Спосіб визначення геометричних характеристик поперечних перерізів складних профілів

Спосіб визначення геометричних характеристик поперечних перерізів складних профілів, який 3 сить високою роздільною здатністю (600 DPI), що дозволить збільшувати зображення в багато разів без втрати якості і так званого "розсипання на пікселі", або фотографується за допомогою цифрового фотоапарата. Результат сканування зберігається у вигляді окремого файла, найзручніше –у форматі *.ВМР. У систему "Компас" отримане зображення завантажується через пункт меню "Вставка/Рисунок", після чого воно масштабується відповідно до результатів вимірювання одного -двох габаритних розмірів поперечного перерізу профілю штангенциркулем, а нижня точка зовнішнього контуру поперечного перерізу суміщається з віссю X на аркуші креслення. Оскільки "Компас" не сприймає сканований рисунок як креслення, для подальшої роботи контур профілю необхідно "обвести" замкненою ламаною лінією. Трудомісткість роботи й точність отриманих результатів залежать від того, наскільки точно обведені контури профілю. З метою пошуку оптимального режиму обведення контурів досліджені три рівні точності обведення, що якісно відрізняються один від одного: на першому рівні точності обведення контуру виконується повністю та якісно, довжина відрізків контурної лінії на криволінійних ділянках не перевищує 0,2-0,4 розміру виступів чи заокруглень; на другому рівні точності обведення контуру виконується з дещо нижчою точністю, вирівнюються та зрізаються деякі несуттєві елементи; на третьому рівні точності обведення контуру виконується так, щоб подати профіль практично у вигляді прямокутників, зрізаючи невеликі виступи. Схеми обведення контуру одного й того ж фрагмента поперечного перерізу з різними рівнями точності зображені на фігурі 2. Перед проведенням обчислень нижня точка зовнішнього контуру поперечного перерізу суміщається з віссю Х на аркуші креслення "Компаса". Виконується масштабування отриманого креслення, для чого за допомогою штангенциркуля вимірюється один із габаритних розмірів профілю (або використовується розмір, відомий із сортаменту). За допомогою функції "Компас" "Масштабирование", котра розміщена на динамічній панелі інструментів "Редактирование", масштаб зображення змінюється таким чином, щоб довжина будьякої сторони зображення відповідала реальній довжині цієї сторони в міліметрах. Для контролю можна скористатися світловою клавішею "Измерить" із динамічного меню "Измерения". На панелі швидкого доступу обирається світлова клавіша "Измерения 2D", на динамічному меню, що з'явиться, обирається світлова клавіша "Расчет МЦХ плоских фигур". Якщо контури перерізу обведені замкнутими лініями, для виділення перерізу достатньо відмітити точку всередині контуру і на віконці "Свойства объекта", котре з'явиться, вказати "тіло" чи "отвір". 44902 4 Якщо контур заданий кількома ламаними лініями, необхідно в робочій частині креслення клацнути правою кнопкою миші та вибрати пункт контекстного меню "Построить границу по стрелке". Коли поперечний переріз заданий повністю, з'являється таблиця результатів, з яких для розв'язання нашого завдання використовується: YC - координата центра ваги (відстань від найнижчої точки до центра ваги); JX - момент інерції відносно осі X у центральній системі координат. Подальші розрахунки виконуються в середовищі табличного процесора EXCEL. Моменти опору для верхньої та нижньої крайніх точок перерізу обчислюються з урахуванням виміряної висоти профілю Н за загальновідомими формулами опору матеріалів: I IX WH = X WB = YC , (H − YC ) . (1) Відповідні найменші допустимі значення руйнуючого навантаження FH і FB визначаються за формулою (1). Як правило, для реальних полівінілхлоридних профілів меншим є руйнуюче навантаження, отримане за моментом опору для нижньої крайньої точки перерізу, тобто FMIN=FH. (2) Точність визначення геометричних характеристик досліджена на прикладі двох профілів, зображених на фігурі 1. Оскільки істинні значення характеристик невідомі, точність оцінено із використанням методів математичної статистики. Для цього обидва профілі обведені згідно з кожним із трьох описаних вище рівнів точності по п'ять разів. З метою забезпечення незалежності результатів ця процедура виконувалася в різний час і навіть різними операторами. За описаною вище процедурою для кожного із профілів обчислено по 15 комплектів (5 повторень для кожного із трьох рівнів точності) геометричних характеристик поперечного перерізу: координата центра ваги YC, мм; площа поперечного перерізу А, мм2; мінімальний момент опору для нижньої 3 точки перерізу WH, мм ; мінімально допустиме значення руйнуючого навантаження FH, H. Статистична обробка вибірок із 5-ти значень указаних геометричних характеристик виконана за методикою [7], в