автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Оптоэлектронные системы бесконтактного размерного контроля удаленных объектов

На правах рукописи

ООо^ I — - -

О 6 АВГ 2009

СЕМЕНОВ ДМИТРИЙ МИХАЙЛОВИЧ

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ БЕСКОНТАКТНОГО РАЗМЕРНОГО КОНТРОЛЯ УДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.11.13 -Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург- 2009

003475117

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Западный государственный заочный технический университет» на кафедре «Автоматизация производственных процессов»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Сарвин Анатолий Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Федотов Алексей Иванович

кандидат технических наук Махов Владимир Евгеньевич

Ведущая организация: Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)

Защита состоится 8 сентября 2009 года в 16.00 на заседании Диссертационного совета Д 212.244.01 при ГОУ ВПО «Северо-Западный государственный заочный технический университет» по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д. 5, ауд. 301

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «СевероЗападный государственный заочный технический университет»

Автореферат разослан 9 июля 2009 г. Ученый секретарь

Диссертационного совета Иванова И.В.

Общая характеристика работы

В диссертации представлены исследования способов построения схем измерения и контроля малых линейных перемещений на удаленных объектах. Под термином «удаленные объекты» понимается технологическая ситуация, в которой собственно объект контроля и аппаратные средства обработки измерительной информации разнесены в пространстве и связаны по телекоммуникационным каналам. Схема измерения в такой ситуации включает в себя три функциональных компонента: первичный преобразователь, тракт передачи и блок обработки измерительной информации.

Суть исследований состоит в оценке достоверности получаемой информации по совокупности метрологических и функциональных характеристик компонентов системы в целом.

Исследования подчинены развитию методов интеллектуальных измерений и базируются на материалах опубликованных теоретических и прикладных исследований по перечисленным выше компонентам системы измерений.

В работе рассматривается собственная концепция автора, суть которой заключается в том, что для получения измерительной информации о приращении линейного отрезка используется градиент увеличения (линейного и продольного) оптической системы первичного преобразователя. Такое решение расширяет функциональные возможности оптоэлектронных бесконтактных методов линейных измерений, но требует адекватных решений способов обработки информации.

В работе анализируются функциональные свойства оптической схемы первичного преобразователя, его метрологические характеристики и методика тарировки, способы трансляции и обработки результатов измерений.

Обобщение результатов исследований сделано с ориентацией на машинные методы проектирования устройств конкретного назначения.

Актуальность темы

Объективными признаками актуальности предпринятых исследований являются:

• современные тенденции интегрирования систем управления технологическими процессами и связанная с этим потребность в адекватных информационно-измерительных средствах;

• приоритетное развитие оптоэлектронных методов измерений и контроля, обусловленное в первую очередь их функциональной полнотой, которая показана физическим механизмом взаимосвязи светового потока с окружающей средой, но технически реализована в малой части от возможного;

• необходимость обеспечивать конкурентоспособность предприятия, главным признаком которой является его способность быстро осваивать

передовые технологии, что неизбежно связано с решением конкретных задач их метрологического обеспечения; • формирование идеологии и теории систем интеллектуальных измерений, аналитическое описание и экспериментальная отработка компьютерных технологий, включающих в себя телекоммуникационные тракты передачи измерительной информации.

Бесконтактные измерения в автоматизированных техпроцессах предпочтительны по очевидным признакам, а методы геометрической оптики позволяют получить простые, дешевые и легко воспроизводимые решения таких задач. Это показано в работах профессоров Грейма И.А., Русинова М.М., Сухопарова С.А., Грамматина А.П., Зверева В.И., Федотова А.И., Сарвина A.A. Эти работы в совокупности создают основу аналитического проектирования оптических схем бесконтактных измерений. В этих работах линейное увеличение является параметром, определяющим измерительные соотношения. Это традиционно в оптотехнике, однако, при измерении малых перемещений линейное увеличение (точнее, его изменение) можно сделать главным информативным признаком с сильной передаточной функцией. Исследование такого способа получения измерительной информации при положительном результате позволит расширить ряд решений схем бесконтактных измерений.

Таким образом, существующая потребность в средствах бесконтактных измерений и видимая возможность расширить ряд решений схемой с новыми функциями в совокупности являются объективным признаком актуальности темы диссертации. При этом исследуемая тема вписывается в объявленную программу развития техники и технологии по разделу «оптика».

Цель работы — разработка методики построения интегрированных систем измерений и контроля удаленных объектов на основе оптических методов бесконтактного измерения линейных перемещений и методов передачи информации по коммуникационным каналам.

Задачи исследования

1. Аналитическое обобщение методов получения измерительной информации средствами силовой оптики, сопоставительный анализ измерительных соотношений.

2. Разработка дифференциального способа измерений по сопряженным отрезкам на основе градиента оптического увеличения системы.

3. Точностной анализ измерительных соотношений при дифференциальном способе измерений.

4. Анализ моделей задатчиков малых перемещений оптического изображения.

5. Разработка эмпирического способа формирования отсчетной системы первичного преобразователя.

6. Выбор способов передачи измерительной информации по телекоммуникационным каналам.

7. Экспериментальная проверка качества телеизмерений.

Этапы выполнения работы

1. Анализ схем бесконтактного измерения линейных отрезков по их оптическому изображению.

2. Анализ методов дистанционной передачи измерительной информации по телекоммуникационным каналам.

3. Построение модели градиентного способа измерения малых перемещений.

4. Разработка способа и схемы тарировки и поверки оптического градиентного преобразователя.

5. Экспериментальные исследования системы дистанционных измерений. Научная новизна исследований состоит в разработке метода системного

анализа совокупности физических процедур получения, преобразования и трансляции измерительной информации от удаленных объектов. Научные результаты исследований состоят в следующем:

1. Градиентный способ получения измерительной информации средствами силовой оптики (схема измерений, измерительные соотношения, варианты реализации).

2. Анализ функциональных характеристик статического и градиентного способов бесконтактного измерения малых линейных перемещений.

3. Методика оценки функциональных и точностных характеристик оптоэлектронных преобразователей малых перемещений.

4. Критерии выбора способов дистанционной передачи измерительной информации.

5. Методика синтеза интегрированных систем дистанционного измерения.

Практическая значимость

1. Методика формирования (алгоритмы, протоколы, диагностика) телекоммуникационных трактов передачи измерительной информации может быть использована в различных схемах дистанционного контроля (например, виброакустическая диагностика механических агрегатов транспортных средств).

