автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Автоматизированные компьютерные комплексы для поверки и контроля качества стрелочных измерительных приборов

|1<4 ,12 9.?

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИИ

• Томский политехнический университет

На правах рукописи

УДУТ ДМИТРИЯ ЛЕОНИДОВИЧ

УДК 621. 317.089.6-52

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ПОВЕРКИ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СТРЕЛОЧНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Специальность 06.11.05 - Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 1992

Работа выполнена на кафедре "Радиотехники" Томского политехнического университета

Научный руководитель - доктор технических наук,профессор

РОЙТМАН М. С.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

ВАВИЛОВ Е Е

кандидат физико-математических наук НАДЕЕВ А. И.

Ведущее предприятие: научно-исследовательский институт "Автоматика" (г. Екатеринбург).

Защита диссертации состоится "23" декабря 1992 Г. в 17 часов ,на заседании специализированного Совета Д 063.80.06 в Томском политехническом университете (634004, г.Томск, пр. Ленина 30).

а.С

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета

Автореферат разослан "20" ноября 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, канд. техн. наук, доцент

Е Е Винокуро!

г осу,/ . • ' ./Л:...^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Современный этап перехода промышленности России рыночным отношениям, интеграция в мировой рынок промышленной юдукции подчеркивает актуальность проблемы контроля качества юиэводимых изделий, что относится и к производству изделий при-ростроения. Выпуск конкурентно-способной на мировом уровне про- -кции предполагает решение целого ряда вопросов по совершенство-иию технологических процессов ее производства и контроля качест-С учетом этого вопросы автоматизации поверочных н контрольных^ бот при выпуске измерительных приборов приобретают важное значе-е, что в первую очередь относится к стрелочным приборам, так как я цифровых измерительных приборов вопросы автоматизации с применяем средств вычислительной техники решаются довольно успешно.

Работы связанные с созданием полуавтоматических и автоматичес-¡с поверочных установок в нашей стране и за рубемом проводятся лее 30 лег. Разработки, реализующие полуавтоматические способы зерки стрелочных приборов (СП), наили широкое применение при их лгаводстве и эксплуатации. В этой связи необходимо отметить расы сотрудников ВНИИМа Безикович А. Я., Прицкер В. И., Эскина С. П. финальные способы и устройства для автоматической поверки и адуировки электроизмерительных СП предложили Хохлов Ю. А., Мишин I, Корольков Ю. К , Ищенко Е А., Ройтман М. С., Свинолупов Ю. Г., щ М. Я , Минченков П. В. и др. Большие наработки в области спосо-I и устройств для автоматической поверки СП, использование новых :нологий при их производстве и широкие возможности по использо-[ию современной вычислительной техники и технического зрения де- -1Т реальным создание измерительных систем для атоматической по->ки СП в настоящее время. Несмотря на это вопрос разработки ав-атизированных поверочных и градуировочных установок и внедрение производство во многом остается открытым. Это .объясняется тем, существующие и эксплуатирующиеся на ряде предприятий автомата- ' кие поверочные комплексы обладают следующими недостатками: ори-ация на поверку приборов конкретного типа или устройства; неу-ерсальность по отношению к шкалам приборов; сложность перенаст-га на новый тип приборов; низкий класс точности поверяемых или цуируемых приборов. В данной работе рассматриваются вопросы ¡»логической аттестации подобных измерительных систем, разрази формирователей калиброванных воздействий с программным уп-яением, использования современных подходов в применении аппара-

»

та математической статистики для повышения качества измерительной информации. Развитие существующих автоматизированных измерительных установок на сегодняшний день решается по следующим направлениям:

1. Создание новых принципов организации компьютерных измерительных комплексов, в первую очередь интенсивно развивающегося направления обучающихся или интеллектуальных измерительных систем;

2. Использование современного аппарата математической статистики при обработке результатов измерений для повышения точности;

3. Разработка и использование новых способов обработки изображений, ориентированных на прецизионные измерения для поверки СП;

Такми образом, тема реферируемой работы, посвященной исследованию состояния в области автоматизации поверочных и градуировоЧ-_ них работ, разработке новых способов и устройств для автоматической поверки и градуировки СП, созданию автоматизированных обучающихся компьютерных комплексов для поверки и контроля качества СП является актуальной. Работа выполнена в рамках хоздоговорных работ и в соответствии с отраслевыми программами по автоматизации.

