Разработка и исследование бесконтактного автоматизированного метода промера — браковки ткани и технических средств его реализации

Цель работы:

Разработка научно-технических методов для создания и исследования размоточно — намоточных устройств, (МБМ) мерильно — браковочных машин с бесконтактным контролем параметров промера и процесса автоматической разбраковки рулонных материалов.

Объект исследования:

Бесконтактный датчик контроля геометрических параметров ткани и размоточно — намоточных устройств, с целью минимизации напряженно-деформированного состояния (НДС) при размотке из рулона в производстве товаров широкого потребления, исследование возможности повышения степени автоматизации при браковке тканей.

Актуальность работы:

Определяется потребностью в совершенствовании и модернизации мерильно-браковочных машин (МБМ), минимизации НДС обрабатываемых материалов. Одним из направления развития МБМ, представляющий теоретический и практический интерес, является создание бесконтактного датчика снятия параметров ткани и повышение степени автоматизации распознавания различных дефектов ткани.

Задачи исследования.

1. Анализ технической и патентной литературы подготовительного производстваизучение и анализ размоточно — намоточных устройств, применяемых в производстве изделий широкого потребления и направления их совершенствования.

2. Исследование взаимодействия материала с рабочими органами (МБМ) аналитическое описание процессов размотки ткани с целью минимизации сил, действующих на элементы конструкции.

3. Разработка предложений по использованию бесконтактных датчиков измерения геометрических параметров ткани и схем МБМ, повышение степени автоматизации распознавания различных дефектов ткани.

4. Разработка методов расчета и определения параметров и режимов работы датчиков измерения длины ткани и размоточнонамоточных устройств, систем автоматизированного определения дефектов ткани.

5. Экспериментальная проверка теоретических расчетных результатов, определение необходимых данных для разработки и рекомендаций по совершенствованию МБМ и устройств для снятия геометрических параметров ткани.

6. Разработка научно-технических предложений и рекомендаций по созданию и совершенствованию МБМ.

Методы исследования.

В работе сочетаются теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием положений механики, сопротивления материалов, высшей и прикладной математики, а также специальных методов программирования. Для проведения экспериментальных исследований были разработаны и изготовлены опытные установки и стенды, оснащенные электронной измерительной аппаратурой и компьютерной вычислительной техникой. Научная новизна и практическая полезность работы. Научная новизна работы заключается в разработанных методах проектирования и расчета размоточно — намоточных устройств, в определении рациональных параметров основных рабочих органов МБМ, в разработке программы по управлению бесконтактным датчиком снятия параметров ткани, рекомендаций по его использованию, предложен метод автоматизации выявления пороков ткани. Реализация результатов работы.

При разработке технических решений, макетов и устройств МБМ и их экспериментальной проверки в лабораторных условиях разработан бесконтактный датчик снятия геометрических параметров ткани, предложен метод автоматизированного бесконтактного выявления пороков ткани с одновременным определением их координат, которые позволяют повысить степень автоматизации разработанного с участием автора совместно с ОАО «Семенов и Ко» изготовленного и внедренного в производство промышленного образца МБМ на швейном объединении «Москва». Апробация работы.

Основные результаты и рекомендации диссертационной работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на кафедре МАЛП МГУДТ, на 54 научно-технической конференции студентов и молодых ученых «Молодые ученые — XXI веку» (9−12 апреля 2002 года), на Пятой Международной научно-методической конференции (Россия, Москва, 3−4 апреля 2003 года), на XI — й Международной научно-практической конференции (Россия, Москва, ГОУВПО МГУС), на Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона» (Россия, Кострома, КГТУ, 56 октября 2006 года), на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы и перспективы механики» (Республика Узбекистан, Ташкент, Институт механики и сейсмостойкости сооружений имени М. Т. Уразбаева АНРУз, 17−18 мая 2006г), на Восьмой Международной научно-методической конференция (Россия, Москва, 2−3 апреля 2007 г.) в сообщении в Витебском Государственном Технологическом Университете на тему: «Компьютерное проектирование механизмов машин».

По теме данной работы в различных печатных изданиях опубликовано 10 статей (две из них в сборниках научных трудов МГУДТ, 3 — в журнале, рекомендованном ВАК).

Получен сертификат соответствия № 5 851 920 на мерильно-браковочную машину модель 2200, № 909 533, год выпуска 07.2002. Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения по работе, списка литературы и приложений. Работа изложена на 160 страницах, включая 77 рисунков, 15 таблиц и приложений.

выводы.

1. В качестве реализации МБМ с одним приводом целесообразно использовать предложенную схему агрегата.

2. При реализации схемы МБМ 2200 с собственным двигателем разматывающего и сматывающего устройства разработан и изготовлен промышленный образец.

3. В сравнении с существующими агрегатами для автоматизированного промера-браковки, предлагаемый агрегат имеет возможность перемотки нестандартных рулонов ткани за счет особенностей конструкции разматывающего устройства.

4. Общее время промера-браковки при одинаковых скоростных режимах, в случае промера стандартными методами, значительно увеличивается, чем при использовании гибких разматывающих устройств и автоматизированного бесконтактного метода промера-браковки.

5. Получен сертификат соответствия № РОСС RU-АЯ 56. А3 252 на промышленный образец МБМ-2200.

6. Как дальнейшее развитие Мерильно-браковочных машин предложен метод автоматизированного выявления дефектов ткани и их координат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПО РАБОТЕ.

