31.03.2026
Современные решения для контроля геометрии профиля
Современное производство строительных и конструкционных профилей из ПВХ предъявляет высокие требования к прецизионности их изготовления. От геометрической точности профиля напрямую зависят ключевые свойства дверных и оконных систем: плотность прилегания уплотнителей, корректность работы фурнитуры, надежность стыковки элементов и долговечность конструкции. Как осуществлять качественный контроль физико-механических параметров профиля?
Таким образом, эффективная система контроля геометрии профиля является стратегическим инструментом, обеспечивающим конкурентные преимущества за счет снижения и предотвращения брака, укрепления репутации поставщика качественной продукции. В условиях импортозамещения и ужесточения рыночной конкуренции развитие и внедрение современных, высокоточных и доступных методов контроля является актуальной проблемой для отечественной промышленности.
Проблема с точностью геометрии профиля
При производстве ПВХ-профиля большое внимание уделяется контролю качества продукции, который включает в себя механические и температурные испытания, визуальную оценку, определение цвета, а также контроль формы и размеров. При этом мониторинг геометрических параметров является одной из ключевых операций, поскольку точность изготовления профиля влияет на качество сборки стеклопакета и определяет репутацию производителя на рынке.
Контроль геометрических параметров профиля является комплексным процессом ввиду нескольких причин.
1. Сам профиль имеет сложную форму сечения, которая спроектирована с учетом обеспечения максимальной прочности конструкции при минимальном весе, сопротивления теплопередаче (термин согласно ГОСТу 30673-2013 (с. 10 таб. 7), а также простоты и надежности сборки.
2. Процесс производства профиля методом экструзии состоит из множества технологических операций, для каждой из которых требуется настройка параметров оборудования, напрямую и косвенно влияющих на форму и размеры профиля.
Наиболее важными с точки зрения формирования геометрических параметров профиля являются процессы экструзии пластмассы через фильеру, а также прохождение профиля через калибратор. Фильера является сложным изделием, состоящим из матрицы и дорна, которые образуют канал для прохождения пластмассы. На выходе из фильеры профиль обретает свою основную форму, которая уточняется в калибраторе.
Калибратор является ключевым элементом линии экструдера, поскольку в нем формируется конечный профиль изделия, обеспечивается соответствие продукции проектным геометрическим параметрам. Калибратор состоит из множества калибровочных пластин и системы охлаждения. При прохождении профиля через пластины стабилизируется его форма, а также осуществляется охлаждение изделия. Ключевые настройки калибратора, которые значительно влияют на геометрию профиля — это расположение калибровочных пластин, температура и равномерность охлаждения, а также скорость подачи материала.
Контроль измерений классическими методами
Нормативные требования, предъявляемые к методам определения геометрических размеров и формы профиля установлены ГОСТом 30673-2013, в котором в качестве средств измерений требуется использование линеек, рулеток, металлических щупов, угольников и поверочных плит [1]. При этом для каждого параметра формы разработаны комплексные методики контроля с использованием перечисленных выше средств измерений. Основные параметры, методы их оценки и используемые средства изложены в табл. 1.
При анализе требований, предъявляемых к контролю формы и размеров, можно сделать вывод, что данная процедура контроля является комплексной и требует существенных временных затрат, протоколирования результатов и проведения расчетов. Помимо этого, допустимые отклонения для некоторых параметров составляют ±0,3 — ±0,5 мм [1], а требуемая погрешность их определения должна быть не меньше ±0,05 — ±0,1 мм [2], что может быть труднодостижимым при использовании механических инструментов при высокой производственной нагрузке.
Таким образом, контроль с использованием механических инструментов обладает существенными недостатками, среди которых малый объем измерений, существенные затраты времени, низкая точность измерений, влияние человеческого фактора, ручное протоколирование. Данные факторы не позволяют оперативно контролировать техпроцесс, снижают эффективность контроля качества и повышают риск выпуска брака.
Автоматизированные решения
Существуют современные специализированные решения, позволяющие автоматизировать операции контроля формы и размеров профиля. Ключевые производители оборудования для контроля
качества профиля — компании из Германии и Китая. Предлагаемые решения можно разделить на две ключевых группы: оборудование, интегрируемое непосредственно в производственную линию, и отдельные программно-аппаратные комплексы для испекции образцов профиля.
