автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительная система контроля деталей подшипников на основе двумерной лазерной триангуляции

На правах рукописи

ЗАЯКИН Олег Александрович

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ДЕТАЛЕЙ ПОДШИПНИКОВ НА ОСНОВЕ ДВУМЕРНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ТРИАНГУЛЯЦИИ

Специальность 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара - 2005

Диссертация выполнена в лазерно-измерительной лаборатории Самарского филиала Физического института им. П. Н. Лебедева Российской академии наук

Научный руководитель

доктор технических наук Ланге Петр Константинович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Прохоров Сергей Антонович кандидат технических наук, доцент Яшин Владимир Николаевич

Ведущая организация ФГУ "Самарский центр стандарти-

зации, метрологии и сертификации" Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии России, г. Самара

Защита состоится 24 ноября 2005 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.03 ГОУ ВПО "Самарский государственный технический университет" в аудитории 28 (ул. Галактионовская, 141)

Отзывы на автореферат просим присылать в 2-х экземплярах по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, главный корпус на имя ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: ул. Первомайская, 18.

Автореферат разослан "_" октября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Жиров В. Г.

ШОН!

¿¿язв

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Подшипники занимают важное место в развитии промышленности страны, в различных ее отраслях они находят самое широкое применение. Подшипники являются одним из основных элементов механизмов и машин, а также измерительных приборов и информационно-измерительных систем (ИИС).

Такие свойства механизмов и машин, как точность, надежность, долговечность, экономичность, экологичность, их технические данные - все они сильно зависят от качества используемых подшипников.

Основной вклад в названый фактор вносит качество рабочих поверхностей деталей подшипников. К ним, относятся дорожки качения или скольжения колец подшипников, а также поверхности качения шариков или роликов. Их дефекты вызывают при работе подшипника его повышенную вибрацию, шум, трение и нагрев, что негативно влияет на перечисленные свойства и показатели механизмов. Поэтому при изготовлении подшипников контролю их рабочих поверхностей уделяют большое внимание.

В данной работе рассматривается задача контроля отклонений формы рабочих поверхностей деталей подшипников. Эффективный контроль указанного вида дефектов требует применения сложных технических средств и практически невозможен без автоматизированных измерительных операций.

В настоящее время указанный вид контроля осуществляется, в основном, контактными методами с использованием различных измерительных средств.

Несмотря на достоинства существующих систем такого рода, они все менее удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям, которые характеризуются тенденцией к росту количества и скорости сбора данных при одновременном уменьшении затрат на их получение.

Одна из актуальных задач в рассматриваемой предметной области состоит в реализации массового контроля в заводских условиях. Используемые для ее решения информационно-измерительные системы должны иметь производительность измерений, достаточную для массового контроля, а также обладать необходимой для этого устойчивостью ко внешним воздействиям.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

I СЛепавщм. 1

• оэ »ггжгу

Повысить производительность указанного вида контроля возможно с помощью оптических методов, в связи с чем в данной задаче их применение нередко оказывается более выгодным.

Перспективный путь развития систем измерения в указанном виде контроля состоит в использовании методов триангуляции, для которых характерна высокая устойчивость к внешним воздействиям.

Наиболее предпочтительным из них является применение разновидности способов триангуляции, для которой характерно измерение локальных наклонов поверхности по координатам зеркально отраженного от нее луча. При использовании для контроля зеркально отражающих поверхностей, к которым относятся рабочие поверхности деталей подшипников, эти способы позволяют достичь гораздо более высокой чувствительности, по сравнению с обычной триангуляцией, и при этом сохранить приемлемое отношение сйгнал/шум.

Однако в этих способах недостаточно разработаны алгоритмы восстановления профилей поверхности.

Таким образом, разработка лазерной ИИС для контроля рабочих поверхностей деталей подшипников, предназначенной повысить достоверность, производительность, экономичность операций контроля, является актуальной и важной задачей.

Цель диссертационной работы - создание лазерной информационно-измерительной системы,

предназначенной для контроля отклонений от номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников,

имеющей более высокую производительность рассматриваемого вида контроля, по сравнению с аналогичными контактными приборами,

и 'тем самым пригодную для массового контроля изделий по указанному параметру.

Постановка задачи - для достижения указанной цели необходимы:

- Автоматическое восстановление профилей и контурных картин контролируемых поверхностей в создаваемой информационно-измерительной системе контроля отклонений номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников;

- Определение функции преобразования этой информационно-измерительной системы и оценка погрешности метода измерений, положенного в.основу ее работы;

- Оптимизация информационно-измерительной системы и проверка

выполнения ее функций.

Методы исследования основаны на теории измерений, теории погрешностей, численного анализа и методов компьютерного моделирования, дифференциальной геометрии и линейной алгебры, дифференциальных уравнений, физической оптики, метода гармонического анализа, методах цифровой обработки сигнала, современных информационных технологиях Mathcad 4.0, Excel 97, Eureka. Программное обеспечение разработано на языках программирования Turbo Pascal 7.0, Turbo С 2.0.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- Разработаны и обоснованы алгоритмы получения усредненного профиля контролируемых поверхностей вращения, а также профилей и контурных картин отклонений этих поверхностей от своей номинальной формы; указанные алгоритмы получены на основе одной из разновидностей триангуляционных методов, которая отличается вычислением локальных наклонов контролируемой поверхности по координатам сканирующего луча, зеркально отраженного от объекта контроля.

- Разработана информационно-измерительная система, функции которой основаны на полученных алгоритмах; указанная система предназначена для контроля отклонений от номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- Применение разработанных алгоритмов координатных измерений в информационно-измерительной системе контроля рабочих поверхностей деталей подшипников обеспечивает ей следующие преимущества перед существующими аналогами: реализуется одновременное измерение усредненного профиля тела вращения и отклонений от его номинальной формы, что расширяет функциональные возможности информационно-измерительной системы; система становится адаптивной к изделиям с различными профилями контролируемой поверхности, что расширяет номенклатуру контролируемых изделий без перенастройки информационно-измерительной системы; существенно снижаются жесткие требования к точ-

ности механического сканирования; возникает возможность объединения полученных профилей поверхности в контурную картину;

- разработанная ИИС дает возможность эффективного выявления в условиях производства такого дефекта формы рабочих поверхностей внутренних колец шарикоподшипников, как гранность;

- использование метода оптической триангуляции с использованием зеркально отраженного света позволяет удовлетворять в разработанной ИИС требованиям, предъявляемым к точности координатных измерений в подшипниковой промышленности и обеспечивает , более высокую производительность контроля по сравнению с существующими

< методами;

- использование адаптивной пороговой цифровой фильтрации входного сигнала в разработанной ИИС позволяет достичь в производственных условиях точности измерений, требуемой в настоящее время в подшипниковой промышленности. Практическая значимость работы.

Разработанная информационно-измерительная система ориентирована на решение практически важной и актуальной задачи, которая состоит в реализации массового контроля отклонений от номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников.

Указанная система имеет более высокую производительность измерений при контроле партии деталей одного типоразмера, чем аналогичные контактные приборы. Это преимущество достигается за счет меньшего времени подготовительных операций перед контролем каждой детали. Время контроля одной детали составляет 5 минут при тактовой частоте процессора вычислительного модуля 33 МГц и 1 минута при частоте 300 МГц (время контроля существующими системами, использующими контактные методы, составляет 10 минут).

Еще одно преимущество разработанной информационно-измерительной системы перед контактными кругломерами состоит в более широком диапазоне допустимых внешних условий измерений. По своим возможностям она способна работать в условиях заводского цеха или участка шлифовальных станков. Этими возможностями она обладает благодаря близости к своему прототипу - лазерному дефектоскопу (автоматизированное рабочее

место контролера внутренних колец шарикоподшипников), который прошел испытания в заводских условиях.

Изобретенный соискателем способ координатных измерений может найти применение и для решения других задач, например, там, где необходимо иметь информацию об отклонениях формы на площади контролируемой поверхности. Это нужно, например, при тестировании и настройке высокоточного шлифовального оборудования, или при контроле рабочих поверхностей после моторесурсных испытаний. Указанный способ измерений применим и в других отраслях машиностроения, где возникают подобные задачи, например, при производстве валов для устройств точной механики.

Полученные в работе результаты развивают практические аспекты создания информационно-измерительных и управляющих систем, которые могут найти применение при анализе, проектировании и эксплуатации указанных систем, предназначенных для оптических координатных измерений, а также при исследованиях в области когерентной оптики, оптоэлектроники."

Разработанная соискателем информационно-измерительная система была использована в Самарском филиале Физического института РАН для исследований с целью совершенствования технологии производства шарикоподшипников, совместно с ЗАО "Самарский подшипниковый завод-4". Созданная ИИС была также использована в Самарском филиале Физического института РАН в учебном процессе, в частности, в сотрудничестве со средней школой № 63 и физико-математическим лицеем г. Самары в рамках образовательных программ, поддерживаемых министерством образования РФ и Администрацией Самарской области, а также на кафедре "Информационно-измерительная техника" ГОУ ВПО "Самарский государственный технический университет". В качестве вспомогательного прибора для измерений отклонений формы и расположения поверхностей вращения разработка использована в ФГУ "Самарский центр стандартизации, метрологии и сертификации" в работе, связанной с метрологическим обеспечением измерительных систем.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 5-й Международной конференции по технологическим лазерам и их применениям в промышленности (1995), Международной научно-технической конференции по аэро-

космическому двигателестроению (2001), Всероссийской конференции "Компьютерные технологии в науке, практике и образовании" (2003), Всероссийской научно-технической конференции, с международным участием, "Высокие технологии в машиностроении" (2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 1 патент на изобретение, 5 статей в научно-технических журналах, 3 препринта, 4 доклада на всероссийских и международных научно-технических конференциях и тезисы докладов (4) на всероссийских и международных научно-технических конференциях.

