автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Лазерные методы и средства измерения геометрии поверхностей сложной формы

На правах рукописи

Дёмкин Владимир Николаевич

ЛАЗЕРНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ

Специальность: 05.11.07 Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре общей и теоретической физики и МПФ Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рязанский государственный педагогический университет им. С.А.Есенина».

Научные консультанты:

доктор физико-математических наук, профессор В.Е.Привалов

заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор физико-математических наук, профессор ВАСтепанов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Соколов А.Л. доктор технических наук Власов А.Н. доктор технических наук Магдич Л.Н.

Ведущая организация: ВНИИ ОФИ

Защита состоится ^ ноября 2004 года в ч^а с о в на заседании диссертационного совета Д.409.003.01 в ФГУП НИИ «Полюс» по адресу: г. Москва, 117342, ул. Введенского, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в, библиотеке института. Автореферат разослан 2004 г.

Ваши отзывы и замечания по автореферату ( в двух

экземплярах ) просим высылать по адресу: г. Москва, 117342,

ул. Введенского, 3, секретарю диссертационного совета Д.409.003.01,

Ученый секретарь диссертационного совета

200$-Ч 4 £>£>^4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1. Актуальность работы

В машиностроении, на заводах машиноремонтного профиля, а также во многих других областях науки и техники создалось положение, когда при выпуске сложной, уникальной аппаратуры и ремонте ответственных узлов контроль геометрических параметров основных базовых деталей осуществляется, в основном, с помощью рулеток, шаблонов, штангенциркулей и других контактных средств.

Применение таких контактных средств не только не обеспечивает необходимой точности и оперативности измерений, но и в некоторых случаях делает их невозможными. С другой стороны, появились высокотехнологичные оптикоэлектронные приборы, позволяющие создавать эффективные бесконтактные измерители, снижающие погрешности, характерные для традиционной измерительной техники. Особое место среди них занимают бесконтактные лазерные измерители.

В настоящее время наиболее широко для измерения геометрических параметров узлов и деталей применяются методы: лазерной дефектоскопии, теневой и триангуляционный. Их совокупность дает возможность определить качество обработки поверхности, ее дефекты, контуры деталей, а также профиль поверхности изделия. Для лазерных дефектоскопов максимально достижимая точность измерений определяется флуктуациями мощности излучения лазера. При использовании теневого метода возникают ограничения, связанные с быстродействием, размерами рабочей зоны и синхронизацией результатов измерений нескольких измерителей. Лазерные триангуляционные измерители развиваются наиболее активно («РИФТЭК» - Беларусь; КТИ НП СО РАН - Россия; "MTI Instruments Inc." - США; "MEL"- Германия; "Keyence"-Великобритания ), однако их массовое применение ограничено. Причина этого в том, что приборы рассчитаны для работы на поверхностях, имеющих равномерное рассеяние и расположенных ортогонально зондирующему лазерному пучку. Реальная поверхность всегда шероховата, может иметь царапины, ржавчину, следы обработки, отверстия. В результате прибор, рассчитанный на погрешность 10 - 50 мкм, дает погрешность &№1ДОВДЩ>.1Н>11АЛЬНАН .

БИБЛИОТЕКА { С. Пен

о»

Таким образом, комплексное решение вопросов, способствующее повышению точности измерений лазерных дефектоскопов, теневых и триангуляционных измерителей, является актуальной научно - технической проблемой, имеющей важное практическое значение.

2. Цель диссертационной работы заключалась в разработке научных основ создания лазерных измерителей геометрических параметров поверхностей сложной формы с целью повышения точностных характеристик измерителей контурных размеров сложных крупногабаритных деталей, триангуляционных измерителей деталей, способных работать на фрактальных поверхностях с различной шероховатостью и- наличием локальных дефектов, а также повышение точности средств стабилизации мощности лазерного излучения.

Для достижения цели ставились следующие задачи:

1. Теоретически проанализировать и экспериментально исследовать процессы, ограничивающие достижение высокой точности в триангуляционном методе, при измерении шероховатых поверхностей сложной формы с большой разницей в коэффициенте отражения по измеряемой поверхности.

2. Теоретически проанализировать и экспериментально исследовать процессы, ограничивающие достижение высокой точности в теневых измерителях с оптической разверткой ( приборы, в которых развертка луча осуществляется цилиндрическими линзами ).

3. Теоретически проанализировать и экспериментально исследовать процессы, ограничивающие достижение высокой стабильности мощности лазерного излучения активными средствами.

4. Разработать методы и средства, позволяющие повысить точность измерений триангуляционным способом шероховатых поверхностей сложной формы с большой разницей в коэффициенте отражения по измеряемой поверхности, а также методы и средства, позволяющие повысить точность измерений теневых измерителей с оптической разверткой.

5. Разработать методы и средства, позволяющие снизить флуктуации амплитуды мощности излучения лазеров до уровня, не превышающего 0,1 - 0.5% применительно к использованию в измерителях геометрических параметров.

3. Методы исследований, использованные в работе: теоретический анализ литературных и экспериментальных данных, метод функционального анализа волновой оптики, измерительной техники и автоматического регулирования. а также компьютерное моделирование и физический эксперимент.

4. Достоверность и обоснованность результатов

проведенных исследований определялась: проверкой предлагаемых методов и средств повышения точности измерений при их серийном внедрении для контроля деталей и узлов подвижного состава на железных дорогах Российской Федерации; сравнением результатов теоретических расчетов с результатами физического эксперимента; а также сравнением результатов измерений, полученных при использовании ранее разработанных методов и методов, предлагаемых в настоящей работе.

5. На защиту выносятся:

Закономерности влияния на точность и стабильность работы активных систем стабилизации мощности газоразрядных лазеров флуктуации поляризационного соотношения. Показано. что флуктуации поляризационного соотношения вызывают значительные изменения коэффициента отражения светоделителя, что существенно снижает эффективность работы систем стабилизации мощности.

Установленный факт влияния флуктуации мощности лазерного излучения на точность измерений в устройствах, использующих теневой лазерный метод с оптической разверткой. Предложен способ компенсации этого влияния, позволяющий при использовании стабильного светоделителя повысить точность измерения.

Математическая модель, описывающая влияние формы и ориентации поверхности на точность измерений триангуляционным методом и позволяющая вычислить смещение координаты центра пятна при деформации индикатрисы рассеяния локальными изменениями формы поверхности.

Методы конструирования и использования лазерных триангуляционных измерителей, работающих с шероховатыми поверхностями, заключающиеся в:

- расположении плоскости триангуляции ортогонально к направлению штрихов обработки с целью повышения точности измерений деталей со следами обработки, имеющих упорядоченную деформацию поверхности;

- использовании зондирующего лазерного пучка с круговой поляризацией с целью повышения наибольшей равномерности распределения индикатрисы рассеяния, обеспечивающей наивысшую точность определения координат центра пятна зондирующего лазерного излучения при измерении поверхностей, имеющих анизотропную и изотропную шероховатость.

Метод определения параметров триангуляционного измерителя и границы его применимости при работе на поверхностях с различной шероховатостью на основе приведенной в работе математической модели.

Зависимость изменения тока лазерного диода, обусловленная изменением температуры, влияющая на распределение интенсивности мощности по изображению пятна зондирующего лазерного

излучения на многоэлементном фотоприемнике, приводящая к изменению координаты центра тяжести пятна и являющаяся одним из физических ограничений достижения высокой точности измерений триангуляционным методом.

б.Научная новизна.

В диссертации с единых методологических позиций проведен комплекс теоретических и экспериментальных

исследований, позволивший разработать основы создания высокоточных лазерных измерителей контурных размеров сложных крупногабаритных деталей, лазерных триангуляционных измерителей, способных измерять профиль деталей, имеющих фрактальные поверхности с различной шероховатостью и наличием локальных дефектов, эффективных внешних средств стабилизации мощности лазерного излучения. Рассмотрено влияние на точностные характеристики вышеуказанных измерителей параметров зондирующего лазерного излучения, формы, ориентации и шероховатости поверхности, параметров фотоприемного устройства.

Для этого:

Разработана математическая модель, описывающая зависимость коэффициента отражения светоделительной пластины от поляризационного соотношения, азимутального угла, вектора Е и угла

падения. Показано, что минимальные изменения коэффициента отражения, соответствующие флуктуациям поляризационного соотношения и азимутального угла, будут, если вектор Е расположен либо в плоскости падения, либо ортогонально к ней.

Разработаны и исследованы светоделители, коэффициент деления которых имеет минимальную зависимость от флуктуации плоскости поляризации. Светоделители способны работать с лазерами, имеющими слабоанизотропный резонатор и высокий уровень флуктуации плоскости поляризации. Новизна технических решений подтверждается а.с. 1371344, а.с. 1544038, а.с. 1681708.

Получено выражение для определения оптимальной мощности зондирующего лазерного пучка с учетом времени экспозиции и величины шероховатости поверхности.

Получена теоретическая зависимость точности измерений от величины измеряемого расстояния, учитывающая базу триангуляции, угловое поле оптической системы, размер пиксела фотолинейки ПЗС и позволяющая правильно рассчитать и выбрать эти параметры при конструировании триангуляционных измерителей.

Показано, что использование максимально возможной экспозиции ( исходя из уровня видеосигнала) резко снижает влияние порога селекции видеосигнала на точность измерения координаты центра пятна зондирующего лазерного излучения.

Обнаружено и исследовано влияние флуктуации мощности лазерного излучения на точность измерений теневым методом с оптической разверткой.

Обнаружено и исследовано влияние изменений тока лазерного диода на точность измерений триангуляционным методом, связанное с изменением распределения интенсивности плотности мощности в отраженном сигнале.

Исследования влияния формы поверхности измерения и ее локальных изменений на точностные характеристики триангуляционного измерителя, использующего лазер с линейной поляризацией, позволили сформулировать принципы повышения точности таких измерителей:

- положение триангуляционного измерителя относительно измеряемой поверхности, а также взаиморасположение лазера и фотоприемной камеры должно быть таким, чтобы при сканировании изменение угла наблюдения было минимальным;

- положение плоскости поляризации линейно поляризованного зондирующего лазерного пучка для снижения влияния формы и ориентации поверхности на точность измерений должно быть ортогонально плоскости падения;

- положение триангуляционного измерителя, имеющего лазер с линейной поляризацией для обеспечения максимального уровня полезного сигнала, должно быть таким, чтобы плоскость поляризации зондирующего лазерного пучка была ортогональна плоскости триангуляции.

Исследованы характеристики отражения лазерного излучения от поверхности катания железнодорожного колеса при движении состава. Определен оптимальный диаметр пятна зондирующего излучения на поверхности катания колеса, обеспечивающий наибольшую точность измерения профиля поверхности катания.

Получено выражение, определяющее границу применимости триангуляционного измерителя в зависимости от его базы, диапазона измерений, величины шероховатости поверхности и зависимости интенсивности отраженного сигнала от угла падения для различных величин шероховатости.

7. Практическая значимость и реализация результатов работы.

Разработан лазерный измеритель, использующий теневой метод с оптической разверткой, в котором применение простой оптической системы с дальнейшей электронной компенсацией аберрации позволяет сочетать широкий диапазон измерений с высокой точностью, быстродействием и низкой стоимостью. Использование этого прибора в автоматизированной системе контроля геометрических параметров деталей автосцепки позволило при сканировании проводить одновременно измерение до 50-и размеров.

На основании проведенных исследований разработан. апробирован и готовится к внедрению автоматизированный комплекс триангуляционных измерителей профиля катания колес вагонной пары при движении состава «Профиль».

Результаты работы позволили создать на основе триангуляционного метода датчики для стендов измерения параметров пружин рессорной подвески «Лазер-М» и «Стрела». В настоящее время изготовлено 25 стендов, каждый из которых способен в сутки контролировать и разбраковывать до 500 пружин в

смену. Стенды установлены на всех железных дорогах Российской Федерации.

По результатам полученных отзывов МПС одобрило программу по увеличению серийного выпуска стенда в 2004 г.

Новизна технических решений подтверждается патентом на полезную модель № 18850.

Методы и средства, предложенные в данной диссертации, использованы при конструировании измерительных датчиков геометрических параметров вагонных тележек, фрикционных клиньев, башмаков, колесных пар, пантографов, автосцепок, роликов, буксовых подшипников. Их использование позволяет осуществить измерение шероховатых поверхностей сложной формы с достаточной точностью. Внедрены на Московской железной дороге.

Новизна технических решений подтверждается патентами на полезные модели № № 16402,17978,18851.

Разработаны и исследованы светоделители, коэффициент деления которых имеет минимальную зависимость от флуктуации плоскости поляризации. Светоделители способствуют измерению с высокой точностью мощности проходящего излучения для лазеров, имеющих слабоанизотропный резонатор и высокий уровень флуктуации плоскости поляризации. Внедрены в РГПУ при проведении учебного процесса и в ОАО НИИ ГРП «Плазма» при проектировании лазерных систем.

Новизна технических решений подтверждается а.с. 1371344, а.с. 1544038, а.с. 1681708.

Разработана схема устройства стабилизации мощности УСМ-1, позволяющая обеспечить долговременную нестабильность мощности излучения на уровне 0,1- 0,5 %, в которой использованы высокостабильный светоделитель и термостабильное фотоприемное устройство. Опытные образцы УСМ-1 внедрены на предприятии МНПО «Спектр». Устройство используется во ВНИИМ в составе газохроматического комплекса. Оно будет применено в автоматизированной системе контроля роликов буксовых подшипников в железнодорожном депо станции Сасово.

Разработаны устройства стабилизации мощности излучения гелий - кадмиевого лазера, позволяющие повысить стабильность выходной мощности за счет стабилизации тока разряда и температурного режима разрядного промежутка, что позволило снизить высокочастотные флуктуации, получить долговременную

нестабильность тока разряда 0,03 %, долговременную нестабильность мощности излучения в условиях изменения температур 5 %.

Устройства внедрены в ОАО НИИ ГРП «Плазма».

Новизна технических решений подтверждается а.с. 877501, а.с.

708924.

8. Апробация работы и публикации

Основные результаты работы докладывались на всероссийских и международных конференциях, среди которых: Первый международный Радиоэлектронный форум «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» ( Харьков, 2002 г. ), международная конференция «Неразрушающий контроль и компьютерные технологии» ( Санкт-Петербург, 1999 г. ), отраслевая конференция «Неразрушающие физические методы и средства контроля» (Москва, 1987 г.), отраслевая конференция «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение « ( Москва, 1986 г. ), отраслевая конференция «Источники питания и применения газовых лазеров» ( Рязань, 1986 г. ), отраслевая конференция «Лазеры, измерения, информация» ( Санкт-Петербург, 2001 г, 2002 г., 2003 г. ), конференция «Лазеры для медицины, биологии и экологии «( Санкт -Петербург, 2001 г., 2002 г.).