Оборудование, интегрируемое в линию, работает на основе лазерных и оптических методов и позволяет осуществлять контроль внешней поверхности и габаритов профиля [3]. Его основные преимущества — высокая точность и контроль в реальном времени, благодаря которому возможно вносить корректировки в работу оборудования линии экструдера. Однако существенным недостатком таких систем является чувствительность к цвету профиля [4], наличие «слепых зон» — элементов профиля сложной формы (например, пазов), а также отсутствие возможности инспекции внутренних элементов — камер, толщины стенок, перегородок и других. Недостатком является и достаточно высокая цена такого оборудования.
Стационарные системы позволяют осуществлять контроль образцов профиля с использованием оптических методов, алгоритмов фотограмметрии и машинного зрения [5]. По способу контроля стационарные системы можно разделить на сканирующие и кадровые.
Сканирующие системы работают по принципу стандартного сканера документов: профиль устанавливается на стекло, под которым находится линейка оптических датчиков. Путем перемещения линейки вдоль зоны сканирования построчно формируется контрастное изображение изделия. Далее изображение обрабатывается с помощью программных алгоритмов и сравнивается с проектным чертежом сечения профиля. Основные недостатки сканирования — длительное время сканирования (до 10 с), необходимость использования матовых пленок, строго перпендикулярный ровный срез образца, износ механических частей сканера, чувствительность к цвету профиля (рис. 1). Сканирующие системы ориентированы на применение в лабораторных условиях.
Системы, работающие по кадровому принципу, получают изображение всего профиля за доли секунды. В основу таких систем заложено применение телецентрической оптики, которая позволяет получить изображение профиля в ортогональной проекции. Изображение формируется на фоне обратной подсветки, благодаря чему обеспечивается высокий контраст вне зависимости от материала и цвета изделия. Ровность среза не имеет значения, поскольку образец укладывается на специальные направляющие таким образом, что оптическая ось системы параллельна боковой поверхности образца.
Российское оборудование
В связи с санкционными ограничениями, оборудование из стран ЕС стало почти недоступным на российском рынке. Даже в том случае, если оборудование приобретается путем параллельного импорта через страны СНГ, отсутствие технической поддержки и обслуживания делает его эксплуатацию невозможной. Поскольку метрологическое оборудование нуждается в регулярном обслуживании, калибровке и поверке, большая часть российских предприятий, на которых были введены в эксплуатацию измерительные системы европейских производителей, продолжает их использовать на свой страх и риск, в надежде на то, что метрологические характеристики оборудования не ухудшились за несколько лет эксплуатации.
В условиях ограниченной доступности западного оборудования и отсутствия сервисной поддержки, особую актуальность приобретает разработка доступных и конкурентоспособных измерительных комплексов, закрывающих потребности производителей профиля. Помимо функционала, реализованного в зарубежном оборудования, необходимо также учитывать специфику технического регулирования в России и СНГ, а также текущие тенденции развития производства – автоматизацию процессов и цифровую документацию.
Таким образом, для российского производителя сегодня необходимо решение, которое сочетало бы в себе высокую точность стационарных оптических систем, инвариантность к цвету материала, возможность контроля внутренних полостей, соответствие российским нормативам, а также полную сервисную и метрологическую поддержку внутри страны.
Специалистами компании «КИТЕК» проведен анализ решений для автоматизации контроля геометрии профиля, а также проблем российских производителей профиля, связанных с уходом европейских компаний с рынка. При сотрудничестве с ведущей компанией по производству ПВХ-профиля разработана система «Контур ПРОСКАН» и программный комплекс UnitShape, предназначенные для контроля геометрических параметров профиля из ПВХ, алюминия и резины. Работа комплекса основана на принципе получения теневого изображения сечения профиля на фоне обратной подсветки с последующей его программной обработкой посредством алгоритмов фотограмметрии и машинного зрения.
Комплекс имеет распределенную архитектуру и состоит из нескольких рабочих мест. Рабочее место инженера предназначено для создания проектов измерений. В проект загружается чертеж сечения профиля, создаются размеры для контроля, настраиваются допуски и прочие конфигурации. Помимо этого, пользователь может настраивать различные методы совмещения измеренного профиля с чертежом. После создания проекта в программном компоненте UnitShape «Редактор проекта» он загружается на сервер и становится доступным для других рабочих мест.