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем

• Выведено приближенное дифференциальное уравнение для решения задачи восстановления профиля и контурной картины контролируемой поверхности по координатам зеркально отраженного от нее зондирующего пучка света, при условии малых отклонений от круглости контролируемой поверхности, по сравнению с размерными параметрами ее номинальной формы. Показано, что погрешность восстановления профиля отклонений от круглости, вычисленная по данному дифференциальному уравнению, не превосходит 0,1% (приведенная к амплитуде отклонений от круглости).

• Обосновано применение адаптивной пороговой цифровой фильтрации при обработке данных, содержащих распределение интенсивности пучка света на поверхности матричного фотоприемника и обрабатываемых созданной информационно-измерительной системой. Применение разработанного автором алгоритма, реализующего указанную фильтрацию данных, позволило уменьшить погрешность измерения амплитуды отклонений от круглости в 1,5 раза и достичь величины ±0,2 мкм.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и пяти приложений. Объем диссертации составляет 178 страниц, включая 40 рисунков, 8 таблиц и списка использованных источников из 134 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы, определены цель и задачи работы, сформулированы научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены структура и краткий обзор содержания диссертации.

В первом разделе проведен сравнительный анализ существующих методов контроля. Указаны недостатки наиболее распространенных сейчас контактных методов: царапанье контролируемой поверхности, ограничение максимальной скорости перемещения иглы по контролируемой поверхности, что ограничивает скорость измерений, износ иглы контактного щупа, необходимость в высокой точности механических узлов, необходимость индивидуальной юстировки для каждого контролируемого образца, невозможность объединения измеренных профилей поверхности в ее контурную картину. Более подробно рассмотрены оптические методы, применяемые для рассматриваемого вида контроля (работы Леуна Е. В., Осиповича И. Р., Пуряева Д. Т., Sato Atsushi). Отмечено, что все они имеют ограничения, препятствующие их применению в задачах массового контроля. Рассмотрены и другие физические методы, которые могут быть адаптированы для контроля отклонений формы рабочих поверхностей деталей подшипников, в том числе на основе контактных наконечников, комбинированных с оптическим измерительным преобразователем (работы Кожеватова И. Е., Куликова Е. X., Черагина Н. П., Шемагина В. А., Кретинина О. В.). Указано на ограничения их применения в задачах массового контроля. Среди разработок на основе методе триангуляции с использованием зеркально отраженного света отмечены публикации Андрейченко Ю. Я., Волошинов В. А., Волошинов Д. В., Самсонов В. В., Baba Mitsuru, Berg R., Breuckmann В., Inomata Masaichi, Kawamura Tatsuji, Kitou Masaaki, Koga Kazutoshi, Mike Hidetoshi, Ohtani Kozo, Takikawa Naohisa, Thieme W., Uesugi Mitsuaki, Yamada Takehito. Среди подобных работ не выявлены публикации, относящиеся к рассматриваемому виду контоля. Названы наиболее важные характеристики контролируемых объектов. Приведена общепринятая классификация типичных дефектов. Рассмотрена одна из существующих стандартных методик их контроля. Приведены основные технические характеристики средств измерений,

применяемых для указанного вида контроля. Приведены требования стандартов к этим средствам измерений.

а) эскиз, А - дорожка качения (желоб); б) система криволинейных координат, заданная на номинальной поверхности

Рисунок 1 - Внутреннее кольцо шарикоподшипника типа 201

Рассмотрены вопросы математического описания контролируемых поверхностей с учетом шероховатости и отклонений формы. Приведена модель контролируемой поверхности (рисунок 1). Уравнение номинальной поверхности имеет вид:

/„(*)> 0,

где х , у, г - декартовы координаты; /0(г) - функция формы геометрического профиля. Последняя, с учетом допусков, имеет вид:

/0=(Л7 +АЯт)-^(г + АГ)2-(2 + А2)2 ,

2 6 [~2тах'^шах ]>

где Ят, г - большой и малый радиусы тора соответственно; Я7 =11,2 мм, г=2,86 мм; гпих=2,1лш - номинальные размеры; &ЯТ = ±0,02мм, Дг=±0,02мм, Дг= ±0,06мм - технологические допуски. Они представлены независимыми случайными величинами, имеющими непрерывные равномерные законы распределения с нулевым средним. Шероховатость и дефекты формы описаны случайными функциями, соответственно И(<р,х), и н(<р,%).

Обобщенная формула модели записывается в цилиндрических координатах { р, (р, г ¡, следующим образом:

1+

й.о dz

Волнистость и гранность в модели представлены средней амплитудой и частотой колебаний преобладающей гармоники. Они задаются в виде низкочастотной модуляции поверхности:

Н{(р,х)=Н0 ■ sin(2л- • и, • х/Хо + "2 • <Р + <Ро) .

где Н0 - средняя амплитуда колебаний; п1 - число колебаний поперечного профиля; п2 - число колебаний в направлении разворота контролируемого изделия; 2- %0 - ширина контролируемой поверхности, х <\Хо\> <Ро - случайная фаза.

Во втором разделе оценены возможности математического моделирования для решения задач диссертации. Сделан выбор в пользу экспериментального определения погрешности метода измерений. Выведены формулы для расчета топограммы типичных низкочастотных неровностей трехмерной моделируемой поверхности, не имеющей дефектов типа гранности и волнистости. Эта модель использована для проверки предложенных автором алгоритмов восстановления формы поверхности по зависимостям у/(х) и в(х) (рисунок 2), в = агс1ап[ (г-^)/ I], х - вектор перемещения зондирующего пучка по объекту. Эти зависимости должна рассчитывать создаваемая ИИС по данным, полученным из входного сигнала в результате его предварительной обработки.

Входным сигналом в ИИС является зависимость распределения интенсивности зондирующего пучка света, отраженного от объекта, на фотоприемнике от времени. Служебные сигналы предназначены для того, чтобы соотнести входной сигнал в пространстве и времени с контролируемым объектом 2, источником излучения 1 и фотоприемником 3 (рисунок 2).

1 - источник излучения; 2 - контролируемая поверхность; 3 - ПЗС-фотоприемник. АВ, С - направления сканирования поверхности; О - направление поиска и сканирования луча

Рисунок 2 - Оптико-механическая схема координатных измерений

Информативными параметрами входного сигнала являются координаты {у/,6} энергетического центра пучка на поверхности фотоприемника.

Согласно предложенным алгоритмам, сканирование поверхности контролируемого объекта выполняется последовательно по отдельным радиальным сечениям. Для этого объект вращается вокруг оси г вращения с заданным шагом. После каждого такого шага выполняется цифровое фотографирование отраженного пучка света. В конфигурации ИИС с использованием матричного фотоприемника оно производится при неподвижных элементах ИИС, показанных на рисунке 2. При использовании линейного фотоприемника оно производится путем поворота, с дискретным шагом, каретки с фотоприемником вокруг оси г, а данные с фотоприемника снимаются между этими шагами. Переход на другой радиальный профиль объекта выполняется путем смещения источника излучения вдоль прямой АВ .

Приведена модель триангуляционных измерений, лежащая в основе предложенных алгоритмов (см. рисунки 2 и 3). Она получена из векторных соотношений, выражающих законы лучевой оптики:

-ахN N хЬ

(-5 •#)_(£• Й)

а\ IЪ

а | IЪ

В этой модели рассмотрены случаи, когда контролируемая поверхность имеет слабые отклонения от круглости, и когда эти отклонения значительные, сравнимые по величине с параметрами номинальной формы объекта. В модели также рассмотрены случаи измерений на плоскости и в трехмерном пространстве. Приведены расчетные оценки алгоритмической составляющей погрешности метода измерений.

Обоснован выбор оптической схемы источника излучения в измерительном преобразователе ИИС. Показано, что основным требованиям, предъявляемым к ИИС, предназначенным для оптических координатных измерений достаточно широкого класса зеркально отражающих поверхностей и обладающим в связи с этим адаптивными свойствами, удовлетворяет схема на основе полупроводникового лазера, формирующая узкий коллимированный

1 - источник излучения; 2 - контролируемый объект; 3 - фотоприемник; 4 - ШД разворота объекта; 5 - датчик угла поворота каретки с фотоприемником; 6 - ШД перемещения осветителя; 7 - ШД поворота каретки с фотоприемником; 8. 9 -концевые датчики

5

4

^ 6_

Рисунок 3 - Кинематическая схема оптико-механического блока

пучок света, в сочетании с гибкой системой механического сканирования.

В третьем разделе приводится описание созданной ИИС, предназначенной для контроля отклонений от круглости, огранки, гранности и волнистости рабочих поверхностей деталей подшипников. Отмечено, что устройство и способ, лежащий в его основе, могут найти более широкое применение. Приведено описание структуры, комплекса технических средств и программного обеспечения рассматриваемой ИИС (рисунки 3, 4).

Рисунок 4 - Структурно-функциональная схема ИИС

В четвертом разделе рассмотрена экспериментальная оценка влияния характеристик оптической схемы координатных измерений, реализованной в ИИС, на зависимости ц/(х), 'в(х) и погрешности измерений ИИС.

Рассмотрена экспериментальная оценка качества входного сигнала (см. рисунок 5). Приведены результаты экспериментов с объектами, имеющими контролируемые поверхности разной

70 ---

60

-100-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

профили 1 - в горизонтальной плоскости матрицы (ось /)> 2 - в вертикальной плоскости (ось z); отсчеты по гориз. оси - в пикселях матрицы по возрастанию у/ и в, по верт. оси - в квантованных уровнях сигнала Рисунок 5 - Профили распределения интенсивности пучка света на ПЗС-матрице

углы на осях - в градусах; (а) - фотография отраженного пучка на фотоприемнике, изображена в том же масштабе, что и вертикальная ось на графике на рисунке (б)

Рисунок 6 - Зависимости величин у и 9 отраженного пучка света на фотоприемнике от угловой координаты <р освещенной точки на контролир\емой поверхности, имеющей дефект типа гранности

шероховатости, а также поверхности без дефектов, и поверхности с типичными дефектами.