По материалам диссертации опубликовано 56 печатных работ, приведенных в списке литературы в конце автореферата.

9. Личный вклад автора

Диссертация написана по материалам исследований, выполненных лично автором, при его непосредственном участии или под его руководством. Автором выполнены исследования, определившие защищаемые положения и методики. Соавторство, в основном, относится к практической реализации и выполнению части экспериментальных исследований.

Ю.Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы из 195 наименований. Текст изложен на 222 страницах и сопровождается рисунками. Общий объем диссертации 248 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, задачи исследования и защищаемые положения.

В первой главе проведен обзор работ, посвященных методам и средствам измерения геометрии поверхностей. Приведены сравнительные характеристики теневого, интерференционного, триангуляционного, дифракционного, голографического методов, а также метода точной фокусировки и метода лазерной дефектоскопии ( определения качества поверхности по характеристике рассеяния ). Анализ характеристик этих методов, принципиальных особенностей, схем построения позволил сделать вывод о том, что в условиях массового контроля изделий сложной формы и с различной шероховатостью поверхности ( например, при ремонте деталей подвижного состава в условиях депо ) наиболее предпочтительными являются методы: триангуляционный, теневой с оптической разверткой и метод лазерной дефектоскопии. Первые два могут определять контурные размеры и профиль поверхности деталей в широком диапазоне, а последний - чистоту поверхности и ее дефекты. Немаловажным является и то, что эти методы хорошо способствуют процессу автоматизации контроля.

Проведен анализ причин, ограничивающих достижение высокой точности:

- в лазерных дефектоскопах это, прежде всего, флуктуации лазерного излучения;

- в теневых измерителях с оптической разверткой - аберрации оптической системы и флуктуации мощности лазерного излучения;

- в триангуляционном методе это влияние формы поверхности, величины и характера ее шероховатости, изменение коэффициента отражения при сканировании поверхности.

На основе анализа причин, препятствующих достижению высокой точности измерений, сформулированы основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе теоретически и экспериментально исследуются факторы, ограничивающие достижение высокой точности измерений. Установлен факт влияния нестабильности мощности излучения и времени экспозиции на точность измерения теневым методом в приборах с оптической разверткой.

Приборы, работающие по принципу теневого метода и использующие оптическую развертку, имеют ряд преимуществ по сравнению с приборами, в которых измеряемый размер определяется по времени затемнения. Они позволяют получать большую рабочую зону и не ограничиваться одной плоскостью, что дает возможность измерять геометрические размеры сложных деталей. Возможно измерение нескольких десятков размеров одновременно.

На основе экспериментальных зависимостей (рис.1) показано, что основными факторами, ограничивающими точность измерения указанными приборами, являются влияние флуктуации мощности лазерного излучения и времени экспозиции, а также оптические аберрации.

а) б)

Рис. 1. Зависимость измеренного размера детали Э от изменения мощности излучения лазера (а) и времени экспозиции (б).

Для исключения влияния нестабильности мощности и времени экспозиции на точность измерений необходимо:

- использовать стабилизированные источники лазерного излучения или вводить компенсацию влияния флуктуации лазерной мощности;

- калибровать и использовать измерители с оптической разверткой, не изменяя время экспозиции, по существу являющееся временем измерения. При необходимости изменения времени измерения следует вводить в калибровочную кривую поправочный коэффициент.

Наиболее широко в измерительных приборах и системах используются газоразрядные и полупроводниковые лазеры. В связи с этим рассмотрено влияние флуктуации параметров излучения

газоразрядных и полупроводниковых лазеров на работу измерителей геометрических параметров.

Показано, что нестабильность мощности является причиной, ограничивающей точность измерения в лазерных дефектоскопах и в измерителях, использующих теневой метод с оптической разверткой. Для значительного повышения стабильности используются активные методы, базирующиеся на создании различных систем стабилизации мощности (ССМ). В ряде работ рассматривались различные ССМ, но, несмотря на аналогичность средств и методов, в них были получены неодинаковые результаты.

Показано, что неэффективность работы ССМ с газовыми лазерами обусловлена флуктуациями плоскости поляризации лазерного излучения. ССМ чувствительна к поляризации излучения благодаря светоделительному элементу, в качестве которого чаще всего используется является светоделительная пластина (рис. 2).

Рис.2.

Функциональная схема ССМ: 1-лазер,

2 - акустооптический модулятор,

3 - светоделительная пластина, 4 - фотодиод, 5 - схема сравнения, 6- усилитель,

7 - контрольный фотоприемник,

8 - измеритель нестабильности,

9 - самописец

Получено выражение, связывающее величину

стабилизируемой мощности Рст с коэффициентом отражения И. (Л.) от одной грани ), коэффициентом усиления системы стабилизации К и коэффициентом передачи ФПУ Кфпу

Ря = (1-яух Кхиоп/О + ККф^Я,),

где иоп- опорное напряжение.

Теоретически и экспериментально исследовано поведение коэффициента отражения от угла падения 0, флуктуации поляризационного .соотношения Р, а также азимутального угла & между плоскостью поляризации и плоскостью падения лазерного пучка. Теоретическая зависимость описывается выражением

Я = со52а (Ыр + ^Р) + вт2 а (ИрР + Кз)/(1+Р) (1)

Влияние флуктуации положения плоскости поляризации на изменение сигнала ФПУ иллюстрируется зависимостями (Рис. 3 ).

На основании проведенных исследований сделан вывод, что основными путями повышения стабильности и точности активных средств стабилизации являются: совершенствование пассивных методов и средств, позволяющих снизить максимальную нестабильность мощности лазерного излучения, использование газоразрядных лазеров с внутренними зеркалами и фиксированной анизотропией резонатора, применение светоделителей, нечувствительных к флуктуациям поляризационных характеристик лазерного излучения, обеспечение стабильности и линейности передаточных характеристик ФПУ.

Полупроводниковые лазеры широко используются в триангуляционных измерителях. Информация об измеряемом размере содержится в координатах центра пятна зондирующего излучения. Точность определения этих координат зависит не только от способа их определения, но и от стабильности распределения мощности по сечению изображения пятна зондирующего излучения на фотолинейке. Проведены исследования нестабильности распределения плотности мощности ( РПМ ) по сечению изображения пятна на фотолинейке для различных типов полупроводниковых лазерных

Рис. 3. Относительное изменение сигналов ФПУ при использовании светоделительной пластины: : 1 - прошедший пучок; 2 - отраженный пучок.

диодов. Установлено, что изменение тока существенно влияет на характер РПМ в сечении изображения пятна лазерного излучения на фотолинейке.

Изменение РПМ влияет на координату центра пятна и, соответственно, на точность измерений. Получена характерная для триангуляционного измерителя зависимость координаты центра пятна от величины тока лазерного диода.

Это явление обуславливает предельно достижимую точность измерений триангуляционным методом в условиях изменения температуры. Для исключения влияния этого явления на точность измерения необходимо исключить обратную связь по мощности излучения, способствующую изменению

тока лазерного диода или предусмотреть стабилизацию температурного режима лазерного диода.

Рассмотрено влияние формы и ориентации поверхности на точность измерений триангуляционным методом при использовании поляризованного лазерного излучения. Поверхность измеряемых деталей имеет разнообразную форму. Поэтому возможна ситуация, когда угол падения равен углу наблюдения, и, следовательно, помимо диффузного возможно зеркальное отражение. Индикатриса рассеяния деформируется в зависимости от формы поверхности. Поэтому форма распределения интенсивности отраженного сигнала при сканировании по сложной поверхности может быть самой различной.

Для оценки влияния зеркальной составляющей на точность измерения разработана математическая модель, описывающая

зависимость центра изображения пятна гц от неравномерности функции распределения интенсивности { ( г ) в отраженном сигнале.

|гЕ0 е~2^<1(г)+ /гш, б(г-с!) Гц = --?-Ь--(2)

}Е0е"^ё(г)+ }т„8(г-<1)

ь ъ

где г - радиус пятна ( координаты точки, как расстояния от центра пятна ); Го= 0,7 г тах; Ео - максимальное значение мощности зондирующего лазерного пятна; 6 ( г — <1) - дельта - функция Дирака, смещенная на величину (1; т<| - весовой коэффициент дельта -функции; ав - диаметр изображения пятна на фотолинейке.

Если распределение интенсивности имеет значительную неравномерность в нескольких точках, то вместо одной дельта -функции к гауссовому распределению добавляется сумма дельта - функций с соответствующими координатами и весовыми коэффициентами. Из математической модели получен ряд зависимостей, определяющих это влияние дня конкретного фотоприемного устройства, когда 2 / Го2 = 1 и Ео = 1, а фотолинейка ПЗС имеет 2048 пиксел. Центр изображения пятна на фотолинейке при гауссовом распределении имеет координату 1000.

Анализ полученных зависимостей показывает, что неоднородность распределения интенсивности в изображении пятна зондирующего излучения на фотолинейке вызывает существенную ошибку в определении координаты центра пятна. Это ошибка тем больше, чем больше диаметр пятна и величина координаты неоднородности d. Для снижения влияния неоднородности распределения интенсивности в изображении пятна на точность определения координаты центра пятна необходимо диапазон измерений по дальности сделать таким, чтобы он входил в глубину резкости, а изменение интенсивности отраженного от измеряемой поверхности излучения было минимальным.

Падающий зондирующий пучок чаще всего поляризован. Рассмотрено влияние положения плоскости поляризации на характер отражения от измеряемой поверхности при различных углах падения. Это влияние было исследовано экспериментально на поверхности катания железнодорожного колеса (рис. 6).

Ш. отк. ед.

Ц2(1> I-'

Ш. отн. ед. Т45П <25 400 375 350 325 300 275 250 225 200 175 150 125 100 75 50

0 2 4 6 8 10 12 1416 10 20 22 24 28 20 30 32

Цсш

Рис. 6. Изменение уровня отраженного сигнала при сканировании по поверхности катания колеса: ЩЬ)- падающее лазерное излучение поляризовано в плоскости падения; ЩЬ) - падающее лазерное излучение поляризовано перпендикулярно плоскости падения.

Полученные зависимости имеют резкий максимум на участке, где угол падения близок к углу наблюдения. Однако величина максимума

существенно зависит от ориентации плоскости поляризации падающего пучка. Наименьший разброс интенсивности в отраженном сигнале будет , наблюдаться в том случае, когда плоскость поляризации зондирующего лазерного пучка ортогональна плоскости падения.

Для того, чтобы свести к минимуму влияние формы поверхности на точность измерений, необходимо выбирать углы падения и наблюдения (угол наблюдения - угол между оптической осью фотоприемной камеры и нормалью к измеряемой поверхности) таким образом, чтобы при сканировании измеряемой поверхности они не были бы равны друг другу. Кроме этого, существенно снизить влияние формы и ориентации поверхности можно, ориентируя плоскость поляризации зондирующего лазерного пучка ортогонально плоскости падения.

Исследовано влияние шероховатости поверхности на точность измерения расстояния триангуляционным методом. Количество и направленность рассеянного света зависит от свойств поверхности. Следовательно, шероховатость поверхности может влиять на определение координат центра пятна в триангуляционном методе измерений. Зеркально гладкая поверхность не создает диффузно рассеянного излучения и, следовательно, измерение такой поверхности возможно только в одной точке, где угол падения равен углу наблюдения. В связи с этим определены условия и границы применяемости триангуляционного метода измерений в зависимости от шероховатости поверхности.

В работах Ф. Енча установлено, что для шероховатой поверхности существует такой критический угол падения начиная с которого наблюдается только зеркальное отражение света. Математически связь между критическим углом, параметрами излучения и шероховатостью поверхности можно представить как 2h cos = Я, / к, где h - высота шероховатости, к - постоянная, характерная для определенного металла. С учетом вышеуказанной формулы и работ А. С. Топорца, в которых принято 2h = Rz, k = 3, рассмотрено влияние шероховатости и длины волны на величину критического угла

fкр = arc cos X / 3RZ (3)

Для работы триангуляционного измерителя по диффузному отражению необходимо, чтобы при нормальном падении зондирующего пучка на измеряемую поверхность угол триангуляции фтр< Укр В этом случае будет иметь место диффузное отражение. Область работы триангуляционного измерителя, работающего по диффузному отраже-

(4)

Это выражение определяет взаимосвязь между базой триангуляционного измерителя Ь, дальностью до объекта с1 и величиной шероховатости

Область, лежащая справа от соответствующей кривой на рис. 7, является рабочей областью триангуляционного измерителя, работающего по диффузному отражению. Полученная зависимость показывает, что для поверхностей с малым Лг существенно снижаются диапазоны углов падения и наблюдения, при которых возможно измерение расстояния.

Получены зависимости влияния шероховатости на деформацию индикатрисы рассеяния для 5 образцовых мер шероховатости 10, 11, 12, 13 и 1 4 классов, имеющих шероховатость 0,8; 0,4; 0,2; 0,1 и 0,05 мкм соответственно.

Для каждой конкретной поверхности деформация индикатрисы рассеяния определяется шероховатостью и наклоном поверхности. Она достигает максимума в случае, когда

критический угол близок к углу наблюдения (рис. 8).

d.M

Рис. 7. Зависимость между базой триангуляционного измерителя Ь, дальностью до объекта d и величиной шероховатости Rz

жению, будет определяться выражением arc tg b/d < arc cos X / 3RZ

На кривой распределения наблюдаются два максимума; один соответствует критическому углу, другой является результатом зеркального рассеяния. Это подтверждает правильность формул (3 ,4) и возможность их применения при расчете три-триангуляционных схем.

Так как зондирующее лазерное излучение всегда поляризовано, степень и положение плоскости поляризации влияют на характеристики излучения, отраженного от шероховатой поверхности.

Было проведено экспериментальное исследование влияния шероховатости на характер отражения поляризованного лазерного излучения. Рассматривалось два вида шероховатости поверхности. В первом случае исследовались пластины с изотропной шероховатостью. Для всех пластин максимумы интенсивности в индикатрисе рассеяния расположены вблизи направления зеркального отражения. Наблюдается заметная разница характеристик отражения при различной поляризации падающего лазерного пучка. Наибольшей величины эта разница достигает для гладких поверхностей с малым Лл. При круговой поляризации падающего лазерного пучка максимум интенсивности для всех поверхностей будет наименьшим.

