Разработка ультразвуковой системы контроля палетт

Объектом исследования является система контроля паллет.
Цель работы – разработка, исследование и экспериментальная апробация системы контроля геометрических параметров поддонов с использованием ультразвуковых фазированных решеток.
В процессе исследования проводились: обзор литературы, математическое моделирование эхо-импульса, эксперимент по получению эхо-импульса, разработка и проектирование принципиальной схемы системы контроля, построение графика поверхности паллеты на реальных данных, определение социальной ответственности, расчет финансовой эффективности проекта.
В результате исследования проведена экспериментальная апробация ультразвуковой системы контроля паллет.

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 16
1 ОБЗОР И АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ, ПОСВЯЩЕННОЙ ТЕМАТИКЕ КОНТРОЛЯ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПАЛЛЕТ ………………………………………….. 17
1.1 Обзор уже существующих систем контроля паллет ………………………………… 17
1.1.1 Автоматическая система контроля качества поддонов OCME ……………. 17
1.1.2 Система проверки пустых поддонов (LEER PALETTEN KONTROLLE –
LPK) …………………………………………………………………………………………………………. 21
1.1.3 Лазерный сканер повреждений………………………………………………………….. 22
1.2 Описание паллета …………………………………………………………………………………… 23
1.2.1 Основные типы паллет ……………………………………………………………………… 25
1.2.2 Характерные особенности стандартизованных паллет ………………………. 26
1.2.3 Общие технические требования ………………………………………………………… 26
1.3 Методы измерения времени распространения звука ……………………………….. 30
1.4 Ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи ……………………………. 33
1.5 Преимущества и недостатки существующих методов контроля ………………. 35
2 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ И ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМ СИСТЕМЫ
КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПАЛЛЕТ ……………………… 38
2.1 Выбор и обоснование функциональной схемы системы ………………………….. 38
2.2 Выбор и обоснование принципиальной схемы системы ………………………….. 40
2.2.1 Расчет и описание усилителя входного сигнала …………………………………. 40
2.2.2 Расчет и описание устройства связи с ПК ………………………………………….. 44
2.3 Описание алгоритма работы системы ……………………………………………………… 48
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭХО-СИГНАЛА …………………….. 57
3.1 Моделирование и исследование формы идеального эхо-сигнала …………….. 57
3.2 Моделирование и исследование формы реального эхо-сигнала……………….. 62
3.3 Метод вычисления момента прихода эхо-сигнала путем измерения
временного отрезка его полупериода……………………………………………………………. 66
4 ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ …………………………………………………………. 71
4.1 Проведение измерений двухчастотным методом . …………………………………… 71
4.2 Контроль и обнаружение дефектов паллет . ……………………………………………. 76
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ. …………………………………………………………………………… 38
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования . ………………….. 38
5.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения . ………………………………………….. 39
5.1.3 SWOT-анализ. ………………………………………………………………………………….. 41
5.2. Инициация проекта . ……………………………………………………………………………… 46
5.2.1 Цель и результат проекта . ………………………………………………………………… 46
5.2.2.Организационная структура проекта . ……………………………………………….. 47
5.3 Планирование научно-исследовательских работ. ……………………………………. 48
5.3.1 Контрольные события проекта . ………………………………………………………… 48
5.3.2. План проекта . ……………………………………………………………………………….. 49
5.3.3 Бюджет научного исследования . ………………………………………………………. 51
5.3.3.1 Расчет затрат на сырье, материалы, покупные изделия и
полуфабрикаты . …………………………………………………………………………………….. 51
5.3.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ ……53
5.3.3.3 Расчет основной заработной платы . ……………………………………………. 53
5.3.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) …….. 55
5.3.3.5 Расчет накладных расходов . ……………………………………………………….. 56
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ . …………………………………………………… 58
6.1 Производственная безопасность. ……………………………………………………………. 58
6.1.1 Анализ выявленных вредных факторов при эксплуатации системы
контроля . …………………………………………………………………………………………………. 60
6.2 Экологическая безопасность . …………………………………………………………………. 68
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях . ………………………………………………. 68
6.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности . ……….. 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ . …………………………………………………………………………………………. 72
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ………………………………………………………………………… 125
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ . ……………………………………… 73
ПРИЛОЖЕНИЕ А . ……………………………………………………………………………………. 132
ПРИЛОЖЕНИЕ Б . …………………………………………………………………………………….. 152

Графический материал:
ФЮРА.05202.001. Э3 – Система контроля паллет; ФЮРА.
05202.001. ПЭ – Спецификация элементов деталей;
ФЮРА. 05202.002.Э3 – Усилитель входного сигнала;
ФЮРА. 05202.002.ПЭ – Спецификация элементов деталей.

