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

003486751

На правах рукописи

ГИРКИН Михаил Вячеславович

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЛОКАЛЬНОЙ КРИВИЗНЫ ОБОЛОЧЕК ВРАЩЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ИХ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Специальность 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и

комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 3 ЛЕН 2009

Санкт-Петербург - 2009

003486751

Работа выполнена на кафедре "Электротехника" в Волгоградском государственном техническом университете.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Шшган Александр Николаевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Коняхин Игорь Алексеевич

доктор технических наук, профессор Городецкий Андрей Емельянович

Ведущая организация

ОАО «ВНИИПТ химнефтеаппаратуры», г. Волгоград

Защита диссертации состоится " ^лаЗ/сЛ в часов на заседании диссертационного совета Д 212.227.01 при Сашсг-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: г. Санкт-Петербург, пер. Гривцова, 14, аудитория_

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке СПб ГУ ИТМО

Отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес университета: 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49, секретарю диссертационного Совета Д.212.227.01

Автореферат разослан

СС

20 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.М. Красавцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие отечественного машиностроения в условиях рыночной экономики связано с повышением качества выпускаемой продукции и снижением ее себестоимости. Особенно актуальны проблемы повышения качества продукции для одной из основных отраслей отечественного машиностроения - нефтегазового и химического.

В машиностроении наибольшее влияние на качество выпускаемой продукции оказывает технологическая точность изготовления базовых деталей. Основными базовыми деталями нефтегазового и химического оборудования являются оболочки вращения - обечайки, которые изготавливаются из листовых заготовок методом гибки на валковых листогибочных машинах. В настоящее время, на заводах это оборудование отсутствуют современные средства измерения геометрических параметров и управления процессом производства. Такое состояние существенно ограничивает качество ныггускасмой продукции, приводит к большой доли изделий, не удовлетворяющих требованиям и не позволяет автоматизировать технологические процессы.

Измерение геометрических параметров крупногабаритных деталей (500 -30000 мм) является одной из сложных областей измерительной техники, что обусловлено большими габаритами изделия и измерительного инструмента, большим объемом измерительных операций, высокой температурой изделия и тяжелыми внешними условиями. Отсутствие инструментального обеспечения не позволяет создавать современные системы контроля процесса производства и модернизировать существующее оборудование.

В связи со спецификой объекта измерения, наиболее перспективным является использование систем контроля с оптико-электронными измерительными преобразователями, обеспечивающими измерение геометрических параметров без механического контакта с объектом в режиме реального времени, и возможность интеграции в существующие системы автоматизации технологических процессов. На рынке отсутствуют серийно выпускаемые средства измерения геометрических параметров крупногабаритных деталей, обеспечивающие требуемую точность измерений. Таким образом, необходима разработка и исследование специальных оптико-электронных систем контроля геометрических параметров крупногабаритных оболочек вращения, что определяет актуальность темы диссертации.

Вопросами теории расчёта и конструирования приборов и систем контроля геометрических параметров изделий посвящены труды учёных: Абдулова А. Н., Гебеля И. Д., Зарезанкова Г. X., Иванова Б. И., Маркова Н. Н., Никифорова А. Д., Полониика В. С., Рубинова А. Д., Сарвина А. А., Сыссева А. Д., Трутеня В. А., Хофмаяа Д., Шилина А. Н.

Шилиным А. Н. была разработана и подробно исследована схема контроля кривизны оболочек вращения по профилограммам с использованием оптико-электронных измерительных преобразователей. Однако, при этом способе контроля требуется остановка технологического процесса, поэтому для сокращения времени контроля целесообразно использовать непосредственное измерение кривизны оболочки вращения в околовалковой зоне в процессе её формообразования.

Целью работы является разработка и исследование оптико-электронной системы контроля локальной кривизны крупногабаритных обечаек.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Проведен анализ технологических процессов и условий производства крупногабаритных обечаек, а так же существующих методов и средств измерения геометрических параметров крупногабаритных оболочек вращения.

2. На основе проведенного анализа предложены схемы измерения локальной кривизны участка обрабатываемой оболочки вращения с первичными оптико-электронными преобразователями, построены математические модели процесса измерения и формирования погрешности, и определены методики исключения некоторых составляющих методических погрешностей.

3. На основе разработанных схем измерения радиуса кривизны предложены структурно-функциональные схемы оптико-электронных систем контроля локальной кривизны оболочек вращения в процессе их формообразования.

4. На основе построенных математических моделей и предложенных алгоритмов разработаны компьютерные модели процессов преобразования сигналов в оптическом и электронном тракте, с использованием которых экспериментально исследованы влияние параметров оптико-электронных систем на погрешность измерения.

5. На основе проведенного исследования разработаны методики выбора параметров предложенных оптико-электронных систем обеспечивающих требуемую точность измерения локального радиуса кривизны крупногабаритных

оболочек вращения в процессе их формообразования.

4

Основные методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории оптических систем, теории управления, случайных функций, методы имитационного моделирования, методы обработки изображений, а также эвристические методы проектирования технических систем.

Достоверность полученных результатов подтверждена результатами экспериментов на компьютерных моделях и экспериментальными испытаниями макетов оптико-электронных систем контроля.

Научная новизна работы определяется тем, что впервые:

- разработаны методики измерения локального радиуса кривизны крупногабаритных деталей типа «оболочка вращения» непосредственно в процессе их формообразования, а также структуры реализующих их оптико-электронных систем дальнометрического и проекционного типов, использующих в качестве первичных измерительных преобразователей, соответственно, лазерных дальномеры и приемные системы с матричным анализатором;

- получены детерминированные и имитационные модели процессов измерения для разработанных оптико-электрошшх систем, на основе которых исследована структура погрешности измерения;

- получены соотношения между параметрами основных элементов оптико-электронных систем, оптимизированные по критерию минимизации методической погрешности измерения локального радиуса кривизны.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Разработанные структуры оптико-электронных систем дальнометрического и проекционного типов позволяют в реальном масштабе времени контролировать локальную кривизну крупногабаритных оболочек вращения с требуемой точностью.

2. Необходимая точность измерения обеспечивается алгоритмом вычисления радиуса кривизны оболочки вращения по ее изображению, получаемому с фотоприемной матрицы, в соответствии с которым радиус кривизны определяется на основе интерполяции дугой окружности групп точек границы изображения предварительно выделенных дифференцирующим фильтром по введенному решающему правилу.

