построении геометрической модели используется модульный принцип, где заранее известно возможное количество степеней свободы, лишаемое каждым элементом модуля. Характеристики геометрической модели, примечания и предложения заносятся в виде матрицы в базу данных. Построение геометрической модели начинается с изображения обобщенной системы координат OXYZ на контурном эскизе детали в одной - трех проекциях. Количество и вид координат и первичных погрешностей положения каждой основной базы определяются числом и видом движений, не израсходованных рассматриваемой базой на образование обобщенной системы координат. Угловые координирующие размеры и их погрешности положения отсчитываются только от осей координат с информативностью 4 и 2 и обозначаются на проекциях, перпендикулярных осям поворота. Линейные координирующие размеры и их погрешности положения отсчитываются вдоль соответствующих осей координат вместе с номинальными значениями координат, включая нулевые значения. Поверхности элементов, базы которых материализуют системы координат и исполнительные поверхности, имеют отклонения формы, которые визуализируются на модели в виде основных волнистых линий, касательных к образующим из материала элементов. Основная особенность данного подхода, которая отражает его научную новизну, заключается в том, что он позволяет объективно выявить все необходимые геометрические характеристики детали на основе принципа единства баз. Поверхности элементов, базы которых материализуют системы координат и исполнительные поверхности, имеют отклонения формы, которые визуализируются на модели в виде основных волнистых линий, касательных к образующим из материала элементов. Разработанный алгоритм может быть положен в основу разработки системы автоматизации управления качеством в процессах проектирования производства изделий.


Ключевые слова:

геометрическая модель, алгоритм, точность, геометрические характеристики, координатная плоскость, оси координат, автоматизация, контроль, визуализация, комплект баз

Abstract: Improvement of the quality of mechanical parts and products is one of the high-priority tasks. This task is achieved by increasing accuracy, automation of control and implementation of a single concept of part accuracy assurance at all stages of life cycle. The tool to solve this task is a universal algorithm created by the authors to construct and visualise a geometrical model of a real part. The scientific novelty of the resaerch is caused by the fact that the authors take into account information capacity of elements, coordinate planes and axes and materialized sets of parts bases. The practical important of the algorithm is proved by the results of using it as a method of regulating dimensional and geometrical accuracy of a mechanical part. In the process of building a geometrical model, the authors have used the modular principle where a possible number of freedom degrees deprived by each element of the module is known beforehand. Geometrical model's properties, notes and recommendations are input in the form of a matrix into the data base. The geometrical model starts with the image of a generalized coordinate frame OXYZ on a one-three view contour drawing of a mechanical part. The number and image of coordinates and initial calibration accuracy of each main base are determined by the number and image of movements that haven't been spent by the base for creating a generalized coordinate system. Angular coordinate sizes and graduation errors are calculated starting from coordinate axes with the 4 and 2 information capacity and marked on projections perpendicular to turning point axes. Linear coodinate sizes and their graduation errors are calculated along relevant coordinate axes together with the reference coordinate values including zero values. The surface of elements which bases materialize coordinate systems and executive surfaces have an inclined form that is visualized on the model as the main wavy lines tangent to the elements. The main feature of this approach which also reflects the novelty thereof is that it allows to objectively evaluate all necessay geometrical characteristics of a mechanical part based on the principle of unity of bases. The algorithm offered by the authors may form the basis for developing the automated quality management system in the processes of mechanical part design and production. 


Keywords:

set of bases, visualisation, control, automation, coordinate axes, coordinate plane, geometrical properties, accuracy, algorithm, geometrical model

Введение

К показателям точности изготовления деталей относятся точность размеров и геометрическая точность формы и относительного положения поверхностей.

Размеры геометрических элементов деталей, принимаемых в качестве рабочих и выполняющих служебное назначение базовых и исполнительных поверхностей - это двухмерные комплексные величины, имеющие два действительных граничных значения: размер максимума материала и размер минимума материала элемента. Система отсчета размеров, в составе которой рассматривается элемент детали, выполняющий свое служебное назначение, является системой координат комплекта элементов. Структуру комплексных размеров элемента составляют: размеры внешнего и внутреннего прилегающих элементов, отклонения формы поверхности элемента и отклонения расположения элемента относительно базовых элементов комплекта. Разность размеров максимума и минимума элемента детали характеризует его геометрическую точность. Линейные и угловые координирующие размеры определяют точность позиционного положения и ориентации элементов деталей.

Учитывая, что точность кинематики и динамики любого механизма, прежде всего, определяется точностью сопрягаемых деталей, а также постоянное повышение конкурентоспособности изделий, необходимо осуществлять поиск новых подходов для повышения размерной и геометрической точности деталей. В этом и состоит актуальность работы.

Постановка задачи

В решение проблемы точности внесли большой вклад как отечественные, так и зарубежные ученые. В настоящее время наибольшее внимание уделяется следующим направления исследований: нормирование относительного положения деталей векторными допусками, исследования в области отклонений формы и расположения [1], основы координатных измерений геометрических величин [2, 3] и основы размерного анализа [4, 5]. Решения, рекомендуемые авторами этих разработок, имеют высокий научный потенциал, но направлены на исследования конкретных сегментов задачи, что не дает полной геометрической визуализации характеристик качества детали.