Во втором случае исследовалась шероховатая, статистически неоднородная поверхность, обладающая анизотропией. Такие поверхности встречаются довольно часто. Прежде всего, это детали со следами обработки, когда шероховатость приобретает направленный характер.

Для рассмотрения влияния анизотропии шероховатости на индикатрису отраженного света исследовались пластины с искусственно созданной анизотропией шероховатости определенной величины. По схеме, аналогичной описанной ранее, получены

зависимости влияния анизотропии шероховатой поверхности на коэффициент отражения ( рис. 9).

1р, отн. ед.

ша:за4}5сн70Ед;э »яхт&аккп

а) в. тмд 6) в. град

Рис. 9. Индикатрисы отражения от металлических пластин, имеющих анизотропную шероховатость (= 2,5 - 3 мкм): а - направление штрихов обработки перпендикулярно плоскости падения; б - направление штрихов обработки параллельно плоскости падения;

1 - падающий пучок поляризован перпендикулярно плоскости падения;

2 - падающий пучок параллелен плоскости падения; 3 - падающий пучок обладает круговой поляризацией.

Анализ полученных зависимостей показал, что на отражение поляризованного излучения от наклонной шероховатой поверхности существенно влияет взаимное положение штрихов и плоскости поляризации. Если плоскость падения ( плоскость триангуляции ) параллельна направлению штрихов обработки, имеет место почти зеркальное отражение, причем чем больше шероховатость, тем больше интенсивность отраженного света. Когда плоскость триангуляции перпендикулярна направлению штрихов обработки, индикатриса отражения имеет совершенно иной характер. Ширина индикатрисы значительно больше и зависит от величины шероховатости. Чем больше шероховатость, тем больше ширина; максимум смещен в сторону больших углов. Кроме того, на характер индикатрисы отражения сильно влияет вид поляризации падающего лазерного пучка. Наибольшая равномерность распределения интенсивности в

индикатрисе отражения будет наблюдаться в том случае, когда падающее излучение обладает круговой поляризацией.

Приведенное исследования позволяют сделать следующие выводы:

1 .При измерении шероховатых поверхностей необходимо учитывать величину шероховатости, выбирать угол наблюдения таким, чтобы обеспечивать минимальную деформацию индикатрисы рассеяния.

2. Для увеличения точности измерений геометрических размеров деталей со следами обработки (анизотропные поверхности) лазерным триангуляционным методом необходимо располагать плоскость триангуляции ортогонально к направлению штрихов обработки.

3. Наиболее равномерное распределение интенсивности индикатрисы отражения, обеспечивающее наибольшую точность определения координат центра пятна зондирующего излучения при измерении поверхностей, имеющих анизотропную и изотропную шероховатость, дает использование зондирующего лазерного пучка с круговой поляризацией.

Третья глава посвящена разработке методов и узлов, позволяющих повысить точность измерений бесконтактными лазерными методами.

Разработаны системы стабилизации мощности для газоразрядных и полупроводниковых лазеров. Для газоразрядных лазеров система стабилизации выполнена на электрически управляемом оптическом ослабителе. В этой системе стабилизации использованы специально разработанные светоделители, не селективные к флуктуациям плоскости поляризации лазерного излучения и позволившие получить точность не хуже 0,5 % за час работы. Были экспериментально исследованы светоделительные пластины, получаемые путем многослойного диэлектрического напыления. Анализ результатов исследования показал, что свойство не селективно отражать 8 и р компоненты определяется для светоделительных пластин с многослойным диэлектрическим напылением не только углом падения, но и порядком чередования напыляемых слоев. Наименьшей селективностью обладают светоделительные пластины, в которых чередование слоев начинается со слоя с меньшим коэффициентом преломления.

Для лазеров со слабоанизотропным резонатором, характеризующихся значительной нестабильностью положения плоскости поляризации, которая доходит до 180°, предложен измеритель мощности проходящего лазерного пучка, использующий две светоделительные пластины, у которых плоскости падения пучка ортогональны. Используя математическую модель, полученную во второй главе, показано, что сигнал на выходе фотоприемного устройства U« в этом случае не зависит от поляризационного соотношения Р и азимутального угла а и,ых=Ризл X Кфпу ( Rp + Rj ) где Ризл _ мощность лазерного излучения, Кфпу - коэффициент деления фотоприемного устройства, Rp, Rj - коэффициенты отражения для s и р компонент, соответственно.

Стабильность работы фотоприемных устройств во многом определяет точность поддержания заданной мощности. Предложен метод компенсации температурного дрейфа ФПУ. Чувствительным элементом ФПУ является фотодиод. Его характеристики зависят от температуры. Получены зависимости тока и напряжения от температуры при различных нагрузках и различных мощностях светового потока. Комплексный анализ этих характеристик показал, что существуют нагрузки, дающие минимальный температурный дрейф фототока.

Рабочая точка, соответствующая режиму с наименьшим температурным дрейфом ( рис. 10 ), находится в самом начале спада зависимости тока короткого замыкания от нагрузки. Метод будет наиболее эффективен при незначительных изменениях мощности падающего светового потока (в пределах + 10 %).

Он может использоваться в системах стабилизации мощности, когда на фотодиоде поддерживается одно и то же значение мощности оптического излучения.

Значительно повысить эффективность активных средств стабилизации мощности газоразрядных лазеров можно путем совершенствования пассивных методов стабилизации режимов работы. Особенно это актуально для He-Cd лазеров, в которых присутствуют как высокочастотные флуктуации, так и долговременная нестабильность.

Разработан источник питания Ие-Сё лазера, в котором за счет новых, оригинальных технических решений получено динамическое сопротивление порядка 50 МоМ. Это позволило снизить уровень высокочастотных флуктуации мощности излучения в 1,4 - 1,5 раза. Предложено устройство стабилизации давления паров Сё в капилляре активного элемента, осуществляющее регулирование температуры резервуара с кадмием с учетом напряжения горения на активном элементе. Такое устройство позволило снизить долговременную нестабильность в 2 - 3 раза и сделать возможным применение активных средств стабилизации мощности. На основе экспериментальных исследований и компьютерного моделирования разработан фильтр, обеспечивающий надежную работу полупроводникового лазера в условиях сильных помех.

При разработке триангуляционных измерителей видеосигнал с фотоприемника проходит через компаратор, выделяющий сигнал на уровне шума. С. В. Плотниковым показано, что на точность измерений влияет уровень порога. В настоящей работе обнаружено влияние времени экспозиции на точность измерений ( рис. 11 ), а также предложен метод определения величины порога, при котором достигается максимальная точность измерений в зависимости от времени экспозиции.

Хцотиед.

1085

1083

1081

1079

1077

1075

i

т/у у/Т

ÍÁ /Н4

Г i 1

г |

20

Tl'KClí, -МКС

Рис. 11. Зависимость значения координаты центра пятна от времени экспозиции при различных величинах порога компарирования ( в условных градациях яркости ): Н1 - 44, Нг - 56, Н3-71,Н4-93.

Экспериментально показано, что при любых значениях порога минимальное влияние времени экспозиции на координату центра пятна будет наблюдаться тогда, • когда экспозиция обеспечивает максимальный уровень видеосигнала. В этом случае задача выбора оптимальной экспозиции переходит в определение величины мощности зондирующего лазерного пучка, при которой обеспечивается уровень видеосигнала, близкий

*хях (d/2)VKoipXAScos8xT3K(;XKnp

к максимальному. Получено выражение, связывающее мощность излучения Ризл, величину экспозиции Тзкс и максимальное значение видеосигнала UBmax, позволяющее осуществить оптимальный выбор этих величин

\2/

Рим ^ ивтах '

где с1 - диаметр зондирующего пучка, Кпр - коэффициент преобразования, К^ - коэффициент отражения, А8 со$5 - проекция микроплощадок, отражающих зеркально на плоскость макроповерхности.

Четвертая глава посвящена практическому использованию результатов работы при разработке и создании ряда измерителей геометрии шероховатых поверхностей сложной формы.

В результате исследований, описанных во второй и третьей главах, создано устройство стабилизации мощности лазерного излучения. Устройство стабилизации мощности УСМ лазерного излучения предназначено для стабилизации выходной мощности непрерывных газовых лазеров видимого диапазона. Оно позволяет снизить нестабильность мощности лазерного излучения до уровня 0,1 - 0,5 % за час работы при нестабильности на входе устройства

достигающей 10 %. У СМ работает с серийно выпускаемыми лазерами мощности от 1,5 мВт до 1,5 Вт, имеющими линейную поляризацию лазерного излучения. На их основе разрабатывается контрольно -измерительная аппаратура, позволяющая с высокой точностью определить качество поверхности, параметры оптических элементов, вводить контроль на сложных технологических операциях.

Опытные образцы устройства внедрены в составе установки для определения качества поверхности керамических деталей на предприятии МНПО «Спектр». Они обеспечивают стабильность мощности излучения лазерного пучка при измерении оптических свойств объекта измерения. В результате расширились возможности контрольно - измерительной аппаратуры, повысилась ее обнаружительная способность. Устройство позволило повысить скорость и точность контроля качества поверхностей, а также увеличить процент выхода годных изделий за счет повышения точности и достоверности измерений.

Применение УСМ-1 в составе установки, предназначенной для аттестации газо-хроматического комплекса, разработанной во ВНИИМ, позволило упростить схему измерений, повысить точность и достоверность измерений. Для этой же цели указанное устройство использовалось при метрологических исследованиях, проводимых во ВНИИОФИ по разработке и созданию Государственного первичного спектрорадиометрического эталона.

Особое место устройство стабилизации мощности занимает при контроле качества поверхности и величины шероховатости роликов буксовых подшипников, где обнаружительная способность и точность измерений напрямую связана со стабильностью зондирующего лазерного пучка. Разработанное устройство стабилизации мощности будет применено в составе автоматизированной системы контроля тележек грузовых вагонов в Сасовском вагоноремонтном депо.

Разработанные методы и средства повышения точности измерений позволили создать измеритель параметров профиля обода колесной пары во время движения состава. Обод колеса представляет собой блестящую шероховатую поверхность сложной формы. Сложная форма поверхности обуславливает различный характер рассеяния отраженного сигнала при сканировании, способствующий резкому искажению профиля колеса. Согласно результатам, полученным в диссертационной работе, для снижения динамического

диапазона плоскость поляризации падающего лазерного пучка была расположена ортогонально плоскости падения. Экспериментальным путем выбирался оптимальный диаметр зондирующего лазерного пучка для данной шероховатости поверхности колеса.

Особое внимание уделялось выбору оптимального соотношения углов падения и наблюдения, при котором во время сканирования измеряемой поверхности изменение угла наблюдения было бы минимальным.

Шестнадцать измерительных датчиков устанавливаются равномерно по обе стороны каждого рельса на расстоянии 1/4 длины окружности колеса и составляют вместе с центральным компьютером автоматизированный измерительный комплекс. Он устанавливается на железнодорожное полотно вблизи горловины входа на ПТО, что позволяет без затраты времени на отдельный инструментальный контроль проверять геометрические параметры колесных пар у проходящих составов.

Разработано два типа измерительных датчиков для измерения геометрических параметров пружин. В первом используется теневой принцип, во втором - триангуляционный. Применение стабилизированного по мощности лазера и электронная компенсация оптических искажений в теневом измерителе с оптической разверткой позволили получить погрешность не хуже 0,05 мм для пружин диаметром 300 мм.

Впервые разработан триангуляционный измеритель геометрических параметров пружин: высоты, внутреннего и внешнего диаметра, шага по всем рабочим виткам с двух диаметрально противоположных сторон, перпендикулярности опорных поверхностей пружин по отношению к оси.

Измеритель состоит из 4-х датчиков, расположенных ортогонально. Зондирующие лазерные пучки, лежащие в одной плоскости, образуют рабочую зону, через которую в процессе измерений проходит пружина. При этом зондирующий лазерный пучок сканирует по поверхности витка пружины. Поверхность пружины представляет собой изогнутую цилиндрическую поверхность диаметром от 10 до 30 мм. Она может иметь царапины, следы краски, ржавчину, что существенно снижает точность измерений.

Минимизация влияния формы и шероховатости поверхности достигается оптимизацией положения плоскости поляризации зондирующего лазерного пучка. Экспериментально показано, что

наиболее достоверная информация о положении центра пятна на измеряемой поверхности будет получена в том случае, когда плоскость поляризации падающего излучения перпендикулярна плоскости падения.

Величина коэффициента отражения у пружин имеет значительный разброс, что снижает точность измерений. Для устранения этого явления в триангуляционном измерителе используется обратная связь по амплитуде сигнала с ПЗС, позволяющая установить оптимальное время экспозиции для поверхности конкретной пружины.

Такой подход позволил снизить зависимость результатов от состояния поверхности витков пружины и, тем самым, повысить точность измерений.

Стенд, работающий, на триангуляционном принципе, по точности ниже, чем описанный выше на базе теневого метода, но значительно проще, что делает его более дешевым и конкурентоспособным.

В настоящее время изготовлено 25 стендов для измерения параметров пружин, которые установлены в депо на всех железных дорогах Российской Федерации, в том числе на московской железной дороге - 10 стендов. Каждый стенд способен в сутки контролировать и разбраковывать до 500 пружин в смену. Экономия рабочего времени на одной пружине в среднем составляет 10 минут. При активном использовании стенда экономия рабочего времени в каждом депо составила в среднем 12 тыс. часов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе проведен комплекс теоретических расчетов и экспериментальных исследований, направленных на создание приборов контроля качества поверхностей и геометрических размеров деталей.

Совокупность разработанных методов и средств позволила разработать приборы, обеспечивающие существенное повышение точности измерения геометрии поверхностей, имеющих сложную форму и различную шероховатость и решить, тем самым, важную научную и народнохозяйственную проблему.

1. На основе разработанной математической модели, описывающей зависимость коэффициента отражения

светоделительной пластины от поляризационного соотношения, азимутального угла, вектора Е и угла падения показано и экспериментально подтверждено, что минимальные изменения коэффициента отражения, соответствующие флуктуациям поляризационного соотношения и азимутального угла, будут наблюдаться в том случае, когда вектор Е расположен либо в плоскости падения, либо ортогонально к ней.

2. Теоретически и экспериментально показано, что на точность и стабильность работы активных систем стабилизации мощности газоразрядных лазеров влияют флуктуации поляризационного соотношения, вызывающие значительные изменения коэффициента отражения светоделителя.

