автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация технологического процесса шпаклевания железобетонных изделий на предприятиях стройиндустрии

На правах рукописи

ШПЫНЕВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ШПАКЛЕВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ СТРОЙИНДУСТРИИ

Специальность 05.13.06. - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (строительство)

- 1 ДЕК 2011

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2011

005004352

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московская государственная академия коммунального хозяйства и строительства»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Абрамов Валерий Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Илюхин Андрей Владимирович

кандидат технических наук, профессор Тихонов Анатолий Федорович

Ведущая организация: ООО «Компания Всероссийский научно-

исследовательский институт специальных методов исследований»

Защита состоится «20» декабря 2011 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.153.03 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московская государственная академия коммунального хозяйства и строительства» (МГАКХиС), по адресу: г. Москва, Средняя Калитниковская ул., д.30.

Автореферат размещен на сайте Министерства образования и науки Российской Федерации.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии

Автореферат разослан «18» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В индустриальном домостроении удельный вес отделочных работ достигает 40% трудоёмкости строительства объекта. Отделочные работы, связанные с нанесением и разравниванием раствора на поверхностях стен, заделка мест сопряжения сборных конструкций, малярные работы, могут занимать 70% общего объема отделочных работ. Поэтому применение сборных элементов повышенной заводской готовности позволяет значительно сократить объемы ручного труда. Шпаклевочные работы в построечных условиях имеют низкий уровень механизации и являются одними из самых трудоемких. Их перенос со стройплощадки на заводской отделочный конвейер позволяет сократить затраты труда в 6-8 раз.

В изделиях кассетного производства, а также выпускаемых вибропрокатным методом и, в некоторых случаях, изделиях формуемых в горизонтальных формах, необходимость производства шпаклевочных работ продиктована низким качеством поверхности. Для изделий кассетного производства характерно наличие пор, сколов и трещин, образующихся при распалубке.

Большинство машин, работающих в настоящее время на отделочных конвейерах, морально устарели. Кроме того, имеют место большие технологические потери шпаклевки, так как нанесение раствора выполняется вручную, и как следствие, отсутствуют предпосылки для автоматизации работы существующих отделочных машин в конвейере.

Анализ рабочих операций, производимых на конвейере для отделки изделий кассетного производства, показал, что чистовая отделка готовых изделий является одной из приоритетных технологической операций для автоматизации. Автоматизация шпаклевочных работ предъявляет повышенные требования к техническим средствам обеспечения технологического процесса, способам управления, а также к шпаклевочным материалам.

Цель работы. Повышение технико-экономических показателей рабочих операций отделки изделий кассетного производства за счет автоматизации технологических процессов шпаклевания.

Для достижения поставленной цели:

выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта автоматического управления процессами производства шпаклевочных работ, методов и средств их автоматизации;

разработаны:

• структура автоматизированного комплекса шпаклевочной машины, которая имеет специализированный рабочий орган и автоматическую систему его перемещения;

• измерительно-управляющее микропроцессорное устройство, обеспечивающее позиционное, скоростное и силовое управление перемещением рабочего инструмента шпаклевочной машины, обеспечивающего оптимизацию его траекторных перемещений;

• метод рационального подбора и реализации траекторий движения рабочего органа шпаклевочной машины, определяющих качество отделки панелей, технологические потери отделочного состава и производительность автоматизированного комплекса;

• система технического зрения, позволяющая определять положение рабочего органа системы, его перемещения относительно края обрабатываемого изделия;

• автоматизированная система оценки качества обрабатываемой поверхности железобетонных изделий.

Выполнена экспериментальная проверка полученных результатов.

Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, вычислительной техники, электроники и моделирования.

Научная новизна. Основным научным результатом является развитие теории и практики автоматизированного управления процессом отделки изделий кассетного производства за счет автоматизации технологических процессов их шпаклевания.

Научная новизна работы заключается в разработке:

структуры и функционального наполнения автоматизированной системы управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной, повышающих технико-экономические показатели рабочих операций с помощью специализированного рабочего органа и автоматической системы его перемещения.

методов позиционного, скоростного и силового управления перемещениями рабочего инструмента шпаклевочной машины, обеспечивающих оптимизацию его траекторных перемещений;

методов рационального подбора и реализации траектории движения рабочего органа шпаклевочной машины, определяющих повышение технико-экономических показателей рабочих операций автоматизированного комплекса;

системы технического зрения, позволяющей определять положение системы перемещения рабочего органа относительно края обрабатываемого изделия и оценивать качество обработки его поверхности.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Комплекс теоретических и практических методов автоматизации управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной за счет специализированного рабочего органа и автоматической системы его перемещения.

2. Математическое описание методов позиционного, скоростного и силового управления перемещениями рабочего инструмента шпаклевочной машины, обеспечивающих оптимизацию его траекторных перемещений.

3. Система технического зрения, позволяющая определять положение системы перемещения рабочего органа относительно края обрабатываемого изделия и оценивать качество обработки его поверхности.

4. Результаты применения автоматизированной системы управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной, которая имеет специализированный рабочий орган и автоматическую систему его перемещения.

Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации процессов управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной со специализированным рабочим органом и автоматической системой его перемещения, заключаются в том, что они являются практической базой для научно-обоснованного выбора параметров настройки системы, обеспечивающей повышение технико-экономических показателей рабочих операций за счет оптимизации позиционного, скоростного и силового управления перемещением рабочего инструмента шпаклевочной машины. Использование в технологических схемах отделки изделий кассетного производства автоматизированной шпаклевочной машины, дает возможность не только сократить время выполнения операций шпаклевания, но и повысить производительность труда, сократить материальные и энергетические затраты, уменьшить себестоимость и повысить качество обработки поверхности изделий кассетного производства. Результаты работы внедрены в ГУП «НИИМосстрой», и используются в учебном процессе МГАКХиС.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на: Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы устойчивости и безопасности систем жизнеобеспечения в сфере жилищно-коммунального хозяйства» (г. Москва, 2010 г.); III Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологической безопасности: поиск стратегий, методов, технологий» (г. Москва, 2010 г.); Международном студенческом форуме «Образование, наука, производство» (г. Белгород, 2010 г.); на совместном заседании кафедр «Автоматизация ТП и СП» и «Машины и оборудование заводов стройматериалов и конструкций» (г. Москва, 2011 г.). Публикации. По результатам работы получен патент РФ на полезную модель, опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 73 наименования, и содержит 133 страницы текста, 62 иллюстрации, 11 таблиц и одного приложения на б страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность и сформулированы основные цели и задачи исследования.