2. Разработанный способ градиентных измерений дополняет ряд альтернативных решений схем бесконтактного измерения малых линейных перемещений и позволяет создавать информационно-измерительные устройства с различными функциями на едином физическом принципе.

3. Предложенная методика тарировки и поверки исследуемой схемы измерения на основе зеркальных задатчиков перемещений может быть использована для аттестации других высокоточных измерителей длин взамен дорогостоящих интерференциональнных установок.

4. Результаты исследований влияния инструментальных факторов на метрологические и функциональные свойства измерительной системы являются основой для рационального выбора устройств конкретного назначения.

Методы исследований

Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования физических механизмов передачи измерительной информации силовой оптикой, оптоэлектронными преобразователями, системой телекоммуникации. Оценка адекватности моделей проверялась численными методами.

При анализе метрологических характеристик использован метод частных производных. Экспериментальные исследования проводились на макетах, полностью адекватных реальным условиям измерений, планирование экспериментов выполнялось по традиционной методике.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель (измерительные соотношения) градиентного способа бесконтактных измерений малых линейных перемещений.

2. Математические модели методических и инструментальных погрешностей оптической схемы измерения градиентным способом.

3. Методика построения отсчетной шкалы и вычисление результата измерений линейных перемещений.

4. Способы передачи измерительной информации по телекоммуникационным каналам.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на IX международной научно-практической конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Анализ и прогнозирование систем управления» и на ежегодных конференциях СЗТУ.

Публикации. Основные результаты исследований представлены в шести статьях, в том числе одна статья опубликована в журнале по списку ВАК РФ.

Личный вклад автора заключается в проведении следующих этапов:

1. Разработка математических моделей градиентного способа измерений и инструментальных факторов, влияющих на точность и достоверность результатов.

2. Разработка методики тарировки отсчетной системы первичного преобразователя.

3. Обоснование выбора способа дистанционной передачи измерительной информации по конкретным условиям ее функционирования.

Структура и объем диссертации

Диссертация включает в себя введение, четыре главы, заключение, список литературы (58 наименований). Основной текст изложен на 122 страницах, содержит 47 рисунков, 14 таблиц.

Содержание работы

Введение. Представлена суть и научная проблематика диссертации, обоснована ее актуальность, сформулированы научная и практическая цели предпринятых исследований, конкретных задач и положений, выносимых на защиту.

Суть работы в системном аналитическом описании совместного функционирования двух структур: оптоэлектронного преобразователя малых линейных перемещений и системы дистанционной передачи измерительной информации. Схемы функционирования каждой из этих структур известны, однако при их взаимодействии в составе интегрированных систем управления технологическими процессами возникают вопросы, для решения которых требуются конкретные (новые) знания. В частности автором разрабатывается собственная концепция схемы измерения линейных перемещений по градиенту увеличения оптической системы, что позволит обеспечить требуемое функциональное качество.

Первая глава. Представлен обзорный анализ оптических методов бесконтактного измерения линейных перемещений и сетевых методов дистанционной передачи измерительной информации. Цель анализа -сопоставление известного и неизвестного по отношению к предмету исследований - методу измерений и контроля малых линейных перемещений удаленных объектов.

Исследуемый в работе метод измерений малых линейных перемещений имеет в оптотехнике ряд прототипов: дальномеры геометрического типа, измерительные микроскопы, системы фотограмметрии. По каждому из них разрабатывались варианты схем для технических измерений, но эти разработки ориентированы на большие (свыше 500 мм) размеры для которых нет типовых средств измерения.

Попытки использования известных решений для измерения малых перемещений (доли миллиметра) имеют успех лишь в отдельных случаях (измерительные микроскопы), но инструментальные параметры для всех схем измерения одинаковы и задачи исследований конкретных схем сводятся к оценке степени их влияния и определению способов уменьшения этих влияний на достоверность результата.

Дальномеры геометрического типа обеспечивают измерение длин по принципу измерительного треугольника, образуемого двумя лучами направленными на точку М измерения из двух фиксированных точек 0] и 0г на основании прибора (базе). Измеряемая длина определяется как высота измерительного треугольника по соотношению

где Ь - измеряемая длина;

В - база прибора (расстояние между главными точками объективов, создающих визирные направления); у - угол между визирными лучами в точке измерения. Доминирующим параметром (и фактором точности) является база прибора В. Влияние погрешности АВ длины базы на ошибку измерения АЬ определяет соотношение

tgy v '

откуда следует, что измерительное соотношение (1) для точных измерений малых перемещений непригодно, поскольку коэффициент влияния Кв = — » 1,

требуемая точность измерения малых перемещений на пределе метрологических возможностей. Однако база как инструментальный параметр имеет место во всех схемах бесконтактного измерения.

Измерительные микроскопы обеспечивают измерение малых размеров за счет большого линейного увеличения. Измерительное соотношение имеет вид:

¿ = £> (3)

где L и L'— измеряемая величина и ее оптическое изображение соответственно;

V- линейное увеличение оптических систем.

Погрешность измерения ЛL длины L определится соотношением

Л L=T> <4>

если принять V= const» 1.

Применение измерительных микроскопов ограничено условием перпендикулярности измеряемой длины к оптической оси объектива, что не всегда возможно обеспечить в станочных и сборочных технологиях, но точность измерений может быть высокой за счет оптической трансформации измерительного отрезка.

Методы фотограмметрии - измерения размеров объекта на его объемном (стереоскопическом) изображении - в станочных технологиях не применялись из-за сложности измерительных процедур, хотя современные методы компьютерной обработки оптических изображений могут сделать их пригодными для решения ряда метрологических проблем.

В схемах фотограмметрии передачу измерительной информации определяют два инструментальных фактора: линейное и продольное увеличения. Оба нелинейно зависят от координат точек измерения и это является главной причиной сложности процедур измерения.

Значения линейного и продольного увеличения, как известно, определяются соотношениями:

(5)

0 = <б>

где V- линейное (по перпендикуляру к оптической оси) увеличение; Р - продольное (вдоль оптической оси) увеличение; Дх - расстояние от переднего фокуса объектива до предметной точки (точки контроля).

Метод измерения по сопряженным отрезкам, разработанный профессором Сарвиным A.A. для больших размеров, основан на том, что длина измеряемого отрезка определяется по длине его оптического изображения, формируемого инструментальными средствами так, что доминирующие факторы точности методов традиционной дальнометрии и фотограмметрии удается нейтрализовать. Однако применение этого метода для измерений малых размеров связано с рядом физических и конструктивных противоречий, для устранения которых надо разъяснить конкретные условия и определить способы получения измерительной информации.