Целью работы является создание автоматизированных комплексов для поЕерки, контроля качества и градуировки СП на основе разработки .новых способов автоматической поверки и градуировки для обучающихся автоматизированных компьютерных комплексов, алгоритмической организации их работы и создания новых технических средств. Для этого решаются следующие задачи:

1. Анализ производства и степени автоматизации поверки, градуировки СП на предприятиях-изготовителях и поверочных лабораториях;'

2. Разработка способов автоматической поверки и градуировки. СП, обеспечивающих высокое качество и достоверность измерительной информации, универсальных к различным типам СП;

3. Разработка алгоритмического обеспечения способов автоматической поверки и компьютерных комплексов, обеспечиванвди быструю перенастройку на новый тип СП, высокую скорость, качество поверки;

4. Разработка новых аппаратных и программных средств автоматизм-' рованных компьютерных комплексов;

5. Анализ погрешностей и экспериментальные исследования разработанных способов автоматической поверки, градуировки СП и созданных на их основе компьютерных измерительных комплексов с выдачей рекомендаций по их практическому применению;

6. Метрологическая аттестация компьютерных измерительных комплексов с использованием разработанных и утвержденных методик.

Методы выполнения исследований. Теоретическая часть, работы вы-

полнена с использованием методов: теории вероятности и математической' статистики; теории распознавания; теории управления; теории погрешности. Достоверность полученных научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена экспериментальными исследованиями, опытной эксплуатацией созданных автоматизированных обучающихся компьютерных комплексов на предприятиях-изготовителях СП.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:

1. Разработаны принципы организации компьютерных измерительных систем, экспериментально проверены способы автоматической поверки и градуировки СП, обладающее высокой помеховащищвнностью, точностью, универсальностью к различным типам СГЬ с круговой или секторной шкалой, типовой или индивидуальной градуировкой;

2. Проведен теоретический анализ и "практические исследования погрешностей разработанных компьютерных комплексов;

3. Разработаны подходы к метрологической аттестации компьютерных обучающихся1 комплексов и методики их метрологической аттестации, прошедшие утверждение в органах Госстандарта;

4. Разработано алгоритмическое обеспечение обучающихся компьютерных комплексов для автоматической поверки CIL

Практическая ценность работы состоит:

1. В разработке и внедрении автоматизированных обучающихся компьютерных комплексов на базе современных средств вычислительной техники, технического зрения и прикладного программного обеспечения для поверки и контроля качества СП, а тага» технических средств комплексов; .

2. В разработке утвераденных в органах Госстандарта методик метрологической аттестации обучающихся компьютерных комплексов',

3. Шказаяа возможность использования разработанных измерительных систем в виде учебно-методического комплекса для обучения студентов специальности 19.07.03.

Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнена в рамках хоздоговорных тем с предприятиями г. Шсквы, г. Омска, г. Томска, с фирмой "UrneIя (Польша). Образцы поверочных комплексов находятся в опытной эксплуатации на ряде предприятий, в частности на Томском ПО "Ыанотомь", Омском ПО "Злектроточприбор", Московском НИИ ДАР, НИИ АВТОМАТИКА г. Екатеринбурге. На базе разработанных комплексов поставлен цикл лабораторных работ дня студентов электро-физического факультета Ш. Одна из разновидностей обучакг дегося компьютерного комплекса демонстрировалась на тематической выставке "Поверка-87" и была удостоена серебряшгой'медали.

Апробация работы. Основные результаты -работы были доложены и обсуждены на Втором Всесоюзном совещании по точным методам измерения напряжения, тока и мощности (Санкт-Петербург,1986), Республиканской научно-технической конференции "Использование микропроцессоров в народном хозяйстве" (Таллин,1988), Всесоюзной конференции ИКС-89 (Ульяновск), Третьей и Четвертой Научно-практической конференции "Неразрушащие методы контроля на службе повышения качества продукции и экономии ресурсов" (Томск, 1986,1389), Второй Всесоюзной конференции "Измерения и контроль при автоматизации производственных процессов" (Барнаул, 1991), научных семинарах кафедры радиотехники Томского политехнического университета.