Первая глава посвящена техническим средствам шпаклевания изделий и анализу технологических схем производства и управления процессами отделки изделий шпаклевочными машинами, результаты которого позволили выявить их потенциальные возможности в части внедрения автоматизированного управления шпаклевочными операциями. Сформулированы основные задачи технологического и технического совершенствования процессов шпаклевания изделий за счет внедрения методов и средств автоматизации.

Шпаклевание как способ устранения дефектов поверхностей изделий кассетного производства, а также панелей наружных стен, подготавливаемых под окраску, остается основным средством повышения категории качества поверхности. Анализ рабочих операций, производимых на конвейере для отделки изделий кассетного производства, показал, что их чистовая отделка (шпаклевание) является одной из наиболее доступных и экономически выгодных операций для автоматизации.

Системы автоматизации шпаклевочных работ, предъявляют особые требования к машинам, сенсорам и способам управления, а также к используемым шпаклевочным материалам. Кроме того, при автоматизации шпаклевочных операций требуются специальные инструменты, пригодные для автоматизированного нанесения растворов и их точного заглаживания.

Используемые при автоматизации механизмы и устройства управления должны обладать следующими свойствами: самостоятельностью перемещения рабочего органа вдоль изделия и нанесение на него отделочного состава; ориентированием, распознающим при помощи сенсоров границы рабочей зоны с необходимой точностью.

Рабочий орган, используемый для нанесения и затирания отделочного состава, должен обладать возможностью качественно и с минимальными технологическими потерями шпаклевки производить отделку поверхностей изделия.

При автоматизации шпаклевочных работ новая технология должна обладать, удобством интеграции в технологический процесс. На основании сформулированных требований к системе автоматизации шпаклевочных работ на конвейере для отделки изделий кассетного производства были поставлены основные задачи исследования, связанные с разработкой:

1. Структуры автоматизированного комплекса шпаклевочной машины, которая должна иметь специализированный рабочий орган и автоматическую систему его перемещения;

2. Измерительно-управляющего микропроцессорного устройства, обеспечивающего позиционное, скоростное и силовое управление перемещением рабочего инструмента и оптимизацию его траекторных перемещений;

3. Методов рационального подбора и реализации траектории движения РО шпаклевочной машины, определяющих качество шпаклевания панелей, производительность автоматизированного комплекса, технологические потери отделочного состава, количество пусков и остановов электродвигателей приводов, энергозатраты, т.е. основные технико-экономические показатели процесса шпаклевания.

4. Автоматизированной системы оценки качества обрабатываемой поверхности железобетонных изделий.

Во второй главе осуществлена разработка структуры системы автоматизации шпаклевочных работ.

Внедрение средств автоматизированного управления технологической линией производства отделочных работ для изделий кассетного производства позволяет обслуживать массовое производство с большими объемами

дорогостоящих шпаклевочных работ, реализуется без существенных изменений основного технологического оборудования, имеет все предпосылки реального внедрения, учитывая современные растиражированные технические средства контроля и управления. Появляется возможность включить отделочные операции в непрерывный процесс производства строительных изделий в рамках существующих технологических линий, существенно сокращая общие трудозатраты на строительство.

При разработке автоматизированного комплекса для чистовой отделки на вертикальном отделочном конвейере, необходимо сформировать наиболее эффективную структуру и выбрать основные конструктивные решения, обеспечивающие широкий спектр его функциональных возможностей.

Зона обслуживания автоматизированного комплекса производства шпаклевочных работ (АКШР). Зона обслуживания комплекса располагается на отделочном посту вертикального отделочного конвейера (рис. 1).

I- обрабатываемое изделие, 2- стойки силового каркаса конвейера, 3 -опорные ролики конвейера, 4- тележки конвейера

Нагрузки на систему перемещения рабочего органа. Вертикальная нагрузка от собственного веса дискового рабочего органа для прототипов (машин использующих затирочные диски) составляет порядка 500 - 900 Н.

Сила, вызывающая сопротивление движению рабочего органа, возникающая от трения шпателей о бетонную поверхность составляет 50-100 Н, а крутящий момент, возникающий от сопротивления вращению рабочего органа, из-за трения шпателей, установленных на вращающемся диске, о бетонную поверхность изделия, находится в интервале 10-20 Нм.

Скорость перемещения и вращения рабочего органа. Для машин, использующих в качестве рабочего органа затирочные диски, оснащенные шпателями, частота их вращения находится в интервале 80 - 520 об/мин, а скорость перемещения в интервале 13-30 м/мин.

Допустимые погрешности обработки траектории для исключения поломки ! рабочего органа и некачественной обработки поверхности изделия не должны 1 превышать 15 мм.

Выбор системы координат АКШР. Для решения задачи обеспечения ' требуемых видов перемещений рабочего органа подходят исполнительные системы, работающие в прямоугольной (рис. 2а), цилиндрической (рис. 26), сферической (рис. 2в), ангулярной сферической (рис. 2г) системах координат. Применение схем на рис. 2б-г потребует значительного «вылета» системы ] перемещения РО (не менее 5м), что при нагрузках, возникающих от рабочего органа при обработке изделия, приведет к большим упругим деформациям звеньев.

Механизм перемещения рабочего органа, имеющий консоль более 5 м, будет обладать существенной массой, что скажется и на энергопотреблении системы.

Рациональность применения механизма перемещения РО с четырьмя степенями свободы (рис.2а), работающего в прямоугольной системе координат,

подтверждается также практикой применения существующих шпаклевочных машин.

Существует несколько конструкций вертикальных шпаклевочных машин для отделочных конвейеров с дисковыми РО. Конструкция для шпаклевания изделий на вертикальном отделочном конвейере, разработанная автором, представлена на рис.3.

Рис.3. Автоматизированный комплекс для шпатлевания изделий: 1- рама, 2- каретка, 3- привод горизонтального перемещения, 4- привод прижатия дискового РО, 5- привод вращательного движения, 6- привод вертикального перемещения, 9- панель на роликах, 10- верхняя балка, 11-нижняя

направляющая балка

Определение оптимального диаметра рабочего органа. Оптимальный диаметр РО позволяет обеспечить требуемую производительность, минимизируя расход отделочного состава и площадь повторно отделанной поверхности вследствие перекрытий при наиболее эффективной траектории.

Для изделий сложной формы разработана методика определения диаметра РО (табл.1) для номенклатуры из 5 изделий.

Определения диаметра РО Таблица 1

Марка изделия Площадь повторной отделки для диаметров, м2

350 400 450 500 550 600

ПВ.60.30 2.87 3.49 3.57 3.1 2.17 3.79

ПВП 60.30.10 3.36 3.41 3.19 3.3 3.07 4.56

2ПВГ 59.33 2.88 3.78 2.63 2.42 3.96 3.36

ПВП 30.30.10 2.08 2.27 0.85 1.55 2.22 2.86

ПВР 60.30.42 1.79 3.2 1.25 1.17 2.07 2.96

Итого 12.98 16.15 11.49 11.54 13.49 17.53

По результатам расчета площадей повторной отделки для указанной номенклатуры построена диаграмма (рис.4), которая дает представление об изменении площадей повторной отделки в зависимости от диаметра РО.