Описан измерительный преобразователь ИИС, обращено внимание на его особенности, имеющие существенное влияние на погрешность измерений. Так, результаты, показанные на рисунках 5 и 6, получены при использовании в источнике излучения одномодового инфракрасного лазерного диода, излучающего в непрерывном режиме и при токе накачки, много ниже порога лазерной генерации.

В пятом разделе рассмотрена экспериментальная оценка погрешностей измерений ИИС. Для этого измерялись параметры формы рабочих поверхностей деталей подшипников, а также некоторых других объектов с поверхностями разных форм, причем как с малыми, так и с большими отклонениями от круглости, сравнимыми по величине с параметрами номинальной формы. Полученные результаты сопоставлены с результатами численного моделирования, а также с профилями этих же объектов, измеренными с помощью контактных приборов. Исследована погрешность восстановления параметров номинально формы (рисунок 6) и отклонений от круглости (рисунок 7).

50 60 70 80 90 100 110 120130 ^.грал

погрешность: 1 - случайная (С.К.О.), 2 - систематическая, 3 - суммарная. 4 -доверительный интервал для мат. ожидания И в серии 50 измерений. 5 -погрешность измерения механическим микрометром; Ь =35 мм ; Я находился и пределах от 9,23 до 9,24 мм

Рисунок 7 - Зависимости погрешности ДЯ среднего радиуса (измеренные по 12 точкам на оборот поверхности) от параметров настройки оптической схемы

Для уменьшения погрешности измерений амплитуды отклонений от круглости проведены эксперименты, с помощью

которых были сделаны ее факторный анализ и оптимизация ИИС по этому показателю. Для борьбы с влиянием микродефектов на погрешность измерений автором была использована адаптивная пороговая фильтрация входного сигнала.

При усилении пороговой фильтрации кадров входного сигнала по уровню порога с 50 до 90% - от уровня максимума в кадре с наибольшим сигналом (из всех кадров, полученных с радиального профиля) - и усилении фильтрации данных в каждом кадре по уровню порога с 10 до 50%- от максимума интенсивности света в кадре - удалось в полтора раза снизить влияние локальных дефектов. Погрешность измерений амплитуды гранности, с вероятностью 95%, не превысила величины ±0,25 мкм (случайная составляющая ±0,2 мкм). Измеренная амплитуда гранности с бездефектного кольца была 0,3±0,15л«ш, с остановленного кольца: 0,12±0,1 мкм. Измерения с остановленным объектом проводились для оценки вклада фактора кинематических погрешностей.

5 6 О 0,8

X X 0,6

О. 1 <- 3 0,4

я н 0,2

0 и 0

О

1ьНлЬи||_1и 1 и ...и II

«шиш

МННМ1

1 И 21 31 41 51 Порядковый номер измерений

< о 1.6 -]

1 2 -

£

н ос 08 -

и а

1 04 -

1

с 0

0.2

0.4 0.6 0.8

а)

Высота гранности. мкм б)

а) - статистика измерений с дефектного кольца; (б) - их гистограмма 1, в сравнении с гистограммой 2 данных, полученных с бездефектного кольца, и с остановленного кольца 5, а также с результатами измерений контактным профилометром тех же колец с дефектом 3 и без дефекта 4

Рисунок 8 - Результаты измерений амплитуды гранности при адаптивной пороговой фильтрации

Проведена экспериментальная оценка динамических погрешностей ИИС. Даны рекомендации по юстировке, тарированию, калибровке, тестированию ИИС. Названы значимые факторы основных и дополнительных погрешностей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны и обоснованы алгоритмы оптических триангуляционных измерений, в которых используется пучок света, зеркально отраженный от контролируемого объекта, а также « исследованы возможности их приложений в подшипниковой промышленности.

2. Разработана и реализована лазерная информационно- ' измерительная система для контроля отклонений формы рабочих поверхностей деталей подшипников, действующая на основе названного принципа.

3. Проведено экспериментальное исследование метрологических характеристик указанной информационно-измерительной системы, результаты которого показали ее пригодность для контроля отклонений от номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников, а также перспективность применения в других отраслях машино- и приборостроения.

4. Созданная информационно-измерительная система удовлетворяет требованиям стандартов, предъявляемым к приборам для контроля отклонений номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников, производительность операций при контроле партии деталей одного типоразмера у данной системы выше, чем у аналогичных контактных приборов; при этом разработанная информационно-измерительная система способна охватить круг задач, связанный с изделиями широкой номенклатуры.

5. На основе исследованного способа координатных измерений могут быть созданы приборы, эффективные в задачах массового контроля.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Заякин О. А., Информационно-измерительная система для контроля деталей подшипников, экспериментальная оценка точности восстановления микрорельефа рабочих поверхностей // Электронный журнал "Исследовано в России". - 2004. - 187. -С. 1992 - 2001. - (http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/187.pdf).

2. Заякин О. А., Восстановление микрорельефа зеркально отражающих поверхностей с помощью информационно-измерительной системы на основе двумерной лазерной триангуляции // Известия Самарского научного центра РАН. -2004.-№ 1,Т. 6.-С. 72-80.

3. Заякин О. А., Информационно-измерительная система контроля деталей подшипников, погрешность измерений отклонений от круглости // Высокие технологии в машиностроении: Материалы международной научно-технической конференции, г. Самара, 20 -22 октября 2004 г. - Самара, Изд. Самарского гос. техн. ун-та, 2004.-С. 118-120.

4. Заякин О. А., Оптико-электронная система для контроля рабочих поверхностей изделий машиностроения: экспериментальная оценка точности измерения параметров геометрической формы // Международная науч.-техн. конф., посвященная памяти генерального конструктора аэрокосмической техники акад. Н. Д. Кузнецова, Самара. Тезисы докладов. 4.1. - Самара: Ред.-издат. отдел Самарского науч. центра РАН, 2001. - С.93 - 94.

5. Заякин О. А., Оптико-электронная система для контроля рабочих поверхностей изделий машиностроения: экспериментальная оценка точности измерения параметров геометрической формы // Международная науч.-техн. конф., посвященная памяти генерального конструктора аэрокосмической техники акад. Н. Д. Кузнецова, Самара. Доклады. 4.1. - Самара: Ред.-издат. отдел СНЦ РАН, 2001.-С.99- 105.

6. Белопухов В. Н., Волостников В. Г., Заякин О. А., Подвигин В. Н., Технологическая система контроля дорожек качения колец подшипников// V Международная конференция "Лазерные технологии'95", Шатура [Тезисы докладов]. -М., 1996. -С. 69.

7. Belopukhov V. N., Volostnikov V. G., Podvigin V. N., Zayakin O. A., Technological system for control of bearing ring runway surface // 5-th International Conference on Industrial Laser and Laser Applications'95, Shatura, (Proc. SPIE, Vol. 2713). - 1996. - P. 461 -463.

8. Белопухов В. H., Заякин О. А., Наумов А. Ф., Подвигин В. Н., Датчик для измерения формы трехмерных отражающих поверхностей вращения // V Международная конференция "Лазерные технологии'95", Шатура [Тезисы докладов]. -М., 1996. -С. 68.

9. Belopukhov V. N., Naumov A. F., Podvigin V. N., Zayakin О. A., Form measurement sensor for rotation reflecting surfaces// 5-th International Conference on Industrial Laser and Laser Applications'95, Shatura, (Proc. SPIE, Vol. 2713)- 1996,- P. 464 -468.

10. Белопухов В. H., Заякин О. А., Катулин В. А., Подвигин В. Н., Задача контроля профиля тел вращения при угловом сканировании и одномерной регистрации // Лазерная технология: Исследования и автоматизация (Труды ФИАН; Т. 217). - М.: Наука, 1993.-С. 170-176.

11. Letfullin R. R., Zayakin О. A. Bicomponent diffraction system for focussing of radiation. 3. Experiment. Experimental observation of the effect of diffractive multifocal focusing of radiation // Preprint of Lebedev Physical Institute of Russian Academy of Sciences, Moscow, No. 29. - Moscow, 2000 - 24 pp.

12. Летфуллин P. P., Заякин О. А., Наблюдение эффекта дифракционной многофокальной фокусировки излучения // Квантовая электроника. - 2001. - № 4, Т. 31. - С. 339 - 342.

13. Letfullin R. R., Zayakin О. A. Effect of diffractive focusing of Gaussian beam// Preprint of Lebedev Physical Institute of Russian Academy of Sciences, No. 6. - Moscow, 2001 - 17 pp.

14. Letfullin R. R., Zayakin O. A., George T. F., Diffractive Focusing of Wide-Aperture Beams: Theory and Experiment// Photonics West 2001: High-Power Lasers and Applications: Laser Resonators IV (LA 05), San Jose, California, USA (Proc. SPIE, Vol.4270)- 2001,-P. 163 -171.

15. Letfullin R. R., Zayakin O. A., George T. F., Theoretical and experimental investigations of the effect of diffractive multifocal

focusing of radiation// Applied Optics. - 2001,- No. 13, Vol. 40.-P. 2138 -2147.

16. Letfullin R. R., Zayakin O. A., Diffractive focusing of a Gaussian Beams // Journal of Russian Laser Research. - 2002, Vol. 23. - P. 148 -160.

