Вадим Васильевич Куц, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры машиностроительных технологий и оборудования
305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94
Vadim V. Kuts, D. Sc. (Engineering), Professor, Professor of the Department of Mechanical Engineering Technologies and Equipment
305040, Kursk, 50 Let Oktyabrya st., 94
Анастасия Сергеевна Горшенина, студент, кафедра машиностроительных технологий и оборудования, Юго-Западный государственный университет
305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94
Anastasiya S. Gorshenina, Student, Department of Mechanical Engineering Technologies and Equipment
30504094, Kursk, 50 Let Oktyabrya st., 94
Для создания и тестирования алгоритмов расчёта геометрических погрешностей контролируемых валов по данным машинного зрения требуются эталонные данные о координатах видимых границ вала на изображении с известными параметрами отклонений формы и расположения шеек валов, формируемые в процессе съёмки. Для решения этой задачи предложен метод имитационного моделирования процесса съёмки вращающегося вала. Разработана математическая модель, учитывающая как идеальную геометрию вала, так и его реальные отклонения (биение, овальность, волнистость, шероховатость), а также погрешности позиционирования вала относительно цифровой видеокамеры, которая преобразует оптическое изображение в массив цифровых данных для последующей обработки. Моделирование включает формирование профиля вала, проекцию трёхмерных координат на двумерное изображение с учётом параметров видеокамеры и определение координат видимых границ вала в процессе его вращения. Проведены вычислительные эксперименты для вала диаметром 10 мм с овальностью 0,1 мм и высотой неровностей профиля по десяти точкам 50 мкм. Проанализировано влияние углов наклона оси вращения вала на изображение его границ. Результаты расчёта координат видимых границ вращающегося вала при имитационном моделировании процесса съёмки показывают, что предложенный метод позволяет генерировать реалистичные данные для тестирования алгоритмов, оценивать влияние различных погрешностей и оптимизировать параметры измерительной системы. Установлено, что имитационное моделирование является эффективным инструментом для отладки и валидации методов бесконтактного контроля геометрии валов. Предложенный метод имитационного моделирования будет полезен разработчикам алгоритмов и методов машинного зрения для бесконтактного контроля геометрии валов при отладке систем технического зрения без необходимости использования физических эталонов, а также специалистам по техническим измерениям и контролю качества в машиностроении, занимающимся автоматизацией контроля геометрии валов (например, в автомобилестроении, станкостроении, авиадвигателестроении).
For the development and verification of algorithms for calculating geometric errors of inspected shafts using machine vision data, reference data is required on the coordinates of the visible boundaries of the shaft in the image, with known parameters of form deviations and positional deviations of the shaft journals, generated during the image acquisition process. To solve this problem, a method for simulating the imaging process of a rotating shaft is proposed.
A mathematical model has been developed that takes into account both the ideal shaft geometry and its actual deviations (runout, ovality, waviness, roughness), as well as the positioning errors of the shaft relative to a digital camera, which converts the optical image into an array of digital data for subsequent processing. The simulation includes generating the shaft profile, projecting three-dimensional coordinates onto a two-dimensional image considering camera parameters, and determining the coordinates of the visible shaft boundaries during its rotation. Computational experiments were performed for a shaft with a diameter of 10 mm, ovality of 0.1 mm, and a ten-point profile roughness height ( Rz ) of 50 μ m. The influence of the tilt angles of the shaft rotation axis on the image of its boundaries was analyzed. The results of calculating the coordinates of the visible boundaries of a rotating shaft during simulation of the imaging process show that the proposed method makes it possible to generate realistic data for testing algorithms, evaluate the influence of various errors, and optimize the parameters of the measurement system. It is shown that simulation is an effective tool for debugging and validating non contact methods for shaft geometry inspection. The proposed simulation method can be useful for developers of machine vision algorithms and methods for non contact inspection of shaft geometry when debugging vision systems without the need for physical reference standards, as well as for specialists in technical measurements and quality control in mechanical engineering engaged in automating shaft geometry inspection (e.g., in automotive, machine tool, and aircraft engine manufacturing).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.