Лазерные технологии контроля макрогеометрии

Контроль и обеспечение постоянства геометрических параметров крупногабаритных изделий машиностроения при их производстве и ремонте, особенно в пространственной системе координат, до сегодняшнего дня является трудоемкой и дорогостоящей задачей. Традиционными способами являются измерения с помощью шаблонов, линеек, от натянутой струны, от оптических плоскостей и линий нивелиров и теодолитов. Таким измерениям свойственны большая трудоемкость и значительный субъективный фактор. При этом восстановление изношенных поверхностей - исключительно ручные операции. Использование лазерных технологий при решении данной проблемы - весьма перспективное направление. При эксплуатации локомотивов и вагонов железнодорожного транспорта к контролю и сохранению геометрических параметров подвижного состава предъявляются достаточно высокие требования. Незначительные их отклонения от номинальных ведут к снижению ходовых и динамических характеристик локомотивов, а также безопасности в эксплуатации. Перекосы осей колесных пар в рамах тележек могут привести к аварийным ситуациям. Обеспечение геометрических параметров рам тележек при производстве и ремонте сопряжено с большими затратами. Созданная нашим предприятием лазерная измерительная система рам тележек (ЛИС-РТ-3) позволила выявить значительные изменения геометрии рам тележек в процессе их эксплуатации. Система формирует трехмерную систему координат. Контроль размеров рам тележек осуществляется с помощью видимых лазерных пучков параллельным перемещением их вдоль опорных линеек с одновременным отсчетом координат, заносимых в базу данных компьютера. Специально разработанное программное обеспечение позволяет обрабатывать и документировать результаты измерений. Однако в процессе эксплуатации измерительной системы ЛИС-РТ-3 возникла еще одна необходимая задача по восстановлению геометрии рам тележек. На тепловозах серии 2ТЭ10, 2ТЭ116 после 10-летней эксплуатации выявилась слабость поводковых кронштейнов рамы тележки. Клиновые пазы разбивались и смещались вдоль продольной оси рамы. Ремонт рам тележек - довольно сложный и дорогостоящий технологический процесс. Оборудование для ремонта, как правило, имеет габариты, превышающие габариты рамы, а стоимость такого оборудования достаточно высока. Эти два фактора не позволяют использовать его в условиях локомотивных депо. Использование же ручного инструмента несет большой субъективный фактор и трудоемкость. Решение задачи восстановления геометрических параметров рам тележек должно было удовлетворять двум условиям: первое - оборудование должно быть компактным; второе - обеспечивать расположение восстанавливаемых поверхностей в общей системе координат рамы. После ряда расчетов и экспериментов был создан модуль (МФ-2) для фрезерования наплавленных клиновых пазов рам тележек. Появился комплекс, выполненный в виде двух элементов - модуля фрезерного и независимой измерительной системы. Данный способ позволяет решить не только проблему восстановления рам тележек, но и целый класс задач аналогичного типа по восстановлению конструкций и крупных деталей подвижного состава. Разработанный метод может восстанавливать клиновые пазы рамы тележки в общей системе координат с точностью 0,2 мм в габаритах 8000-3200-1000 мм. Комплекс адаптируется для всех типов рам тележек локомотивов. Кроме системы контроля геометрических параметров рам тележек развивалось направление контроля геометрических параметров блоков дизелей (СКБД-3). Работая над системой контроля блока дизеля, был создан первый промышленный двухкоординатный фотоприемник, который позволил измерять смещение от оси лазерного пучка по двум координатам с точностью 0,005 мм в диапазоне -0,5 мм, далее диапазон был расширен до -1,0 мм. Смысл созданной системы контроля заключается в следующем. С помощью лазерных пучков, связанных в единой системе координат, материализуются ось отверстий (постелей коленчатых валов, поясов цилиндровых втулок). Фотоприемником измеряются отклонения каждого отверстия от оси лазерного пучка. Таким образом формируется фактическая модель блока, которая сравнивается с его математической моделью и определяются отклонения осей поясов и постелей. По данным измерений определяется оптимальный вариант ремонта блока дизеля. Системы СКБД успешно эксплуатируются на Уссурийском ЛРЗ, Оренбургском ЛРЗ и в локомотивном депо Моршанск. Также представляет интерес система ОСКОЛ, которая решает задачу по контролю отклонения от параллельного расположения и разбегов осей колесных пар, перекосов кузова локомотива относительно его продольной оси. При разработке этой системы был создан радиоэлектронный целевой знак, с помощью которого можно на расстоянии до 30 метров от излучателя перемещаться по объекту с погрешностью -0,3 мм и определять отклонения конструктивных элементов от чертежных размеров с передачей данных измерений по радиоканалу. В последнее время мало уделялось внимания вопросам отклонения геометрии, которые являются основными источниками дефектов деталей и конструкций. Сегодня нами разрабатываются необходимые технологии контроля геометрических параметров, позволяющие повысить качество сборочных, сварочных и ремонтных работ на железнодорожном транспорте. На выпускаемую продукцию получены сертификаты Госстандарта.