Основные положения, Еыносимые на защиту:

1. Возможно создание автоматизированных компьютерных измерительных комплексов с элементами распознавания изображения для метрологических целей - поверки и градуировки СП, на основе способов автоматичесгай поверки СП с типовыми и .шдивидуальными шкалами, с коррекцией погрешности от угловых и линейных перемещений СП, способа повышения точности за счет фильтрации помех, способов автоматической поверки группы приборов и автоматической, градуировга! СП;

2.. Результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований способов автоматического считывания показаний со шкалы СП, звеньев аппаратуры компьютерных измерительных комплексов показали их высокие' метрологические свойства;

3. Предложены новые технические решения по разработке аппаратной и программной частей обучающихся компьютерных комплексов;

4. Предложены методики метрологической аттестации компьютерных, комплексов для автоматической поверки и контроля качества СЕ

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, получено 1 авторское свидетельство и 1 положительное решение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 117 наименований и пяти приложений; содержит 167 страниц машинописного текста, 41 рисунок и 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ;

Во введении обоснована'актуальность темы, цель диссертационной работы и основные задачи, решаемые при ее выполнении.

В первой главе проведен анализ производства и эксплуатации СП, степени автоматизации их поверки и градуировки на основе существующих решений по автоматической поверке и градуировке СП.

Проведен анализ погрешностей наиболее перспективных с точки зрения 'автоматизации технических решений для поверки и градуировки Л7, эти решения сгруппированы по основным признакам:

1. С устройствами на-неоптических физических эффектах;

2. С оптико-механическими следящими системами;

3. С устройствами, использующими в качестве датчиков серийные или специализированные телевизионные датчики изображения.

Последнюю группу можно разделить на два класса:

1. С устройствами считывания показаний, ориентированными на использование примитивных вычислителей на базе телевизионных датчиков со строчно-кадровой, круговой и специальной разверткой;

2. С устройствами считывания показаний на базе современных систем технического зрения (СТЗ), использующих полное или выборочное считывание изобретения СП, программную его обработку и выделение штрихов отметок и стрелочного указателя.

Автоматические установки для поверки и градуировки СП на основе современных СТЗ являются наиболее перспективными в области автоматизации поверки СП. Подобный вывод позволяет сделать анализ достижений в С(£ере автоматизации поверки и градуировки СП, проведенный на основе существующих решений устройств ■ автоматического считывания показаний и созданных на их базе поверочных установок. Создание интеллектуальных измерительных систем на базе СТЗ с обучением, со специальным адаптивным программным обеспечением, использованием аппарата математической статистики для обработки результатов измерений с целью повышения качественных показателей поверки СП и др. идет по пути решения следующих задач:

1. Создание алгоритмического обеспечения фуякцирования подобных систем, обеспечивающего высокое качество результатов измерений, т.е. достоверность, стабильность, повторяемость;

2. Создание простых задатчиков тестовых сигналов с программным управлением и алгоритмов их функционирования, позволяющих за счет компьютеризации решать вопросы корре|щии погрешности;

3. Создание универсальных способов автоматического считывания показаний со шкалы СП на базе средств технического зрения;

4. Создание универсальных схемных решений системной связи ЭВМ с ТВ камерой , легко адаптирующихся к различным микро-ЭВМ;

5. Повышение производительности поверки эа счет работы с группой СП и точности за счет набора и обработки статистики;

6. р^зрсОотка методик, технических средств и алгоритмического обеспечения к^трологической аттестации измерительных систем.

Во второй главе разработаны способы и алгоритмы автоматической поверки и градуировки СП, ориентированные на создание обучающихся к^мымерных комплексов с использованием СТЭ. Способы реализуют концепцию обучающихся измерительных систем и включают два этапа: обучение и поверку. Обучение является необходимым условием функционирования комплексов и ставит своей задачей формирование необходимой информации для проведения поверки. Сюда входят оптимальные значения вектора параметров с", составляющими которого являются размори а.Ь обрабатываемого изображения, значение порога бинаризации Р. коэффициента корреляции J), число повторений ввода изображений з я др., а тшшз Формирование связивпвдэй угол отклонения ука-о&тела и показании СИ аналитической зависимости в' виде полинома ■ F степени и. Алгоритм обучзкил представлен в виде рззающего правила f при шшоэдетш ьекгора параыатрэа о з допустимой гоне f-f2(f2(fi(fO(a,b,s,P) J)),[«] ,m,n) | гГ^слоп , где fO(a.b,s)-D(x,y) - ¿орьс.рованиг сигнала дкскретиого изоб-раяания кадра. (а.Ь) и числа экспозиций з;

fl(fO(a.b,s),F)- Г1(0(Х,У),РМХ,У}:(Х,У)СНХ,У>, если D( х, у) Р;

f2(fljP)-f2({X,y>o-{X,y>i,p)-t/oyi] - углы наклона указателя; f3(f2[A],m,n)-Z'Aij(>Vy;'])i-II - показания СП, где j-l,ri - число отметок ыгалы. Процесс формирования вектора параштров c"-ia,b,3,P, р ,[A3} является итерационной процедурой