В состав рабочего места оператора входит измерительная система, выполненная в виде терминала в промышленном исполнении со встроенным программным компонентом «Измерительная программа». На рабочем месте оператора выполняется процесс измерений образцов профиля, которые укладываются на специальные направляющие (рис. 2). Процесс измерений и программная обработка занимают 2-5 с, после чего на экране системы выводится результат в текстовом и графическом виде. При этом достигается предельная погрешность измерений ±0,03 мм для профилей с габаритами сечения до 200×200 мм, что соответствует требованиям нормативной документации. Результаты измерений записываются в базу данных, которая развернута на серверном компьютере.
С помощью удаленного рабочего места с программным компонентом UnitShape «Программа просмотра» осуществляется формирование статистических выборок по результатам измерений за длительные периоды времени, составление отчетов и протоколов, просмотр проведенных ранее замеров.
Представленная архитектура комплекса решает ряд существующих проблем, связанных с контролем качества профиля: обеспечение единства и централизованного хранения данных, отказ от бумажной документации, расширение возможностей ОТК, отказ от механических средств измерений, цифровая паспортизация. Помимо этого, в программном комплексе реализована система авторизации пользователей, которая позволяет контролировать, какой специалист провел измерения или создал проект.
Внедрение и опытная эксплуатация системы были осуществлены на предприятии, входящем в число лидеров российского рынка профильных систем. Практическое использование комплекса в условиях действующего производства позволило выполнить его полную адаптацию и обеспечить полное соответствие запросам технологического контроля. На сегодняшний день комплекс успешно функционирует в штатном режиме и является частью системы обеспечения качества продукции предприятия.
Таким образом, внедрение комплекса позволяет предприятиям значительно повысить эффективность контроля качества. За счет полной автоматизации измерений, высокой скорости и точности, а также исключения человеческого фактора, комплекс обеспечивает достоверность и воспроизводимость результатов. Это создает надежную основу для управления качеством и существенного снижения производственного брака. В условиях необходимости замены импортного оборудования и повышения конкурентоспособности отечественной продукции, такие решения становятся стратегически важными для технологического развития производства профильных систем.
Посмотреть в журнале
Иван НИКОЛАЕВ, главный конструктор систем электроники и автоматики
Александр ЯНЖУРА, к.ф.-м.н., генеральный директор
Максим ИВАНОВ, ведущий программист
ООО «КИТЕК»
Таким образом, эффективная система контроля геометрии профиля является стратегическим инструментом, обеспечивающим конкурентные преимущества за счет снижения и предотвращения брака, укрепления репутации поставщика качественной продукции. В условиях импортозамещения и ужесточения рыночной конкуренции развитие и внедрение современных, высокоточных и доступных методов контроля является актуальной проблемой для отечественной промышленности.
Проблема с точностью геометрии профиля
При производстве ПВХ-профиля большое внимание уделяется контролю качества продукции, который включает в себя механические и температурные испытания, визуальную оценку, определение цвета, а также контроль формы и размеров. При этом мониторинг геометрических параметров является одной из ключевых операций, поскольку точность изготовления профиля влияет на качество сборки стеклопакета и определяет репутацию производителя на рынке.
Контроль геометрических параметров профиля является комплексным процессом ввиду нескольких причин.
1. Сам профиль имеет сложную форму сечения, которая спроектирована с учетом обеспечения максимальной прочности конструкции при минимальном весе, сопротивления теплопередаче (термин согласно ГОСТу 30673-2013 (с. 10 таб. 7), а также простоты и надежности сборки.
2. Процесс производства профиля методом экструзии состоит из множества технологических операций, для каждой из которых требуется настройка параметров оборудования, напрямую и косвенно влияющих на форму и размеры профиля.
Наиболее важными с точки зрения формирования геометрических параметров профиля являются процессы экструзии пластмассы через фильеру, а также прохождение профиля через калибратор. Фильера является сложным изделием, состоящим из матрицы и дорна, которые образуют канал для прохождения пластмассы. На выходе из фильеры профиль обретает свою основную форму, которая уточняется в калибраторе.
