автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Фотоэлектрический контроль длины и скорости намотки витого провода с корреляционным преобразованием

На правах рукописи

БАГРИНЦЕВ ДМИТРИЙ ЮРЬЕВИЧ

¿У

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ длины И СКОРОСТИ НАМОТКИ ВИТОГО ПРОВОДА С КОРРЕЛЯЦИОННЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

Специальность: 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной

среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0 9

Орел - 2009 г.

003466358

Работа выполнена в Академии Федеральной службы охраны Российской Федерации

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Иванов Борис Рудольфович Академия ФСО России

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Сычев Сергей Николаевич. Орловский государственный технический университет

кандидат технических наук Павленко Андрей Анатольевич Инженерно-строительный институт Орловского государственного аграрного университета

Ведущая организация: ЗАО "Научприбор", г. Орел

Защита состоится £с 2009 г. в 14:00 часов на заседании дис-

сертационного совета Д212.182.01 в Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, д. 40, а. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета.

Автореферат разослан ¿/¡^2009 г. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу Совета университета: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29.

Ученый секретарь /

диссертационного совета Д212.182.01 ;

доктор технических наук, профессор Суздальцев А. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При проведении работ по модернизации современного производства, связанного с изготовлением канатов, электрических кабелей, проводников с изоляционным покрытием и металлокорда возникает целый ряд задач технологического контроля длины и скорости линейного перемещения изготавливаемых изделий. Точность бесконтактного измерения таких параметров ограничивается неравномерностью протяжки и изменением силы натяжения контролируемых изделий, влиянием внешних факторов и вариацией расстояния между датчиками и объектом контроля.

Согласно требованиям ГОСТ 14311-85 контроль качества витых проводов и металлокорда выполняется по ряду показателей. Среди них особое место занимает контроль общей длины провода на катушке и длины шага свивки проводов, который практически зависит от силы натяжения и скорости протяжки. Вследствие этого необходимо выполнять измерения длины и скорости протяжки при технологическом контроле витых проводов в условиях производства.

Для данной цели обычно используют методы механических измерений, основанные на преобразовании линейной протяжки провода во вращение направляющих роликов известного диаметра с регистрацией количества их оборотов. Однако точность механических измерений практически ограничивается не только проскальзыванием провода и стиранием поверхности роликов, приводящим к погрешности до 2 - 3%, но и изменением длины витых проводов от силы натяжения, вызывающей дополнительную погрешность измерения около 4 - 5%, что не удовлетворяет требованиям стандарта.

При изготовлении витых проводов изменение силы натяжения приводит к пропорциональной вариации длины шага свивки относительно исходного значения. Это позволяет, учитывая периодический характер свивки проводов, использовать для технологического контроля длины или скорости их протяжки корреляционные методы обработки результатов измерений.

Преимущества корреляционных методов измерений обоснованы в известных работах Цапенко М. П., Грибанова Н. И., Козубовского Н. Ф., Новицкого П. В., Синицина Б. С., Ланге Ф. и ряда других ученых. Однако при изготовлении приборов корреляционного контроля, необходимо учитывать особен-

ности объектов контроля. Это связано со значительными трудностями, возникающими при технической реализации коррелометров, которые должны в реальном масштабе времени выполнять статистическую обработку поступающих данных и реализовать вычислительные операции при корреляционных измерениях.

Возможность сокращения объема вычислений и упрощение структуры корреляционных приборов обусловлено волнообразной формой поверхности витых проводов, зависящей от длины шага свивки или шага намотки оплеточной проволоки. Преобразование этих параметров в импульсную форму позволяет обеспечить работу приборов на линейном участке автокорреляционной функции и реализовать обработку данных на простых логических элементах. Несмотря на то, что операции свивки проводов выполняются с определенными допусками, имеется возможность повысить достоверность результатов корреляционного контроля за счет статистического усреднения данных.

Согласно теории измерений, погрешности первичных измерительных преобразователей практически невозможно скомпенсировать любыми способами дальнейшего преобразования. Поэтому при разработке аппаратуры корреляционного контроля необходимо учитывать свойства применяемых датчиков механических перемещений - их чувствительность, линейности характеристики преобразования и стабильность параметров, влияющих на результаты корреляционного преобразования.

В связи с этим необходима разработка надежных и удобных в эксплуатации фотоэлектрических приборов с корреляционным преобразованием, позволяющих реализовать технологический контроль механических величин в реальном масштабе времени и обеспечивающих высокую точность измерений скорости движения и длины витых проводов в производственных условиях. Этим и характеризуется актуальность темы исследований.

Объектом исследования в работе являются средства корреляционного контроля параметров механических перемещений.

Предмет исследования - двухканальные приборы фотоэлектрического контроля с автокорреляционной обработкой результатов измерений.

Целью диссертационного исследования является уменьшение погрешности фотоэлектрической аппаратуры корреляционного контроля длины и скорости протяжки витых и неравномерно-движущихся проводов.

К основным задачам исследований относятся:

- сравнительный анализ современных методов корреляционных измерений, применяемых для контроля параметров витых проводов;

- выявление взаимосвязи между точностью измерения пространственно-временных параметров витых проводов и допустимой погрешностью датчиков, применяемых в приборах корреляционного контроля;

- сравнительный анализ характеристик датчиков, применяемых при корреляционном контроле длины и скорости протяжки витых проводов;

- разработка алгоритмов двухканального фотоэлектрического преобразования пространственно-временных параметров с автоматической коррекцией погрешностей от изменения силы натяжения и длины шага свивки проводов;

- разработка и обоснование универсальной структуры построения приборов фотоэлектрического контроля с корреляционным преобразованием на современной элементной базе, обеспечивающих повышение точности измерений и достоверности результатов контроля длины витых проводов за счет автоматической обработки информации в реальном масштабе времени;

- анализ методических и инструментальных погрешностей приборов для оценки точности аппаратуры фотоэлектрического контроля;

- минимизация аппаратурных затрат при создании приборов фотоэлектрического контроля длины и скорости протяжки витых проводов.

Методы и средства исследований. В работе использованы фундаментальная теория корреляционного анализа, методы математического и схемотехнического моделирования с применением ПЭВМ, теория погрешностей, методы физико-механического моделирования, а также экспериментальные способы исследований с обработкой результатов методами математической статистики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- усовершенствован способ фотоэлектрического контроля длины и скорости протяжки витых проводов за счет применения амплитудно-временного преобразования сигналов фотодатчиков и использования коэффициента автокорреляции в качестве поправки в результаты измерений;

- установлена линейная зависимость периода выходных сигналов фотодатчиков от силы натяжения и длины шага свивки контролируемых проводов;

- предложены алгоритмы определения скорости протяжки и длины витых проводов с двухканальным фотоэлектрическим преобразованием механических величин в импульсы напряжения, основанных на вычислении коэффициентов автокорреляции и их введении в качестве поправки в результаты измерений;

- разработана схема определения эллипсоидности диаметра проводов, основанная на использовании полученных коэффициентов автокорреляции.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основе проведенных исследований разработана структурная схема двухканального фотоэлектрического прибора для корреляционного контроля скорости протяжки и длины витого провода с амплитудно-временным преобразованием механических параметров. Разработаны и исследованы высокочувствительные фотодатчики для приборов корреляционного контроля механических величин и экспериментально доказана их высокая чувствительность к контролируемым параметрам при значительном ослаблении влияния внешней засветки.

Реализация и внедрение результатов исследований.

В результате проведенных исследований разработан двухканальный фотоэлектрический прибор с корреляционным преобразованием, который внедрен и используется для технологического контроля длины проводов металлокорда в ООО "Инженерные решения" (г. Орел).