350 400 450 500 550 600

Диаметр рабочего органа, мм

Рис.4. Диаграмма площадей повторной отделки при заданной траектории и различных диаметрах рабочего органа

В соответствии с диаграммой оптимальные диаметры рабочего органа равны 450 мм или 500 мм.

Произведен расчет затирочной пластины (шпателя). При разных углах наклона шпателя и разной силы прижатия его к поверхности происходит изменение качества отделки поверхности и толщины шпаклевочного слоя.

Поэтому необходимо определить изменение угла наклона шпателя к поверхности при его прогибе, для того чтобы расположить его в державке под нужным углом и определить напряжения, возникающие в опасном сечении шпателя. Предполагается использование шпателя толщиной 0,5 мм, т.к. он

хорошо зарекомендовал себя во время экспериментов, благодаря своей гибкости. Шпатель производит качественную заделку пор, обеспечивает равномерный слой шпаклевки, «подстраиваясь» под поверхность изделия.

Изменение угла между пластиной и обрабатываемой поверхностью меняет проекции сил, вызывающих изгибающий момент и продольное усилие. Изменение условий приложения нагрузок при большом прогибе пластины показано на рис.5.

Срединная плоскость

Срединная плоскость

/ \ /

/ \ /'

I 1 \ / \ \ Б

Б,»,.,

ЛоДсрхчошь иэделся /

Схема приложения нагрузок к недефорпированной пластине

Рю.ир

Поверхность и?де/Н1 я

Схема приложения нагрузок к деформированной пластине

Рис.5. Расчетная схема затирочной пластины

Сравнение результатов расчетов по углу поворота крайнего сечения

Сравнение результатов расчетов по напряжениям

О, 75-

0.1

0,0 5

0,119

-300

¡1 -200 а

I -юо I О

-238,5

-22 7

V

линейный расчет

СМК31

Исходные данные:

толщина Ь = 0,5 мм; ширина а=Т50 мм; расчетная длина (длина консольной части) 1=50 мм. угол между отделываемой поверхностью и пластиной аг=30°: сила прижатия Рпр=3 кг;

Рис.6. Сравнение результатов расчета затирочной пластины в линейной и геометрически нелинейной постановке

Так как решение задачи в рамках гипотезы малых перемещений обладает погрешностью, разработан метод расчета в геометрически нелинейной постановке. Сравнительные результаты обоих методов решений даны на рис.6, показывают преимущества по точности метода расчета в геометрически нелинейной постановке.

Оптимизация траектории движения РО главный этап в разработке автоматизированного комплекса для шпаклевочных работ. От того, насколько рационально будет подобрана, а затем реализована траектория движения РО, зависит качество отделки панелей, производительность автоматизированного

комплекса, технологические потери отделочного состава, количество пусков и остановов электродвигателей приводов РТК, энергозатраты, т.е. основные технико-экономические показатели шпаклевочной машины.

В зависимости от номенклатуры изделий и требований, предъявляемых к качеству отделки железобетонных (ЖБ) панелей в углах, для отработки траектории РО следует применять оптимальное управление.

Управление разгоном системы перемещения РО производится с помощью трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, описываемого уравнениями:

4.. (Ц

Требуется перевести объект из положения <р =0, ш=0 при t= 0 в положение <р = <рп , ю=0 за минимальное время при заданном ограничении величины напряжения, приложенного к двигателю, т. е. при 0<U<Umax=U„,, что соответствует ограничению критического момента 0<МК< Мк„.

В первом приближении уравнение механической характеристики асинхронного двигателя выражаются следующими зависимостями:

2 МК _2Mkssr_ (оп-со а ПЛ

М„=--—г-—, 5 =-=]--,

S +SR О)0 О)0

sK S

где s,sK,o},coK-скольжение и обороты двигателя.

Введя переменную, определяющую направление вращения двигателя ¿ = ±1, перепишем (2):

^ = a = 2SK,b = S>K,n = ^. (3)

" dt (1 -хП)2+Ь «о

На основании принципа максимума можно заключить, что для осуществления оптимального управления необходимо, чтобы Mf = Мк„ в течение всего процесса управления, а параметр х менял знак не более одного раза. Так как алгоритм управления качественно определен, то время переключения чередования фаз будет:

1

= J_

Т ~ аР

(4)

(5)

В выражениях (4) и (5) соответствуют: О 0 -начальной скорости П кач=0; О , -максимальной скорости в конце интервала разгона; О 2 -конечной скорости О ко„ = 0.

На основании полученных данных, используя уравнения:

рассчитываются коэффициенты обратных связей у,, у2 (рис.7), строится блок-схема системы (рис.8) и ее оптимальный переходный процесс (рис.9).

ода -

от - """" "

0.01 -

■ - ■ ■ ■_I—I—1—I—

<,О 10 ВО ТО ВО ВО 100 "О и

Рис.7. Зависимость коэффициентов обратных связей от координат системы

Рис.8. Блок-схема оптимальной системы РЭ -релейный элемент; 1-объект; 2-исполнительный механизм

Рис.9. Оптимальный переходный процесс

Решение задачи повышения динамической точности отслеживания оптимальной траектории перемещения рабочего органа шпаклевочной машины на основе применения алгоритмов оптимального управления позволяет обеспечить повышение качества шпаклевочных операций и производительности автоматизированного комплекса, уменьшение технологических потерь отделочного состава и энергозатрат.

В третьей главе даны принципы формирования структуры системы автоматизации производства шпаклевочных работ.

Для реализации автоматизированной технологии производства шпаклевочных работ разработана структура комплексной системы управления шпаклевочной машиной, которая должна обеспечить :

связь технологического объекта (панели) с системой перемещения РО; движение рабочего органа шпаклевочной машины по оптимальной траектории, минимизирующей аддитивный показатель качества.

Для решения первой задачи необходима разработка системы очувствления шпаклевочной машины, которая позволит получить первичную информацию о положении технологического объекта (панели) на отделочно-вывозном конвейере и качественных характеристиках поверхности обрабатываемой панели.

Решение второй задачи требует разработки программного обеспечения и алгоритмов микропроцессорного устройства управляющей части системы.