3. Предложенные методики определения параметров позволяют обоснованно выбирать конкретные элементы оптического и электронного тракта раз-

работанных оптико-электронных систем контроля локальной кривизны оболочек вращения, обеспечивающих требуемую погрешность.

Практическая значимость результатов.

1. Разработаны структурные и функциональные схемы оптако-элемронных систем контроля, обеспечивающие минимальную методическую погрешность измерения локального радиуса кривизны оболочки вращения в процессе её формообразования.

2. Получены результаты экспериментального исследования опытного образца оптико-электронной системы измерения локального радиуса кривизны оболочки вращения, позволившие оценить правильность разработанных теоретических положений.

3. Разработаны методики и программа синтеза цифровых регуляторов по аналоговым моделям, позволяющая автоматизировать процесс интеграции разработанной оптико-электронной системы и имеющегося на производстве листогибочного оборудования.

Внедрение результатов работы.

1. На предприятии «Вслгограднефтемаш» приняты к внедрению оптико-электронные системы измерения радиуса кривизны обечайки в процессе ее производства в валковой листогибочной машине.

2. Результаты исследования используются в учебном процессе Волгоградского государственного технического университета в курсе «Метрология, стандартизация и сертификация».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях Волгоградского государственного технического университета (2007-2008 гг.), на ежегодных научных конференциях Волжского филиала МЭИ (2008-2009 г.), на Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (2008 г.), на V всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (2008 г.) г. Камышин, на конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2009» г. Астрахань.

Публикации. Основные результаты исследования представлены в 9 работах, 4 статьи опубликованы в журналах по списку ВАК РФ, также по мате-

б

риалам работы поданы 2 заявки на получение патента РФ на полезную модель, по которым получено положительное решение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 126 страниц основного текста, 47 рисунков, списка литературы (137 пунктов).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, проблемы, определены

цель и задачи диссертационной работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрен технологический процесс формообразования крупногабаритных оболочек вращения методом гибки предварительно нагретой листовой заготовки на валковой листогибочной машине.

Согласно отраслевому стандарту, технологическая точность обечаек характеризуется следующими параметрами: базовым диаметром, формой контура и полной высотой обечайки. Основным базовым размером обечайки является внутренний диаметр, отклонение внутреннего и наружного диаметра не должно превышать ±1% от номинального диаметра, а погрешность формы - относительная овальность — не должна превышать ±1% .

Процесс формообразования обечайки выполняется в диапазоне температур 1000-500°С. Время технологического процесса ограничено временем остывания заготовки. Для обеспечения необходимой технологической точности обечаек необходимо в течение всего технологического процесса осуществлять контроль локального радиуса кривизны обрабатываемой обечайки. Поскольку величина температурной деформации детали в диапазоне её температур соизмерима с допуском на размер, то необходимо введение поправки на результаты измерения локального радиуса кривизны.

На основании проведённого анализа технологического процесса выявлено, что для повышения быстродействия контроля и возможности внедрения систем автоматизации целесообразно осуществлять контроль локальной кривизны в околовалковой зоне. Причем, в связи с большим разнообразием листогибочного оборудования необходимо разработать и исследовать две системы -с торцевым измерением, и измерением в поперечном сечении. При этом, в системах должны использоваться оптико-электронные первичные измерительные

преобразователи, позволяющие избежать механического контакта с объектом измерения.

Во второй главе ка основе известных концептуальных схем контроля радиуса кривизны (рис. 1) разработаны средства измерения локального радиуса

6а - стойка с дальномерами, 66 - приемная система с матричным анализатором.

Основным устройством дальнометрической системы контроля (рис. 1а) является лазерный дальномер. Измерение локального радиуса кривизны участка детали происходит в процессе формообразования бесцентровым способом на основании измерения расстояния до трех точек поверхности детали.

Основным устройством проекционной системы контроля (рис. 16) является приемная система с матричным анализатором, содержащая объектив и фотоприемную ПЗС-матрицу. Фактически система представляет собой цифровую видеокамеру, которая размещается в торце детали таким образом, чтобы на фотоприемную матрицу проецировался участок профиля обрабатываемой заготовки. Вычисление радиуса кривизны осуществляется микропроцессором по изображению, получаемому с приемной системы.

Уравнения измерения дальнометрической схемы существенно зависят от размещения дальномеров в пространстве относительно друг друга. Исследование, проведенное в работе, показало, что целесообразно использовать схему измерения с размещением дальномеров на одной прямой (рис. 2) с параллельным ходом лучей, что обеспечивает меньшую методическую погрешность.

Для построения уравнений измерения были введены следующие допущения: участок оболочки вращения, на котором осуществляется измерение, является дугой окружности; луч дальномера является прямой линией; используются методы геометрической оптики, явлениями волновой оптики можно пренебречь, так как почетность измерения значительно превышает длину волны.

Рисунок 2 - Геометрическая модель измерения дальяометрической схемы.

Из анализа геометрической модели следует уравнение измерения: (

Я-

2-/-(/, ~2-1г +/3)

-й

1

(1)

1+ог-©'

где Л - радиус кривизны внутренней поверхности детали, ¡\,1г,1г~ расстояние, измеряемое дальномерами, д. - расстояние между центральным и крайними дальпомералш, А - толщина листовой заготовки, а - коэффициент линейного расширения металла детали, 0 - разность температур изделия и окружающей среды.

Полученные уравнения измерения позволяют сформировать математическую модель методической погрешности измерения, на основе метода «полного дифференциала», при этом было принято, что дальномеры обладают одинаковыми метрологическими характеристиками. Если между величинами, входящими в уравнение измерения (1), нет корреляционной зависимости, то среднеквадратичное отклонение может быть определено по формуле:

"¡Я*

д!,

I У

ж

Л,

, 8Я + —ст. дс1 "

ди

+ —С*

дк "

+ •

(8Я

—<■

1.5©

(2)

Поскольку предполагается измерение расстояния до поверхности расположенной под углом к лучу дальномера, в математическую модель формирования погрешности введена составляющая, вызванная расхождением лазерного луча.

Рисунок 3 - Образования погрешности измерения вызванной расположением поверхности под углом у к направлению луча дальномера и углом расхождения пучка дальномера /р.

Для анализа этой погрешности принималось, что излучатель дальномера является точечным источником, который характеризуется углом расхождения луча <р, при этом луч направлен под углом у/ к поверхности материала (рис. 3). Составляющая погрешности, вызванная расхождением лазерного пучка дальномера может быть определена по формуле:

<р-1

А1 »±-

(3)

На рисунке 4 приведены зависимости относительной погрешности измерения радиуса кривизны от отношения расстояния между дальномерами с1 и радиуса обрабатываемой обечайки Д при различных значениях параметров Я и Я (рис. 2).