3. Обнаружено и исследовано влияние флуктуации мощности лазерного излучения на точность измерений в устройстве, использующем теневой лазерный метод с оптической разверткой. Показано, что при компенсации флуктуации мощности и использовании стабильного светоделителя можно получить погрешность лучше 50 мкм в диапазоне измерения диаметров до 100 мм в условиях колебания температуры внешней среды.

4. Исследовано влияние флуктуации тока лазерного диода на точность измерения параметров триангуляционным методом. Впервые установлено, что изменение тока лазерного диода, обусловленное изменением температуры, вызывает изменение распределения интенсивности мощности по изображению пятна зондирующего лазерного излучения на многоэлементном фотоприемнике, что приводит к изменению координаты центра пятна и, как следствие, - к ошибке в измерении расстояния.

5. Создана математическая модель, описывающая влияние формы и ориентации поверхности на точность измерений триангуляционным методом и позволяющая вычислить смещение координаты центра пятна при деформации индикатрисы рассеяния локальными изменениями формы поверхности. Исследования влияния формы измеряемой поверхности и ее локальных изменений на точностные характеристики триангуляционного измерителя, использующего лазер с линейной поляризацией, позволили сформулировать принципы повышения точности таких измерителей.

6. Получено выражение, определяющее границы применяемости триангуляционного измерителя, работающего по диффузному отражению, в зависимости от его базы, дальности до

объекта и величины шероховатости поверхности. Полученная зависимость интенсивности отраженного сигнала от угла падения для различных величин шероховатости подтверждена экспериментально.

На основе исследований влияния шероховатости измеряемой поверхности на деформацию индикатрисы рассеяния в триангуляционном измерителе, использующем поляризованное зондирующее лазерное излучение, сформулированы принципы использования и конструирования лазерных триангуляционных измерителей, работающих с шероховатыми поверхностями.

7. Разработан и исследован ряд узлов, оказывающих наибольшее влияние на точностные характеристики лазерных измерителей, имеющих дефекты поверхности:

- разработаны и исследованы светоделители, коэффициент деления которых в наименьшей степени зависит от флуктуации плоскости поляризации;

- в результате экспериментальных исследований зависимости температурного дрейфа фотодиодов от интенсивности полихроматического светового потока и нагрузки показано, что при определенной нагрузке и незначительно изменяющемся световом потоке изменение фототока от температуры будет минимальным. Разработаны схемы, использующие термокомпенсационный метод для снижения температурной зависимости фотоприемного устройства;

- исследовано влияние порога селекции видеосигнала и времени экспозиции многоэлементного фотоприемника на точность измерений лазерным триангуляционным измерителем. Получены зависимости среднеквадратичного отклонения от величины порога селекции и координаты центра пятна от времени экспозиции при различных величинах порогов. Определено количественное и качественное влияние величины порога селекции и времени экспозиции на точность измерений;

- показано, что использование максимально возможной экспозиции ( исходя из уровня видеосигнала ) резко снижает влияние порога селекции на точность измерений координаты центра пятна зондирующего лазерного излучения. Получено выражение для определения оптимальной мощности зондирующего лазерного пучка с учетом времени экспозиции и величины шероховатости поверхности.

8. Созданы и используются на различных предприятиях ряд приборов и устройств, позволяющих осуществлять контроль в условиях массового производства или ремонта деталей:

- устройство стабилизации мощности УСМ-1, позволяющее обеспечить долговременную нестабильность мощности излучения на уровне 0,1 - 0,5 %, в котором использованы высокостабильный светоделитель и термостабильное фотоприемное устройство. Опытные образцы УСМ-1 внедрены на предприятии МНПО «Спектр». Устройство используется во ВНИИМ в составе газохроматического комплекса. Оно также будет применено в автоматизированной системе контроля роликов буксовых подшипников в железнодорожном депо станции Сасово;

- лазерный измеритель, использующий теневой метод с оптической разверткой с простой оптической системой и электронной компенсацией аберрации, способный сочетать широкий диапазон измерений с высокой точностью, быстродействием и низкой стоимостью. Использование этого прибора в автоматизированной системе контроля геометрических параметров деталей автосцепки позволило при сканировании проводить одновременно измерение до 50-и размеров, а в стенде измерения параметров пружин обеспечить диапазон измерений диаметров от 100 - 300 мм с погрешностью не хуже 50 мкм;

- разработан, апробирован и готовится к внедрению датчик измерения профиля катания колес вагонной пары при движении состава «Профиль»;

- созданы стенды для измерения параметров пружин рессорной подвески «Лазер-М» и «Стрела». В них используются теневой и триангуляционные методы измерения в соответствии с принципами, изложенными в настоящей работе. В настоящее время изготовлено 25 стендов, которые установлены на всех железных дорогах Российской Федерации.

9. Разработанные в данной диссертации методы и средства применены при конструировании измерителей геометрических размеров вагонных тележек, фрикционных клиньев, башмаков, колесных пар, пантографов, автосцепок, а также в измерителях качества поверхностей роликов буксовых подшипников. Их использование позволяет осуществить измерение шероховатых поверхностей сложной формы с достаточной точностью.

Новизна технических решений подтверждается семью свидетельствами и патентами.

Соискатель

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Демкин В. Н., Елесин А. П. Высоковольтный стабилизатор тока // Электровакуумные и газоразрядные приборы. Сер.4., вып. 8 -1979- №77- С. 123-124.

2. А. С. 877501 СССР, МКИ 005Б1/52. Высоковольтный стабилизатор тока/В. Н. Демкин, А. П. Елесин.-№2719262/24- 07; Заявлено 01.02.79; Опубл. 30.10.81, Бюл. 40.

3. А. С. 708924 СССР, МКИ Н01Б3/227. Устройство стабилизации мощности излучения газового лазера на парах металла /

В. Н. Демкин, А. П. Елесин. - № 2623163/18-25; Заявлено 02.06.78; Опубл. 1979, Бюл. 33.

4. Демкин В. Н., Дятлов М. К., Касьян В. Г. Устройство активной стабилизации мощности излучения газового лазера // Лазерная техника и оптоэлектроника. Сер. П.-1980.-Вып. 1, № 47- С. 34-35.

5. Гаврикова Н. Н., Демкин В. Н., Касьян В. Г. Исследование путей

повышения стабильности мощности излучения Не-Сё лазера // Журнал прикладной спектроскопии.-1985 -№3 - С. 499-501.

6. Создание гелий-кадмиевого лазера для устройств записи ТВ сигнала на пленку: Отчет о НИР; В. Н. Демкин, В. В. Кюн,

Г. И. Малькова, Г. Г. Киселева. ГР № Х02290/Э0390.- Рязань, 1976 г., 41 с.

7. Создание долговечного лазера для опытно-механического запоминающего устройства большой емкости: Отчет о НИР; Н. И. Гришин, В. Н. Демкин, М. К. Дятлов и др., ГР № Ф06143/6СО2113. Рязань, 1978 г., 37 с.

8. Демкин В. Н., Привалов В. Е. Методы стабилизации мощности излучения непрерывных газоразрядных лазеров // Обзоры по электронной технике. Сер 11-1986 - №3 (1179)

9. Демкин В. Н. Снижение нестабильности, мощности излучения

газоразрядных лазеров видимого диапазона и непрерывных газовых лазеров // Непрерывные газовые лазеры: 2-ая отраслевая научно-техническая конференция. Сер. П.-1986.-Вып. 1(235)-С.17-18.

10. Разработка устройства стабилизации мощности (УСМ) лазерного излучения: Отчет об ОКР; В. Н. Демкин. ГР № Ф244094/400585.-Рязань, 1986 г., 27 с.

11. Демкин В. Н. Измерение мощности проходящего лазерного излучения // Источники питания и применение газовых лазеров: 2-ая отраслевая научно-техническая конференция. Сер. П-1986- Вып. 5(239)-С. 34

12. Демкин В. Н., Привалов В. Е. Метод компенсации температурного дрейфа фотоприемника в системе стабилизации мощности излучения // ПТЭ-1988-№1-С.174-176

13. Демкин В. Н., Привалов В. Е. Исследование нестабильности излучения промышленных He-Ne лазеров // Измерительная техника-1987-№4-С.27-29.

14. Демкин В. Н. Привалов В. Е. Влияние светоделительного зеркала на стабилизацию мощности излучения лазера // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение. VI Всесоюзная научно-техническая конференция. 1986-С.7.

15. Демкин В. Н. Устройство стабилизации мощности лазерного излучения УСМ-1 // Информационный листок ВИНИТИ. №88 2959.1988 г.

16. Демкин В. Н. Кеткович А. А., Молоткина Н. Ю. Снижение нестабильности мощности излучения лазеров в средствах неразрушающего контроля // Неразрушающие физические методы: XI Всесоюзная научно-техническая конференция. 1987r.-C.58

17. Буткевич В. И., Демкин В. Н., Привалов В. Е. Исследование флуктуации коэффициента отражения светоделителя в системе стабилизации мощности лазерного излучения // Оптика

и спектроскопия- 1987-Т.62-№ 1 -С. 140-148.

18. А.С. 1507080 СССР. Устройство для стабилизации выходной мощности лазера. В. И. Буткевич, В. Н. Демкин, Ю. Г. Редькин, В. Е. Привалов. Опубл. 1991., Бюл. 14.

19. W. N. Demkin. Laser Optics Range // Preprints 2nd Int. Workshop "Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science

and Engineering" (NDTCS4998) St. Petersburg. Russia. 1998A-22.

20. W. N. Demkin, D. S. Dokov, V. N. Tereshkin, A. Z. Venediktov. Laser Control Device of Spring Parameter. Third International Workshop on New Approaches to High-Tech: Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science and Engineering, Alexander I. Melker, Editor // Proceedings of SPAS.-1999-Vol.3- A15.

21. W. N. Demkin, D. S. Dokov, V. N. Tereshkin, A. Z. Venediktov. Optical Control of Geometrical Dimensions for Railway. Сак

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С. Петербург О» ЭООмт

Automatic Coupling // Third International Workshop on New Approaches to High-Tech: Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science and Engineering, Alexander I. Melker, Editor // Proceedings of SPAS.-1999-Vol.3- A17-18.

22. W. N. Demkin, D. S. Dokov, V. N. Tereshkin, A. Z. Venediktov. Metering system with Laser Transmitter of "Спрут" position. // Third International Workshop on New Approaches to High-Tech: Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science and Engineering, Alexander I. Melker, Editor // Proceedings of SPAS.-1999-Vol.3-A19.

23. Патент № 17978 на полезную модель «Измерительный преобразователь линейных перемещений» / МКИ G01B7/02. / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков, В. Н.Тирешкин. Заявл. 27.09.99; Опубл. 10.05.01. Бюл. 13.

24. Патент № 16402 на полезную модель «Система контроля параметров тележек грузовых вагонов»/ MKHG01B7/14. / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков и др., Заявл. 23.06.00; Опубл. 27.12.00 Бюл. 36.

25. Патент № 18850 на полезную модель «Лазерный профилометр» / МКИ G01B21/00. / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков, Заявл. 14.08.00, Опубл. 20.07.01., Бюл. 20

26. Патент № 18851 на полезную модель «Лазерный дальномер» / МКИ G01C3/00. / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин,

Д. С. Доков.3аявл. 14.08.00; Опубл. 20.07.01 Бюл. 20.

27. Применение лазерных бесконтактных методов для измерения узлов подвижного состава/В. Н. Демкин, А. 3. Венедиктов, Д. С. Доков, А. В. Комаров // Новые технологии -железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств: Сборник научн. статей с международным участием ОГУ. -Омск, 2000 г, С. 202-204.

28. Применение лазерных методов для контроля параметров автосцепки и пружин / В. Н. Демкин, А. 3. Венедиктов, Д. С. Доков, А. В. Комаров // Новые технологии - железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств: Сборник научн. статей с международным участием ОГУ. - Омск, 2000 г.,

'С. 232-234.

29. Экспресс контроль состояния колесных пар при движении состава / В. Н. Демкин, А. 3. Венедиктов, Д. С. Доков, А. В. Комаров // Новые технологии - железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств: Сборник научн. статей с международным участием ОГУ. - Омск, 2000 г., С. 238-240.

30. Электронный способ оценки параметров форсунки дизельных двигателей / В. Н. Демкин, А. 3. Венедиктов, Д. С. Доков и др. // МТС, 2001-№12-С. 55-57.

31. Анализ состояния колесных пар вагонов при движении состава /

A. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков и др. // Лазеры. Измерения. Информация. Тезисы докладов конференции 6-7 июня 2001 г. Санкт-Петербург, 2001.-С. 38-39.

32. Оптический датчик уровня топлива / А. 3. Венедиктов,

B. Н. Демкин, Д. С. Доков и др. // Лазеры. Измерения. Информация. Тезисы докладов конференции 6-7 июня 2001 г. Санкт-Петербург, 2001. - С. 39.

33. Количественный способ оценки комплексной герметичности форсунки дизельных двигателей / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков и др. // МТС, 2001 - № 13-С.66-67.

34. Венедиктов А. 3., Демкин В. Н., Доков Д.С. Влияние нестабильности мощности излучения лазера на точность в теневом методе измерений с ПЗС-линейкой// Лазеры. Измерения. Информация. Тезисы докладов конференции 5-6 июня 2002 г. Санкт-Петербург, 2002 - С.84.

35. Лазерный триангуляционный измеритель поверхности сложной формы / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков, А. В. Комаров / Лазеры для медицины, биологии и экологии. Тезисы докладов конференции 21-22 ноября 2001 г. Санкт-Петербург, 2001. - С. 43-44.

36. Измерение размеров шейки оси колесной пары теневым лазерным методом / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков,

А. В. Комаров / Лазеры для медицины, биологии и экологии. Тезисы докладов конференции 21-22 ноября 2001 г. Санкт-Петербург, 2001. - С. 44.

37. Венедиктов А. 3., Демкин В. Н., Доков Д. С. Лазерный триангуляционный измеритель профиля протеза.// Лазеры для медицины, биологии и экологии. Тезисы докладов конференции 27-28 ноября 2002 г. Санкт-Петербург, 2002 - С. 43.

38. Венедиктов А. 3., Демкин В. Н., Доков Д. С. Выбор метода определения порога компарирования сигнала с ПЗС в лазерном триангуляционном измерителе.// Лазеры для медицины, биологии и экологии. Тезисы докладов конференции. 27-28 ноября 2002 г. Санкт-Петербург, 2002 - С. 44

39. Проблемы измерения параметров колесных пар подвижного состава / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков,

A. Б. Белокрылов // Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития. Сборник научных трудов по материалам 1-ого Международного радиоэлектронного форума 8-10 октября 2002 г. Харьков, 2002. - С. 472-474.