Cik-Cik-1 + ACi«f) которая заканчивается при ьинимизации случайной составляющей погрешности, например дисперсии, при упорядоченном изменении значений выбранного параметра (см. табл.1)

б(С1)-Ш(|Г fi(Ci)/N - fi(Cl)) > — min . Критерием качества обучения является выполнение некоторого условия при проведении контрольной выборки с заданной доверительной вероятностью, например (l/n)*^T(Fl - At)« el, (l/n)*.£(Fi - Aif<e2, imax|Fi'- Ai|>£ e3 или вероятностные критерии Pi 1СAi - f(Vi.C) e>>Рдоп

где Vi-предъявляемые реализации контрольной выборки. Шверка выполняется на основе полученной на этапе обучения информации.

Наложение указателя однозначно определяется углом наклона его линии симметрии. Способ автоматической поверки СП (см.рис. 1) с ти-

Рис. а

повыми шкалами основан на поэлементном вычитании дискретных изображений одинакового Формата Dl(x,y) я D2(х,у), соответствующих разным положениям указателя с получением разностного R(x,y), содержащего только сигналы изображений указателя. Если R(x,y) является полутоновым, он сравнивается с пороговым уровнем Р с формированием массивов информативных реализаций сигнала ixl,yl> и <х2,у2>,-обрабатывая которые по МНК рассчитьвается угол наклона средней линии указателя в системе координат телевизионного растра arctg-{(x*y - х*у)/(хг- (xf )> В способе автоматической поверки СП с индивидуальной градуировкой шкалы определяется положение поверяемой отметки. Для этого анализируются сигналы изображений, содержащие отметки шкалы (см. рис.2) для чего сканируют из рассчитанного центра вращения указателя (хс,ус) по углу вдоль радиуса с получением гистограммы распределения информативных реализаций сигнала (см. рис.3). За угол наклона линии, проходящей через центр вр^ения указателя и числовую отметку шкалы, принимается угол fo с максимальной суммой информативных реализаций сигнала изображения (см. рис. 4) /о - {У t: max> .

В.способе автоматической поверки СП с компенсацией погрешности от угловых и линейных перемещений СП на этапе обучения устанавливают аналитическую связь Л р мезду угловыми и линейными перемещениями СП относительно базового положения и погрешностью. Для этого СП последовательно смепушг сагами по координатам X, У относительно базового положения СП (см. рис. 5), затем поворачивают вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Полученная аналитическая зависи-. мость позволяет при поверке скорректировать показания СП с учетом возникаих угловых (У"в ,fr) или линейных перемещений (х*,у*) AiKop - Ai + Л р( /г,х*,у*)

Способ повышения точности автоматической поверки СП за счет Фильтрации помех заключается в идентификации и устранении сигналов помехи, наличие"которых приводит к ошибочному определению по МНИ положения указателя. Критерием наличия сигнала помехи может служить коэффициент корреляции р мезду информативными реализациями сигнала изображения, который для прямой линии равен единице. 5т^ утверждение позволяет, осуществляя простой перебор элементов массива <xi,yi> и вычисляя р , определить реализации сигнала, резко меняющие значение р от заданного, оставляя при этом реализации сигнала, между которыми имеется линейная зависимость - указатель. Способ автоматической поверки группы СП позволяет повысуть

Рис. 4

Рис. 5

itsf*'

Рис.6

производительность поверки СП с типовыми и индивидуальными шкалами. Цель способа достигается тем, что в поле зрения телевизионного датчика устанавливается не один, а несколько приборов. На рис. 6 представлен результат распознавания указателей группы из 9 СП.

Разработанные способы автоматической поверки допускают градуировку СП, которая' может быть выполнена без вычитания сигналов изображений исходного и текущих положений указателя, если на СП насаливается шкала без надписей. Излучаемый массив углов канона указателя передается на шкалограф, который производит прорисовку шкалы. Возможен способ разбраковки готовых СП по '¿пассам точности или выбор типа печатной шкалы.