дк

У-

1 1 :

\ Н=2,5м 1 .......

\ 1 1

Я-2м 1

\ I \ } 1 1 \ ' ! 1 |

х- ;| Я=1м1 '*!

ЛЯ,

\ ч ! 1 | ! ! ! ч 5 1

V. у V. 1 Я=50м

г=10м

0.4 л М

О 3 0.4 4

я я

а 6

Рисунок 4 - Зависимость относительной погрешности измерения кривизны для схемы с расположением дальномеров в одной точке: а - при различных значениях параметра Я, б - при различных значениях параметра 5.

Из полученных зависимостей следует, что необходимо выбирать такое

положение стойки с дальномерами, чтобы направление луча центрального

дальномера совпадало с направлением вектора кривизны измеряемого участка

обечайки. При этом параметр Б при значении Б<20м практически не влияет на

погрешность измерения.

ю

В проекционной системе, па первом этапе микропроцессором вычисляется радиус кривизны в пространстве изображения, на втором этапе осуществляется вычисление локального радиуса кривизны в пространстве детали. Уравнение измерения проекционной схемы:

1 + аг-0

где - радиус кривизны участка детали в пространстве изображения, ц - коэффициент увеличения объектива приемной системы, а - коэффициент линейного расширения металла детали, 0 - разность температур изделия и окружающей среды.

С использованием метода «полного дифференциала» была построена математическая модель погрешности. Если между величинами входящими в уравнения измерения (4) нет корреляционной зависимости, то среднеквадратичное отклонение может быть определено по формуле:

ей

—а. дЯ

и» •)

На формирование погрешности коэффициента увеличения основное влияние оказывают два фактора: отклонение оптической оси от требуемого положения из-за перекоса приемной системы с матричным анализатором, и отклонение расстояния между объективом и объектом, вызванное технологической погрешностью изготовления механизма каретки.

И ......... / /7

л----- -------------- АД,- 0,55% . ... •

-

О ШИ 0.1

Г

Рисунок 5 - Графики зависимости погрешности измерения проекционной схемы от допуска на угол перекоса при различных значениях Дйи

Графики зависимостей относительной погрешности измерения от допуска на угол перекоса приемной системы с матричным анализатором, при различных значениях погрешности вычисления радиуса кривизны в пространстве изобра-

11

жеиия приведены на рисунке 5. Исследование влияния параметров схемы измерения на погрешность измерения показало, что наибольший вклад в похреш-ность оказывают погрешность вычисления радиуса кривизны и допуск на угол перекоса приемной системы с матричным анализатором, а расстояние от приемной системы до объекта, линейный размер фотоприемной матрицы, допуск на изменение расстояния между объективом и объектом оказывают пренебрежимо малое влияние на погрешность измерения.

Для построенных схем измерения была также произведена оценка динамических погрешностей, которая показала, что для типовых значений времени измерения расстояния дальномером, и времени экспозиции матричного фотоприемника, абсолютная динамическая погрешность на два порядка меньше инструментальной погрешности средств измерения, что позволяет пренебречь ей при исследовании системы.

В третьей главе на основе предложенных и исследованных средств измерения локального радиуса кривизны разработаны структурно функциональные схемы оптико-электронных систем контроля локального радиуса кривизны крупногабаритных обечаек, использующие предложенные и исследованные

стойка; 9,10 - датчики угла поворота подвижных валков; 11,12- датчики усилия на подвижных валках; 13,14- гайки; 15,16- соосно соединенные винты; 17 - шаговый двигатель; 18 - опора электропривода; 19 - электропривод поворота стойки; 20 - система управления электроприводом; 21 - исполнительный механизм перемещения валков; 22 - управляющая ЭВМ; 23 - пульт управления, 24 - датчик температуры заготовки.

На рисунке 6 представлена структурно-функциональная схема дально-метрической системы контроля. С помощью дальномеров 5-7 осуществляется измерение расстояния до трех точек поверхности детали. Расстояние между дальномерами задается с помощью шагового двигателя 17, и прецизионной механической передачи винт-гайка 13-15. Вычисление радиуса кривизны осуществляется с помощью процессора 22, посредством исполнительного механизма 21. Совпадение направлений луча центрального дальномера с векгором кривизны измеряемого участка обеспечивается системой автоматического позиционирования стойки, включающей элементы 18-20.

Рисунок 7 - Структурно-функциональная схема оптико-элекгронной проекционной системы контроля (а - вид спереди, б - вид сбоку): 1 - заготовка; 2-4 валки листогибочной машины; 5 - приемная система с матричным анализатором; 6 - каретка двухкоордипатного механизма; 7 - рама; 8 - вертикальные направляющие; 9 - горизонтальная направляющая; 10 - привод вертикального перемещения; 11 - привод горизонтального перемещения; 12 - привод поворота приемной системы; 13 - управляющая ЭВМ; 14 - пульт управления; 15,16 — датчики угла поворота валков; 17,18 - датчики усилия на валках; 19 - исполнительный механизм перемещения валков; 20 - датчик температуры заготовки; 21 - источник излучения.

На рисунке 7 представлена структурно-функциональная схема проекционной системы контроля локального радиуса кривизны. Приемная система 5 с матричным анализатором расположена на каретке двухкоордипатного механизма позиционирования образованного элементами 7-12. Двухкоординатный механизм обеспечивает возможность выбора положения приемной системы в зависимости от геометрических параметров обрабатываемой заготовки. Вычисление радиуса кривизны осуществляется с помощью процессора 13. Для увеличения контрастности изображения система оснащена источником излучения 21.

а

В обеих системах предусмотрены датчики угла поворота валков, для синхронизации системы контроля с углом поворота обечайки, датчик температуры детали для коррекции термической деформации, и датчики усилия на валках.

В четвертой главе обоснован выбор лазерного дальномера для использования в далънометрической системе, разработаны и исследованы алгоритмы вычисления радиуса кривизны в пространстве изображения, разработаны алгоритм и программа синтеза цифровых регуляторов по аналоговым моделям, и методика выбора аппаратных средств для их реализации.