Апробация и публикации результатов работы

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований обсуждены на XII Всероссийской научно-технической конференции "Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании" (2007, г. Рязань), на 33-й Всероссийской научно-технической конференции "Сети, системы связи и телекоммуникации" (2008, г. Рязань), на I Всероссийской научно-технической конференции "Информтех-2008" (2008, г. Курск). По результатам работы опубликовано 5 научных статей в периодической печати и получен патент на полезную модель.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержание которых изложено на 43/страницах, содержит 50 рисунков и 14 таблиц, список литературы из 78 наименований.

На защиту выносятся следующие положения:

- усовершенствованный способ фотоэлектрического контроля скорости протяжки и длины витых проводов, обеспечивающий уменьшение погрешности измерений за счет применения двухканального амплитудно-временного преобразования выходных сигналов фотодатчиков;

- структурная схема построения фотоэлектрического прибора с корреляционным преобразованием для контроля механических параметров движущихся объектов в реальном масштабе времени, защищенная патентом на полезную модель;

- алгоритмы определения скорости протяжки и длины витых проводов, обеспечивающие уменьшение погрешности измерений за счет автоматической коррекции от изменения силы натяжения и длины шага свивки проводов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика научной работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и задачи, показаны направления исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ способов построения и структурных схем корреляционной аппаратуры, применяемой для контроля пространственно-временных параметров движущихся объектов. На основании сравнительного анализа характеристик корреляционных приборов, применяемых для бесконтактного измерения скорости движения объектов, установлено, что наиболее перспективными являются двухканальные структуры коррелометров, основанные на применении полярного метода. Данный метод позволяет значительно уменьшить аппаратные затраты и длительность обработки входных сигналов за счет предварительного их преобразования в импульсную форму.

В результате сравнительной оценки основных технических параметров датчиков перемещений установлено, что в корреляционной аппаратуре лучше всего применять фотоэлектрические преобразователи, работающие по отражательному способу. Такие фотодатчики имеют большое рабочее расстояние до объекта контроля и позволяют формировать выходной сигнал большой амплитуды, что облегчает его дальнейшее преобразование в импульсную форму.

При сравнительном анализе основных параметров объекта контроля выявлена необходимость применения в корреляционной аппаратуре быстродейст-

вующего блока обработки данных, запаздывание которого снижает точность измерений при нестабильной скорости протяжки витых проводов.

На основании результатов анализа известных технических решений в области корреляционного контроля длины и скорости протяжки проводов установлено, что основное внимание при разработке аппаратуры бесконтактного контроля нужно уделить совершенствованию фотодатчиков перемещений и уменьшению объема вычислительных операций в блоке обработки данных.

Вторая глава диссертации посвящена усовершенствованию корреляционного метода контроля длины и скорости протяжки витых проводов.

Сравнительный анализ основных параметров объекта контроля показал, что при корреляционном измерении скорости протяжки витых проводов основным информативным параметром является частота выходных импульсов двух фотодатчиков, размещенных на фиксированном расстоянии друг от друга. Для уменьшения динамической погрешности от нестабильной скорости протяжки и изменения шага свивки проводов нужно вводить поправку в результат измерения, пропорциональную разности длительностей формируемых импульсов.

Для корреляционного измерения длины витых проводов нужно установить на фиксированном расстоянии L = const два фотодатчика, затем преобразовать выходные сигналы фотодатчиков в импульсную форму и реализовать умножение импульсов с помощью логической схемы совпадения. При постоянной скорости протяжки витых проводов на выходах двух фотодатчиков будут формироваться импульсы одинаковой длительности ¿ni = h\2 ~~ ¿и> смещенные во времени на интервал х — L / Vqp < (рис. 1, а). Корреляционная функция, получаемая при таком преобразовании, изменяется в диапазоне длительности импульсов ±t\\ по линейному закону (рис. 1, б).

При задержке импульсов второго фотодатчика на половину длительности импульсов первого фотодатчика т = 0,5/И1 обеспечивается работа устройства на линейном участке корреляционной функции. Это позволяет упростить вычислительный алгоритм и уменьшить сложность и стоимость прибора.

tm

KqW

tm

■_„ о iH/2 ¿и *

а б

Рисунок 1 - Пояснение корреляционного способа измерения

В качестве измерительной меры следует использовать фиксированное расстояние L = const между фотодатчиками, выбирамое с учетом трех условий:

1) значение L должно быть больше максимального шага свивки проводов, чтобы исключить наложение импульсов фотодатчиков: L min > Агр + Д/ащ-;

2) максимальное расстояние между фотодатчиками при корреляционном контроле должно исключать появление дополнительного (и + 1)-го импульса на выходе одного фотодатчика при формировании п импульсов на выходе другого фотодатчика: LAiAX ~ п • /СР < (п + 1 )(/Ср - Д/Лщ-);

3) расстояние L между фотодатчиками необходимо задавать с высокой точностью, так как относительная погрешность взаимной установки двух фотодатчиков ограничивает снизу минимальную погрешность измерения длины Si витых проводов на уровне 5s = AS^/ S^ > AL /L.

С учетом этих положений разработана структурная схема двухканального фотоэлектрического коррелометра для одновременного контроля скорости протяжки и длины витых проводов (рис. 2, а).

щ——1=1—^

o-'t ,-, ,-, ^

+AÍH1 -AÍH2 +Д&И -AÍH2 +AÍH1 -AÍH2

'»IR R RR ~УГ Н г .

^tüllU_IIIIII IIÍíH*~T|lll и um_

б

Рисунок 2 - Структурная схема (а) и диаграммы работы коррелометра (б)

В каждом измерительном канале используют светодиодные источники оптического излучения СИ1 и СИ2, а с противоположной стороны витого провода устанавливают фотопреобразователи ФП1, ФП2 и формирователи прямоугольных импульсов ФИ1 и ФИ2, выходная частота которых делится в Кц раз двумя счетчиками импульсов £>1, D2 и измеряется цифровым способом.

Для проведения корреляционного контроля разработаны алгоритмы измерения длины и скорости намотки витых проводов, согласно которым:

1) устанавливают фотодатчики на расстоянии L = А'Д/СР, равном четному количеству KR средних шагов скрутки /ср контролируемого провода;

2) задают коэффициенты деления L //СР делителей частоты D\ и D2 с учетом среднего шага скрутки /ср и расстояния L между фотодатчиками;

3) устанавливают интервал корреляции т = 0,5/И1 между импульсами двух фотодатчиков посредством включения второго делителя частоты D2 только после прохождения Nx = 0,5Ка импульсов с выхода первого фотодатчика;

4) измеряют длительность каждого импульса N\k = Л!д/тД/иц на выходе первого делителя частоты посредством его заполнения тактовой частотой fT-,

т

5) суммируют полученные результаты измерений 7Уц= ^2Лги в течение времени протяжки 7пР контролируемого витого провода;

6) выполняют цифровое измерение реверсивным счетчиком D6 разности соседних импульсов по формуле ANk = ±КдЯ-(ДгИц - Atmk)\

7) суммируют полученные разностные коды в течение времени протяжки

т

ТПРконтролируемого провода для получения кода поправки ДN%= ^ ANk ;

8) вычисляют длину провода по формуле jVnp = jVu(1 ± AN^/Nj* J — N\j_ + AAv с автоматическим введением поправки в результат измерения, компенсирующей нестабильность среднего шага скрутки Д/Ср витого провода;

9) для измерения скорости намотки проводов задают постоянный интервал измерения ТЮ\\ = А^ном / Л цифровым таймером с емкостью счета Мюм и измеряют частоту/j импульсов N\ ~/\Ттм на выходе делителя частоты D1.

