Обоснование и разработка автоматизированного метода определения размеров поперечных сечений круглых лесоматериалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат технических наук Захаров, Максим Владимирович

• Захаров, Максим Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Захаров, Максим Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Тенденция развития систем управления и контроля технологическими процессами.

1.2. Особенности оценки размеров при использовании систем технического зрения.

1.3. Принципы построения и структура информационного обеспечения в системах контроля и учета технологических параметров.

1.4. Особенности существующих способов измерения геометрических параметров круглых лесоматериалов.

1.5. Характеристика математического обеспечения.

1.6. Направление совершенствования метода автоматизированной оценки геометрических параметров сортиментов.

1.7. Выводы, цель и задачи исследований.

2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРИЕМКИ, КОНТРОЛЯ И УЧЕТА КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ.

2.1. Особенности методов приемки, контроля и учета круглых лесоматериалов.

2.2. Методы приемки и контроля качества.

2.3. Методы группового измерения объема.

2.4. Методы поштучного измерения объема.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и разработка автоматизированного метода определения размеров поперечных сечений круглых лесоматериалов»

В условиях постоянного развития технологии лесопиления, повышения эффективности использования лесосырьевых ресурсов, снижения затрат и потерь сырья, вопрос о совершенствовании способов и методов определения размерных характеристик пиловочного сырья и учета приобретает большое значение.

Существующие визуальные способы измерения геометрических параметров круглых лесоматериалов достаточно субъективны и не отвечают условиям получения качественной информации для правильного выполнения технических операций. Известные автоматизированные измерительные устройства позволяют анализировать плоскую форму поперечных сечений сортиментов в одной или двух направлениях. Получение пиломатериалов заданных размеров зависит от размерно-качественных характеристик сырья, точности сортирования по диаметрам, правильности ориентации сортиментов при раскрое, а это, в свою очередь, зависит от характеристик пиловочника, формы продольного и поперечного сечений, точности измерения параметров. В современных условиях автоматизации эта задача приобретает важное значение.

Повышение информативности измерительных операций, совершенствование методов обработки информации, технических средств измерения, контроля и учета геометрических параметров являются основными направлениями разработки и создания современных эффективных технологий и оборудования лесопильного производства.

Эффективность выхода пилопродукции во многом зависит от технологичности учета размеров и формы круглых лесоматериалов. Существующие автоматизированные системы определения и учета размеров сечений сортиментов не обеспечивают решение отмеченных задач. Поэтому разработка новых способов определения размеров сечений сортиментов, способствующих повышению точности и технологичности измерений, совершенствование существующих методов учета являются актуальными.

Целью работы является обоснование и разработка автоматизированного метода определения размеров поперечных сечений круглых лесоматериалов.

Для достижения поставленной цели решению подлежали следующие задачи:

- анализ существующих методов определения и учета геометрических параметров круглых лесоматериалов и определение направлений их совершенствования;

- разработка методики определения геометрических параметров круглых лесоматериалов с учетом их формы;

- научное обоснование и разработка метода измерений размеров поперечных сечений круглых лесоматериалов,

- определение технологических параметров измерителя поперечных сечений круглых лесоматериалов;

- экспериментальная проверка точности измерительных операций при определении размеров поперечных сечений круглых лесоматериалов.

Заключение диссертации по теме «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», Захаров, Максим Владимирович

5.3. Выводы

Обобщение результатов экспериментальных исследований дает возможность сделать следующие выводы:

1. Результаты сопоставления экспериментальных данных автоматизированных и натурных геометрических (ручных) измерений, а также статистических оценок выборок показали отсутствие значимой разницы между анализируемыми способами измерений. Это свидетельствует о достоверности предложенного способа измерений геометрических параметров сортиментов. Максимальная погрешность измерения диаметра на экспериментальной установке совпала с рассчитанной теоретически (2 см). Указанное дает основание утверждать о правомерности теоретических положений по обоснованию параметров измерителя кольцевой формы и процесса измерений, а также об адекватности разработанного математического аппарата процесса измерений. В целом результаты теоретических и экспериментальных исследований определяют целесообразность практического применения метода.

2. Точность в определении формы сечения практически не зависит от неравномерной плотности светолучевой сети кольцевого измерителя. Кольцевой измеритель не дает ощутимой систематической погрешности в определении площади поперечного сечения сортимента. Существующая погрешность имеет случайный характер (подчиняется нормальному закону). Средняя относительная погрешность в площади сечения сортимента на кольцевом измерителе практически не зависит от его диаметра и составляет около 10-13% при диаметре рамы измерителя 80 см и количестве излучателей 64.