Выбор лазерного дальномера осуществлен исходя из специфики объекта измерения и предложенной схемы измерения. Для использования в предложенных системах рекомен,дуется лазерный дальномер с фазовым принципом работы на модулированном луче, что обеспечивает наибольшую точность измерений в диапазоне 1-100м, в отличие от импульсных и интерферометрических дальномеров, которые не предназначены для измерения расстояния в этом диапазоне.

Для обоснованного выбора длины волны лазерного дальномера был произведен анализ собственного излучения нагретой детали при начальной температуре 1000°С. Так, при использовании дальномера с полупроводниковым лазером с длинной волны 660нм, мощностью лазера 10мВт и кружком рассеяния на поверхности диаметром 5мм, мощность собственного излучения с этой площади детали при температуре 1273К в диапазоне ±10нм составит всего лишь ~43мкВт, что на два порядка меньше. Таким образом, для лазерных дальномеров видимого спектра обеспечивается устойчивое выделение отраженного сигнала на фоне собственного излучения объекта измерения.

В работе предложены три алгоритма вычисления радиуса кривизны проекционной системы, на входе алгоритма задается изображение, полученное фотоприемной матрицей (рис. 8):

Рисунок 8 - Пример изображения на входе алгоритма вычисления радиуса кривизны

Все предложенные алгоритмы работы основаны на анализе точек границы детали на изображении. Для получения точек границы предложено использовать алгоритм Собеля, который обеспечивает высокое быстродействие, при этом эффективно выделяя граничные точки даже на размытом и зашумлениом изображении.

Наиболее простым алгоритмом вычисления радиуса кривизны участка детали является алгоритм, использующий три точки границы изображения, радиус кривизны может быть вычислен по законам классической геометрии на плоскости.

Более сложным является алгоритм, в котором на первом шаге, с помощью метода наименьших квадратов выполняется аппроксимация точек границы детали полиномом второй степени у(х) - а-х1 + Ь-х-гС. На втором шаге вычисляется площадь, заключенная между хордой и построенной параболой:

5= ¡у(х)ск = ''¡(а-х1 +Ь-х + с)ск=^- + ^^ + с-хР. (6)

ЕГ 0 3 2.

Полученное значение считается равным площади заточенной между дугой окружности и хордой. Такое заключение вполне правомерно, так как на небольших участках полином второй степени аппроксимирует окружность обеспечивая необходимую точность. На третьем шаге вычисляется значение радиуса кривизны Я с помощью метода Ридцера из системы уравнений:

2 ■ (7)

Я = 2-Л-зт-2

По сравнению с первым, этот алгоритм обеспечивает меньшую погрешность, но имеет большую вычислительную сложность. Наименьшую погрешность вычисления имеет алгоритм, который заключается в поиске минимума функции трех переменных, с помощью метода Нелдера-Мида:

¿(л^оД) = ¿(И ~Уо ~^2-(х1.-л-0))2, (8)

/-1

где (х0, у0)- координаты центра окружности, а Я - её радиус. В качестве начального приближения используется значения радиуса и центра окружности, полученные с помощью алгоритма вычисления радиуса кривизны по трем точкам.

Для исследования алгоритмов была разработана программа, моделирующая процесс измерения радиуса кривизны, и с её помощью была проведена серия экспериментов, и построены зависимости погрешности от угловой меры дуги на изображении, и от разрешающей способности матрицы (рис. 9).

* о \

о 'V К 001 <Л

...... Ь о ».о ■ р "в -- о

» Ь о о \ В*» — 2 т.О '•••А...

>• - « -о - - «. к».а. .в з/ 1/' 0-1 ------------ -л —Д...! 'О-'-«»----,

а.

5ГО

МсМ*

>10'

N 5

Рисунок 9 - Зависимость относительной погрешности вычисления радиуса кривизны от: а -угловой меры дуги на изображении, б - разрешающей способности матрицы (количество фотоприемных элементов па стороне); 1 - вычисление по трем точкам, 2 - интерполяция параболой, 3 - интерполяция дугой окружности

Исследования показали, что на погрешность вычисления радиуса кривизны влияет не общее количество элементов фотоприемной матрицы, а количество элементов расположенных на хорде дуги оболочки вращения. Минимизация этой составляющей погрешности обеспечивается двухкоординатным механизмом перемещения приемной системы с матричным анализатором в разработанной оптико-электронной системе.

Из всех предложенных наибольшую точность обеспечивает алгоритм с интерполяцией дугой окружности, а значит именно его целесообразно использовать при реализации системы. При этом только два алгоритма из трех предложенных обеспечивают требуемую точность измерения.

Для того, чтобы обоснованно выбирать параметры оптического тракта разрабатываемой системы было проведено исследование влияния шума фотоприемной матрицы и аберраций объектива на погрешность измерения радиуса кривизны. Для анализа влияния шума на погрешность измерения была использована модель аддитивного белого гауссова кума, которая адекватно описывает реальные шумы матричных фотоприемников.

На рисунке 10 приведены графики экспериментально полученных зависимостей жнрешности измерения радиуса кривизны от параметров оптической системы, при использовании матрицы со стороной в 1000 фотоприемных элементов. На основе проведенных экспериментов был сделан вывод о требуемых

16

параметрах оптического тракта, а именно: контрастность изображения должна обеспечивать разницу детали и объекта в 100-150 уровней, при использовании черно-белой матрицы с 256 градациями серого, собственный шум матрицы должен характеризоваться среднеквадратичным отклонением с<5, а диаметр кружка рассеяния должен быть не более 6 пике.

----г-----Г-----о------1—

I ...о— I I

„о...-1—о-—<г

м

Рисунок 10 — Зависимость относительной погрешности от параметров оптической системы при различных диаметрах О кружка рассеяния: а - от разности Д уровней фона и объекта (при о=3), б - от среднеквадратичного отклонения о шума матрицы (при Д=150); 1 - 0=2. пике, 2 - />=6 пике, 3 - />=10 пике.

Для обоснованного выбора объектива используемого в приемной системе с матричным анализатором была разработана методика выбора параметров. Контроль локального радиуса кривизны, согласно регламенту технологического процесса, производится на дуге с угловой мерой 30°, а поскольку большинство машин рассчитаны на обработку оболочек вращения в некотором диапазоне диаметров, то необходимо использовать объектив с переменным фокусным расстоянием. В работе сформулирован алгоритм вычисления параметров объектива в зависимости от взаимного расположения объекта измерения и приемкой системы. Так, в случае если приемная система размещена на расстоянии 5м от кромки оболочки вращения, для контроля процесса обработки заготовок с диаметрами от 2м до 10м необходим объектив с диапазоном фокусных расстояний 35мм -174мм.