40. А.С. 1544038 СССР, МКИ 002В 5/26. Устройство стабилизации мощности поляризованного оптического излучения / В. Н. Демкин,

B. Е. Привалов.-№ 4297245/25; Заявлено 12.08.87; Опубл. 30.07.92, Бюл. 28.

41. А. С. 1681708 СССР. Устройство для стабилизации мощности оптического излучения. Демкин В. Н., Привалов В. Е. Опубл. 1991, Бюл. 28

42. А. С. 1371344 СССР. Устройство для стабилизации мощности лазера. В. И. Буткевич, В. Н. Демкин, В. Е. Привалов. Опубл. 1987, Бюл. 37.

43. Венедиктов А. 3., Демкин В. Н., Доков Д. С. Выбор мощности зондирующего лазерного пучка в триангуляционном измерителе.// Лазеры. Измерения. Информация. Тезисы докладов конференции 25-26 июня 2003 г. Санкт-Петербург. 2003.-С.19

44. Венедиктов А. 3., Демкин В. Н., Доков Д. С. Стенд для измерения геометрических параметров пружин методом лазерной триангуляции.// Лазеры. Измерения. Информация.

Тезисы докладов конференции 25-26 июня 2003 г. Санкт-Петербург. 2003.-С.20.

45. Патент № 30970 на полезную модель «Устройство для бесконтактного измерения параметров колес железнодорожного транспорта», МКИ ОО 1В 11/24; А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков, Заявл. 31.03.00, Опубл. 10.07.03., Бюл. 19.

46. Патент № 32874 на полезную модель «Устройство для измерения параметров надрессорных балок и боковых рам тележек грузовых вагонов», МКИ 001В 11/00; А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин,

Д. С. Доков; Заявл. 21.04.03, Опубл. 27.09.03., Бюл. 27.

47. Демкин В. Н.5 Привалов В. Е. Исследование светоделительных пластин для систем стабилизации мощности измерения лазеров // Метршогия-1988 - №9 - С25-30.

48. Демкин В. Н., Привалов В. Е. Оценка нестабильности мощности лазеров и эффективности устройств стабилизации // Оптика и спектроскопия.-1993 - № 1 -С. 171 -174.

49. Венедиктов А. 3., Демкин В. Н., Доков Д. С. Измерение параметров и испытания пружин рессорного подвешивания вагонов // Железные дороги мира, 2004 г., № 2, стр. 45-49.

50. Венедиктов А. 3., Демкин В. Н., Доков В. С. Измерение параметров колесных пар подвижного состава в движении // Железные дороги мира, 2003 г., № 9, с. 33-36.

51. V. N. Demkin, D. S. Dokov, A.Z. Venediktov, V. N. Tireshkin. Measurement of wheel pairs parameters of a rolling stock during movement // Proceedings of SPIE.- Vol.5066, pp. 48-53.

52.Патент № 33814 на полезную модель «Устройство для измерения параметров пружин», МКИ G01B 11/00; А. 3. Венедиктов,

А. Д. Горячев, В. Н. Демкин, Д. С. Доков; заявл. 22.07.2003г., Опубл. 10.11.2003, Бюл. 31.

53 .Патент № 36508 на полезную модель «Устройство для измерения параметров колесных пар», МКИ G01B11/24, А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков и др; заявл. 31.10.2003 г., Опубл. 10.03.2004 г., Бюл. 7.

54. V.N.Demkin, A.Z. Venediktov, D.S.Dokov. Choice of optimum modes of laser triangulation meter at control of surface form // Proceedings of SPIE.-Vol.5381,pp.l03-109.

55. Демкин В.Н., Доков Д.С., Привалов В.Е. Особенности применения лазерных диодов в линейных измерениях // Письма в ЖТФ, 2004, том 30, вып. 13.-С. 40-44.

56. Демкин В.Н., Венедиктов АЗ., Доков Д.С. Лазерные методы и средства контроля геометрии деталей // В мире неразрушающего контроля. 2004, № 1.-С.67-68.

Отпечатано с готовых диапозитивов в ООО «Фирма «ИНТЕРМЕТА» Рязань, ул. Каляева, 5

1118007

РНБ Русский фонд

2005-4 16694

Введение.

Глава I. Обзор методов и средств измерения геометрии деталей и поверхностей.

1.1. Классификация и сравнительные характеристики лазерных датчиков для измерения геометрических размеров и контроля дефектов.

1.2. Лазерные дефектоскопы.

1.3. Теневые методы измерения геометрических размеров.

1.3.1. Измерение малых размеров дифракционным методом.

1.3.2. Анализ практических решений реализаций теневого метода измерений.

1.3.3. Исследование влияния аппроксимации края изображения и параметров лазерного излучения на точность измерений.

1.3.4. Проблемы теневого метода измерений.

1.4. Триангуляционные методы измерения геометрических размеров.

1.4.1. Конструктивные особенности приборов.

1.4.2. Влияние на точность измерений формы и ориентации поверхности.

1.4.3. Пути повышения точности измерений триангуляционным методом.

1.5. Анализ причин, ограничивающих достижение высокой точности, и постановка задачи исследований диссертационной работы.

Глава II. Исследование влияния факторов, ограничивающих достижение высокой точности измерений бесконтактными лазерными методами.

2.1. Влияние нестабильности мощности лазерного излучения и времени экспозиции на точность измерений теневым методом в приборах с оптической разверткой.

2.2. Флуктуации параметров лазерного излучения и их влияние на стабилизацию мощности излучения в газовых лазерах.

2.3. Исследование флуктуаций коэффициента отражения светоделителя в системе стабилизации мощности лазерного излучения.

2.4. Экспериментальное исследование влияния флуктуации положения плоскости поляризации лазерного излучения на коэффициент деления светоделителя на кварцевой пластине.

2.5. Пути повышения эффективности стабилизации мощности газовых лазеров.

2.6. Флуктуации параметров и особенности использования полупроводниковых лазеров в триангуляционных измерителях.

2.7. Влияние формы и ориентации поверхности на точность измерения триангуляционным методом при использовании поляризованного лазерного излучения.

2.8. Влияние шероховатости измеряемой поверхности на точность измерения расстояния триангуляционным методом.

2.9. Основные принципы повышения точности триангуляционных измерителей.

2.10.Вывод ы.

Глава III. Разработка методов и узлов, позволяющих повысить точность измерений бесконтактными лазерными методами

Vf. 3.1. Активные методы стабилизации мощности лазеров.

3.2. Светоделители, неселективные к флуктуациям плоскости поляризации лазерного излучения.

3.3. Фотоприемные устройства с компенсацией влияния температуры.

3.4. Повышение долговечности и надежности работы полупроводникового лазера.

3.5. Выбор оптимальных режимов работы лазерного триангуляционного измерителя при контроле геометрии поверхности.

З.б.Электронная компенсация оптических искажений в лазерных измерителях на фотолинейке ПЗС.

3.7. Выводы.

Глава IV. Описание разработанных приборов.

4.1. Измерение параметров колесных пар подвижного состава во время движения.

4.2 Устройства стабилизации мощности лазерного излучения. до 4.3 Измерение параметров пружин рессорной подвески вагонов.

4.3.1. Технология процесса измерения.

4.3.2. Конструкция и технические характеристики стенда для испытания пружин.

4.3.3. Компьютерное управление и обработка информации.

На машиностроительных заводах при контроле и ремонте транспортных средств, а также в других областях науки и техники создалось положение, когда, выпуская сложную, уникальную аппаратуру, осуществляя ремонт ответственных узлов, контроль геометрических параметров основных базовых деталей осуществляется в основном с помощью рулеток, шаблонов, штангенциркулей и других контактных ручных средств.

Применение таких контактных средств не только не обеспечивает необходимой точности и оперативности измерений, но и в некоторых случаях делает их невозможными. Отсюда возникает невысокая точность изготовления, приводящая к снижению эксплутационных показателей. С другой стороны, появились высокотехнологичные оптоэлектронные приборы, позволяющие создавать высокоэффективные бесконтактные измерители, снижающие погрешности, характерные для традиционной измерительной техники. Особое место среди них занимают бесконтактные лазерные измерители.

В настоящее время наиболее широко для измерения геометрии поверхностей применяются методы: лазерной дефектоскопии теневой и триангуляционный. Их совокупность дает возможность определить качество обработки поверхности, ее дефекты, контуры деталей, а также профиль поверхности изделия. Однако массовое применение их ограничено. Этому способствует ряд причин. Для лазерных дефектоскопов максимально достижимая точность измерений определяется флуктуациями мощности излучения лазера. При использовании теневого метода возникают ограничения, связанные с быстродействием, размерами рабочей зоны и синхронизацией результатов измерений нескольких измерителей. Лазерные триангуляционные измерители развиваются наиболее активно ( «РИФТЭК» Беларусь; КТИ НП СО РАН, Россия; "MTI Instruments Inc.", США; "MEL",

Германия; "Кеуепсе", Великобритания ), однако их массовое применение ограничено. Причина этого в том, что производители рассчитывают работу своих приборов с поверхностями, имеющими равномерное рассеяние и расположенными ортогонально зондирующему лазерному пучку. Реальная поверхность всегда шероховата, может иметь царапины, ржавчину, следы обработки, отверстия. В результате прибор, рассчитанный на погрешность 10-50 мкм, дает погрешность миллиметры.

Таким образом, комплексное решение вопросов, способствующее повышению точности измерений лазерных дефектоскопов, теневых и триангуляционных измерителей, является актуальной научно - технической проблемой, имеющей важное практическое значение.

В работе дан сравнительный анализ различных лазерных методов измерения, описаны принципы создания и характеристики бесконтактных лазерных измерителей. В ней рассмотрены вопросы применения конкретных лазеров, фотоприемных устройств, телевизионных камер, оптических систем. Освещены условия эффективного использования лазеров. Рассмотрены бесконтактные лазерные измерители, используемые для контроля на железнодорожном транспорте, а также при ремонте машин и подвижного состава на железной дороге.

В работе поставлена цель разработать и исследовать методы и средства, позволяющие создать высокоточные лазерные измерители качества поверхности, измерители контурных размеров сложных крупногабаритных деталей, лазерные триангуляционные измерители, способные работать на поверхностях с различной шероховатостью, имеющих сложную форму и локальные дефекты.

В процессе измерения участвуют лазер, поверхность объекта и фотоприемное устройство с оптической системой. Каждый из них может вносить погрешность в процесс измерения.

Исследовано влияние параметров лазерного излучения, формы измеряемой поверхности и ее шероховатости, а также параметров фотоприемного устройства на точность измерений. Предложены методы и средства, способные снизить это влияние.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Закономерности влияния на точность и стабильность работы активных систем стабилизации мощности газоразрядных лазеров флуктуаций поляризационного соотношения. Показано, что флуктуации поляризационного соотношения вызывают значительные изменения коэффициента отражения светоделителя, что существенно снижает эффективность работы систем стабилизации мощности.

2. Установленный факт влияния флуктуаций мощности лазерного излучения на точность измерений в устройстве, использующем теневой лазерный метод с оптической разверткой. Предложен способ компенсации этого влияния, позволяющий при использовании стабильного светоделителя повысить точность измерения.

3. Математическая модель, описывающая влияние формы и ориентации поверхности на точность измерений триангуляционным методом. Модель позволяет вычислить смещение координаты центра пятна при деформации индикатрисы рассеяния локальными изменениями формы поверхности.

4. Методы конструирования и использования лазерных триангуляционных измерителей, работающих с шероховатыми поверхностями, заключающиеся в :

- расположении плоскости триангуляции ортогонально к направлению штрихов обработки с целью повышения точности измерений деталей со следами обработки, имеющих упорядоченную деформацию поверхности;

- использовании зондирующего лазерного пучка с круговой поляризацией с целью повышения наибольшей равномерности распределения индикатрисы рассеяния, обеспечивающей наивысшую точность определения координат центра пятна зондирующего лазерного излучения при измерении поверхностей, имеющих анизотропную и изотропную шероховатость.

5. Метод определения параметров триангуляционного измерителя и границы его применимости при работе на поверхностях с различной шероховатостью на основе приведенной в работе математической модели.

6. Показано, что изменение тока лазерного диода, происходящее от изменения температуры, влияет на распределение интенсивности мощности по изображению пятна зондирующего лазерного излучения на многоэлементном фотоприемнике, приводящее к изменению координаты центра тяжести пятна и являющееся одним из физических ограничений достижения высокой точности измерений триангуляционным методом.

Основные результаты и выводы

1.Проведенный анализ литературных данных показал, что при массовом контроле качества поверхностей и геометрических размеров деталей перспективными являются: лазерные дефектоскопы, лазерные измерители размеров на теневом принципе с оптической разверткой и триангуляционные лазерные измерители.

2.Показано, что основным фактором, сдерживающим достижение высокой точности в лазерных дефектоскопах, являются флуктуации мощности лазерного излучения, в лазерных измерителях размеров на теневом принципе - флуктуации мощности излучения и аберрации оптической системы.

3. Установлено, что на точность и стабильность работы активных систем стабилизации мощности влияют флуктуации поляризационного соотношения.

Показано, что флуктуации поляризационного соотношения вызывают значительные изменения коэффициента отражения светоделителя, в результате чего существенно снижается эффективность работы ССМ.

4. Разработана математическая модель, описывающая зависимость коэффициента отражения светоделительной пластины от поляризационного соотношения, азимутального угла, вектора Е и угла падения. Анализ на основе модели показал, что минимальные изменения коэффициента отражения, соответствующие флуктуациям поляризационного соотношения и азимутального угла, будут, если вектор Е расположен либо в плоскости падения, либо ортогонально к ней.

5. Разработаны и исследованы светоделители, коэффициент деления которых в наименьшей степени зависит от флуктуации плоскости поляризации. Светоделители способны работать с лазерами, имеющими слабоанизотропный резонатор и высокий уровень флуктуации плоскости поляризации. Новизна технических решений подтверждается а. с. № № 1371344, 1544038, 1681708.

6. В результате экспериментальных исследований зависимости температурного дрейфа фотодиодов от интенсивности полихроматического светового потока и нагрузки показано, что при определенной нагрузке и незначительно изменяющемся световом потоке изменение фототока от температуры будет минимальным. Разработаны схемы, использующие термокомпенсационный метод для снижения температурной зависимости фотоприемного устройства.