10) выполняют цифровое измерение счетчиком D6 разности соседних импульсов AN/, = ±Kjifi(Atmk - Atmd и суммируют их на интервале измерения Гизм по формуле АAiV^;

11) вычисляют поправку результата измерения скорости протяжки с учетом нестабильности шага скрутки Д/срвитых проводов: Nn= (1 ± ЛЛ^/Л^ом).

12) вычисляют скорости протяжки провода в видеЛ^^Л^! ± ДЛ^/ТУном)-

Выполнение корреляционной обработки частотно-временных параметров с помощью микропроцессора позволяет повысить точность контроля скорости протяжки и длины витых проводов в реальном масштабе времени. Выигрыш в производительности предложенного способа корреляционного контроля и алгоритма его реализации обусловлен следующими факторами.

В известных приборах интервал корреляции х находят по максимуму корреляционной функции ЛТ(т)тах. Для поиска этого максимума кроме К(т) дополнительно вычисляют функции К(х + Ах) и К(х - Ат) при вариации интервала корреляции х на время ±Дт, после чего выбирают наибольшее значение из полученных результатов. Это приводит к большому объему вычислений и дополнительной погрешности от изменения скорости движения объекта контроля.

При корреляционном контроле скорости и длины витых проводов предложенным способом используются линейные свойства корреляционной функции импульсных сигналов (рис. 1, б). При начальной установке интервала корреляции по условию т — Ь/Уср ~ 0,5/и изменение скорости протяжки на величину ± V приводит к вариации интервала х на величину ±т, которая используется для коррекции результатов измерений по рассмотренному алгоритму.

При моделировании процесса корреляционного контроля по программе МаЛСАО установлена возможность высокоточного цифрового измерения скорости протяжки и длины проводов при неравномерном шаге свивки. Одновременно выявлена возможность применения коррелометра не только для измерения скорости и длины,, но и для допускового контроля шага свивки проводов.

Третья глава посвящена разработке схемотехники и конструктивным особенностям построения высокочувствительных фотодатчиков для контроля скорости протяжки и длины витых проводов в производственных условиях, а также расширению функциональных возможностей коррелометров и их практическому использованию для допускового контроля качества проводов.

Для исключения влияния возможных поперечных перемещений витых проводов на величину ±Д/г при изменении скорости протяжки предложено перед каждым фотодатчиком устанавливать светонепроницаемый экран с прорезью, перпендикулярной направлению протяжки. Ширину прорези следует выбирать в зависимости от среднего шага свивки проводов по условию /Пр - /ср/4, которое нужно выполнять для достоверного выделения каждой полуволны витых проводов в процессе контроля их длины и скорости протяжки (рис. 3).

|А

Вид А - А

Стек-

лянный стержень

От лаз ер -но го

диода

I А

Рисунок 3 - Конструкция фотодатчика для контроля скорости протяжки

Для формирования равномерной вертикальной полосы оптического излучения применен лазерный диод, монохроматический луч которого развертывается в узкую полосу света с помощью стеклянного стержня, выполняющего функцию цилиндрической призмы. Экспериментально установлено, что лучше всего использовать стержень диаметром 08 мм, который целесообразно устанавливать на расстоянии 50 мм от фотодиода. Такая конструкция позволяет исключить применение дополнительных линз для фокусировки излучения. Новизна этого технического решения защищена патентом на полезную модель.

Экспериментально установлено, что для уменьшения амплитуды поперечных колебаний металлокорда в вертикальной плоскости, возникающих при изменении скорости протяжки, нужно использовать дополнительную кулису с двумя фотодатчиками, закрепленными на оси подпружиненного ролика.

Применение такой конструкции позволяет обеспечить высокую точность установки фотодатчиков коррелометра на фиксированном расстоянии L = const относительно друг друга. При этом одновременно уменьшается поперечное перемещение провода до уровня, составляющего примерно Ah < ±0,5 мм в широком диапазоне изменения скорости намотки проводов V= (0,1 ... 30) м/с.

При установке перед фотодиодами светозащитных экранов с узкими прорезями примерно в 4 раза уменьшается уровень сигнала и влияние внешней засветки. С учетом этого для повышения чувствительности фотодатчиков разработана схема фотопреобразователя на двух операционных усилителях D\, D2 с формирователем импульсов на логическом элементе "Исключающее ИЛИ" D3, выполняющем функцию триггера Шмитта (рис. 4).

г

31 -1-1 v 'U ФП1 ' ФИ1 ______1 у L-ir_ ______I I______J

Рисунок 4 - Схема высокочувствительного фотодатчика

Особенность данной схемы заключается в применении цепи положительной обратной связи по переменному току (резистора Ä4 и конденсатора Сз) для модуляции мощности источника оптического излучения в зависимости от изменения выходного сигнала фотоприемника светового сигнала. Это приводит к периодическому увеличению мощности светового потока излучения в зависимости от изменения диаметра контролируемого провода. Такое техническое решение позволяет примерно на порядок повысить чувствительность фотодатчика к периодической модуляции светового потока, возникающей при изменении диаметра витого провода в процессе его протяжки между источником и приемником светового излучения. Вследствие этого обеспечивается надежное выделение полезного сигнала при наличии внешней засветки в процессе контроля скорости протяжки проводов в условиях производства.

Вторым преимуществом разработанной схемы является применение для формирования импульсов триггера Шмитта на элементе "Исключающее ИЛИ", в котором зону гистерезиса AUr я (0,5... 1) В можно задавать резисторами R<j, Rio, включенными в цепь положительной обратной связи этой микросхемы.

При использовании КМОП логических микросхем серии К561 напряжения срабатывания и отпускания триггера Шмитта будут симметричны относительно порогового напряжения срабатывания t/nor ~ 0,5£/Пит и зависят от напряжения питания i/пит- Применение стабильного источника напряжения питания позволяет обеспечивать постоянство зоны гистерезиса триггера Шмитта и формировать прямоугольные импульсы при наличии высокочастотных помех.

Для двукратного расширения диапазона измерения диаметра витых проводов в каждом фотодатчике коррелометра предложено устанавливать не один, а два фотодиода с отдельными светозащитными экранами, имеющими отверстия прямоугольной формы.

Ещё одной технологической задачей, решаемой при выполнении данной работы, является допусковый контроль "эллипсоидности" наносимого на провода пластмассового покрытия. При этом нужно использовать два канала фотопреобразования с расположением датчиков ФП1 и ФП2 в вертикальной и горизонтальной плоскостях относительно провода. При таком размещении фотодатчиков процесс допускового контроля сводится к вычислению разности показаний датчиков и формированию команды "Допуск/запрет", сигнализирующей о необходимости регулирования параметров технологического процесса, применяемого при нанесении изоляционного покрытия на провод (рис. 5).

ГИ

т

АН 1

ФИ

СИ1

ФП1/

ПК

АЦП

СИ2

БОИ

Рисунок 5 - Схема фотодатчика для допускового контроля провода

На основании проведенных исследований установлено, что использование в фотодатчиках усилителей с комбинированной обратной связью позволяющего в десятки раз увеличить разрешающую способность и расширить диапазон измерения бесконтактных приборов корреляционного контроля.

Четвертая глава посвящена оценке и анализу результатов экспериментальных исследований основных узлов прибора корреляционного контроля, а именно исследованию точности фотодатчика скорости протяжки и длины витых проводов, исследованию предельной чувствительности фотодатчиков и оценке погрешностей преобразования фотоэлектрического коррелометра.