Полученные требования к оптическому тракту проекционной системы сравнительно легко достижимы на современном этапе развития техники без использования дорогостоящих элементов и устройств.

Для интеграции разработанной оптико-электронной системы и имеющегося листогибочного оборудования необходимо заменить имеющиеся аналоговые регуляторы, па цифровые. При этом необходимо использовать эмпириче-

скую информацию о динамических свойствах имеющихся регуляторов, накопленную за годы их настройки и эксплуатации.

Для автоматизации процесса синтеза цифровых фильтров по аналоговым моделям, а также для анализа требований к аппаратному обеспечению была разработана программа, позволяющая получить структуры и коэффициенты цифровых фильтров по заданной передаточной функции аналогового регулятора, и содержащая модуль анализа погрешности, вызванной конечной разрядностью вычислительных устройств.

с

/г.(|5) -и

-15

~~ га 211 за

В-м

Рисунок 11 - Зависимость относительной погрешности вычислений от разрядности мантиссы в логарифмическом масштабе

С использованием разработанной программы было проведено исследование влияния разрядности вычислительных устройств на погрешность цифрового фильтра. На рисунке 11 приведен график зависимости относительной погрешности вычислений от разрядности мантиссы (Ем) вычислительного устройства. Как видно из графика с логарифмическим масштабом, увеличение разрядности мантиссы на 1 бит уменьшает погрешность в 2 раза. При этом, в случае использования рекурсивных цифровых фильтров необходимо обеспечить как минимум двухкратный запас по разрядности, по отношению к входному сигналу. Проведенный анализ позволил определить разрядность, обеспечивающую достаточную точность вычислений в разработанных системах контроля процесса формообразования - 64 двоичных разряда на число.

Основные результаты, полученные в работе, состоят в следующем:

1. На основе проведенного анализа технологического процесса сделан вывод, что для внедрения систем автоматизации необходимо в течение всего процесса формообразования осуществлять измерение локального радиуса кри-

О

визны заготовки с использованием оптико-электронных измерительных преобразователей.

2. Ка основе разработанных математических моделей оптико-электронных схем измерения, получены выражения методических погрешностей, которые позволяют обоснованно выбирать параметры системы.

3. На основе исследования математических моделей методических погрешностей, были спроектированы структурно-функциональные схемы оптико-электронных систем контроля локальной кривизны оболочек вращения, обеспечивающие минимальную методическую погрешность.

4. Разработана компьютерная имитационная модель процесса измерения кривизны проекционной оптико-электронной системой, с использованием которой получены экспериментальные зависимости влияния первичных погрешностей оптического и электронного трактов на точность вычисления радиуса кривизны.

5. На основе проведенных исследований разработаны методики выбора параметров оптических трактов предложенных оптико-электронных систем контроля локальной кривизны оболочек вращения обеспечивающие заданную точность измерения.

6. Разработана имитационная компьютерная модель и методика анализа погрешностей систем цифровой обработки информации, которая позволяет обоснованно выбирать параметры аппаратных устройств, обеспечивающие требуемые точность и быстродействие.

7. Дня проверки достоверности полученных результатов спроектированы и реализованы опытные образцы оптико-электронных систем контроля локального радиуса кривизны оболочек вращения, экспериментальные исследования которого подтвердили правильность полученных теоретических положений.

Основные результаты исследования отражены в следующих публикациях:

1. Шилин А.Н., Гиркин М.В. Автоматизированная система проектирования цифровых фильтров по аналоговым моделям // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2008. - №5. - С. 9-13

2. Шилин А.Н., Гиркин М.В. Анализ алгоритмов оптико-электронной системы контроля кривизны профиля обечаек // Приборы. — 2009. - №5. - С. 5157

3. Шилин А.Н., Гиркин М.В. Алгоритмическая точность цифровых измерительных приборов // Приборы. - 2009. - №7. - С.1-6

4. Шилин А.Н., Коптелова И.А., Гиркин М.В. Использование уравнений совместимости элементов в методике морфологического синтеза оптико-элеюронных приборов // Изв. ВолгГТУ. Серия «Электроника, измерительная техника, радиотехника и связь». Вып. 3 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2009. - №3. - С. 64-69.

5. Гиркин М.В., Шилик А.Н. Автоматизированный синтез цифровых фильтров // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. V всерос. н.-пр. конф., Камышин, 4-6 дек. 2008г. В Зт. Т.2 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. -Камышин, 2008. - С.147-149.

6. Гиркин М.В. Автоматизированная система синтеза и анализа цифровых фильтров // ХШ региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Вопгоград, 11-14 нояб. 2008 г.: тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2009. - С. 255-257

7. Шилин А.Н., Гиркин М.В. Автоматизированная система синтеза и анализа цифровых фильтров в энергетике // Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов: сб. науч. ст. 2-й всерос. н.-пр. конф., 23-26 сент. 2008 г. / ГОУ ВПО МЭИ (ТУ), филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжском. - Волжский, 2009. - С. 106-109.

8. Гиркин М.В. Оптико-электронные системы управления процессом гибки крупногабаритных обечаек /'/ Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2009»: матер, междунар. науч. конф. (11-14 мая 2009г.) / Астраханский гос. ун-т [и др.]. - Астрахань, 2009. -С. 192-194.

9. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ №2009610280 от 11 янв. 2009 г. РФ, МПК [нет]. Автоматизированная система синтеза и анализа цифровых фильтров / М.В. Гиркин, O.A. Крутякова; ГОУ ВПО ВолгГТУ. - 2009.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел. (812) 233 4699 объем 1,0 пл. Тираж 100 экз.

. г ¿и

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЕЧАЕК.

1.1 Технологические процессы формообразования крупногабаритных оболочек вращения.

1.2 Анализ факторов, ограничивающих качество выпускаемой продукции.

1.3 Анализ методов и средств измерения геометрических параметров крупногабаритных деталей.

1.4 Анализ современных методов и средств измерения локальной кривизны крупногабаритных объектов.

1.5 Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2 СХЕМЫ И ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ.

2.1 Схемы и уравнения измерения дальнометрическим способом.

2.2 Схема и уравнения измерения проекционным способом.

2.3 Анализ методических погрешностей дальнометрической схемы.

2.4 Анализ методических погрешностей проекционной схемы.

2.5 Анализ динамических погрешностей.

2.6 Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ЛОКАЛЬНОГО РАДИУСА КРИВИЗНЫ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЕЧАЕК.

