автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Оптико-электронные системы контроля геометрических параметров оболочек вращения в процессе их формообразования

На правах рукописи УДК 681.518.3:681.7

ШИЛИН Александр Николаевич

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБОЛОЧЕК ВРАЩЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ИХ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Специальность 05.11.07 - Оптические и оптико-элекгронные приборы и

комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 2003

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете.

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Муха Ю.П. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Коняхин И.А. доктор технических наук, профессор Городецкий А.Е. доктор технических наук, профессор Титов B.C.

Ведущая организация: ОАО «Энергомашкорпорация - АТОММАШ»

Защита диссертации состоится " ЦЦиРгАлЛ, 2003 г. в / / часов на заседании диссертационного совета Д 212.227.01 при Санкт-Петербургском государственном институте точной механики и оптики (техническом университете) по адресу, г. Санкт-Петербург, ул. Саблинская, 14, аудитория

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке СПбГИТМО(ТУ) Автореферат разослан 2003 г.

Отзывы и замечания по автореферату направлять в адрес института:

197101, г. Санкт-Петербург, ул. Саблинская, 14, секретарю диссертационного

совета Д 212.227.01.

/1

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.227.01, кандидат технических наук, доцент

В.М. Красавцев

-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Развитие современного машиностроения связано с совершенствованием технологических процессов и снижением производственных и энергетических затрат. Для повышения качества выпускаемой продукции машиностроения необходим переход от точечных одно-функциональных измерений к комплексным многофункциональным и замена послеоперационного контроля управлением всего технологического процесса.

Основными базовыми деталями аэрокосмической техники, нефтегазового, химического и энергетического оборудования являются детали типа оболочек вращения - обечайки и днища, изготавливаемые методом гибки из листового материала в нагретом состоянии. Наибольшее влияние на качество выпускаемого оборудования оказывает технологическая точность производства базовых деталей. Технологическая точность операций формообразования базовых деталей в настоящее время не отвечает современным требованиям, поскольку технологическое оборудование не оснащено автоматизированными системами управления. Одной из основных причин, препятствующей внедрению систем управления технологическими процессами формообразования, является отсутствие современных средств контроля геометрических параметров деталей в течение всего процесса, поскольку при работе системы управления должна осуществляться обработка большого объема измерительной информации за ограниченный промежуток времени. Положение на заводах этой отрасли таково, что, выпуская сложное и уникальное оборудование, контроль геометрических параметров основных базовых деталей осуществляется в основном с помощью рулеток, шаблонов и других контактных средств. Реже применяются оптические устройства контроля, выполненные на базе теодолита. Все эти средства контроля не обеспечивают необходимой точности и оперативности контроля.

В настоящее время при проектировании средств контроля крупногабаритных деталей в процессе их формообразования разработчики часто используют технические решения из других технологических процессов без предварительного анализа. По этой причине потерпели неудачу попытки использовать для листогибочного оборудования системы управления металлорежущими станками. Все это связано с отсутствием в литературе обобщающих публикаций по методологии проектирования средств контроля крупногабаритных деталей и систем управления процессов их формообразования. Сравнительный анализ существующих методов и средств контроля геометрических параметров деталей привел к выводу, что существующие средства контроля не позволяют с необходимой точностью и оперативностью контролировать геометрические параметры крупногабаритных нагретых деталей в процессе их изготовления. Однако в качестве основы для проектирования средств контроля целесообразна^ использовать оптико-

элекгронные методы контроля.

■ ОС. НАЦИПНЛ П!.Нла \ £

Таким образом, комплексное решение задач, связанных с разработкой теории и методологии проектирования измерительных систем для управления процессами формообразования крупногабаритных деталей, является актуальной научно - технической проблемой, имеющей важное экономическое и хозяйственное значение.

Цель работы состоит в обобщении и развитии методологической и теоретической основы проектирования оптико-электронных систем (ОЭС) контроля технологических процессов формообразования крупногабаритных оболочек вращения в машиностроении.

Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:

- анализ технологических процессов формообразования базовых деталей крупногабаритных конструкций, представляющих собой оболочки вращения, и выявление геометрических параметров, которые необходимо контролировать в течение технологического процесса;

- выявление, анализ и обобщение методов и средств контроля основных геометрических параметров оболочек вращения в процессе их формообразования;

- моделирование и анализ схем измерения геометрических параметров оболочек вращения, необходимых для структурного проектирования систем;

- разработка методов структурного проектирование системы и ее устройств с учетом требований конкретного технологического процесса;

- разработка методов морфологического синтеза ОЭС контроля и их устройств;

- моделирование преобразований временных сигналов в оптико-электронной системе и анализ искажений сигналов, вносимых оптоэлектронным трактом;

- разработка методик параметрического синтеза и расчета основных параметров устройств оптико-электронной системы;

- определение путей повышения точности контроля, учитывающих специфику конкретного технологического процесса формообразования;

- апробация разработанных методик в процессе проектирования новых средств измерения и их эксплуатации.

Работа обобщает многолетние исследования и разработки, проведенные при непосредственном участии и научном руководстве автора в Волгоградском государственном техническом университете (ВолгГТУ): Государственный заказ 193-88 министерства химического и нефтяного машиностроения «Исследование, разработка и испытание экспериментального образца информационно-измерительного модуля технологического процесса правки цилиндрических обечаек» за 1988-1989 гг., хоздоговорная тема с Волгоградским заводом нефтяного машиностроения им. Петрова «Оптико-электронная система для измерения диаметров днищ химнефтеаппаратуры» за 1990-1991 гг., тема «Автоматизированная система управления формообразованием крупногабаритных деталей» в разделе «Фундаментальные основы создания

высоких технологий специального машиностроения» программы «Университеты России» за 1994-1997 гг., госбюджетная тема «Измерительные информационные системы» за 1990-1996 гг., финансируемые госбюджетные темы «Разработка и исследование методов контроля геометрических параметров изделий» за 1995-1998 гг., «Математическое моделирование геометрических преобразований в оптико-электронных системах измерения геометрических параметров тел вращения в машиностроении» за 1999-2002 гг.

Основные методы исследования:

При решении поставленных задач использованы методы теорий оптических систем, функции комплексного переменного, г-преобразования, случайных функций, графов, электрических цепей и автоматического управления, а также эвристические методы проектирования технических устройств и систем.

Достоверность проведенных исследований основана на корректных теоретических построениях и строгих математических выводах и подтверждена результатами экспериментальных исследований. Результаты моделирования ОЭС, полученные с помощью предложенных методов, не противоречат результатам известных методов.

Научную новизну диссертации составляют следующие результаты, полученные лично автором:

1. Для проектирования принципиально новых ОЭС контроля и их устройств предложено использовать обобщенные структурные схемы, получаемые из анализа, классификации и обобщения большого количества существующих оптико-электронных методов и средств измерения, а для конструктивного наполнение блоков структурной схемы - использовать морфологический метод, который заключается в генерации множества альтернативных технических решений из известных элементов и выбор с помощью разработанных критериев наиболее оптимального решения.

2. Впервые предложено для моделирования геометрических преобразований в оптических системах использовать математический аппарат теории функции комплексного переменного (ТФКП), позволяющий непосредственно по схеме прохождения оптических лучей, изображенной на комплексной плоскости, и полученным выражениям основных геометрических операций над этими лучами, получать систему уравнений в комплексной форме без проведения промежуточных тригонометрических преобразований и анализа возможных решений.

3. Предложен эвристический метод проектирования устройств позиционирования оптико-электронных преобразователей на номинальный размер контролируемой детали, который использует принцип подобия геометрических фигур. Для обеспечения линейности шкалы устройства его кинематическая цепь должна быть подобна оптической схеме измерения, а звено с изменяемым размером в кинематической цепи должно соответствовать размеру детали в оптической схеме измерения.

4. Получено выражение г-изображения предварительно дискретизированного уравнения электрической ветви, позволяющее непосредственно по схемам замещения оптоэлектронных устройств получать выражения импульсных передаточных функций, а по коэффициентам этих выражений сравнительно просто без вычислений - численные уравнения преобразований сигналов в оптоэлектронных устройствах (линейных, нелинейных, параметрических и с коммутирующими элементами).

5. Получены математические модели процессов образования погрешностей: контроля геометрических параметров в ОЭС; обработки информации в цифровых устройствах и численных методов моделирования преобразований сигналов в аналоговых оптоэлектронных устройствах, позволяющие разрабатывать методики инженерного расчета параметров ОЭС с заданными техническими характеристиками.

На защиту выносятся:

1. Результаты анализа, классификации и обобщения оптических методов и средств измерения, которые могут быть использованы для контроля геометрических параметров оболочек вращения в процессе их формообразования в нагретом состоянии.

2. Метод анализа геометрических преобразований в оптико-электронных системах, позволяющий получать математические модели схем измерения, аналитические выражения для методических погрешностей и геометрических преобразований в оптических системах.

3. Эвристические методы структурного проектирования оптико-электронных измерительных преобразователей с цифровыми выходными сигналами и устройств задания номинального размера с линейной шкалой.

4. Метод численного анализа динамических процессов в оптико-электронных преобразователях, использующий в качестве исходной информации электрические схемы замещения преобразователей.

5. Методики синтеза оптико-электронных развертывающих измерительных преобразователей с линейной шкалой и цифровых фильтров по аналоговым моделям.

6. Методики определения основных параметров и характеристик оптико-электронной системы контроля.

Практическая ценность работы заключается в использовании разработанных математических моделей и результатов проведенных исследований для создания ОЭС, а именно:

1. Разработана методика анализа методических погрешностей оптических схем измерения, позволяющая при проектировании ОЭС выбирать структурную схему с минимальной методической погрешностью.

2. Предложены методики проектирования оптико-электронных развертывающих преобразователей, основанные на использовании обобщенных структурных схем и метода морфологического синтеза.

3. Разработаны методики оценки погрешностей рекуррентных алгоритмов моделирования аналоговых оптоэлектронных устройств, позволяющие обоснованно выбирать параметры численных моделей устройств.

4. Разработан алгоритм расчета формы сигнала на выходе оптоэлектронных устройств, позволяющий анализировать искажения и соответственно корректировать схемотехнику и элементный состав этих устройств.

5. Разработан алгоритм численного анализа динамических процессов в адаптивных оптоэлектронных устройствах для выбора их параметров, обеспечивающих устойчивую работу.

6. Предложена методика синтеза цифровых фильтров ОЭС непосредственно по аналоговым моделям — электрическим схемам замещения фильтров.

7. Разработаны методики определения основных параметров всех устройств ОЭС: отношения сигнал/шум и инструментальной погрешности преобразователя; спектральных характеристик оптических и электронных элементов в устройствах, использующих спектральное отношение сигналов; погрешностей установки преобразователя и пропускной информационной способности оптоэлектронного тракта.

8. Предложена методика проектирования адаптивного устройства сопряжения с управляющей ЭВМ, которое автоматически в процессе работы обеспечивает оптимальное соотношение точность-быстродействие.

9. Предложена методика определения оптимального количества точек контроля профилограмм оболочек вращения, основанная на использовании теоремы Котельникова для пространственных спектральных характеристик профилограмм.

10. Разработаны методики синтеза корректирующих электрических цепей для линеаризации характеристик развертывающих преобразователей с цифровым выходом непосредственно по статическим экспериментальным характеристикам.

Реализация научно-технических результатов. Основные результаты теоретических и экспериментальных работ автора при непосредственном его участии внедрены в промышленность и учебный процесс. В частности, эти результаты нашли применение при создании:

1. Оптико-электронного прибора контроля диаметров и температуры цилиндрических обечаек в процессе их формообразования на валковых листогибочных машинах.

2. Оптико-электронного прибора контроля диаметров и температуры днищ химического и нефтегазового оборудования при изготовлении их на фланжмашине.

3. Оптико-электронных пирометров для измерения температуры нагретых крупногабаритных изделий.

4. Оптико-электронного прибора для контроля режимов электромеханической и лазерной термообработки поверхностей крупногабаритных деталей.

5. Измерительных преобразователей механических величин для автоматизированных систем управления различными технологическими процессами и испытаниями узлов и агрегатов транспортных средств.

6. Методик замены аналоговых устройств и регуляторов цифровыми фильтрами в ОЭС.

7. Методик и программ для анализа динамических характеристик ОЭС.

Теоретические материалы диссертации используются в учебном процессе

Волгоградского государственного технического университета в курсах "Электротехника и электроника", "Основы микроэлектроники", "Основы теории управления" и "Электромеханические системы ".

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на НижнеВолжском региональном семинаре «Диагностические применения лазеров и волоконной оптики в народном хозяйстве» (Волгоград, 1990 г.), НТС «Методы и средства обработки измерительной информации» (Челябинск, 1990 г.), Всесоюзной конференции «Микроэлектронные датчики в машиностроении» (Ульяновск, 1990 г.), Всесоюзном научном семинаре «Метрология лазерных измерительных систем» (Волгоград, 1991 г.), НТС «Компьютеризация учебного процесса» (Астрахань, 1992-1993 г. ), Международных научно-технических конференциях «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгофад, 2000, 2002 гг.)

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 92 печатных работах, в том числе в 40 авторских свидетельствах и патентах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 400 страницах машинописного текста, содержит 123 рисунка, 21 таблицу и 258 наименований библиографического указателя.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, сформулированы основные цели и задачи исследований, раскрыты научная новизна и практическая ценность, приведены результаты реализации и апробации.

В первой главе проведен анализ технологических процессов формообразования основных базовых деталей типа оболочка вращения. На рис. 1 представлена схема технологического процесса производства обечаек в нафетом состоянии.

В результате проведенного анализа технологических процессов формообразования крупногабаритных оболочек выявлено следующее:

- наиболее сложным технологическим процессом формообразования крупногабаритных оболочек является производство обечаек, а наиболее ответственной операцией является их правка;

- для внедрения более совершенной технологии правки обечаек необходима информация о форме их поперечного сечения, которую нужно определять и хранить, поскольку при деформации деталь теряет свою первоначальную форму;

- для обеспечения требуемой технологической точности обечаек необходимо автоматизированное управление процессом формообразования, поскольку технологический процесс из-за остывания детали ограничен во времени;

- состояние парка технологического листогибочного оборудования отличается довольно большим конструктивным разнообразием: расположением валков; количеством валков и их относительными диаметрами, кинематическими схемами приводов валков; уровнем автоматизации приводов; степенью оснащенности контрольно-измерительной техникой.

Таким образом, для повышения качества выпускаемой продукции и исключения брака в течение технологического процесса правки обечаек необходимо контролировать геометрические параметры и температуру детали, и по результатам контроля управлять технологическим процессом. Решить эту проблему в машиностроении очевидно возможно только оснащением технологического оборудования информационно-управляющими системами.

Из приведенного выше технологического процесса следует, что проектируемая система управления технологическим процессом правки обечаек должна выполнять следующие основные функции: измерение формы поперечного сечения обечайки и ее хранение; измерение температуры детали; вычисление управляющего воздействия для технологического оборудования.

Кроме того, система управления должна удовлетворять следующим основным требованиям: возможностью работы системы в реальном масштабе времени; гибкими возможностями проведения большого количества измерений; минимальным воздействием на технологический процесс.

При проектировании измерительных средств необходимо учитывать габаритные размеры деталей и особенности технологического процесса. При проведении измерений ответственных крупногабаритных изделий возникают проблемы, обусловленные большими габаритами изделия и измерительного инструмента, а также большим объемом измерительных операций. Кроме того, внешние условия в цехах, выпускающих продукцию в нагретом состоянии, близки к условиям металлургического производства.

Из проведенного анализа методов и средств измерения, которые можно использовать для измерения геометрических параметров крупногабаритных оболочек вращения, получены следующие выводы:

- в процессе изготовления крупногабаритных нагретых оболочек не представляется возможным использовать контактные средства контроля, так как операция контроля прерывает технологический процесс и, кроме того, при высоких температурах детали довольно сложно обеспечить необходимую точность контроля;

- существующие методы и средства контроля кривизны деталей по элементам круга практически невозможно использовать в производстве деталей на листогибочном оборудовании, поскольку реальная поверхность деталей отличается от цилиндрической;

- из существующих бесконтактных методов измерения в качестве основы для проектирования целесообразно использовать оптический метод, поскольку при его технической реализации габариты устройства могут быть значительно меньше размеров детали;

- несмотря на большое количество существующих методов и средств контроля крупногабаритных цилиндрических деталей, использовать их для контроля в процессе их формообразования практически невозможно;

- поскольку технологическое оборудование отличается большим разнообразием, то основной целью исследования должно быть не создание конкретного устройства или системы, а разработка методов проектирования, учитывающих особенности технологических процессов.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей и анализу оптических схем измерения, поскольку схема измерения является основой для выбора структуры системы и ее блоков. Для выбора оптической схемы измерения и алгоритма функционирования системы необходим анализ методических погрешностей схем измерения.

Для обеспечения минимальных значений методических погрешностей измерения при проектировании средств измерения необходимо соблюдать два основных принципа измерения: Аббе и инверсии.

Эти два принципа применяются в основном при проектировании механических измерительных устройств и неизвестно использование их в оптических измерениях. Поэтому в работе была рассмотрена методика их использования при проектировании оптических измерительных устройств. Для выполнения условий принципа Аббе в схеме измерения линия передачи первичного измерительного сигнала должна совпадать с линией измерения. Для соблюдения принципа инверсии необходимо учитывать изменение назначения детали при изготовлении, измерении и эксплуатации. Из этого принципа вытекают два практических требования проектирования: обеспечение единства баз; обеспечение адекватности относительных перемещений, в частности, при измерении и эксплуатации или при измерении и обработке.

В процессе формообразования обечайки могут быть реализованы три основные схемы измерения. Поскольку обечайка в процессе правки вращается в валках листогибочной машины, то наиболее просто реализуется схема измерения (рис. 2) с помощью проекционного измерительного преобразователя, расположенного с боковой стороны в плоскости, перпендикулярной оси детали, в координате С\(х1, у и г\). Однако этой схеме присущи недостатки: измерение отклонений только наружной поверхности; неравномерность дискретизации поперечного сечения обечайки; переменное расстояние от преобразователя до контролируемой точки - Сь К, что является источником дополнительной погрешности.

С помощью проекционного измерительного преобразователя может быть реализована вторая оптическая схема измерения (рис. 2). Измерительный преобразователь, расположенный с торцевой стороны детали в координате С2(х2, уг, г2), осуществляет вращение относительно центральной оси. При вращении преобразователя вокруг оси осуществляется регистрация профилограммы внутренней или внешней поверхностей в торцевых сечения обечайки. Этой схеме присущи следующие недостатки: сложность механической конструкции базирования преобразователей; возможность измерения только в двух сечениях обечайки; при смещении обечайки в валках машины изменяются расстояния от преобразователя до контролируемых точек -С2, М, С2, N. Поскольку между погрешностями обечайки в продольном и поперечном сечениях отсутствует корреляционная связь, то комбинация двух схем измерения позволит расширить функциональные возможности проектируемой системы.