3. Форма поперечного сечения сортимента, определенная по данным получаемым с кольцевого измерителя, точнее соответствует действительной форме сечения, чем круговая форма, восстановленная по единственному диаметру.

4. Измерительная система на основе датчика с рамой кольцевой формы имеет преимущество над системой с датчиком со сходными параметрами, но измеряющим сортимент в одном направлении. Преимущество заключается в более точном измерении формы сечения сортимента, следовательно, и всей формы сортимента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований отмечено:

1. Бесконтактные фотоэлектрические методы измерений геометрических размеров пиловочника имеют преимущества по сравнению с другими методами. Наибольшими достоинствами обладают методы на основе групп «излучатель(и)-фотоприемник», не имеющие механических узлов и сложной оптической системы.

2. Проведен сопоставительный анализ различных стандартизированных методов приемки, контроля и учета пиловочника. Одновременно действующие стандарты имеют различия, особенно в методах поштучного определения объемов пиловочника. Автоматизированная контрольно-измерительная система учета круглых лесоматериалов должна включать в себя возможность выбора метода определения объемов.

3. Обосновано направление развития фотоэлектрических способов измерения геометрических параметров круглых лесоматериалов. Качественное улучшение измерения формы поперечного сечения сортимента может быть достигнуто повышением количества измеряемых точек на его поверхности, что требует разработки нового подхода в измерениях на основе фотоэлектрических способов.

4. Научно обоснован новый способ измерений геометрических параметров круглых лесоматериалов на основе контрольно-измерительной системы, включающей в себя измерительный датчик кольцевой формы.

5. Разработан математический аппарат процесса измерений, включающий в себя математическую модель рамы измерительного датчика, математическую модель поперечного сечения сортимента, алгоритмы управления измерителем и обработки измеренных данных, определение геометрических параметров поперечного сечения сортимента по известной математической модели. Обоснованы принципы и характеристики процесса измерений.

6. Определена математическая зависимость, связывающая плотность светолучевой сети с основными параметрами измерительного датчика. Дана аналитическая оценка возможной погрешности в определении положения точек на поверхности сечения при различных параметрах датчика.

7. Обоснован выбор основных параметров измерительного датчика: количества фотоприемников,, диаметра рамы, количества излучателей. Оптимальное количество фотоприемников составляет 4 независимо от других параметров и оно является основной характеристикой предложенного способа измерений. Оптимальным диаметром рамы (120 см) является минимально возможный ее диаметр при максимально возможном диаметре сортимента. Необходимое количество излучателей может быть определено по приведенной математической зависимости.

8. На основании экспериментальных исследований изучено влияние различных факторов на точность определения формы поперечного сечения сортимента кольцевым измерителем.

9. Доказано, что форма сечения сортимента, определенная кольцевым измерителем, более точно соответствует действительной форме сечения, чем круговая форма, восстановленная по единственному измеренному диаметру.

10. Способ измерений, научно обоснованные параметры и техническое решение могут быть рекомендованы при разработке систем учета круглых лесоматериалов, сортирования и оптимальной ориентации в технологических процессах лесопильного производства.

11. Разработана и внедрена в учебный процесс методика определения основных технологических параметров измерителя кольцевой формы и процесса измерений размеров круглых лесоматериалов для подготовки студентов специальности 2102 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Захаров, Максим Владимирович, 2004 год

1. А. с. 1006911 G 01 В 5/08. Устройство для измерения объемов бревен / Л.Ш. Каган-Барский, В.П. Матвеев, Э.Я. Руцис, А.И. Алексеев. - № 3305630/25-28; Заявлено 22.06.81; Опубл. 23.03.83, Бюл. № 11. - С. 220.

2. А. с. 1315798 G 01 В 11/08. Устройство для измерения диаметров древесного сырья / Л.Г. Хижняков. № 4008531/24-28; Заявлено 17.01.86; Опубл. 07.06.87, Бюл. № 21. - С. 282.

3. А. е. 1479814 G 01 В 5/08. Устройство для измерения торцов бревен и пиломатериалов / И.А. Овсянников. № 4218061/25-28; Заявлено 04.03.87; Опубл. 15.05.89, Бюл. № 18. - С. 167.