Для подтверждения адекватности теоретических положений разработана экспериментальная установка, в которой сваренный провод металлокорда вращался с разной скоростью между роликами и двумя фотодатчиками (рис. 6). Первый фотодатчик использовался для подсчета числа шагов свивки протягиваемого металлокорда, а второй фотодатчик - для синхронизации начала и конца цикла измерения, чтобы уменьшить и даже исключить погрешность дискретности при цифровом измерении количества шагов свивки проводов.

Ролик

Вращение

Рисунок 6 - Конструкция установки для оценки погрешности коррелометра

При экспериментальных исследованиях время измерения задавалось количеством полных оборотов витого провода металлокорда при разной скорости его протяжки, т. е. было обратно пропорционально этой скорости (рис. 7).

При контроле скорости протяжки витого провода металлокорда время измерения частоты устанавливалось по условию 7изм > Ю с, что позволило снизить погрешность дискретности счета до значения < 0,08%.

та

Частотомер

р от?. 2°

л 2>

с 05 2«

ц1пппппппппппппппп

ад

и.

л

X

1

щ

ис

пппппппппппп

и*

Рисунок 7 - Схема экспериментальной установки (а) и диаграммы ее работы (б)

В результате проведенных исследований установлено, что при дискретном изменении скорости протяжки провода в диапазоне У= (0,1 ...5) м/с максимальный разброс показаний при контроле длины провода относительно номинального числа Д^ном = 6400 не превышает значения АД'/ < -(2...6). При этом наибольшее отклонение показаний от номинального уровня наблюдается при малой скорости протяжки металлокорда, составляющей V ~ (0,1...0,2) м/с, причем относительная погрешность измерения длины витого провода не превышает допустимого по техническому заданию уровня ул<,- < 0,1%.

Для экспериментальной оценки чувствительности фотодатчиков проведены исследования с помощью зубчатого пластмассового колеса, расположенного на оптической оси между источником излучения, которое закреплялось на оси электродвигателя и вращалось на оси электродвигателя. В исходном состоянии длина зубьев колеса составляла 2 мм. В процессе вращения пластмассового колеса зубья постепенно стачивались напильником. Для контроля выходного сигнала фото датчика ФД1 при вращении зубчатого колеса к его выходу подключался осциллограф (рис. 7). В результате исследований установлено, что импульсы на выходе фотодатчика устойчиво появляются при высоте зубьев шестерни /г > 0,1 мм, которой определяется порог чувствительности датчика.

Кроме этого, экспериментально установлено, что использование мощного светодиода в качестве источника излучения позволяет обеспечить надежное срабатывание фотодатчиков на расстоянии около 5 см от светового излучателя даже при контроле витых проводов металлокорда малого диаметра 01,2 мм.

В разработанном приборе корреляционного контроля достаточно реализовать с помощью микропроцессора сравнительно простые математические операции (сложения, умножения, деления) цифровых величин. Такие операции выполняются в течение 5..7 тактов, поэтому при использовании генератора тактовой частоты /т = 8 МГц можно обеспечить выполнение вычислений за время < 5 мкс и реализовать высокоточное корреляционное измерение длины и скорости протяжки витых проводов в реальном масштабе времени.

При расчетах погрешностей преобразования учитывают ряд составляющих от влияния нестабильности параметров функциональных узлов. Однако применение время-импульсного преобразования в данном коррелометре позволяет значительно сократить число влияющих факторов и учитывать только:

- нестабильность мощности источника оптического излучения в температурном диапазоне и в течение времени эксплуатации;

- неравномерность чувствительности фотодиода на разных площадках светочувствительного окна, зависящую от места попадания излучения;

- погрешность дискретности, возникающая при цифровом измерении длительностей импульсов и при выполнении вычислений микропроцессором;

- случайные погрешности, зависящие от нестабильности скорости протяжки витых проводов, от влияния помех, в том числе сетевой частоты 50 Гц, и от наличия фоновой засветки при проведении фотоэлектрического контроля.

Погрешность источника излучения связана с временной и температурной нестабильностью излучаемой оптической величины и ее пространственного распределения. В приборах фотоэлектрического контроля сила света зависит от временной деградации светоизлучающего р-и-перехода диода и стабильности тока накачки. При использовании современных интегральных стабилизаторов относительная нестабильность напряжения питания не превышает уи < ±0,1%. Поэтому основное влияние оказывает изменение оптической мощности светового потока во времени. Даже в образцовых средствах измерения мощности оптического излучения данная погрешность составляет уи < ±3,0%. Однако в двухканальном коррелометре изменение мощности излучения светодиодов может привести только к уменьшению чувствительности фотодатчиков, и не влияет на число формируемых ими импульсов. Поэтому применение фотодатчиков на усилителях с положительной обратной связью и большим запасом чувствительности позволяет этой составляющей погрешности пренебречь.

Длительность формируемых импульсов обратно пропорциональна частоте входного сигнала: /и = 1//вх = 2тг/со, поэтому относительная погрешность формирования импульсов составляет у? = 10(Ши//ц ~ 100-0,015/2тс « 0,23%.

Погрешность дискретности счета в цифровых приборах контроля зависит от числа десятичных разрядов, применяемых для индикации результатов измерений и в данном коррелометре составляет уд и » 100/А,гНОм — 0,05%.

Вторая погрешность дискретности при цифровом измерении длительностей импульсов /и ^ 64 мс на выходах фотодатчиков при тактовой частоте заполнения/с^ 8 МГц составляет уд т ~ 100/ /и/о = 100/64-8-103 < 0,0002%.

Третья погрешность дискретности связана с ограничением числа двоичных разрядов при проведении вычислений в микропроцессоре. Учитывая, что в цифровой части устройства применяется микроконтроллера типа ATmega 8 фирмы АШе1, выполняющая вычисления в 16-разрядном двоичном коде, то значение данной погрешности пренебрежимо мало и при максимальном коде

Л^МАХ= 215 = 32768 составляетудм « ЮО/А'мах < 0,003%.

С учетом этого основная погрешность фотодатчиков составляет

уфд °>24%-

Наибольший вклад в общую погрешность преобразования вносит неравномерность светочувствительной площадки фотодиодов. Практически данная погрешность носит случайный характер и уменьшается более чем на порядок в

процессе статистической обработки результатов, проводимой при корреляционном контроле. Для уменьшения случайных погрешностей от влияния фоновой засветки использованы конструктивные способы защиты фотодатчиков.

Таким образом, общая погрешность фотоэлектрического прибора корреляционного контроля скорости протяжки и длины витого провода не превышает максимального значения, составляющего менее 0,1%, и по точности превосходит существующие приборы механического контроля более чем в 2...5 раз.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе на основании теоретических и экспериментальных исследований получены следующие основные результаты.

1. В фотоэлектрических приборах контроля, предназначенных для измерения скорости протяжки и длины витых проводов в условиях производства, необходимо использовать двухканальное корреляционное преобразование, позволяющее значительно уменьшить влияние нестабильности скорости протяжки и изменение шага свивки проводов на результаты контроля.

2. Разработана и исследована двухканальная структура построения прибора корреляционного контроля, обеспечивающая одновременное измерение частоты и длительности импульсов на выходах фотодатчиков при нестабильной скорости протяжки неравномерным шагом свивки проводов, в которой за счет микропроцессорной обработки данных и автоматической коррекции результатов измерений повышена точность и достоверность результатов контроля.

3. Разработана и исследована структура прибора до пускового контроля диаметра изоляции проводов, позволяющая повысить точность измерений и оптимизировать технологический процесс нанесения покрытий в условиях производства при нанесении покрытий на провода разного диаметра.

4. Установлено, что применение в приборах корреляционного контроля фотодатчиков на усилителях с комбинированной обратной связью позволяет в десятки раз увеличить разрешающую способность и расширить диапазон измерения приборов фотоэлектрического контроля механических величин.

