Шмаров Валерій Миколайович. Методи дистанційного контролю геометричних параметрів великогабаритних виробів

Краткое описание

Шмаров Валерій Миколайович. Методи дистанційного контролю геометричних параметрів великогабаритних виробів : Дис... д-ра наук: 05.11.16 - 2006.

Шмаров В.М. Методи дистанційного контролю параметрів великогабаритних виробів . -Рукопис .
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністью 05.11.16 інформаційно-вимірювальні системи . Національний авіаційний університет, Київ, 2006 .
Дисертацію присвячено вирішенню важливої науково-технічної проблеми дистанційного визначення параметрів та характеристик поверхонь складних великогабаритних виробів в тривимірному просторі з використанням багатоканальних лазерних далекомірних систем. Методи базуються на визначені координат точок поверхні з використанням методу найменьших квадратів для обробки результатів. Виконаний аналіз трьох - чотирьох -пяти шести та дев’ятиканальних дале-комірних систем. Проведені теоретичні дослідженння їх потенційних можливостей по визначенню форми складних поверхонь. Проведені модельні дослідження по відновленню форми складних поверхонь, які описуються точними математичними виразами. Виконані модельні дослідження особливостей відбиття лазерного випромінювання від складних поверхонь та досліджені дифракційно- інтерференційні явища, які зумовлюють формування індикатриси розсіяння зворотнього сигналу. Досліджено вплив якості обробки та виду захисних покриттів різних металевих та неметалевих поверхонь на коефіцієнти відбиття та зворотню діаграму відбиття в широкому спектральному діапазоні. Досліджені амплітудно- частотні характеристики, шуми та флуктуації інтенсивності двомодових гелій-неонових лазерів та напівпровідникових інжекційних лазерів в різних режимах випромінювання та модуляції з врахуванням їх „старіння”. Розроблено методології побудови структури та програмно-математичного комплексу багатоканальної лазерної вимірювальної систем.

1. Вперше створена методологія відновлення форми поверхні великогабаритних виробів з використанням одно та багатоканальних вимірювальних систем з лазерними далекомірами. В її основі лежить формування масиву координат просторового положення точок поверхні у лабораторній та власній системах координат. Це дозволяє проводити математичний опис поверхні з можливістю аналізу її геометричних характеристик. При цьому показано, що підвищення роздільної здатності вимірювальних систем відновлення форми поверхні досягається не тільки за рахунок зменшення інструментальної похибки, але більшою мірою завдяки урахуванню впливу геометричного фактору, що пов’язаний з локальною орієнтацією ділянки поверхні в області контакту із зондуючим випромінюванням.
2. Показано, що при скануванні поверхні одноканальною вимірювальною системою з світлодалекоміром геометричне відновлення її форми за відомими координатами точок можна здійснювати відрізками або січними площинами. Апроксимація січними площинами є переважною, тому що охоплює всю множину точок поверхні. Однак при використанні одноканальної вимірювальної системи апроксимація січними площинами може приводити до деякої невизначеності в області сходження чотирьох і більшого числа січних площин. Також отримано, що по результатам сканування поверхні одноканальною системою її математичне рівняння можна одержати методом найменших квадратів. Його використання при проведенні моделювання для встановлення виду рівняння поверхні показало, що одержувані рівняння та їх параметри з високим ступенем точності відповідають вихідним рівнянням поверхонь, що задаються.
3. Вперше розроблена методика визначення параметрів великогабаритних виробів із плоскими поверхнями, в основі якої лежить одночасне визначення координат трьох точок поверхні з використанням системи з трьома світлодалекомірами. При цьому показано, що застосування таких систем при скануванні з неортогональними векторами базисних переміщень дозволяє підвищити роздільну здатність відновлення форми складних поверхонь з їх апроксимаційним поданням у вигляді січних площин, що обмежуються шестикутниками.
4. Вперше розроблені методики визначення геометричних характеристик поверхонь великогабаритних виробів сферичної та циліндричної форм з використанням чотирьох та п’ятиканальних вимірювальних систем з світлодалекомірами. Такі системи за результатами одночасного виміру координат точок поверхонь дозволяють визначати просторове положення центру сфери, її радіус та рівняння поверхні, просторово - орієнтаційне положення циліндра (осі), його радіус та рівняння поверхні.
5. Вперше створена методика відновлення поверхонь другого порядку з використанням дев’ятиканальної вимірювальної системи з світлодалекомірами, яка забезпечує одночасне визначення координат дев’яти точок поверхні. Показано, що при скануванні такою вимірювальною системою складної поверхні вона представляється у вигляді апроксимації січних поверхонь другого порядку. Це забезпечує можливість підвищення роздільної здатності відновлення форми поверхні при одночасному збільшенні кроку сканування. За допомогою дев'ятиканальної ВС можливо оцінювати поверхні другого порядку будь-якої форми.
6. Вперше розроблені методики діагностування дефектів форми поверхні великогабаритних виробів з використанням багатоканальних вимірювальних систем з світлодалекомірами. Застосування трьохканальної системи дозволяє визначити глибину дефекту на плоскій поверхні, чотирьохканальної - радіус кривизни сферичних дефектів, п’ятиканальної - параметри дефектів циліндричної форми, п’яти та шестиканальними - визначати вид та характеристики дефекту на поверхнях складної форми.
7. Створені моделі відбиття та розсіювання світлових потоків у наближенні Кирхгофа від поверхонь з складним рельєфом у вигляді періодичного профілю та від поверхонь з просторовим флуктуаційно-неоднорідним профілем. Це дозволило показати, що структура зворотного розсіяного потоку носить інтерференційно-дифракційний характер, а також встановити, що зі зростанням розмірів періодичного рельєфу поверхні розсіювання може набувати дифузного характеру.
8. Експериментальні дослідження дозволили визначити, що поляризоване лазерне випромінювання при відбитті від шорсткуватої поверхні деполяризується, а нерівномірність розсіювання світлового потоку збільшується при наближенні кута падіння лазерного випромінювання до значення 90о.При цьому встановлені величини та граничні значення зміни параметрів шорсткості складних поверхонь, а також кутів їхнього зондування лазерним випромінюванням, при яких спостерігається трансформація дзеркального відбиття у дифузне, що дозволяє оптимизувати просторово-кутову орієнтацію приймачів оптичного випромінювання вимірювальних систем відновлення форми поверхні великогабаритних виробів у тривимірному просторі.
9. Встановлено основні закономірності зміни ширини спектру та щільності потужності шумових характеристик, а також закономірності зміни ширини спектру та потужності випромінювання газових гелій-неонових та напівпровідникових інжекційних лазерних джерел з урахуванням ефекту „старіння”. Визначені фактори, які впливають на зміну даних характеристик, що дає можливість оцінки зміни енергетичного потенціалу лазерних багатоканальних ВС при відновленні форми складних високогабаритних виробів у тривимірному просторі, а також встановити міжповірочний інтервал ВС в умовах експлуатації.