Наибольшую информативность обеспечивает направление исследований - построение геометрических моделей [6-9]. Геометрическое моделирование позволяет комплексно оценить все возможные отклонения размеров, формы и расположения поверхностей в системе координат, принадлежащей детали. Информация о внешней геометрической форме конкретной детали является неотъемлемой составляющей процессов конструирования, технологии, производства и контроля.

Подсистемы машинной графики и геометрического моделирования при проектировании занимают в настоящее время одно из ведущих мест. Конструирование изделий в них, как правило, проводится в интерактивном режиме при оперировании геометрическими моделями, т.е. математическими объектами, отображающими форму детали, соединений деталей и при необходимости - дополнительные геометрические характеристики. Под термином математическое обеспечение понимаются модели, методы и алгоритмы для геометрического моделирования и подготовки к визуализации.

В настоящее время существующие программные решения в области конструкторских систем автоматизированного проектирования не позволяют в полной мере решать задачу нормирования точности геометрических характеристик конкретной детали.

Разработка универсального алгоритмического обеспечения для визуализации геометрической модели реальной детали в процессе изготовлении составляет цель данной работы.

Разработка алгоритма геометрического моделирования

Под геометрическим моделированием понимается весь многоступенчатый процесс - от вербального описания объекта в соответствии с поставленной задачей до получения внутримашинного представления. Геометрическая модель может быть представлена в виде компьютерной визуализации рабочих элементов детали вместе со всеми отклонениями размеров, формы и расположения рабочих поверхностей в обобщенной системе координат детали в целом. При построении геометрической модели используется модульный принцип, где заранее известно возможное количество степеней свободы, лишаемое каждым элементом модуля. Характеристики геометрической модели, примечания и предложения заносятся в виде матрицы в базу данных.

Алгоритм построения и визуализации геометрической модели реальной детали представлен на рис. 1. Построение геометрической модели начинается с изображения обобщенной системы координат OXYZ на контурном эскизе детали в одной - трех проекциях.

Обобщенную систему координат детали образует комплект основных конструкторских баз, совместно ограничивающих деталь в изделии шести степеней свободы: трех линейных и трех угловых. Число ограничиваемых базой степеней свободы является информативностью элемента.

14

Рисунок 1 - (Начало) Блок-схема алгоритма построения геометрической модели реальной детали

15

Рисунок 1 - (Окончание) Блок-схема алгоритма построения геометрической модели реальной детали

Информативность комплекта баз материализует систему координат с различной информативностью координатных плоскостей 3, 2, 1 и осей координат 4, 2, q (ноль).

Количество и вид координат и первичных погрешностей положения каждой основной базы определяются числом и видом движений, не израсходованных рассматриваемой базой на образование обобщенной системы координат. Угловые координирующие размеры и их погрешности положения отсчитываются только от осей координат с информативностью 4 и 2 и обозначаются на проекциях, перпендикулярных осям поворота. Линейные координирующие размеры и их погрешности положения отсчитываются вдоль соответствующих осей координат вместе с номинальными значениями координат, включая нулевые значения.

Поверхности элементов, базы которых материализуют системы координат и исполнительные поверхности, имеют отклонения формы, которые визуализируются на модели в виде основных волнистых линий, касательных к образующим из материала элементов. При визуализации реальной формы поверхности длина волны волнистой линии должна составлять 5-15 мм, а амплитуда 1-2 мм.

На рис. 2 и в табл. 1 показана практическая реализация предложенного алгоритма. Для базовых элементов, образующих вспомогательную систему координат, количество координат каждой базы определяется максимальной информативностью базы и складывается из координат вспомогательной системы в обобщенной системе детали и координат во вспомогательной системе. Количество координат элемента в обобщенной системе равно фактической информативности элемента и по виду - линейная или угловая - совпадает со степенями свободы, потраченными элементом на образование вспомогательной системы. Количество координат элемента во вспомогательной системе равно разности между максимальной и фактической информативностью элемента. Каждая координата, в том числе с нулевым номинальным значением, имеет отклонение положения элемента. Точность отклонений положения элементов нормируются допусками расположения и допусками линейных и угловых размеров элементов вследствие отсутствия системы допусков на координирующие размеры.

Если размерный элемент имеет отклонения положения, то они входят в структуру допуска элементного размера и превращают его в комплексный размер с расширенным допуском, включающим допуски расположения.

Таблица 1. Матрица геометрических характеристик печатного вала

12

13

Рисунок 2 - Реальная геометрическая модель печатного вала

Заключение

Практическая реализация разработанного универсального алгоритма построения и визуализации геометрической модели реальной детали показала рациональность и перспективность данного подхода к проблеме повышения качества. Этот подход позволяет объективно выявить все геометрические характеристики детали на основе принципа единства баз, а также может быть положен в основу разработки системы автоматизации управления качеством в процессах проектирования производства изделий.

Библиография
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
References
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Ссылка на эту статью

Просто выделите и скопируйте ссылку на эту статью в буфер обмена. Вы можете также попробовать найти похожие статьи


Другие сайты издательства:
Официальный сайт издательства NotaBene / Aurora Group s.r.o.