3.1 Обоснование возможности использования лазерного дальномера.

3.2 Обобщенная структурная схема оптико-электропнрой системы контроля.

3.3 Дальнометрическая оптико-электронная система контроля локального радиуса кривизны.

3.4 Проекционная оптико-электронная система контроля локального радиуса кривизны.

3.5 Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ.

4.1 Исследование параметров проекционной оптико-электронной системы контроля.

4.2 Методика выбора параметров оптического тракта проекционной системы контроля.

4.3 Цифровая обработка сигналов в системах контроля.

4.4 Сравнительный анализ разработанных систем контроля локального радиуса кривизны.

4.5 Выводы к главе 4.

Развитие отечественного машиностроения в условиях рыночной экономики связано с повышением качества выпускаемой продукции и снижением ее себестоимости. Особенно актуальны проблемы повышения качества продукции для одной из основных отраслей отечественного машиностроения - нефтегазового и химического.

В машиностроении наибольшее влияние на качество выпускаемой продукции оказывает технологическая точность изготовления базовых деталей. Основными базовыми деталями нефтегазового и химического оборудования являются оболочки вращения — обечайки, которые изготавливаются из листовых заготовок методом гибки на валковых листогибочных машинах. В настоящее время, на заводах это оборудование отсутствуют современные средства измерения геометрических параметров и управления процессом производства. Такое состояние существенно ограничивает качество выпускаемой продукции, приводит к большой доли изделий, не удовлетворяющих требованиям и не позволяет автоматизировать технологические процессы.

Измерение геометрических параметров крупногабаритных деталей (500 — 30000 мм) является одной из сложных областей измерительной техники, что обусловлено большими габаритами изделия и измерительного инструмента, большим объемом измерительных операций, высокой температурой изделия и тяжелыми внешними условиями. Отсутствие инструментального обеспечения не позволяет создавать современные системы контроля процесса производства и модернизировать существующее оборудование.

В связи со спецификой объекта измерения, наиболее перспективным является использование систем контроля с оптико-электронными измерительными преобразователями, обеспечивающими измерение геометрических параметров без механического контакта с объектом в режиме реального времени, и возможность интеграции в существующие системы автоматизации технологических процессов. На рынке отсутствуют серийно выпускаемые средства измерения геометрических параметров крупногабаритных деталей, обеспечивающие требуемую точность 4 измерений. Таким образом, необходима разработка и исследование специальных оптико-электронных систем контроля геометрических параметров крупногабаритных оболочек вращения, что определяет актуальность темы диссертации.

Вопросами теории расчёта и конструирования приборов и систем контроля геометрических параметров изделий посвящены труды учёных: Абдулова А. Н., Гебеля И. Д., Зарезанкова Г. X., Иванова Б. И., Маркова Н. Н., Никифорова А. Д., Полонника В. С., Рубинова А. Д., Сарвина А. А., Сысоева А. Д., Трутеня В. А., Хофмана Д., Шилина А. Н.

Шилиным А. Н. была разработана и подробно исследована схема контроля кривизны оболочек вращения по профилограммам с использованием оптико-электронных измерительных преобразователей. Однако, при этом способе контроля требуется остановка технологического процесса, поэтому для сокращения времени контроля целесообразно использовать непосредственное измерение кривизны оболочки вращения в околовалковой зоне в процессе её формообразования.

Целью работы является разработка и исследование оптико-электронной системы контроля локальной кривизны крупногабаритных обечаек.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Проведен анализ технологических процессов и условий производства крупногабаритных обечаек, а так же существующих методов и средств измерения геометрических параметров крупногабаритных оболочек вращения.

2. На основе проведенного анализа предложены схемы измерения локальной кривизны участка обрабатываемой оболочки вращения с первичными оптико-электронными преобразователями, построены математические модели процесса измерения и формирования погрешности, и определены методики исключения некоторых составляющих методических погрешностей.

3. На основе разработанных схем измерения радиуса кривизны предложены структурно-функциональные схемы оптико-электронных систем контроля локальной кривизны оболочек вращения в процессе их формообразования.

4. На основе построенных математических моделей и предложенных алгоритмов разработаны компьютерные модели процессов преобразования сигналов в оптическом и электронном тракте, с использованием которых экспериментально исследованы влияние параметров оптико-электронных систем на погрешность измерения.

5. На основе проведенного исследования разработаны методики выбора параметров предложенных оптико-электронных систем обеспечивающих требуемую точность измерения локального радиуса кривизны крупногабаритных оболочек вращения в процессе их формообразования.

Основные методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории оптических систем, теории управления, случайных функций, методы имитационного моделирования, методы обработки изображений, а также эвристические методы проектирования технических систем.

Достоверность полученных результатов подтверждена результатами экспериментов на компьютерных моделях и экспериментальными испытаниями макетов оптико-электронных систем контроля.

Научная новизна работы определяется тем, что впервые: разработаны методики измерения локального радиуса кривизны крупногабаритных деталей типа «оболочка вращения» непосредственно в процессе их формообразования, а также структуры реализующих их оптико-электронных систем дальнометрического и проекционного типов, использующих в качестве первичных измерительных преобразователей, соответственно, лазерных дальномеры и приемные системы с матричным анализатором;

- получены детерминированные и имитационные модели процессов измерения для разработанных оптико-электронных систем, на основе которых исследована структура погрешности измерения;

- получены соотношения между параметрами основных элементов оптико-электронных систем, оптимизированные по критерию минимизации методической погрешности измерения локального радиуса кривизны.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Разработанные структуры оптико-электронных систем дальнометрического и проекционного типов позволяют в реальном масштабе времени контролировать локальную кривизну крупногабаритных оболочек вращения с требуемой точностью.

2. Необходимая точность измерения обеспечивается алгоритмом вычисления радиуса кривизны оболочки вращения по ее изображению, получаемому с фотоприемной матрицы, в соответствии с которым радиус кривизны определяется на основе интерполяции дугой окружности групп точек границы изображения предварительно выделенных дифференцирующим фильтром. по введенному решающему правилу.

3. Предложенные методики определения параметров позволяют обоснованно выбирать конкретные элементы оптического и электронного тракта разработанных оптико-электронных систем контроля локальной кривизны оболочек вращения, обеспечивающих требуемую погрешность.

Практическая значимость результатов.

1. Разработаны структурные и функциональные схемы оптико-электронных систем контроля, обеспечивающие минимальную методическую погрешность измерения локального радиуса кривизны оболочки вращения в процессе её формообразования.

