Научное обоснование и разработка робастного метода двумерной фильтрации для измерения текстуры поверхности изделий аддитивного производства

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-29-01269

НазваниеНаучное обоснование и разработка робастного метода двумерной фильтрации для измерения текстуры поверхности изделий аддитивного производства

Руководитель Захаров Олег Владимирович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." , Саратовская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-102 - Механика технологических процессов

Ключевые слова метрология поверхности, пространственная текстура поверхности, двумерная фильтрация, робастный метод, аддитивное производство.

Код ГРНТИ55.01.81

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Развитие прецизионной механики сформировало новую тенденцию производства – переход от микро- к нано- метровой точности изготовления деталей. Особое значение приобретает качество поверхности, оцениваемое в стандарте с помощью системы S и V параметров. Для использования на практике нужно нормирование этих параметров, совершенствование метрологического оборудования и программного обеспечения. В настоящее время введен в действие лишь стандарт верхнего уровня матрицы стандартов, определяющий термины и понятия. Поэтому актуально проведение исследований, имеющих опережающий характер и позволяющих внести вклад в развитие метрологии поверхности. Одной из фундаментальных задач метрологии поверхности является фильтрация полученных данных измерения. Для оценки параметров текстуры из первичной поверхности удаляют форму F-фильтром и крупные неровности L-фильтром и получают поверхность ограниченного масштаба. Известны стандартные методы двумерной фильтрации: линейный фильтр Гаусса, робастный гауссовой регрессии, сплайновый вейвлет, морфологические дисковый и плоский сегментный. Наличие большого числа фильтров свидетельствует о том, что не существует фильтра, пригодного для анализа любых текстур поверхности. Кроме того, большинство этих фильтров не являются надежными. Поверхности изделий, полученных методами аддитивного производства, имеют отличительные особенности. Механика формирования поверхности путем послойного наращивания материала обусловливает наличие ступенек, наклонов, провалов и других поверхностных дефектов. Сочетание нескольких видов дефектов существенно усложняет построение поверхности ограниченного масштаба. Изделия аддитивного производства, как правило, имеют сложную форму, например, форсунки, лопатки турбины низкого давления авиационного двигателя, камера сгорания ракетного двигателя. Поэтому фильтр должен обеспечивать надежную работу при наличии особенностей текстуры и дефектах поверхности. Проведенные исследования показали, что ни один из приведенных в стандартах фильтров не справляется одновременно со всеми дефектами поверхности. Этот факт отчасти подтверждается и другими исследованиями. Например, NPL (UK) предлагает новый эталон для калибровки приборов для измерения текстуры поверхности. Научная проблема, на решение которой направлен проект, состоит научном обосновании и разработке нового робастного метода двумерной фильтрации. Планируется исследование различных комбинаций известных методов фильтрации, применение регрессионных моделей. Предлагается выявление закономерностей образования текстуры поверхности при аддитивном производстве изделий на основе фрактального анализа, систематизация параметров для оценки текстуры и выявление корреляционных связей между ними. План исследований включает в себя проведение компьютерного моделирования на тестовых примерах и натурных экспериментов на образцах шероховатости поверхности и реальных изделиях аддитивного производства. Решение поставленных в проекте задач обеспечит получение новых фундаментальных знаний в области метрологии поверхности, соответствующих мировому уровню. В данный момент Россия по этому направлению находится на уровне конкурентности и поэтому важно развивать данную научную тематику. Результаты проекта будут опубликованы в ведущих профильных научных журналах (IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Measurement: Journal of the International Measurement Confederation).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Захаров О.В., Лаптев А.Г., Лысенко В.Г., Милованова Е.А., Табачникова Н.А. Дискретный алгоритм на основе кусочно-линейной интерполяции для дискового морфологического фильтра Измерительная техника, № 8. С. 35-40 (год публикации - 2022)
10.32446/0368-1025it.2022-8-35-40

2. Захаров О.В., Яковишин А.С., Жуков А.В. Robustness Analysis of Gaussian Filters for Surface Texture of Additive Manufacturing Products Proceedings 2022 International Russian Automation Conference (RusAutoCon), pp. 28-33 (год публикации - 2022)
10.1109/RusAutoCon54946.2022.9896266

3. Захаров О.В., Иванова Т.Н., Пугин К.Г. Variable asymmetric morphological profile filter for roughness analysis Proceedings 2022 6th Scientific School Dynamics of Complex Networks and their Applications (DCNA), pp. 312-315 (год публикации - 2022)
10.1109/DCNA56428.2022.9923149

4. Захаров О.В., Яковишин А.С., Жуков А.В. Применение фильтров серии ISO 16610 для анализа структуры поверхности. Часть 1. Обзор профильных фильтров Вестник Саратовского государственного технического университета, № 2. С. 22-37 (год публикации - 2022)

5. Захаров О.В., Яковишин А.С., Жуков А.В. Анализ параметров структуры поверхности изделий аддитивного производства Прогрессивные технологии и процессы: Сборник научных статей 9-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, С. 76-82 (год публикации - 2022)

6. Яковишин А.С., Жуков А.В., Захаров О.В. Особенности применения профильного морфологического фильтра для анализа мультифункциональных поверхностей Перспективные материалы и высокоэффективные процессы обработки: сборник материалов Всерос. молодежной конференции, С. 78-83 (год публикации - 2022)

7. Захаров О.В., Яковишин А.С., Жуков А.В. Применение фильтров серии ISO 16610 для анализа структуры поверхности. Часть 2. Профильные фильтры Гаусса Вестник Саратовского государственного технического университета, № 3. С. 46-60 (год публикации - 2022)

Публикации

1. Захаров О.В., Яковишин А.С., Жуков А.В. Применение фильтров серии ISO 16610 для анализа структуры поверхности. Часть 3. Профильные морфологические фильтры Вестник Саратовского государственного технического университета, № 4 (95). С. 36-49 (год публикации - 2023)

2. Захаров О.В., Яковишин А.С., Сулейманова Ф.Д., Жуков А.В. Применение фильтров серии ISO 16610 для анализа структуры поверхности. Часть 4. Профильные сплайн и вейвлет-фильтры Вестник Саратовского государственного технического университета, № 1 (96). С. 43-58 (год публикации - 2023)

3. Захаров О.В., Яковишин А.С., Сулейманова Ф.Д. Numerical Modeling of Rough Surfaces of Additive Manufacturing Products International Russian Smart Industry Conference, pp. 410–415 (год публикации - 2023)
10.1109/SmartIndustryCon57312.2023.10110763

4. Захаров О.В., Сулейманова Ф.Д. Method of Stylus Radius Compensation for Roughness Measurements Proceedings 2023 International Russian Automation Conference, pp. 289–293 (год публикации - 2023)
10.1109/RusAutoCon58002.2023.10272874

5. Григорьев С.Н., Захаров О.В., Лысенко В.Г., Мастеренко Д,А. Эффективный алгоритм пространственной морфологической фильтрации Измерительная техника, № 12 (год публикации - 2023)

6. Захаров О.В., Сулейманова Ф.Д. Линейные регрессионные зависимости параметров шероховатости. Часть 1. Точение, торцевое фрезерование, плоское шлифование, полирование Вестник машиностроения, № 4 (год публикации - 2024)

7. Захаров О.В., Лысенко В.Г., Иванова Т.Н. Asymmetric morphological filter for roughness evaluation of multifunctional surfaces ISA Transactions (год публикации - 2024)