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研究生:詹育達
研究生(外文):JHAN,YU-DA
論文名稱:金屬圓棒抽線製程設計與分析暨三探針式檢測系統之開發
論文名稱(外文):Design and analysis of the circular metal wire drawing process and development of three-probe inspection system
指導教授:許光城許光城引用關係
指導教授(外文):Hsu,Quang-Cherng
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:機械與精密工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:108
中文關鍵詞:抽線真圓度表面瑕疵機械視覺三探針檢測
外文關鍵詞:Wire drawingRoundnessSurface defectMachine VisionThree-probe inspection
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金屬線材向來皆是各種工業中相當重要的一種材料,目前產業界所生產的線材大都仍從鑄胚經輥軋、抽線等塑性加工程序而成。抽線為常被用於棒材、線材或管材等的斷面縮減製程,然而在抽線生產過程中,模具的眼模半角及平行部長度與胚料彎曲度、減面率等參數將影響線材產品之品質。本研究乃是利用田口方法,以直交表的實驗配置進行試驗,探討碳鋼線材在不同參數製程下所得之最佳化品質,同時藉由有限元素軟體DEFORM-3D進行模擬分析,利用應變不均因子探討抽線變形之均勻度,並與田口分析所得之最佳化組合做驗證。
在線材品質檢測上,本研究除利用機械視覺方法對線材表面刮痕與真圓度缺陷進行量測,並透過3個接觸式探針以120度方向分別裝載於旋轉治具上,同時對線材軸心往復旋轉進行表面瑕疵檢測,並將所得結果與前項機械視覺所得之真圓度進行比較與探討。
將所得之最佳設計與原始設計做比較,其變形均勻度之改善至少44.9%以上。在瑕疵檢測上;利用機械視覺在圓棒圓徑與刮痕面積量測,圓徑量測誤差約-2.2%、刮痕面積量測誤差約-4.8%,而利用三探針式檢測系統其圓半徑誤差率約0.01%,相較於機械視覺檢測方法誤差較低,且適用於環境較惡劣之抽線作業生產線上。
The applications of metallic wires are very significant in various industries. The current metallic wires have been produced mostly from an ingot by rolling and drawing processes. Wire drawings are widely applied in the corresponding area reduction processes of bar materials, wire rods and tubular goods. However, in the manufacturing process of wire drawing, parameters such as the semi-angle of conical die, length of bearing surface, billet straightness, area reduction will influence the drawing quality. The study aims to use of to experiment in Orthogonal Arrays to deal with the quality of wire rods of carbon steel in different parameters. By means of the FEM software, DEFORM-3D, several predefined tests based on Taguchi methods were conducted so as to obtain the best wire drawing design. The design quality factor of Taguchi methods is plastic strain homogeneity.
In the tests of the quality of drawing wires, the study not only uses the methods of machine vision to measure the surface defects and the roundness, but also design three-probe module to exercise surface defect inspection. Finally, the study compared three-probe module to machine vision module based on the results of surface defect inspection and the roundness testing.
By comparing the optimal design to the original design, the strain homogeneity was improved more than 44.9%. The measurement errors for diameter and scratch area are about -2.2% and -4.8%, respectively, based on machine vision inspection. However, the measurement error for radius is about 0.01% based on the developed three-probe inspection system, which is lower than machine vision inspection result and is suitable for industry environment of wire drawing in the production line.
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 2
1-3文獻與技術回顧 3
1-3-1模擬分析 3
1-3-2影像處理技術 4
1-3-3真圓度檢測技術 4
1-4 論文架構 7
第二章技術理論 8
2-1塑性加工法與有限元素分析 8
2-1-1金屬成形製程之重要變數 9
2-1-2抽線塑性加工 11
2-2田口方法 13
2-2-1品質損失函數 13
2-2-2信號雜訊比(Signal-to-Noise Ratio, S/N Ratio) 14
2-2-3變異數分析 15
2-2-4最佳化設計預測與確認實驗 16
2-3影像處理與機器視覺 16
2-3-1 像素處理 17
2-3-2 二值化(Binary) 18
2-3-3 反白灰階 20
2-3-4 空間濾波(Spatial Filtering) 20
2-3-5 Blob分析(Blob Analysis) 22
2-4 真圓度量測 22
2-4-1 真圓度定義 22
2-4-2 真圓度量測方法 25
第三章 實驗設備介紹 30
3-1 DEFORM 模擬軟體簡介 30
3-1-1 DEFORM 軟體功能介紹 30
3-1-2 DEFORM 的使用流程 33
3-2機械視覺實驗設備介紹 35
3-2-1 硬體部分 37
3-2-2 軟體部分 39
3-3電子三探針真圓度表面缺陷檢測系統設備介紹 41
3-3-1 接觸式感測器模組 42
3-3-2 探針治具與動力傳輸及控制 45
第四章 研究方法 47
4-1金屬抽線模擬與最佳化分析方法 47
4-1-1 載具介紹 47
4-1-2 建立CAD模型 47
4-1-3 模具與胚料之模型 47
4-1-5 田口最佳化法 51
4-2 機械視覺真圓度表面缺陷檢測系統 53
4-2-1 影像座標系統校正 53
4-2-2 圓棒直徑量測 55
4-2-3 圓棒刮痕量測 56
4-3三探針接觸感測器之真圓度表面缺陷檢測系統 57
4-3-1 接觸式探針誤差校正 57
4-3-2 圓心校正 59
4-3-3 RS232通訊傳輸 61
4-3-4 表面缺陷檢測 62
第五章 實驗結果與討論 65
5-1 實驗步驟描述 65
5-2 金屬抽線模擬與最佳化分析結果與討論 66
5-3 機械視覺真圓度表面缺陷檢測結果與討論 75
5-4 三探針接觸感測器之真圓度表面缺陷檢測結果與討論 81
第六章 結論與未來展望 88
6-1 結論 88
6-1-1 金屬抽線模擬與最佳化分析部份 88
6-1-2 機械視覺與三探針式在圓棒缺陷檢測部分 88
6-2 未來展望 90
參考文獻 91
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