2. Получены результаты экспериментального исследования опытного образца оптико-электронной системы измерения локального радиуса кривизны оболочки вращения, позволившие оценить правильность разработанных теоретических положений.

3. Разработаны методики и программа синтеза цифровых регуляторов по аналоговым моделям, позволяющая автоматизировать процесс интеграции разработанной оптико-электронной системы и имеющегося на производстве листогибочного оборудования.

Внедрение результатов работы.

1. На предприятии «Волгограднефтемаш» приняты к внедрению оптико-электронные системы измерения радиуса кривизны обечайки в процессе ее производства в валковой листогибочной машине.

2. Результаты исследования используются в учебном процессе Волгоградского государственного технического университета в курсе и «Метрология, стандартизация и сертификация».

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях Волгоградского государственного технического университета (2007-2008 гг.), на ежегодных научных конференциях Волжского филиала МЭИ (2008-2009 г.), на Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (2008 г.), на V всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (2008 г.) г. Камышин, на конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ—2009» г. Астрахань.

Публикации. Основные результаты исследования представлены в 9 печатных работах, 4 статьи опубликованы в журналах по списку ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 125 страниц основного текста, 49 рисунков, списка литературы (137 пунктов).

Основные результаты, полученные в работе, состоят в следующем:

1. На основе проведенного анализа технологического процесса сделан вывод, что для внедрения систем автоматизации необходимо в течение всего процесса формообразования осуществлять измерение локального радиуса кривизны заготовки с использованием оптико-электронных измерительных преобразователей.

2. На основе разработанных математических моделей оптико-электронных схем измерения, получены выражения методических погрешностей, которые позволяют обоснованно выбирать параметры системы.

3. На основе исследования математических моделей методических погрешностей, были спроектированы структурно-функциональные схемы оптико-электронных систем контроля локальной кривизны оболочек вращения, обеспечивающие минимальную методическую погрешность.

4. Разработана компьютерная имитационная модель процесса измерения кривизны проекционной оптико-электронной системой, с использованием которой получены экспериментальные зависимости влияния первичных погрешностей оптического и электронного трактов на точность вычисления радиуса кривизны.

5. На основе проведенных исследований разработаны методики выбора параметров оптических трактов предложенных оптико-электронных систем контроля локальной кривизны оболочек вращения обеспечивающие заданную точность измерения.

6. Разработана имитационная компьютерная модель и методика анализа погрешностей систем цифровой обработки информации, которая позволяет обоснованно выбирать параметры аппаратных устройств, обеспечивающие требуемые точность и быстродействие.

7. Для проверки достоверности полученных результатов спроектированы и реализованы опытные образцы оптико-электронных систем контроля локального радиуса кривизны оболочек вращения, экспериментальные исследования которого подтвердили правильность полученных теоретических положений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

2. А. С. № 1360340 СССР, МКИ G 01 В 11/12. Фотоэлектрическое устройство для контроля внутреннего диаметра обечаек / А.Н. Шилин. Опубл. 1987.

3. А. С. № 1547488 СССР, МКИ G 01 В 21/00. Лазерное оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек / А.Н. Шилин. Опубл. 1989.

4. А. С. № 1698644 СССР, МКИ G 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.

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

6. Адаптивные фотоэлектрические преобразователи с микропроцессорами / И.Н. Пустынский, B.C. Титов, Т.А. Ширабакина. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 80 с.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

16. Гайдышев И. П. Анализ и обработка данных. Специальный справочник. СПб.: Питер, 2002. - 752 с.

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

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

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

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

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

22. ГОСТ 17353-89. Приборы для измерения отклонений формы и расположения поверхностей вращения. Типы. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1991.21с.

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

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

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

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

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

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

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

30. Источники и приемники излучения / Г.Г. Ишанин, Э.Д. Панков, A.JI. Андреев, Г.В. Польщиков. СПб.: Политехника, 1991. - 240 с.

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

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

33. Кончал овский В.Ю. Цифровые измерительные устройства. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 304 с.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

44. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: Высшая школа, 1982. - 224 с.

45. Малинин В.В. Моделирование и оптимизация оптико-электронных приборов с фотоприемными матрицами. — Новосибирск: Наука, 2005. — 256 с.

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

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

48. 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.

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

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

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

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

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

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

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

56. ОСТ 26291-94. Сосуды и аппараты. М.: Изд-во ВНИИнефтемаш, 1994. - 294 с.

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

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

59. 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.

60. Патент РФ № 2044269, МКИ G 01 В 21/02. Оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек / А.Н. Шилин, Д.В. Лютиков. Опубл.2009.95, Бюл. № 26.

61. Патент РФ № 2054624, МКИ G 01 В 21/00. Оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин, П.П. Бобков. Опубл.2002.96, Бюл. № 5.

62. 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.

63. Патент РФ № 2100777, МКИ G 01 В 21/10. Оптико-электронное устройство для контроля формы крупногабаритных деталей / А.Н. Шилин. Опубл.2712.97, Бюл. №36.

64. Патент РФ №2348007, МКИ G 01 В 21/10. Оптическое устройство для измерения диаметров деталей / О.Н. Федонин, О.В. Каленина. Опубл. 27.02.2009, Бюл. №6.

65. Патент РФ №2267088, МКИ G 01 В 21/10, 5/08. Способ измерения диаметра изделия / О.В. Захаров, А.В. Кочетков, Д.А. Сысуев. Опубл. 27.12.2005, Бюл. №36.

66. Патент РФ №2179705, МКИ G 01 В 5/207. Устройство для измерения формы поверхности крупногабаритных деталей / А.И. Полунин, В.Г. Терещенко. Опубл. 20.02.2002.

67. Патент РФ №2301968, МКИ G 01 В 11/08, 11/24. Способ контроля диаметров детали / B.C. Красильников, Е.С. Ерилин, A.JI. Фогель. Опубл. 27.06.2007, Бюл. №18.

68. Патент РФ на полезную модель №56592, МКИ G 01 В 11/255. Устройство для измерения радиуса кривизны цилиндрической поверхности крупногабаритных деталей / А. М. Песин, Д.Н. Чикишев, С.В. Блинов, Е.Е. Блинова. Опубл. 10.09.2006, Бюл. №25.

69. Патент РФ на полезную модель №73963, МКИ G 01 В 11/08. Устройство для измерения радиуса кривизны цилиндрической поверхности крупногабаритных деталей / А. М. Песин, Д.Н. Чикишев, С.В. Блинов, Е.Е. Блинова. Опубл. 10.06.2008, Бюл. №16.