1. Изучены основные типы нарушений геометрических параметров
паллет, которые приводит к ошибке в работе автоматического устройства
укладки продукции на поддон. Обоснована актуальность разработки систем.

2. На основе оценки уже существующих способов измерений параметров
была создана структурная схема автоматизированной системы.

3. Учитывая особенности работы измерительной установки, была
разработана принципиальная схема системы контроля. Применение
ультразвукового метода неразрушающего контроля является большим
преимуществом и дает возможность автоматизации процесса контроля.

4. Предложен и обоснован новый метод вычисления момента прихода
эхо-сигнала путем измерения длительности полупериода.

5. Произведена экспериментальная апробация разработанной системы
контроля. Результаты подтвердили ее пригодность.

6. Был проведен анализ разрабатываемой системы с экономической точки
зрения. В результате полученных данных был сделан вывод о том, что разработка
устройства целесообразна из-за малого количества аналогов на рынке, а также
из-за высоких показателей точности и надежности.

7. В разделе «Социальная ответственность» были рассмотрены
требования к рабочей зоне, а также влияние разрабатываемого устройства на
окружающую среду. В связи с тем, что работа системы основана на
ультразвуковых колебаниях, негативное влияние на экологию минимально.

1. Контрольгеометрическихпараметровпаллетультразвуковым
методом./ Тулин А.С. // Сборник трудов X Молодежной научной конференции
“Современные техника и технологии в научных исследованиях” – c. 2018–92–97
2. Системы наполнения, упаковки и обработки – [Электронный ресурс] /
Автоматическая система контроля и контроля качества поддонов OCME – Режим
доступа: http://www.ocme.co.uk/pallet_inspection.htm – Заглавие с экрана. – яз.
англ. (Дата обращения 11.12.2017)
3. The world of conveyor technology – [Электронный ресурс] / Automatic
palletinspectionstation–Режимдоступа:http://www.wtt-
foerdertechnik.de/produkte_en/automatic-conveyors-for-pallets-automatic-pallet-
inspection-station.php – Заглавие с экрана. – яз. англ. (Дата обращения 15.12.2017)
4. Industry search – [Электронный ресурс] / OCME Pallet Checker – Режим
доступа:https://www.industrysearch.com.au/ocme-pallet-checker/p/98767–
Заглавие с экрана. – яз. англ. (Дата обращения 11.12.2017)
5. Сайт компании KÖHL [офиц. сайт] – [Электронный ресурс] / Empty
palletcheckingsystem(LPK)–Режимдоступа:
http://www.koehl.eu/en/products/intralogistics/intralogistiq/empty-pallet-checking-
system-lpk/#prettyPhoto – Заглавие с экрана. – яз. англ. (Дата обращения
13.12.2017)
6. Packaging revolution – [Электронный ресурс] / CHEP Improves Damage
InspectionScanningwithReflexArraySensor–Режимдоступа:
https://packagingrevolution.net/sick/ – Заглавие с экрана. – яз. англ. (Дата
обращения 18.12.2017)
7. Сайт компании SkladPRO [офиц. сайт] – [Электронный ресурс] / Обзор
стандартныхпаллет–Режимдоступа:
http://skladpro.com/oborudovanie/stellazhy/pallets/standartnyj.html#derevyannye–
Заглавие с экрана. – яз. рус. (Дата обращения 11.12.2017)
8. Сайт транспортной компании «Чароит» [офиц. сайт] – [Электронный
ресурс]/Паллеты–Режимдоступа:
http://www.charoit.net/index.php?page=articles/palleti – Заглавие с экрана. – яз. рус.
(Дата обращения 21.12.2017)
9. ГОСТ 33757-2016. Поддоны плоские деревянные. Технические
условия.
10. Солдатов А.И. Определение временного положения акустического
импульса методом аппроксимации огибающей сигнала. / Солдатов А.И.,
Сорокин П.В., Макаров В.С.// Известия Южного федерального университета. –
Технические науки, 2009. – № 10. – с. 178-184.
11. Шульгина, Ю.В. Повышение точности ультразвуковых измерений
методом двух компараторов [Электронный ресурс] / Ю. В. Шульгина, А. И.