Третья схема измерения использует (рис. 2) оптический дальномер, расположенный в координате Сз(л-0, уо, с возможностью вращения вокруг оси. Эта схема позволяет определять все геометрические параметры внутренней поверхности обечайки. Этой схеме присущи следующие недостатки: сложность механической конструкции базирования преобразователей; практически невозможно измерять геометрические параметры нагретых деталей.

Каждая оптическая схема имеет преимущества и недостатки, поэтому выбор схемы измерения для конкретного технологического процесса является сложной оптимизационной задачей. Поэтому при проектировании необходим теоретический анализ схем измерения.

В таблице 1 для трех основных оптических схем измерения геометрических параметров обечаек приведены результаты сравнительного анализа, характеризующие функциональные возможности и источники методических погрешностей этих схем. Таблица 1 может быть использована в компьютерной экспертной системе проектировщика.

Таблица 1

№ Характеристики оптических схем измерения Оптические схемы измерения

1 2 3

1 Возможность измерения лрофилограмм сечений позволяет с искажениями позволяет в 2-х сечениях позволяет

2 Возможность измерения продольных сечений позволяет не позволяет позволяет

3 Оперативность обработки результатов высокая средняя низкая

4 Температурный режим техпроцесса нагретые, холодные нагретые, холодные холодные

5 Измеряемая поверхность внутренняя торцевая внешняя

6 Состояние поверхности min min тах

7 Принцип Аббе не соблюдается не соблюдается соблюдается

8 Принцип инверсии не соблюдается частично частично

9 Влияние перемещения по оси г на точность тт тах min

10 Влияние углового положения на точность тах min не влияет

11 Прерывание техпроцесса на время измерения без остановки незначительная остановка остановка значительная

12 Система поиска базы нет необходима необходима

13 Механизм перемещения преобразователя оси г необходима нет необходима

14 Уровень реализации ручн., автомат. автомат. авюмаг.

Для теоретического анализа методических погрешностей необходимо уравнение, связывающее угловое смещение с отклонением размера, номинальным размером и координатами положения измерительного преобразователя. Так, например, для первой схемы измерения это уравнение связи углового смещения контролируемой точки с отклонением текущего радиуса Аг сечения детали размера г имеет следующий вид:

Ьу-/(Ьг,г,хх,ух,г(), (1)

где хиу], 2Г координаты измерительного преобразователя.

Для анализа оптических схем измерения был использован математический аппарат теории функции комплексного переменного, позволяющий свести основные геометрические операции с параметрами крупногабаритных деталей к алгебраическим.

Алгебраизация основных геометрических операций. Основные геометрические операции, которые используются в оптических системах, могут быть выражены аналитически на комплексной плоскости:

1) поворот отрезка прямой (луча) А = Ае]а на угол ± <р может быть аналитически выражено следующим образом

Ах=Ае]ае±1"' ^Ае1^, (2)

где е*-""- оператор поворота;

2) операция увеличения длины отрезка (луча) А в с1 раз аналитически может быть представлена в виде

А^<1-Ае>а- (3)

3) операция сложения двух отрезков (лучей) А = ах+}аг нВ = Ь\+ ]Ь2 может быть аналитически выражена следующим образом

А±В = (ах±Ьх) + ]{а2±Ъ2У, (4)

4) угловое положение касательной (луча) к контуру, выраженного с помощью параметрического уравнения и'(/) = и(1) + , определяется производной

= «'(')+МО; (5)

5) положение отраженного луча может быть выражено через касательную

А^{п) = Аг8(т) + я12, (6)

где тип- касательный и нормальный единичные вектора контура.

Таким образом, практически все геометрические преобразования могут быть выражены алгебраически.

Моделирование основных операций в оптических системах. В качестве примера (рис. 3, а) приведено моделирование лазерной сканирующей системы. Операцию увеличения расстояния от источника излучения до сканирующего зеркала можно выразить как увеличение длины луча А на отрезок В или увеличение длины луча А в с/ раз. При повороте луча С на угол <р изменяется не только угловое положение луча, но его и длина в к раз {к = 1/соз<р).

С помощью операций (1-5) получены выражения операций отражения и преломления оптических лучей на границе сред с различными оптическими плотностями. На комплексной плоскости (рис. 3, б) изображены падающий Хп, отраженный Х0и преломленный ХПР лучи. В точке падения луча кривая раздела сред имеет единичный вектор нормали п, направленный в сторону большей оптической плотности. Кривизна линии раздела в точке падения луча может определяться угловым положением единичного вектора касательной г -у/ = А^т. С учетом введенных обозначений угловые положения преломленного и отраженного лучей определяются выражениями

А^ХПР = А^(п)+А(рпг; Аг^0 = А^(-п)- А<рп = Аг%[п)+к — А<р п, (7) где <\<РпР = агсвш^ш А<рп /п12) - модуль относительного угла преломления; п]2-относительный показатель преломления.

1т

Рис. 3. Основные геометрические операции на комплексной плоскости: а - с изменением координат луча; б - с отражением и преломлением луча

С помощью операций (1-5) получены уравнения основных схем измерения, методических погрешностей и преобразований формы детали при ее бесцентровом вращении в профиллограмму. Для анализа бесцентрового метода измерения профиль детали был представлен в виде комплексного радиуса-вектора

К<Р) = г{(р)е}<р = Я■ е19 + Аке^ соз(кд> + <рк).

(8)

к=2

Поскольку для определения направления касательной необходимо значение аргумента /? переменной г'(<р), то было определено это значение для кой гармонической составляющей

¡5 = агcfg =

со$(р + лил/1 + к2 + а) — бш^ + тлА + к2 со+ а) где т = Ак/К; а = аг^(к ■ tg(k(p + срк)).

Так как в профиле обечайки значительно преобладает вторая гармоническая составляющая (элипсность), то для исследования схемы измерения была использована эта форма. Для удобства исследования центр детали был совмещен с нулевой точкой комплексной плоскости (рис. 4, а).

Для определения угла у/, регистрируемого измерительным преобразователем, получено уравнение координаты точки С через координату точки А

С = г(<рУ> + + Нелр+лП) = М + уЯ, (10)

где М = г(<р) соя <р + Ь соя /3 - Н эт @; N - г(<р)5т<р + Ь$т/3 + Нса5р.

Кроме того, координата точки С выражена из уравнения касательной к профилю точки О

С = -(г{<р1)ем+Ке^1), (11)

где К - расстояние от измерительного преобразователя до детали; Рх - аргумент касательной в точке £>.

Из уравнений (10-11) получено уравнение схемы измерения

М + ]Х = -(/*{<рх У*" + Ке1^ ), (12)

а из уравнения (12) получены значения угла [у и приведенного радиуса гпр(<р), определенные для детали правильной формы. На рис. 4, б изображены профилограммы Аг=гпр(ср)-Ктт при различных параметрах Я, из анализа которых следует, что погрешность регистрации формы минимальна при #=£>.

Рис. 4. Схема контроля профилограммы обечайки (а) и профилограммы обечаек (б): 1- реальная (Л=1500 мм, А2 =50 мм); измеренные при ¿=4000 мм и значениях Я: 2 - Я=3000 мм, 3- Я=1500 мм, 4 - Я=3000 мм

Анализ профилограмм обечаек, построенных для различных параметров схемы измерения, позволяет осуществлять выбор схемы с минимальными искажениями формы. С помощью предложенного метода были получены математические модели всех схем измерения и соответственно уравнения для методических погрешностей.

В третьей главе рассмотрена методология проектирования оптико-электронных измерительных систем, которые являются основной частью систем управления формообразованием обечаек. Из проведенного анализа методов и оптических схем измерения геометрических параметров обечаек следует, что только проекционный метод измерения позволяет оперативно осуществлять контроль геометрических параметров в течение всего технологического процесса формообразования. Структура оптико-электронной системы управления формообразованием объекта управления (ОУ) - обечаек (рис. 5, а, б) составлена непосредственно по оптическим схемам измерения. Формообразование поперечного сечения обечайки 1 осуществляется при ее вращении в валках технологической машины (ТМ) 2 за счет локального изгибающего усилия. В направляющих 3 с двухкоординатным механизмом перемещения 4 установлена камера 5 с двумя измерительными преобразователями: ИЛ) для определения положения оси обечайки и ИП2 для определения текущего радиуса г(<р) обечайки в торцевом сечении. Перед измерением с помощью оптико-электронной следящей системы, состоящей из преобразователя ИП) и исполнительного механизма ИМ|, камера 5 автоматически устанавливается на ось детали. Таким образом, автоматически определяется база измерения отклонений от правильной цилиндрической формы. Измерительный преобразователь ИП2 предварительно устанавливается на угол, соответствующий номинальному размеру, и при вращении с помощью исполнительного механизма ИМ2, управляемого через коммутатор К2 от ЭВМ, регистрирует отклонения размера Аг(<р), информация о которых поступает через коммутатор К) на ЭВМ. Для определения геометрических параметров в продольном сечении обечайки с боковой ее стороны в направляющих 6 с двух координатным механизмом 7 установлена камера 8 с измерительным преобразователем ИП3, определяющим отклонение наружного диаметра в нескольких поперечных сечениях. Установка преобразователя ИПз на номинальный размер и сечение обечайки осуществляется с помощью ЭВМ, коммутатора К2 и исполнительного механизма ИМ3. Управление процессом формообразования осуществляется с пульта 9. Измерительные преобразователи ИП1-ИП3 используют в качестве информационного сигнала собственное излучение нагретой детали. Кроме того, один из измерительных преобразователей измеряет температуру детали. Измерительный преобразователь ИП4 определяет угловое перемещение валка и соответственно угловое положение обечайки относительно машины, а измерительный преобразователь ИП5 измеряет момент на валу механизма перемещения валка листогибочной машины. На основе полученной от преобразователей ИП2, ИГЦ и ИП5 информации управляющая ЭВМ вычисляет текущее изгибающее усилие и через исполнительный механизм ИМ4 управляет перемещением валка, осуществляя правку обечайки. Информация о форме поперечного сечения, поступающая от измерительного преобразователя ИП3, необходима для определения усилия механизма, компенсирующего деформацию валков.

ИП4 ИП5

А ПУ

тм

±

ИМ4

ОУ

^ ИП1 —» ИМ!

ИП1

ИПз

ж

ИМз

"I

К!

имг

*

Кг

1

ЭВМ

<9

Рис. 5. Оптико-электронная система управления формообразованием обечаек: а) конструкция системы; б) структурная схема системы

После выбора общей структурной схемы системы осуществляется структурное проектирование сс блоков. Основными блоками системы, оказывающими наибольшее влияние на основные характеристики системы -точность, быстродействие и надежность, являются измерительные преобразователи. В настоящее время наиболее сложной задачей в измерительной технике является разработка методов проектирования технических систем. Создание теоретического аппарата для синтеза устройств и систем из элементов, обладающих большим числом параметров и выполняемых функций, довольно сложная и практически невыполнимая задача, так как при комбинации элементов получается очень большое количество вариантов решений. Кроме того, не все характеристики элементов технических систем могут быть представлены в виде математических моделей.

Для решения задач проектирования технических систем, которые не могут быть решены с помощью теоретического аппарата логики и математики, используются эвристические методы. Эвристические методы проектирования используют нечеткие правила и рекомендации, и поэтому не могут обеспечить полную гарантию решения задачи, однако значительно повышают вероятность успеха, целеустремленность и эффективность работы. Значительно повышается эффективность эвристических методов и при использовании их в режиме диалога с компьютером.

При проектировании измерительных устройств в качестве эвристического метода целесообразно использовать обобщенные структурные схемы, получаемые в результате проведения большого объема работ с анализом и обобщением. Для разработки методов проектирования проекционных оптико-электронных измерительных преобразователей был проведен анализ методов и средств измерения, на основе которого были разработаны обобщенные структурные схемы (табл. 2). Все существующие оптико-электронные проекционные методы измерения могут быть разделены на две основные группы: фотометрические и сканирующие или развертывающие.

Наибольшее распространение в измерительной технике получили двухканальные фотометрические преобразователи, обобщенная схема которых содержит маску 1 с двумя окнами, фотоприемники 2 и 3, делитель сигналов 4 и усилитель 5. В качестве делителя сигналов наиболее часто используется мостовая схема. Через первое окно на фотоприемник 2 поступает поток излучения от краевого участка нагретого изделия, который зависит от площади излучающей поверхности изделия и от его яркости, а через второе окно на фотоприемник 3 - поток излучения, зависящий только от яркости изделия. Площади излучаемых поверхностей потоков излучения, поступающих на фотоприемники 2 и 3, определяется значениями =ах, и цг=аЬ. При одинаковой и постоянной чувствительности фотоприемников сигнал на выходе усилителя пропорционален положению кромки детали изделия х относительно нижнего края маски - к=х/Ь. Использование двух каналов (окон) позволяет уменьшить погрешность измерения размера.

Для уменьшения составляющей погрешности, обусловленной разной чувствительностью фотоприемников, используется одноканальный фотометрический метод измерения с модуляцией или коммутацией потоков излучения. Преобразователи этого типа позволяют исключить погрешность, обусловленную не идентичностью характеристик преобразователей.

В преобразователе потоки излучения от двух окон маски 1 с помощью оптического коммутатора 2, переключаемого устройством управления (УУ) 3, поочередно направляются на фотоприемник 4 с усилителем 5. Устройство управления 3 с помощью электронного коммутатора б в соответствующие моменты времени периодически подключает запоминающие устройства 7 и 8. Одно из запоминающих устройств запоминает сигнал, соответствующий потоку от первого окна, а другое устройство - от второго окна. Сигналы с устройств 7 и 8 поступают на делитель сигналов 9.

Фотометрические преобразователи

Таблица 2

двухканальные 1

1 - маска, 2,3 - фотоприемники. 4 -делитель сигналов, 5 - усилитель

одноканапьные

^Г^Дг

Плтгг

1- маска, 2 - оптический коммутатор, 3 - устройство управления, 4 - фотоприемник, 5 - усилитель, 6 -электронный коммутатор, 7,8 - запоминающие устройства, 9 - делитель сигналов____

Позиционные преобразователи

сканирующие

1

к*

¿А

1 - источник излучения, 2 - волоконная вилка. 3 сканатор, 4 - фотоприемник, 5 - усилитель, б формирователь, 7 - ФНЧ

с просгранственнои дискретизацией

2

4 И

С= 3

1 - задающий генератор, 2 -устройство управления, 3 -формирователь сигналов, 4 -преобразователь уровня

управляющих сигналов, 5 - ПЗС-матрица, 6 - усилитель

В измерительной технике широко используется сканирующий метод измерения размеров, основанный на преобразовании проекции кромки изделия во времяимпульсный сигнал. Этому методу присущи следующие достоинства:

1) интенсивность потока излучения, прозрачность среды, чувствительность фотоприемников и другие амплитудные факторы практически не оказывают отрицательного влияния на точность измерения;

2) простое преобразование времяимпульсного сигнала в цифровой код позволяет проектировать надежные устройства сопряжения;

3) возможность проектирования многофункциональных оптико-электронных измерительных устройств, так как измерительная информация в времяимпульсном сигнале может быть представлена в виде частоты, амплитуды, фазы и длительности импульса и впадины;

4) сканирующий метод позволяет проектировать адаптивные и помехоустойчивые оптико-электронные устройства, так как в моменты отсутствия импульса возможна автоматическая коррекция параметров устройства;

Обобщенная структурная схема, реализующая сканирующий метод измерения представлена в таблице 2. Сканирующий измерительный преобразователь позволяет осуществлять измерение, как нагретых изделий, так и холодных за счет подсветки измеряемого участка изделия. Обобщенная схема сканирующего преобразователя содержит источник излучения 1, волоконную вилку 2, зеркальное сканирующее устройство 3. С помощью вилки 2 осуществляется подсветка (локация) участка изделия с площадью и проецирование этого участка на фотоприемник 4. Таким образом, коэффициент использования потока излучения при таком способе подсветки равен единице. При использовании локации от источника, несвязанного со сканирующим устройством, коэффициент использования потока излучения определяется как 1/^2, где 5г - площадь участка сканирования или диапазона измерения. Фотоприемник 4 соединен с последовательно включенными блоками: усилителем фототока 5, формирователем импульсов 6 и фильтром низкой частоты (ФНЧ) или преобразователем в цифровой код 7.

При сканировании участка детали со скоростью на вход фотоприемника 4 будет поступать последовательность импульсов потока излучения от изделия, длительность которых определяется положением кромки изделия относительно нижнего края щелевой диафрагмы. Импульсы потока излучения преобразуются, усиливаются и формируются блоками 4-6. Устройство 7 преобразует времяимпульсный сигнал в постоянный сигнал или цифровой код.

Широко используемые в настоящее время твердотельные телевизионные системы в сравнении с оптико-электронными устройствами с механической разверткой обладают более высокой скоростью измерения и обработки информации, а также позволяют вести визуальное дистанционное наблюдение за технологическим процессом. В тоже время твердотельным телевизионным системам присущи следующие недостатки: разброс чувствительности элементов и сложность систем обработки измерительной информации.

Обобщенная схема на базе многоэлементного фотоприемника содержит цифровую систему для управления работой ПЗС - матрицы и обработки измерительной информации. Это устройство (табл. 2) позволяет измерять пространственные координаты с разрешающей способностью 5.

В таблице 3 для четырех основных обобщенных схем проекционных измерительных преобразователей приведены результаты, характеризующие их потенциальные возможности.

_ _Таблица 3

JN» Влияние факторов и потенциальные возможности методов Проекционные методы измерения

1 2 3 4

1 Влияние нестабильности параметров тракта max min min min

2 Помехоустойчивость min тах min min

3 Оптико-механическая конструкция простая сложная сложная простая

4 Преобразователи в цифровой код АЦП АЦП Счетчик импульс. МикроЭВМ

5 Источники инерционности фотопр. фотопр. модулятор фотопр. сканатор фотопр. ЭВМ

6 Влияние неравномерности нагрева детали max тах min min

7 Корректируемые погрешности не корр. мультипл. аддитивн. мультипл аддитивн. сложна

8 Возможность адаптации параметров не возможна сложна проста

Рассмотренные выше измерительные преобразователи позволяют измерять только положение границы изделия относительно некоторой базы. Для измерения профиля поперечного сечения обечайки - профилограммы с помощью проекционного измерительного преобразователя необходима организация процесса измерения. Поэтому для выбора метода измерения профилограмм и соответственно структуры измерительной системы был проведен сравнительный анализ всех методов, использующих разные варианты измерительных преобразователей. Из проведенного анализа получены рекомендации по выбору структурной системы.

