автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Разработка автоматизированных методов и алгоритмов повышения качества измерений современных спектральных приборов

1.Содержание.

2.Введенне.

3 .Глава 1:

Анализ современного состояния в области разработки и применения спектральных приборов в системах автоматизации.

1.1. Спектральные приборы в системах автоматизации.

1.2.Краткий обзор основных спектральных устройств полиграфии

1.2.1. Фотометры.

1.2.2. Денситометры.

1.2. ^Спектрофотометры.

1.2.4.Колориметры.

1.3. Спектральные устройства нового поколения.

1.3.1. Черно-белые денситометры,работающие в проходящем и отраженном свете для измерений на пленках и печатных формах

1.3.2.Цветные денситометры, работающие в отражённом свете для измерений на пробах и оттисках.

1.3.3.Спектрофотометры и спектроденситометры.

1.4.Выводы . ^

4.Глава 2:

Моделирование рабочей среды спектральных приборов.

2.1.Моделирование рабочей среды спектральных приборов и устройств автоматизации технологических процессов и систем измерений.

2.2.Моделирование рабочей среды.

2.2.1.Линейный растр как источник светового сигнала.

2.2.2.Шахматный растр как источник светового сигнала.

2.3.Выводы

З.Глава 3:

Математическая модель спектральных приборов с голографическими дифракционными решётками.69.

3.1.Голографическая дифракционная решётка.

3.2. Типы голографических дифракционных решёток.

3.3.Аберрационые свойства голографических дифракционных решёток.

3.4.Расчёт аберраций голографических дифракционныхрешёток

3.4.1. Условия фокусировки изображения.

3.4.2.Астигматизм вогнутой решётки

3.4.3.Аберрации 2-ого и высших порядков.

3.4.4.Характер изображения точки и щели

3.5. Выводы. б

Глава 4:

Алгоритмы автоматизированного определения основных параметров спектральных приборов с голографическими дифракционными решётками на стадии проектирования.

4.¡.Алгоритм, использующий метод Монте-Карло

4.2.Алгоритм, реализующий метод растущего гиперкуба.

4.3. Выводы.

Современный уровень развития технических средств автоматизации технологических процессов, предъявляет новые более высокие требования к высокоточным приборам, обеспечивающим функционирование различных систем автоматизации и контроля. Одним из важнейших направлений в разработке и проектировании приборов и устройств для систем автоматизации является внедрение современных методов автоматизации проектирования, новых математических и алгоритмических моделей, новых подходов к разработке элементов и устройств систем автоматизации, использующих методы математической статистики и теории вероятности.

Внедрение методов автоматизации проектирования открывает новые возможности при разработке современных приборов, работающих в различных системах автоматизации и контроля качества продукции.

В разнообразных системах измерений широкое применение в настоящее время находят спектральные приборы. Благодаря своей конструкции, эти приборы могут производить измерения отраженного от различных поверхностей света и таким образом оценивать качество отражающей поверхности. В частности, в полиграфии спектральные методы измерений используются для оценки качества печатной продукции (система СРС-21 фирмы HEIDELBERG). От точности проводимых измерений зависит оценка качества конечной продукции, что влияет на принятие решений по управлению системой автоматизации управления цифровой офсетной листовой печатной машины. Существующие методы разработки и проектирования спектральных приборов нового поколения не учитывают конечных проблем, возникающих при работе системы контроля и анализа качества продукции. В этой связи, перед автором работы была поставлена задача - разработать методику проектирования и расчета спектральных приборов нового поколения, учитывающую особенности работы конкретных систем автоматизации технологических процессов полиграфии, а именно работу систем анализа и контроля качества полиграфической продукции. Разработанные в результате выполнения диссертационной работы методы должны обеспечить создание спектральных приборов заданных классов точности, обеспечивающих работу систем контроля качества продукции, функционирующих в отраженном свете в видимой части спектра.