Таким образом, для производства шпаклевочных работ необходимо оснастить шпаклевочную машину тремя системами очувствления: для адаптации к типоразмеру изделия; для адаптации к неопределенному положению изделия; для оценки качества отделки по изображению с помощью технического зрения

При этом система управления шпаклевочной машиной реализует следующие операции:

1. Считывание штрих-кода изделия и извлечение из банка данных соответствующей ему программы движения РО.

2. Включение системы технического зрения (СТЗ) при срабатывании концевого включателя (КВ) и анализ с ее помощью цифрового изображения для определения координаты края плиты Хп и определение смещения РО относительно края плиты: Д>0 = ХР0 - Хп.

3. Перемещение РО на величину £)Р0 с помощью привода каретки (ПрК) и привода портала (ПрП) в начальное положение с координатами (Х0,У0) и запуск программы обработки плиты.

4. Оценка категории поверхности изделия с помощью СТЗ высокого разрешения. В случае неудовлетворения качества поверхности изделия А-2 (А-3), повторная отделка после камеры сушки.

При автоматической обработке изделия шпаклевочной машиной необходимо ее оснащение системами очувствления для распознавания типоразмера изделия и определения его положения относительно рабочего органа для его установки в начальное положение.

В системах очувствления наиболее эффективно использование телевизионных систем технического зрения, в которых видеодатчиками (преобразователями свет - сигнал) служат телевизионные камеры, чаще всего твердотельные на приборах с зарядовой связью (ПЗС-матрицах). Большая часть

задач ориентации при анализе изображений может быть решена на основе монокулярного телевизионного изображения.

Для распознавания изделий в условиях малой прозрачности среды может быть применено радиочастотное кодирование и идентификация (ИРЮ) -динамично развивающаяся и чрезвычайно эффективная технология автоматической идентификации.

В системе управления шпаклевочной машиной положение рабочего органа системы перемещения РО относительно края обрабатываемого изделия, определяется с помощью систем технического зрения (СТЗ) сначала в координатах изображения, а затем - в камерной системе координатХкОкУк.

На рис. 10а представлена схема расположения края обрабатываемой плиты (в правой части кадра изображения на темном фоне (рис. 106)). Система координат снимка Х„ОкУк связана с системой координат обрабатываемой плиты ХпО„У„ смещением С края плиты на изображении.

Рис.10. Схема расположения края плиты в кадре: а - схема, б -тестовое изображение

Процесс выделения, идентификации и преобразования информации, полученной от наблюдаемого объекта, разделяется на этапы получения информации (видео или фото изображения), ее предварительной обработки и фильтрации, сегментации.

Градиентный подход к обнаружению перепадов интенсивности изображения иллюстрируется блок - схемой на рис. 11.

Исходное изображение - матрица интенсивностей с элементами Р(),к).

Рис.11. Пороговая система обнаружения перепадов С(/,к) и получения контурного перепада Е(],к)

Структура системы управления шпаклевочной машиной с помощью системы технического зрения позволяет определить положение рабочего органа системы

перемещения РО относительно края обрабатываемого изделия, который идентифицируется с помощью градиентного метода обнаружения перепадов интенсивности изображения.

В четвертой главе разработана структура и элементное наполнение системы технического зрения.

В разрабатываемой СТЗ в качестве датчика используется веб-камера (рис.12).

Центральный процессор

Флэш-память

ОЗУ

Ethernet

СОМ-порт

Блок входов/ выходов

Объектив

ГОС-матрица Оптический фильтр

Рис.12. Устройство и основные компоненты веб - камеры

В качестве фотоприемника в веб-камере применяется ПЗС-матрица -прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3:4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал.

Для представления графической информации в цифровом виде на двумерной плоскости необходима фильтрация цифровых изображений. Интенсивность (цвет) каждого пикселя результирующего изображения определяется фильтром как функция интенсивностей (цветов) пикселей, расположенных в некоторой его окрестности в исходном изображении.

Фактически в качестве фильтра выступает матрица (ядро), свертка изображения, которое дает новое изображение. В качестве ядра обычно используется матрица размером 3x3. Ядро содержит степени влияния («веса») окружающих значений элемента на сам элемент.

При решении задачи фильтрации изображений можно применить ряд методов с использованием операторов, лучшие результаты из которых дает оператор Кэнни.

Качество отделки поверхности железобетонного изделия определяется размером и количеством имеющихся на нем дефектов - пор (каверн), образованных пузырьками воздуха при формовании изделия, и протяженных канавок (трещин). Телевизионные СТЗ обладают большим разрешением и дают одномоментный съем данных с достаточно высоким разрешением, позволяя осуществлять фрагментарную съемку по всей поверхности, например, участками 0,25x0,25м2. При этом камера перемещается на оптимальное расстояние от поверхности изделия, а обработка изображений производится в режиме on-line. При наблюдении объектов с помощью телевизионной СТЗ объекты трансформируются в цифровое изображение-матрицу, каждый элемент которой представлен значением интенсивности в пределах от 0 до 255, а дискретность изображения определяется разрешением камеры - числом пикселей на строках (столбцах).

Изображение F размером nx х пу можно представить как множество элементов с координатами (х, у) на плоскости изображения

D = {(*,у): х,у el, хе [0,пх),у е [0,пу)\,

тогда F = {((*,у),И): (х,у) е D,h е 1,ке [0,ng),h = f(x,y)j,

где h = fix, у) интенсивность элемента изображения с координатами (х,у); ng -количество градаций; п е [0,255)> пх и пу - горизонтальный и вертикальный

размер изображения; / -множество целых чисел.

Задача обработки изображения заключается в фильтрации с использованием порогового ограничения hn.

На рис.13 показан профиль интенсивности на одной строке цифрового изображения, где «провалы» соответствуют темным пятнам на изображении, а значения h>hn - фону.

Л j. 255-

и пх х, пиксели

Рис.13. Профили интенсивности по строке изображения окрестности (фона)

Результат фильтрации изображения зависит от величины hn. При малом значении некоторые пятна, соответствующие незначительным «провалам» на профиле интенсивности, исчезают, а при увеличении порога остается много помех на отфильтрованном изображении.

На рис.14 показано цифровое изображение, полученное при h„=I60.

I Т ' ' i I ; ^ 10 20 30 40 50 60 70 ВО 90

-

Рис.14. Результат фильтрации изображения при hn-160

Блок - схема алгоритма определение пятен на изображении по методу пороговой сегментации представлена на рис.15. В результате обработки и анализа бинарного изображения определяется площади пятен Б,,.

Рис.15. Блок-схема обработки и анализа цифрового изображения для оценки качества обрабатываемой поверхности с использованием пороговой сегментации: ТК - телевизионная камера; ПК- персональный компьютер; БИ - бинарное

изображение

Блок - схема алгоритма определение пятен с использованием фильтра низких частот представлена рис.16.