7. Разработано устройство стабилизации мощности УСМ-1, позволяющее обеспечить долговременную нестабильность мощности излучения на уровне 0,1 - 0,5 %, в которой использованы высокостабильный светоделитель и термостабильное фотоприемное устройство. Опытные образцы УСМ-1 внедрены на предприятии МНПО «Спектр». Устройство используется во ВНИИМ в составе газохроматического комплекса. Оно также будет применено в автоматизированной системе контроля роликов буксовых подшипников в железнодорожном депо станции Сасово.

8. Обнаружено влияние флуктуации мощности лазерного излучения на точность измерений в устройстве, использующем теневой лазерный метод с оптической разверткой. Показано, что при компенсации флуктуации мощности можно получить точность лучше 50 мкм при диапазоне измерения диаметров до 100 мм в условиях колебания температуры внешней среды.

9. Показано, что в лазерном измерителе, использующем теневой метод с оптической разверткой, применение простой оптической системы с дальнейшей электронной компенсацией аберрации позволяет создать теневой измеритель, способный сочетать широкий диапазон измерений с высокой точностью, быстродействием и низкой стоимостью. Разработанный прибор ( промышленное название Лазер-М ) использует простую, дешевую цилиндрическую оптику, имеющую отклонение от линейности за счет аберраций до 30 %. Электронная коррекция позволяет снизить ее до 0,5 %. Использование этого прибора в автоматизированной системе контроля геометрических параметров деталей автосцепки позволило при сканировании проводить одновременно измерение до 50-и размеров.

10. Исследовано влияние флуктуаций тока лазерного диода на точность измерения параметров триангуляционным методом. Впервые установлено, что изменение тока лазерного диода, происходящее от изменения температуры, вызывает изменения распределения интенсивности мощности по изображению пятна зондирующего лазерного излучения на многоэлементном фотоприемнике. Это приводит к изменению координаты центра пятна и, таким образом, к ошибке в измерении расстояния.

11. Получена математическая модель, описывающая влияние формы и ориентации поверхности на точность измерений триангуляционным методом. Модель позволяет вычислить смещение координаты центра пятна при деформации индикатрисы рассеяния локальными изменениями формы поверхности.

12. Экспериментальные исследования влияния формы поверхности измерения и ее локальных изменений на точностные характеристики триангуляционного измерителя, использующего лазер с линейной поляризацией, позволили сформулировать принципы повышения точности таких измерителей:

- положение триангуляционного измерителя относительно измеряемой поверхности, а также взаимное расположение лазера и фотоприемной камеры должно быть таким, чтобы при сканировании изменение угла наблюдения было минимальным;

- положение плоскости поляризации линейно поляризованного зондирующего лазерного пучка для снижения влияния формы и ориентации поверхности на точность измерений должно быть ортогонально плоскости падения;

- положение триангуляционного измерителя, имеющего лазер с линейной поляризацией для обеспечения максимального уровня полезного сигнала должно быть таким, чтобы плоскость поляризации зондирующего лазерного пучка была ортогональна плоскости триангуляции.

13. Получено выражение, определяющее границу применяемости триангуляционного измерителя в зависимости от его базы, диапазона измерений и величины шероховатости поверхности. Приведены зависимости интенсивности отраженного сигнала от угла падения для различных величин шероховатости. Они подтверждают и иллюстрируют возможность использования полученного выражения для определения границы применяемости триангуляционного измерителя.

14.Проведены экспериментальные исследования влияния шероховатости измеряемой поверхности на деформацию индикатрисы рассеяния в триангуляционном измерителе, использующем поляризованной зондирующее лазерное излучение. На основе экспериментальных данных сформулированы принципы использования и конструирования лазерных триангуляционных измерителей, работающих с шероховатыми поверхностями:

- при разработке прибора необходимо по формуле 3 раздела 2.8. определить границу его применяемости для поверхностей различной шероховатости; при измерении диффузно отражающих поверхностей угол наблюдения необходимо выбирать таким, чтобы исключить попадание зеркальной составляющей на фотоприемник и обеспечить минимальную деформацию индикатрисы рассеяния;

- для повышения точности измерений деталей со следами обработки, имеющих упорядоченную деформацию поверхности, необходимо расположить плоскость триангуляции ортогонально к направлению штрихов обработки; для повышения наибольшей равномерности распределения индикатрисы рассеяния, обеспечивающей наивысшую точность определения координат центра пятна зондирующего лазерного излучения при измерении поверхностей, имеющих анизотропную и изотропную шероховатость, необходимо использование зондирующего лазерного пучка с круговой поляризацией.

15. Исследовано влияние порога селекции видеосигнала и времени экспозиции фотоприемника на точность измерений лазерным триангуляционным измерителем. Получены зависимости среднеквадратичного отклонения от величины порога селекции и координаты центра пятна от времени экспозиции при различных величинах порогов. Определено количественное и качественное влияние величины порога селекции и времени экспозиции на точность измерений.

16. Предложен способ определения оптимального порога селекции видеосигнала, позволяющий при измерениях в широком диапазоне отношений сигнал / шум существенно снизить влияние порога на точность измерений в условиях повышенного шума. Показано, что использование максимально возможной экспозиции ( исходя из уровня видеосигнала ) резко снижает влияние порога селекции на точность измерения координаты центра пятна зондирующего лазерного излучения.

17. Получено выражение для определения оптимальной мощности зондирующего лазерного пучка с учетом времени экспозиции и величины шероховатости поверхности.

18. Получена теоретическая зависимость точности измерений от величины измеряемого расстояния. Зависимость учитывает базу триангуляции, угол охвата оптической системы и размер пиксела фотолинейки ПЗС. Она позволяет правильно рассчитать и выбрать эти параметры при конструировании триангуляционных измерителей.

19. Экспериментально исследованы характеристики отражения лазерного излучения от поверхности катания железнодорожного колеса при движении состава. Определен оптимальный диаметр пятна зондирующего излучения на поверхности катания колеса, обеспечивающий наибольшую точность'измерений профиля поверхности катания.

20. На основании проведенных исследований разработан, апробирован и готовится к внедрению автоматизированный комплекс измерения профиля катания колес вагонной пары при движении состава «Профиль».

Новизна технических решений подтверждается патентом на полезную модель № 30970.

21. Предложенные принципы позволили создать стенды для измерения параметров пружин рессорной подвески «Лазер-М» и «Стрела». В них используются теневой и триангуляционные методы измерения в соответствии с принципами, изложенными в настоящей работе. В настоящее время изготовлено 25 стендов, которые установлены на всех железных дорогах Российской Федерации, в том числе на московской железной дороге 10 стендов. Каждый стенд способен в сутки контролировать и разбраковывать до 500 пружин в смену. Экономия рабочего времени на одной пружине в среднем составляет 10 минут. В депо на станции Тосно меньше, чем за год, проконтролировано более 80 тыс. пружин. Экономия рабочего времени при этом составила около 12 тыс. часов.

По результатам полученных отзывов МПС одобрило программу по увеличению серийного выпуска стенда в 2004 г.

Новизна технических решений подтверждается свидетельством и патентом на полезные модели № № 18850, 33814.

22. Разработанные в данной диссертации принципы использованы при конструировании измерителей геометрических параметров вагонных тележек, фрикционных клиньев, башмаков, колесных пар, пантографов, автосцепок [ 159-163, 194 ].

Использование этих принципов позволяет осуществить измерение шероховатых поверхностей сложной формы с достаточной точностью.

Новизна технических решений подтверждается свидетельствами на полезные модели №№ 16402, 17978, 18851.

1. Ребрин Ю.К. Управление оптическим лучом в пространстве. М.: Сов. радио, 1977 - 336 с.

2. Патент № 88/02846 РСТ. МКИ G01B 11/02. Optical measuring probe / Mcmurtru D. 1988.

3. Шмырева JI.H., Черниговский B.B., Смирнов Е.А. Квантовая электроника: Методические указания к проведению лабораторных работ. Киев: КПИ, 1985.-32 с.

4. Коронкевич В.П., Ханов В.А. Лазерные интерферометры и их применение. Новосибирск: Наука, 1984. - 102 с.

5. Коронкевич В.П., Ханов В.А. Современные лазерные интерферометры. Новосибирск: Наука, 1985. 181 с.

6. Ведерников В.М., Кирьянов В.П. Лазерно-интерферометрические системы в промышленных измерениях. // Автометрия. 1998. - № 6. — С. 85-88.

7. Кирьянов В.П., Коронкевич В.П. Лазерные интерферометры перемещений // Автометрия. 1998. - № 6. - С. 65-68.

8. Привалов В.Е. Газоразрядные лазеры в измерительных комплексах -Л.: Судостроение, 1989. 260 с.

9. Dorsch R., Hausler G., Herrmann J. Laser triangulation: Fundamental uncertainty in distance measurement // Appl. Opt. 1994. Vol 33. P. 1306-1314.

10. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Кн. 1 // Под ред. Клюева В.В. М.: Машиностроение, 1986. - 488 с.

11. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Филипов В.И., и др.; Под ред. Клюева В.В. М.: Машиностроение, 1995.-488 с.

12. Реди Дж. Промышленное применение лазеров. М.: Мир, 1986. - 468 с.

13. Виглеб Г. Датчики.-М.: Мир, 1989-191 с.

14. Абросимов С.А., Высогорец М.В., Малютин А.А. и др. Измеритель шероховатости поверхности в диапазоне 1 — 25 нм по индикатрисе рассеянного света // Квантовая электроника. 1994. - т. 21. - № 1. — С. 78-80.

15. Беннет Дж. М., Маттсон JI. Шероховатость поверхности и рассеяние. М.: Оптическое общество им Д.С.Рождественского, 1996. 39 с.

16. Altendorfer H., Kren G., Larson C.T., Stokovski S.E. Unpatterned surface inspection for next generation devices // Solid State Technology. - 1996. -Vol. 39.-N8.-P. 108-112.

17. Hilfiker J.N., Synowiky R.A. Spectroscopic ellipsometry for process applications // Ibid 1996. - N 10. - P. 218-226.

18. Богатов А.П., Никитина O.M. Численное моделирование рассеяния сходящегося оптического пучка поверхностью с одномерной шероховатостью // Квантовая электроника. 1994. - т. 21. - № 2. — С. 72-84.

19. Климков Ю.М., Константинов В.Е. Устройства и методы измерения коэффициентов отражения зеркал // Обзоры по электронной технике. -Сер. 11. 1988. - № 6 (1179). - 40 с.

20. Takeomi Suruki. A method for measuring high reflectivity // Japanese Journal of Applied Physics. 1978/ - v.e. 17, N 5 p. 929-935.

21. Гирина M.B., Лебедева Ю.А., Тихомиров B.H. Инфракрасный сканирующий микроскоп // Электронная техника. 1974, сер. 8, вып. 6(24), С. 66-69.

22. Неразрушающий контроль качества полупроводниковых материалов с использованием газовых ОКГ / В.Т.Прокопенко, В.С.Рондорев, В.А.Трофимов, А.Д.Яськов // ЛДНТП. 1976. - 32 с.

23. Неразрушающий метод исследования полупроводников с помощью сканирующего лазерного луча / В.С.Ганта, Б.Шерман, Е.Д.Джангбаф, Д.Ф.Блэк. // Зарубежная электронная техника. 1971. - № 11. - С. 20-32.

24. Измерение электрофизических характеристик и контроль полупроводниковых кристаллов методом сканирующей ИК-интроскопии / В.Т.Прокопенко, В.С.Рондорев, А.В.Семенов, А.Д.Яськов // Электронная техника. 1975. - Сер. 8. - Вып. 10(40). - С. 96-101.

25. Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Митрофанов A.C. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении. JL: Машиностроение, - 1978. -336 с.

26. Патент № 3703504 ФРГ, МКИ G01B 11/30. Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflachenrauhigkeit und/oder der Oberflachenstruktur von Gegenstanden / Schwab O. 1988.

27. Лактюшкин Г.В., Привалов B.E., Шеманин В.Г. Лазерная система контроля профиля цилиндрической металлической поверхности // Приборы и системы управления.-1999.-№3.-с,31-34.

28. Маштофаров В.В. Бесконтактный лазерный преобразователь размерных отклонений при токарной обработке. В кн.: Подшипниковая промышленность. М.: НИИ автопром, 1979, вып. 10. - с. 22-32.

29. Патент № 1420016 Великобритания, МКИ G01B11/02. Device for optically measuring a dimension of an object / Brown j. B. 1976

30. Патент № 1395910 Великобритания МКИ G01B11/02. A method of and apparatus for gauging the sizes of articles / Parkinson G.j.-1975.

31. Laser Mebplatz für zylindrische Wellen. - Werkstatt und Betr. - 1988. - 121. -N12.-s. 983.

32. A.C. 1441200 СССР, МКИ G01B21/00. Устройство для измерения положения и диаметра объекта / Староверов Б.А., Пустовойт Е.А., Иванов Е.В. и др. Опубл. 1988.

33. Двухкоординатный прибор для бесконтактного контроля наружного диаметра стеклянных труб / Вороненская Т.С., Боровских Е.П., Горохов А.Н. и др. // Оптико-механическая промышленность. 1990. -№ 4, -С. 50 - 54.

34. Активный контроль размеров / С.С.Волосов, М.Л.Шлейфер, В.Я.Рюмкин и др.; Под ред. С.С.Волосова.-М.: Машиностроение, 1984.-224 с.

35. Москвин A.C. Бесконтактное устройство измерения диаметра оптического волокна. // Оптико-механическая промышленность. 1989. -№7,-с. 29-31.

36. Чугуй Ю. В. Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН: новые системы и приборы на базе современных информационных, оптических и лазерных технологий / Датчики и системы 1999. - № 2. - С. 4 - 5.

37. Митрофанов A.C. Анализ возможностей дифференциальных способов измерения диаметров проводов и волокон // Метрология. 1976. - № 2. -С. 19-23.

38. Митрофанов A.C. Оптико-электронное устройство контроля геометрических размеров микропроводов и волокон. В кн.: Применение оптико-электронных приборов в измерительной технике. / МДНТП. -1973.-С. 130-131.

39. Митрофанов A.C., Тарлыков В.А. Лазерные дифракционные измерители и их применение в промышленности. / ЛДНТП. 1977. - 26 с.

40. Pryor O.R., Hageniers O.L., North W.R.T. Diffractographie Dimensional Measurement. //Apple. Opt. 1972. - v.l 1. - N 2. - p. 308 - 311.