Логометрические измерительные преобразователи. При проектировании оптико-электронных измерительных преобразователей довольно часто возникает задача технической реализации операции деления информационных сигналов. Так, например, эта операция выполняется в оптико-электронных измерительных устройствах при коррекции мультипликативной составляющей погрешности по эталонному источнику излучения и пирометрах спектрального отношения. Операция измерения отношения двух сигналов может быть выполнена с помощью известных электронных устройств: полупроводниковых элементов с логарифмическими характеристиками; блока АРУ, стабилизирующего одну последовательность импульсов и развертывающих преобразователей.

В измерительной технике широко используются интегрирующие развертывающие преобразователи, которые позволяют измерять отношения электрических величин с представлением результата измерения в цифровой форме. Кроме того, интегрирующие преобразователи обладают высокой помехоустойчивостью.

Обобщенная структурная схема оптико-электронных измерительных преобразователей с двухтактным интегрированием (рис. 6) содержит следующие устройства: объектив 1, оптический коммутатор 2 с электромеханическим приводом 3, фотоприемник 4, усилитель фототока с коммутатором 5, соединенным в свою очередь с фильтрами 6 и 7. Причем выход фильтра 7 является инвертирующим. Выходы фильтров 6 и 7 подключены к устройству управления преобразованием (УУП), содержащим коммутатор 8, интегратор 9, компаратор 10, триггер 11, генератор тактовой частоты 12, делитель частоты 13, ключ 14 и счетчик импульсов 15. Оптический коммутатор предназначен для коммутации потока излучения через светофильтры с различными спектральными полосами или потоков излучения от контролируемой детали и эталонного источника.

При работе измерительного преобразователя сигнал с генератора 12 с частотой/через делитель частоты 13 с коэффициентом деления п поступает на оптический коммутатор 2 и на управляющие входы блоков 5-8, а на фотоприемник 4 поочередно поступают два потока излучения Ф\ и Фг- В течение первого такта фотоприемник с чувствительностью 5/, усилитель 5 с коэффициентом Ку и фильтр 6 преобразуют поток излучения Ф\ в постоянное напряжение

и^Ф^^Ку, (13)

где Ян- сопротивление нагрузки фотоприемника.

Напряжение с фильтра 6 через коммутатор 8 поступает на интегратор 9, на выходе которого образуется линейно возрастающее напряжение. В конце первого такта (момент времени Т\) происходит переключение блоков 5 и 8 и установка триггера 11 в единичное состояние. В течение второго такта фотоприемником 4, усилителем фототока 5 и фильтром с инвертором 7 поток Ф2 преобразуется в постоянное напряжение 11г, которое поступает на интегратор 9, на выходе которого образуется линейно убывающее напряжение.

Рис. 6. Обобщенная схема оптико-электронных измерительных преобразователей с времяимпульсным преобразованием

В момент равенства нулю напряжения на выходе интегратора 9 компаратор 10 переводит триггер 11 в нулевое состояние. Промежуток времени от начала второго такта до момента срабатывания компаратора 10 определяется выражением

Т2 = ихТх/и2 = ФХТХ /Ф2ТХ. (14)

Таким образом, результат измерения определяется только отношением потоков излучения. Длительность импульса определяется по количеству тактовых импульсов, поступивших на счетчик импульсов за время Тг.

На рис. 7 изображена обобщенная структурная схема частохно-импульсных оптико-электронных измерительных преобразователей.

Обобщенная структурная схема частотно-импульсных оптико-электронных измерительных преобразователей содержит объектив 1, оптический коммутатор 2 с приводом 3, фотоприемник 4, усилитель фототока с коммутатором 5, соединенный свою очередь с филырами 6 и 7. Поскольку в частотно-импульсном преобразователе информационные сигналы двух каналов должны поступать непрерывно на вход УУП, то в обобщенной схеме возможно использование двух независимых каналов. Однако использование одного фотоэлектрического тракта для двух сигналов позволяет значительно повысить точность измерения. Выходы фильтров 6 и 7 подключены к устройству управления преобразованием (УУП), которое содержит коммутатор 8, интегратор 9 с двумя входами, источник опорного напряжения 10, компаратор 11 и одновибратор 12.

Рис. 7. Обобщенная схема оптико-электронных измерительных преобразователей с частотно-импульсным преобразованием

При работе преобразователя сигнал с УУП или генератора электропривода 3 через оптический коммутатор 2 поочередно направляет потоки излучения Ф\ и Ф2 на фотоприемник 4, которые преобразуются с помощью управляемого тракта 5 и фильтров 6 и 7 в постоянные напряжения 11Х и £/2. Напряжение первого канала 1!\ с фильтра 6 подается на неинвертирующий вход интегратора 9, на выходе которого образуется линейно возрастающее

напряжение, поступающее на первый вход компаратора 11, а на второй его вход подается опорное напряжение от источника 10.

В момент срабатывания компаратора его импульс запускает одновибратор 12, формирующий импульс постоянной длительности Т\. В течение интервала времени Т\ через фильтр 7 и коммутатор 8 напряжение второго канала U2 поступает на инвертирующий вход интегратора 9. Поскольку на два входа интегратора 9 поступает разность напряжений двух каналов, а по условиям работы напряжение второго канала больше первого, то на выходе интегратора 9 появляется линейно убывающее напряжение. По истечении времени Т\ коммутатор 8 закрывается и на вход интегратора 9 вновь подается выходной сигнал только первого канала, и цикл повторяется. Частота следования ( импульсов на выходе компаратора 11 пропорциональна отношению световых потоков первого и второго каналов ■

/=7^=0^(0^). (15)

Результат измерения определяется только отношением потоков и сравнительно просто преобразуется в цифровой код.

На основе сканирующего метода измерения была разработана обобщенная структурная схема адаптивного оптико-электронного измерительного преобразователя (рис. 8, а, б). При сканировании пространственное распределение яркости нагретого изделия с размером SCK преобразуется во временной сигнал. Для измерения положения кромки детали используется участок зоны сканирования 5СКi, а остальная часть зоны используется для измерения температуры, коррекции аддитивных и мультипликативных погрешностей и стабилизации отношения сигнал/шум. В сканирующем устройстве используется один оптоэлектронный тракт, через который поочередно проходят различные сигналы. Применение одноканального оптоэлектронного тракта позволяет снизить погрешность измерения.

При работе адаптивного преобразователя (рис. 8, а, б) краевой участок нагретого изделия 1 проектируется объективом 2 в плоскость маски 3, в которой установлены эталонный источник - светодиод 4 и светофильтры 5 и б. За маской установлено зеркальное сканирующее устройство 7 с переменной амплитудой А<р и соответственно зоной SCK сканирования. Колеблющееся изображение участка изделия с помощью объектива 8, щелевой диафрагмы 9, фоюприемника > 10 и усилителя 11 преобразуется в электрический сигнал. Генератор тактовых импульсов 12 соединен с приводом 13 сканатора 7 и устройством управления 14, которое в определенные промежутки времени осуществляет подключение различных регулирующих и функциональных устройств. Управляемый устройством 14 коммутатор 15 в течении промежутка t0- t\ подключает блок автоматической регулировки усиления (АРУ) 16 по эталонному источнику 4, а в течении промежутка tr t2 подключает блок автоматической компенсации темнового тока 17. Управление коэффициентом усиления оптоэлектронного тракта может осуществляться за счет управления напряжением питания фотоприемника 10 или коэффициентом усиления усилителя 11. В течение

промежутка /г /2 коммутатором 15 подключается блок автоматического регулирования отношения сигнал/шум 18, который через привод перемещения 19 управляет размером щелевой диафрагмы 8. Блоки 16-18 содержат запоминающие устройства, которые должны хранить сигналы в течение всего периода сканирования.

б)

Рис. 8. Обобщенная схема адаптивного оптико-электронного измерительного преобразователя (а) и временная диаграмма его работы (б)

Коммутатор 20 в определенные моменты времени соединяет выход усилителя 11 с соответствующим входом вычислительного устройства 21. Каждый вход соответствует определенному участку зоны сканирования. Промежуток времени ¿3- и соответствует потоку излучения, прошедшему с участка детали постоянного размера, промежуток времени /4- - потоку излучения, прошедшему через светофильтр 6, а промежуток времени /6 -потоку излучения, прошедшему через светофильтр 5. С помощью сигналов, прошедших через светофильтры 5 и 6, определяется спектральная температура изделия, а сигнал, пришедший непосредственно с детали, используется для определения энергетической температуры. В течение промежутка времени (2- /3 определяется временное положение кромки детали относительно края маски. При реализации логометрического метода измерения в качестве сигнала обратной связи может быть использован любой из сигналов промежутка времени ¿з- /б- В устройствах с блоком АРУ осуществляется стабилизация

амплитуды одного из сигналов последовательности импульсов, а по переменной амплитуде - измеряется отношение сигналов. Кроме того, блок АРУ позволяет работать устройству в широком диапазоне температур.

Вычислительное устройство 21 по результатам измерений определяет температуру изделия и отклонение размера, приведенного к нормальным температурным условиям. Поскольку измерение линейных размеров осуществляется по угловым измерениям, то при изменении расстояния от детали до преобразователя возникает погрешность измерения и поэтому перед измерением необходима коррекция характеристики преобразователя. В качестве эталонного сигнала для коррекции характеристики преобразователя используется его смещение на заданное расстояние с1. Операция коррекции характеристики осуществляется приводом 13 за счет изменения угловой амплитуды сканирования А<р сигналом с вычислительного устройства 21 через запоминающее устройство 22.

Морфологический синтез. Следующим этапом разработки системы после структурного проектирования являегся выбор и конструирование ее блоков. В настоящее время для оптико-электронных систем разработано довольно большое число вариантов оптических, механических и электронных устройств. Поэтому задача проектирования на этом этапе заключается в генерации множества альтернативных технических решений из известных элементов и выбор наиболее оптимального. Для решения этих задач был использован морфологический метод.

Морфологический метод проектирования систем с постоянной структурой ¿^осуществляется в следующей последовательности:

1) точная формулировка поставленной проблемы;

2) выделение функционально законченных блоков Р„ системы;

3) сопоставление каждому выделенному блоку Р, значений его реализации Р,' и сведение их в таблицу (морфологический ящик);

4) оценка всех имеющихся в таблице вариантов по заданным эксплуатационным характеристикам У = {У/, У2,...Ут};

5) выбор из морфологического ящика наиболее оптимального набора блоков, который обеспечивал бы наилучшие значения эксплуатационных характеристик системы.

Любая комбинация значений всех параметров представляет собой возможный вариант решения данной проблемы, например, комбинация

Р/,Р2',—Рп"(рис. 9). Общее число вариантов технических решений определяется как произведение количества возможных вариантов реализации каждого из функциональных узлов

МР=1\к1=к]-к2:..кГ-К> (16)

1=1

где к, — количество возможных вариантов реализации г-го функционального блока системы.

Выбор в качестве параметра оптимизации набора эксплуатационных характеристик, представленного множеством V, приводит к необходимости решения многокритериальной оптимизационной задачи. Поэтому в качестве критерия оптимизации при проектировании систем используются обобщенный показатель качества варианта реализации системы, определяемый как функция от заданных эксплуатационных характеристик

Введение обобщенного показателя качества позволяет свести задачу синтеза к однокритериальной задаче поиска экстремума функции ^(У/,..., Ут), обеспечивающего минимум (максимум) обобщенного показателя качества* IV. Однако на практике сложно охарактеризовать измерительную систему одной функцией.

Рис. 9. Граф-схема вариантов технической реализации измерительной системы

Выбор из морфологического ящика наиболее оптимального набора блоков может осуществляться с помощью различных алгоритмов. При проектировании измерительной системы был использован алгоритм древовидного проектирования, позволяющий последовательно наращивать блоки сисгемы. Комбинаторный перебор блоков систем и усечение множества неприемлемых сгенерированных решений выполняется по некоторым характеристикам с учетом их приоритетности. Кроме того, при переборе учитываются условия совместимости элементов. Причем некоторые блоки могут выполнять несколько функций, и поэтому используется операция объединения блоков.

Для оценки приоритетности значений у-го классификационного признака по г-ой характеристике обычно используются матрицы парных сравнений для каждого из классификационных признаков. В этих матрицах элементы сравниваются друг с другом относительно их воздействия на каждую характеристику. Этот метод позволяет осуществлять последовательный выбор по каждому параметру без учета их весовых коэффициентов для каждого типа элемента. Поэтому при синтезе был использован метод расстановки приоритетов, используемый в функционально-стоимостном анализе и учитывающий весовые коэффициенты каждого элемента. Оценка в этом методе осуществляется с помощью комплексных приоритетов В1каи по формуле

п

/=1

где Р] - относительный приоритет /-го критерия; Ву - относительный

приоритет /-го варианта по/-му критерию; п - количество критериев.

Формирование множества эксплуатационных характеристик. На первом этапе проектирования на основе анализа различных источников информации выявляются основные эксплуатационные характеристики системы. А для уменьшения общего числа характеристик до числа наиболее существенных исследуется их взаимная корреляция. Критерии совместимости позволяют выбирать элементы с совместимыми характеристиками и рационально распределять погрешности измерения по элементам устройства. В качестве основного критерия совместимости оптических элементов системы был использован спектральный коэффициент полезного действия (КПД) х преобразователя, определяющий какая часть из общего интегрального потока излучения может быть использована или преобразована

00 /ОО

* = \*т<ре1{Х)с11 / \сре1с1Х , (19)

о /о

где $(/!) - относительная спектральная характеристика пропускания или преобразования потока; ред(Л) = Фел(Л)/ФеЛт - относительное распределение спектральной плотности входного потока; ФеЛт - максимальная спектральная плотность входного потока; Ф^(А) — распределение спектральной плотности входного потока.

Основным параметром оптико-электронных систем является пирешность измерения и поэтому на первоначальном этапе проектирования необходимо общую допустимую погрешность измерения рационально распределить по блокам. Для сравнительного анализа все составляющие погрешностей Д „ представляющие отклонение входной физической величины, должны быть приведены к выходу или входу.

Быстродействие является одним из важных параметров оптико-электронной системы. Для согласования динамических характеристик элементов устройства используются выражения динамической погрешности, обусловленной скоростью сканирования и инерционностью фотоприемника.

В качестве критерия совместимости аналоговой и цифровой частей системы является количество информации, поступающей за один такт сканирования

Ы = \щ2{8скКоб18), (20)

где Бск- размер зоны сканирования в плоскости измерения; 5 - размер щелевой диафрагмы;Ко6- коэффициент увеличения оптического устройства.

Метод морфологического синтеза был использован при выборе фотоприемников и сканирующих устройств.

Проектирование устройств задания номинального размера. Одним из основных устройств оптико-электронных систем контроля крупногабаритных деталей является устройство задания номинального размера, поскольку оно определяет габариты системы и оказывает влияние на точность контроля. Поэтому на начальном этапе проектирования необходим обоснованный выбор конструкции устройства задания номинального размера.

Существующие оптические приборы контроля диаметров крупногабаритных деталей, использующие метод измерения угла охвата детали, имеют неравномерную шкалу установки номинальных размеров, что является источником погрешностей. Из проведенного анализа существующих схем измерения крупногабаритных деталей следует, что в качестве теоретической основы для проектирования устройств задания целесообразно использовать аппарат геометрических преобразований - подобия геометрических фигур (рис. 10). При центрально-подобном преобразовании (гомотетии) фигуры Р в фигуру

Рис. 10. Схема гемотетических преобразований плоских фигур

Из основных положений гомотетии получены практические выводы:

1. Фигура Р (Р ) может быть использована для задания положения оптических осей преобразователей, контролирующих отклонение формы фш-уры Р, а многоугольник А'ОВ'С (А 0В С) фигуры ^ (Р ), подобный виртуальному оптическому многоугольнику АОВ, может быть реализован механической кинематической цепью.

2. Если фигура Р в процессе контроля вращается с угловой скоростью ел относительно точки С, то и гомотетичная фигура Р (Р ) должна вращаться относительно точки С (С ) с такой же угловой скоростью вращения ©.

3. Если фигура Р имеет сложную геометрическую форму и в процессе контроля вращается, то для контроля контура фигуры Р, фигура Р (Р ) должна вращаться вокруг точки С (С ) синхронно с фигурой Р относительно точки С, а если контролируемая фигура Р имеет правильную геометрическую форму (круг), то фигура Р (Р ) в процессе контроля может находиться в покое, а размеры этой фигуры должны изменяться только при задании номинального размера.

в

4. При контроле формы крупногабаритной фигуры Р задающая фигура Р (Р ) должна иметь сравнительно меньшие размеры (к < 1) и поэтому технологическая погрешность 8 (8) задания контура фигуры Р (Р ) переходит в погрешность контроля 8 = 8'/к фигуры Р с коэффициентом 1 /к > 1. Следовательно, чем меньше относительные размеры задающей фигуры F ), тем больше коэффициент влияния 1 /к погрешности задания размера на погрешность контроля детали.

5. Операции геометрических преобразований могут быть выполнены на комплексной плоскости. Совокупность всех точек фигуры Р, центрально-подобных точкам фигуры 7% может быть определена с помощью выражения

а1=к-е^а,=-к-а.п (21)

где а1 С1F - совокупность всех точек фигуры Р на комплексной плоскости; а[аР'- совокупность всех точек фигуры Р на комплексной плоскости, центрально-подобных соответствующим точкам фигуры Р.

Таким образом, в задающем устройстве структура кинематической цепи должна быть подобна оптической схеме измерения, а для получения линейной шкалы звено переменного размера кинематической цепи должно быть подобно размеру детали в оптической схеме измерения.

Основой для проектирования механических устройств контроля является их кинематическая схема, получаемая с помощью центрально-подобного преобразования. В настоящее время в теории механизмов и машин существует развитый аппарат синтеза кинематических схем и для проектирования механических систем разработаны системы автоматизированного проектирования. При проектировании устройств задания была использована база данных узлов и механизмов. С помощью разработанной методики были спроектированы принципиально новые задающие устройства для проекционных измерительных преобразователей.

В четвертой главе был проведен анализ существующих методов моделирования преобразований сигналов в оптоэлектронном тракте и предложен компьютерный метод моделирования.

Математическое моделирование преобразований сигналов. При проектировании оптоэлектронного тракта необходимо моделирование процессов прохождения временных сигналов через устройства тракта, которое позволяет выбирать и проектировать устройства с предельно допустимыми искажениями сигналов. Оптоэлектронные тракты систем могут содержать различные устройства: линейные, нелинейные, адаптивные и коммутирующие (периодически изменяющие структуру электронного устройства).

Для анализа динамических характеристик электронных устройств широко используются различные компьютерные программы. Эти программы предназначены для анализа цепей с большим числом элементов и поэтому имеют различные ограничения, а при получении результатов решения задачи неизвестна погрешность этого решения. Кроме того, не одна из существующих программ не позволяет решить все задачи моделирования.