Рассмотрены алгоритмы поверки и градуировки, распознавания указателя и фильтрации помех, оптимального выбора порога бинаризации, повышения точности измерений.

В третьей главе проанализирована структура измерительного какала компьютерных комплексов (см. рис. 7). Составляющие погрешности измерений южно разделить на две независима; группы:

1. Погрешности, вносимые аппаратурной частью комплексов;

2. Погрешности, присушке способам автоматической поверки СП.

Первую группу составляют погрешности,. вносимые устройством

предварительной обработки и ввода изображения в ЭВМ (УВИ) и ТВ камерой. Результаты анализа наиболее существенного фактора - нестабильности тактовой частоты УЕЛ, на абсолютную погрешность положения указателя для различных углов приведены в таблице 1. Экспериментальные исследования показали высокую стабильность УВИ.

Случайная и систематическая составляющие погрешности измерений угла наклона средней линии указателя за счет ТВ камеры обусловлены ошибками в передаче координат и градационной информации ТВ камер на Еидиконах. Устранение систематической составляющей, обусловлен- ной ' в основном нелинейностью растра, производится на этапе обучения операцией калибровки аппаратурной части. Случайная составляющая погрешности возникает за счет случайной составляющей координатных ошибок растра, сгижение влияния которых достигается многократными измерениями и их статистической обработкой, для чего УВИ выполняет функции видеопроцессора. Использование логических процедур при накоплении и обработке ТВ кадров приводит к снижению более чем в два . раза доверительного интервала распределения случайной составляющей погрешности по сравнению с однократными измерениями. Разброс случайной составляющей угла наклона составляет от 0,15 до 0,6 градуса Приведены рекомендации по снижении погрешностей, на-

Н(х,у) - действие оптической системы объектива;

Л( х, у) - апертурная характеристика телевизионной камеры;

1<н - коэффициент нелинейности тока отклонения;

кнс - коэффициент нестабильности растра камеры;

S( х, у) - дискретизирукоя функция;

ку - коэффициент усиления;

клч - коэффициент нестабильности частоты;

Т - функция бинаризации видеосигнала.

Рис. 7

Таблица i

Порог бинаризации Угол наклона указателя, град. Дисперсия, град.

120 135,84 0,091

125 135,88 0,063

130 135,85 0,014

135 ,'135,85 0,021

140 135,87 0,035

Таблица 2

^Ч ¿ft -3 X -22 -IX IX гх 3%

20 град 0,56 0,37 0,19 -0,18 -0,36 -0,54

45 град 0,87 0,57 0,28 -0,29 -0,57 -0,85

70 град 0,55 0,34 0,18 -0,18 -0,37 -0,55

пример для стабилизации тактовой частоты - использование кварцевых резонаторов и фазоьой автоподстройки частоты.

Среди погрешностей, присуща способам автоматической поверки СП выделены следующие: от смещения СП относительно ТВ камеры; от квантования изображения; погрешность от формы записи уравнения шкалы; погрешность определения координат числовой отметки шкалы. Для анализа погрешности сыесрния СП относительно ТВ камеры перемещения прибора были разделены на линейные и угловые. Линейные перемещения при идеальном растре не влкяте на погрешность измерений. В случае реального растра ТВ камэр ка видиконах данная погрешность определяется нелинейность» развертки камеры. Экспериментально получены эависимости погрешности от величины смещения, которая не превысила 0,1% при смещениях до 15 мм. Аналогичное влияние оказываем нелинейность "растра на угловые повороти СП в оптической плос-1ссст;1 ТВ датчика. Для остальных возмзгхних поворотов СП получено вкражние относительной погрешности определения угла наклона указателя СП с типовыми шкалами. Теоретический анализ и практические исследования показали, что погрешность при поворотах до 5 градусов не превышает 0,1%. Получено выражение для относительной погрешности угла наклона средней линии указателя от геометрических параметров СП с индивидуальной градуировкой и удаления его от ТВ 1самеры

где Я - длина стрелочного указателя; У - угловой диапазон скалы СП; а - расстояние меаду указателем и ккиюЛ; сС - угловой поворот прибора по одной из осей.