41. Магурин В.Г., Тарлыков B.A. Определение размера микрообъектов дифракционным методом на основе эталонных апертур. // Автометрия. -2000.-№3.-С.23-25.

42. Звонарев С.Л., Тарлыков В.А. Структура дифракционного спектра круглого отверстия с локальным дефектом. // Автометрия. 1995. - № 2. -С. 33.

43. Магурин В.Г. Тарлыков В.А. Влияние локального дефекта многоугольной формы на структуру дифракционной картины Фраунгофера круглого отверстия // Автометрия. 2000. - № 1. - С. 57.

44. Прайор Т.Р., Эфф Р.К., Гара А.Д. Применение лазеров для метрологии, контроля и машинного зрения в промышленности. // ТИИЭР. 1982. Т. 70. - № 6. - С. 115-125.

45. Розов Б.С. и др. Измерительные сканирующие приборы. Под ред. Розова Б.С. -М.: Машиностроение, 1980. 185 с.

46. В.А.Фатуев, М.М.Бабин, М.М.Насибулаин. Лазерно-оптическая информационная измерительная система линейных и угловых перемещений на базе микро - ЭВМ. В кн. Лазеры в народном хозяйстве, 1986 -С. 76- 80.

47. West P. One line garage for wire and fibre diameter measurement. // Means, and Contr. - 1974. - v. 7. - N 2. - p 45 - 46.

48. Митрофанов A.C., Тарлыков В.А. Исследование дифракционного способа контроля проводов и волокон. // Известия ВУЗов. Приборостроение. 1976. № 1, С. 104 108.

49. Кеткович А.А., Мировицкая С.Д. Теневые измерители линейных размеров //Измерительная техника. 1968, № 8. С. 21 22.

50. Мировицкая С.Д., Тихомиров В.Н. Прибор для теневого контроля оптических капилляров // Светотехника. 1985. № 11. С. 12 13.

51. Пилимович В.А., Есман А.К., Кулешов В.К. Методика бесконтактного оптического измерения внутреннего диаметра прозрачных труб. // Измерительная техника. 1990, № 6. С. 13 14.

52. Иванов А.А. и др. Автомат бесконтактного контроля наружных резьб // Измерительная техника. 1990, № 6. С. 31 32.

53. Калитеевский Н. И. Волновая оптика. М,: Наука, 1971. - 376 с. 56.Чугуй Ю.В. Особенности формирования и оконтуривания изображенийобъемных тел в когерентном свете // Автометрия. 1991. - № 4. -С. 103-112.

54. Вертопрахов В.В. Оконтуривание бинарных объектов в частично когерентном полихроматическом свете. // Автометрия. 1989. - № 5. -С. 60 - 73.

55. Магурин В.Г., Тарлыков В.А. Влияние локального дефекта многоугольной формы на структуру дифракционной картины Фраунгофера круглого отверстия // Автометрия. 2000. - № 1. - С. 57 - 64.

56. Тарлыков В.А. Влияние модового состава излучения на погрешность дифракционного метода измерения малых линейных размеров // Измерительная техника. 1986 г. - № 8. - с. 22 - 24.

57. Патент № 4561778 США НКИ 356/387. Apparatus for measuring of cylindrical objects by means of a scanning laser beam / Kleinhuber H.-1985.

58. Промышленное применение лазеров / Пер. с англ. Смирнова. М.: Машиностроение, 1988 г. - 265 с.

59. Лазерные устройства для измерения линейных размеров / Г.Г.Земсков,

60. B.П.Карлаш, И.А.Семко и др. // Зарубежная электроника. 1988 - №4.1. C. 48 -53.

61. Sweeney D. W. Laser sensor for automated manufacturing. Laser Focus. May 1983

62. Патент № 1379769 Великобритания МКИ G01S9/62. Distance measurement systems / Eschler H., Roess D. et al.-1975.

63. A.C. 1227953 СССР Датчик сдвига колеса / А.П.Кузин. 1986. Бюл. № 16.

64. Иванов В.А., Привалов В.Е. Применение лазеров в приборах точной механики. СПб.: Политехника, 1993. - 216 с.

65. Оптико-электронная система бесконтактного контроля геометрических параметров полых цилиндров / О.И.Битницкий, В.В.Вертопрахов, В.И.Лодыгин и др. // Автометрия. 1995. - № 6. - С. 69 - 74.

66. Устройство бесконтактного контроля биений колес / В.А.Белоглазова,

67. B.И.Ладыгин, А.И.Пастушенко и др. // Датчики и системы. 1999. - № 4.1. C. 48-51.

68. Вертопрахов В.В. Влияние формы объекта и ориентации его поверхности на точность лазерных триангуляционных измерений / Автометрия. 1995. № 6. - С. 64 - 68.

69. Плотников C.B. Сравнение методов обработки сигналов в триангуляционных измерительных системах / Автометрия. 1995. - № 6. -С. 58-63.

70. Голубев И.В., Плотников C.B. Повышение точности триангуляционных измерений с использованием структурированного освещения / Автометрия. 1999. - № 1. - С. 38 - 47.

71. P. Rojsel, W. Stieffer. Hidrostatic Levelling System with Laser Sensors www.maxlab.lu.se/acc-phis/articles/epac96/tup0661 .pdf. 2002

72. The rapid inspection company http.//www.burtonprecision.com/laserdesign.htm

73. Erik O'Neil. Dedicated automatic tire sidewall inspection. 2002. http://www.bytewisems.com/MarketingDownloads/sidewallarticleOO.pdf

74. Laser Triangulation manual http://www.ivp.se/documentation/technology/Laser trianqulation.pdf. 2002

75. J. Clark, E. Trucco.Using Light Polarization in Laser Scanning http://www.cee.hw.ac.uk/oceans/publications/jimclark/IVCJ1997abs.html

76. Trucco E. and Fisher R.B. Acquisition of consistent Range Data Using Local Calibration. Proc IEEE Int. Conf. Robotics and Automation. San Diego, 1994 -pp. 3410-3415.

77. Михляев C.B. Триангуляционное зондирование нестационарной поверхности // Автометрия. 2001. - № 1. С. 67 - 74.

78. Kooijman K.S., Horijon J.I. Video rate laser scanner: Considerations on triangulation optics, detectors and processing circuits // Proc. SPIE. 1993. -2065. P. 251.

79. Plotnikov S. V., Volkov E. V. Investigation of probing beam with influence on accuracy of triangulation system measurements // Proc. Intern. Conf. On measurement. Smolenice caste, Slovac Republic, 1997. P. 148.

80. S.G. MacLean and H.F.L.Pinkuey. Machince Vision in Space. // Canadian Astronautics and Space Journal. 1995. - 39(2). P. 63 - 77.

81. S.G.MacLean, M.Rioux, F.Blais and etc. // Close Range Photogfammetry Meets Machine Vision, Proc. Soc. Photo - Opt. Instrum. Eng. - 1990. - 1934. P. 8-14.

82. Bourdet U. Real-time Geometrical Tracking and Pose Estimation using Laser Triangulation and Photogrammetry. http://www.vit.iit.nrc.ca/References/NRC-44180.pdf

83. Г. С. Ландсберг. Оптика. M., «Наука», 1976.-928 с.

84. Демкин В.H. Разработка и исследование методов и средств стабилизации мощности излучения газоразрядных лазеров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 1987 180 с.

85. Демкин В.Н., Привалов В.Е. Методы стабилизации мощности излучения непрерывных газоразрядных лазеров // Обзоры по электронной технике. Сер. И. 1986., №3(1179).

86. Аленцев Б.М. Измерение спектра флуктуаций лазеров комплекса ГСЭ / Б.М.Аленцев, А.И.Багимов, Ю.Н.Громов и др. // Измерительная техника. 1977. - № 3-С. 54,55.

87. Демкин В.Н., Привалов В.Е. Исследование нестабильности излучения промышленных He-Ne лазеров/ Измерительная техника. 1987, № 4. С. 27-29.

88. M.Sargent, E.Willis, Lamb Theory of a Zeeman Laser. // Phisical Reviev, 1967. Vol. 164.-P. 450-465.

89. Tomlinson W.J., Fork R.L. Property of gaseous optical maser in weak axial magnetic field// Physical Reviev, 1967, v. 164, N 2, p. 480.

90. Fortin E. Singh D. Polarisation and intensity fluctuations in He-Ge Laser // American Journal ofPhisics. 1981. - v. 49, N9.-P. 891.

91. Мазанько И.П. Влияние малых возмущений на поляризацию излучения одномодового лазера с однородной линией рабочего перехода // Оптика и спектроскопия. 1974. Т. XXXVI, вып. 3. - С. 552 - 556.

92. Melle Н. Bestimung kleiner Doppelbrechnungen an planparallelen Glasplatton // Optic, 1983, Bd. 65, N 2. s. 115 - 122.

93. Zander K., Mozer J., Melle H. Change of polarisation of linearly polarized, coherent light transmitted through planeparallel anisotropic plates. - Optic, 1985,Bd. 70,N l.-s. 6-13.

94. Karube N., Iehisa N. Control of laser output power. Рэдза кенкю, Rev. Laser Eng., 1984, v. 12, N3.-p. 146- 153.

95. Демкин B.H. Снижение нестабильности мощности излучения газоразрядных лазеров видимого диапазона // Непрерывные газовые лазеры: Материалы II отраслевой научно технической конференции. Сер. II. Вып. 1(235). 1986.-С. 17-18.

96. Буткевич В.И., Демкин В.Н., Привалов В.Е. Исследование флуктуаций коэффициента отражения светоделителя в системе стабилизации мощности лазерного излучения // Оптика и спектроскопия. 1987. — Т. 62, № 1.-С. 140-148.

97. Джерард Фюб Вёрч Дж.М. Введение в матричную оптику. М., 1978. -283 с.

98. Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет. М., Мир, 1981.-584 с.

99. Хасс Г. Физика тонких пленок. М., Мир, 1967. 223 с.

100. Eichler H.J., Kleinschmidt F., Avnon G., Fluctuations of the Polarization State of Laser Light // Zeitschrift für Physik, 1985, N 14. s. 395 398

101. Демкин B.H. Измерение мощности проходящего лазерного излучения // Источники питания и применение газовых лазеров: Материалы II отраслевой научно-технической конференции. Сер. 11. Вып. 5(239), 1986.-С. 34.

102. Демкин В. Н. Кеткович А. А., Молоткина Н. Ю. Снижение нестабильности мощности излучения лазеров в средствах неразрушающего контроля // Неразрушающие физические методы: XI Всесоюзная научно- техническая конференция. 1987 г.- С.5.

103. Демкин В.Н. Разработка устройства стабилизации мощности (УСМ) лазерного излучения. Техн. отчет № Гос. регистрации Ф244094/400585. -1986.-27 с.

104. Справочник по лазерной технике под ред. Ю.В. Байбородина, JI.3. Криксунова, О.Н. Литвиненко. Киев, Техника, 1978 г., 288 с.

105. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М. Наука, 1973, 720 стр.

106. Кизель В.А., Отражение света. М. Наука, 1973 г. 352 с

107. Пришивалко А.П. Отражение света от поглощающих сред. Минск, Из-во АН БССР, 1969 г., 430 с.

108. Торопец A.C. Оптика шероховатой поверхности. — Д.: Машиностроение, 1988.- 191 с.

109. Jentzch F. Der Greuzowiker der regulären Reflexion // Z. fur technische physik. 1926. Bd. 7 N 6. S. 310-312.

110. Hasunuma H., Nara J. On the sheen Gloss // Journal of the Phisical Society of Japan. 1956. Vol. 11. P. 69-75.

111. Городинский Г. M. К вопросу о статистической интерференции при отражении света от матовых стеклянных поверхностей // Оптика и спектроскопия. 1963.Т. 15. Вып. 1 С. 113-118

112. Климков Ю.М. Прикладная лазерная оптика. -М.: Машиностроение, 1985.- 128 с.

113. Аленцев Б. М. и др. Акустооптический стабилизатор мощности непрерывного лазерного излучения / Б. М. Алнецев, А. Ф. Котюк,

114. JI. А. Косовский, Н. Ш. Хайкин // Измерительная техника.-1987-38-С.34

115. Sakurai K.Y. M: Tsuhashi Laser Microcolorimeter // IEEE. 1967. N3.-p. 212-219.

116. Гаврилов Д.Н., Рабинович Э.М., Тучин B.B. Использование фокусировки газоразрядной средой для стабилизации мощности излучения He-Ne лазера ( = 6401 Â) // Приборы и техника эксперимента, 1983, № 5, С. 187- 188.

117. Компанец О.Н. и др. Стабилизация мощности излучения лазера на двуокиси углерода / О.Н.Компанец, А.Р.Кукуджанов, Е.Л.Михайлов // Квантовая электроника. 1973. - № 5(17). - С. 122 - 124.

118. Андреев C.B. и др. Стабилизаторы мощности с внешним регулирующим элементом / С.В.Андреев, О.Н.Компанец, Е.Л.Михайлов // Квантовая электроника. 1980. - Т. 7, № 1. - С. 147 - 154.

119. Магдич Д.Н., Молчанов В.Н. Акустооптические устройства и их применение. -М.: Советское радио, 1978. 150 с.

120. Патент №2628587 ФРГ МКИ G03B НО 1S 3/00. Gerat zur Stabilisierung eines Belichtungsstrahls / Yamazaki T. et al/-1976.

121. Полищук А.Г., Химич A.K. Устройство для линейного управления и стабилизации мощности излучения лазера акустооптическим модулятором // Оптико-механическая промышленность. 1980. - № 9. -С. 36-39.

122. Betts A.V., а.о. He-Ne Laser Power Stabilisation /A.V.Betts, R.Hunt,

123. B.T.Meggitt, R.A.Smith // Adv. Electron. Compon, and Syst.-Luton, 1982. -p. 291-303.

124. Белов B.B. Органические электронные устройства для модуляции светового потока/ В.В.Белов, Е.Г.Катышев, В.М.Козенков и др.: В кн.: Несеребряные и необычные среды для голографии. JL: Наука. Ленинград, отд-ние, 1978. - С. 120 - 124.

125. Магдич Л.Н., Молчанов В.Я. Акустооптические устройства и их применение. М.: Советское радио, 1978. - 112 с.

126. Магдич Л.Н. Электрооптический амплитудный модулятор света на кристалле АДП 45° Х-среза / Л.Н. Магдич, А.М.Мойя, В.М.Панкратов и др. // Приборы и техника эксперимента. 1968, № 1. С. 163.

127. Сонин A.C., Василевская A.C. Электрооптические кристаллы. М.: Атомиздат, 1971. - 233 с.