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

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

72. Поскачей А. А., Чу баров Е.П. Оптико-электронные системы измерения температуры. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 248 с.

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

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

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

76. 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.

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

78. Сарвин А. А. Системы бесконтактных измерений геометрических параметров. Л.: Изд-во ЛГУ, 1983. - 144 с.

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

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

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

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

83. Тарасевич Ю. Ю. Численные методы на MathCad // Образовательный математический сайт Exponenta.RU. URL http://www.exponenta.ru/educat/systemat/tarasevich/prefacel .asp (дата обращения 3.03.2009).

84. Топорец А.С. Оптика шероховатой поверхности. Л.: Машиностроение, 1988.- 191 с.

85. Форсайт Д., Понс Ж. Компьютерное зрение. Современный подход.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2004. - 928 с.

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

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

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

89. Цветков Э.И. Процессорные измерительные средства. JL: Энергоатомиздат, 1989. - 224 с.

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

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

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

93. 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.

94. Шилин А.Н., Леонтьев Г.А., Бобков П.П. Оптико-электронный датчик размеров нагретых деталей // Приборы и системы управления. 1993. - № 3. - С. 2628.

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

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

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

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

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

100. 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.

101. 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.

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

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

104. 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.

105. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. М.: Логос, 2004. - 360 с.

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

107. Ari Kilpela. Pulsed time-of-flight laser range finder techniques for fast, high precision measurement applications. 2004. - 98 с. Электронный ресурс. URL: http://herkules.oulu.fi/isbn9514272625/ (дата обращения 21.07.2009).

108. US Patent № US4761979, Int. CI. В 21 D 5/14. Roller bending apparatus equipped with a curvature measurement unit / Kenji Kawaguchi, Akio Yoshida. Pub. 9.08.1988.

109. US Patent № US5187959, Int. CI. В 21 D 5/14. Programmable plate bending machine / Orazio M. Davi. Pub. 23.02.1993.

110. US Patent № US6044675, Int. CI. В 21 D 5/14. Roll bending machine with selective digital control device / Orazio M. Davi. Pub. 4.04.2000.

111. US Patent № US7185519, Int. CI. В 21 D 3/02. Methods and apparatus for monitoring and conditioning strip material / John Dennis Clark. Pub. 06.03.2007

112. US Patent № US7325427, Int. CI. В 21 D 5/14. Machine for bending of long products and a method to control such a machine / Lars Ingvarsson. Pub. 5.02.2008.

113. US Patent № US7525076, Int. CI. G 01 J 1/20. Differential shack-hartmann curvature sensor / Weiyao Zou, Jannick Rolland. Pub. 28.04.2009.

114. US Patent № US7589824, Int. CI. G 01 С 3/08. Surface curvature measurement tool / Jonathan S. Tierman. Pub. 15.09.2009

115. US Patent Application № US 2007/0068023, Int. CI. В 23 Q 17/09. Surface curvature measuring apparatus for object profiles / Fu-Kue Chang. Pub. 29.03.2007

116. US Patent Application № US 2008/0186512, Int. CI. G 01 В 11/14 Apparatus and method for measuring curvature using multiple beams / Bong Kee, Eui-Joon Yoon. Pub. 07.08.2008

117. European patent № EP 1914019 Al. Press brake and related workpiece bending procedure / Robazza Paolo, Robazza Alberto. Pub. 23.04.2008.

118. Near-Infrared Laser Range Finder, using kHz Repetition Rate. 2009. -Электронный ресурс. URL: http://www.eos-optronics.com/documents/Paper-KLRFSPIECardiff7115-21.pdf (дата обращения 21.04.2009).

119. Brandwood D. Fourier transforms in radar and signal processing. — Northwood: Artech house, Inc, 2003. 199 c.

120. Colace L. Germanium on CMOS Silicon Electronics Captures Images in the Near-Infrared // Eurofotonics. 2007. - Vol. 12. - №. 2. - P. 28-29.

121. Embree P. С algorithms for real-time DSP. Prentice Hall PTR, 1995. - 256c.

122. Fast Line-Scan Cameras Go into Volume Production // Eurofotonics. 2007. -Vol. 12,- №. 2.-P. 53.

123. Gross, H. Handbook of Optical Systems // Fundamentals of Technical Optics. -2005.-Vol. 1.-310 P.

124. Hassan, A. Laser scanners // LaserFocusWorld. 2007. - Vol. 43. — №. 7. — P. 22-23.

125. Ki-Nam Joo, Yunseok Kim, Seung-Woo Kim. Distance measurements by combined method based on a femtosecond pulse laser. — Электронный ресурс. URL: http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=oe-16-24-19799 (дата обращения 10.05.2009).

126. Laser distance measurement. Электронный ресурс. URL: http://cord.org/cm/leot/Module6/module6.htm (дата обращения 18.12.2008).

127. Osten, W. Optical Metrology In Production Engineering // Proceedings of S P I E. 2004

128. Osten, W. Optical Measurements Systems for Industrial Inspection IV. -2005.-Vol. 2.

129. Sensor Images High-Speed Objects // Eurofotonics. 2006. - № 1. - P. 53.

130. Spotlight on: Imaging // Eurofotonics. 2006. - Vol. 11. - №. 6. - P. 20-24.

131. USB Camera Simplify Machine Vision // Eurofotonics. 2007. - Vol. 12. -№. 5.-P. 48.

132. Vaseghi, Saaed V. Advanced digital signal processing and noise reduction. -Chichester: John Wiley & Sons, Ltd, 2007. 480 c.

133. White S. Digital signal processing: a filtering approach. — Delmar Cengage Learning, 2000. 256 c.

134. Yoder, P., Fisher, R., Tadic-Galeb, B. Optical Systems Design. 2007. - 6241. P.

135. Zgge H., Gross H., Totzeck M. Handbook of Optical Systems // Aberrations and Correction of Optical Systems. 2005. - Vol. 2. - 420 P.икенер•ограднефтемаш»2009 г.1. АКТ

136. Об использовании результатов диссертационной работы Гиркина М.В. «Оптико-электронные системы контроля локальной кривизны оболочек вращения в процессе их формообразования»

137. Внедрение системы позволит повысить качество выпускаемой продукции и снизить энергетические затраты за счет исключения повторного цикла технологического процесса и сокращения времени формообразования.