17. Пат. 2109250 Россия, МПК 6G 01 В 11/24. Способ измерения геометрической формы тел вращения с отражающей поверхностью / Белопухов В. Н., Бесталанный С. И., Заякин О. А. -№95100536/28 (001062); Заявл. 12.01.1995; Опубл. 20.04.1998, Бюл. №11.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.01 Самарского государственного технического университета (протокол №9 от 20 октября 2005 г.)

(

I

g

*)

№20 4 92

РНБ Русский фонд

2006-4 22936

Введение

1 Рабочие поверхности деталей подшипников и методы контроля их формы

1.1 Характеристики контролируемых объектов.

1.2 Требования к системам измерения отклонений формы.

1.3 Изучение проблем и актуальных направлений развития в области контроля отклонений формы рабочих поверхностей деталей подшипников.

Выводы к разделу 1.

2 Способ контроля качества поверхности с помощью двумерной лазерной триангуляции

2.1 Трехмерная математическая модель контролируемой поверхности.

2.2 Модель оптической схемы измерений и основанные на ней алгоритмы восстановления профилей и контурной картины поверхности.

2.3 Численный анализ погрешностей метода двумерной лазерной триангуляции

2.4 Оптическая часть измерительного преобразователя.

Выводы к разделу 2.

3 Комплекс аппаратно-программных средств.

3.1 Постановка задачи.

3.2 Структура и функционирование ИИС

3.3 Специализированные технические средства

3.4 Структура программного обеспечения

3.5 Отличия ИИС в ее конфигурации с матричным фотоприемником.

Выводы к разделу 3.

• I *

4 Экспериментальная оценка влияния характеристик измерительного преобразователя и контролируемого объекта на погрешность измерений

4.1 Эксперименты по оценке качества входного сигнала.

4.2 Влияние шумов на зависимость положения отраженного луча на фотоприемнике от перемещения зондирующего луча по объекту контроля

4.3 Влияние локальных дефектов контролируемого объекта на входной сигнал, эксперименты с матричным фотоприемником.

Выводы к разделу 4.

5 Экспериментальная оценка погрешностей измерений информационноизмерительной системы

5.1 Контроль отклонений профиля поверхности вращения от номинальной формы

5.2 Контроль отклонений от круглости.

Выводы к разделу 5.

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Подшипники занимают важное место в развитии народного хозяйства страны. В различных его отраслях они находят широкое применение. Подшипники являются одним из основных элементов механизмов и машин, а также измерительных приборов и информационно-измерительных систем (ИИС). Технический прогресс предъявляет все более строгие требования к качеству подшипников, поскольку их совершенство во многом определяет уровень развития современной индустрии. Это особенно важно для передовых, наукоемких отраслей промышленности, таких, как аэрокосмическое машиностроение, производство средств автоматизации и вычислительной техники, оборонное производство.

Такие свойства механизмов и машин, как надежность, долговечность, экономичность, экологичность, их технические данные, например, у двигателей это мощность, КПД, приемистость, удельный расход топлива, у самолетов и вертолетов- дальность, скорость, потолок, грузоподъемность, скороподъемность, - все они сильно зависят от качества подшипников, используемых в этих механизмах и машинах. От качества приборных подшипников сильно зависит точность приборов. Основной вклад в названный фактор вносит качество рабочих поверхностей деталей подшипников. К ним относят дорожки качения или скольжения колец подшипников, а также поверхности качения шариков или роликов. Их дефекты вызывают при работе подшипника его повышенную вибрацию, шум, трение и нагрев [1]. Это негативно влияет на перечисленные свойства и показатели техники. Поэтому при изготовлении подшипников их рабочим поверхностям уделяют большое внимание. Они обрабатываются с высокой степенью чистоты на шлифовальных станках и подвергаются затем тщательному контролю.

Указанные поверхности могут иметь дефекты различных видов, сильно различающихся по своим физическим признакам. Одни из них представляют собой отклонения от номинальной формы. Они возникают при механической обработке детали. Другие относят к локальным дефектам. Большинство из них образованы пустотами. Это микроскопические пузыри воздуха, присутствующие в заготовке. При механической обработке некоторые из них вскрываются и образуют каверны на поверхности, а часть оказывается в приповерхностном слое. К локальным дефектам относят также царапины, трещины, риски, вмятины, задиры и другие следы механического воздействия на поверхность. И третьи - это участки пониженной твердости, возникающие на поверхности при изменении структуры материала в процессе нагрева, вызываемого трением, или в результате химических реакций, в основном, окисления.

В данной работе автор ограничивается рассмотрением задачи контроля первого из названных видов дефектов. По ГОСТ 24642-81 [2] они классифицируются как отклонения от номинальной формы, в данном случае, от круглости или сферичности.

Рассмотрим характеристики названного вида дефектов. Характеристики формы методически разделяют на две группы. Одни определяют номинальную форму поверхности детали, а другие - допустимые отклонения от нее.

Измеренные отклонения формы представляют в виде отдельных профилей вдоль различных направлений на номинальной поверхности. Указанный подход определяется современным состоянием измерительной техники в машино- и приборостроении, при котором преобладают различные профильные методы [3]. Из них большинство составляют контактные методы, распространенны также оптические методы.

Рассматривая поверхность детали под микроскопом, или анализируя профиль, полученный с нее соответствующим средством измерений, можно заметить периодичность в отклонениях ее формы. Это особенно характерно для деталей, подвергшихся механической обработке, что служит предпосылкой для широкого использования гармонического анализа для их контроля [1, 4]. При этом измеренные профили поверхности разлагаются в спектр по количеству волн на длине профиля. Отклонения формы с разными длинами волн по-разному влияют на технические характеристики изделий [1]. По этому влиянию их условно разделяют на следующие составляющие, в порядке уменьшения длин волн: огранка, гранность, волнистость. Неровности с меньшими длинами волн, чем волнистость, относят к шероховатости, которая в большинстве случаев не включается в отклонения формы. Гармонику с меньшим количеством волн, чем огранка, учитывают в интегральном показателе "отклонения формы".

В данной работе исследуется способ, которым можно контролировать все названные составляющие отклонений от номинальной формы. Укажем на некоторые характерные особенности этих составляющих, определяющих специфику их контроля.

Во-первых, в отличие от точечных и локальных дефектов, например, таких, как царапины, вмятины, задиры и т. п., они не видны глазом под микроскопом, и их выявление доступно только с помощью сложных технических средств контроля; во-вторых, процесс измерения отклонений формы с помощью известных средств более сложен, чем при визуальном контроле перечисленных локальных дефектов; в-третьих, отклонения формы, выходящие за допустимые пределы, встречаются гораздо реже дефектов, видимых под микроскопом; в-четвертых, их появление зависит почти исключительно от состояния станков, обрабатывающих детали, и гораздо слабее - от исходных материалов, поэтому они имеют повторяемость для большой партии деталей, изготовленных на одних и тех же станках, тем же инструментом. Поэтому контроль отклонений формы деталей подшипников проводят выборочно, согласно ГОСТ 520-2002 [5]. Одна из актуальных задач в рассматриваемой предметной области состоит в реализации массового контроля отклонений формы в заводских условиях.

В настоящее время контроль разнообразных дефектов деталей подшипников осуществляется комплексным применением устройств и систем, различающихся своим функциональным назначением. Они разработаны на основе различных физических методов контроля. В разработке и совершенствовании технических средств для контроля параметров формы рабочих поверхностей деталей подшипников достигнуты определенные успехи. См., например, публикации А. В., Daudia D., Hall К., Hopkins I., Li Z., Lu S., Morrison E., Smith T. [6 - 8], относящиеся к контактному методу.

Для выполнения названной функции контроля также могут быть пригодны некоторые ИИС, работа которых основана на комбинации бесконтактных методов. Так, в работе Королева В. С. [9] для контроля отклонения формы шариков служит гальванометрический датчик с элементом Холла, а шероховатость поверхности определяется по разности его сигнала с показанием лазерного датчика.

Также и некоторые координатно-измерительные машины (КИМ), реализующие бесконтактные методы или их комбинацию, по уровню точности достигают указанную выше разновидность контактных ИИС и, таким образом, могут применяться вместо них, хотя это и невыгодно экономически. Для примера отметим работу Кожеватова И. Е., Куликова Е. X., Черагина Н. П., Шемагина В. А., Кретинина О. В. [10], в которой сообщается о точности определения высотных неоднородностей профиля поверхности 5-10"4 лшина размерах деталей до ЮОлш, или публикацию Леуна Е. В. [11]о системе на основе волоконно-оптической измерительной головки субмикронной точности.

Вместе с тем, информационно-измерительная техника постоянно развивается, с одной стороны, исходя из потребностей практики, и, с другой стороны, по мере научно-технического прогресса, создающего необходимые предпосылки. Это делает актуальным как совершенствование существующих, так и разработку новых, более эффективных приборов и ИИС, в частности, на основе новых или нетрадиционных для данной области способов измерений, которые могут способствовать повышению качества продукции, или даже обеспечить переход на качественно более высокий уровень развития техники.

В задаче, рассматриваемой автором в диссертации, наиболее полно, в сравнении с другими подходами, дефекты выявляются путем координатных, или, иначе называя, линейно-угловых измерений. Вместе с тем этот процесс требует обработки большого объема данных в течение времени, приемлемого для пользователя.

Как было указано выше, наряду со строгими требованиями к качеству, для рабочих поверхностей подшипников определен целый ряд признаков брака, определяемого по наличию различного вида дефектов, зачастую трудно обнаружимых. Это типично для технического прогресса, при котором средства контроля опережают в развитии станочный парк. Эффективный контроль качества в таких случаях требует применения сложных технических средств контроля и практически невозможен без автоматизированных измерительных операций. Они выполняются с помощью ИИС.