128. Василевская A.C. К вопросу об электрооптических свойствах кристаллов типа КДР // Кристаллография, 1966. — Т. 11, вып. 5. —1. C. 755-759.

129. Влох О.Г., Луцив-Шумский Л.Ф. Продольный электрооптический эффект в кристаллах дигидрофосфата алюминия и калия в ближних ультрафиолетовых и инфракрасных областях спектра // Известия АН СССР. Сер. физ. 1967, - T. XXXI, № 7. - С. 1143 -1144.

130. Справочник по лазерам / Под редакцией акад. А.М.Прохорова. Т. 2— М.: Советское радио. 1978. 400 с.

131. Демкин В. Н. Привалов В. Е. Влияние светоделительного зеркала на стабилизацию мощности излучения лазера // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение. VI Всесоюзная научно- техническая конференция. 1986-С.7.

132. Бергман А. Б. Нечувствительный к направлению поляризациисветоделитель // Приборы для научных исследований. 1983. № 5.1. С. 57-60.

133. А. с. 1371344. Устройство для стабилизации мощности лазера / Буткевич В. И., Демкин В. Н., Привалов В. Е. Опубл. 1987 г., № 37.

134. A.c. № 1681708. Устройство для стабилизации мощности оптического излучения / Демкин В. Н., Привалов В. Е.- Опубл. 1991 г., № 28

135. Вендлэнд П. X. Светочувствительный датчик в виде пары кремниевый фотодиод операционный усилитель // Электроника. 1971.-№ 11-С.30-35.

136. Демкин В.Н., Привалов В.Е. Метод компенсации температурного дрейфа фотоприемника и система стабилизации мощности излучения // ПТЭ. 1987, № 1.-С. 174- 176.

137. Гаврикова Н.И. и др. Исследование путей повышения стабильности излучения гелий-кадмиевого лазера / Н.И.Гаврикова, В.Н.Демкин, В.Г.Касьян // Журнал прикладной спектроскопии. 1985 г. - Т. 43, № 3 -С. 499-501.

138. Привалов В.Е., Шиглов С.И. Исследование падающего участка вольтамперной характеристики газоразрядных лазеров // Радиотехника электроника. 1987. Т. XXXII. № 8. - С. 1678 - 1685.

139. Дятлов М.К., В.Г.Касьян, В.Г.Левин Экспериментальное исследование флуктуаций интенсивности излучения непрерывных лазеров на парах кадмия и селена // Журнал прикладной спектроскопии. 1979. - Т. 30, вып. 6.-С. 1001-1007.

140. K.G.Hergnvist. He-Cd Lasers Using Recirculation geometry. IEEE J. Quantum Electronics, QE 8, 1972. p. 740 - 743.

141. T.F.Johnston, W.P.Kolb. The Sele-Heated 442-nm He-Cd Laser: Optimizing the Power Output, and the Origing of Beam Noise // IEEE J. Quantum Electronics. 1976. - QE-12. - P. 482 - 493.

142. W.T.Silfvast, L.H.Ezeto. Simplified Low-Noise He-Cd Laser With Segmented Bore // Appl. Phys. Lett., 1971. N 19. - p. 445 - 447.

143. Y.G.Tseng. Noise of He-Cd Laser and ITS Suppression // Y.G.Tseng. J.L.Jiang, J.H.Ln. 1983. - Vol. 23, N 16. - P. 2484.

144. D.C.Brown, N.Ginsburg. Study of Noise in He-Cd Laser // Appl. Phys. Lett. -1974.-Vol. 24. N 6. P.287.

145. Sinclair D.C. Optical Lose and Thermal Distortion in Gas-Laser Brewster Windows // Appl. Opt., 1970, v. 9, p.797 -801.

146. Ю.Г.Захаренко, В.Е.Привалов, Я.А.Фофанов. Особенности влияния колебаний в разряде на интенсивность излучения газового лазера // Радиотехника и электроника. 1976. Т. 21, вып. 9. - С. 1901 - 1909.

147. K.G.Herngvist. He-Cd Laser Using Recirculation Geometry // IEEE J. Quantum Electronics. 1976. QE - 12. - P. 482 - 493.

148. Касьян В.Г. Исследование зависимости между колебаниями тока и интенсивностью излучения гелий-кадмиевого лазера. М., 1979. - 12 с. - ВИМИ № 25.

149. Создание гелий-кадмиевого лазера для устройств записи ТВ сигнала на пленку: Отчет о НИР; В. Н. Демкин, В. В. Кюн, Г. И. Малькова, Г. Г. Киселева. ГР № Х02290/Э0390.- Рязань, 1976 г., 41 с.

150. Гинзбург С.А. и др. Основы автоматики и телемеханики / С.А.Гинзбург, И.Я.Лехтман, В.С.Малов. 4-е изд. перераб. - М.: Энергия, 1968 - 512 с.

151. Создание долговечного лазера для опытно-механического запоминающего устройства большой емкости: Отчет о НИР; Н. И. Гришин, В. Н. Демкин, М. К. Дятлов и др.,

152. ГР № Ф06143/6С02113. Рязань, 1978 г., 37 с.

153. Демкин В.Н., Елесин А.П. Высоковольтный стабилизатор тока // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1979. - Вып. 8(77). - С. 123 - 124.

154. А.с. 877501 СССР. Высоковольтный стабилизатор тока / В.Н.Демкин,

155. A.П.Елесин. Опубл. 1981. Бюл. № 40.

156. Патент № 2112134 Франция МКИ H01S3/13. Generateur laser a gaz / Catherin J-M., Dessus В., Neubauer M. 1970.

157. Патент № 3614658 США МКИ HOIS 3/22. Gas laser having means for maintaining a uniform gas mixture in a DC discharge / Goldsborough J. P.-1971.

158. A.c. 708924 СССР. Устройство стабилизации мощности излучения газового лазера на парах металла / В.Н.Демкин, А.П.Елесин. Опубл. 1979. Бюл. №33.

159. А. с. 1544038 СССР Устройство стабилизации мощности поляризованного оптического илучения / В. Н. Демкин, В. Е. Привалов.-Опубл. 1992. Бюл.№ 28.

160. А. с. 1507080 Устройство для стабилизации выходной мощности лазера.

161. B. И. Буткевич, В. Н. Демкин, Ю. Г. Редькин, В. Е. Привалов.- Опубл. 1991. Бюл. № 14.

162. Свидетельство на полезную модель 17978 РФ, МКИ G01B7/02. Измерительный преобразователь линейных перемещений /

163. А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков, В. Н. Тирешкин.-Опубл. 2001. Бюл. №13.

164. Свидетельство на полезную модель 16402 РФ, МКИ С01В7/14. Система контроля параметров тележек грузовых вагонов / А. 3. Венедиктов,

165. В. Н. Демкин, Д. С. Доков и др.- Опубл. 2000. Бюл. № 36.

166. Свидетельство на полезную модель 18850 РФ, МКИ С01В21/00. Лазерный профилометр / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков.-Опубл. 2001, Бюл.№20.

167. Свидетельство на полезную модель 18851 РФ, МКИ вОЮЗ/ОО. Лазерный дальномер / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков.- Опубл. 2001. Бюл. № 20.

168. Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах.-М.: Радио и связь, 1981.180 с.

169. Анализ состояния колесных пар вагонов при движении состава /

170. А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков и др. // Лазеры. Измерения. Информация. Тезисы докладов конференции 6-7 июня 2001 г. Санкт-Петербург, 2001. С. 38-39.

171. Оптический датчик уровня топлива / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков и др. // Лазеры. Измерения. Информация. Тезисы докладов конференции 6-7 июня 2001 г. Санкт-Петербург, 2001. С. 39.

172. Количественный способ оценки комплексной герметичности форсунки дизельных двигателей / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков и др. //МТС, 2001 -№ 13-С.66-67.

173. Венедиктов А. 3., Демкин В. Н., Доков Д.С. Влияние нестабильности мощности излучения лазера на точность в теневом методе измерений с ПЗС-линейкой// Лазеры. Измерения. Информация. Тезисы докладов конференции 5-6 июня 2002 г. Санкт-Петербург, 2002 С.84.

174. Лазерный триангуляционный измеритель поверхности сложной формы А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков, А. В. Комаров / Лазеры для медицины, биологии и экологии. Тезисы докладов конференции21.22 ноября 2001 г. Санкт-Петербург, 2001. С. 43-44.

175. Измерение размеров шейки оси колесной пары теневым лазерным методом / А. 3. Венедиктов, В. Н. Демкин, Д. С. Доков, А. В. Комаров / Лазеры для медицины, биологии и экологии. Тезисы докладов конференции 21-22 ноября 2001 г. Санкт-Петербург, 2001. С. 44.

176. Демкин В. Н., Дятлов М. К., Касьян В. Г. Устройство активной стабилизации мощности излучения газового лазера // Лазерная техника и оптоэлектроника. Сер. П.- 1980.-Вып. 1, № 47- С. 34-35.

177. W. N. Demkin. Laser Optics Range // Preprints 2nd Int. Workshop "Nondestructive Testing and Computer Simulations in Scienceand Engineering" ( NDTCS' 1998) St. Petersburg. Russia. 1998.A-22.

178. Венедиктов A. 3., Демкин В. H., Доков Д. С. Лазерный триангуляционный измеритель профиля протеза.// Лазеры для медицины, биологии и экологии. Тезисы докладов конференции 27-28 ноября 2002 г. Санкт-Петербург, 2002 С. 43.

179. V. N. Demkin, D. S. Dokov, A.Z. Venediktov. Measurement of wheel parameters of a rolling stock during movement // Proceedings of SPIE.-Vol. 5066, pp. 48-53.

180. G. Hausler. Three-Dimensional Sensors Potentials and Limitations. Handbook of Computer Vision and Applications. Volume 1. pp. 485-506.

181. М.Д.Аксененко, М.Л.Баранчиков, О.В.Смолин.Микроэлектронные фотоприемные устройства / М. Энергоатомиздат, 1984. 208 с.

182. Ефимов А. С., Жмудь В. А., Падюков И. В., Ивашко Д. Ю. Прецизионное управление полупроводниковыми лазерами // ПТЭ, 2000, № 4,1. С. 105-110.

183. Демкин В. Н. Устройство стабилизации мощности лазерного излучения УСМ-1 // Информационный листок ВИНИТИ. № 88 29 59. 1988 г.

184. Венедиктов А. 3., Демкин В. Н., Доков Д. С. Выбор мощности зондирующего лазерного пучка в триангуляционном измерителе // Лазеры. Измерения. Информация. Тезисы докладов конференции. 25 -26 июня 2003 г. Санкт-Петербург.

185. Венедиктов А. 3., Демкин В. Н., Доков Д. С. Стенд для измерения геометрических размеров пружин методом лазерной триангуляции. // Лазеры. Измерения. Информация. Тезисы докладов конференции. 25 -26 июня 2003 г. Санкт-Петербург.

186. Климков Ю.М. Основы расчета оптико-электронных приборов с лазерами.-М.: Сов. Радио, 1978.- 264 с.

187. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. М.: Машиностроение, 1989.- 360 с.

188. Григорьянц А. Г., Соколов А. А. Лазерная резка металлов. Под ред. Григорьянца А. Г. -М.: Высшая школа. 1988.- 127 с.

189. Гвоздева Н. П., Куркин К. И. Прикладная оптика и оптические измерения.- М.: Машиностроение. 1976.-382 с.

190. Патент на полезную модель 30970 МКИ вОШ 11/24. Устройство для бесконтактного измерения параметров колес железнодорожного транспорта / А.З. Венедиктов, В.Н. Демкин, Д.С. Доков.- Опубл. 2003. Бюл. № 19.

191. Патент на полезную модель 32874 МКИ вОШ 11/00. Устройство для измерения параметров надрессорных балок и боковых рам тележек грузовых вагонов / А.З. Венедиктов, В.Н. Демкин, Д.С. Доков.-Опубл. 2003. Бюл. № 27.

192. Патент на полезную модель 33814 МКИ вОШ 11/00. Устройство для измерения параметров пружин / А.З. Венедиктов, А. Д. Горячев, В.Н. Демкин, Д.С. Доков.- Опубл. 2003. Бюл. №31.1. РЖИ1. ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ

193. ОБЩЕСТВО «РОССИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ» СО АО «РЖД»)

194. Ф1/1Л1/1АЛ МОСКОВСКАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА

195. Кисмлг1руд|.вя. ул. 20. Москва, 1 CJVHSei : «ал гс&д) ¡эеб-30-50. азвкс coas) £?i£5fcs-:s 11. УТВЕРЖДАЮ»

196. Зам. руководителя вагонной службь Моске®е®?©дак^лезной дороги -№1. А.И.Фурцев2004 г.1. АКТо внедрении результатов докторской диссертационной работы Дёмкина Владимира Николаевича

197. По результатам разработок получено восемь патентов и свидетельств на полезные модели.

198. Главный инженер службы вагонногохозяйства Московской железной дороги . /- филиал ОАО «РЖД» ¿¡^г^Се^ А.Ф.Комиссаров1. Члены комиссии:

199. Зам. директора ООО «Агроэл»1. А. И. Козлов

200. Начальник вагонного депо Рыбное Московской железной дороги филиал ОАО «РЖД»1. С.В.Дмитров

201. УТВЕРЖДАЮ» !ераш{ный директор Щй ПЛАЗМА»1. В .Г.Самородов2004 г.1. АКТо внедрении результатов диссертационной работы

202. Дёмкина Владимира Николаевича

203. По результатам работ получено пять авторских свидетельств.

204. Результаты внедрялись при выполнении НИР и ОКР по темам: «Диктор», «Дакия», а также в рамках государственной программы «Рубежи».1. Председатель комиссии1. Члены комиссии

205. Директор НПЦ «Квазар» Кюн В.В.ст.н.с. ПаюровА.Я.ст.н.с. Сипайло A.A.1. УТВЕРЖДАЮ»1. АКТо внедрении результатов докторской диссертационной работы Дёмкина Владимира Николаевича

206. Основные научные результаты диссертации внедрены в учебный процесс на кафедре общей и теоретической физики в качестве макетов установок для проведения лабораторных работ при изучении оптики, атомной физики и квантовой электроники.

207. Созданные Дёмкиным В.Н. установки позволяют также проводить углубленные научные исследования со студентами о влиянии поляризации лазерного излучения на метрологические характеристики бесконтактныхлазерных измерителен.1. Председатель комиссии

208. Зав. кафедрой общей и теоретической физики, проф.1. Члены комиссии