Теоретической основой моделирования цифровых систем автоматического управления является ¿-преобразование, важным свойством которого является возможность нахождения оригинала функции способом, не связанным с вычислением полюсов функции изображения. Непосредственное разложение дробной рациональной функции в ряд Лорана по убывающим степеням 2 позволяет по коэффициентам этого ряда определять значения оригинала в тактовые моменты времени. Еще проще реализуется операция свертки функций. Так, например, если известна импульсная передаточная функция устройства

щ.) _ ивых(2) = «о + Д^"' + а22'2 + • • • + У" '

то для нахождения отклика на входное воздействие в тактовые моменты времени может быть использовано разностное уравнение

т И

"гьаМ = " ^ ~^Ькиеых\п ~ к1 ■ (23)

к=0 к=\ Коэффициенты уравнения (23) определяются непосредственно из уравнения (22). Переход от изображения к оригиналу функции - уравнениям состояния может быть выполнен по диаграмме состояния. Определяя в качестве переменных состояния выходные сигналы узлов всех элементов задержки и применяя формулу Мезона, можно получить уравнения динамики и переходное уравнение состояния непосредственно из диаграммы состояния. Так, например, передаточной функции с т=И=4 соответствует диаграмма состояния (рис.11).

г" У I' 1 г* х' а4 и»ыж(г)

-ь,

Рис. 11. Диаграмма состояния передаточной функции в области изображений

После исключения блоков задержки — г'1 из диаграммы состояния (рис.11) получены уравнения состояния и выходного сигнала

[" + !] = М - Ъ2х2 [и] - 63х3 [к] - Ьлх4 [п] + иах [и]; х2 [п +1] = х, [и]; х3 [п +1] = х2 [л];х4 [п +1] = х3 [и] "««И = аохАп +1] + + а2х2[п\ + азхз1"] + а4х4\п] (25)

Структура диаграммы состояния полностью совпадает со структурой цифрового фильтра, что позволяет осуществлять его синтез по аналоговой модели.

Сравнительно несложный переход от г-изображения к оригиналу функции предопределил использование г-преобразование для компьютерного моделирования непрерывных систем. При моделировании систем с помощью г-преобразований их аналоговая модель приводится к квазидискретной модели с помощью аппроксимации уравнения г = ерТ. Поскольку основными динамическими моделями оптоэлектронных устройств являются их электрические схемы замещения, то для моделирования динамических процессов в этих устройствах был разработан операторно-дискретный метод, использующий в качестве исходной информации электрические схемы. Для этого к предварительно дискретизированному уравнению состояния основной ветви электрических цепей (рис. 12) было применено г-преобразование.

¡11 Ь С е©

Члъ(0

К»)

-Ук

Рис. 12. Схема электрической цепи с последовательным соединением элементов

В результате проведенных преобразований был получено выражение закона Ома в операторно-дискретной форме для участка цепи

Ю-ЧМ+яМ+Ы*!, (2б)

„, ч „ ,2-1 гТ _ . . ¿2/(0) ис(0)г

где ¿(г) - К + Ь-+--сопротивление ветви; Е„ (г) = —------

Т (г-1 ус Т 2-1

изображепие внутренних источников ЭДС, введение которых обусловлено начальными условиями.

В соответствии с формулой (26) получена схема замещения участка цепи. Применение операторно-дискретного метода позволяет- упростить решение задач моделирования преобразований сигналов в оптоэлектронном тракте, поскольку в этих задачах многократно повторяются операции определения изображений на Я,Ь,С -элементах цепи по их уравнениям. Кроме того, учет начальных условий и разрывов функций входных сигналов с помощью внутренних источников энергии позволит расширить область решаемых задач.

При анализе численного метода выявлено три основных источника погрешностей: квантование сигнала, квантование коэффициентов уравнения и округление результатов арифметических операций. Одной из основных погрешностей метода является погрешность округления, поскольку происходит накопление погрешностей при каждом такте вычисления. Существуют два способа выполнения этой операции: усечение и округление.

При использовании в ЭВМ способа усечения погрешность округления имеет одинаковый знак, а математическое ожидание равно половине младшего разряда. В теоретических выводах этого способа рассмотрен случай, когда погрешность этого метода имеет постоянное значение, равное среднему значению (математическому ожиданию). Процесс образования погрешности был представлен в виде структурной схемы, которая в отличие от известных схем, наиболее полно отражает процесс образования полной погрешности. С помощью правила Мезона и теоремы о конечном значении по структурной схеме можно определить значение погрешности численного метода

Au =bE\m(\-z~x)—-W{z), (27)

z-»i z-1

где W(z) - передаточная функция структурной схемы образования погрешности; А £ - изображение математического ожидания погрешности округления.

При округлении вторым способом погрешность может рассматриваться как шум с нулевым средним значением и дисперсией. Дисперсия погрешности на выходе фильтра определяется с помощью формулы Винера-Хинчина

2 2;r j

4= dÄ. (28) о

В результате математических преобразований получена формула для величины дисперсии на выходе цифрового фильтра, реализующего процесс образования погрешностей

<4 = <4 lim ЩгЩг'1), (29)

£->оо

где W(y'1) - комплексно-сопряженная передаточная функция.

Результаты теоретических выводов процесса образования погрешностей подтвердились экспериментальными исследованиями операторно-дискретного метода.

В результате проведенного сравнительного анализа существующих численных методов моделирования и исследования операторно-дискретного метода получены следующие результаты:

1) при моделировании аналоговых систем с помощью z-форм целесообразно использовать метод обратных разностей, как наиболее устойчивый к влиянию периода дискретизации, коэффициента затухания и максимальной степени передаточной функции;

2) при практических расчетах период дискретизации Г должен выбираться из условия гтш/7>150, где тт„ - минимальная постоянная времени моделируемого объекта;

3) при переходе от последовательной декомпозиции к непосредственной максимальная степень полиномов изображения искомой функции не должна превышать восьми (i<8).

С помощью разработанных методик был проведен расчет формы сигнала на выходе линейного оптоэлектроиного тракта, ¡-ос. национальная i

(БИБЛИОТЕКА I С.Петербург J

< 09 300 акт >

Линейные схемы замещения оптоэлектронных трактов являются приближением моделями реальных устройств и поэтому при более точном моделировании и расчете необходим учет нелинейности элементов устройств. Операторно-дискретный метод может быть также использован при моделировании процессов преобразования сигналов в нелинейном оптоэлектронном тракте. Так, например, при решении нелинейных рекуррентных уравнений в каждом такте вычислений изменяются коэффициенты уравнений в зависимости от входного или выходного сигналов. На диаграмме состояния дискретной модели нелинейного устройства (рис. 13) изображены функциональные связи коэффициентов разнос гных уравнений с входом и выходом через фиксатор нулевого порядка, позволяющим хранить информацию в течение всего периода дискретизации.

Рис. 13. Диаграмма состояния нелинейного устройства

Эта методика была использована при расчете форм выходных сигналов оптоэлектронного тракта с нелинейными фотоприемниками.

Одним из основных устройств адаптивных оптико-электронных преобразователей является блок автоматической регулировки усиления (АРУ), стабилизирующий амплитуду импульсов сигнала. При проектировании таких преобразователей возникает необходимость их математического моделирования. Расчет и анализ блоков АРУ является более сложной задачей, чем линейных устройств, поскольку эти блоки используют мультипликативную обратную связь. Операторно-дискретный метод позволяет получать разностные уравнения моделей блоков АРУ непосредственно по их схемам замещения.

Анализ решенных с помощью операторно-дискретного метода задач позволяет сделать вывод, что этот метод обладает большими функциональными возможностями, а именно позволяет сравнительно просто моделировать следующие оптоэлектронные устройства: линейные, нелинейные, параметрические и с коммутирующими элементами.

еп^'5 -1

м>д Ц2лц) = —--= 8

)1пц

, (30)

В пятой главе приведены методики расчета основных параметров и синтеза оптико-электронных измерительных систем.

При измерении профиля детали с помощью оптико-электронного метода измеряемый участок контура детали имеет конечные размеры, определяемые шириной 5 щелевой диафрагмы. При выборе параметров щелевой диафрагмы возникают противоречивые требования, а именно с уменьшением размеров диафрагмы увеличивается точность регистрации формы, но в тоже время уменьшается энергия сигнала.

Для исследования влияния размеров диафрагмы на точность регистрации профиля была аналитически определена комплексно-частотная характеристика щелевой диафрагмы

. вт 2к/л8

где ¡л- пространственная частота профиля; 8 - ширина щелевой диафрагмы, приведенной к плоскости измерения.

Пространственная амплитудно-частотная характеристика щелевой диафрагмы (рис. 14, а-1) обладает свойствами низкочастотного фильтра. Таким образом, за счет оптимального выбора размера щелевой диафрагмы можно осуществлять фильтрацию измеряемой профилограммы.

Одной из проблем при определении геометрических параметров крупногабаритных деталей является выбор количества точек измерения профиля, поскольку с увеличением количества точек повышается точность измерения, но в тоже время увеличивается объем обрабатываемой информации. Анализ теоретических доказательств теоремы Котельникова позволяет сделать вывод, что эту теорему можно использовать для определения частоты дискретизации профилограммы детали.

Из анализа технологического процесса следует, что листогибочная машина исправляет частотные составляющие профиля только до определенной частоты. Следовательно, частотные составляющие профиля, которые не поддаются исправлению, могут быть отфильтрованы. Таким образом, пространственная частота дискретизации профиля цилиндрической детали по минимуму ограничена теоремой Котельникова, а по максимуму - параметрами технологического оборудования, а именно расстоянием между осями соседних валков - Ь. На основе этих условий получены аналитические выражения для количества точек контроля т и углового шага дискретизации Д ср обечайки с номинальным радиусом

т = д(О = 2я-/т = 0,5^//гя. (31)

Для получения непрерывных функций (профилограмм контура и функций управляющий воздействий) по дискретным измеренным и вычисленным значениям необходима их аппроксимация. В системах управления, работающих в реальном масштабе времени, для аппроксимации решетчатых функций часто используется экстраполятор нулевого порядка, поскольку он имеет

сравнительно простую техническую реализацию и минимальное динамическое запаздывание. Однако экстраполятор нулевого порядка обеспечивает восстановление сигнала с максимальной погрешностью. Так, например, при нулевой экстраполяции с однопроцентной погрешностью восстановления количество точек контроля определяется как т' =22 т.

Комплексная частотная характеристика фиксатора нулевого порядка определяется следующим выражением

1ГФиа)) =

2 к

а> 1

&т(а)ж / ш,)

сок! со

}-]жа>1а>\

(32)

где Т-период дискретизации; а\ = 2тс!Т- частота дискретизации.

НШфЛ

Л.

Зщ Р- о

2р.,

») 6) Рис. 14. Пространственные амплитудно-частотные характеристики: щелевой диафрагмы (1-а), фиксатора (2-а) и общая характеристика (б)

Как следует из выражения (32), фиксатор нулевого порядка, как и щелевая диафрагма, обладает свойствами низкочастотного фильтра (рис. 14, а-2) и осуществляет фильтрацию измерительных сигналов. Вид частотной характеристики определяется количеством точек дискретизации профиля. Для построения общей частотной характеристики в выражении (32) проводится замена круговой временной частоты на пространственную по формуле со = 2пу/1 и определяется общая амплитудно-частотная характеристика

= \ЖД и2тгМ)\ ■ \1УФи2жм)\ ■ (33)

Далее с помощью компьютерного перебора параметров устройства, а именно количества точек измерения т' и ширины щелевой диафрагмы 5 выбирается необходимая частотная характеристика устройства (рис. 14, б). Таким образом, с помощью соответствующего подбора параметров устройства можно осуществлять эффективную фильтрацию сигналов.

Линеаризация характеристик измерительных преобразователей. Необходимо отметить, что зависимость напряжения от температуры имеет нелинейный характер и поэтому в измерительной системе выполняется операция линеаризации. Поскольку в развертывающих измерительных преобразователях осуществляется преобразование измеряемых физических величин во временной сигнал, то для линеаризации функциональной зависимости ИП были использованы переходные процессы в электрических цепях с ЯЬС- элементами. Для линеаризации характеристики развертывающего преобразователя необходимо, чтобы функция развертки совпадала с его градуировочной характеристикой. Таким образом, нелинейная развертка, реализуемая ^¿С-элементами, позволит линеаризовать статическую характеристику ИП.

Исходной информацией для синтеза блоков линеаризации является уравнение характеристики измерительного преобразователя. Довольно часто характеристика представляется в виде таблицы экспериментальных данных. Однако для параметрического синтеза ИП в качестве исходной информации необходима аналитическая зависимость между переменными, которая позволяет рассчитывать значения функции в промежуточных точках, не содержащихся в исходных данных. Поэтому при синтезе ИП возникает необходимость аппроксимация табличной формы исходных данных аналитической функцией. Выбор функции необходимо выполнять таким образом, чтобы она при наименьшей погрешности имела наиболее простую реализацию.

Наиболее просто с помощью электрических цепей реализуется экспоненциальный полином

/(*) = а0 +ще~х +а2е-2х +... + а„е'ш, (34)

преобразование Лапласа от которого имеет следующий вид

4о + + а2е~2х + „Ляв-«}в£о+ (35)

Р £,Р + к

Синтез электрической цепи выполняется в два этапа: проверка возможности физической реализуемости цепи с заданной передаточной функцией и реализация цепи по заданной функции, то есть определение структуры цепи и параметров ее элементов.

Функция (35) может быть реализована с помощью электрической ЯС-цепи с операторным сопротивлением

(36)

р ШР + к

Эта цепь состоит из последовательного соединения конденсатора Со и цепей из параллельно соединенных элементов Як и Сь параметры которых определяются с помощью уравнений

С0 ' (37)

а0 к ак

При реализации передаточной функции схемой на базе операционного усилителя с инвертирующим входом ее выражение имеет вид

При входном сопротивлении 2х(р) = Явх сопротивление обратной связи определяется следующим выражением

Таким образом, аппроксимирующая с помощью экспоненциального полинома функция может быть сравнительно просто реализована с помощью схемы на базе операционного усилителя.

В качестве примера приведена методика синтеза блока линеаризации энергетического пирометра с двухтактным интегрированием и с экспоненциальной функцией развертки. Для получения экспоненциальной функции развертки к интегратору преобразователя был подключен дополнительный резистор Лд. Для оценки погрешности аппроксимации с помощью предложенной методики были проведены экспериментальные исследования характеристики преобразования АЦП. Из сравнения экспериментальных и теоретических характеристик следует, что погрешность реализации заданной функции удовлетворяет требованиям инженерной практики. В работе приведена методика синтеза блоков линеаризации высоких порядков.

Расчет порога чувствительности оптико-электронных измерительных преобразователей. Одним из основных параметров оптико-электронных измерительных приборов является порог чувствительности, поскольку он определяет минимальный регистрируемый поток излучения, а соответственно и разрешающую способность. В оптико-электронных системах измерения геометрических параметров изделий разрешающая способность оказывает существенное влияние на точность измерения.

Порог чувствительности прибора определяется внутренними шумами оптоэлектронного тракта, источниками которых являются элементы тракта. Тип фотоприемника и схема оптоэлектронного тракта оказывают наибольшее влияние на порог чувствительности. Поэтому для уменьшения порога чувствительности необходим схемотехнический анализ тракта на основе шумовых схем замещения, который позволит обоснованно выбрать схему тракта, частоту модуляции сигнала и полосу пропускания частотного фильтра.

В настоящее время существует сравнительно большое количество вариантов фотоприемных устройств (ФПУ), применяемых в оптико-электронных приборах (ОЭП). Однако рекомендации по их выбору основаны на практическом опыте их использования и упрощенных схемах замещения. Поэтому была разработана методика схемотехнического анализа фотоприемных устройств. В качестве примера был рассмотрен анализ схем фотоприемных

(38)

к=п

(39)

устройств (ФПУ), содержащих фотодиод и операционный усилитель с различными вариантами включения внешних сопротивлений. Для анализа была использована шумовая схема замещения. В этой схеме источниками шумов являются следующие элементы: фотодиод, действующий как генератор тока теплового и дробового шума, операционный усилитель, шумовые характеристики которого определяются дробовым и тепловым шумами, приведенными ко входу усилителя, и внешние резисторы, как генераторы тепловых шумов.

Для проведения сравнительного анализа различных вариантов схем ФПУ с помощью метода сигнальных графов были определены комплексно-частотные передаточные функции от источников шума к выходу устройства W¡ (]со). По дисперсии шумов для каждого элемента схемы и квадратов модулей коэффициентов передачи ^Ой^была определена составляющая спектральной плотности выходного случайного сигнала. Среднеквадратичное напряжение шума на выходе от каждого источника определялось с помощью теоремы Винера - Хинчина, а затем вычислялись сумма всех составляющих ст£ и пороговый поток Ф„.

Предложенная методика расчета позволяет проводить анализ влияния основных элементов оптоэлектронного тракта на его шумовые характеристики, вычислить отношение сигнал/шум и по результатам вычисления определять параметры оптических и электронных элементов и обоснованно выбирать ФПУ.

Синтез цифровых фильтров по аналоговым моделям. В качестве примера приведена методика проектирования цифрового фильтра по принципиальной схеме квазиоптимального фильтра оптико-электронного устройства. По электрической схеме усилителя фототока с аналоговым фильтром была составлена схема замещения фильтра в операторно-дискретной форме и получено выражение передаточной функции фильтра. Затем по передаточной функции получена структурная схема цифрового фильтра, а также уравнения состояния и выхода цифрового фильтра.

Погрешности оптико-электронного измерительного преобразователя. Инструментальная погрешность состоит из двух основных составляющих -погрешности измерительного преобразователя и погрешность задания номинального размера. На рис. 15 изображена времяимпульсная диаграмма, поясняющая процесс образования инструментальной погрешности в сканирующем оптико-электронном измерительном преобразователе положения кромки детали.

При преобразовании длительности импульса в цифровой код основной составляющей полной погрешности преобразования является погрешность формирования прямоугольного импульса. Эта составляющая погрешности функционально зависит от крутизны видеоимпульса, которая, в свою очередь, обусловлена дифракционными явлениями и абберациями в оптической системе. Изображение кромки детали описывается сложной математической

зависимостью, которая в практических расчетах аппроксимируется более простыми выражениями.

В работе приведена методика расчета погрешностей оптико-электронного сканирующего преобразователя при аппроксимации реального видеоимпульса трапециидальной формой.

Е-Т 1

Рис. 15. Времяимпульсная диаграмма, поясняющая процесс образования инструментальной погрешности

Погрешность определения длительности импульса, приведенная к размеру изделия, определяется выражением

= оушУск !{КоЛКфр), (40)

где <7(,'ш - среднее квадратичное значение напряжения шумов на входе формирователя импульсов; Уск - скорость сканирования; Коб - коэффициент передачи оптической системы; Кфр - крутизна фронта импульса.