Рис.16. Блок-схема обработки и анализа цифрового изображения для оценки качества обрабатываемой поверхности с использованием фильтра низких частот: ТК - телевизионная камера; ПК- персональный компьютер; 8П - площадь пятна

Рис.17. Лабораторная установка для исследования рабочего органа: а-схема; б-фото

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям системы автоматизации шпаклевочных работ.

Рабочий орган. Для определения критической частоты вращения рабочего органа использовалась лабораторная установка, показанная на рис.17.

Затирочный диск (рис.18) представляет собой вал - 1, соединенный с металлическим диском - 2 посредством сварных соединений. На диске расположены державки - 3 для крепления шпателей - 4, которые имеют возможность радиального перемещения для изменения диаметра обработки. Для экспериментов использовался диск с четырьмя шпателями.

2

Рис. 18. Затирочный диск

Критическая частота вращения зависит от вязкости отделочного состава. У товарной шпаклевки эта величина может находится в пределах 80 - 200 Па с. Поэтому критическая частота вращения РО должна подбираться исходя из минимальной вязкости (80 Па-с). В ходе экспериментов было установлено, что для диаметра РО 350 мм частота вращения не должна превышать 160 об/мин, а для диаметра 550 мм не более 125 об/мин.

Для определения силы прижатия и угла наклона шпателя были проведены эксперименты на лабораторной установке (рис.17). В ходе экспериментов проводилась обработка образцов затирочными дисками при различных углах наклона и силе прижатия шпателей. В ходе эксперимента были исследованы три различных угла наклона шпателя к горизонтальной поверхности: 1) 60°; 2) 45°, 3) 30°. В результате экспериментов было установлено, что оптимальным углом прижатия рабочего органа является угол в 30° при распределенной нагрузке на затирочную пластину 200 Н/м.п., что позволяет заделывать поры и получать равномерный слой шпаклевки, а категория отделанной поверхности соответствует А-2.

Для решения задач управления системой автоматизации производства шпаклевочных работ разработано программное обеспечение системы очувствления шпаклевочной машины на языке С++, которая обладает возможностью захвата изображения, последующей обработкой полученного изображения, выделением границ изделия в изображении.

Библиотека написана на С и С++ и работает под Linux, Windows и Mac OS X. OpenCV была разработана для эффективных вычислений и с упором на приложения реального времени. OpenCV написана на оптимизированном С и использует преимущества многоядерных процессоров.

Главной целью OpenCV является предоставление удобной в использовании инфраструктуры компьютерного зрения, которая помогает быстро строить достаточно сложные приложения. OpenCV содержит более 500 функций, которые охватывают многие области, в том числе мониторинг конвейерной продукции и стерео зрение. OpenCV также содержит подсистему Machine Learning Library (MLL), которая ориентирована на статистическое распознавание образов и кластеризацию. Библиотека MLL позволяет решать задачи машинного зрения. Интерфейс программы позволяет задавать параметры и режим работы программы.

В качестве исходных данных используются цифровые изображения различных форматов и видео в реальном времени, полученного с веб-камеры. Имеется возможность регулировки параметров обработки изображения/видео. Обработка данных и отображение полученных результатов производится с минимальной задержкой. Найденная граница и расстояние до нее от левого края отображается в обоих вариантах путем наложения на изображение.

Разработанный программный комплекс (рис.19) содержит в себе три основных режима работы, когда исходными данными являются: потоки видеоинформации, получаемой от веб-камеры; цифровые изображения; цифровые видеозаписи.

Испытания системы.

Целью эксперимента явилось: установка с помощью СТЗ рабочего органа в исходное положение в верхний левый угол плиты для обработки изделия; определение эффективности предлагаемого решения по оптимизации траекторных перемещений рабочего органа шпаклевочной машины, в сравнении с ручным способом управления машиной оператором.

Рис.19. Блок-схема программы получения, обработки и анализа изображения

в системе СТЗ

При проведении эксперимента при установке с помощью СТЗ рабочего органа (рис. 20) в исходное положение вертикальная линия была найдена на расстоянии в

195 пикселей пикселей от левого края. Слева показано исходное изображение с наложенной поверх найденной линией, справа - обработанное изображение, по которому производился окончательный поиск линии. Переключение между режимами (исходное изображение, обработанное изображение) в программе производится клавишей Enter.

Рис. 20. Изображение края плиты

С помощью системы управления рабочий орган для обработки изделия устанавливается в исходное положение в верхний левый угол плиты. Для изображения на рис. 20 среднее значение координаты края плиты С = xcv = 195 и среднеквадратическое отклонение ах = 0,74, при fp = 700 и расстоянии до плиты Z о= 100 см, по этим измерениям получено: АХП =25см и ох = 0,1см. При диаметре рабочего органа D = 50см и смещении камеры относительно оси вращения рабочего органа АХК = 20см, а АХ^ = АХК + АХК Установочное смещение машины определено с учетом диаметра РО и равно АХо=Хр0 + D!2 = 70см.

При отделке изделия шпаклевочной машиной, управляемой оператором, в момент смены направления движения рабочего органа необходимо производить ручное переключение приводов вертикального и горизонтального перемещения шпаклевочной головки, увеличивая тем самым время технологического цикла. К тому же сама процедура выдерживания заданной траектории движения рабочего органа требует от оператора особой тщательности и удлинения времени обработки изделия.

Опыт эксплуатации шпаклевочных машин на заводах ЖБИ показал, что коэффициент их использования не превышает 0.8 из-за указанных временных потерь. Использование автоматизированного комплекса управления шпаклевочной машиной повышает этот коэффициент до 0.93.

В момент остановки двигателя РО при ручном управлении для его реверса и изменения направления движения подвижной части системы на очередном участке заданной траектории шпаклевания, подача шпаклевочного раствора не прекращается, что приводит к не оправданным материальным потерям и, в конечном счете, удорожанию готовых изделий. В этом случае потери шпаклевочной массы составляют 5-7% от расчетной дозы на изделие. Так на

изделие размером 20 м2 расход шпаклевочного материала составляет с учетом потерь 6 литров. В автоматизированном режиме оптимального перемещения рабочего органа расход материала уменьшается на 15% до 5.1 л.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Анализ рабочих операций, производимых на конвейере для отделки изделий кассетного производства, показал, что чистовая отделка готовых изделий (шпаклевание), производимая на отделочном конвейере, является одной из приоритетных для автоматизации технологической операцией.

2. Разработана структура автоматизированного комплекса шпаклевочной машины, которая имеет специализированный рабочий орган и автоматическую систему его перемещения.