К условиям получения измерительной информации относятся:

• формирование входных информационных признаков в точке измерения;

• геометрия схемы измерения;

• индикация информационных признаков;

• тарировка схемы измерения;

• формирование выходной информации.

Вторая компонента системы измерений удаленных объектов - сетевая трансляция выходной информации от первичного преобразователя к центральному процессору. В этой области довольно большой ассортимент протоколов и программных средств, однако задача выбора не обеспечена решениями инженерного уровня. Для формирования набора таких решений требуется:

• определить рациональные способы организации коммуникационных каналов по конкретным условиям измерений;

• сформировать методику расчета сетей, обслуживающих оптоэлектронные устройства линейных измерений;

• провести экспериментальную оценку достоверности интегрированной системы измерений и контроля.

Вторая глава содержит теоретический анализ схем измерения малых линейных перемещений по сопряженным отрезкам, включающий:

1) вывод расчетных соотношений, связывающих координаты сопряженных точек в пространстве предметов (на линии измерений) и в пространстве изображений приемного объектива схемы;

2) оценку влияния оптической силы приемного объектива на характер измерительных соотношений;

3) методику определения координат измеряемого отрезка в пределах рабочего диапазона (длины фокального отрезка);

4) исследование информативности градиентного метода индикации результата измерений;

5) оценку способов формирования информативных признаков (проектирование изображения штрих-матрицы) в точке измерения.

Расчетные соотношения. Вывод расчетных формул для сопряженных точек и отрезков основан на постулатах оптотехники с использованием аппаратно-

координатных преобразований. С этой целью приняты три системы координат: основная ХОУ(рис.1), связанная с объективами и линией измерений, и две дополнительных ЛГ/ОуУ; и Л^О^, связанные с пространством предметов и пространством изображений соответственно.

__ м„„.

X, \ и к

м„,п Уи> \\ \о

' 0 -......¿X Ь 1

г, X,

\ Ум

Рис. 1. Схема вывода расчетных соотношений для сопряженных точек М, М'и отрезков Ь,Ь'

Координаты изображения М' точки М, лежащей на линии измерений (на оси ОХ), относительно вспомогательной системы координат Х^О'У) могут быть выражены по формулам преобразования координат и известным соотношениям геометрической оптики и представлены в виде:

я; = УМЕАА, (7)

где й£-одностолбцовая матрица из координат изображения М' точки М в системе Х^О'У'у,

Я\ - одностолбцовая матрица из координат предметной точки М(Хм; О) в основной системе ХОГ;

А/ - матрица перехода от основной системы ХОУк вспомогательной Х^СУУ'! в пространстве предметов; Е - единичная матрица второго порядка;

Ум— линейное увеличение объектива в сопряженных точках Ми М'.

Линейное увеличение для схемы на рис. 1 VM определяется соотношением

VM = ~в : ~> (8)

T^-cosvoi+^-sinvoi-l

где В — базис схемы, равный ординате передней узловой точки объектива в основной системе координат XOY; /о6 - фокусное расстояние объектива; Ф01" Угол наклона оптической оси объектива к оси ОХ. Для исследуемой схемы точка М располагается в интервале от Хм ~ /06до *м ~ 2/0б-

Соответственно линейное увеличение принимает значение 1 < VM < оо.

Принимая объектив идеальным, допускаем, что при перемещении точки М по оси ОХ, ее изображение будет располагаться на прямой линии, наклонной к оси

O'iX'i на угол фо!, равный

= (9)

Опуская промежуточные преобразования, на основании формулы (7) и соотношений (8) и (9), текущую координату точки М можно представить как функцию координат ее изображения М'в системе X'¡0'y'i

— %мн +, i 11 0°)

M^í7cos<p7-ív7o6 где Хмн - нижняя граница диапазона измерений; L'- длина перемещений изображения; M'¡ — соответствующее приращение;

Базис В и параллактический угол ф01 в формуле (10) учтены неявно (через выражения для Vu и <р'). При этом ранее было показано, что для измерителей больших длин L » /о6 влияние параметров В и <р01 пренебрежимо мало, однако для исследуемой схемы это утверждение неочевидно и нуждается в дополнительном анализе. Вместе с тем априори можно принять выведенные ранее соотношения для сопряженных отрезков L=F(L') в виде

L = —1— + а3-В^~, (11)

a1-a2L' 0 sin<p где а(, а2) aj - комплексные параметры схемы

a-i =---= const, (12)

_ (.fo6-Bsmq>)cos2<f>-2cos (ф;+ф)_____

а2 = ¿-5-:-;-:-= COnSt, (13)

/об-В-БШф

а = —-— = const. (14)

0 СОБф

Соотношение (11) содержит одну переменную — отрезок L', все остальные параметры постоянны, но, поскольку каждый из них неизбежно содержит ошибку его определения, надо анализировать влияние каждого из них обособленно и во взаимосвязи с другими.

Определяющим параметром является оптическая сила объектива, т.е. величина его фокусного расстояния.

Влияние оптической силы объектива. Оценка влияния оптической силы объектива на характер измерительных соотношений и точность измерений для исследуемой схемы может иметь два подхода:

f б

1) по относительным значениям —2—;

ЛИ ~Гоб

2) по абсолютным значениям /0g и (Хм — /об).

Для равных относительных значений (например, 0,lf;0,5f и т.д.)

Хм~> об

линейное увеличение будет одинаковым для объективов с любым значением /об.

Это означает, что желаемое линейное увеличение оо < VM > 1 может быть обеспечено схемой с любыми объективами, но схемы будут различаться габаритами.

Для абсолютных значений отрезков (Хм — /о6) функция VM = F(XM) имеет разную крутизну для разных значений /об, что позволяет управлять метрологическими характеристиками.

Измерительные соотношения для сопряженных отрезков, наклонных к оптической оси объектива, включают линейное увеличение и продольное (неявно), равное, как известно, отношению:

(15)

хм

Линейное и продольное увеличения дают представление о характере их влияния, но поскольку довольно трудно определить их точные значения, то для анализа следует принять комплексное выражение (11) для сопряженных отрезков.

Для исследуемой схемы неизбежны ограничения по диапазону измерений ОХ между точками Л/min и Mm ах. Изображение точки A/min, например, смещается в бесконечность, а для точки Л/шах оптическое увеличение равно 1, поэтому измеряемый отрезок L должен быть расположен с отступами от точек Mmin и Miпах.

В табл. 1 приведены примеры зависимости V = F(L) для объективов с разной оптической силой при ¿=3мм и смещении его начала относительно Mmin на 3 мм. Эти зависимости служат основой для определения координат измеряемого отрезка и формирования схем по градиентному методу.