Для более полной характеристики ИИС приведем набор требований к ним [12]: возможность быстрого осуществления измерений; малые потери времени на подготовку контроля при смене вида контролируемого изделия; гибкость к номенклатуре, т. е. максимально возможная универсальность; возможность прерывать и потом продолжать измерения на любом месте; возможность получения наглядного и хорошо читаемого протокола измерений; возможность автоматического контроля допусков с графическим представлением степени их использования; возможность автоматического сопоставления чертежа контролируемой детали и протокола измерений; возможность архивирования результатов измерений; возможность связи с САПР; возможность связи с системами ЧПУ станков, ГАП, ГПС; возможность самодиагностики и при возникновении отказов возможность продолжения начатого цикла измерений после устранения причины отказа. Перечисленные требования могут служить ориентиром также и для исследователей перспективных методов контроля, и для разработчиков новых ИИС на основе этих методов. Они отражают современный взгляд на процесс управления качеством продукции. Основные требования к этому процессу изложены в ИСО 9001:2000 [13].

Перечисленным требованиям удовлетворяют применяемые сейчас контактные кругломеры и профилометры. Однако, несмотря на достоинства существующих систем, основанных на контактном методе, необходимость в новой технике ощущается все больше. Контактные методы, традиционно применяемые в кругломерах, профилометрах, все менее удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям, которые, как и во многих других задачах, характеризуются тенденцией к росту количества и скорости сбора данных при одновременном уменьшении затрат на их получение [12].

Следует назвать недостатки контактных методов, такие как царапанье контролируемой поверхности, ограничение максимальной скорости перемещения иглы по контролируемой поверхности, что ограничивает скорость измерений, износ иглы контактного щупа, необходимость в высокой точности механических узлов, необходимость индивидуальной юстировки для каждого контролируемого образца, невозможность объединения измеренных профилей поверхности в ее топограмму, то есть, по ГОСТ 28187-89 [14], в контурную картину фильтрованной поверхности.

От указанных недостатков свободны оптические методы, в связи с чем в данной задаче их применение нередко оказывается более выгодным. Помимо уже названных выше разработок, отметим, например, публикацию Sato Atsushi [15] о высокоточном, с разрешающей способностью 0,2 Á по высоте профиля, профилометре Maxim 3D-5700, разработанном совместно фирмами "Zygo" (США) и "Канон ханбай" (Япония) на основе поляризационного интерферометра и успешно применяемого в разных задачах, в том числе для контроля состояния поверхности шариковых подшипников. Или же статью Осиповича И. Р. и Пуряева Д. Т. [16] о лазерном интерферометре для контроля формы конических, цилиндрических и торических поверхностей качения деталей прецизионных подшипников с точностью контроля формы от 0,05 до 0,1 мкм, в зависимости от их параметров.

Расширение применения оптических методов в данной области в настоящее время является актуальной задачей. Разработки на их основе должны быть адаптируемыми к контролируемым объектам с различной номинальной формой, например, к объектам, имеющим поверхности большой и сложной кривизны или внутренние поверхности. Они должны быть более устойчивыми к внешним условиям измерений, таким как освещенность и наличие пыли на контролируемой поверхности; а также к локальным дефектам и нарушениям микроструктуры контролируемой поверхности, вызывающим изменение ее отражающей способности.

В различных отраслях промышленности и в информатике растет доля ИИС с использованием оптических методов [17, 18]. К таким системам можно отнести координатно-измерительные машины, измерительные роботы, трехмерные сканеры. Для многих из них, особенно для тех, которые предназначены для работы с объектами сложной формы, характерно применение различных разновидностей метода триангуляции, см. работы Бакирова И. М., Богданова Д. Р., Быковской И. В., Воронцова А. В., Галиулина Рав. М., Галиулина Риш. М., Гришанова В. Н., Мордасова В. И., Петрова С. В., Плотникова С. В., Подчернина В. М., Тумашинова А. В., Diekmann К., Gronewaller L., Lotze W., Lu-Rong Guo, Xiao-Xue Cheng, Xian-Yu Su, [18- 23]. В рассматриваемой задаче этот метод мог бы быть более предпочтительным перед другими, так как применению других оптических методов для ее решения мешают либо сложность формы контролируемых объектов, либо большая стоимость ИИС.

Вместе с тем, на пути применения триангуляционных методов в рассматриваемом случае имеется ряд трудностей. Одна из них связана с тем, что контролируемая поверхность практически представляет собой зеркало. Диффузная составляющая отраженного света, с которой работают обычные триангуляторы, у нее много меньше, чем у матовой поверхности. Она сравнима с типичными шумами в оптическом сигнале. Ктому же ее индикатриса рассеяния сильно неоднородна, и она сильно зависит от шероховатости поверхности, в частности, от ее преобладающего направления по отношению к зондирующему лучу. Это особенно характерно для контролируемых поверхностей со следами машинной обработки - точения, шлифования, полирования. Но гораздо большая принципиальная трудность в данной задаче состоит в том, что чувствительность триангуляторов мала для характерных дефектов. Применение полос или растра для освещения контролируемых объектов пока не решило этой проблемы. Работы в этой области находятся в стадии экспериментов, см., например, статью Hassebrook L. G., Subramanian А., Pai Р. [24].

В этой связи представляется предпочтительным применение разновидности способов триангуляции, для которой характерно измерение локальных наклонов поверхности по координатам зеркально отраженного от нее луча, см. работы Berg R., Breuckmann В., Inomata Masaichi, Kawamura Tatsuji, Kitou Masaaki, Koga Kazutoshi, Mike Hidetoshi, Takikawa Naohisa, Thieme W., Uesugi Mitsuaki, Yamada Takehito [25 - 28]. Применяемые для контроля зеркально отражающих поверхностей, эти способы позволяют достичь гораздо более высокой чувствительности, по сравнению с обычной триангуляцией, и при этом сохранить приемлемое отношение сигнал/шум.

В пользу этого подхода к решению задачи говорят и результаты работы Белопухова В. Н., Волостникова В. Г., Подвигина В. Н. [29], выполненной с участием автора настоящей диссертации. В этой работе созданная автоматизированная система выполняла функцию контроля стабильности формы рабочей поверхности внутренних колец шарикоподшипников. При этом был использован способ, относящийся к указанной разновидности триангуляции. В работе экспериментально было показано, что качество оптического отклика приемлемо для измерительных операций.

Однако в этих способах недостаточно разработаны алгоритмы восстановления профилей поверхности. Решение этой проблемы представляло бы значительный шаг вперед в продвижении методов зондирования поверхности световым пучком, которые довольно долгое время считаются перспективными [1, 30]. Развитие средств автоматизации уже создало для этого необходимые предпосылки.

Примечательны, в этой связи, работы, в одной из которых авторы Андрейченко Ю. Я., Волошинов В. А., Волошинов Д. В., Самсонов В. В. [31], используя названную разновидность триангуляции, проводят координатные измерения рабочих поверхностей турбинных лопаток, имеющих довольно сложную форму. В другой работе, выполненной Baba Mitsuru и Ohtani Kozo [32], "принцип триангуляции с использованием зеркального отражения" использован для определения 3-мерного профиля объектов сложной формы, содержащих участки различной отражающей способности - зеркальные и матовые.

В то же время укажем на сильное отличие задач, решаемых в этих двух работах, от задачи, решаемой автором настоящей диссертации. Так, допустимая погрешность и рабочий диапазон измерений в них больше, по крайней мере, на два порядка. Таким образом, среди ИИС, основанных на способе измерений указанного вида, не выявлено разработок, которые бы имели погрешность измерений, приемлемую для рассматриваемой задачи.

На основании вышеуказанного можно сделать вывод, что проблема создания ИИС для контроля отклонений формы рабочих поверхностей деталей подшипников, предназначенной повысить производительность операций контроля, является актуальной.

Цель диссертационной работы - создание лазерной информационно-измерительной системы, предназначенной для контроля отклонений от номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников, имеющей более высокую производительность рассматриваемого вида контроля, по сравнению с аналогичными контактными приборами, и тем самым пригодную для массового контроля изделий по указанному параметру.

Постановка задачи. Отличительной чертой используемого физического метода измерений является вычисление локальных наклонов контролируемой поверхности с использованием тригонометрических формул по измеренным координатам сканирующего пучка света, зеркально отраженного от объекта контроля.

Создаваемая ИИС должна обеспечивать измерение, в соответствии с действующими стандартами, статистического параметра "отклонение от круглости", а также всех перечисленных его составляющих: огранка, гранность, волнистость.

Допускаемая погрешность измерений названных дефектов не должна превышать величину 15% во всем рабочем диапазоне до 0,1 мм, предел допускаемых радиальных погрешностей не должен быть более 0,12 мкм [4].

Входным сигналом в разрабатываемой ИИС является зависимость распределения интенсивности пучка света на фотоприемнике от времени. Служебные входные сигналы предназначены для того, чтобы соотнести это распределение интенсивности в пространстве и времени с контролируемым объектом и измерительным преобразователем. Измерительная информация содержится в зависимостях координат у/(х) и в(х) центра энергии в указанном распределении интенсивности от перемещения х ощупывающего луча по контролируемому объекту.

Как и существующие аналоги - контактные кругломеры, разрабатываемая ИИС предназначается для работы в помещении , где, согласно стандартам, температура должна находиться в пределах от плюс 10 до плюс 35°С, относительная влажность воздуха от 45 до 80% (ГОСТ 15150-69 [33]).