3. Разработан метод оптимального подбора и реализации траектории движения рабочего органа шпаклевочной машины, который определяет качество отделки панелей, производительность автоматизированного комплекса, технологические потери отделочного состава, энергозатраты, т.е. основные технико-экономические показатели шпаклевочной машины.

4. Разработано измерительно-управляющее микропроцессорное устройство, обеспечивающее позиционное, скоростное и силовое управление перемещением рабочего инструмента шпаклевочной машины, обеспечивающего оптимизацию его траекторных перемещений.

5. Разработана оптимальная по быстродействию замкнутая структура системы управления движением рабочего органа шпаклевочной машины.

6. Разработан оригинальный дисковый рабочий орган, который позволяет производить операции нанесения и затирки отделочного состава одновременно, обеспечивая стабильное качество изделий, уменьшая технологические потери шпаклевки и повышая производительность шпаклевочной машины.

7. Расчет площадей излишней отделки для большинства изделий кассетного формования показал, что применение рабочих органов диаметрами 450 мм и 500 мм позволяет производить отделку с наименьшими энергозатратами и технологическими потерями отделочного состава.

8. Разработана система технического зрения для позиционирования обрабатываемого изделия, которая позволяет определить смещение края плиты относительно номинального положения стойки конвейера.

9. Разработана структура системы управления шпаклевочной машиной, которая с помощью системы технического зрения позволяет определять положение рабочего органа системы перемещения рабочего органа относительно края обрабатываемого изделия.

10. Разработан алгоритм на основе низкочастотной фильтрации для обнаружения пятен на изображении и определения их допустимого размера при контроле качества с учетом ограничений на категорию поверхности после чистовой обработки изделия.

11. Опыт эксплуатации шпаклевочных машин на заводах ЖБИ показал, что коэффициент их использования не превышает 0.8 из-за указанных временных

потерь. Использование автоматизированного комплекса управления шпаклевочной машиной повышает этот коэффициент до 0.93. 12. В автоматизированном режиме оптимального перемещения рабочего органа расход материала уменьшается на 15%.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Шпынев H.A. Модернизация шпатлевочной машины для качественной отделки железобетонных изделий / В.А. Грищенко, H.A. Шпынев // Наука -московскому строительству. Сб. технической информации №3 (13). Москва, 2008, -с. 77-81.

2. Шпынев H.A. О комплексном подходе к автоматизации и роботизации технологических операций в производстве железобетонных изделий /

B.В. Абрамов, C.B. Петухов, В.Г. Васильев, H.A. Шпынев // Сб. науч. тр. -Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2009. - с. 12- 20.

3. Шпынев H.A. Робототехнический комплекс для отделки железобетонных изделий после затвердевания бетона / H.A. Шпынев // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2010.-С.74-78.

4. Шпынев H.A. Система технического зрения мехатронного интеллектуального комплекса для отделки (шпатлевки) стеновых панелей. Часть

1. Назначение системы технического зрения. Аппаратные средства получения изображений и улучшения их качества / В.В. Абрамов, В.М. Иванюгин,

C.B. Петухов, H.A. Шпынев и др. // Тр. Международного студенческого форума «Образование, наука, производство», Белгород, октябрь 2010.-c.3-l 1.

5. Шпынев H.A. Система технического зрения мехатронного интеллектуального комплекса для отделки (шпатлевки) стеновых панелей. Часть

2. Используемые методы и алгоритмы обработки изображений / В.В. Абрамов, В.М. Иванюгин, C.B. Петухов, H.A. Шпынев и др. // Тр. Международного студенческого форума «Образование, наука, производство», Белгород, октябрь 2010.-c.12-l 9

6. Шпынев H.A. Система технического зрения мехатронного интеллектуального комплекса для отделки (шпатлевки) стеновых панелей. Часть

3. Реализация решения задачи / В.В. Абрамов, В.М. Иванюгин, C.B. Петухов, H.A. Шпынев // Тр. Международного студенческого форума «Образование, наука, производство», Белгород, октябрь 20I0.-C.20-26

7. Шпынев H.A. Робототехнический мехатронный интеллектуальный комплекс для отделки (шпаклевки) железобетонных изделий / Н.А.Шпынев, В.В. Абрамов, В.М. Иванюгин, C.B. Петухов // Сб. науч. тр. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2009. - с. 12- 20.

8. Шпынев H.A. Роботизация отделочных работ изделий панельного домостроения / H.A. Шпынев, В.В. Абрамов, В.М. Иванюгин, C.B. Петухов // М.: Academia.ApxHTeKTypa и строительство. № 4, 2011, с. 95-102.

9. Патент 102650 Российская Федерация Устройство для отделки поверхностей /Н. А. Шпынев; №2010148338; заявл. 29.11.20Юг; опубл. 10.03.2011; Бюл.№7.

Подписано в печать: 16.11.2011 Объем: 1,0 усл.п.л. Тираж: 100 экз. Заказ № 551 Отпечатано в типографии «Реглет» 119526, г. Москва, Страстной бульвар, д. 6,стр. 1 (495) 978-43-34; www.reglet.ru

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА, МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ШПАКЛЕВОЧНЫХ РАБОТ.

1.1 .Технологические особенности шпаклевочных работ.

1.2. Основные направления автоматизации штукатурных и шпаклевочных работ.1.

1.3. Технологические линии производства отделочных работ для изделий кассетного производства.

1.4. Технологические линии и оборудование для шпаклевания изделий.

1.5. Оценка эффективности рабочих органов шпаклевочных машин.

1.6. Шпаклевочные составы и их назначение.

1.7. Требования, предъявляемые к качеству поверхностей железобетонных изделий.

1.8. Анализ целесообразности автоматизации шпаклевочных работ.

ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ШПАКЛЕВОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ.

2.1. Принципы построения систем автоматизации шпаклевочных работ.

2.2. Автоматизация шпаклевочных работ с применением существующих шпаклевочных машин.

2.3. Выбор и оптимизация структуры автоматизированного комплекса производства шпаклевочных работ.

2.4. Расчет основных параметров рабочего органа (РО) шпаклевочной машины.

2.5. Расчет затирочной пластины (шпателя).

2.6. Особенности формирования траёктории движения рабочего органа.

2.7. Планирование оптимальной траектории движения рабочего органа при дискретном позиционном управлении.

2.8. Оптимальное управление двигателем системы перемещения РО.

2.9. Оптимальное управление системой перемещения РО при ограничении по скорости двигателя.

2.10. Оптимизация замкнутой системы управления перемещением РО.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ШПАКЛЕВОЧНЫХ РАБОТ.

3.1. Структура системы автоматизации производства шпаклевочных работ.

3.2. Система распознавания,типоразмера изделия по штриховому коду.

3.3. Локационные средства позиционирования рабочего органа.

