WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи


СТАРОСТИН ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ МЕТОДОВ

ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКИХ

ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРОЗРАЧНЫХ ТРУБОК

Специальность 05.11.07

Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена в филиале государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" в г. Смоленске.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Зиенко Станислав Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Григорьев Андрей Андреевич

кандидат технических наук, доцент

Фотиев Юрий Анатольевич

Ведущая организация: НПО «Оптика», г. Москва

Защита диссертации состоится "___" __________ 20___ года в ____ часов на заседании диссертационного совета Д.212.143.03 при Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу: 105064, Москва, Гороховский переулок, д.4 (зал заседаний диссертационного совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК).

Автореферат разослан "___" __________ 20___ года.

Учёный секретарь

диссертационного совета Ю.М. Климков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Прозрачные трубки являются одним из наиболее широко используемых классов изделий современной стекольной промышленности. Они применяются в приборостроении, в лазерной технике, в энергетике, в измерительном оборудовании, в строительстве, в химической промышленности, в медицине, фармакологии и биологии. Стеклянные трубки также широко используется в светотехнике при изготовлении стартеров, люминесцентных ламп (ЛЛ), а также других источников света.

В условиях современного производства, функционирующего в жесткой конкурентной среде, на первый план выдвигаются вопросы качественного контроля и/или измерения геометрических параметров вырабатываемых на производстве изделий. В случае прозрачных трубок определяющими параметрами являются, в первую очередь, наружный и внутренний диаметры, а также толщина стенки.

Геометрические размеры прозрачных трубок необходимо выдерживать в определенных границах, во-первых, с целью упрощения технологических операций на последующих этапах производства. Так, например, точность измерения наружного диаметра трубки-колбы ЛЛ влияет на качество последующей сборки ламп. Таким образом, процесс измерения геометрических параметров трубок определяет эффективность производства и, в конечном итоге, себестоимость выпускаемого изделия. Во-вторых, геометрические параметры трубки определяют качество конечного продукта. В частности, при изготовлении ЛЛ эллипсность, внутренний диаметр и толщина стенки колбы определяют важные светотехнические и эксплуатационные характеристики ламп. Таким образом, разработка и внедрение измерительных устройств, использующих современные достижения в области оптико-электронной и вычислительной техники, позволяют повысить конкурентоспособность производства.

В последние годы, в связи с бурным развитием вычислительной техники, все большее распространение находят системы, в которых обработка измерительной информации осуществляется автоматически с помощью компьютеров в соответствии с определенными алгоритмами. Для измерения геометрических параметров при этом представляется перспективным использование видеосистем, позволяющих передавать оптическое изображение, несущее информацию о геометрических размерах исследуемых объектов, в компьютер для последующей цифровой обработки.

Предметом исследования работы являются методы получения и дальнейшей компьютерной обработки оптических измерительных сигналов в устройствах, предназначенных для определения геометрических параметров прозрачных трубок.

Цель работы – разработка и исследование новых методов получения и цифровой обработки оптических изображений прозрачных трубок для измерения их геометрических параметров.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

1) выполнен аналитический обзор литературных и патентных источников известных оптических методов и средств измерения геометрических параметров прозрачных трубок, проведен их анализ, установлена возможность их усовершенствования за счет использования современных компьютерных методов обработки изображений;

2) разработаны и исследованы новые методы измерения диаметров, эллипсностей и несоосности образующих наружной и внутренней стенок прозрачной трубки;

3) получена аналитическая зависимость, описывающая взаимосвязь диаметра трубки и размера и формы следа лучей на экране, создаваемого при освещении трубки плоским пучком лучей;

4) найдены новые способы цифровой обработки изображений теневой проекции трубки, ее поперечного сечения, а также следа отраженных от ее поверхности лучей на экране;

5) практически реализованы предложенные методы и схемотехнические решения.

Научная новизна.

1. Новый метод измерения диаметра трубок – метод отображения, отличающийся от известных проекционных методов тем, что обработке подвергается изображение следа широкого пучка лучей, получаемого на экране при отражении от поверхности трубки плоского пучка излучения.

2. Новый метод обработки изображения теневой проекции прозрачной трубки, который позволяет повысить помехоустойчивость измерительного устройства за счет применения специально полученных дифференцирующих масок.

3. Новый метод обработки изображения поперечного сечения трубки, который впервые позволил определять не только диаметры наружной и внутренней стенок трубки, как в известных методах, но также их эллипсность и несоосность.

Научное значение работы состоит в разработке и исследовании новых методов цифровой обработки изображений прозрачных трубок и их отображений, а также в разработанных на их основе методах измерения геометрических параметров трубок.

Практическая ценность результатов работы заключается в предложенных схемах устройств, реализующих разработанные методы измерения геометрических параметров стеклянных трубок. Научные результаты работы были реализованы в действующих макетах устройств, а также в оптико-электронном измерительном комплексе, позволяющим в автоматическом режиме на технологических линиях вытяжки осуществлять измерения наружного диаметра трубок и выдавать исполнительные сигналы на устройства разбраковки и отображения информации, который был разработан, изготовлен и внедрен в стекольное производство ОАО «ОСРАМ» (г. Смоленск) при непосредственном участии автора.

Результаты научно-технических разработок могут быть использованы для измерения геометрических параметров стеклянных трубок, предназначенных для светотехнической промышленности, энергетики, измерительной техники, химии, медицины и т. п., и, кроме того, при измерении параметров непрозрачных изделий, в том числе нефтегазовых труб, труб водоснабжения и отопления.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается данными экспериментов и компьютерного моделирования, а также результатами внедрения разработок на ОАО «ОСРАМ» (Акт о внедрении научных положений и выводов диссертации от 21.12.2007 г.).