Функции, которые должна выполнять разрабатываемая ИИС, определены стандартами, соответствующими ее назначению (ГОСТ 17353-89 [34], ГОСТ 520-2002, РД 37.006.106.90), а также зависят от характера применяемого в ней метода измерений. Это следующие функции: адаптивное управление процессом измерений для контроля деталей различных типоразмеров и для работы в различных режимах измерений; восстановление усредненного профиля контролируемой поверхности вращения в ее осевой плоскости; восстановление ее топограммы; восстановление ее фильтрованных профилей в радиальных плоскостях, а также в нормальных сечениях; получение расчетной зависимости, аппроксимирующей усредненный профиль; расчет статистических характеристик восстановленных профилей и топограммы; все это нужно для контроля качества деталей подшипников по критерию допустимых отклонений от номинальной формы, в частности, это отклонение от круглости (под восстановлением понимается получение наглядного образа объекта с количественными показателями, см. [35, с. 27]; оно альтернативно понятию "измерение", употребляемому в отношении профилометрии и топометрии, например, в ГОСТ 28187-89); получение частотного спектра зависимостей у/{х) и в(х), а также частотного спектра восстановленного профиля контролируемой поверхности, для исследования влияния технологического процесса на неровности контролируемой поверхности и повышения информативности контроля, в соответствии с принципом опережающего развития средств измерений.

В соответствии с поставленной целью задачами работы являются: 1. Разработка и обоснование алгоритмов автоматизированного восстановления профилей и контурных картин контролируемых поверхностей в ИИС контроля отклонений номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников;

2. Определение функции преобразования этой ИИС и расчетная оценка погрешности метода измерений, положенного в основу ее работы;

3. Экспериментальное исследование разработанной ИИС.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- Разработаны и обоснованы алгоритмы получения усредненного профиля контролируемых поверхностей вращения, а также профилей и контурных картин отклонений этих поверхностей от своей номинальной формы; указанные алгоритмы получены на основе одной из разновидностей триангуляционных методов, которая отличается вычислением локальных наклонов контролируемой поверхности по координатам сканирующего луча, зеркально отраженного от объекта контроля.

- Экспериментально исследована разработанная ИИС, функции которой основаны на полученных алгоритмах; указанная система предназначена для контроля отклонений от номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников. Разработанная ИИС отличается от известных систем, предназначенных для рассматриваемого вида контроля, тем, что она способна выполнять следующие функции: автоматизированное восстановление по одним и тем же данным как усредненной формы, так и отклонений от нее; автоматизированная, в процессе измерений, адаптация к разным объектам, отличающимся профилем контролируемой поверхности; при этом для автоматизированного расчета функций преобразования, адаптируемых под условия измерений и объект контроля, использованы методы Фурье-анализа; автоматизированное объединение восстановленных профилей поверхности в контурную картину.

Практическая значимость работы.

Разработанная ИИС ориентирована на решение практически важной и актуальной задачи, которая состоит в реализации массового контроля отклонений от номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников.

Указанная ИИС имеет более высокую производительность измерений при контроле партии деталей одного типоразмера, чем аналогичные контактные приборы. Это преимущество достигается за счет меньшего времени подготовительных операций перед контролем каждой детали. Время контроля одной детали составляет 5 минут при тактовой частоте процессора вычислительного модуля 33 МГц и 1 минута при частоте 300 МГц.

Разработанная ИИС, в отличие от известных контактных приборов, имеет более широкий диапазон допустимых внешних условий измерений. По своим возможностям она способна работать в условиях заводского цеха или участка шлифовальных станков.

Изобретенный соискателем способ координатных измерений может найти применение и для решения других задач, например, там, где необходимо иметь информацию об отклонениях формы на площади контролируемой поверхности. К числу этих задач относятся тестирование и настройка высокоточного шлифовального оборудования и контроль рабочих поверхностей после моторесурсных испытаний. Указанный способ измерений применим и в других отраслях машиностроения, где возникают подобные задачи, например, при производстве валов для устройств точной механики.

Полученные в работе результаты развивают практические аспекты создания ИИС, которые могут найти применение при анализе, проектировании и эксплуатации ИИС, предназначенных для оптических координатных измерений, а также при исследованиях в области когерентной оптики, оптоэлектроники.

Реализация и внедрение. Разработанная соискателем ИИС была использована в Самарском филиале Физического института РАН для исследований с целью совершенствования технологии производства шарикоподшипников, совместно с ЗАО "Самарский подшипниковый завод-4" (см. приложение Е). Созданная ИИС была также использована в Самарском филиале Физического института РАН в учебном процессе, в частности, в сотрудничестве со средней школой № 63 и физико-математическим лицеем г. Самары в рамках образовательных программ, поддерживаемых министерством образования РФ и Администрацией Самарской области, а также на кафедре "Информационно-измерительная техника" ГОУ ВПО "Самарский государственный технический университет". В качестве вспомогательного прибора для измерений отклонений формы и расположения поверхностей вращения разработка использована в ФГУ "Самарский центр стандартизации, метрологии и сертификации" в работе, связанной с метрологическим обеспечением измерительных систем.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников и пяти приложений. Объем диссертации составляет 178 страниц, включая 40 рисунков, 8 таблиц и списка использованных источников из 134 наименований.

Выводы к разделу 5

1. Параметры номинальной формы с помощью исследуемой ИИС измерялись с точностью, характерной для триангуляции сложных поверхностей. Это свидетельствовало об отсутствии ошибок в использованных алгоритмах и программах.

2. Точность измерений амплитуды отклонений от круглости с помощью исследуемой ИИС оказалась несколько хуже, чем у других существующих средств измерений — контактных кругломеров. Тем не менее, она удовлетворяла требованиям ГОСТ в подшипниковой промышленности для части квалитетов допусков и размеров деталей.

3. Погрешность координатных измерений ИИС ограничивалась двумя преобладающими факторами. Первый из них связан с кинематическими погрешностями оптико-механического блока. Он оказывал наиболее сильное влияние на погрешность координатных измерений. Практически весь вклад в этот фактор вносили кинематические погрешности редуктора, через который происходило вращение контролируемого объекта.

4. Следующий по значимости фактор погрешности связан с влиянием локальных микродефектов на входной сигнал, а также с влиянием на этот сигнал пыли, осаждающейся из воздуха на контролируемую поверхность. Для борьбы с вредным влиянием пыли следует следить за чистотой контролируемой поверхности. Для борьбы с вредным влиянием микродефектов эффективны алгоритмы с более сильной адаптивной пороговой фильтрацией входного сигнала.

5. Предложен алгоритм адаптивной пороговой фильтрации входного сигнала. Он характеризуются тем, что, помимо фильтрации в каждом кадре снятого входного сигнала, проводится также фильтрация этих кадров целиком. Эта фильтрация проводится путем сопоставления величины максимума входного сигнала, снимаемого в каждой точке радиального профиля контролируемой поверхности, с величиной этого максимума, определенной с кадра, снятого на первом шаге сканирования указанного профиля.

6. При усилении пороговой фильтрации кадров входного сигнала по уровню порога с 50 до 90% и усилении фильтрации данных в каждом кадре по уровню порога с 10 до 50% удалось существенно снизить влияние локальных дефектов. Погрешность измерений уменьшилась в полтора раза и, с вероятностью 95%, не превысила величины ±0,25 мкм

7. Чувствительность ИИС во многом определялась близостью направления, по которому восстанавливается профиль контролируемой поверхности, и преобладающего направления ее микрорельефа.

Заключение

1. Разработаны и обоснованы алгоритмы оптических триангуляционных измерений, в которых используется пучок света, зеркально отраженный от контролируемого объекта, а также исследованы возможности их приложений в подшипниковой промышленности.

2. Разработана и реализована лазерная информационно-измерительная система для контроля отклонений формы рабочих поверхностей деталей подшипников, действующая на основе названного принципа.

3. Проведено экспериментальное исследование метрологических характеристик указанной информационно-измерительной системы, результаты которого показали ее пригодность для контроля отклонений от номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников, а также перспективность применения в других отраслях машино- и приборостроения.

4. Созданная информационно-измерительная система удовлетворяет требованиям стандартов (РД 37.006.106.90), предъявляемым к приборам для контроля отклонений номинальной формы рабочих поверхностей деталей подшипников, производительность операций при контроле партии деталей одного типоразмера у данной системы выше, чем у аналогичных контактных приборов; при этом разработанная информационно-измерительная система способна охватить круг задач, связанный с изделиями широкой номенклатуры.

5. На основе исследованного способа координатных измерений могут быть созданы приборы, эффективные в задачах массового контроля.

1. Дунин-Барковский И. В., Карташова А. Н. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. М.: Машиностроение, 1978. - 232 с.

2. ГОСТ 24642-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Основные термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1990.-68 с.

3. Кучин А. А., Обрадович К. А. Оптические приборы для измерения шероховатости поверхности. JL: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981. - 197 с.

4. Методика измерения отклонений от круглости и шероховатости поверхности деталей подшипников качения. Руководящий документ РД 37,006.106.90 Согласован. М.: НПО ВНИПП, 1990 - 40 листов.

5. ГОСТ 520-2002. Подшипники качения. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2003. - 67 с.

6. Lu S., Li Z., A composite probe for surface topography measurement // International Journal of Advanced Manufacture Technology. 2001. - No. 11, Vol. 18. - P. 831 - 835.

7. Morrison E., The development of a prototype high-speed stylous profilometer and its application to rapid 3D surface measurement// Nanotechnology. 1996. - No. 1, Vol. 7. -P. 37 - 42.

8. Заявка 2332056 Великобритания, МПК6 G 01 В 5/20, 21/20. Surface measuring apparatus / Hopkins I., Hall K., Smith T., Daudia D.; Taylor Hobson Ltd. N 9725779.4; Заявл. 04.12.1997; Опубл. 09.06.1999; НПК G IM.

9. Королев В. С., Устройство для контроля отклонения формы // Современные проблемы автоматизации производства / Самарский гос. техн. ун.-т. Самара, 1998. -С. 113 - 116. - Деп. в ВИНИТИ 04.11.1998, № 3198В98.