Зона сканирования в плоскости измерения АОтах определяет диапазон контроля размера диаметра изделия.

При преобразовании длительности импульса Ги в число N возникает погрешность квантования

а0!,=Уск/(^Коб/) (41)

и погрешность из-за нестабильности частоты генератора тактовых импульсов /

аа/=АОа///, (42)

где Д£>- отклонение размера;, оу- среднеквадратичное отклонение частоты.

Нестабильность скорости сканирования является источником погрешности

=Уск<*У1Коб> (43)

где сту- среднеквадратичное отклонение скорости сканирования.

Суммарная средняя квадратичная погрешность измерительного преобразователя, используемого при контроле днищ, определяется выражением

о о = +(?1/+2а1у . (44)

Расчет доверительного интервала суммарной погрешности выполнялся при условии, что составляющие погрешности имеют доверительную вероятность Рц - 0,9, а суммарная погрешность должна иметь доверительную вероятность Рц =0,997. Выражение для доверительного интервала суммарной погрешности измерительного имеет следующий вид

ао,997 = Л/С^(0,997)/АГ(0,9))2(2Л2Ог + Л2в/тт + (45)

Одной из составляющих инструментальной погрешность является погрешность блока автоматической коррекции величины температурной деформации. Величина температурной деформации детали при ее остывании определяется выражением

ЛГ>0 = £>аД0, (46)

где Э - диаметр детали; а - коэффициент линейного расширения материала детали; А© - разность температур детали и окружающей среды.

Доверительный интервал погрешности блока температурной компенсации вычисляется с помощью выражений

А0&=0^(®-АаУ+(сс-А&У, (47)

где А0 - погрешность определения температуры; А а - погрешность задания коэффициента линейного расширения.

В работе приведена методика определения погрешностей для различных вариантов устройств базирования измерительных преобразователей.

Проектирование устройств сопряжения с управляемыми характеристиками. Важным преимуществом измерительных преобразователей с частотным или времяимпульсным выходными сигналами является сравнительная простота преобразования их в цифровой код. Для оптико-электронных измерительных преобразователей было разработано несколько вариантов устройств сопряжения.

Из анализа погрешности таких преобразователей следует, что наибольшее влияние на погрешность измерения оказывает период дискретизации Т. Необходимо отметить что, при увеличении Т уменьшается погрешность, но увеличивается время измерения, т.е. снижается быстродействие. Снижение быстродействия может оказывать отрицательное влияние на динамические характеристики замкнутой системы управления. Поэтому целесообразно для каждого диапазона измеряемой частоты выбирать оптимальное соотношение погрешности и быстродействия измерения.

Для решения этой задачи было разработано адаптивное устройство сопряжения, которое в процессе работы поддерживает оптимальное соотношение погрешность-быстродействие за счет изменения времени измерения 7из- В качестве управляющего процессора устройства сопряжения был выбран микроконтроллер АУЕ, на базе которого был разработан адаптивный частотомер-счетчик.

В шестой главе приведены технические варианты реализаций научных разработок на различных промышленных предприятиях с приведением их основных технических характеристик.

Технические характеристики проекционного измерительного прибора. Диапазон диаметров контролируемых деталей - AD=Dmin+Dma=Q,5+10 м; диапазон температур нагретых деталей - Д©= 0™„+®т<к=4ОО-И2ОО С0; относительная погрешность контроля диаметров - So - 0,3 % ; относительная погрешность контроля температуры детали - S& = 1 % ; быстродействие прибора - г= 1 с; форма выходного сигнала - аналоговая и цифровая.

Совершенствование технологий формообразования оболочек вращения. Поскольку существующие технологические процессы формообразования оболочек разработаны с учетом потенциальных возможностей технологического оборудования и систем управления, то внедрение оптико-электронных систем контроля позволит решать задачи совершенствования технологических процессов формообразования оболочек и технологического оборудования для автоматизированного производства.

Совершенствование технологии сборки обечаек. Основным показателем качества выпускаемого корпусного оборудования являются эксплуатационные характеристики. Наибольшее влияние на характеристики оказывают уровни рабочих напряжений в обечайках. Основной причиной, оказывающей влияние на концентрацию напряжений, является смещение кромок обечаек при сборке корпуса оборудования. При изготовлении цилиндрических корпусов необходимо обеспечить требуемое смещение кромок в кольцевых швах. Для оптимизации смещения кромок по периметру при их сборке разработаны алгоритмы, которые позволяют по дискретным измерениям профилограмм обечаек осуществлять сборку с минимальными отклонениями текущих радиусов контуров соседних обечаек. Необходимые для реализации этого метода профилограммы обечаек в настоящее время измеряются ручными методами после их изготовления. Поэтому внедрение оптико-электронных систем контроля позволит с минимальными затратами реализовать метод сборки с индивидуальным подбором пар собираемых обечаек.

Внедрение комплексных систем управления качеством. Введенные в практику международные стандарты серий ISO 9000...9004, 8402 "Управление качеством продукции" требуют реализации на предприятиях новой стратегии "Информационное управление и гарантированная стабильность качества технологии по всей производственной цепочке". Переход к компьютерному контролю качества и управлению им в узких технологических допусках требуют совершенствования измерительной техники и расширения информационных технологий. Поэтому следующим этапом повышения качества выпускаемой продукции является разработка и внедрение комплексной системы управления качеством, которая должна охватить все этапы технологического процесса от заготовительных операций до сборки готовой продукции и ее монтажа на рабочем месте.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В результате проведенного анализа технологических процессов формообразования основных базовых деталей крупногабаритного корпусного оборудования - оболочек вращения выявлено, что основным показателем качества деталей является точность их геометрических параметров, для обеспечения которой необходим контроль этих параметров в течении технологического процесса. Для повышения качества деталей необходимо использовать результаты контроля для управления технологическим процессом.

2. Сравнительный анализ существующих методов и средств контроля геометрических параметров оболочек вращения привел к выводу, что средства, используемые в различных отраслях машиностроения, не позволяют с необходимой точностью и оперативностью контролировать геометрические параметры крупногабаритных нагретых деталей в процессе их изготовления. В качестве основы для проектирования средств контроля целесообразно использовать оптико-электронные методы контроля.

3. Предложенный метод моделирования геометрических преобразований в оптических системах, основанный на аналитическом представлении на комплексной плоскости основных операций преобразования оптических лучей, позволяет получать математические модели схем измерения и уравнения методических погрешностей и преобразований сигналов в оптико-механических устройствах. Этот метод позволяет при проектировании для конкретного технологического процесса обоснованно выбирать структуру ОЭС и конструкции оптико-механических устройств.

4. Использование эвристических методов проектирования, основанных на применении обобщенных блок-схем совместно с морфологическим синтезом и геометрического принципа подобия, позволяет разрабатывать принципиально новые средства контроля с необходимыми функциональными возможностями и заданными техническими характеристиками.

5. Разработанный метод моделирования оптоэлектронных устройств непосредственно по схемам замещения позволяет получать численные уравнения преобразований сигналов в этих устройствах. На основе этого метода предложены методики расчета формы сигнала на выходе оптоэлектронного устройства, синтеза цифровых фильтров по аналоговым моделям, анализа и параметрического синтеза адаптивных блоков ОЭС.

6 Предложенные методики оценки погрешностей численного моделирования динамических характеристик устройств ОЭС, позволяют обоснованно выбирать параметры численных моделей.

7. Исследование частотных характеристик сканирующего устройства и экстраполятора ОЭС привело к выводу, что только за счет выбора параметров сканирующего устройства и величины шага дискретизации можно осуществлять эффективную фильтрацию измерительных сигналов в ОЭС.

8. Представление функции формы поперечного сечения детали в виде ряда Фурье позволяет с помощью теоремы Котельникова определять оптимальный объем дискретных измерений.

9. Разработанные методики инженерного, расчета основных параметров и погрешностей ОЭС позволяют проектировать системы с заданными метрологическими характеристиками.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

1. А. С. № 1471070 СССР, МКИ в 01 В 21/06. Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий / А..Н. Шилин. Опубл.

07.04.89, Бюл. № 13.

2. А. С. № 1547488 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Лазерное оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек / А.Н. Шилин. Опубл. 1989. (ДСП).

3. А. С. № 1585675 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н Шилин. Опубл.

15.08.90, Бюл. № 30.

4. А. С. № 1698643 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий / А..Н. Шилин. Опубл.

15.12.91, Бюл. №46.

5. А. С. № 1698644 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное устройство для измерения диаметров нагретых крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин, П.П. Бобков. Опубл. 15.12.91, Бюл. № 46.

6. А. С. № 1711002 СССР, МКИ О 01 В 21/00. Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н. Шилин. Опубл.

07.02.92, Бюл. № 5.

7. А. С. № 1716324 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное помехоустойчивое измерительное устройство / А.Н. Шилин. Опубл. 29.02.92, Бюл. № 8.

8. Патент РФ № 1772626, МКИ в 01 В 21/06. Оптико-электронное измерительное устройство / А.Н. Шилин, Г.А. Леонтьев, П.П. Бобков. Опубл.

30.10.92, Бюл. № 40.

9. Патент РФ № 1786936, МКИ в 01 В 21/00. Лазерное оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек / А.Н. Шилин, Д.В. Лютиков. Опубл. 1993.

10. Патент РФ № 1821642, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н. Шилин. Опубл.

15.06.93, Бюл. №22.

12. Патент РФ № 2016382, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное измерительное устройство / А.Н. Шилин. Опубл. 15.07.94, Бюл. № 13.

13. Патент РФ № 2017064, МКИ О 01 В 21/02. Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н. Шилин. Опубл.

30.07.94, Бюл. №14.

14. Патент РФ № 2044268, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное устройство для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин, П.П. Бобков, Д.В. Лютиков. Опубл. 20.09.95, Бюл. № 26.

15. Патент РФ № 2044269, МКИ G 01 В 21/02. Оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек / А.Н. Шилин, Д.В. Лютиков. Опубл. 20.09.95, Бюл. № 26.

16. Патент РФ № 2054624, МКИ G 01 В 21/00. Оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин, П.П. Бобков. Опубл. 20.02.96, Бюл. № 5.

17. Патент РФ № 2054625, МКИ G 01 В 21/00 Оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек деталей / А.Н. Шилин. Опубл. 20.02.96, Бюл. № 5.

18. Патент РФ № 2073200, МКИ G 01 В 21/00. Оптико-электронное измерительное устройство / А.Н. Шилин. Опубл. 10.02.97, Бюл. № 4.

19. Патент РФ № 2077706, МКИ G 01 J 5/28, 5/62. Цифровой пирометр спектрального отношения / А.Н. Шилин. Опубл. 20.04.97, Бюл. №11.

20. Патент РФ № 2100777, МКИ G 01 В 21/10. Оптико-электронное устройство для контроля формы крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин. Опубл. 27.12.97, Бюл. № 36.

21. Патент РФ № 2108554, МКИ G 01 J 5/10, G 01 В21/00. Цифровой пирометр спектрального отношения / А.Н. Шилин. Опубл. 10.04.98, Бюл. № 10.

22. Патент РФ № 2097690, МКИ G 01 В 21/00. Оптико-электронное измерительное устройство / А.Н. Шилин. Опубл. 27.11.97, Бюл. № 33.

23. Патент РФ № 2117247, МКИ G 01 В 21/06. Частотно-импульсный оптико-электронный преобразователь размера / А.Н. Шилин, A.M. Сухорукое. Опубл. 10.08.98, Бюл. № 22.

24. Патент РФ № 2117248, МКИ G 01 В 21/06. Цифровой фотометрический преобразователь размера / А.Н. Шилин, A.M. Сухоруков. Опубл. 10.08.98, Бюл. № 22.

25. Патент РФ № 2123663, МКИ G 01 В 21/06. Цифровой оптико-электронный преобразователь размера / А.Н. Шилин, A.M. Сухоруков. Опубл. 20.12.98, Бюл. №35.

26. Патент РФ № 2125251, МКИ G 01 J 5/28. Цифровой энергетический пирометр / А.Н. Шилин, A.M. Сухоруков, B.C. Юрьев. Опубл. 20.01.99, Бюл. № 2.

27. Патент РФ № 2165594, МКИ G 01 В 11/26. Оптико-электронное измерительное устройство / А.Н. Шилин, С.А. Бедкин. Опубл. 20.04.01, Бюл. № 11.

28. Патент РФ № 2181190, МКИ G 01 В 21/10. Оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин, С.А. Бедкин, Е.Г. Зенина. Опубл. 10.04.02, Бюл. № 10.

29. Шилин А.Н. Оптико-электронная следящая система поиска центра полой цилиндрической детали // Известия ВУЗов. Приборостроение. - 1989. - № 4. - С. 80-84.

30. Шилин А.Н. Исследование методических погрешностей оптико-электронных информационно-измерительных систем управления производством обечаек // Измерительная техника. - 1989. - № 10. - С. 8-10.

31. Шилин А.Н., Лютиков Д.В. Оптоэлектронный импульсный преобразователь угла поворота // Механизация и автоматизация производства. -1991.-№4.-С. 7-10.

32. Шилин А.Н., Булатов Ю.П., Бобков П.П., Лукин Г.В. Оптико-электронная информационно-измерительная система управления производством обечаек // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1992. - № 11. - С. 28-30.

33. Шилин А.Н., Леонтьев Г.А., Бобков П.П. Оптико-электронный датчик размеров нагретых деталей // Приборы и системы управления. - 1993. - № 3. - С. 26-28.

34. Шилин А.Н., Леонтьев Г.А. Сопряжение оптоэлектронного датчика размеров с компьютером // Приборы и системы управления. - 1994. - № 6. - С. 34-36.

35. Шилин А.Н., Зенина Е.Г. Синтез цифровых фильтров по аналоговым моделям // Приборы и системы управления. - 1999. - № 5. - С. 34-38.

36. Шилин А.Н. Моделирование геометрических преобразований при оптических измерениях профиля деталей // Известия ВУЗов. Приборостроение. -1999.-№5-6.-С. 44-47.

37. Шилин А.Н. Фильтрация сигналов в оптико-электронных устройствах измерения профиля обечаек // Известия ВУЗов. Приборостроение. - 1999. - № 7. - С. 55-60.

38. Шилин А.Н. Точность цифровых систем управления с рекуррентными алгоритмами // Приборы и системы управления. -1999. - №7. - С, 5-8.

39. Шилин А.Н. Расчет формы сигналов в сканирующих оптико-электронных устройствах // Известия ВУЗов. Приборостроение. - 1999. - № 8. -С. 54-59.

40. Шилин А.Н. Проектирование оптико-электронных устройств контроля с двухтактным интегрированием // Контроль. Диагностика. - 2000. -№ 7. - С. 813.

41. Шилин А.Н. Операторно-дискретный метод анализа электрических цепей // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2000. - № 7. -С. 50-56.

42. Шилин А.Н., Бедкин С.А. Компьютерное моделирование электронных автоматических устройств // Приборы. - 2001. - № 2. - С.51-54.

43. Шилин А.Н., Бедкин С.А. Устройство сопряжения сканирующего измерительного преобразователя размеров с компьютером // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2001. - № 4. - С.40-41.

44. Шилин А.Н., Бедкин С.А. Компьютерное моделирование адаптивных электронных усилителей // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2001. - № 5. - С.40-43.

45. Шилин А.Н., Зенина Е.Г., Бедкин С.А. Исследование методов цифрового моделирования аналоговых САУ // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2001. - № 7. - С.46-50.

46. Шилин А.Н. Проектирование адаптивных оптико-электронных устройств контроля процессов формообразования крупногабаритных нагретых деталей // Контроль. Диагностика. - 2001. -№ 7. - С. 14-20.

47. Шилин А.Н., Емельянов A.B. Параметрический синтез оптико-электронных устройств контроля с двухтактным интегрированием // Контроль. Диагностика. - 2001. -№ 8. - С. 17-24.

48. Шилин А.Н. Проектирование задающих устройств оптико-электронных систем контроля крупногабаритных оболочек вращения // Приборы. - 2001. - № 8. - С.27-33.

49. Шилин А.Н., Будько В.В. Адаптивное устройство сопряжения компьютера и измерительного преобразователя с частотным выходным сигналом // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2002. - № 8. - С.24-28.

50. Шилин А.Н. Анализ методов измерения кривизны крупногабаритных оболочек вращения в процессе их формообразования // Контроль. Диагностика. - 2002. -№ 9. — С. 44-52.

51. Шилин А.Н. Анализ методов и схем измерения геометрических параметров обечаек в процессе их формообразования // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2002. - № 8. - С.24-28.

52. Шилин А.Н. Энергосбережение в технологических процессах формообразования крупногабаритных оболочек вращения // Энергосбережение в Поволжье. - 2002. - № 2. -.С. 74-79.

54. Шилин А.Н. Структурное проектирование оптико-электронных систем управления формообразованием обечаек // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2003. - № 2: - С. 10-17.

55. Шилин А.Н., Шилина И.А. Морфологический синтез оптико-электронных систем измерения размеров нагретых деталей // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2003. - № 3. - С.51-61.