Солдатов // Известия Южного федерального университета. Технические науки :
научно-технический и прикладной журнал. – 2010. – Т. 110, № 9. – [С. 102-106].
12. СолдатовА.И.Ультразвуковаяаппаратурасволноводным
акустическим трактом : автореферат диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук : спец. 05.11.13 / А.И. Солдатов ; Национальный
исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ) ; науч. конс.
Г. С. Евтушенко. – Томск, 2011. – 40 с.
13. Zhang D., Gong X.-F., Liu J.-H., Shao L.-Zh., Li X.-R., Zhang Q. – L. The
experimental investigation of ultrasonic properties for a sonicated contrast agent and
its application in biomedicine // Ultrasound in Med. & Biol. 2000. Vol. 26. № 2, P.
347–351.
14. Определениемоментаприходаэхо-импульсадляметода
двухчастотного зондирования. / Старостин А.Л., Асочаков А.С., Шульгина Ю.В.
// Сборник трудов XXI Международной научной конференции “Современные
техника и технологии” – 2015 –. С. 292–294.
15. Богуш М.В. Проектирование пьезоэлектрических датчиков на основе
пространственных электротермоупругих моделей / Богуш М.В., Панич А.Е.
(ред.). – М. :Техносфера, 2014. – 311 с.
16. Jan Kocbach. Finite element modeling of ultrasonic piezoelectric
transducers. – University of Bergen Department of Physics.: September 2000. p.147–
161
17. Преимущества и недостатки существующих методов НК / Ларин А.А.
– диссертация на соискание ученой степени к.т.н. “Способы оценки
работоспособностиизделийизкомпозиционныхматериаловметодом
компьютерной томографии” – Москва, 2013. – 45 с.
18. AD8033datasheet–[Электронныйресурс]–Режимдоступа:
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8033_
8034.pdf, свободный. – Загл. с экрана. – яз. англ. (Дата обращения 11.01.2018)
19. Справочник по резисторам / В. В. Дубровский, Д. М. Иванов, Н. Я.
Пратусевич и др.; Под ред. И. И. Четвертакова и В. М. Терехова. – 2-е изд.,
перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1991. – 528с.
20. Фильтры на микросхемах оу – [Электронный ресурс] – Режим доступа:
http://nauchebe.net/2014/05/filtry-na-mikrosxemax-ou/ , свободный. – Загл. с
экрана. – яз. рус. (Дата обращения 11.01.2018)
21. Детектирование – [Электронный ресурс] / Амплитудные детекторы –
Режим доступа: http://mart7157.narod.ru/voise_10.html, свободный. – Загл. с
экрана. – яз. рус. (Дата обращения 11.01.2018)
22. Заряд и разряд конденсатора – [Электронный ресурс] – Режим доступа:
http://ingsvd.ru/main/polza/1147-zaryad-i-razryad-kondensatora.html, свободный. –
Загл. с экрана. – яз. рус. (Дата обращения 11.01.2018)
23. BAS16datasheet–[Электронныйресурс]–Режимдоступа:
https://www.vishay.com/docs/85539/bas16.pdf, свободный. – Загл. с экрана. – яз.
англ. (Дата обращения 15.01.2018)
24. Микросхема переходника USB – COM FTDI FT232R (FT232RL и
FT232RQ)–[Электронныйресурс]–Режимдоступа:
http://oscope.narod.ru/usb_ft232r.html?oprd=1– Заглавие с экрана. – яз. рус. (Дата
обращения 15.01.2018)
25. Преобразователь интерфейсов – [Электронный ресурс] – Режим
доступа:http://we.easyelectronics.ru/electro-and-pc/preobrazovatel-interfeysov-
perehodnik-usbrs485-pi-5.html– Заглавие с экрана. – яз. рус. (Дата обращения
15.01.2018)
26. Свойства интерфейса стандарта RS-485 – [Электронный ресурс] –
Режим доступа: http://www.softelectro.ru/rs485.html – Заглавие с экрана. – яз. рус.
(Дата обращения 15.03.2018)
27. IRU1205datasheet–[Электронныйресурс]–Режимдоступа:
http://radiocom.dn.ua/image/data/pdf/IRU1205-33_IR.pdf. – Загл. с экрана. – яз.
англ. (Дата обращения 15.01.2018)
28. ATmega64datasheet – [Электронный ресурс] – Режим доступа:
https://www.mouser.com/ds/2/268/atmel-2490-8-bit-avr-microcontroller-atmega64-
l_da-1065502.pdf, свободный. – Загл. с экрана. – яз. англ. (Дата обращения