В соответствии с целью работы для исследования были определены следующие задачи:

• определение математической модели рабочей среды современных спектральных приборов, работающих в видимой части спектра;

• разработка алгоритмов и программ моделирующих картину растров различных типов;

• определение математической модели для расчета основных конструктивных параметров спектральных приборов дифракционных решеток);

• разработка алгоритмов и программ, обеспечивающих применение методов автоматизированного проектирования и расчета спектральных приборе© с голографическими дифракционными решетками;

• экспериментальный расчет аберраций голографических дифракционных решеток спектральных приборов с различными конструктивными параметрами;

• анализ влияния разбросов конструктивных параметров голографических дифракционных решеток на выходные показатели качества и класс точности спектральных приборе®;

• разработка алгоритмов и программ, позволяющих автоматизированно исследовать влияние разброса конструктивных параметров дифракционных решеток на класс точности спектральных приборов.

• исследование и разработка алгоритмических моделей, учитывающих влияние разброса параметров спектральных приборов на их класс точности, велись на основании методов теории вероятности, методов математического программирования, аппарата теории графов, методов тензорного анализа. Круг исследуемых вопросов определил структуру диссертационной работы. Она состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

4.3. ВЫВОДЫ

1. В первом из рассмотренных алгоритмов выбран нормальный закон ¡пределения плотности вероятности по основным параметрам ографических дифракционных решеток. По плотности вероятности у строятся оны распределения и затем производится вероятностная оценка точности моральных приборов с соответствующими параметрами.

2. Недостаток первой алгоритмической модели в относительно невысокой ности при ограниченном числе проб, а увеличение числа испытании связано эстом времени решения задачи.

3. Более экономным в смысле использования машинного времени 1яется второй алгоритм. Недостатком данного алгоритма по сравнению с >вым является то, что пространство входных переменных предполагается 1уклым. Во входном пространстве - К-ой размерности относительно базовой ки формируется гиперкуб, ребра которого - поля конструктивных или нологических параметров по входным переменным. Чтобы обоснованно ¡начить систему изменения конструктивных или технологических параметров, ¡ершенно не обязательно просматривать все точки, лежащие в этом еркубе, достаточно контролировать его вершины. Если точки, лежащие в »шинах гиперкуба, будут удовлетворять ограничениям по выходным :азателям качества спектрального прибора, то все точки, лежащие внутри еркуба, также будут удовлетворять условиям ограничений.

4. Алгоритмы синтеза реализованы программно. Выполнена периментальная оценка разработанной методики математического мелирования и расчета параметров голографических дифракционных иеток спектральных приборов. Произведена оценка влияния разброса >аметров голографических дифракционных решеток на класс точности ¡«тральных приборов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные аналитические и экспериментальные исследования вопроса разработки автоматизированных методов и алгоритмов повышения качества измерений современных спектральных приборов за счет применения новых математических моделей, методов имитационного моделирования и автоматизированного проектирования позволяют сделать следующие выводы.

1. Выполнены расчеты аберраций голографических дифракционных решеток спектральных приборов. Анализ графиков выявляет, что составляющая аберраций, характеризующая астигматизм решеток, для всех трех величин плотности нарезки (3250, 2138, 1405 штр/мм) не превышает 0.1 мм, что удовлетворяет предъявляемым требованиям для систем измерения высокого класса точности.

2. Наиболее высокий класс точности спектрального прибора для систем управления качеством печати (значение составляющей аберраций на всем рабочем значении длин волн светового излучения 380-720нм не превышает 0.5 мм) обеспечивает дифракционная решетка с плотностью нарезки 1405 штр/мм.

3. При проектировании, изготовлении и производстве голографических дифракционных решеток современных спектральных приборов в результате технологических погрешностей и неточности изготовления может возникнуть некоторый разброс основных конструктивных параметров решеток .Это вызывает в свою очередь искажение измерений , которое может привести к снижению качества конечной продукции (например, к искажению цветности журнальной и другой печатной продукции), где используется спектрометрические методы контроля. В данной работе разработана методика, позволяющая оценить влияние разброса конструктивных параметров на конечное качество измерений и предложены автоматизированные методы, улучшающие выход конечной продукции высокого качества.