Подписано в печать 14.05.2003 г. Заказ № 329 . Тираж 120 экз. Печ. л. 2,0. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография « Политехник» Волгоградского государственного технического университета. 400131, Волгоград, ул. Советская, 35

»12396

Введение

Анализ научно-технической проблемы контроля процессов формообразования крупногабаритных оболочек вращения

1.1. Технологические процессы формообразования крупногабаритных оболочек вращения

1.2. Анализ факторов, ограничивающих качество выпускаемой продукции

1.3. Анализ измеряемого объекта и условий измерения

1.4. Анализ методов и средств измерения геометрических параметров крупногабаритных деталей

Выводы

Математическое моделирование и анализ оптических схем измерения оболочек вращения

2.1. Основные уравнения формы оболочек вращения

2.2. Анализ оптических схем измерения

2.3. Математические методы моделирование геометрических преобразований в оптических системах

2.4. Анализ бесцентровой схемы измерения диаметров оболочек вращения

2.5. Анализ бесцентровой схемы измерения профилей оболочек вращения

2.6. Анализ схемы измерения диаметров и профилей оболочек вращения относительно центра

2.7. Анализ оптических схем измерения геометрических параметров оболочек

2.8. Анализ схемы измерения кривизны участка профилей оболочек вращения

2.9. Методика моделирования геометрических преобразований в оптико-механическом устройстве

Выводы

3. Методы проектирования измерительных оптико-электронных систем и устройств

3.1. Структурное проектирование оптико-электронных систем и устройств

3.2. Обобщенные схемы проекционных измерительных преобразователей

3.3. Методы измерения профилограмм обечаек с помощью проекционных измерительных преобразователей

3.4. Проектирование оптико-электронных логометрических измерительных преобразователей по обобщенным структурным схемам

3.5. Проектирование адаптивных оптико-электронных измерительных преобразователей

3.6. Морфологический синтез оптико-электронных сканирующих измерительных систем

3.7. Проектирование устройств задания номинального размера

3.8. Проектирование систем автоматического базирования измерительных преобразователей

Выводы

4. Моделирование преобразований сигналов в оптико-электронных системах

4.1. Математические методы моделирования преобразований сигналов

4.2. Погрешности компьютерного моделирования преобразований сигналов

4.3. Анализ методов компьютерного моделирования аналоговых систем

4.4. Расчет формы сигналов на выходе оптоэлектронного тракта

4.5. Моделирование адаптивных оптико-электронных устройств 273 / Выводы

5. Методики расчета параметров и синтеза устройств оптико-электронных систем

5.1. Расчет основных геометрических параметров оптико-электронного устройства контроля формы поперечного сечения обечаек

5.2. Параметрический синтез оптико-электронных измерительных преобразователей

5.3. Расчет и анализ пороговой чувствительности оптико-электронных измерительных приборов

5.4. Синтез цифровых фильтров по аналоговым моделям

5.5. Инструментальные погрешности оптико-электронных сканирующих измерительных преобразователей

5.6. Выбор параметров адаптивного устройства сопряжения преобразователя с компьютером

Выводы

6. Практическая реализация результатов исследований и перспективы дальнейших исследований 386 « 6.1. Практическая реализация научных разработок в других отраслях промышленности

6.2. Перспективы дальнейших исследований

Выводы

Актуальность. Машиностроение является одной из основных отраслей отечественной промышленности, оказывающей наибольшее влияние на экономику страны. Современный рынок машиностроительной продукции диктует постоянную тенденцию к повышению качества выпускаемой продукции и снижению ее себестоимости. Поэтому развитие отечественного машиностроения связано с совершенствованием технологических процессов и снижением производственных и энергетических затрат. Для повышения качества выпускаемой продукции машиностроения необходим переход от точечных одно-функциональных измерений к комплексным многофункциональным и замена послеоперационного контроля управлением всего технологического процесса.

Необходимо отметить, что в машиностроении при производстве свыше 60% деталей необходимо контролировать их геометрические параметры [117], а более 70% поверхностей изделий машиностроения представляют собой цилиндрические поверхности [102].

По экономическим и функциональным причинам техника развивается в направлении усложнения изделий, уменьшения технологических допусков, все большего соединения стадий производства и его технологической подготовки, повышения требований к гибкости производства из-за быстрой смены изделий и расширения индивидуальных потребностей заказчика [201].

Основными базовыми деталями аэрокосмической техники, нефтегазового, химического и энергетического оборудования являются детали типа оболочек вращения - обечайка и днища, изготавливаемые методом гибки из листового материала в нагретом состоянии. Технологическая точность производства базовых деталей оказывает существенное влияние на производительность работ при сборке и монтаже оборудования и на эксплуатационные характеристики готовой продукции, в первую очередь надежность. Таким образом, технологическая точность обечаек определяет качество готовой продукции. Особенно актуальны проблемы управления качеством в атомном машиностроении, поскольку надежность выпускаемых изделий - атомных электрических станций (АЭС) и атомных станций теплоснабжения (ACT) зависит от технологической точности изготовления базовых деталей.

На заводах различных отраслей машиностроения обечайки изготавливают на валковых листогибочных машинах, а днища на фланжмашинах [31]. Необходимо отметить, что технологические процессы формообразования методом гибки в отличие от обработки резанием, являются безотходными и менее энергоемкими, т. е. более экономичными. В тоже время технологическая точность операций формообразования не отвечает современным требованиям производств, поскольку листогибочное технологическое оборудование в большинстве случаев не имеет информационно-измерительных и управляющих систем.

Одной из основных причин, препятствующей внедрению систем управления процессами формообразования, является отсутствие высокоэффективных и точных устройств контроля основных геометрических параметров деталей в течение технологического процесса, поскольку системы управления требуют получения большого объема измерительной информации за ограниченный промежуток времени.

Положение на заводах этой отрасли таково, что, выпуская сложное и уникальное оборудование, контроль геометрических параметров основных базовых деталей осуществляется в основном с помощью рулеток, шаблонов и других контактных средств [174]. Реже применяются оптические устройства контроля [111,177], выполненные на базе теодолита.

Все эти средства контроля не обеспечивают необходимой точности и оперативности контроля, а в случае изготовления детали в нагретом состоянии (600-1100°С) использование контактных устройств контроля становится практически невозможным. Поэтому детали контролируются после их остывания и если их размер выходит за поле допуска, то осуществляется повторный технологический цикл, причем с дополнительными технологическими операциями, что увеличивает трудоемкость и энергетические затраты на изготовление детали. Кроме того, при снижении точности изготовления деталей увеличиваются затраты на сборочные и монтажные операции, а также ухудшаются эксплуатационные показатели выпускаемого оборудования.

В тоже время, существующие цифровые системы управления металлорежущими станками практически невозможно использовать в составе листогибочного оборудования для производства обечаек, представляющих собой гибкую оболочку, поскольку в результате бесцентрового вращения и деформации обечайки на валковой листогибочной машине деталь теряет свою первоначальную форму и меняет свое положение в пространстве. По этой причине потерпели неудачу попытки использовать цифровые системы управления металлорежущими станками для листогибочного оборудования.

В различных отраслях машиностроения для контроля геометрических параметров крупногабаритных деталей разработано большое количество средства контроля. Однако в большинстве случаев эти средства не позволяют с достаточной точностью и оперативностью определять все необходимые для управления технологическими процессами параметры деталей. Необходимо отметить, что в настоящее время в России и за рубежом различные фирмы и организации занимаются проектированием средств контроля крупногабаритных деталей в процессе их формообразования. Обычно при проектировании средств контроля в качестве аналога используются технические решения из других технологий производства без предварительного теоретического анализа. Все это связано с отсутствием в литературе обобщающих публикаций по методологии проектирования средств контроля крупногабаритных деталей и систем управления процессов их формообразования.

Таким образом, комплексное решение задач, связанных с разработкой методологии проектирования измерительных систем для управления процессами формообразования крупногабаритных деталей является актуальной научно - технической проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Цель данной работы состоит в обобщении и развитии методологической и теоретической основы проектирования оптико-электронных систем (ОЭС) контроля технологическими процессами формообразования крупногабаритных оболочек вращения.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Анализ технологических процессов формообразования методом гибки базовых деталей крупногабаритных конструкций, представляющих собой оболочки вращения, и выявление геометрических параметров, которые необходимо контролировать в течение технологического процесса.

2. Выявление, анализ и обобщение методов и средств контроля основных геометрических параметров оболочек вращения в процессе их формообразования.

3. Моделирование и анализ схем измерения геометрических параметров оболочек вращения, необходимых для структурного проектирования измерительных систем.

4. Разработка методов структурного проектирование системы и ее устройств с учетом требований конкретного технологического процесса;

5. Моделирование преобразований временных сигналов в оптико-электронной измерительной системе и анализ искажений сигналов, вносимых оптоэлектронным трактом.

6. Разработка методик параметрического синтеза и расчета основных параметров устройств оптико-электронной измерительной системы.

7. Определение путей повышения точности измерений, учитывающих специфику конкретного технологического процесса формообразования.

8. Апробация разработанных методик в процессе проектирования новых средств измерения и их эксплуатации.

Работа обобщает многолетние исследования и разработки, проведенные при непосредственном участии и научном руководстве автора в Волгоградском Государственном техническом университете (ВолгГТУ). Поставленная проблема решалась в рамках выполнения следующих научно-исследовательских работ: хоздоговорная тема с Волгоградским государственным тракторным заводом «Автоматизированная система научных исследований узлов и агрегатов трактора на стендах» за 1985-1988 гг., гос. заказ 193-88 министерства химического и нефтяного машиностроения «Исследование, разработка и испытание экспериментального образца информационно-измерительного модуля технологического процесса правки цилиндрических обечаек» за 1988-1989 гг., хоздоговорная тема с Волгоградским заводом нефтяного машиностроения им. Петрова «Оптико-электронная система для измерения диаметров днищ химнефтеаппаратуры» за 1990-1991 гг., тема «Автоматизированная система управления формообразованием крупногабаритных деталей» в разделе «Фундаментальные основы создания высоких технологий специального машиностроения» программы «Университеты России» за 1994-1997 гг., госбюджетная тема «Измерительные информационные системы» за 1990-1996 гг., финансируемые госбюджетные темы «Разработка и исследование методов контроля геометрических параметров изделий» за 1995-1998 гг., «Математическое моделирование геометрических преобразований в оптикоэлектронных системах измерения геометрических параметров тел вращения в машиностроении» за 1999-2002 гг.

Основные методы исследования:

При решении поставленных задач использованы методы теорий оптических систем, функции комплексного переменного, г-преобразования, случайных функций, графов, электрических цепей и автоматического управления, а также эвристические методы проектирования технических устройств и систем.

Научную новизну диссертации составляют следующие результаты, полученные лично автором:

1. Для проектирования принципиально новых ОЭС контроля и их устройств предложено использовать обобщенные структурные схемы, получаемые из анализа, классификации и обобщения большого количества существующих оптико-электронных методов и средств измерения, а для конструктивного наполнение блоков структурной схемы - использовать морфологический метод, который заключается в генерации множества альтернативных технических решений из известных элементов и выбор с помощью разработанных критериев наиболее оптимального решения.

2. Впервые предложено для моделирования геометрических преобразований в оптических системах использовать математический аппарат теории функции комплексного переменного (ТФКП), позволяющий непосредственно по схеме прохождения оптических лучей, изображенной на комплексной плоскости, и полученным выражениям основных геометрических операций над этими лучами, получать систему уравнений в комплексной форме без проведения промежуточных тригонометрических преобразований и анализа возможных решений.

3. Предложен эвристический метод проектирования устройств позиционирования оптико-электронных преобразователей на номинальный размер контролируемой детали, который использует принцип подобия и геометрических фигур. Для обеспечения линейности шкалы устройства его кинематическая цепь должна быть подобна оптической схеме измерения, а звено с изменяемым размером в кинематической цепи должно соответствовать размеру детали в оптической схеме измерения.

4. Получено выражение г-изображения предварительно дискретизированного уравнения электрической ветви, позволяющее непосредственно по схемам замещения оптоэлектронных устройств получать выражения импульсных передаточных функций, а по коэффициентам этих выражений сравнительно просто без вычислений — численные уравнения преобразований сигналов в оптоэлектронных устройствах (линейных, нелинейных, параметрических и с коммутирующими элементами).

5. Получены математические модели процессов образования погрешностей: контроля геометрических параметров в ОЭС; обработки информации в цифровых устройствах и численных методов моделирования преобразований сигналов в аналоговых оптоэлектронных устройствах, позволяющие разрабатывать методики инженерного расчета параметров ОЭС с заданными техническими характеристиками.

Практическая ценность работы заключается в использовании разработанных математических моделей и результатов проведенных исследований для создания ОЭС, а именно:

1. Разработана методика анализа методических погрешностей оптических схем измерения, позволяющая при проектировании ОЭС выбирать структурную схему с минимальной методической погрешностью.

2. Предложены методики проектирования оптико-электронных развертывающих преобразователей, основанные на использовании обобщенных структурных схем и метода морфологического синтеза.

3. Разработаны методики оценки погрешностей рекуррентных алгоритмов моделирования аналоговых оптоэлектронных устройств, позволяющие обоснованно выбирать параметры численных моделей устройств.

4. Разработан алгоритм расчета формы сигнала на выходе оптоэлектронных устройств, позволяющий анализировать искажения и соответственно корректировать схемотехнику и элементный состав этих устройств.

5. Разработан алгоритм численного анализа динамических процессов в адаптивных оптоэлектронных устройствах для выбора их параметров, обеспечивающих устойчивую работу.

6. Предложена методика синтеза цифровых фильтров ОЭС непосредственно по аналоговым моделям — электрическим схемам замещения фильтров.

7. Разработаны методики определения основных параметров всех устройств ОЭС: отношения сигнал/шум и инструментальной погрешности преобразователя; спектральных характеристик оптических и электронных элементов в устройствах, использующих спектральное отношение сигналов; погрешностей установки преобразователя и пропускной информационной способности оптоэлектронного тракта.

8. Предложена методика проектирования адаптивного устройства сопряжения с управляющей ЭВМ, которое автоматически в процессе работы обеспечивает оптимальное соотношение точность-быстродействие.

9. Предложена методика определения оптимального количества точек контроля профилограмм оболочек вращения, основанная на использовании теоремы Котельникова для пространственных спектральных характеристик профилограмм.

10. Разработаны методики синтеза корректирующих электрических цепей для линеаризации характеристик развертывающих преобразователей с цифровым выходом непосредственно по статическим экспериментальным характеристикам.

Полученные основные результаты в виде методов, методик, программных и технических средств нашли применение при создании следующих объектов:

1. Оптико-электронного прибора контроля диаметров и температуры цилиндрических обечаек в процессе их формообразования на валковых листогибочных машинах.

2. Оптико-электронного прибора контроля диаметров и температуры днищ химического и нефтегазового оборудования при изготовлении их на фланжмашине.

3. Оптико-электронных пирометров для измерения температуры нагретых крупногабаритных изделий.

4. Оптико-электронного прибора для контроля режимов электромеханической и лазерной термообработки поверхностей крупногабаритных деталей.

5. Измерительных преобразователей механических величин для автоматизированных систем управления различными технологическими процессами и испытаниями узлов и агрегатов транспортных средств.

6. Методик замены аналоговых устройств и регуляторов цифровыми фильтрами в ОЭС.

7. Методик и программ для анализа динамических характеристик ОЭС.

Теоретические материалы диссертации используются в учебном процессе Волгоградского государственного технического университета в курсах "Электротехника и электроника", "Основы микроэлектроники", "Основы теории управления" и "Электромеханические системы ".

Таким образом, на защиту выносятся:

1. Результаты анализа, классификации и обобщении оптических методов и средств измерения, которые могут быть использованы для контроля геометрических параметров оболочек вращения в процессе их формообразования в нагретом состоянии.

2. Метод анализа геометрических преобразований в оптико-электронных системах, позволяющий получать математические модели схем измерения, аналитические выражения для методических погрешностей и геометрических преобразований в оптических системах.

3. Эвристические методы структурного проектирования оптико-электронных измерительных преобразователей с цифровыми выходными сигналами и устройств задания номинального размера с линейной шкалой.

4. Метод численного анализа динамических процессов в оптико-электронных преобразователях, использующий в качестве исходной информации электрические схемы замещения преобразователей.

5. Методики синтеза оптико-электронных развертывающих измерительных преобразователей с линейной шкалой и цифровых фильтров по аналоговым моделям.

6. Методики определения основных параметров и характеристик оптико-электронной системы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 400 страницах машинописного текста, содержит 123 рисунка, 21 таблицу и 258 наименований библиографического указателя.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Исследования и разработки, выполненные для реализации основной цели диссертации разработки методологии исследования и проектирования оптико-электронных систем управления процессами формообразования крупногабаритных оболочек вращения в машиностроении, позволяют сделать основные выводы, базирующиеся на результатах, приведенных выше.

1. В результате проведенного анализа технологических процессов формообразования крупногабаритных оболочек вращения в машиностроении выявлено, что основным показателем качества базовых деталей является точность их геометрических параметров, для обеспечения которой необходим контроль температуры и геометрических параметров этих деталей в течение технологического процесса и оперативное вычисление управляющих воздействий на технологический процесс.

2. Сравнительный анализ существующих методов и средств измерения и контроля геометрических параметров крупногабаритных изделий привел к выводу, что средства, используемые в различных отраслях машиностроения, не позволяют с необходимой точностью и оперативностью контролировать геометрические параметры крупногабаритных нагретых деталей в процессе их изготовления, однако в качестве основы для проектирования средств контроля целесообразно использовать оптико-электронные методы контроля. Поскольку производство оболочек вращения является мелкосерийным, а технологическое оборудование отличается большим многообразием, то проектирование средств контроля должно учитывать особенности технологического процесса и быть машинным.

3. Предложенный метод моделирования геометрических преобразователей, основанный на аналитическом представлении на комплексной плоскости основных геометрических операций оптических измерений, позволяет выбирать для конкретного технологического процесса оптическую схему измерения с минимальной методической погрешностью и, соответственно, проектировать оптико-электронные измерительные системы. Представление функции формы поперечного сечения детали в виде суммы ряда Фурье в полярной системе координат позволяет на основе теоремы Котельникова определить оптимальный объем дискретных измерений.

4. Использование эвристических методов проектирования геометрического принципа подобия и обобщенных блок-схем совместно с морфологическим анализом позволило разработать новые средства контроля. На основе теоретического исследования процессов преобразования сигналов в измерительных преобразователях разработаны методики расчета основных параметров этих устройств и блоков, необходимых при их проектировании.

5. Разработанный метод моделирования динамических характеристик оптико-электронных преобразователей непосредственно по электрическим схемам и схемам замещения позволяет получать численные решения дифференциальных уравнений высоких порядков, описывающих динамические характеристики. На основе этого метода предложены методики расчета формы сигнала на выходе оптоэлектронного тракта преобразователя, синтеза цифровых фильтров по аналоговым моделям, анализа и параметрического синтеза адаптивных блоков систем.

6. Исследование амплитудно-частотных характеристик сканирующего устройства и экстраполятора преобразователя привело к выводу, что за счет выбора параметров сканирующего устройства и величины шага дискретизации можно осуществлять эффективную фильтрацию информационно-измерительных сигналов.

7. Разработанные методики оценки погрешностей численного моделирования динамических характеристик устройств (аналоговых и цифровых) систем позволяют исследовать влияние параметров на точность расчетов и измерений и при проектировании обоснованно выбирать эти параметры.

8. Разработанные на основе теоретических исследований методики инженерного расчета основных параметров оптико-электронных систем и погрешностей измерения, позволяющие создавать измерительные системы с минимальной погрешностью и максимальной надежностью.

1. А. С. № 1130740 СССР, МКИ в 01 В 21/06. Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н. Шилин, Ю.П. Муха. Опубл. 23.12.84, Бюл. № 47. - 4 с.

2. А. С. № 1232945 СССР, МКИ в 01 В 21/10. Фотоэлектрическое устройство для контроля внутреннего диаметра обечаек / А.Н. Шилин, Ю.П. Муха. Опубл. 23.05.86, Бюл. № 19. 4 с.

3. А. С. № 1288505 СССР, МКИ в 01 В 21/06. Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н. Шилин. Опубл. 07.02.87, Бюл. №5.-3 с.

4. А. С. № 1315796 СССР, МКИ в 01 В 9/02. Интерферометр для измерения углов поворота объекта / А.Н. Шилин, Я.Ш. Флейтман, Ю.П. Муха. Опубл. 07.06.87, Бюл. № 21. 2 с.