Апробация работы.

Основные результаты докладывались на научных семинарах кафедры «Оптико-электронные системы» филиала Московского энергетического института (технического университета) в г. Смоленске, на III, IV и V межрегиональных научно-технических конференциях «Информационные технологии, энергетика и эко­номика» (г. Смоленск), XII международной конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва) и III международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (г. Орел).

Публикации.

Результаты проведенных исследований отражены в восьми научных работах, в том числе в двух рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК. По результатам разработок автора подана заявка на патент 2071143578, РФ G01 B11/08 (принята к рассмотрению 27.11.2007.) «Способ измерения диаметра объектов цилиндрической формы с направленно отражающей поверхностью».

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 138 страницах, иллюстрирована 58 рисунками и 10 таблицами и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 90 наименований и пяти приложений на 16 страницах.

На защиту выносятся:

1) новый метод измерения диаметра – метод отображения, основанный на получении и обработке оптического изображения, создаваемого на экране следами лучей, отраженных от поверхности трубки при ее освещении плоским пучком;

2) новый метод цифровой обработки изображения поперечного сечения трубки, позволяющий определять диаметры, эллипсности и несоосность наружной и внутренней стенок трубки;

3) разработанный метод цифровой обработки изображения теневой проекции прозрачный трубки, обеспечивающий высокую точность измерения при наличии повышенного уровня помех;

4) практическая реализация новых методов и их решений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, определены цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность работы, приведены результаты, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены известные оптические методы и реализованные на их основе устройства, предназначенные для измерения геометрических параметров прозрачных трубок.

Целью главы является определение основных достоинств и недостатков существующих методов измерения, их анализ с тем, чтобы определить перспективные направления исследования и пути усовершенствования известных методов за счет применения методов цифровой обработки изображений.

Схема оптического измерения (рис. 1) включает первичный преобразователь (ПП), преобразующий измеряемую величину (ИВ) в оптический измерительный сигнал (ОИС), который несет в себе информацию об ИВ. В качестве ПП может выступать оптическая система (ОС) формирующая оптическое изображение объекта измерения (ОИ), которое в свою очередь, и является ОИС. Как правило, форма, в которой представлен ОИС, не удобна для последующей обработки. В связи с этим возникает необходимость применения датчика-преобразователя (ДП), который представляет собой устройство, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации (СИИ) в форме, удобной для его передачи в устройство обработки информации (УОИ).

Рис.1. Схема оптического измерения

В результате аналитического обзора установлено, что по способу первичного преобразования большинство оптических методов измерения геометрических параметров прозрачных трубок могут относиться к одной из четырех основных групп: метод теневой проекции, метод световой проекции, метод поперечного сечения и метод преломления.

По типу используемого ДП измерительные устройства можно подразделить на устройства с одноэлементным фотоприемником, с многоэлементным (одно- или двухкоординатным) фотоприемником, а также с видеодатчиком, который представляет собой устройство, включающее объектив, матричный или линейный фотоприемник и устройство первичной обработки изображения. Одноэлементные фотоприемники, как правило, требует применения оптико-механической системы развертки светового пучка, что повышает стоимость устройства, ухудшает ее надежность и стабильность работы; более предпочтительным является использование многоэлементных фотоприемников. В последние годы в качестве фотоприемных устройств часто используют видеодатчики; такие устройства хорошо интегрируются в современные вычислительные системы и позволяют существенно упростить конструкцию измерительного устройства.

В результате проведенного обзора, было показано, что для решения поставленной задачи наиболее перспективными являются три группы методов измерения: метод теневой проекции, метод поперечного сечения и метод световой проекции.

Для измерения наружного диаметра, особенно в условиях производства, наиболее простыми и надежными являются устройства, работа которых основана на методе теневой проекции.

Метод поперечного сечения может быть использован для измерения не только диаметров и толщины стенки трубки, как в известных устройствах, но также эллипсности и несоосности профильных кривых сечения.

Основным недостатком метода световой проекции является погрешность, обусловленная отклонением от опорной плоскости лучей, участвующих в построении проекции. Показано также, что данную погрешность можно уменьшить, если подвергать компьютерной обработке оцифрованное с помощью видеодатчика изображение экрана, на котором спроецированы следы широкого пучка лучей, отраженных от поверхности трубки.

Вторая глава посвящена разработке метода, который позволяет осуществлять измерение параметров стеклянных трубок посредством обработки цифрового изображения, сформированного на экране отраженным от поверхности трубки плоским пучком лучей. Применение такого подхода позволяет уменьшить погрешность метода световой проекции, возникающую за счет отклонения от опорной плоскости лучей, участвующих в построении проекции.

Если освещать поверхность трубки плоским веерообразным пучком лучей (толщина пучка значительно меньше его ширины) таким образом, чтобы пучок пересекал ее, в отраженном пучке каждому падающему лучу и, следовательно, каждой точке поверхности будет соответствовать «свой» отраженный луч. Если на пути отраженных лучей поставить экран, то каждый отраженный луч оставит на нем след. Этот след можно рассматривать как отображение соответствующей точки поверхности на плоскости. Не вызывает сомнения, что между координатами точек поверхности и отображения существует однозначная взаимосвязь, позволяющая по известным координатам одной точки находить координаты другой.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»