5. Разработанные и экспериментально опробованные устройства фотоэлектрического контроля практически изготовлены и используются при проведении ОКР по созданию аппаратуры для контроля проводов металлокорда. Новизна исследований подтверждена патентом на полезную модель.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Багринцев, Д. Ю. Корреляционное измерение длины провода металло-корда. [Текст] / Д. Ю. Багринцев // Техника и технология, № 2,2008. - С. 12 - 18.

2. Багринцев, Д. Ю. Фотодатчики высокой чувствительности для контроля механических перемещений. [Текст] / Д. Ю. Багринцев Ю. Б. Иванов // Известия Орел-ГТУ. Серия "Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии", № 1/269 (544) 2008. - С. 66 - 71.

3. Багринцев, Д. Ю. Корреляционный прием сигналов в цифровых асинхронных системах передачи данных. [Текст] / Д. Ю. Багринцев, Б. Р. Иванов // Материалы I Всероссийской научно-технической конференции "Информтех-2008". - Курск, 2008. - С. 88 - 89.

4. Багринцев, Д. Ю. Двухтактные фотопреобразователи с коррекцией аддитивных погрешностей. [Текст] / Д. Ю. Багринцев, М. А. Волков, Ю. Б. Иванов/ // Материалы 33-й Всероссийской научно-технической конференции "Сети, системы связи и телекоммуникации". - Рязань, 2008. - С. 293 - 294.

5. Багринцев, Д. Ю. Корреляционный динамический фотометр. [Текст] / Д. Ю. Багринцев // Материалы XII Всероссийской научно-техн. конференции студентов, молодых ученых и специалистов НИТ-2007. - Рязань, 2007. - С. 86 - 88.

6. Патент на полезную модель № 75036, МПК G01H 11/00. Устройство для измерения длины витого провода. [Текст] / Д. Ю. Багринцев, Ю. Б. Иванов. Опубл. 20.07.2008. Бюл. № 20.

7. Багринцев, Д. Ю. Коррелометр для бесконтактного контроля длины витых проводов. [Текст] / Д. Ю. Багринцев, Б. Р. Иванов // Известия Орел-ГТУ. Серия "Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии", № 2, 2009. С. 43-47.

8. Багринцев, Д. Ю. Корреляционное измерение скорости протяжки и длины витых проводов. [Текст] / Д. Ю. Багринцев, Д. П. Санников // Датчики и системы, № 4,2009. - С. 21 - 24.

Багринцев Дмитрий Юрьевич

Фотоэлектрический контроль длины и скорости намотки витого провода с корреляционным преобразованием

Специальность: 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной

среды, веществ, материалов и изделий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 24.03.2009 г. Формат 69x84/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. Гарнитура «Times New Roman». Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ № 112

Отпечатано в типографии Академии ФСО России 302034, г. Орел, ул. Приборостроительная, 35

Введение.

Глава 1 Анализ способов и аппаратуры корреляционного контроля пространственно-временных параметров движущихся объектов.

1.1 Основные функции, реализуемые в аппаратуре корреляционного контроля.

1.2 Сравнительная оценка структур построения приборов для корреляционного контроля движущихся объектов.

1.3 Специфика объектов корреляционного контроля.

1.4 Сравнительный анализ датчиков корреляционного контроля.

Выводы по первой главе.

Глава 2 Обоснование корреляционного метода контроля динамических параметров движущихся объектов.

2.1 Особенности корреляционного контроля скорости движения и длины витых проводов металлокорда.

2.2 Сравнительная оценка методов измерения периода и частоты при контроле скорости и длины витого провода.

2.3 Моделирование влияния неравномерности шага скрутки на точность измерения скорости и длины витого провода.

Выводы по второй главе.

3 Особенности реализации функциональных узлов прибора для контроля скорости протяжки и длины витого провода.

3.1 Конструктивные особенности фотоэлектрических датчиков для приборов контроля скорости протяжки витого провода.

3.2 Особенности фотоэлектрического контроля геометрических параметров электрических проводов.

Выводы по третьей главе.

4 Оценка и анализ результатов экспериментальных исследований основных узлов прибора корреляционного контроля.

4.1 Результаты исследований точности фотоэлектрического преобразователя скорости протяжки витого провода.

4.2 Исследование чувствительности фотопреобразователей для контроля скорости протяжки витого провода.

4.3 Оценка погрешностей преобразования фотоэлектрического прибора для корреляционного контроля скорости протяжки и длины витых проводов.

Выводы по четвертой главе.

При проведении работ по модернизации современного производства, связанного с изготовлением канатов, электрических кабелей, проводников с изоляционным покрытием и металлокорда возникает целый ряд технологических задач контроля длины и скорости линейного перемещения изготавливаемых протяженных изделий. Сложность точного измерения таких параметров обусловлена неравномерностью движения и изменением расстояния между датчиками и объектом контроля, а также влиянием внешних факторов и отсутствием прямого контакта с движущимся объектом.

Согласно требованиям ГОСТ14311-85 контроль качества витых проводов и металлокорда выполняется по ряду показателей. Среди них особое место занимает контроль общей длины провода на катушке и длины шага свивки проводов, который практически зависит от силы натяжения и скорости протяжки. Вследствие этого необходимо выполнять измерения длины и скорости протяжки при технологическом контроле витых проводов в условиях производства.

Для данной цели обычно используют методы механических измерений, основанные на преобразовании линейной протяжки провода во вращение направляющих роликов известного диаметра с регистрацией количества их оборотов. Однако точность механических измерений практически ограничивается не только проскальзыванием провода и стиранием поверхности роликов, приводящим к погрешности до 2 - 3%, но и изменением длины витых проводов от силы натяжения, вызывающей дополнительную погрешность измерения около 4 — 5%, что не удовлетворяет требованиям стандарта.

При изготовлении витых проводов изменение силы натяжения приводит к пропорциональной вариации длины шага свивки относительно исходного значения. Это позволяет, учитывая периодический характер свивки проводов, использовать для технологического контроля длины или скорости их протяжки корреляционные методы обработки результатов измерений.

Развитию корреляционных методов измерений посвящено достаточно большое количество работ отечественных и зарубежных ученых. Следует отметить исследования ученых Цапенко М. П., Грибанова Н. И., Козубовско-го Н. Ф., Новицкого П. В., Синицина Б. С., Ланге Ф. и ряда других, которые подробно рассмотрели основные аспекты корреляционного анализа сигналов и разработали структуры построения различных корреляционных приборов.

Несмотря на достаточно подробное теоретическое обоснование преимуществ корреляционного метода измерения, в настоящее время коррелометры изготавливают только в единичных экземплярах и с учетом особенностей контролируемых процессов или изделий. Данное положение обусловлено значительными трудностями, возникающими при технической реализации коррелометров, которые должны выполнять в реальном масштабе времени статистическую . обработку непрерывно поступающих данных о динамических параметрах или характеристиках объектов контроля. Сложность оперативной обработки информации в известных корреляционных приборах обусловлена тем, что при переменной скорости движения контролируемых объектов или процессов нужно выполнять непрерывный поиск экстремального значения автокорреляционной функции. Такая операция реализуется посредством дискретного изменения интервала корреляции т с шагом дискретизации Ах « х и сравнения коэффициентов корреляции, вычисленных при разных значениях т ± Ах. В процессе контроля нужно непрерывно подстраивать интервал корреляции по максимальному коэффициенту корреляции, что практически приводит к значительному увеличению объема вычислительных операций и ограничению точности корреляционных измерений.