4. А. с. 1479821 G 01 В 11/00. Устройство для контроля линейных размеров / А.Б. Лысов. № 4296015/24-28; Заявлено 14.08.87; Опубл. 15.05.89, Бюл. № 18.-СЛ68.

5. А. с. 1490465 G 01 В 11/00. Способ измерения размеров объекта / В.Н. Аноховский. -■№ 4225082/25-28; Заявлено 06.04.87; Опубл. 30.06.89, Бюл. №24.-С. 190.

6. А. с. 1608414 G 01 В 5/08. Устройство для измерения поперечных размеров лесоматериалов / Б.П. Плотвинов. — № 4612825/25-28; Заявлено 01.12.88; Опубл. 23.11.90, Бюл. № 43. С. 138.

7. А. с. 1647240 G 01 В 11/08. Устройство для измерения диаметров древесного сырья / Л.Г. Хижняков. № 4674607/28; Заявлено 06.04.89; Опубл. 07.05.91, Бюл. № 17.-С. 115.

8. А. с. 290166 G 01 В 11/08. Фотоэлектрический датчик диаметров бревен / В.Г. Цигель, В.Ф. Чернов, Б.В. Ковылов. № 1345983/29-33; Заявлено 07.07.69; Опубл. 22.12.70, Бюл. № 2. - С. 122.

9. А. с. 355479 G 01 В 5/08. Способ определения диаметров круглых лесоматериалов / Д.В. Иващенко, В.Н. Горностаев. № 1453583/29-33; Заявлено 06.07.70; Опубл. 16.10.72, Бюл. № 31. - С. 140.

10. А. с. 968580 G 01 В 5/08. Способ определения объема бревен / JI.IH. Каган-Барский. №3276168/25-28; Заявлено 16.04.81; Опубл. 23.10.82, Бюл. №39.-С. 225.

11. А. с. 991094 G 01 N 33/46. Фотометрический способ определения объема и качества круглых лесоматериалов / З.П. Мартынюк. № 99109434/28; Заявлено 28.04.99; Опубл. 10.20.2001, Бюл. №17. -С. 112.

12. Автоматизированные системы управления технологическими процессами в лесной промышленности: Сборник трудов ЦНИИлесосплава / P.E. Василькова, C.B. Виноградов, Ф.Е. Захаренков, М.Н. Фоминцев, В.А. Щербаков. М.: Лесная пром-сть, 1981. - 103 с.

13. Айвазян С.А., Енюков И. С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей // Под ред. С.А. Айвазяна. М.: Финансы и статистика, 1985. — 232 с.

14. Аксенов П.П. Технология пиломатериалов. М.: Лесная пром-сть, 1976.-479 с.

15. Александров А.Г., Панин С.Ю. Система ГАММА-IPC для синтеза регуляторов многомерных систем // Автоматизация в промышленности. — 2003. № 2. - С. 14-16.

16. Алексеев А.Е., Захаров М.В., Ефремов A.A. Измеритель геометрических параметров круглых лесоматериалов // Совершенствование энергетических систем и технологического оборудования. Сб. науч. тр. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. - С. 30

17. Алексеев А.Е., Захаров М.В., Ефремов A.A. Контрольно-измерительная система // Современные техника и технологии: Труды седьмой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Томск: Изд. ТПУ, 2001. С. 162-163

18. Анисимов П.М., Кореневич JIM. Множительные таблицы для исчисления объема круглых лесоматериалов. Краткий справочник. -Изд. 3-е. -М: Лесн. пром-сть, 1990. 72 с.

19. Бермант. А.Ф. Курс математического анализа. -М.Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951. 435 с.

20. Боровиков В. STATISTICA: искусство анализа данных на компьютере. Для профессионалов. СПб.: Питер, 2001. — 656 с.

21. Васильков Ю.В., Василькова H.H. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании: Учеб. пособие. -Финансы и статистика, 1999.-256 с.

22. Вечкасов И.А., Кручинин H.A. Приборы и методы анализа в ближней инфракрасной области. М.: Химия, 1977. - 280 с.

23. Вознесенский B.JI. Первичная обработка экспериментальных данных. — М.: Высшая школа, 1983. 264 с.

24. Гершберг А.Ф., Мусаев. A.A., Назик A.A., Шерстюк Ю.М. Концептуальные основы информационной интеграции АСУ ТП нефтеперерабатывающего предприятия: СПб. — Альянс-строй. — 2003.- 38 с.