При анализе погрешности от квантования было получено выражение, связывающее погрешность угла наклона средней линии указателя с параметрами квантованиядх иду, ширины указателя Их, Му и его

угла наклона З^-агс^(а) — -а _,

А? -[(£х*а-у) * д х]/Ц 1+а )*(х2-(х) )*//ЗЫх] + +С-х*Ду]/[(1+а2)*(х12-(х)г)*/зМу] , по которому был сделан пывод о допустимости выбора частоты квантования в направлении телевизионной строки в УВИ, равной 12 МГц.

Необходимость расчета центра вращения указателя с учетом влияния нестабильности ТВ растра и передачи градационной информации видеосигнала, приводит к погрешности определения центра вращения указателя по полученным прямым у-а!*х+Ы. Абсолютная ошибка определения координат ¡-той числовой отметки шкалы относительно центра вращения указателя находится из соотношения

4i^~arctg{[(ai*xc + bi - yc)/Kai + bi 1/1> , где 1 - расстояние от центра вращения указателя до отметки; хс, ус - координаты центра вращения указателя. Расчетные значения данной погрешности совпадают с полученными экспериментально и составляют сотые доли %.

Погрешность определения показаний СП на этапе поверки обусловлена использованием тех или иных математических подходов при получении аналитической зависимости угла поворота стрелочного указателя и показаний СП на этапе обучения. При использовании адаптивной аппроксимации точность расчета показаний СП определяется числом отрезков аппроксимации и степенью полинома Получаемый аппрокси-мант приводит к систематической погрешности на обученных отметках шгалы. Например, для двух отрезков аппроксимации и второй степени аппроксимирующего полинома максимальная, погрешность составила 0.4Х. Избегать систематической составляющей погрешности можно при использовании интерполяции, для которой предложены удобные для представления в ЭВМ Форш записи.

Проанализирован^ потенциальная точность разработанных способов автоматической поверки с учетом всех дестабилизирующих факторов,. присущих ТВ камерам на видиконах. В качестве критерия потенциальной точности была выбрана разрешающая способность, характеризуемая минимальным углом устойчивого определения изменения положения yic -зателя, которая составила 0,03 градуса

В четвертой главе приведены пршстические результаты по разработке автоматизированных обучающихся комплексов для автоматической поверки и контроля качества СП, аппаратных и программных средств, обеспечивающих функционирование комплексов.

Компьютерный комплекс для поверки приборов измерения тока (см.рис.8) выполнен на базе ЭВМ "Искра-1030" и использует в своем составе калибратор тока П321. Комплекс осуществляет одновременную поверку группы из четырех приборов класса 0.5-1.0 серийной камерой КТП-82. Время поверки группы приборов по 5 точкам при прямом и обратном ходе составляет 3 минуты.

Компьютерный комплекс для поверки и градуировки щитовых СП измерения тока класса 1.0-4.0 (см. рис. 9) использует ЭВМ IBM РС/АТ/ХГ. Комплекс осуществляет одновременную поверку (градуировку) "группы из 16 приборов. В качестве задатчика калиброванных воздействий используется специализированный формирователь тока с программным управлением, выполненный на двух ЦАП с выходным усилителем мощности. Цифровой вольтметр В7-34А контролирует величину тока, измеряя падение напряжения на оОр^зцовом резисторе. Бремя поверки на 5 точ-

Конт

мцзоллер

П

Калибратор П321

Протокол

ЭВМ Печатающее

"Искра-1030" устройство

ТВ

камера

УВИ Видео-контрольное устройство

ZD

Поверяемые приборы

Рис. 8

Контроллер формирователя

П

ЭВМ IBM РС/АТ/ХГ

Цифровой вольтметр

-ч Формирователь напряжения

Протокол

Печатающее устройство

Ro -С=>

ТВ

камера

□

УВИ Видео- контрольное устройство

Шкалограф

Прорисовка шкалы градуируемых приборов.

Рис.9

Ток I

\ \ \

\ \ \

\ \ \

Поверяемые,

градуируемь

приборы

измерения

тока

звм

IBM РС/АТ/ХГ

п

УВИ

-s Формирователь —3 давления

Печатающее устройство

Образцовый

цифровой

манометр

ТВ .камера

-1—

Видео-контрольное устройство

Шверяеше манометры

Рис. 10

ЪыС.

iX для ЭВМ IBM PC/AT и группы из 9 приборов при прямом и обратном >де занимает 1 минуту, а градуировки для 26 точек - 2 минуты.