Однако существует реальная возможность сокращения объема вычислений и упрощения структуры коррелометров при их использовании для контроля параметров движения объектов с поверхностью волнообразной формы (витых пар проводов., электрических кабелей, длинномерных деталей с внешней резьбой и т. п.). Характерной особенностью таких объектов является равномерное изменение формы или размера диаметра, которое не зависит от скорости движения и определяется только технологией изготовления (шагом скрутки проводов, размером метрической резьбы и т. п.). Несмотря» на то, что такие технологические операции выполняются в производственных условиях с определенными допусками, можно значительно повысить точность измерения указанных параметров за счет статистического усреднения поступающих данных, реализуемого в процессе корреляционных измерений, что позволяет, в итоге, повысить достоверность результатов контроля.

Кроме сложностей, связанных со статистической обработкой данных в реальном масштабе времени, в корреляционных приборах необходимо использовать первичные измерительные преобразователи, обеспечивающие достаточно высокую надежность получения исходных данных о параметрах контролируемых объектов или процессов. Согласно теории измерений, погрешности первичных измерительных преобразователей или датчиков практически невозможно скомпенсировать любыми способами дальнейшего преобразования. Поэтому к чувствительности и стабильности параметров первичных преобразователей предъявляют особые требования.

Возможность сокращения объема вычислений и упрощение структуры корреляционных приборов обусловлено волнообразной формой поверхности витых проводов, зависящей от длины шага свивки или шага намотки оплеточной проволоки. Преобразование этих параметров в импульсную форму позволяет обеспечить работу приборов на линейном участке автокорреляционной функции и реализовать обработку данных на простых логических элементах. Несмотря на то, что операции свивки проводов выполняются с определенными допусками, имеется возможность повысить достоверность результатов корреляционного контроля за счет статистического усреднения данных.

Согласно теории измерений, погрешности первичных измерительных преобразователей практически невозможно скомпенсировать любыми способами дальнейшего преобразования. Поэтому при разработке аппаратуры корреляционного контроля необходимо учитывать свойства применяемых датчиков механических перемещений - их чувствительность, линейности характеристики преобразования и стабильность параметров, влияющих на результаты корреляционного преобразования.

В связи с этим необходима разработка надежных и удобных в эксплуатации фотоэлектрических приборов с корреляционным преобразованием, позволяющих реализовать технологический контроль механических величин в реальном масштабе времени и обеспечивающих высокую точность измерений скорости движения и длины витых проводов в производственных условиях. Этим и характеризуется актуальность темы исследований.

Объектом исследования в работе являются средства корреляционного контроля параметров механических перемещений.

Предмет исследования — двухканальные приборы фотоэлектрического контроля с автокорреляционной обработкой результатов измерений.

Целью диссертационного исследования является уменьшение погрешности фотоэлектрической аппаратуры корреляционного контроля длины и скорости протяжки неравномерно-движущихся витых проводов.

Для достижения поставленной цели необходимо решение нескольких научно-технических задач, к основным из которых относятся следующие:

- сравнительный анализ современных методов корреляционных измерений, применяемых для контроля параметров витых проводов;

- выявление взаимосвязи между точностью измерения пространственно-временных параметров витых проводов и допустимой погрешностью датчиков, применяемых в приборах корреляционного контроля;

- сравнительный анализ характеристик датчиков, применяемых при корреляционном контроле длины и скорости протяжки витых проводов;

- разработка алгоритмов двухканального фотоэлектрического преобразования пространственно-временных параметров с автоматической коррекцией погрешностей от изменения силы натяжения и длины шага свивки проводов;

- разработка и обоснование универсальной структуры построения приборов фотоэлектрического контроля с корреляционным преобразованием на современной элементной базе, обеспечивающих повышение точности измерений и достоверности результатов контроля длины витых проводов за счет автоматической обработки информации в реальном масштабе времени;

- анализ методических и инструментальных погрешностей приборов для оценки точности аппаратуры фотоэлектрического контроля;

- минимизация аппаратурных затрат при создании приборов фотоэлектрического контроля длины и скорости протяжки витых проводов.

Комплексное решение данных научно-технических задач позволит реализовать контроль механических параметров движущихся объектов с необходимой точностью измерений используя корреляционные приборы, обладающие небольшими массогабаритными показателями, низкой потребляемой мощностью и относительно невысокой стоимостью.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем: усовершенствован способ фотоэлектрического контроля длины и скорости протяжки витых проводов за счет применения амплитудно-временного преобразования сигналов фотодатчиков и использования коэффициента автокорреляции в качестве поправки в результаты измерений;

- установлена линейная зависимость периода выходных сигналов фотодатчиков от силы натяжения и длины шага свивки контролируемых проводов;

- предложены алгоритмы определения скорости протяжки и длины витых проводов с двухканальным фотоэлектрическим преобразованием механических величин в импульсы напряжения, основанные на вычислении коэффициентов автокорреляции и их введении в качестве поправки в результаты измерений; разработана схема определения эллипсоидности диаметра проводов, основанная на использовании полученных коэффициентов автокорреляции.

Практическая ценность работы заключается в следующем: на основе проведённых исследований разработана структурная схема построения двухканального фотоэлектрического прибора для корреляционного контроля скорости протяжки и длины витого провода с амплитудно-временным преобразованием механических параметров;

- разработаны и исследованы высокочувствительные фотодатчики для приборов корреляционного контроля механических величин и экспериментально доказана их высокая чувствительность к контролируемым параметрам при значительном ослаблении влияния внешней засветки.

Реализация и внедрение результатов диссертационных исследований.

Результаты диссертационной работы внедрены на предприятии "Инженерные решения" (г. Орел) и использованы в учебном процессе в Академии ФСО России.

Anpo6aijim и публикации результатов работы.

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований обсуждены на XII Всероссийской научно-технической конференции "Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании" (2007, г. Рязань), на 33-й Всероссийской научно-технической конференции "Сети, системы связи и телекоммуникации" (2008, г. Рязань), на I Всероссийской научно-технической конференции "Информтех-2008", г. Курск. По результатам работы опубликовано 5 научных статей в периодической печати и получен патент на полезную модель.

Методы исследования. В работе использованы фундаментальная теория корреляционного анализа, методы математического и схемотехнического моделирования с применением ПЭВМ, теория погрешностей, методы физико-механического моделирования, а также экспериментальные способы исследований с обработкой результатов методами математической статистики.

Достоверность научных положений и полученных результатов исследований подтверждается их адекватностью с известными результатами, найденными с помощью фундаментальных методов теории строительной механики, а также результатами экспериментальных исследований.

На защиту выносятся следующие научные положения: усовершенствованный способ корреляционного контроля скорости протяжки и длины витых проводов, обеспечивающий повышение точности измерений за счет применения двухканального амплитудно-временного преобразования выходных сигналов фотодатчиков; структурная схема построения корреляционного прибора для фотоэлектрического контроля механических параметров движущихся объектов в реальном масштабе времени, защищенная патентом на полезную модель; алгоритм корреляционных измерений скорости движения и длины протяженных объектов, обеспечивающий повышение точности за счет автоматической коррекции погрешностей от неравномерности движения.

Выводы по четвертой главе

1. В результате экспериментальных исследований, проведенных на специально созданной измерительной установке, практически доказано, что использование в фотодатчиках операционных усилителей с отрицательной обратной связью по постоянному току и с положительной обратной связью по переменному току позволяет обеспечить высокую чувствительность к относительно слабой модуляции светового излучения, а также обеспечить надежное амплитудно-временное преобразование сигналов при большом уровне внешней фоновой засветки фотодатчиков.