Таблица 1

Примеры зависимостей искомых отрезков для объективов с разным фокусом

/ой 30 40 50 60 70

1 3 3 3 3 3

V 50 89 139 200 272

I.

Расположение отрезка Ь на линии расстояний. Должны быть

сопоставлены факторы: увеличение для начальной точки отрезка, отношение —,

характер функции (нелинейность) I' = Методика определения координат отрезка Ь на оси ОХ базируется на номограммах по типу табл. 1.

Градиентный метод индикации результата измерений. Суть метода в том, что изображение марки (точки измерения) проецируется двумя

В схеме на рис. 2 объектив О/ с/]=25мм и объектив 02 с/2=30 мм, начальная точка М отрезка Ь смещена от Мшп на 3 мм и отрезок £=3 мм. В табл. 2 приведены значения и 1'2 для ряда точек на длине ¿=3 мм, откуда можно видеть, что каждой паре значений и Ь'г соответствует одна и только одна

точка на отрезке Ь. В этом случае нет необходимости производить вычисления при каждом измерении, достаточно сформировать номограмму для дискретных значений и ввести функцию интерполяции в промежутках между ними. Могут быть реализованы другие варианты сопоставления двух отсчетов (например, разностный или относительный), но каждый из них рассматривается по конкретным схемам измерений.

Таблица 2

L 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

L' 0, 0.69 1.38 2.06 2.74 3.41

o2 1.00 1.99 3.03 3.95 4.92

V h 0, 69 69 68.7 68.5 68.2

o2 100 99.5 99.1 98.75 98.4

Из табл. 2 видно, сколь высокой может быть разрешающая способность градиентного метода.

Формирование информативных притоков в точке измерений. В схемах активного типа один из объективов проецирует на поверхность объекта светлую марку в виде штриха или кружка. Для исследуемого метода проектирующая ветвь должна быть расположена вдоль линии измерений, а приращение линейного увеличения на отрезке L должно быть согласовано с приемными ветвями по условиям индикации координат изображения марки на фотоприемниках. Такое согласование достигается известными приемами оптотехники.

Третья глава содержит анализ влияния оптических и геометрических параметров схемы измерения на вид функции L = F(L';5;<p;/) и погрешность измерения AL отрезка L.

По схеме на рисунке 1 можно видеть, что влияние параметров В и ф на вид функции L = F(L') учитывается постоянным множителем - cos <р, а поскольку cos ср « 1, то допустим принять это влияние не существенным. Доминирующее влияние имеет оптическая сила объектива.

Погрешности этих параметров ДВ;Д^;Д/ с неизбежностью будут влиять на погрешность AL измерения отрезка L. Оценка влияния выполнена методом частных производных функции (11) с учетом принципа независимости действия каждого вида погрешностей. Частная производная рассматривается как коэффициент влияния конкретной ошибки на конечный результат измерения. Для измерительного соотношения (11) коэффициенты влияния имеют вид: - для ошибки определения фокусного отрезка объектива fo6

3L _ (Ум1-УмгХ2+Ут+Умг)

К,

Д/об

З/об

Vmi'VMZ

- для ошибки определения фокусного отрезка объектива В

к„ = д± =

Vmi-

М2

дВ VM1-VM2

tg<P,

(16)

(17)

- для ошибки параметра <р

к - 91 - Уш-Умг

- для ошибки измерения отрезка I!

„ д1 1

СОБф

Для исследуемой схемы передачи длины отрезка I коэффициенты влияния изменяются даже в пределах малого (2-3 мм) диапазона измерения, особенно при V » 1.

Погрешности геометрических и оптических параметров, кроме того, влияют на положение отрезка V в пространстве изображений и фрагменты такого анализа представлены в работе, учесть это влияние аналитически невозможно, но оно компенсируется при юстировке и тарировке схемы.

Тарировка отсчетной системы. Тарировка средств линейных измерений традиционно выполняется методом компаратора, т.е. путем сопоставления задаваемых эталонных дискретных перемещений с результатом измерений по данной схеме.

Поскольку функция I = нелинейна во всем диапозоне измерений и кривизна функции переменная, то задание дискретных значений отрезка £ связано с учетом ряда инструментальных факторов: способ задания перемещений, способ индикации, индикация результата в интервале между дискретными значениями.

Возможны два подхода к тарировке отсчетной системы:

- задание дискретных значений на уровне разрешающей способности схемы измерения;

- формирование отсчетной шкалы путем математической обработки результатов дискретных измерений (метод нелинейного сглаживания).

Первый подход отягощен трудоемкостью и неизбежностью случайных погрешностей. Кроме того, такой подход не реализовать для текущих поверок схемы.

Второй подход опробован на практике и обеспечивает требуемые оценочные признаки системы.

Для реализации этого подхода необходимы инструментальные средства для фиксации координат изображения V измеряемого отрезка Ь и для задания дискретных эталонных значений отрезка Ь в задаваемом диапазоне его измерений.

Для задания дискретных значений отрезка Ь в работе предложена система из двух плоских зеркал.

Фиксация координат изображения V по существу является определением положения картинной плоскости. Для решения этой задачи известны два способа: современный оптоэлектронный (по контрасту изображений двух

смежных участков отрезка V) и используемый в оптотехнике способ двоения изображения штрих-марки при отклонении его от картинной плоскости.

Оптоэлектронный способ определения положения картинной плоскости по максимуму контраста в смежных участках изображения широко используется в фото- и видеокамерах, однако сведений о достижимой точности в литературе нет, вследствие чего недостаточно оснований рекомендовать его для юстировки высокоточных схем измерения. Требуются детальные исследования.

Способ двоения изображения штрих-марки реализуется с помощью двойного клина по схеме на рис. 3.

Здесь линия пересечения клиньев 1 и 2 совмещена с картинной плоскостью Р'. Если резкое изображение марки спроектировано в плоскость Р), то на линии пересечения клиньев можно наблюдать раздвоение изображения штрих-марки (рис. 3,6) на величину

где а - угол отклонения лучей клиньями 1 и 2;

АХ' - смещение изображения штрих-марки относительно линии пересечения клиньев.

При совмещении плоскостей Р'и Р{ 8г = 0. Такая схема индикации может быть реализована средствами оптоэлектроники или визуальной оптикой.

Предлагаемая здесь методика тарировки сводится к построению экспериментальной функции V = Р * (¿), а центрами сглаживания являются начальные точки миллиметровых интервалов.