Калибратор является ключевым элементом линии экструдера, поскольку в нем формируется конечный профиль изделия, обеспечивается соответствие продукции проектным геометрическим параметрам. Калибратор состоит из множества калибровочных пластин и системы охлаждения. При прохождении профиля через пластины стабилизируется его форма, а также осуществляется охлаждение изделия. Ключевые настройки калибратора, которые значительно влияют на геометрию профиля — это расположение калибровочных пластин, температура и равномерность охлаждения, а также скорость подачи материала.
Контроль измерений классическими методами
Нормативные требования, предъявляемые к методам определения геометрических размеров и формы профиля установлены ГОСТом 30673-2013, в котором в качестве средств измерений требуется использование линеек, рулеток, металлических щупов, угольников и поверочных плит [1]. При этом для каждого параметра формы разработаны комплексные методики контроля с использованием перечисленных выше средств измерений. Основные параметры, методы их оценки и используемые средства изложены в табл. 1.
При анализе требований, предъявляемых к контролю формы и размеров, можно сделать вывод, что данная процедура контроля является комплексной и требует существенных временных затрат, протоколирования результатов и проведения расчетов. Помимо этого, допустимые отклонения для некоторых параметров составляют ±0,3 — ±0,5 мм [1], а требуемая погрешность их определения должна быть не меньше ±0,05 — ±0,1 мм [2], что может быть труднодостижимым при использовании механических инструментов при высокой производственной нагрузке.
Таким образом, контроль с использованием механических инструментов обладает существенными недостатками, среди которых малый объем измерений, существенные затраты времени, низкая точность измерений, влияние человеческого фактора, ручное протоколирование. Данные факторы не позволяют оперативно контролировать техпроцесс, снижают эффективность контроля качества и повышают риск выпуска брака.
Автоматизированные решения
Существуют современные специализированные решения, позволяющие автоматизировать операции контроля формы и размеров профиля. Ключевые производители оборудования для контроля
качества профиля — компании из Германии и Китая. Предлагаемые решения можно разделить на две ключевых группы: оборудование, интегрируемое непосредственно в производственную линию, и отдельные программно-аппаратные комплексы для испекции образцов профиля.
Оборудование, интегрируемое в линию, работает на основе лазерных и оптических методов и позволяет осуществлять контроль внешней поверхности и габаритов профиля [3]. Его основные преимущества — высокая точность и контроль в реальном времени, благодаря которому возможно вносить корректировки в работу оборудования линии экструдера. Однако существенным недостатком таких систем является чувствительность к цвету профиля [4], наличие «слепых зон» — элементов профиля сложной формы (например, пазов), а также отсутствие возможности инспекции внутренних элементов — камер, толщины стенок, перегородок и других. Недостатком является и достаточно высокая цена такого оборудования.
Стационарные системы позволяют осуществлять контроль образцов профиля с использованием оптических методов, алгоритмов фотограмметрии и машинного зрения [5]. По способу контроля стационарные системы можно разделить на сканирующие и кадровые.
Сканирующие системы работают по принципу стандартного сканера документов: профиль устанавливается на стекло, под которым находится линейка оптических датчиков. Путем перемещения линейки вдоль зоны сканирования построчно формируется контрастное изображение изделия. Далее изображение обрабатывается с помощью программных алгоритмов и сравнивается с проектным чертежом сечения профиля. Основные недостатки сканирования — длительное время сканирования (до 10 с), необходимость использования матовых пленок, строго перпендикулярный ровный срез образца, износ механических частей сканера, чувствительность к цвету профиля (рис. 1). Сканирующие системы ориентированы на применение в лабораторных условиях.
Системы, работающие по кадровому принципу, получают изображение всего профиля за доли секунды. В основу таких систем заложено применение телецентрической оптики, которая позволяет получить изображение профиля в ортогональной проекции. Изображение формируется на фоне обратной подсветки, благодаря чему обеспечивается высокий контраст вне зависимости от материала и цвета изделия. Ровность среза не имеет значения, поскольку образец укладывается на специальные направляющие таким образом, что оптическая ось системы параллельна боковой поверхности образца.