10. П.ЛеунЕ. В., Измерительная система для координатных измерений на основе волоконно-оптической измерительной головки (ВОИГ) субмикронной точности// Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике:

11. Материалы международной научно-практической конференции, Новочеркасск, 8 февраля 2001. Ч. 5. Новочеркасск: Набла, 2001. - С. 39 - 41.

12. Дич J1.3., Латыев С. М., О состоянии исследований и разработок в области координатно-измерительной техники // Оптический журнал. 1994. -N 9. - С. 4 - 9.

13. Проект МС ИСО 9001:2000. Система менеджмента качества. Требования/ Перевод с англ. Н. Новгород: СМЦ "Приоритет", 1999. - 33 с.

14. ГОСТ 28187-89. Основные нормы взаимозаменяемости. Отклонения формы и расположения поверхностей. Общие требования к методам измерений. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 19 с.

15. Sato Atsushi, Высокоточный профилометр типа Maxim 3D-5700 // Кэйсоку гидзюцу. = Instruments and Automation. 1991. - No. 2, Vol. 19. - С. 54 - 58. - (Яп.).

16. Осипович И. Р., Пуряев Д. Т., Интерферометрический метод контроля формы асферических поверхностей качения прецизионных подшипников// Вестник Московского государственного технического университета. Сер. Приборостроение.- 1999. — Вып.З.-С. 65-75, 128.

17. Современные координатно-измерительные комплексы GLOBAL качественно новый этап развития трехмерных технологий// Законодательная и прикладная метрология. - 2002. - № 3. - С. 61 - 62.

18. Плотников С. В., Подчернин В. М., Быковская И. В., Исследование и разработка триангуляционных измерителей и их промышленных применений // Наука -производству. 2003. № 2. - С. 43 - 44, 52.

19. Lotze W., High-speed scanning auf Koordinatengeraten (Высокоскоростное сканирование с помощью КИМ) // Microtechnic. 1993. - N 4. - Р. 4 -10. - (Нем.).

20. Gronewaller L, Dickmann К., Laser-Triangulation zur Bestimmung geometriscer Werkstickgrossen (Определение геометрических размеров изделий машиностроения с помощью принципа лазерной триангуляции)// Sensor Magazin. 1990.- N 2.-P. 30 -34. - (Нем.).

21. Xiao-Xue Cheng, Xian-Yu Su, Lu-Rong Guo. Automated measurement method for 360° profilometry of 3-D diffuse objects// Applied Optics. 1991. - Vol.30, N 10. - P. 1274 -1278.

22. Гришанов В. H., Мордасов В. И., Лазерная триангуляционная система для измерения деформаций// Компьютерная оптика Вып. 14- 15, часть 2.- М.: МЦНТИ, 1995.-С. 38 - 45.

23. Hassebrook L. G., Subramanian A., Pai P. Optimized three-dimensional recovery from two-dimensional images by means of sine wave structured light illumination// Optical Engineering. 1994. - No. 1, Vol. 33. - P. 219 - 229.

24. Заявка 4207592 ФРГ, МКИ 5G 01 В 11/30. Verfahren zum Bestimmen der Welligkeit einer Oberflache (Способ и устройство для контроля волнистости поверхности) / Berg R.; Siemens Solar GmbH. N 42075920; Заявл. 10.03.92; Опубл. 16.09.93.

25. Пат. 5104227 США, МКИ 5G 01 В 11/24. Apparatus for measuring three-dimensional curved surface shapes / Uesugi Mitsuaki, Inomata Masaichi; NKK Corp. N 496217; Заявл. 20.03.1990; Опубл. 14.04.1992; Приор. 05.04.1989, N 1 - 84875 (Япония); НКИ 356/376.

26. Leach R. K., Traceable measurement of surface texture in the optics industry// Large lenses and prisms, 27- 30 March 2001, London, United Kingdom (Proc. SPIE, Vol. 4411)/ R. G. Birgham, D. D. Walker, Editors. 2002. - P. 177 - 183.

27. ГОСТ 15150-69. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнение для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортировки. М.: Изд-во стандартов, 2000. - 58 с.

28. ГОСТ 17353-89. Приборы для измерений отклонений формы и расположения поверхностей вращения. Типы. Общие технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 9 с.

29. Новицкий П. В., Зограф И. А. Оценка погрешности результатов измерений. 2-е изд., перераб. и доп. - JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1991. - 304 с.

30. Белопухов В. H., Заякин О. А., Катулин В. А., Подвигин В. Н., Задача контроля профиля тел вращения при угловом сканировании и одномерной регистрации// Лазерная технология: Исследования и автоматизация (Труды ФИАН; Т. 217). М.: Наука, 1993.-С. 170- 176.

31. Letfullin R. R., Zayakin O. A., George T. F., Theoretical and experimental investigations of the effect of diffractive multifocal focusing of radiation// Applied Optics. 2001. - No. 13, Vol. 40.-P. 2138-2147.

32. Летфуллин P. P., Заякин О. А., Наблюдение эффекта дифракционной многофокальной фокусировки излучения // Квантовая электроника. 2001. - № 4, Т. 31. - С. 339 - 342.

33. Letfullin R. R., Zayakin O. A. Effect of diffractive focusing of Gaussian beam // Preprint of Lebedev Physical Institute of Russian Academy of Sciences, No. 6. Moscow, 2001 -17 pp.

34. Letfullin R. R., Zayakin O. A., Diffractive focusing of a Gaussian Beams // Journal of Russian Laser Research. 2002, Vol. 23. - P. 148 - 160.

35. Заякин О. А., Восстановление микрорельефа зеркально отражающих поверхностей с помощью информационно-измерительной системы на основе двумерной лазерной триангуляции// Известия Самарского научного центра РАН. 2004,- №1, Т. 6.-С. 72-80.

36. Chaikina Е. I., Navarette A. G., Méndez Е. R., et. al., Coherent scattering by one-dimensional randomly rough metallic surfaces// Applied Optics.- 1998.- No.6, Vol. 37.-P. 1110-1121.

37. Котляр В. В., Панков И. А., Рассеяние когерентного света на поверхности с конечной проводимостью // Компьютерная оптика. Вып. 14 - 15, часть 2. - М.: МЦНТИ, 1995. -С.53 - 58.

38. Балошин Ю. А., Залипаев В. В., Костин А. В., Смирнов С. А., Применение гипотезы Рэлея при расчете электромагнитных волн на неровных поверхностях // Оптический журнал. 1996. № 12. - С. 24 - 26.

39. ГОСТ 25142-82. Шероховатость поверхности. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1991.-21 с.

40. ГОСТ 24643-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения. М.: Изд-во стандартов, 1981. - 14 с.

41. Беннет Дж. М., МаттсонЛ. Шероховатость поверхности и рассеяние. Вашингтон: Оптическое общество Америки, 1993. 119 с. - (Рус.).

42. Bristow Т. С., Auriemma R. A., Surface topography goes beyond just rms roughness // Laser Focus World. 1992. - 28, № 3. - P. 148 - 150.

43. ГОСТ 24955-81. Подшипники качения. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1982. - 24 с.

44. Классификатор ЕСКД. Иллюстрированный определитель деталей. Класс 71.- М.: Изд-во стандартов, 1991. 89 с.

45. Классификатор ЕСКД. Классы 71, 72, 73, 74, 75, 76. Иллюстрированный определитель деталей. Пояснительная записка. М.: Изд-во стандартов, 1991. - 40 с.

46. ГОСТ 8338-75. Подшипники шариковые радиальные однорядные. Основные размеры. М.: Изд-во стандартов, 1982. - 13 с.

47. ГОСТ 25256-82. Подшипники качения. Допуски. Термины и определения. -М.: Изд-во стандартов, 1983. 19 с.

48. Топорец А. С. Оптика шероховатой поверхности. Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1988. - 191 с.

49. Бокс Д., Дженкинс Г. Анализ временных рядов, прогноз и управление. М.: Мир, 1974.-330 с.

50. Салмина Е. М., Расчет рассеянных поверхностью изделий оптических полей при проектировании оптических сканирующих устройств контроля //. Дефектоскопия.-1983.-№ 1.-С. 77-83.

51. ГОСТ 8.009-84. Государственная система обеспечения единства измерений. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений. М.: Изд-во стандартов, 2001.-38 с.

52. Основные термины в области метрологии: Словарь-справочник / Под ред. Ю. В. Тарбеева. М.: Издательство стандартов, 1989 - 113 с.

53. Рубичев Н. А., Степняков В. П., Прибор для измерения радиуса и профиля беговой дорожки качения // Измерительная техника. 1993. - N 9. - С. 22 - 24.

54. А. С. 1795699 СССР, МПК 6G 01 В 5/004, 5/20. Координатно-измерительное устройство / Вагнер Е. Т. (СССР); НИИ автоматизации средств производства и контроля. -№ 4878546/29; Заявл. 29.10.1990; Опубл. 30.04.1995. Бюл. № 12.

55. Sirohi R. S., Optical methods in non-destructive testing // Non-destructive testing and condition monitoring. 2001. No. 4, Vol. 43. - P. 230 - 234.

56. ГОСТ 9847-79. Приборы оптические для измерения параметров шероховатости поверхности. Типы и основные параметры. М.: Изд-во стандартов, 1992. - 8 с.

57. Оптический производственный контроль / Под ред. Д. Малакары. М.: Машиностроение, 1985. - 400 с.

58. Горшков В. А., Папаев А. Ю., Фомин О. Н., Применение метода интерференции бокового сдвига для контроля асферических поверхностей // Оптический журнал. -1994.-№6.-С.28-32.

59. Безменова Т. Н., Вольнова Т. Ю., Духопел И. И. и др., Создание и исследование светосильных вариантов интерферометров бокового сдвига на базе приборов ИТ-183 и ИТ-228 // Оптический журнал. 1993. - № 5. - С. 58 - 60.