15.01.2018)
29. PS-05-5datasheet–[Электронныйресурс]–Режимдоступа:
https://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/2105543.pdf, свободный. – Загл.
с экрана. – яз. англ. (Дата обращения 15.01.2018)
30. Справочник по электрическим конденсаторам / М.Н. Дьяконов, В.И.
Карабанов, В.И. Присняков и др.; Под общ. Ред. И.И.Четвертакова и В.Ф.
Смирнова. – М.: радио и связь, 1983. – 576с.
31. Справочник по кварцевым резонаторам / Андросова В. Г., Банков В,
Н., Дикиджи А. Н. и др.; Под ред. П. Г. Позднякова. – Москва: Связь, 1978.
32. DS18B20datasheet – [Электронный ресурс] – Режим доступа:
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS18B20.pdf, свободный. – Загл. с
экрана. – яз. англ. (Дата обращения 15.03.2018)
33. MAX481Edatasheet – [Электронный ресурс] – Режим доступа:
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX1487E-MAX491E.pdf,
свободный. – Загл. с экрана. – яз. англ. (Дата обращения 15.03.2018)
34. ADuM1301datasheet – [Электронный ресурс] – Режим доступа:
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADuM1300_
1301.pdf, свободный. – Загл. с экрана. – яз. англ. (Дата обращения 15.03.2018)
35. АОТ101АСdatasheet – [Электронный ресурс] – Режим доступа:
http://www.kontest.ru/datasheet/unkn0wn/aot101as.pdf, свободный.–Загл. с
экрана. – яз. англ. (Дата обращения 15.03.2018)
36. MA40MF14-5Bdatasheet–[Электронныйресурс]–Режим
доступа:http://www.alldatasheet.com/view_datasheet.jsp?Searchword=MA40MF14-
5B, свободный. – Загл. с экрана. – яз. англ. (Дата обращения 15.03.2018)
37. Определениемоментаприходаэхо-импульсадляметода
двухчастотного зондирования. / Старостин А.Л., Асочаков А.С., Шульгина Ю.В.
// Сборник трудов XXI Международной научной конференции “Современные
техника и технологии” – 2015 –. С. 292–294.
38. Специальные устройства– [Электронный ресурс] / Компараторы на ОУ
– Режим доступа: http://poznayka.org/s76724t1.html – Заглавие с экрана. – яз. рус.
(Дата обращения 11.04.2018)
39. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей /
Варгафтик Н.Б. – М.: Наука, 1972. – 721 с.
40. Финансовыйменеджмент,ресурсоэффективностьиресурсо-
сбережение: учебно-методическое пособие / Н.А. Гаврикова, Л.Р. Тухватулина,
И.Г. Видяев, Г.Н. Серикова, Н.В. Шаповалова; Томский политехнический
университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. –
73 с.
41. Прейскурант цен на электронные компоненты и приборы магазина
«Чип и Дип» [Электронный ресурс http://chipdip.ru] – Режим доступа:
https://www.chipdip.ru/product/ – Заглавие с экрана. – (Дата обращения 3.04.2018)
42. Регламентирующие документы планово-финансового отдела ТПУ –
[Электронныйресурсhttp://portal.tpu.ru]–Режимдоступа:
http://portal.tpu.ru/departments/otdel/peo/documents – Заглавие с экрана. – (Дата
обращения 3.04.2018)
43. СанПиН 2.2.4.548-96. Санитарно-эпидемиологические правила и
нормативы «Гигиенические требования к микроклимату производственных
помещений». М. Информационно издательский центр Минздрава России, 1997.
44. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Санитарно-эпидемиологические правила и
нормативы«Гигиеническиетребованиякперсональнымэлектронно-
вычислительным машинам и организации работы». – М.: Госкомсанэпиднадзор,
2003.
45. СанПиН 2.2.4.1191-03. Санитарно-эпидемиологические правила и
нормативы «Электромагнитные поля в производственных условиях». – М.:
Госкомсанэпиднадзор России, 2003.
46. ГОСТ 12.1.033-81 ССБТ. «Пожарная безопасность».
47. ГОСТ 12.0.003-2015 ССБТ. «Опасные и вредные производственные
факторы. Классификация».
48. ГОСТ 12.4.026-2015 ССБТ. «Цвета сигнальные и знаки безопасности».
49. ГОСТ 17.2.1.01-76 «Охрана природы. Атмосфера. Классификация
выбросов по составу»