3.4. Телевизионные системы технического зрения (СТЗ) для позиционирования рабочего органа.

3.5. Определение положения края плиты с помощью СТЗ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ ШПАКЛЕВОЧНОЙ

МАШИНЫ.

4.1. Технические средства получение изображения.

4.2. Задача выделения границ.

4.3. Структура цифрового изображения и алгоритмы обработки.

4.4. Телевизионная СТЗ для оценки качества обрабатываемой поверхности.

4.4.1. Геометрия съемки и определение основных параметров СТЗ.

4.4.2. Особенности алгоритмов обработки цифровых изображений изделия.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ШПАКЛЕВОЧНЫХ

РАБОТ.

5.1. Исследование критической частоты вращения дискового рабочего органа.

5.2. Определение силы прижатия и угла наклона шпателя.

5.3. Программное обеспечение системы очувствления шпаклевочной машины.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

Актуальность темы. В индустриальном домостроении удельный вес отделочных работ может достигать 40% трудоёмкости строительства объекта. Отделочные работы, связанные с нанесением и разравниванием раствора на поверхностях стен, заделка мест сопряжения сборных конструкций, малярные работы, могут занимать 70% от общего объема отделочных работ. Поэтому применение сборных элементов повышенной заводской готовности позволяет значительно сократить, объемы ручного труда. Шпаклевочные работы, в построечных условиях, имеют низкий уровень механизации и являются одними из самых трудоемких. Их перенос со стройплощадки на заводской отделочный конвейер позволяет повысить производительность труда в 7 раз [52].

Необходимость производства шпаклевочных работ продиктована низким качеством поверхности изделий кассетного производства, изделий выпускаемых вибропрокатным методом и в некоторых случаях изделий формуемых в горизонтальных формах. Для изделий кассетного производства характерно наличие пор, а также сколов и трещин, образующихся при распалубке. Для устранения этих дефектов необходимо шпаклевание поверхности изделий. Также шпаклевание применяется для панелей наружных стен поверхности, которых подготавливают под окраску.

Большинство машин, работающих в настоящее время на отделочных конвейерах, морально устарели. Кроме того, имеют место большие технологические потери шпаклевки, так как нанесение раствора выполняется вручную, и как следствие, отсутствуют предпосылки для автоматизации работы существующих отделочных машин в конвейере. Технология нанесения и затирки отделочного состава, конструкции узлов, механизмы взаимодействия с конвейером, были изначально разработаны без учета возможности автоматизации.

Анализ рабочих операций, производимых на конвейере для отделки изделий кассетного производства, показал, что чистовая отделка готовых изделий является одной из приоритетных технологической операций для автоматизации [1].

Цель работы. Повышение технико-экономических показателей рабочих операций отделки изделий кассетного производства за счет автоматизации технологических процессов шпаклевания.

Для достижения поставленной цели: выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта автоматического управления процессами производства шпаклевочных работ, методов и средств их автоматизации; разработаны:

• структура автоматизированного комплекса шпаклевочной машины, которая имеет специализированный рабочий орган и автоматическую систему его перемещения;

• измерительно-управляющее микропроцессорное устройство, обеспечивающее позиционное, скоростное и силовое управление перемещением рабочего инструмента шпаклевочной машины, обеспечивающего оптимизацию его траекторных перемещений;,

• метод рационального подбора и реализации траекторий движения рабочего органа шпаклевочной машины, определяющих качество отделки панелей, технологические потери отделочного состава и производительность автоматизированного комплекса;

• система технического зрения, позволяющая определять положение рабочего органа системы, его перемещения относительно края обрабатываемого изделия;

• автоматизированная система оценки качества обрабатываемой поверхности железобетонных изделий.

Выполнена экспериментальная проверка полученных результатов.

Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены на основе комплексного использования методов теории автоматического управления, вычислительной техники, электроники и моделирования.

Научная новизна. Основным научным результатом является развитие теории и практики автоматизированного управления процессом отделки изделий кассетного производства за счет автоматизации технологических процессов их шпаклевания.

Научная новизна работы заключается в разработке:

- структуры и функционального наполнения автоматизированной системы управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной, повышающих технико-экономические показатели рабочих операций с помощью специализированного рабочего органа и автоматической системы его перемещения; методов позиционного, скоростного и силового управления перемещениями- рабочего инструмента шпаклевочной машины, обеспечивающих оптимизацию его траекторных перемещений; методов рационального подбора и реализации траектории движения рабочего органа шпаклевочной машины, определяющих повышение технико-экономических показателей рабочих операций автоматизированного комплекса;

- системы технического зрения, позволяющей определять положение системы перемещения рабочего органа относительно края обрабатываемого изделия и оценивать качество обработки его поверхности.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Комплекс теоретических и практических методов автоматизации управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной за счет специализированного рабочего органа и автоматической системы его перемещения.

2. Математическое описание методов позиционного, скоростного и силового управления перемещениями рабочего инструмента шпаклевочной машины, обеспечивающих оптимизацию его траекторных перемещений.

3. Система технического зрения, позволяющая определять положение системы перемещения рабочего органа относительно края обрабатываемого изделия и оценивать качество обработки его поверхности.

4. Результаты применения автоматизированной системы, управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной, которая имеет специализированный рабочий орган и автоматическую систему его перемещения.

Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации процессов управления процессом отделки изделий кассетного производства шпаклевочной машиной со специализированным рабочим органом и автоматической системой его перемещения заключаются в том, что они являются практической базой для научно-обоснованного выбора параметров настройки системы, обеспечивающей повышение технико-экономических показателей- рабочих операций за счет оптимизации позиционного, скоростного и- силового управления перемещением рабочего инструмента шпаклевочной машины. Использование в технологических схемах отделки изделий кассетного производства автоматизированной шпаклевочной машины дает возможность не только сократить время выполнения операций шпаклевания, но и повысить производительность труда, сократить материальные и энергетические затраты, уменьшить себестоимость и повысить качество обработки поверхности изделий, кассетного производства. Результаты работы внедрены в ГУЛ «НИИМосстрой» и используются в учебном процессе МГАКХиС.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, и получили одобрение на: Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы устойчивости и безопасности систем жизнеобеспечения в сфере жилищно-коммунального хозяйства» (г. Москва, 2010 г.); III Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологической безопасности: поиск стратегий, методов, технологий» (г. Москва, 2010 г.); Международном студенческом форуме «Образование, наука, производство» (г. Белгород, 2010 г.); на совместном заседании кафедр «Автоматизация ТП и СП» и «Машины и оборудование заводов стройматериалов и конструкций» (г. Москва, 2011 г.).