2. Аналитически подтверждена возможность значительного - в десятки раз - уменьшения инструментальных и случайных погрешностей преобразования при использовании двухканального принципа измерения скорости протяжки и длины витого провода, с применением коррекции результатов измерений посредством автоматического введения поправок при изменении скорости протяжки и шага скрутки витого провода.

3. Предложенный алгоритм амплитудно-временного преобразования с автоматической коррекцией результатов измерений позволяет реализовать высокоточный корреляционный контроль механических величин в реальном масштабе времени и непосредственно в технологическом процессе изготовления витых проводов.

4. Установлено, что высокая чувствительность и надежность работы фотодатчиков, применяемых для контроля скорости протяжки и длины витых проводов, обеспечивается при использовании светодиодных излучателей с узкой диаграммой направленности и фотодиодных датчиков с щелевидными отверстиями в светозащитном экране, позволяющих формировать импульсы при слабой модуляции светового потока.

5. На основании результатов проведенного анализа погрешностей фотоэлектрического и корреляционного преобразования, выполняемых в приборе для измерения скорости протяжки и длины витого провода металлокорда, подтверждена высокая точность разработанного устройства контроля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований устройств фотоэлектрического контроля установлено следующее.

1 В корреляционных приборах, предназначенных для контроля скорости протяжки и длины витых проводов в условиях производства, необходимо использовать двухканальное фотоэлектрическое преобразование, позволяющее значительно уменьшить влияние нестабильности скорости протяжки и изменения шага скрутки проводов на результаты контроля.

2 Для уменьшения объема промежуточных вычислений и выполнения технологического контроля механических величин в реальном масштабе времени целесообразно использовать полярный метод корреляционного измерения скорости протяжки и длины витых проводов, применение которого позволяет исключить процесс поиска экстремума автокорреляционной функции при варьировании времени задержки сигнала, значительно уменьшить аппаратурные затраты и длительность обработки входных сигналов за счет их предварительного преобразования в импульсную форму.

3 При корреляционном измерении скорости протяжки витых проводов металлокорда основным информативным параметром является частота импульсов на выходных двух фотодатчиков, размещенных на фиксированном расстоянии друг от друга, которую можно использовать в качестве эквивалента скорости продольного движения провода, а для уменьшения динамической погрешности измерения длины провода, возникающей от неравномерности скорости протяжки и шага скрутки проводов нужно автоматически вводить поправки в результаты измерений, пропорциональные разности длительностей соседних импульсов, формируемых на выходах фотодатчиков.

4 В результате сравнительной оценки способов цифрового измерения установлена целесообразность применения метода непосредственного счета импульсов для контроля скорости протяжки витого провода, который позволяет обеспечить высокую точность измерения нестабильной частоты формируемых на выходе фотодатчиков импульсов за счет кусочно-линейной аппроксимации характеристики преобразования во время протяжки провода.

5 На основании моделирования процесса корреляционного контроля выявлена возможность высокоточного цифрового измерения скорости протяжки и длины витого провода при неравномерном шаге скрутки и установлена целесообразность применения двухканального корреляционного прибора для допускового контроля нестабильности шага скрутки проводов.

6 Разработана и исследована универсальная структурная схема двухканального прибора корреляционного контроля, обеспечивающая одновременное измерение частоты и длительности импульсов на выходах фотодатчиков при нестабильной скорости протяжки витых проводов с неравномерным шагом скрутки, в которой за счет микропроцессорной обработки и автоматиче ской коррекции результатов повышается точность и достоверность контроля.

7 Разработана и исследована структура прибора допускового контроля диаметра изоляции проводов, позволяющая повысить точность измерений и оптимизировать технологический процесс нанесения покрытий в условиях производства при нанесении покрытий на провода разного диаметра.

8 Установлено, что применение в приборах корреляционного контроля фотодатчиков на усилителях с комбинированной обратной связью позволяет в десятки раз увеличить разрешающую способность и расширить диапазон измерения приборов фотоэлектрического контроля механических величин.

9 Разработанные и экспериментально опробованные устройства фотоэлектрического контроля практически изготовлены и используются при проведении ОКР по созданию аппаратуры для контроля проводов металлокорда. Новизна исследований подтверждена патентом на полезную модель.

На основании изложенного можно сделать вывод о завершенности проведенных исследований, в результате которых значительно повышена разрешающая способность и точность аппаратуры двухканального фотоэлектрического контроля механических параметров в соответствии с поставленной целью работы.

1. Цапенко М. П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование. — М.: Энергоатомиз-дат, 1985.-440 с.

2. Загорский Я. Т., Иванов Б. Р. Микромощные электронные измерительные устройства. М.: Энергоатомиздат, 1993. - 320 с.

3. Ольшевская О. Н. Измерительные преобразователи. Томск, Издательство ТПИ, 1973. - 118 с.

4. Новицкий П. В. Основы информационной теории измерительных устройств. — Л.: Энергия, 1968. — 248 с.

5. Грибанов Ю. И., Веселова Г. П., Андреев В. Н. Автоматические цифровые коррелометры. М.: Энергия, 1971. - 240 с.

6. Синицын Б. С. Автоматические коррелометры и их применение. -Новосибирск: СО АН СССР, 1964. 218 с.

7. Ланге Ф. Корреляционная электроника. Основы и применение корреляционного анализа в современной технике связи, измерений и регулирования / Пер. с нем. Л. М. Миримова. Л.: Судпромгиз, 1963. - 448 с.

8. Харкевич А. А. Спектры и анализ. В кн.: Линейные и нелинейные системы, т. 2. — М.: Наука, 1973. - 556 с.

9. Козубовский С. Ф. Корреляционные экстремальные системы. Киев: Наукова думка, 1973. — 223 с.

10. Лысенко О. Н. Фотоэлектрические датчики компании SICK AG И Компоненты и технологии, 2005. № 5. С. 23 - 29.

11. Фукс-Рабинович Л. И., Епифанов М. В. Оптико-электронные приборы. Л.: Машиностроение, 1979. - 362 с.

12. Бутслов М. И., Степанов Б. М., Фанченко С. Д. Электронно-оптические преобразователи и их применение в научных исследованиях. -М.: Наука, 1978.315 с.

13. Мироненко А. В. Фотоэлектрические измерительные системы. — М.: Энергоатомиздат, 1967. 348 с.

14. Багринцев Д. Ю. Корреляционное измерение длинны провода металлокорда. / Техника и технология", № 2, 2008. С. 12-18.

15. Аксененко М. Д., Бараночников М. JI. Приемники оптического излучения: Справочник. — М.: Радио и связь, 1987. — 296 с.

16. Багринцев Д. Ю., Иванов Ю. Б. Фотодатчики высокой чувствительности для контроля механических перемещений. / Известия Орел-ГТУ. Серия "Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии", № 1/269 (544) 2008. С. 66 - 71.

17. Сиренький И. В., Рябинин В. В., Голощапов С. Н. Электронная техника. — СПб.: Питер, 2006. 413 с.

18. Сайт Интернета www.aecosensors.com

19. Сайт Интернета www.sensor.ru.

20. Багринцев Д. Ю., Иванов Ю. Б. Устройство для измерения длины витого провода. Патент на полезную модель № 75036 от 04.03.08.

21. Иванов В. И., Аксенов А. И., Юшин А. М. Полупроводниковые электронные приборы: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988. - С. 409 -411.

22. Интегральные микросхемы. Операционные усилители: Справочное издание. Том 1. -М.: Додэка, 1993. 238 с.

23. Шило В. JI. Популярные микросхемы КМОП: Справочник. М.: Ягуар, 1993.-64 с.

24. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Высшая школа, 1983. — 536 с.