Укажем, не приводя доказательств, что функция П = Р * (Ь) гиперболического вида. Согласно теории численного анализа такая функция с достаточной точностью может быть представлена многочленом не выше третьей степени. Следовательно, третьи разности для участков функции с равным шагом должны быть равны между собой.

Значения аргумента Ь внутри миллиметровых интервалов принимаются с постоянным шагом АЬ из условия замены функции V = Р * (¿)

а)

Рис. 3. Схема индикации совмещения изображения штрих-марки с картинной плоскостью Р'

81 = а* АХ',

(20)

интерполяционным многочленом первой степени, т.е. когда конечные разности второго порядка Д2И близки к нулю с заданной погрешностью.

Для конечных разностей второго порядка известна формула

Д211 = и0 - 21\ +1'2, (21)

где ¿о - значение функции V = Б * (¿) для начальной точки миллиметрового интервала;

¿2 - значения функции V = Р * (I), соответствующие последовательным значениям аргумента с шагом ^ Д£.

Решая уравнение относительно Д£, найдем значение внутримиллиметровых интервалов, удовлетворяющие условию точной тарировки (условие Д> <т, где о - средняя квадратическая ошибка индикации штрих-марки).

Принятая схема бесконтактного измерения малых линейных перемещений должна быть обеспечена средствами метрологического (инструментального) сопровождения. Оптотехника располагает развитым рядом таких средств, их функция состоит в том, чтобы обеспечить смещение точки измерения с требуемой точностью и дискретностью. В данном случае принята схема задатчика перемещений с двойным (угловым) зеркалом (рис. 4).

Задача анализа задатчика перемещений включает в себя:

• определение взаимного расположения зеркального преобразователя и элементов схемы измерения;

• определение направления и предельной величины перемещения преобразователя;

• задание коэффициента преобразования.

Действие углового зеркала описывается соотношением векторов (рис. 4) 5 поступательного перемещения двойного зеркала как твердого тела и 5' смещения изображения М' точки М в этом зеркале. По модулю векторы § и Б' связаны соотношением

5' = 25 • эта, (22)

где а - угол между зеркалами.

Угол между векторами 5 и 5' определяется соотношением:

Р=& = £и-а. (23)

При малых значениях угла а коэффициент 2это « 1, а угол [3 ~ - тт. Это позволяет обеспечить метрологическое сопровождение простыми, легко воспроизводимыми устройствами. Возможны два варианта таких устройств:

• с поступательным перемещением поверхности и угловым зеркалом в качестве задатчика или измерителя этих перемещений (рис. 5);

• с виртуальным перемещением приемного объектива параллельно линии измерений (рис. 6) (перемещением изображения объектива в угловом зеркале).

Первый вариант универсален и обеспечивает достаточный диапазон перемещений, но должен иметь прецизионный механизм перемещения.

Рис. 5. Устройство тарировки и поверки схемы бесконтактного измерения:

1 - поверхность контроля;

2 - С>1 и 02 - проектирующий и приемный объективы соответственно ;

3 - зеркальный микрометр;

4 - отсчетная система зеркального микрометра

объективу

Четвертая глава содержит обоснование выбора способов передачи измерительной информации по телекоммуникационным каналам на основе общих требований, предъявляемых к системам бесконтактного размерного контроля удаленных объектов, методику синтеза интегрированных систем бесконтактного контроля, результаты экспериментальных исследований систем дистанционных измерений, в которых реализованы предлагаемые рекомендации.

Выходная информация оптоэлектронных систем измерения и контроля удаленных объектов классифицирована по следующим признакам:

- по степени предварительной обработки;

- по составу;

- по оперативности поступления и обновления.

По степени предварительной обработки выделены следующие группы выходной информации:

- первичная информация (без предварительной обработки непосредственно в оптоэлектронном датчике);

- с частичной предварительной обработкой (измерение, усреднение, улучшение качества изображения, распознавание, сжатие);

- с полной обработкой в датчике и выдачей управляющего воздействия.

По составу выделены следующие виды выходной информации оптоэлектронных датчиков:

- событийная информация (контроль наступления некоторого события);

- координатная информация (параметры расположения и перемещения реперных точек).

По оперативности поступления и обновления выделены следующие группы:

- информация в режиме, близком к реальному времени, с минимально возможными задержками и перерывами в поступлении;

- информация в режиме квазиреального времени, с задержкой, не влияющей на работу пользователя.

Выбор способа передачи измерительной информации, предложенный в диссертации, основан:

- на оценке соответствия объема информации, заключенного в измеряемом параметре на выходе систем бесконтактного контроля, и информативности сигнала-носителя, используемого для передачи данных в телекоммуникационных сетях;

- на обеспечении согласования ширины спектра сигнала-носителя информации и полосы пропускания телекоммуникационного канала.

Критерии выбора способа передачи принимаются по конкретным условиям функционирования системы контроля. Универсальными условиями являются необходимость передачи в режиме реального времени или путем формирования базы данных.

Разработана методика синтеза интегрированных систем бесконтактного контроля на основе сравнительной оценки совокупной ширины спектра системы с множеством измерительных приборов (датчиков) и полосы пропускания телекоммуникационного канала, с использованием которой предложены типовые схемные решения, показанные на рис. 7,8.

Рис. 7. Без предварительной обработки в оптоэлектронном датчике

Рис. 8. С полной обработкой в датчике и выдачей управляющего воздействия

Для экспериментальной проверки работоспособности методики синтеза интегрированных систем бесконтактного контроля разработан программно-аппаратный стенд (рис.9) и экспериментальная установка (рис. 10).

Рис. 9. Программно-аппаратный стенд

Экспериментальная проверка качества функционирования типовых схемных решений интегрированных систем бесконтактного контроля, синтезированных в соответствии с предложенной методикой, подтвердила ее работоспособность.

Экспериментальная проверка функциональных свойств интегрированных систем проведена по принципу декомпозиции: первичный преобразователь, блок телекоммуникации, устройство обработки измерительной информации.

Первичный преобразователь проверялся на повторяемость результата измерений, на стабильность настройки и воспроизведение эмпирической функции.

Экспериментальная проверка каждого из блоков подтвердила их работоспособность.

Рис. 10. Схема экспериментальной установки:

1 - лазерный интерферометр НР-5508А;

2 - измерительная машина модель ВЕ-26А;

3 - четырехзеркальный микрометр;

4 - привод;

5 - УПУ тип 2С42-65;

6 - ПК НР85В;

7 - плоттер

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследованы особенности механизма получения измерительной информации в проекционно-визуальной схеме с оптическим увеличением больше 1 (передаточная функция, влияние углового и линейного базисов).