Публикации. По результатам работы получен патент РФ на полезную модель, опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 .Автоматизация технологических процессов при производстве строительных материалов, изделий и конструкций, в частности, железобетонных изделий, являются главными источниками повышения производительности труда, сокращения материальных и энергетических затрат, уменьшения себестоимости и повышения качества выпускаемой продукции. Уровень автоматизации в производстве строительных материалов и изделий в настоящее время остается невысоким.

2. Анализ рабочих операций производимых на конвейере для отделки изделий кассетного производства показал, что чистовая отделка готовых изделий (шпаклевание), производимая на отделочном конвейере, является одной из приоритетных для автоматизации технологической операцией.

4. Разработан метод оптимального подбора и реализации траектории движения РО шпаклевочной машины, который определяет качество отделки панелей, производительность автоматизированного комплекса, технологические потери отделочного состава, количество пусков и остановов электродвигателей приводов РТК, энергозатраты, т.е. основные технико-экономические показатели шпаклевочной машины.

5. Разработана оптимальная по быстродействию замкнутая структура системы управления движением РО шпаклевочной машины; дана методика расчета коэффициентов обратных связей.

6. Разработан оригинальный дисковый рабочий орган, который позволяет производить операции нанесения и затирки отделочного состава одновременно, обеспечивая стабильное качество изделий, уменьшая технологические потери шпаклевки и повышая производительность шпаклевочной машины.

7. Расчет площадей излишней отделки для большинства изделий кассетного формования показал, что применение рабочих органов диаметрами 450 мм и

500 мм позволяет производить отделку с наименьшими энергозатратами и технологическими потерями отделочного состава.

8.Разработана СТЗ для позиционирования обрабатываемого изделия, которая позволяет определить смещение края плиты относительно номинального положения стойки конвейера.

9. Разработана структура системы управления шпаклевочной машиной, которая с помощью системы технического зрения позволяет определять положение рабочего органа системы перемещения РО относительно края обрабатываемого изделия.

10. Разработан алгоритм на основе низкочастотной фильтрации для обнаружения пятен на изображении и определения их допустимого размера при контроле качества с учетом ограничений на категорию поверхности после чистовой обработки изделия.

11. Опыт эксплуатации шпаклевочных машин на заводах ЖБИ показал, что коэффициент их использования не превышает 0.8 из-за указанных временных потерь. Использование автоматизированного комплекса управления шпаклевочной машиной повышает этот коэффициент до 0.93.

12. В автоматизированном режиме оптимального перемещения рабочего органа расход материала уменьшается на 15%.

128

1. Абрамов В .В., Петухов C.B., Васильев В.Г., Шпынев H.A. О комплексном подходе к автоматизации и роботизации технологических операций в производстве железобетонных изделий // Сб. науч. тр. БГСТУ, 2009, с. 1220.

2. Агейкин Д. И., Костина Е. Н. Датчики контроля и регулирования: Справ-материалы. М. : Машиностроение, 1965. - 928 с.

3. Бакут П.А., Колмогоров Г.С. Сегментация изображений: методы выделения границ областей // Зарубежная радиоэлектроника, М.: Радио и связь, N-10, 1987, с.25-47

4. Белоусов Е. Д., Линде Е. М. Отделочные работы в сборном: домостроении. -М.: Стройиздат, 1978.-177с.

5. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления: с микроЭВМ. М. : Наука. Гл.ред. физ.-мат.лит., 1987. - 320 с.

6. Бирин Ю.Н. МикроЭВМ в управлении строительством / Под ред. Ю.Н. Бирина. М. : Стройиздат, 1989. - 296 с.

7. Масюк Ю.А. Высокопроизводительные отделочные процессы в строительстве.-М.: Стройиздат, 1985.-71с.

8. Мита Н., Хара С., Кондо Р. Введение в цифровое управление. Пер. с японск. М. : Мир, 1994.

9. Миткин Б.А., Титов А.И. Справочное пособие по отделочным работам.-Минск: Вышейшая школа, 1977.-271с.

10. Михайлов B.C. Теория управления,- Киев : Вища. шк., 1988. 312 с.

11. Новацкий A.A., Злотников Г.З. Повышение степени готовности и качества сборных железобетонных конструкций. Изд-во «Будивельник», 1966

12. Новоселов А. И. Автоматическое управление (техническая кибернетика): Уч. пособие для вузов. JI. : Энергия, 1973.- 320 с.

13. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений -М.: Радио и связь, 1986, -400с.

14. Патент 102650 Российская Федерация Устройство для отделки поверхностей / Н. А. Шпынев; №2010148338; заявл. 29.11.2010г; опубл. 10.03.2011;Бюл. №7.

15. Петухов C.B. Представление ориентиров на основе проекционного преобразования // Динамика неоднородных систем, 2007, т.31(2), с. 173184. Труды ИСА РАН.

16. Петухов C.B. Адаптивные стереотелевизионные системы технического зрения // Машиностроение и инженерное образование. 2008, №3, с.30-41

17. Петухов C.B., Шаманов И.В. и др. Принципы построения и основные характеристики систем технического зрения марсохода (информационные материалы). Препринт Института космических исследований АН СССР. -М., 1988.-21 с.

18. Петухов C.B., Иванюгин В.М., Илюхин A.C. Развитие стереопарных систем технического зрения // Сб. науч. тр. «Искусственный интеллект в технических системах». М.: ГосИФТП, 2004, с. 1-32.

19. Петухов C.B., Шаманов И.В. Методы обработки изображений в многоканальной стереосистеме технического зрения // Динамика неоднородных систем. Тр. ИСА РАН 2007, т.31(3), с.243-248.

20. Пиванов A.M. Штукатурные работы: Практ. Пособие.- М.: Стройиздат, 1990.- 192с.

21. Писаренко А. Н. и др. Системы технического зрения (принципиальные основы, аппаратное и математическое обеспечение). — М.: 1988.-424с.

22. Поволоцкий Ю.А. Индустриальное производство отделочных работ.- М.: Стройиздат, 1983.-107с.

23. Попов, Е. П., Клюев В. В. Система очувствления и адаптивные промышленные роботы. Под ред. чл. корр. АН СССР Е. П. Попова.-М.: Машиностроение, 1985.-255с.

24. Прет У. Цифровая обработка изображений, т.2.-М.:Мир, 1982, 790с.

25. Пути снижения трудовых затрат при отделке сборных ЖБИ для строительства крупнопанельных жилых домов на предприятиях стройиндустрии МССР.- Кишинев, 1982.-(ЭИ/МолдНИИНТИ).-13с.

26. Ремейко O.A. Отделка железобетонных изделий: Учеб. Для ПТУ.-М.:Высш.шк.,1991. 224с.

27. Розенфельд А. Распознавание и обработка изображений — М.: Мир, 1972, 230с.