25. ГОСТ 17461-84. Технология лесозаготовительной промышленности. Термины и определения. Химки: «ЦНИИМЭ», 1996. - 23 с.

26. ГОСТ 17462-84. Продукция лесозаготовительной промышленности. Термины и определения. Химки: «ЦНИИМЭ», 1996. - 20 с.

27. ГОСТ 18288-87. Производство лесопильное. Термины и определения. -Химки: «ЦНИИМЭ», 1996. -18 с.

28. ГОСТ 22296-893. Балансы для экспорта. Технические условия. -Химки: «ЦНИИМЭ», 1996. 6 с.

29. ГОСТ 22299-76Э. Бревна пиловочные лиственных пород, поставляемые для экспорта. Технические требования. Химки: «ЦНИИМЭ», 1996. —6 с.

30. ГОСТ 22299-76Э. Бревна пиловочные лиственных пород, поставляемые для экспорта. Технические требования. Химки: «ЦНИИМЭ», 1996.7 с.

31. ГОСТ 2292-88. Лесоматериалы круглые. Маркировка, сортировка, транспортирование, методы измерения и приемка. -Взамен 2292-74; Введ. с 21.04.88. -М.: Издательство стандартов, 1990,- 12 с.

32. ГОСТ 23827-79. Сырье древесное тонкомерное. Технические условия. -Химки: «ЦНИИМЭ», 1996. 6 с.

33. ГОСТ 24297-80. Входной контроль продукции. Основные положения. -Введ. с 01.07.81. -М.: Издательство стандартов, 1980. 11 с.

34. ГОСТ 2708-75. Лесоматериалы круглые. Таблицы объемов. -М.: Издательство стандартов, 1999. — 26 с.

35. ГОСТ 8486-86. Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия. -Химки: «ЦНИИМЭ», 1996.- 14 с.

36. ГОСТ 9462-88. Лесоматериалы круглые лиственных пород. Технические условия. Взамен 9462-71; Введ. с 01.01.91. - М.: Издательство стандартов, 1991. — 14 с.

37. ГОСТ 9463-88. Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия. Взамен 9462-72; Введ. с 01.01.91. - М.: Издательство стандартов, 1991. — 12 с.

38. Гутер P.C. и др. Программирование и вычислительная математика. -М.: Наука, 1965.-447 с.

39. Деденко Л.Г., Керженцев В.В. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента / Под общ. ред. А.Н. Матвеева. -М.: Изд. МГУ, 1977.-111 с.

40. Долацис Я.А. Взаимодействие ИК-излучения на древесину. — Рига: Зинатне, 1973.-302 с.

41. Захаров М.В. Математическая модель сечения бревна // Наука -северному региону. Сб. науч. тр. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. -С. 50-52

42. Захаров М.В. Методы поштучного измерения и учета // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. Сб. науч. тр. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. - С. 68-70

43. Иванов А.П. Оптика рассеивающих сред. Минск: Наука и техника, 1969.-591 с.

44. Кармадонов А.Н. Дефектоскопия древесины. — М.: Лесн. пром-сть, 1987.-120 с.

45. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений. -М.: Энергоатомиздат, 1986.-448 с.

46. Лакатош Б.К. Дефектоскопия древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1966. -182 с.

47. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике. -М.: Советское радио, 1960. 520 с.

48. Леонов Л.В. Технологические измерения и приборы в лесной и деревообрабатывающей промышленности. -М.: Лесн. пром-сть, 1984. — 252 с.

49. Макаров В.Л., Хлобыстов В.В. Сплайн-аппроксимация функций. -Л.: Наука, 1969.-95 с.

50. Можегов H.A. Автоматические средства измерений объема, уровня и пористости материалов. М.: Энергоатомиздат, 1990. —120 с.

51. Монахов В.М. и. др. Методы оптимизации. Применение математических методов в экономике. Пособие для учителей. -М.: «Просвещение», 1978. -175 с.

52. Мусаев A.A., Шерстюк Ю.М. Архитектурные и технологические аспекты создания аналитических информационных систем // Тр. Межд. НТК ММТТ. СПб., 2000. - С. 18-21.

53. OCT 13-208-85. Лесоматериалы круглые. Геометрический метод определения объема и оценка качества при поставке в судах. Введ. с. 10.07.85. -М.: Издательство стандартов, 1985. - 12 с.