2. Разработана схема дифференциального способа индикации результата измерений на основе градиента оптического увеличения приемных каналов.

3. Предложена методика анализа точностных характеристик схемы измерения малых перемещений.

4. Выполнен анализ оптических устройств позиционирования изображения линии измерений с клином Додена в пространстве изображений и задания малых перемещений точки измерения.

5. Предложена методика задания диапазона измерений по функциональным параметрам (точность, передаточная функция, поле зрения объектива).

6. Разработан эмпирический способ формирования измерительных соотношений для сопряженных отрезков методами нелинейного сглаживания.

7. Исследованы функции зеркальных задатчиков малых перемещений с двумя и тремя зеркалами.

8. Выполнен анализ способов трансляции измерительной информации по телекоммуникационным каналам (проанализированы протоколы беспроводной передачи измерений и физические способы трансляции).

9. Получены экспериментальные подтверждения качества получения и трансляции результатов измерений.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Статьи в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК

1. Семенов, Д.М. Радиочастотные технологии и проблемы сбора информации в задачах управления транспортным процессом / Д.М. Семенов // Автотранспортное предприятие. - 2008. - № 4,- С. 34-36.

Другие статьи

2. Семенов, Д.М. Проблемные вопросы проектирования интегрированных систем контроля удаленных объектов в составе территориально распределенных автоматизированных систем управления технологическими процессами / Д.М. Семенов // Актуальные проблемы управления техническими, информационными, социально-экономическими и транспортными системами: сборник материалов II Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и преподавателей.- СПб, 2008.- С. 108 - 113.

3. Абакулин, Д.М., Семенов, Д.М. Системы контроля удаленных объектов/ Д.М. Абакулин, Д.М Семенов // Анализ и прогнозирование систем управления: сборник материалов IX Международной научно-практической конференции молодых ученых, студентов и аспирантов.- СПб, 2008.- С. 163-168.

4. Семенов, Д.М. Трансформация малых линейных перемещений силовой оптикой / Д.М. Семенов // Актуальные проблемы управления техническими, информационными, социально-экономическими и транспортными системами: сборник трудов III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и преподавателей.- СПб, 2009.- С. 218-225.

5. Сарвин, A.A., Семенов, Д.М. Дифференциальная схема бесконтактного измерения малых линейных перемещений / A.A. Сарвин, ДМ. Семенов // Проблемы машиноведения и машиностроения. - СПб, 2009.- № 39.- С. 120 -125.

6. Сарвин, A.A., Семенов, Д.М. Метрологическое обеспечение оптических устройств бесконтактного измерения / A.A. Сарвин, Д.М. Семенов // Проблемы машиноведения и машиностроения. - СПб, 2009.- № 39.- С. 125 -127.

lo

АВТОРЕФЕРАТ

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ БЕСКОНТАКТНОГО РАЗМЕРНОГО КОНТРОЛЯ УДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Семенов Дмитрий Михайлович Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.07

Подписано в печать 08.07.09 Формат 60x84 1/16

Б. кн.-журн. П.л. 1,5 Б.л.0,75 Изд-воСЗТУ

Тираж 100 экз. Заказ 2275

Северо-Западный государственный заочный технический университет Издательство СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России

191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д.5

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОРНЫЙ АНАЛИЗ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ И КОНТРОЛЯ УДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

1.1 . Общее представление.

1.2 . Измерение линейных перемещений средствами оптотехники.

1.2.1. Измерители длин геометрического типа.

1.2.2. Измерительные микроскопы.

1.2.3. Методы фотограмметрии.

1.2.4. Метод измерения по сопряженным отрезкам.

1.3 Методы сетевой трансляции измерительной информации.

1.4 Методы компьютерной обработки измерительной информации.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

2. АНАЛИЗ СХЕМ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПО МЕТОДУ СОПРЯЖЕННЫХ ОТРЕЗКОВ

2.1. Способы построения схем измерения.

2.2. Расчетные соотношения.

2.2.1. Геометрические параметры схемы измерения.

2.2.2. Трансформация зоны измерения.

2.2.3. Соотношение для сопряженных точек.

2.2.4. Соотношения для сопряженных отрезков.

2.2.5. Влияние оптической силы объектива.

2.3. Градиентный метод индикации результатов измерений.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

3. АНАЛИЗ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ И ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ

3.1. Функциональные характеристики.

3.2. Схемы измерений.

3.3. Фотоэлектрические бесконтактные микрометры.

3.4. Индикация координат штрих-марки в пространстве изображений.

3.5. Погрешности измерения.

3.6. Тарировка шкалы прибора.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

4. СПОСОБЫ ДИСТАНЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ

4.1. Сетевые способы трансляции.

4.2. Цифровая обработка аналоговых сигналов.

4.3. Методика синтеза интегрированных систем бесконтактного контроля.

4.3.1. Способы защиты от ошибок в передаваемой информации.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Общая характеристика работы

В диссертации представлены исследования способов построения схем измерения и контроля малых линейных перемещений на удаленных объектах. Под термином «удаленные объекты» понимается технологическая ситуация, в которой собственно объект контроля и аппаратные средства обработки измерительной информации разнесены в пространстве и связаны по телекоммуникационным каналам. Схема измерения в такой ситуации вкшочает в себя три функциональных компонента: первичный преобразователь, тракт передачи и блок обработки измерительной информации. Первичным преобразователем принята оптическая схема активного типа, содержащая канал, проектирующий изображение светящейся марки на поверхность контроля, и приемный канал, проецирующий вторичное изображение пггрих-марки в плоскость индикации ее координат.

Общий принцип функционирования таких схем описан в литературе, имеет примеры реализации при измерениях больших (свыше 500мм) длин, но при измерениях малых перемещений возникает ряд физических противоречий, хотя сама концепция получения измерительной информации без контакта с поверхностью весьма привлекательна по ряду признаков.

Два других компонента (тракт передачи и алгоритмы обработки информации) выбираются по известному ряду решений и анализируются по конкретным факторам совместного функционирования.

Суть исследований состоит в оценке достоверности получаемой информации по совокупности метрологических и функциональных характеристик компонентов системы в целом. Каждый из трех компонентов независим от других по своим физическим функциям, поэтому в работе исследование системы организовано по принципу декомпозиции.