результаті чого отримані середні значення й стандартні відхилення. Залежності середніх значень геометричних характеристик від рівня точності обведення поперечного перерізу профілю наведені в таблиці 1. В останній колонці для кожного із профілів зазначені результати, обчислені за відомими формулами опору матеріалів при поданні поперечного перерізу у вигляді сукупності прямокутників, як це показано на рисунку 3. Розміри всіх прямокутників виміряні штангенциркулем із точністю 0,1 мм. 5 44902 6 Таблиця 1. Середні значення геометричних характеристик поперечних перерізів Геометричні характеристики профілю YС, мм А, мм2 WH, мм3 FН, Н Перший профіль при точності обведення рівень рівень рівень штангенциркуль 1 2 3 42,1 42,3 42,0 41,1 1006 995 963 954 9717 9267 9146 9623 400 382 376 394 З таблиці видно, що координата центра ваги практично не залежить від точності обведення, а площа поперечного перерізу, момент опору та мінімально допустиме значення руйнуючого навантаження при зростанні точності обведення збільшуються. Це можна пояснити тим, що на рівні точності 2 особливості профілю відображаються досить грубо, а на рівні 3 дрібні деталі взагалі не враховуються, що й призводить до зменшення значень площі та моменту опору. Результати, отримані шляхом обмірювання профілю за допомогою штангенциркуля, близькі до рівня точності 3. До того ж, отримано занижене значення координати центра ваги й нестабільні значення інших характеристик. Момент опору й допустима несуча здатність першого перерізу близькі до рівня точності 1, а другого перерізу - до рівня точності 3. Це пояснюється неоднозначністю подання реального поперечного перерізу сукупністю прямокутників, сторони яких паралельні осям, а також можливими похибками вимірювання їх розмірів за допомогою штангенциркуля. Окрім того, Другий профіль при точності обведення рівень рівень рівень штангенциркуль 1 2 3 40,3 40,4 40,3 38,9 915 914 887 858,8 8706 8720 8144 8157 356 356 333 331 при застосуванні штангенциркуля існує ймовірність грубих помилок унаслідок пропускання окремих елементів-прямокутників або помилкового віднесення однієї й тієї ж частини профілю до двох різних сусідніх прямокутників. При використанні сканера такого виду помилки виключаються за рахунок візуального контролю контурів зображення при обведенні поперечного перерізу та обчисленні його геометричних характеристик. За відомими середніми значеннями М та стандартними відхиленнями S обчислені ймовірні відносні похибки характеристик із забезпеченістю 95 % ∆%=196 S/M. (3) Оскільки у формулі (3) враховане значення аргументу нормованого нормального розподілу 1,96 для двосторонньої ймовірності 0,95, то для 95 % випадків відносні похибки визначення геометричних характеристик не перевищуватимуть значення (3). Результати обчислень за формулою (3) наведені в таблиці 2. Таблиця 2. Імовірні відносні похибки визначення геометричних характеристик поперечних перерізів (у відсотках) Геометричні характеристики профілю YС, мм А, мм2 WH, мм3 FН, Н Перший профіль при точності обведення рівень 1 рівень 2 рівень 3 0,62 0,80 0,63 2,33 1,47 5,22 2,23 2,69 3,77 2,15 2,81 3,84 З таблиці видно, що ймовірні похибки всіх проаналізованих характеристик при підвищенні точності істотно зменшуються. Точність оцінювання найважливішої характеристики - мінімально допустимого значення руйнуючого навантаження при найвищій точності обведення в 1,8-2,5 рази вища, ніж при обведенні профілю на третьому рівні точності. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє підвищити точність визначення геометричних характеристик профілів у 1,8-2,5 рази порівняно із вимірюваннями за допомогою штангенциркуля. Джерела інформації, на які є посилання в описі 1. ДСТУ Б В.2.6-15-99: Вікна та двері полівінілхлоридні. Загальні технічні умови. Другий профіль при точності обведення рівень 1 0,68 0,88 1,21 1,08 рівень 2 1,90 0,87 1,31 1,27 рівень 3 2,54 1,34 2,75 2,79 2. DIN 16830-2-199l Fensterprofile aus hochschlagzähem Polyvinylchlorid (PVC-HI). Anforderungen. 3. ГОСТ 30970-2002: Блоки дверные из поливинилхлоридных профилей. Технические условия. Doors of polyvinylchloride profiles. Specifications. 4. ГОСТ 30674-99: Блоки оконные из поливинилхлоридных профилей. Технические условия. Windows of polyvinylchloride profiles. Specifications. 5. ГОСТ 30673-99: Профили поливинилхлоридные для оконных и дверных блоков. Технические условия. Polyvinylchloride profiles for windows and doors. Specifications 7 44902 6. ДСТУ Б В.2.7-130:2007: Будівельні матеріали. Профілі полівінілхлоридні для огороджувальних будівельних конструкцій. Загальні технічні умови. Комп’ютерна верстка І.Скворцова 8 7. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В.Е. Гмурман. – М.: Высшая школа, 1977. – 479 с. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601