4. Разработанная в диссертации методика математического моделирования спектральных приборов с голографическими дифракционными решетками позволила получить математические выражения, связывающие выходные показатели качества спектральных приборов с разбросами конструктивных параметров, голографических дифракционных решеток. Это позволило решить обратную задачу -определить на стадии проектирования конструктивные параметры голографических дифракционных решеток для конкретной системы управления качеством полиграфической продукции.

5. Разработаны и опробованы автоматизированные алгоритмические методы определения конструктивных параметров современных спектральных приборов с применением современных ЭВМ. Экспериментальная проверка алгоритмов подтвердила их работоспособность, высокую точность и эффективность в системах управления и автоматизации проектирования полиграфического оборудования.

6. Экспериментальный расчет по предлагаемой методике на ЭВМ параметров дифракционных решеток спектральных приборов, показывает справедливость полученных математических моделей, работоспособность алгоритмических и программных моделей, а также указывает на возможность широкого применения их на стадии автоматизированного проектирования.

7. Разработанные автоматизированные методы и алгоритмы повышения качества измерений современных спектральных приборов могут быть использованы как подсистема в автоматизированной системе проектирования современных спектральных приборов с голографическими дифракционными решетками.

1. Ефимов М.В., Толстой Г.Д. Автоматизация технологических процессов полиграфии. Учебник для ВУЗов. М.: Книга, 1989. 512с.

2. Ефимов М.В. Прицеливание баллистических ракет. Изд-во МО СССР, М.:, 1968. 119с.

3. Сидоров A.C., Иванько М.А. "Спектральные приборы нового поколения". Тезисы докладов 39-ой НТК профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников. Часть 1.М.Изд-во МГУП, 1999г. 192с.

4. Иванько А.Ф., Иванько М.А. "Имитационное моделирование основных устройств современных ЭВМ". Тезисы докладов 39-ой НТК профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников МГУП. Часть 1. М.: Изд-во МГУП. 1999г. 192с.

5. Иванько М.А. "Решение задач линейного программирования при автоматизации управления полиграфическим предприятием". Тезисы докладов 39-ой НТК профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников МГУП. Часть 1. М.: Изд-во МГУП. 1999г. 192с.

6. Учебное пособие для студентов ВУЗов. Москва. Изд-во МГУП, 1998. 136с.

7. Казакевич В.В., Избицкий Э.И. Системы автоматического управления полиграфическими процессами. М.: Книга, 1978. 340с.

8. Карпухин Г., Суворов В., Вартанян С. и др. Оценка эффективности внедрения системы автоматизированного контроля офсетной печати. «Полиграфия», № 2, 1983, с. 19-22.

9. Ключникова Л.В., Ключников В.В. Проектирование оптико-механических приборов. Учебное пособие для сред.спец.учеб.заведений.-СПб.: Политехника, 1994.-206с, ил.

10. Кулагин C.B., Гоменюк A.C., Дикарев В.Н. Оптико-механические приборы.-М.: Машиностроение, 1984.-349C.

11. Кулагин C.B., Дикарев В.Н., Мосягин Г.М., Лебедев E.H. .Зубарев В.Е., Гоменюк A.C. Оптико-механические приборы. М.: Машиностроение, 1975.400с.

12. Кулагин C.B. Проектирование фото и киноприборов. М.: Машиностроение, 1971. 328с.31 .Лазарев Л.П. Инфракрасные и световые приборы самонаведения и наведения летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1970. 539с.

13. Леймонт Л.Л., Бродецкая Е.Е. Прогнозирование значений контролируемых параметров электротехнических устройств. М.: Электричество, № 3, 1972.