Российское оборудование
В связи с санкционными ограничениями, оборудование из стран ЕС стало почти недоступным на российском рынке. Даже в том случае, если оборудование приобретается путем параллельного импорта через страны СНГ, отсутствие технической поддержки и обслуживания делает его эксплуатацию невозможной. Поскольку метрологическое оборудование нуждается в регулярном обслуживании, калибровке и поверке, большая часть российских предприятий, на которых были введены в эксплуатацию измерительные системы европейских производителей, продолжает их использовать на свой страх и риск, в надежде на то, что метрологические характеристики оборудования не ухудшились за несколько лет эксплуатации.
В условиях ограниченной доступности западного оборудования и отсутствия сервисной поддержки, особую актуальность приобретает разработка доступных и конкурентоспособных измерительных комплексов, закрывающих потребности производителей профиля. Помимо функционала, реализованного в зарубежном оборудования, необходимо также учитывать специфику технического регулирования в России и СНГ, а также текущие тенденции развития производства – автоматизацию процессов и цифровую документацию.
Таким образом, для российского производителя сегодня необходимо решение, которое сочетало бы в себе высокую точность стационарных оптических систем, инвариантность к цвету материала, возможность контроля внутренних полостей, соответствие российским нормативам, а также полную сервисную и метрологическую поддержку внутри страны.
Специалистами компании «КИТЕК» проведен анализ решений для автоматизации контроля геометрии профиля, а также проблем российских производителей профиля, связанных с уходом европейских компаний с рынка. При сотрудничестве с ведущей компанией по производству ПВХ-профиля разработана система «Контур ПРОСКАН» и программный комплекс UnitShape, предназначенные для контроля геометрических параметров профиля из ПВХ, алюминия и резины. Работа комплекса основана на принципе получения теневого изображения сечения профиля на фоне обратной подсветки с последующей его программной обработкой посредством алгоритмов фотограмметрии и машинного зрения.
Комплекс имеет распределенную архитектуру и состоит из нескольких рабочих мест. Рабочее место инженера предназначено для создания проектов измерений. В проект загружается чертеж сечения профиля, создаются размеры для контроля, настраиваются допуски и прочие конфигурации. Помимо этого, пользователь может настраивать различные методы совмещения измеренного профиля с чертежом. После создания проекта в программном компоненте UnitShape «Редактор проекта» он загружается на сервер и становится доступным для других рабочих мест.
В состав рабочего места оператора входит измерительная система, выполненная в виде терминала в промышленном исполнении со встроенным программным компонентом «Измерительная программа». На рабочем месте оператора выполняется процесс измерений образцов профиля, которые укладываются на специальные направляющие (рис. 2). Процесс измерений и программная обработка занимают 2-5 с, после чего на экране системы выводится результат в текстовом и графическом виде. При этом достигается предельная погрешность измерений ±0,03 мм для профилей с габаритами сечения до 200×200 мм, что соответствует требованиям нормативной документации. Результаты измерений записываются в базу данных, которая развернута на серверном компьютере.
С помощью удаленного рабочего места с программным компонентом UnitShape «Программа просмотра» осуществляется формирование статистических выборок по результатам измерений за длительные периоды времени, составление отчетов и протоколов, просмотр проведенных ранее замеров.
Представленная архитектура комплекса решает ряд существующих проблем, связанных с контролем качества профиля: обеспечение единства и централизованного хранения данных, отказ от бумажной документации, расширение возможностей ОТК, отказ от механических средств измерений, цифровая паспортизация. Помимо этого, в программном комплексе реализована система авторизации пользователей, которая позволяет контролировать, какой специалист провел измерения или создал проект.
Внедрение и опытная эксплуатация системы были осуществлены на предприятии, входящем в число лидеров российского рынка профильных систем. Практическое использование комплекса в условиях действующего производства позволило выполнить его полную адаптацию и обеспечить полное соответствие запросам технологического контроля. На сегодняшний день комплекс успешно функционирует в штатном режиме и является частью системы обеспечения качества продукции предприятия.
Таким образом, внедрение комплекса позволяет предприятиям значительно повысить эффективность контроля качества. За счет полной автоматизации измерений, высокой скорости и точности, а также исключения человеческого фактора, комплекс обеспечивает достоверность и воспроизводимость результатов. Это создает надежную основу для управления качеством и существенного снижения производственного брака. В условиях необходимости замены импортного оборудования и повышения конкурентоспособности отечественной продукции, такие решения становятся стратегически важными для технологического развития производства профильных систем.
Посмотреть в журнале