Компьютерный комплекс для поверки и разбраковки по классам ¡чности стрелочных манометров (см. рис. 10) предназначен для работы группой манометров из 9 приборов диаметром 100 мм и 4 приборов гаметром 160 мм. Комплекс работает как с ручной подачей давления, ц< и с калибратором давления, в качестве которого может быть ис-»льэован формирователь давления с программным управлением.

Разработаны специализированные формирователи напряжения и тока программным управлением, реализующие концепцию агрегатированных !точников калиброванных воздействий. В области манометрии разращены простые формирователи давления с программным управлением, ^личина давлен;^ которых контролируется образцовым цифровым мано-■тром, включенным в магистраль 3EÜ Разработано УВИ формата 2x256, характеризующееся записью видеоданных в буферную память в ■мпе поступления, программной установкой порога бинаризации и >агмента вводимого изображения, универсальностью к различным ЭВМ, 13Можностью выполнения функций видеопроцессора и отвечающее всем >ебованиям обучающихся систем. Программное обеспечение компьютер-ix комплексов построено по модульному принципу, что позволяет пе-настраивать комплексы под различные варианты поверки в зависи-сти от типов поверяемых СП и конфигурации аппаратуры комплексог

В пятой главе показано решение проблемы метрологической аттес-ции автоматизированных обучающихся поверочных комплексов, обус-вленной отсутствием нормативной документации на аттестацию полных измерительных систем. Разработанные методики аттестации ут-рждены в органах Госнадзора и реализуют два подхода:

1. Метрологическая аттестация по образцовому прибору;

2. Метрологическая аттестация по результатам обучения.

Оба подхода основываются на наборе и обработке статистических нных результатов измерений. В качестве определяемых метрологи-ских характеристик могут быть представлены:

1. Основная погрешность;

2. Систематическая составляющая основной погрешности;

3. Случайная составляющая основной погрешности.

Для метрологической аттестации по образцовому прибору ыл из-товлен прибор, обобщающий геометрические свойства поверяемых СП их шкал. Привод указателя прибора осуществлялся от ЭВМ через ша-вый двигатель и безлюфтовьй редуктор с мягкой напряженной шесте-нчатой передачей. Образцовый прибор аттестован классом 0,011.

При метрологической аттестации по результатах» обучения иопользоваг лись имитаторы приборов на базе серийных' СП с ручным управлением!

Систематическая составляющая основной погрешности определяется^ как среднее значение относительного смещения средних значений S положения стрелочного указателя для К статистик порядка N в доверительном интервале Рд=0,95. При этом, в случае аттестации по образцовому прибору, указатель последовательно устанавливается нр. отметку шкалы, а при аттестации по результатам обучения указатель остается неподвижным, и определение систематической составляющей) погрешности ведется относительно нулевой статистики.

Случайная составляющая основной погрешности определяется как-максимальное значение половины диапазона от ¡-дщимального Smin до максимального Smax значений углов наклона стрелочного указателя на i-той отметке шкалы, представленной статистикой порядка N в доверительном интервале 0,95

Дел- max{0,5*(Simax - Simln)/360>*100Z { Рд-0,95 .

Основная погрешность комплексов находится как сумма систематической и случайной составляющих основной погрешности.

В приложении 1 приведена принципиальная схема устройства; предварительной обработки и ввода изображения в ЭВМ.

В приложении 2 приведена принципиальная.схема специализированного формирователя напряжения (тока).

В приложении 3 приведены распечатки программ обученияповерки*

В приложении 4 приведены утвержденные в органах Госстандарта акты и методика метрологической аттестации поверочных установок.

В приложении 5 приведены документы, подтверждающие виедрение и? использование результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании проведенного анализа находящихся в эксплуатации установок для автоматической поверки, контроля качества и градуировки СП показана перспективность построения обучающихся компьютерных комплексов с применением СТЗ на базе серийных ТВ камер.а-строчно-кадровой разверткой.

2. Разработаны.способы автоматической поверки и градуировки СП с типовыми и индивидуальными шкалами,' инвариантные к форме и1 числу шкал СП, обладающие хорошей помехозащищенностью, возможностью компенсации показаний приборов с учетом их перемещений.

3. Проанализирована структура измерительного канала поверочных

! f

комплексов, выявлены составляющие погрешности, проведен их теоретический анализ и экспериментальные исследования, сформулированы рекомендации по снижению погрешностей.