5. А. С. № 1355525 СССР, МКИ В 60 Т 17/22. Устройство для измерения и контроля износа фрикционных накладок / А.М. Сухоруков, А.Н. Шилин. Опубл. 30.11.87, Бюл. № 44. 2 с.

6. А. С. № 1355526 СССР, МКИ В 60 Т 17/22. Устройство для измерения и контроля износа фрикционных накладок / А.М. Сухоруков, А.Н. Шилин. Опубл. 30.11.87, Бюл. № 44. 3 с.

7. А. С. № 1360340 СССР, МКИ в 01 В 11/12. Фотоэлектрическое устройство для контроля внутреннего диаметра обечаек / А.Н. Шилин. Опубл. 1987. (ДСП). 5 с.

8. А. С. № 1471070 СССР, МКИ в 01 В 21/06. Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н. Шилин. Опубл. 07.04.89, Бюл. №13.-3 с.

9. А. С. № 1547488 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Лазерное оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек / А.Н. Шилин. Опубл. 1989. (ДСП). 4 с.

10. А. С. № 1585675 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н Шилин. Опубл.1508.90, Бюл. № 30. 4 с.

11. А. С. № 1617305 СССР, МКИ С 01 . 1/44. Устройство регулирования экспозиции / А.Н. Шилин, А.П. Евдокимов. Опубл. 30.12.90, Бюл. № 48. 3 с.

12. А. С. № 1698643 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н. Шилин. Опубл.1512.91, Бюл. №46.-4 с.

13. А. С. № 1698644 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное устройство для измерения диаметров нагретых крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин, П.П. Бобков. Опубл. 15.12.91, Бюл. № 46. 6 с.

14. А. С. № 1711002 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н. Шилин. Опубл.0702.92, Бюл. №5.-5 с.

15. А. С. № 1716324 СССР, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное помехоустойчивое измерительное устройство / А.Н. Шилин. Опубл. 29.02.92, Бюл. №8.-5 с.

16. Авдулов А.Н. Контроль и оценка круглости деталей машин. -.М.: Изд-во стандартов, 1974. -175 с.

17. Автоматизация проектирования оптико-электронных приборов / Л.П. Лазарев, В.Я. Колючкин, А.Н. Метелкин и др. М.: Машиностроение, 1986.-216 с.

18. Адаптивные фотоэлектрические преобразователи с микропроцессорами / И.Н. Пустынский, В.С. Титов, Т.А. Ширабакина. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 80 с.

19. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л., Смолин О.В. Микроэлектронные фотоприемные устройства. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 208 с.

20. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. М.: Московский рабочий, 1973. -296 с.

21. Антонью А. Цифровые фильтры, Анализ и проектирование. М.: Радио и связь, 1983. 320 с.

22. Арайс Е.А., Дмитриев В.М. Автоматизация моделирования многосвязных механических систем. М.: Машиностроение, 1987. -240 с.

23. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. — М.: Наука, 1975.-639 с.

24. Арутюнов П.А. Теория и применение алгоритмических измерений.- М.: Энергоатомиздат, 1990. 256 с.

25. Астапов Ю.М., Васильев Д.В., Заложнев Ю.И. Теория оптико-электронных следящих систем. М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1988. -328 с.

26. Ахиезер Н.И. Лекции по теории аппроксимации. М.: Наука, 1965.- 407с.

27. Бааке Э., Йорн У., Мюльбауэр А. Энергопотребление и эмиссия СОг при промышленном технологическом нагреве: Пер. с нем. VulkanVerlag, Essen, 1997.- 173 с.

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

29. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1988. - 448 с.

30. Беллман Р. Введение в теорию матриц: Пер. с англ. М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1976. - 352 с.

31. Берлинер Ю.И., Балашов Ю.А. Технология химического и нефтяного аппаратостроения. М.: Машиностроение, 1976. - 256 с.

32. Бернштейн А.С., Джогадзе Ш.Р., Перова Н.И. Фотоэлектрические измерительные микроскопы. М.: Машиностроение, 1976. - 128 с.

33. Бессонов A.A. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. М.: Высшая школа, 1978. - 528 с.

34. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 448 с.

35. Богаенко И.Н., Кабков Г.Я., Солтык В.Я. Автоматический контроль размеров и положения прокатываемого металла. М.: Металлургия, 1980. -136 с.

36. Ван дер Зил А. Шумы при измерениях: Пер. с англ. М.: Мир, 1979. - 292 с.

37. Влах И., Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. - 560 с.

38. Волоконная оптика и приборостроение / М.М. Бутусов, С.Л. Галкин, С.П. Оробинский, Б.П. Пал; Под ред. М.М. Бутусова. Л.: Машиностроение, 1987. - 328 с.

39. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси, К. Окамото, М. Оцу и др.; Под ред. Т. Окоси: Пер. с яп. Л.: Энергоатомиздат. 1990. - 256 с.

40. Воронцов Л.Н. Фотоэлектрические системы контроля линейных величин. М.: Машиностроение, 1965. - 256 с.

41. Времяимпульсные системы автоматического управления / И.М. Макаров, В.М. Лохин, Р.У. Мадыгулов и др.; Под ред. И.М. Макарова. М.: Машиностроение, 1991. - 288 с.

42. Высокоточные угловые измерения / Д. А. Аникст, K.M. Константинович, И.В. Меськин и др.; Под ред. Ю.Г. Якушенкова. М.: Машиностроение, 1987. - 480 с.

43. Гебель И.Д. Выбор базовой окружности при измерении формы профиля тел вращения // Измерительная техника. 1971. №10. -С.20-24.

44. Гебель И.Д. Бесцентровое измерение формы профиля тел вращения // Измерительная техника, 1973, № 3, С. 24-27.

45. Гебель И.Д. Инвариантные свойства отклонения профиля от круглой формы // Измерительная техника. 1978. №11. -С. 16-19.

46. Гельман М.М. Аналого-цифровые преобразователи для информационно-измерительных систем. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 320 с.

47. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Пер. с франц. М.: Мир, 1988. - 416 с.

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

49. ГОСТ 17353-89. Приборы для измерения отклонений формы и расположения поверхностей вращения. Типы. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1991. 21 с.

50. Грин Д., Кнут Д. Математические методы анализа алгоритмов: Пер. с англ. М.: Мир, 1987. - 120 с.

51. Гуриков В.А. Возникновение и развитие оптико-электронного приборостроения. М.: Наука, 1981. - 192 с.

52. Гусев В.Г. Методы исследования точности цифровых автоматических систем. М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1973. - 400 с.

53. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. J1.: Энергия, 1980. - 248 с.

54. Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов. JL: Энергоатомиздат, 1990. - 192 с.

55. Данилов A.A. Сенсорные устройства автоматов контроля и сборки. J1.: Машиностроение, 1984. - 162 с.

56. Демирчян К.С., Бутырин П.А. Моделирование и машинный расчет электрических цепей. М.: Высшая школа, 1988. - 335 с.

57. Деруссо П., Рой Р., Клоуз Ч. Пространство состояний в теории управления: Пер. с англ. М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1970. - 620 с.

58. Деч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и г-преобразования: Пер. с нем. М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1971.-288 с.

59. Джонс Дж.К. Методы проектирования: Пер с англ. М.: Мир, 1986.- 326 с.

60. Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем: Пер. с англ. М.: Мир, 1984. - 318 с.

61. Директор С., Рорер Р. Введение в теорию систем: Пер. с англ. М.: Мир, 1974.-464 с.

62. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации. М.: Высшая школа, 1989. - 320 с.

63. Дубовой Н.Д. Автоматические многофункциональные измерительные преобразователи. М.: Радио и связь, 1989. - 256 с.

64. Евстигнеев В.А. Применение теории графов в программировании / Под ред. А.П. Ершова. М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1985. - 352 с.

65. Егоров В. Н., Корженевский-Яковлев О. В. Цифровое моделирование систем электропривода. Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 168 с.

66. Залманзон Л.А. Преобразование Фурье, Уолша, Хаара и их применение в управлении, связи и других областях. М.: Наука. Гл. ред. физ.- мат. лит., 1989. 496 с.

67. Зарезанков Г.Х. Фотоэлектронные приборы автоматического контроля размеров проката. М.: Металлургиздат, 1962. - 152 с.

68. Земсков Г.Г., Савельев В.А. Средства измерения линейных размеров с использованием оптических квантовых генераторов. М.: Машиностроение, 1977. - 88 с.

69. Иванов Б.И. Измерение линейных размеров методом обкатывания роликом. М.: Машиностроение, 1973. -144с.

70. Измерения в промышленности. Справочник в 3-х кн. М.: Металлургия, 1990. - Кн. 1- 492 е., Кн. 2 - 384 с. Кн. 3 - 344 с.

71. Измерительные сканирующие приборы / Под ред. Б.С. Розова. М.: Машиностроение, 1980. - 198 с.

72. Изосимов A.B., Рыжко А.Л. Метрическая оценка качества программ. М.: Изд-во МАИ, 1989. - 96 с.

73. Итерационные методы повышения точности измерений / Т.М. Алиев, A.A. Тер. Хачатуров, A.M. Шекиханов. М.: Энергоатомиздат, 1986. -168 с.

74. Источники и приемники излучения / Г.Г. Ишанин, Э.Д. Панков, А.Л. Андреев, Г.В. Полыциков. СПб.: Политехника, 1991. — 240 с.

75. Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1986. - 175 с.

76. Калантаров Е.И. Фотографическое инструментоведение. -М.: Недра, 1986.-126 с.

77. Карпов Р.Г., Карпов Н.Р. Преобразование и математическая обработка широтно-импульсных сигналов. Л.: Машиностроение, 1977. - 165 с.

78. Катыс Г.П. Сканирующие фотоэлектрические устройства поиска и слежения. М.: Наука, 1964. - 178 с.

79. Катыс Г.П. Информационные сканирующие системы. М.: Машиностроение, 1965. - 448 с.

80. Катыс Г.П. Автоматическое сканирование. М.: Машиностроение, 1969.-620 с.

81. Катыс Г.П. Оптико-электронная обработка информации. М.: Машиностроение, 1973. - 448 с.

82. Кацуяма Т., Мацумура X. Инфракрасные световоды: Пер. с англ. -М.: Мир, 1993.-272 с.

83. КоломбетЕ. А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. М.: Радио и связь, 1991. - 376 с.

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

85. Конюхов Н.Е., Плют А.А., Марков П.И. Оптоэлектронные контрольно-измерительные устройства. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 152 с.

86. Кормен Т, Лейзерсон Ч., Ривест Р. Алгоритмы: построение и анализ: Пер. с англ. М.: МЦНМО, 2000. - 960с.

87. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров: Пер. с англ. М.: Наука, 1973. - 832 с.

88. Коронкевич В.П., Ханов В.А. Современные лазерные интерферометры. Новосибирск: Наука, 1985. - 180 с.

89. Короткое В.П., Тайц Б.А. Основы метрологии и теории точности измерительных устройств. М.: Изд-во стандартов, 1978. - 352 с.

90. Кравцов Н.В., Стрельников Ю.В. Позиционно-чувствительные датчики оптических следящих систем. -М.: Наука, 1969. 118 с.

91. Красюк Б.А., Корнееев Г.И. Оптические системы связи и световодные датчики. М.: Радио и связь, 1985. - 192 с.

92. Крискунов JI.3. Справочник по основам инфракрасной техники. -М.: Советское радио, 1978. 400 с.

93. Крылов В.В., Корсаков С.Я. Основы теории цепей для системотехников. М.: Высшая школа, 1990. - 224 с.

94. Кузин JI.T. Расчет и проектирование дискретных систем управления. М.: Машгиз, 1962. - 683 с.

95. Куликов C.B. Синтез и анализ импульсных измерительных преобразователей информационно-измерительных систем. М.: Энергоатомиздат, 1982. - 360 с.

96. Куликовский K.JL, Купер В.Я. Методы и средства измерений. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 448 с.

97. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1986. - 448 с.

98. Купер Дж., Макчиллем К. Вероятностные методы анализа сигналов и систем: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 376 с.

99. Лебедько Е.Г., Порфирьев Л.Ф., Хайтун Ф.И. Теория и расчет импульсных и цифровых оптико-электронных систем. Л.: Машиностроение, 1984. - 191 с.

100. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). -Л.: Энергоатомиздат, 1983. -320 с.

101. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: Высшая школа, 1982. - 224 с.

102. Марков H.H. Основные направления развития и задачи автоматизации измерения линейных и угловых размеров в машиностроении // Механизация и автоматизация линейно-угловых измерений: Материалы семинара. М.: МДНТП, 1985. -С. 3-11.

103. Марков H.H., Сацердотов П.А. Погрешности от температурных деформаций при линейных измерениях. М.: Машиностроение, 1976. - 232 с.

104. Масюренко Ю.А. Логометрические преобразователи с автоматической коррекцией погрешностей. М.:Энергоатомиздат, 1983. - 88 с.

105. Матханов П.Н. Основы синтеза линейных электрических цепей. -М.: Высшая школа, 1976. 208 с.

106. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов и др. T.III-7 Измерение, контроль, испытание и диагностика. / В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, В.Н. Филинов и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1996. - 464с.

107. МИ 145-77. Методика аттестации мер цилиндричности. М.: Изд-во стандартов, 1978. 24 с.

108. МИ 103-76. Методика измерения линейных параметров поперечного сечения цилиндрических деталей с учетом отклонения формы сечения от круга. М.: Изд-во стандартов, 1977. 13 с.

109. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1983. - 696 с.

110. Митрофанов A.A. Контроль сборки летательных аппаратов: Оптические и лазерные методы. М.: Машиностроение, 1989. - 208 с.

111. Моисеева Н.К., Карпунин М.Г. Основы теории и практики функционально-стоимостного анализа. М.: Высш. шк., 1988.- 192 с.

112. Мэзон С., Циммерман Г. Электрические цепи, сигналы и системы: Пер. с англ. М.: ИЛ, 1963. - 620 с.

113. Мюллер И. Эвристические методы в инженерных разработках: Пер. с нем. М.: Радио и связь, 1984. - 144 с.

114. Нерретер В. Расчет электрических цепей на персональной ЭВМ: Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 220 с.

115. Никифоров А.Д. Точность в химическом аппаратостроении. М.: Машиностроение, 1969. - 216 с.

116. Никифоров А. Д. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Высш. шк., 2000. -510 с.

117. Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. Л.: Машиностроение, 1985. - 199 с.

118. Николаев П.В., Сабинин Ю.А. Фотоэлектрические следящие системы. Л.: Энергия, 1969. - 136 с.

119. Новиков В.Ю., Калашников O.A., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC.- М.: "Эком", 1997.-224 с.

120. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. J1.: Энергоатомиздат, 1985. - 248 с.

121. Одрин В.М. Метод морфологического анализа технических системи. М.: ВНИИПИ, 1989. -312 с.

122. Оптико-электронные приборы для научных исследований / JI.A. Новицкий, А.С. Гоменюк, В.Е. Зубарев, A.M. Хорохоров. М.: Машиностроение, 1986. - 432 с.

123. Основы оптоэлектроники / Суэмацу Я., Катаока С., Кисино К. и др.: Пер. с яп. М.: Мир, 1988. - 288 с.

124. ОСТ 26291-87.Сосуды и аппараты. М.: Изд-во ВНИИнефтемаш, 1987. 294 с.

125. Остапенко А.Г. Анализ и синтез линейных радиоэлектронных цепей с помощью графов: Аналоговые и цифровые фильтры. М.: Радио и связь, 1985.-280 с.

126. Острем К. Введение в стохастическую теорию управления: Пер. с англ. М.: Мир, 1973. - 322 с.

127. Острем К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВМ: Пер. с англ. М.: Мир, 1987. - 480 с.

128. Островский JI. А. Основы общей теории электроизмернительных устройств. M. - JI: Энергия, 1965. - 531 с.

129. Панков В.В., Кравченко Г.М., Богородский И.Г. Оптимизация на ЭВМ сборки для сварки цилиндрических аппаратов // Сварочное производство, 1988, № 12, С. 33-34.

130. Патент РФ № 1772626, МКИ G 01 В 21/06. Оптико-электронное измерительное устройство / А.Н. Шилин, Г.А. Леонтьев, П.П. Бобков. Опубл. 30.10.92, Бюл. № 40. 4 с.

131. Патент РФ № 1786936, МКИ G 01 В 21/00. Лазерное оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек / А.Н. Шилин, Д.В. Лютиков. Опубл. 1993. 6 с.

132. Патент РФ № 1787839, МКИ В 60 Т 17/22, В 61 Ь 25/02. Устройство для измерения износа деталей / А.Н. Шилин, С.Р. Калмыкова. Опубл. 15.01.93, Бюл. №2.-4 с.

133. Патент РФ № 1793280, МКИ в 01 Ь 3/08. Измеритель крутящего момента/А.Н. Шилин, А.П. Желтоногов. Опубл. 01.02.93, Бюл. №5.-3 с.

134. Патент РФ № 1821642, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н. Шилин. Опубл. 15.06.93, Бюл. №22.-3 с.

135. Патент РФ № 1833328, МКИ В 60 Т 17/22. Устройство для измерения и контроля износа фрикционных накладок / А.Н. Шилин. Опубл.0708.93, Бюл. № 29. 3 с.

136. Патент РФ № 2016382, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное измерительное устройство / А.Н. Шилин. Опубл. 15.07.94, Бюл. № 13. 4 с.

137. Патент РФ № 2017064, МКИ в 01 В 21/02. Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий / А.Н. Шилин. Опубл.3007.94, Бюл. № 14.-4 с.

138. Патент РФ № 2044268, МКИ в 01 В 21/00. Оптико-электронное устройство для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин, П.П. Бобков, Д.В. Лютиков. Опубл. 20.09.95, Бюл. № 26. 5 с.

139. Патент РФ № 2044269, МКИ в 01 В 21/02. Оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек / А.Н. Шилин, Д.В. Лютиков. Опубл. 20.09.95, Бюл. № 26. 5 с.

140. Патент РФ № 2048031, МКИ в 01 Ь 3/08. Цифровой измеритель крутящего момента / А.Н. Шилин. Опубл. 10.11.95, Бюл. № 31. 3 с.

141. Патент РФ № 2054624, МКИ в 01 В 21/00. Оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин, П.П. Бобков. Опубл. 20.02.96, Бюл. № 5. 5 с.

142. Патент РФ № 2054625, МКИ G 01 В 21/00 Оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек деталей / А.Н. Шилин. Опубл. 20.02.96, Бюл. №5.-6 с.

143. Патент РФ № 2063007, МКИ G 01 L 3/08. Измеритель крутящего момента / А.Н. Шилин. Опубл. 27.06.96, Бюл. № 18. 4 с.

144. Патент РФ № 2073200, МКИ G 01 В 21/00. Оптико-электронное * измерительное устройство / А.Н. Шилин. Опубл. 10.02.97, Бюл. № 4. -4 с.

