Epäjatkuvien geometristen virheiden 3D-mallinnus palloventtiilin pintaan

Abstract

Tämä kandidaatintyö on tehty Neles Oyj:lle ja se käsittelee epäjatkuvien geometristen virheiden mallintamista pallopintaan palloventtiilin suunnitteluvaiheessa. Tavoitteena oli tutkia ja toteuttaa virheenmallintamistapa, joka vastaa realistista valmistuksessa syntyvää virhettä mahdollisimman tarkasti. Lisäksi tavoitteena oli tutkia kykeneekö SolidWorks 3D CAD -suunnitteluohjelma havaitsemaan ja mallintamaan metrin miljoonaosan kokoista muutosta pallon säteessä, sekä selvittää mallinnuksessa mahdollisesti tapahtuvia pyöristysvirheitä ja niiden suuruutta.

Neles valmistaa venttiilejä virtauksensäätöön eri prosessiteollisuuden sovelluksiin. Tutkimuksesta kävi ilmi, että palloventtiilin pintaan valmistuksessa syntyvät syvyysvirheet on mahdollista mallintaa jo suunnitteluvaiheessa simulaatiotarkoituksiin.

Työssä esitetään toimiva tapa virheen mallintamiseksi. Matlab-ohjelmistolla luodaan pistepilven muodossa oleva data virheen omaavasta pallopinnasta. Tämän jälkeen tiedosto siirretään suunnitteluohjelmaan, jossa sitä mallinnetaan ja analysoidaan.

Tuloksista käy ilmi, että SolidWorks pystyy havaitsemaan ja mallintamaan virheen halutussa mittakaavassa. Pistepilven tuonnissa ja sen verkottamisessa ei tapahdu pyöristysvirhettä. Käsiteltävälle kappaleelle tapahtuu kuitenkin solidin mallin muodostuksessa tietyllä pistemäärällä pyöristysvirhettä, joka on noin yhden mikrometrin luokkaa.

Jatkokehitysehdotuksina esitetään vaihtoehtoisen mallinnustavan sekä tarkemman mittaustavan selvittämistä solidin mallin muodostuksessa. SolidWorksissa tapahtuvaa pyöristymistä voisi selvittää vertaamalla mallia fyysisen palloventtiilin tarkkaan mittausdataan.

This bachelor's thesis has been done for Neles Corporation and it examines 3D modeling of discontinuous geometric defects on a spherical surface during the design phase of a ball valve. The aim was to study and implement an defect modeling method that corresponds to a realistic manufacturing defect as accurately as possible. In addition, the aim was to investigate whether the SolidWorks 3D CAD design program is able to detect and model a one micron change in the radius of a sphere, and to find out if any data rounding occurs in the modeling process.

Neles manufactures industrial valves for flow control purposes for various process industry applications. The study showed that the depth defects that occur in the surface of a ball valve during manufactoring can be modeled already at the design phase for simulation purposes.

This study presents a successful way to model an defect to the surface. Point cloud data which includes a sphere with the defect is created with Matlab software. The file is then transferred to a design program where it is modeled and analyzed.

The results show that SolidWorks is able to detect and model the error in the desired scale. There is no rounding error in point cloud import or meshing. However, in the formation of a solid model, a rounding error of about one micron occurs.

Proposals for further development include the search of an alternative solid modeling tool and a more accurate measurement tool. Rounding in SolidWorks could be determined by comparing the model to the exact measurement data of the physical ball valve.