Первичный преобразователь. Основной компонент системы, обеспечивающий получение измерительной информации и преобразование ее к виду, удобному для передачи по телекоммуникационному каналу. Оптическая двухканальная схема бесконтактного измерения длин имеет множество прототипов для разных метрологических задач (геодезия, дальнометрия, фотограмметрия, измерительные микроскопы и др.). Все они базируются на законах геометрической оптики, что позволяет получать простые, дешевые, легко воспроизводимые решения. Это показано в работах профессоров Грейма И.А., Русинова М.М., Сухопарова С.А., Грамматина А.П., Зверева В.И., Федотова А.И., Сарвина А.А. Эти работы в совокупности создают основу аналитического проектирования оптических схем бесконтактного измерения. Профессором Сарвиным А.А. разработан метод бесконтактного измерения длин линейных отрезков по длине их оптического изображения. Этот метод обеспечивает решение многих задач измерений и контроля больших размеров, однако прямое использование его для случая малых перемещений связано с рядом противоречий физического и методического характера.

Понятие «малые перемещения» не имеет установленных ограничений по их величине. В аспекте метода измерений по сопряженным отрезкам термином «малые перемещения» определяются такие, длину которых можно спроектировать в пространство изображений приемного объектива с увеличением, большим единицы. Таким образом, понятие «малое перемещение» условное, не имеющее численного выражения в общем случае, оно относится не столько к самому перемещению, сколько к системам измерения. Однако в действительности диапазон измеряемых перемещений не превышает 2-3 мм, а оптическое увеличение приемного объектива на длине его фокусного отрезка изменяется от 1 до оо. Это обстоятельство вызывает необходимость разъяснений по ряду физических и конструктивных факторов, определяющих механизм получения измерительной информации и ее достоверность. Таких факторов множество, к числу основных относятся: рациональный диапазон измерений и соотношение его с оптической силой объектива, взаимное расположение линии измерений и оптической оси объектива, оптические свойства поверхности контроля, способ индикации результата.

Диапазон измерений и его расположение относительно точки переднего фокуса объектива определяют передаточную функцию схемы и ее разрешающую способность - главные физические факторы и соответственно основной предмет анализа в диссертации.

Линия измерений и оптическая ось приемного объектива могут быть совмещенными, взаимно перпендикулярными, расположенными под острым углом одна к другой. Каждый из вариантов имеет примеры практической реализации и они описаны в теории. В данной работе рассматриваются схемы, в которых линия измерений и оптическая ось приемного объектива расположена под острым углом. Такие схемы имеют несколько отработанных на практике вариантов реализации:

- схемы триангуляции (построение равнобедренного треугольника);

- схемы фотограмметрии (формирование стереоскопического изображения);

- схемы внутрибазных дальномеров.

Наилучшее приближение к задачам технических измерений обеспечивают схемы по типу внутрибазных дальномеров. В работах профессора Грейма И.А. и затем профессора Сарвина А.А. детально исследованы схемы измерителей больших длин (0,5-45 м) в машиностроении и в других областях индустрии. По отношению к обычным (до 500 мм) в технических измерениях диапазонам эти схемы не рассматривались. Этому есть ряд объективных причин. Во-первых промышленная метрология располагает широким набором средств измерений в этом диапазоне, во-вторых, методы бесконтактных измерений длин воспринимались как желательные, но вполне замещаемые традиционными средствами. В последнее десятилетие сформировались новые технологии, полное метрологическое и информационное обеспечение которых связано с бесконтактными методами измерений и актуальность исследований в этой области возросла.

Тракт передачи. Возможные варианты известны: оптиковолоконные линии, проводниковые линии, эфирная связь, интернет-каналы. Задача анализа в установлении признаков совместимости с измерительным преобразователем и устройством обработки информации по конкретным условиям функционирования системы.

Блок обработки измерительной информации. Предмет анализа - банк машинных протоколов. Задача анализа - формирование методики выбора протоколов по условиям получения требуемой информации и выработки решений для управления процессами.

Актуальность темы

Объективными признаками актуальности предпринятых исследований являются:

- современные тенденции интегрирования систем управления технологическими процессами и связанная с этим потребность в адекватных информационно-измерительных средствах;

- приоритетное развитие оптоэлектронных методов измерений и контроля, обусловленное в первую очередь их функциональной полнотой, которая показана физическим механизмом взаимосвязи, светового потока с окружающей средой, но технически реализована в малой части от возможного;

- необходимость обеспечивать конкурентоспособность предприятия, главным признаком которой является его способность быстро осваивать передовые технологии, что неизбежно связано с решением конкретных задач их метрологического обеспечения;

- формирование идеологии и теории систем интеллектуальных измерений, аналитическое описание и экспериментальная отработка компьютерных технологий, включающих в себя телекоммуникационные тракты передачи измерительной информации.

При этом исследуемая тема вписывается в объявленную программу развития техники и технологии по разделу «оптика».

В настоящее время оптотехника и область оптических измерений тесно увязываются с интенсивным развитием информационных технологий.

Задачи бесконтактных измерений, контроля и задания малых перемещений до настоящего времени не имеют достаточно развитого набора решений, тогда как потребность в таких инструментальных средствах существует на протяжении нескольких десятилетий. Наглядными примерами таких задач являются технологии изготовления интегральных схем, контроль деформаций, высокоточная механическая обработка, контроль деталей с малой поверхностной точностью, точное позиционирование и др.

Приведенные аргументы автор рассматривает как субъективные признаки актуальности.

Задачи и содержание исследований

Общая задача - детальное аналитическое описание механизма получения, передачи и обработки измерительной информации от удаленных объектов. Основной предмет анализа - оптическая схема бесконтактного измерения малых перемещений по длине их оптических изображений, проецируемых с большим увеличением. В отношении такой схемы возникает ряд вопросов:

- каким способом сформировать исходные информативные признаки, т.е. как энергетически выделить точку измерений?

- какими факторами регламентируется диапазон измерений и метрологические характеристики схемы?

- по каким критериям назначать физические и конструктивные параметры схемы?

- как организовать индикацию результата?

- в какой мере может быть использован опыт ранее выполненных разработок в области бесконтактных методов измерений?

Конкретные задачи исследований определены следующим образом:

1. Аналитическое обобщение методов получения измерительной информации средствами силовой оптики, сопоставительный анализ измерительных соотношений.

2. Разработка дифференциального способа измерений по сопряженным отрезкам на основе градиента оптического увеличения системы.

3. Точностной анализ измерительных соотношений при дифференциальном способе измерений.

4. Анализ моделей задатчиков малых перемещений оптического изображения.

5. Разработка эмпирического способа формирования отсчетной системы первичного преобразователя.

6. Выбор способов передачи измерительной информации по телекоммуникационным каналам.