60. Яничкин В. И., Основные тенденции развития оптической интерферометрии // Оптические методы исследования потоков: Тез. докл. 2 Межресп. конф. Новосибирск, 1 3 июня 1993.-С. 11-12.

61. Коронкевич В. П., Полещук А. Г., Синтезированные голограммы для контроля оптических поверхностей // Наука производству. - 2003. - № 2. - С. 6- 7, 50.

62. Bartl J., Interferometer for the measurement of defects on ball bearings // Review for Scientific Instruments. 1996. - No. 2, Vol. 67. - P. 558 - 563.

63. Кучерюк В. И., Попов А. М., Колесников А. В., Электронно-проекционный муаровый метод // Заводская лаборатория. 1994. - 60, № 5. - С. 26 - 30.

64. Suja H. S., Kothiyal M. P., Sirohi R. S., Analysis of spectrally resolved white light interferograms: Use of a phase shifting technique// Optical Engineering. 2001.- No. 4, Vol. 40.-P. 1329- 1336.

65. А. С. № 1788432 СССР, МКИ 5G 01 В 11/24. Устройство для бесконтактного измерения меридионального профиля полированных поверхностей / Шишлов Е. А. (СССР); ГОИ им. С. И. Вавилова. №4827461/28; Заявл. 22.05.1990; Опубл. 15.01.1993 Бюл. №2.

66. Optische Meßsysteme zur 3D-Inspection (Оптическая система для координатных измерений в 3-мерном пространстве)// Stahl und Eisen. 2003.- N2, 123- S. 70.-(Нем.).

67. Niesing В., Messen in der dritten dimension (Трехмерные координатные измерения) // Technische Rundschau. 1999. N11, Vol. 91. - S. 60 - 63. - (Нем.).

68. ГОСТ 24521-80. Контроль неразрушающий оптический. Термины и определения.-М.: Изд-во стандартов, 1981. 9 с.

69. Веденов В. М., Харитонов В. И., САПР анализа и синтеза лазерных измерительных систем // Информатизация машиностроения. 1997.- № 4. - С. 24 - 29.

70. Веденов В. M., Харитонов В. И., САПР анализа и синтеза лазерных измерительных систем // Информатизация машиностроения. 1997.- № 4. - С. 24 - 29.

71. Erfassung von Rauheit, Kontur und Topographie mit optimierten MePstation (Оптимизированная станция для измерения шероховатости, контура и топографии) // Galvanotechnik. 2002. - N 10, Vol. 93. - S. 2626 - 2627. - (Нем.).

72. Пат. 2191348 Россия, МПК 7G 01 В 11/00. Бесконтактный трехкоординатный измеритель/ Горелик С. Л., ДукаревичЮ. Е., Дукаревич М. Ю. №2000125295/28; Заявл. 05.10.2000; Опубл. 20.10.2002, Бюл. № 29.

73. А. С. 1538046 СССР, МКИ 5G 01 В 11/30. Способ измерения шероховатости поверхности / Кузнецова И. В., Логинова Н. А., Солодкин Ю. Н. (СССР); Новосибирский электротехнический ин-т. №4241876/24-28; Заявл. 11.05.1987; Опубл. 23.01.1990 Бюл. № 3.

74. А. С. 1702178 СССР, МКИ 5G 01 В 11.30. Устройство для измерения шероховатости полированных поверхностей образца / Король Ю. Б., Маслов В. П., Остафьев В. А. (СССР). № 4706400/28; Заявл. 19.06.1989; Опубл. 30.12.1991 Бюл. № 48.

75. Пат. 2116616 Россия, МПК 6G 01 В 11/00. Устройство для измерения шероховатости и волнистости поверхности при фиксированном значении базовой длины / Белов В. К. -№ 96116393.29; Заявл. 12.08.1996; Опубл. 27.07.1998, Бюл. №21.

76. Sophian A., Tian G. Y., Taylor D., Rudlin J., Electromagnetic and eddy current NDT: a review// Insight: Non-destructive testing and condition monitoring. 2001.- No. 5, Vol. 43. - P. 302 - 306.

77. Rajesh S. N., UdpaL., UdpaS.S., Numerical model based approach for estimating probability of détection in NDE applications// IEEE Transaktions on Magnetics. 1993. -Vol.29,No. 2.-P. 1857- 1860.

78. Колбин И. Б., Анализ состояния метрологического обеспечения средств магни-топорошкового и вихретокового контроля в подшипниковой промышленности // Контроль. Диагностика. 2002. № 3. - С. 42 - 44.

79. Кудрявцев П. С. Курс истории физики: Учебное пособие для студентов пед. ин-тов по физ. спец. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Просвещение, 1982. -448 с.

80. Пат. 5233201 США, МКИ SG 01 V 9/04. System for measuring radii of curvatures/ Cheng D.; Ann Koo First American Building. №922910; Заявл. 21.01.1992; Опубл. 03.08.1993; НКИ 250/561.

81. Пат. 2054619 Россия, МКИ 6G 01 В 11/24. Способ определения кривизны зеркально отражающих поверхностей / Гуляев В. И., Залкинд А. Е., Морозов Н. JL; НПО Электрон. -№ 4707230/28; Заявл. 19.6.1989; Опубл. 20.2.1996, Бюл.№ 5.

82. Борн М., Вольф Э. Основы оптики / Пер. с англ. Изд. 2-е. - М.: Гл. ред. физ.-мат. литры, 1973. - 720 с.

83. Виноградова М. Б., РуденкоО. В., Сухорукова А. П. Теория волн. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1979. - 384 с.

84. Давыдов Ю. А., О выборе математической модели отраженных оптических сигналов. Деп. № 1381-В57. - М.: ВИНИТИ, 1997. - 5 с.

85. Смагин С. И. Интегральные уравнения задач дифракции. Владивосток: Дальнаука, 1995. - 203 с.

86. SporeaD. G., Dumitru A., Analitical and computational models for a laser radiation field scattered by rough surfaces// Optical Engineering.- 1996.- No. 6, Vol.35. P. 16321646.

87. Ильин В. А., ПознякЭ. Г. Аналитическая геометрия: Учеб.: Для вузов. Изд. 5-е. - М.: Наука. Физматгиз, 1999.- 224 с.- (Курс высшей математики и математической физики).

88. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой: Пер. с англ. / Общ. ред. В. И. Аршинова, Ю. JI. Климонтовича и Ю. В. Сачкова. М.: Прогресс, 1986.-432 с.

89. Каханер Д., МоулерК., НэшС. Численные методы и математическое обеспечение: Пер. с англ. М.: Мир, 1998. - 575 с.

90. Карлов Н. В. Лекции по квантовой электронике. Учебное пособие М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1983. - 320 с.

91. Звелто О. Принципы лазеров: Пер. с англ. 3-е перераб. и доп. изд. - М.: Мир, 1990. -560 с.

92. Velichanskii V. L., ZibrovA. S., Kotova S. P., PakG. Т., Chemyshov А. К., Method of measuring the astigmatic distance of laser diodes // Journal of soviet laser research. 1991. -No. 4, Vol. 12.-P. 341 -352.

93. Донцова В. В., Ленкова Г. А., Чурин Е. Г., Хроматические аберрации дифракционного микрообъектива при многомодовом режиме полупроводникового лазера // Автометрия. 1990. - № 3. - С. 3 - 9.

94. Сивухин Д. В. Оптика: Учеб. пособие. 2-е изд., испр. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1985. - 752 с. - (Общ. курс физики).

95. Ярив А. Квантовая электроника: Пер. с англ. / Под ред. Я. И. Ханина. -2-е изд. М.: Сов. Радио, 1980. - Пер. изд. Yariv A. Quantum electronics, США, 1975. - 488 с.

96. ES ® Edmund Industrial Optics: 2000 Optics and Optical Instruments Catalog: N001A / A division of Edmund Scientific; 101 East Gloucester Pike Barrington, N. J. 08007 1380 USA. - Printed in the USA: Edmund Scientific publ., 2000. - 301 pp.

97. Плотников С. В. Сравнение методов обработки сигналов в триангуляционных измерительных системах // Автометрия. 1995. - № 6. - С. 58 - 63.

98. Bleicher J., HofbauerE., SchehrerL, Optisches System min Laser-Diode als Lichtquelle (Оптическая система с лазерным диодом в качестве источника света)// Feinwerktechnik & Messtechnik. 1990. - N 98 (4). - S. 171 -174. - (Нем.).

99. Kuttner P., Design and testing of lenses for optical disk technology // Optical Engineering. -1983. No. 4, Vol. 22. - P. 473 - 478.

100. Волков E. В., Плотников С. В., Исследование влияния ширины зондирующего пучка на погрешность измерения триангуляционных систем// Автометрия 1997.- №2.-С. 19-25.

101. Аксененко М. Д., Бараночников М. Л. Приемники оптического излучения: Справочник. -М.: Радио и связь, 1987. 296 с.

102. Кашлаков И. Д., Кленов В. Т., Костюков Е. В. Линейная фоточувствительная схема с зарядовой связью К 1200 ЦЛ 1// Электронная промышленность. 1982. -№ 7 - С. 7 -9.

103. Баранов Л. А. Квантование по уровню и временная дискретизация в цифровых системах управления. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 304 с.

104. Цикин И. А. Дискретно-аналоговая обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1982.160 с.

105. ГОСТ 8.050-73. Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений. М.: Изд-во стандартов, 1988. - 14 с.

106. ГОСТ 3722-81. Подшипники качения. Шарики. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1981. -14 с.

107. ГОСТ Р 50723-94. Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий. М.: Изд-во стандартов, 1995. - 43 с.

108. Бутиков Е. И. Оптика: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Н. И. Калитеевского. — М.: Высш. шк., 1986.-512 с.

109. Хаус X. Волны и поля в оптоэлектронике: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. - 432 с.