1. На основании анализа технической литературы выявлена тенденция автоматизации процессов промера и браковки ткани. Установлено, что наиболее приемлемым методом является комбинированный метод измерения длины ткани включающий в себя элементы бесконтактного и контактного способа снятия параметров ткани.

2. Определено, что наиболее приемлемым и наиболее точным методом для сортировки отрезных полотен в мерильно-браковочных машинах является метод текущего контроля положения перемещаемого объекта.

3. На базе изучения отечественных и зарубежных источников информации, последовательного анализа влияния факторов на точность измерения, деформационные характеристики материалов, а также фиксации различных дефектов ткани определены основные направления исследований в области создания технических средств и разработка бесконтактных методов выявления и распознания дефектов ткани для физико-механической обработки легкодеформируемых материалов.

3. Определено, что наиболее актуальными и экономически приоритетными являются вопросы разработки и исследования процессов и механизмов фиксации дефектов, размотки, ориентации, намотки и снятия геометрических параметров при их промере, разбраковке и настилании для раскроя. Совершенствование способов снятия геометрических параметров ткани, автоматизация выявления дефектов определяется возможностью широкого использования компьютерной техники и обработкой больших массивов данных.

5. Выполнены теоретические исследования и построены математические модели размотки рулонных материалов для разновариантных схем процесса, определены зависимости погрешности измерения длины ткани при бесконтактном методе снятия параметров. Определены перспективные направления по совершенствованию систем и методов бесконтактного измерения параметров ткани, фиксации дефектов измеряемого куска материала, размотки легкодеформируемых тканей и разработаны современные технические решения их реализации.

6. Разработан и исследован новый способ фиксации дефектов ткани в процессе измерения основанный на определении структуры переплетения ткани, который позволяет использовать стандартные аппаратные средства (сканирующие устройства) и пакет программного обеспечения, а также интеграции с различными типами вычислительной техники.

8. Предложена последовательность операций, главным этапом в которой является определение положения нитей в ткани. Спектральный анализ изображения ткани выявил основные закономерности для выделения помех и информативной составляющей изображения, а также показал применимость метода Фурье для ориентировочного нахождения основных показателей переплетения ткани, таких, как геометрическая плотность по основе и по утку, раппорт, угол поворота образца ткани.

9. К основным преимуществам метода выявления и распознания дефектов материала относятся универсальность, возможность обработки ткани любого однослойного переплетения, низкие требования к разрешающей способности сканера и качеству изображения. Проведенные в диссертации экспериментальные исследования и изучение существующих методов обработки изображения показали, что наиболее перспективным в данных условиях является метод усреднения яркости вдоль направления нитей.

10. В результате проведенных экспериментальных исследований получено подтверждение теоретических предположений и закономерностей, выявленных для изображения ткани и его амплитудного спектра. В диссертационной работе согласно результатам исследований установлены ограничения применения разработанного метода:

— предварительный анализ изображения в частотной области возможен только для образцов ткани на порядок больших длины раппорта переплетения;

— получение координат точек нитей в плоскости ткани возможно только для отбеленных или достаточно светлых образцов;

— наименьшее число ошибок при обнаружении нитей (менее 10%) получается при анализе тканей полотняного переплетения;

— наиболее точные результаты измерения толщины нитей получаются на тканях большей пористости;

— алгоритм обнаружения границ между перекрытиями даёт наиболее точные результаты для тканей полотняного переплетения.

11. Высокая сложность объекта исследования, наличие и сложность фильтрации помех и шумов ограничивают метод определением плоской структуры переплетения ткани, так же следует отметить, что наиболее точные результаты по размерам дефекта ткани и его координатам получаются при определении дефекта значительно нарушающего структуру ткани.

12. В связи со сложностью процесса дефектоскопии выявление структуры переплетения ткани осуществляется в несколько этапов и требует разделения на отдельные элементы. Анализ предъявляемых к алгоритму автоматизированного выявления дефектов ткани требований показал целесообразность применения сложных и ресурсоемких математических методов обработки информации, реализуемых на современных компьютерах.

13. Проведен анализ взаимодействия промеряемого материала с рабочими органами мерильно-браковочной машины. Определены оптимальные конструкторско-технологические параметры компоновки исполнительных механизмов оборудования подготовительного производства. Дана оценка параметров и рекомендации по учету напряжений возникающих в процессе промера-браковки длинномерных рулонных материалов.

14. Проведен анализ особенностей конструкции и основных аппаратных требований по применению бесконтактного датчика в подготовительном производстве. Экспериментальными исследованиями установлены ограничения применения разработанного бесконтактного способа снятия геометрических параметров материалов такие как: оптимальная высота положения датчика по отношению к объекту измерения лежит в диапазоне 10±2 микром, предельная скорость движения материала измеряемого проектируемым устройством до 0,75 м/с, погрешность измерения бесконтактного датчика снятия геометрических параметров ткани составляет менее 1%.

15. Исследования опытного промышленного образца МБМ 2200 с собственным двигателем разматывающего и сматывающего устройства подтвердили корректность принятых теоретических положений при разработке новых технических решений. Получен сертификат соответствия № РОСС RU-АЯ 56. А3 252 на промышленный образец МБМ-2200.

16. Общее время промера-браковки при одинаковых скоростных режимах, по сравнению с промером стандартными методами, значительно уменьшается, при использовании гибких разматывающих устройств и автоматизированного бесконтактного метода промера-браковки. Вследствие снижения времени операции промера-браковки и повышения точности измерения геометрических характеристик материалов, составляющая нерационального расхода материала на швейные изделия может быть снижена.