7. Экспериментальная проверка качества телеизмерений.

Содержание диссертации подчинено разъяснению перечисленных выше вопросов и разработке методики синтеза, расчета и тарировки схем . конкретного назначения.

В диссертации приведен краткий обзор оптических методов бесконтактного измерения длин (глава 1). Кратко представлены принципы построения и ' функциональные характеристики оптических методов, опробованных в той или иной мете для технических измерений.

Вторая компонента для исследуемых систем - сетевая трансляция выходной информации от первичного преобразователя к центральному процессору. В этой области довольно большой ассортимент протоколов и программных средств, однако задача выбора не обеспечена решениями инженерного уровня. Для формирования набора таких решений требуется:

- определить рациональные способы организации коммуникационных каналов по конкретным условиям измерений;

- сформировать методику расчета сетей, обслуживающих оптоэлектронные устройства линейных измерений;

- провести экспериментальную оценку достоверности интегрированной системы измерений и контроля.

Глава 2 содержит теоретический анализ схем измерения малых линейных перемещений по сопряженным отрезкам, включающий:

1. вывод расчетных соотношений, связывающих координаты сопряженных точек в пространстве предметов (на линии измерений) и в пространстве изображений приемного объектива схемы;

2. оценку влияния оптической силы приемного объектива на характер измерительных соотношений;

3. методику определения координат измеряемого отрезка в пределах рабочего диапазона (длины фокального отрезка);

4. исследование информативности градиентного метода индикации результата измерений;

5. оценку способов формирования информативных признаков (проектирование изображения штрих-матрицы) в точке измерения.

Глава 3 содержит анализ влияния оптических и геометрических параметров схемы измерения на вид функции связи сопряженных отрезков и погрешность измерения изображения отрезка.

Этот анализ дает качественную оценку точностных характеристик схемы и позволяет установить требования к тарировке отсчетной системы, ее методику и инструментальное обеспечение.

Глава 4 содержит анализ способов передачи измерительной информации по телекоммуникационным каналам на основе общих требований, предъявленных к системам бесконтактного размерного контроля удаленных объектов, и результаты экспериментальной оценки качества функционирования системы в целом.

По результатам исследований разработан опытный образец системы бесконтактного размерного контроля удаленных объектов и его функциональных фрагментов.

Основные положения диссертации изложены в публикациях автора, докладывались на конференциях, внедрены в учебный процесс. По результатам работы инициированы новые технические идеи в отношении схемных решений функциональных блоков системы, которые могут стать основой для продолжения исследований.

Работа, по-видимому, не свободна от ошибок и упущений, но основные ее выводы и положения приняты и одобрены кафедрами автоматизации производственных процессов, приборов контроля и систем экологической безопасности, высшей математики.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Исследованы особенности механизма получения измерительной информации в проекционно-визуальной схеме с оптическим увеличением больше 1 (передаточная функция, влияние углового и линейного базисов).

2. Разработана схема дифференциального способа индикации результата измерений на основе градиента оптического увеличения приемных каналов.

3. Предложена методика анализа точностных характеристик схемы измерения малых перемещений.

4. Выполнен анализ оптических устройств позиционирования изображения линии измерений с клином Додена в пространстве изображений и задания малых перемещений точки измерения.

5. Предложена методика задания диапазона измерений по функциональным параметрам (точность, передаточная функция, поле зрения объектива).

6. Разработан эмпирический способ формирования измерительных соотношений для сопряженных отрезков методами нелинейного сглаживания.

7. Исследованы функции зеркальных задатчиков малых перемещений с двумя зеркалами.

8. Выполнен анализ способов трансляции измерительной информации по телекоммуникационным каналам (проанализированы протоколы беспроводной передачи измерений и физические способы трансляции).

9. Получены экспериментальные подтверждения качества получения и трансляции результатов измерений.

1. Антонов, Е.И. Расчет двухзеркального сканера с осями, не лежащими в плоскости зеркала / Е.И. Антонов, Л.А. Ткачев, В.В. Ридгер //ОМП.- 1984.

2. Апенко, М.И. Прикладная оптика/М.И. Апенко, А.С. Дубовик. М.: Изд-во Наука, 1982.

3. Бахмутский, В.Ф. Оптоэлектроника в измерительной технике/ В.Ф. Бахмутский, Н.И. Гореликов. М.: Изд-во Машиностроение, 1979. - 272 с.

4. Васильева, И.И. Механические и оптико-механические приборы для линейных измерений/И.И. Васильева. -Л.: Изд-во СЗПИ, 1978. 80с.

5. Грейм, И.А. Анализ, синтез и юстировка зеркально-призменных систем/И.А. Грейм. -Л: Изд-во СЗПИ, 1981. 81 с.

6. Грейм, И.А. Зеркально-призменные системы/И.А. Грейм. М.: Изд-во Машиностроение, 1981. - 125 с.

7. Паркер, Т. TCP/IP. Для профессионалов/ Т. Паркер, К. Сиян. 3-е изд, СПб.: Питер, 2004. 859 с.

8. Катыс, Г.П. Восприятие и анализ оптической информации оптической системой/Г.П. Катыс -М.: Изд-во Машиностроение, 1986. 416 с.

9. Лебедев, И.В. О некоторых свойствах систем плоских зеркал/И.В. Лебедев // Труды института физики и математики АН БССР, 1956.

10. Мирошников, М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов/М.М. Мирошников. Л.: Изд-во Машиностроение, 1983. - 696 с.

11. Погарев, Г.В. Оптические юстировочные задачи/Г.В. Погарев, Н.Г. Киселев. Л.: Изд-во Машиностроение, 1989.

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

13. Румшиский, Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента/Л.З. Румшиский. М.: Изд-во Наука, 1971. - 192 с.

14. Сивцов, Г.П. Расчет тройки векторов в системе, содержащей преломляющие и отражающие поверхности/Г.П. Сивцов // ОМП.- 1986.-№ 1.-С. 18-19.

15. Соломатин, В. А. Сравнение некоторых способов определения координат изображений, осуществляемых с помощью приемников излучения/В.А. Соломатин, Ю.Г. Якушенков// Изв. Вузов. Серия Приборостроение.- 1986.- Т.29.- № 9. - С. 62 - 69.

16. Русинов, М.М. Справочник. Вычислительная оптика. Издание 2 / М.М.

17. Русинов, А.П. Грамматин, П.Д. Иванов, Л.Н. Андреев, Н.А. Агальцова.1. СПб.: Изд-во ЛКИ, 2008.17.