54. ОСТ 13-238-88. Сырье древесное. Групповой метод измерения объема по массе. Химки: «ЦНИИМЭ», 1996. - 14 с.

55. ОСТ 13-303-92. Лесоматериалы круглые. Методы поштучного измерения объема. — М.: Издательство стандартов — 17 с.

56. ОСТ 13-43-79. Лесоматериалы круглые. Геометрический метод определения объема и оценка качества лесоматериалов, погруженных в вагоны и автомобили. Взамен ОСТ 13-43-75; Введ. с 01.01.80. -М.: Издательство стандартов. - 14 с.

57. ОСТ 13-44-81. Лесоматериалы круглые. Методы геометрического обмера пучков для определения объема круглых лесоматериалов, поставляемых сплавом. Методы измерения и оценки качества. — М.: Издательство стандартов, 1985. 11 с.

58. ОСТ 13-59-82. Лесоматериалы круглые. Весовой метод определения объема и оценка качества. Взамен ОСТ 13-59-76; Введ. с 01.07.82. -М.: Издательство стандартов, 1985. - 9 с.

59. Остапчук В.Г., Кагановский И.П. Применение систем технического зрения в промышленности: Методич. рек. -М.: ЭНИМС, 1989. 37 с.

60. Павлов А.В., Черников А.И. Приемники излучения автоматических оптико-электронных приборов. М: Энергия, 1972.-239с.• 66. Песоцкий А.Н. Лесопильное производство. М.: Лесная пром-сть, 1970.-432 с.

61. Петровский B.C. Автоматическая операция раскроя древесины стволов. -М.: Лесн. пром-сть, 1970. 183 с.

62. Пижурин А.А. Современные методы исследований технологических процессов в деревообработке. -М: Лесная пром-сть, 1972. 248 с.

63. Полупроводниковые светоизлучающие диоды. — М: Энергоатомиздат, 1983.-150 с.

64. РД 13-0273685-01-89. Лесоматериалы круглые. Методы поштучного геометрического измерения объема. Введ. с 01.01.91. - Химки: «ЦНИИМЭ», 1990. - 7 с.

65. РД 13-2001-00. Лесоматериалы круглые. Методы измерения размеров и объема. Контроль качества. Приемка. Рекомендации. Введ. с. 01.09.00. - Химки: «ЦНИИМЭ», 2000. - 41 с.

66. РД 13-2-2-94. Сертификация круглых лесоматериалов. Обеспечение качества и безконфликтной приемки при заключении договора на поставку. Химки г «ЦНИИМЭ», 1996. - 10 с.

67. Серов Б.В., Запольский Б.А., Шехтер Я.С. Автоматизация сортировки и учета в лесопилении. Петрозаводск: Карельское книжное издательство, 1964. — 223 с.

68. Соболев И.В. Управление производством пиломатериалов. М.: Лесн. пром-сть. 1981. — 184 с.

69. Сорочкин. Б.М. Автоматизация измерений и контроля размеров деталей. -Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1990. 365 с.

70. Справочник по лесопилению / Под ред. С.М. Хасдана. -М.: Лесная промышленность, 1980.-424 с.

71. Справочник по лесопилению./ Ю.А. Варфоломеев, И.С. Дружинин, Ю.А; Дьячков и др.; Под ред. А.М. Копейкина. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Экология, 1991. - 496 с.

72. Строков В.А., Кеткович A.A. Оптические методы и средства дефектоскопии/ЦНИИТЭ приборостроения. М.: 1978. - 40 с.

73. Суровцева Л.С. Планирование раскроя пиловочного сырья и реализации пилопродукции на базе персонального компьютера: Учебное пособие. Архангельск: РИО АГТУ, 1997. - 116 с.

74. ТУ 13-2-1-95. Балансы, поставляемые в Финляндию Технические условия. Химки: «ЦНИИМЭ», 1996. - 18 с.

75. ТУ 13-2-2-95. Балансы экспортные, поставляемые в Финляндию железнодорожным транспортом. Технические условия. Химки: «ЦНИИМЭ», 1996. - 22 с.

76. Турушев В.Г. Технологические основы автоматизированного производства пиломатериалов. М: Лесная пром-сть, 1975.-208 с.

77. У. Росс Эшби. Ведение в кибернетику. М.: Изд-во иностранной литературы, 1959. - 432 с.