145. Патент РФ № 2077706, МКИ G 01 J 5/28, 5/62. Цифровой пирометр спектрального отношения / А.Н. Шилин. Опубл. 20.04.97, Бюл. № 11.-4с.

146. Патент РФ № 2100777, МКИ G 01 В 21/10. Оптико-электронное устройство для контроля формы крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин. Опубл. 27.12.97, Бюл. № 36. 5 с.

147. Патент РФ № 2108554, МКИ G 01 J 5/10, G 01 В21/00. Цифровой пирометр спектрального отношения / А.Н. Шилин. Опубл. 10.04.98, Бюл. № 10.-4 с.

148. Патент РФ № 2097690, МКИ G 01 В 21/00. Оптико-электронное измерительное устройство / А.Н. Шилин. Опубл. 27.11.97, Бюл. № 33. 5с.

149. Патент РФ № 2102729, МКИ G 01 N 21/81. Частотно-импульсный измеритель влажности / А.Н. Шилин, A.M. Сухорукое. Опубл. 20.01.98, Бюл. №2.-4 с.

150. Патент РФ № 2102730, МКИ G 01 N 21/81. Цифровой инфракрасный измеритель влажности / А.Н. Шилин, A.M. Сухоруков, С.Б. Сластинин. Опубл. 20.01.98, Бюл. № 2. 4с.

151. Патент РФ № 2117247, МКИ G 01 В 21/06. Частотно-импульсный оптико-электронный преобразователь размера / А.Н. Шилин, A.M. Сухоруков. Опубл. 10.08.98, Бюл. № 22. 5с.

152. Патент РФ № 2117248, МКИ G 01 В 21/06. Цифровой фотометрический преобразователь размера / А.Н. Шилин, A.M. Сухоруков. Опубл. 10.08.98, Бюл. № 22. 5с.

153. Патент РФ № 2117936, МКИ G 01 N 21/81. Цифровой оптический измеритель влажности / А.Н. Шилин, A.M. Сухоруков, И.А. Рогожкин. Опубл. 20.08.98, Бюл. № 23. 5с.

154. Патент РФ № 2123663, МКИ G 01 В 21/06. Цифровой оптико-электронный преобразователь размера / А.Н. Шилин, A.M. Сухоруков. Опубл. 20.12.98, Бюл. № 35. 5с.

155. Патент РФ № 2125251, МКИ G 01 J 5/28. Цифровой энергетический пирометр / А.Н. Шилин, A.M. Сухоруков, B.C. Юрьев. Опубл. 20.01.99, Бюл. № 2. 4с.

156. Патент РФ № 2165594, МКИ G 01 В 11/26. Оптико-электронное измерительное устройство / А.Н. Шилин, С.А. Бедкин. Опубл. 20.04.01, Бюл. № 11.-7с.

157. Патент РФ № 2181190, МКИ G 01 В 21/10. Оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин, С.А. Бедкин, Е.Г. Зенина. Опубл. 10.04.02, Бюл. №10.-6с.

158. Полоник B.C. Телевизионные автоматические устройства. М.: Связь, 1974.-216 с.

159. Порфирьев Л.Ф. Основы теории преобразования сигналов в оптико-электронных системах. Л.: Машиностроение, 1989. - 387 с.

160. Поскачей А. А., Чарихов Л. А. Пирометрия объектов с изменяющейся излучательной способностью. М.: Металлургия, 1978. -200 с.

161. Поскачей А.А., Чубаров Е.П. Оптико-электронные системы измерения температуры. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 248 с.

162. Потылицин Е.А. Максимизация отношения сигнал-шум в фотоприемных устройствах для волоконно-оптических датчиков // Измерительная техника. 1991. №11. -С.34-36.

163. Прецизионные цифровые системы автоматического управления / В.Г. Выскуб, Б.С. Розов, В.И. Савельев. М.: Машиностроение, 1984. - 136 с.

164. Применение цифровой обработки сигналов / Под. ред. Э. Оппенгейма: Пер. с англ. М.: Мир, 1980. - 552 с.

165. Проектирование оптико-элекронных приборов / Ю.Б. Парвулюсов, В.П. Солдатов, Ю.Г. Якушенков. М.: Машиностроение, 1990. -432 с.

166. Прокунцев А.Ф., Максимова Е.С. Бесконтактная передача и обработка информации с вращающихся изделий. М.: Машиностроение, 1985. - 80 с.

167. Рабинович А.Н., Шилин А.Н., Лебас Э.П. Аналитическое определение некоторых параметров фотоэлектрической системы контроля обечаек // Химическое и нефтяное машиностроение, 1976, № 10, С. 32-33.

168. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-CapV. М.: "Солон", 1997. - 274 с.

169. Расчет фотоэлектрических цепей / Под ред. С.Ф. Корндорфа. М.: Энергия, 1967. - 200 с.

170. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике в 2-х кн.: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - Кн. 1-350 е., Кн. 2-320 с.

171. Романов В.Н., Соболев B.C., Цветков Э.И. Интеллектуальные средства измерений / Под ред. Э.И. Цветкова. М.: РИЦ «Татьянин день», 1994.-280 с.

172. Романовский П.И. Ряды Фурье. Теория поля. Аналитические и специальные функции. Преобразование Лапласа. М.: Наука. Гл. ред. физ. -мат. лит., 1973. - 336 с.

173. Рубинов А.Д. Контроль больших размеров в машиностроении. -Л.: Машиностроение, 1982. 120 с.

174. Рыбкин A.A., Рыбкин А.З., Хренов JI.C. Справочник по математике. М.: Высш. шк., 1987. —480 с.

175. Савельев И.В. Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1978. - 480 с.

176. Сарвин A.A. Системы бесконтактных измерений геометрических параметров. JL: Изд-во ЛГУ, 1983. - 144 с.

177. Световодные датчики / Б.А. Красюк, О.Г. Семенов, А.Г. Шереметьев и др. М.: Машиностроение, 1990. - 256 с.

178. Сергеев С.А., Горохов Л.Я. Общая схема измерения некруглости с виртуальным базированием // Известия ВУЗов. Приборостроение. 1999. - № 5-6.-С. 32-37.

179. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы в 2-х ч.: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. - 4.1-336 е., Ч. 2-360 с.

180. Сигнаевский В.А., Коган Я.А. Методы оценки быстродействия вычислительных систем. М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1991. - 256 с.

181. Сизенов Л.К. Суммирование погрешностей размеров и формы в поперечном сечении цилиндрических деталей//Известия ВУЗов. Приборостроение. 1969. №11. -С.134-138.

182. Смирнов А.Я., Меньшиков Г.Г. Сканирующие приборы. -Л.: Машиностроение, 1986. 145 с.

183. Смолов В.Б., Угрюмов Е.П. Времяимпульсные вычислительные устройства. Л.: Энергия, 1968. - 140 с.

184. Современные энергосберегающие электротехнологии / Ю.И. Блинов, A.C. Васильев, А.Н. Никаноров и др. — СПб: Изд-во СПбГТУ «ЛЭТИ», 2000.-564 с.

185. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев A.B. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1985.-536 с.

186. Соломенцев Е.Д. Функции комплексного переменного и их применения. М.: Высшая школа, 1988. - 167 с.

187. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ. / Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.: Мир, 1992. - 592 с.

188. Столетний М.Ф., Клемперт Е.Д. Точность труб. М.: Металлургия, 1975.-240 с.

189. Сухорукое A.M., Шилин А.Н. Измерение и контроль износа фрикционных накладок // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1997. -№4. -С. 30-31.

190. Сысоев Ю.С., Магдеев В.Ш. Методика измерений отклонений от цилиндричности крупногабаритных деталей // Измерительная техника. -1990. №11. -С.27-29.

191. Сысоев Ю.С. Координатные методы определения параметров средней окружности при анализе профиля реальной окружности // Измерительная техника. 1995. №10. -С.22-25.

192. Толстов Ю.Г. Теория линейных электрических цепей. М.: Высшая школа, 1978. - 279 с.

193. Топорец A.C. Оптика шероховатой поверхности. JL: Машиностроение, 1988. - 191 с.

194. Точность производства в машиностроении и приборостроении / Под ред. А.Н. Гаврилова. М.: Машиностроение, 1973. - 567 с.

195. Трутень В.А. Новые разработки и исследования в области контроля размеров крупногабаритных деталей // Новые средства контроля размеров в тяжелом машиностроении. КСХИ. Красноярск, 1973. С.6-33.

196. Турчак Jl.И. Основы численных методов. М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1987. - 320 с.

197. Управления качеством: Учебник для вузов / С.Д. Ильенкова, Н.Д. Ильенкова, B.C. Мхитарян и др.; Под ред. С.Д. Ильенковой. М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 1998, - 199 с.

198. Устойчивость адаптивных систем: Пер. с англ. / Андерсон Б., Битмид Р., Джонсон К. и др. М.: Мир. - 263 с.

199. Харт X. Введение в измерительную технику: Пер. с нем. М.: Мир, 1999.-391 с.

200. Хофман Д. Техника измерений и обеспечение качества / пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 472 с.

201. Хофман Д. Измерительно-вычислительные системы обеспечения качества: Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 272 с.

202. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 440 с.

203. Цветков Э.И. Процессорные измерительные средства. Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 224 с.

204. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями / С.Г. Герман-Галкин, В.Д. Лебедев, Б.А. Марков, Н.И. Чигерин. Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 248 с.

205. Шаталов A.C. Отображение процессов управления в пространствах состояний. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 256 с.

206. Шахов Э.К., Михотин В.Д. Интегрирующие преобразователи напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 144 с.

207. Шестов Н.С. Выделение оптических сигналов на фоне случайных помех. М.: Советское радио, 1967. - 347 с.

208. Шилин А.Н., Муха Ю.П. Оптико-электронный преобразователь размера с компенсацией температурной деформации // Известия ВУЗов. Приборостроение. 1987. - № 7. - С. 73-78.

209. Шилин А.Н. Оптико-электронная следящая система поиска центра полой цилиндрической детали // Известия ВУЗов. Приборостроение. 1989. -№ 4. - С. 80-84.

210. Шилин А.Н. Исследование методических погрешностей оптико-электронных информационно-измерительных систем управления производством обечаек // Измерительная техника. 1989. - № 10. - С. 8-10.

211. Шилин А.Н., Бобков П.П., Леонтьев Г.А. Оптико-электронный измерительный преобразователь размеров нагретых деталей // Микроэлектронные датчики в машиностроении: Тез. докл. всесоюз. науч. конф. Ульяновск, 1990. - С. 89.

212. Шилин А.Н. Время-импульсный измерительный преобразователь размера нагретых изделий // Методы и средства обработки измерительной информации: Тез. докл. науч. техн. семинара. Челябинск, 1990. - С. 38-39.

213. Шилин А.Н., Бобков П.П. Оптико-электронный прибор для измерения размеров крупногабаритных деталей // Диагностические применения лазеров и волоконной оптики в народном хозяйстве: Тез. докл. науч. техн. семинара. Волгоград, 1990. - С. 92-94.

214. Шилин А.Н., Лютиков Д.В. Оптоэлектронный импульсный преобразователь угла поворота // Механизация и автоматизация производства. 1991. - № 4. - С. 7-10.

215. Шилин А.Н., Булатов Ю.П., Бобков П.П., Лукин Г.В. Оптико-электронная информационно-измерительная система управления производством обечаек // Химическое и нефтяное машиностроение. 1992. -№ 11.-С. 28-30.

216. Шилин А.Н. Операторно-рекуррентный анализ переходных процессов в электротехнике // Компьютеризация учебного процесса: Тез. докл. науч. метод, семинара. Астрахань, 1992. - С. 100.

217. Шилин А.Н., Калмыкова С.Р. Синтез нелинейных четырехполюсников // Компьютеризация учебного процесса: Тез. докл. науч. метод, семинара. Астрахань, 1992. - С. 101.

218. Шилин А.Н., Леонтьев Г.А., Бобков П.П. Оптико-электронный датчик размеров нагретых деталей // Приборы и системы управления. 1993. -№ 3. - С. 26-28.

219. Шилин А.Н. Основные законы электротехники в операторно-дискретной форме // Компьютеризация учебного процесса: Тез. докл. науч. метод, семинара. Астрахань, 1993. - С. 85-86.

220. Шилин А.Н., Леонтьев Г.А. Сопряжение оптоэлектронного датчика размеров с компьютером // Приборы и системы управления. 1994. -№ 6. - С. 34-36.

221. Шилин А.Н. Операторно-дискретный метод анализа электрических цепей: Учеб. пособие / Волгоград: ВолгГТУ, 1994. 64 с.

222. Шилин А.Н., Бобков П.П. Оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Сб. Волгоград: ВолгГТУ, 1994. - С. 164-168.

223. Шилин А.Н., Лютиков Д.В. Усилитель оптических сигналов с широтно-импульсной модуляцией // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Сб. Волгоград: ВолгГТУ, 1994. - С. 168-172.

224. Шилин А.Н., Калмыкова С.Р. Передача измерительной информации с вращающихся изделий // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1997. - № 6. - С. 28-29.

225. Шилин А. Н. Измерительные преобразователи крутящего момента // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1997. - № 7. - С. 24-25.

226. Шилин А.Н., Морозов И.О., Федяев Д.В. Сопряжение датчика с времяимпульсным выходным сигналом с компьютером // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Сб. Часть 1. Волгоград: ВолгГТУ, 1997.-С. 131-135.

227. Шилин А.Н., Бобков П.П. Оптико-электронное устройство для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Сб. -Волгоград: ВолгГТУ, 1998. С. 159-166.

228. Шилин А.Н., Зенина Е.Г. Расчет формы выходного сигнала усилителя фототока // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Сб. Часть 1. Волгоград: ВолгГТУ, 1997. - С. 135-139.

229. Шилин А.Н., Бедкин С.А. Цифровое моделирование параметрической системы автоматического регулирования // Концептуальное проектирование в образовании, технике и технологии: Сб. -Волгоград: ВолгГТУ, 1999. С. 123-128.

230. Шилин А.Н., Новицкий A.C. Цифровое моделирование динамических характеристик микроэлектронных устройств // Концептуальное проектирование в образовании, технике и технологии: Сб. -Волгоград: ВолгГТУ, 1999. С. 128-134.

231. Шилин А.Н., Зенина Е.Г. Синтез цифровых фильтров по аналоговым моделям // Приборы и системы управления. 1999. - № 5. - С. 34-38.

232. Шилин А.Н. Моделирование геометрических преобразований при оптических измерениях профиля деталей // Известия ВУЗов. Приборостроение. 1999. - № 5-6. - С. 44-47.

233. Шилин А.Н. Фильтрация сигналов в оптико-электронных устройствах измерения профиля обечаек // Известия ВУЗов. Приборостроение. 1999. - № 7. - С. 55-60.

234. Шилин А.Н. Точность цифровых систем управления с рекуррентными алгоритмами // Приборы и системы управления. 1999. - №7. - С. 5-8.

235. Шилин А.Н. Расчет формы сигналов в сканирующих оптико-электронных устройствах // Известия ВУЗов. Приборостроение. 1999. - № 8. - С. 54-59.

236. Шилин А.Н. Проектирование оптико-электронных устройств контроля с двухтактным интегрированием // Контроль. Диагностика. 2000. -№ 7. - С. 8-13.

237. Шилин А.Н. Операторно-дискретный метод анализа электрических цепей // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2000. - № 7. - С. 50-56.

238. Шилин А.Н., Бедкин С.А. Информационная поддержка проектирования оптико-электронных измерительных систем // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Сб. Часть 2. / ВолгГТУ. Волгоград, 2000. - С. 184-185.

239. Шилин А.Н., Бедкин С.А. Компьютерное моделирование электронных автоматических устройств // Приборы. 2001. - № 2. - С.51-54.

240. Шилин А.Н., Бедкин С.А. Устройство сопряжения сканирующего измерительного преобразователя размеров с компьютером // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2001. - № 4. - С.40-41.

241. Шилин А.Н., Бедкин С.А. Компьютерное моделирование адаптивных электронных усилителей // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2001. - № 5. - С.40-43.

242. Шилин А.Н., Зенина Е.Г., Бедкин С.А. Исследование методов цифрового моделирования аналоговых САУ // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2001. - № 7. - С.46-50.

243. Шилин А.Н. Проектирование адаптивных оптико-электронных устройств контроля процессов формообразования крупногабаритных нагретых деталей // Контроль. Диагностика. — 2001. 7. С. 14-20.

244. Шилин А.Н., Емельянов A.B. Параметрический синтез оптико-электронных устройств контроля с двухтактным интегрированием // Контроль. Диагностика. — 2001. 8. — С. 17-24.

245. Шилин А.Н. Проектирование задающих устройств оптико-электронных систем контроля крупногабаритных оболочек вращения // Приборы. 2001. - № 8. - С.27-33.

246. Шилин А.Н., Будько В.В. Адаптивное устройство сопряжения компьютера и измерительного преобразователя с частотным выходным сигналом // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2002. - № 8. - С.24-28.

247. Шилин А.Н. Анализ методов измерения кривизны крупногабаритных оболочек вращения в процессе их формообразования // Контроль. Диагностика. 2002. 9. - С. 44-52.

248. Шилин А.Н. Анализ методов и схем измерения геометрических параметров обечаек в процессе их формообразования // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2002. - № 8. - С.24-28.

249. Шилин А.Н., Зенина Е.Г., Моренов A.C. Моделирование преобразований сигналов в электрических цепях с коммутирующими устройствами // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Сб. Часть 2. / ВолгГТУ. Волгоград, 2002. - С. 172-175.

250. Шипилло В.П. Операторно-рекуррентный анализ электрических цепей и систем. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 312 с.

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

252. Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах. М.: Радио и связь, 1981. - 180 с.

253. Improvement of Scale Reduction in Induction Heaters for Forging / A. Muehlbauer, R. Boergerding, R. Orewek, K.-U. Joern // 17th ASM Heat Treating

254. Society Conference Proceedings Including the 1st International Induction Heat Treating Symposium. — Germany, Hanover, University of Hanover, 2000.

255. Koua Kimur Measuring on Large Machines // Technocrat vol. 12 № 7 ful/1979. P. 41-48.

256. Spragg R.C. Accurat calibration of Surface Texture and roundness Measuring Instruments. " Proc. Instr. Mech. Engrs." 1967-1968, v. 182, part 3k, p. 497.

257. Spragg R.C., Whitehouse D.J. New Unified Approach to Surface Metrology. "Proc. Instr. Mech. Engrs." 1970-1971, v. 185, 47-71.

258. Sully A.H., Brandes E.A., Waterhaus R.B. Some measurements of the total emissivity of metals and pure refractory oxides and the variation of emissivity with temperature. Brit, Journ. - Appl. Physics, 1952, vol. 3.