4. Рассмотрены варианты построения формирователей тестовых сигналов на основе агрегатирования с использованием серийных и специализированных программоуправляемых измерительных средств.

5. Разработано устройство предварительной обработки и ввода изображения в ЭВМ, отвечающее. требованиям обучающихся систем и возможностью выполнения функций видеопроцессора.

6. Разработаны и внедрены автоматизированные обучающиеся комплексы для поверки, контроля качества и градуировки СЕ

7. Разработаны и утверждены методики метрологической аттестации обучающихсг компьютерных комплексов. Проведены метрологические испытания комплексов в условиях производства, подтвердившие их высокие метрологические качества.

Основное содержание работ отражено в следующих публикациях:

1. A.C. .N 1383242 (СССР). Способ автоматической поверки стрелочных измерительных приборов и устройство для его осуществления./Сви-нолупов Ю. Г., Удут Д. Л. и др. -Опубл. в R И., 1988, N11.

2. Удут Д. Л., Плотников А. Е , Макаренко Б. Г. Телевизионная установка для автоматического считывания показаний стрелочного прибора / Тез. докл. научно-технической конференции "Средства аг-томатики и вычислительной техники в народном хозяйстве". -Пермь, 1985. -41с.

3. Удут Д- Л., Свинолупов КХ Г., Плотников А. а , Цакаренко Б. Г. Спо-. собы и устройство для автоматизации поверки,стрелочных приборов. /Тез. докл. научной конференции по физико-математическим

.наукам, радиоэлектронике и вычислительной технике. -Минск, 1985. -21с.

4. Свинолупов Ю.Г., Войтко ЕЕ, Удут Д.Л. Плотникова Т.Е Опыт разработки автоматизированных установок для поверки стрелочных измерительных приборов. /Научно-техническая конференция "Автоматизация метрологического обеспечения народного хозяйства". -Тбилиси, 1898. -с. 140-144.

5. Войтко Е Е , Свинолупов Ю.Г., Удут Д.Л. Аппаратурно- программный комплекс контроля качества стрелочных приборов./Третье кауч-но-практическая конференция "Неразрушающие методы контроля на службе повышения качества продукции и экономии ресурсов". -Томск, 1986. -с. 47-49.

6. Свинолупов а Г., Войтко Е Е , Удут Д. JL Аппаратно-программный

комплекс для поверки стрелочных измерительных приборов./Те! доклада Второго Всесоюзного совещания по точным методом иамер< ния напряжения, тока и мощности. -Санкт-Петербург, 198< -с. 65-67.

7. Свинолупов Ю. Г., .Войтко Е П., Удут Д. JL Автоматизированное ри бочее место для поверки стрелочных вольтметров. /Республиканок научно-техническая конференция "Использование микропроцессор» в народном хозяйстве". -Таллинн, 1988. -с. 86-87.

8. Свинолупов Ю. Г., Удут Д. JL Агрегатированный компьютерный ком; леке для автоматизированного контроля параметров стрелочн; электроизмерительных приборов. /Сборник НИИ ИН при ТПУ. -Тома Издательство ТГУ, 1990. -с. 51-53.

9. Удут Д. Л. Проблемы поверки стрелочных измерительных приб' ров. /Вторая Всесоюзная конференция "Измерения и контроль п автоматизации производственных процессов". -Барнаул, 199 -с. 78-79.

10. Свинолупов Ю. Г., Войтко В. Е , Удут Д. Л , Плотникова Т. Б. Авт матические установки для поверки манометров и вольтметров. /Те докл. Всесоюзной конференции "Информационно-измерительные си теш". -Ульяновск, 1989. -с. 71.

11. Свинолупов ' Ю.Г., Удут Д. Л , Плотникова Т. Б. Обучающийся ком леке для контроля качества манометров. /Четвертая научно-практ ческая конференция "Неразрушаицие методы контроля на службе п вышения качества продукции и экономии ресурсов". -Томск, 198 с. 26-27.

12. ЗаяБка N4845941/21-071153 от 28.06.90 Способ автоматической и верки стрелочных измерительных приборов/ Свинолупов КХ F, t Ддс никова Т. Б., Удут Д. Л., Седов Э. Е

Подписано к печати/<5.11.92 г.

Заказ N33 . Тираж 100 экз.

Ротапринт ТПУ, 634004, Томск, пр. Ленина, 30.