25. Загорский Я. Т., Котюк А. Ф. Основы метрологического обеспечения лазерной энергетической фотометрии. — М.: Изд. стандартов, 1990. 172 с.

26. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. JL: Энергоатомиздат, 1988. - 304 с.

27. Кончаловский В. Ю. Цифровые измерительные устройства. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 304 с.

28. Виглеб Г. Датчики: Устройство и применение. М.: Мир, 1989. — 286 с.

29. Гальперин М. В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. — М.: Энергоатомиздат, 1987. 320 с.

30. Измерения в электронике: Справочник./ В. А. Кузнецов, В. А. Долгов и др.; Под ред. В. А. Кузнецова. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 512 с.

31. Каталог продукции ЗАО "Протон". Орел: Протон, 2007. - 240 с.

32. Карасик В. Е., Орлов В. М. Лазерные системы видения. М.: Изд-во МГТУ, 2001.-162 с.

33. Кривченко Т. П., Чепурин И. Н. Полупроводниковые датчики компании Моторола. Современная электроника, № 3, 2003. С. 34 - 38.

34. ГОСТ 17772-88. Приемники излучения. Полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства. Методы измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик.

35. Ишанин Г. Г., Панков Э. Д., Андреев А. Л., Полыциков Г. В. Источники и приемники излучения. СПб.: Политехника, 1991. - 356 с.

36. Багринцев Д. Ю. Корреляционный динамический фотометр. // Материалы XII Всероссийской научно-технической конференции НИТ-2007. — Рязань, 2007. С. 86 - 88.

37. Малинин В. В. Моделирование процесса преобразования оптического сигнала в электрический в ФПМ на приборах с зарядовой связью. // Информация и космос. 2004, № 4. - С. 48 - 54.

38. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах. Т. 3. Пер. с англ. М.: Мир, 1993. - 367 с.

39. Москатов Е. А. Электронная техника. Таганрог, 2004. - 121 с.

40. Богданов Н. Г., Иванов Ю. Б., Санников Д. П. Способ повышения чувствительности фотоэлектрических преобразователей. / Телекоммуникации, № 2, 2007.-С. 35-38.

41. Лачин В. И., Савелов Н. С. Электроника: 5-е изд. — Ростов н/Д: Феникс, 2005.-704 с.

42. Богданов Н. Г., Иванов Ю. Б., Наумов Е. Ю. Расширение динамического диапазона фотоэлектрических преобразователей. / Телекоммуникации, № 7, 2007.-С. 41 -44.

43. Мельников А. А. Обработка частотных и временных импульсных сигналов. -М.: Энергоатомиздат, 1986. — 134 с.

44. Справочник по средствам автоматики. / Под ред. В. Э. Низэ и И. В. Антика. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 504 с.

45. Макаров И. М., Менский Б. М. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал). М.: Машиностроение, 1977.-464 с.

46. Богданов Н. Г., Иванов Ю. Б. Высокочувствительные фотоприемные устройства для систем телекоммуникаций. // Материалы I Всероссийской научно-технической конференции "Информтех-2008". — Курск, 2008. — С. 84-85.

47. Багринцев Д. Ю., Иванов Б. Р. Корреляционный прием сигналов в цифровых асинхронных системах передачи данных. // Материалы I Всероссийской научно-технической конференции "Информтех-2008". Курск, 2008. -С. 88-89.

48. Каталог микросхем фирмы Analog Devices, 2006. С. 245 - 247.

49. Богданов Н. Г., Иванов Ю. Б. Свойства светочастотных преобразователей на цифровых микросхемах. // Материалы 33-й Всероссийской научно-технической конференции "Сети, системы связи и телекоммуникации". — Рязань, 2008. С. 295 - 296.

50. Багринцев Д. Ю., Волков М. А., Иванов Ю. Б. Двухтактные фотопреобразователи с коррекцией аддитивных погрешностей. // Материалы 33-й

51. Всероссийской научно-технической конференции "Сети, системы связи и телекоммуникации". -Рязань, 2008. С. 293 - 294.

52. Шляндин В. М. Цифровые измерительные устройства. — М.: Высшая школа, 1981. 335 с.

53. Лозицкий С. М. Схемы, методики и сценарии тестирования SPICE-совместимых макромоделей операционных усилителей. / Современная электроника, 2006, № 4. С. 50 - 55.

54. Волков М. А., Иванов Ю. Б., Наумов Е. Ю. Светочастотные преобразователи для цифровых приборов неразрушающего контроля. / Известия Орел-ГТУ. Серия "Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии", № 5, 2007. С. 20 - 23.

55. Технические средства диагностирования: Справочник / В. В. Клюев, П. П. Пархоменко, В. Е. Абрамчук и др.; Под общей ред. В. В. Клюева. -М.: Машиностроение, 1989. 672 с.

56. Фотодиод ФД-24К. Технические условия ТУ-3-3.1693-79. 39 с.

57. Иванов Б. Р. Цифровой измеритель мощности оптического излучения. // Приборы и системы управления, 1991. № 11. С. 46 - 47.

58. Нефедов А. В., Аксенов А. И. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Микросхемы. Часть 1. Справочник. М.: Радио и связь, 1993. — 240 с.

59. Диагностика микрогеометрии поверхности детали с использованием лазера. / Афонасьев Б. И., Тиняков А. И., Барсуков Г. В., Поляков А. И. — Орел: Орел-ГТУ. 16 с.

60. Пустынский И. Н. и др. Адаптивные фотоэлектрические преобразователи с микропроцессорами. М.: Энергоиздат, 1990. 80 с.

61. Орнатский П. П. Автоматические измерения и приборы. — Киев, Вища школа, 1971. 468 с.

62. Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное руководство по физике. М.: Наука, 1989. - 576 с.

63. Киес Р. Дж. и др. Фотоприемники видимого и инфракрасного диапазонов. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1985. — 328 с.

64. Харкевич А. А. Теория преобразователей. Литиздат, 1948. - 356 с.

65. Костиков В. В. Погрешность координатных измерений диаметров. // Радиотехника, 1989. № 7. С. 36 - 41.

66. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: в 2-х томах. Том 2. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. - 456 с.

67. Бартон Д. и др. Приборы с зарядовой связью. Пер. с англ. М.: Энергоиздат, 1981. - 376 с.

68. Вольф У. и др. Справочник по инфракрасной технике в 4-х томах. Том 2. Пер. с англ. М.: Мир, 1995. - 606 с.

69. Капассо Ф. и др. Техника оптической связи: фотоприемники. Пер. с англ. -М.: Мир, 1988. 526 с.

70. Бейкер В. Д. и др. Приборы с зарядовой связью. Пер. с англ. М.: Мир, 1982.-240 с.

71. Аксененко М. Д. и др. Микроэлектронные фотоприемные устройства. М.: Энергоиздат, 1984. - 208 с.

72. Пароль Н. В., Кайдалов С. А. Фоточувствительные приборы и их применение. — М.: Радио и связь, 1991. 112 с.

73. ГОСТ14311-85. Металлокорд.

74. Багринцев Д. Ю. Коррелометр для бесконтактного контроля длины витых проводов. Текст. / Д. Ю. Багринцев, Б. Р. Иванов // Известия Орел-ГТУ. Серия "Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии", № 2, 2009. С. 23 27.

75. Мирошников М. М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1983. - 328 с.

76. Алиев Т. М., Тер-Хачатуров А. А. Измерительная техника: М.: Высш. школа, 1991. - 438 с.

77. Багринцев Д. Ю. Корреляционное измерение скорости протяжки и длины витых проводов. Текст. / Д. Ю. Багринцев, Д. П. Санников // Датчики и системы, № 3, 2009. С. 42 - 46.