Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Информационно-измерительные системы

Диссертационная работа:

Мухин Василий Михайлович. Оптическая информационно-измерительная система определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.16 / Мухин Василий Михайлович; [Место защиты: Волгогр. гос. техн. ун-т]. - Самара, 2008. - 174 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/91

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДОВ
ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ СЛОЖНЫХ
ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ 13

1.1 Задачи определения составляющих сложных

перемещений подвижных объектов 13

1.2 Математическое представление составляющих

перемещений подвижных объектов 21

  1. Математическое представление составляющих сложных перемещений простых объектов 21

  2. Математическое представление составляющих сложных перемещений сложных объектов 26

1.3 Методы и средства измерения составляющих

перемещений подвижных объектов 36<

1.4 Проблема измерения составляющих сложных перемещений

подвижных объектов и постановка задачи исследования 41

Выводы по разделу 1 44

2 ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ИИС
ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ СЛОЖНЫХ
ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ 47

2.1 Информационные графические модели сложных
многокомпонентных перемещений подвижных объектов 47

2.2 Математические модели сложных многокомпонентных
перемещений подвижных объектов 51

  1. Системы технического зрения и их классификация 54

  2. Способ восстановления координат подвижных объектов

по их изображению с использованием тестовых объектов 60

2.5 Метод многомерных тестовых объектов в задачах
определения составляющих перемещений подвижных

объектов по их изображениям 66

Выводы по разделу 2 74'

3 ОПТИЧЕСКАЯ ИИС ОПРЕДЕЛЕНИЯ
СОСТАВЛЯЮЩИХ СЛОЖНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ 76

  1. Структура и реализация оптической ИИС определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов 16

  2. Методика.синтеза измерительно-вычислительных алгоритмов для оптических ИИС определения

составляющих перемещений подвижных объектов 82

3.3 Синтез измерительно-вычислительных алгоритмов
оптических ИИС определения составляющих

перемещений подвижных объектов 86

3.4 Реализация измерительно-вычислительных
алгоритмов оптических ИИС для некоторых

практических приложений 93

Выводы по разделу 3 105

4 МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ ОПТИЧЕСКОЙ

ИИС ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОД
ВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ 107

4.1 Источники методических погрешностей оптической ИИС и

определения составляющих перемещений подвижных объектов 107

4:2 Математическая модель методических погрешностей оптических ИИС, реализующих метод многомерных

тестовых объектов 110

4.3 Методические погрешности оптических ИИС определения составляющих перемещений в некоторых

практических приложениях 113

Выводы по разделу 4 121

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ

4
ИИС ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ 123

  1. Установка для градуировки и поверки оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов 123

  2. Алгоритм работы оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов 128

  3. Методика и результаты экспериментальных исследований оптической ИИС определения составляющих сложных

перемещений подвижных объектов 137

Выводы по разделу 5 151

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 152

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 154

Приложение А (Справочное). Патент РФ на изобретение 166

Приложение Б (Справочное). Акт использования изобретения 168

Приложение В (Справочное). Акт о внедрении результатов

диссертационной работы 169

Приложение Г (Справочное). Листинг программы 170

Введение к работе:

Актуальность проблемы. Современное развитие измерительных технологий и идеология построения информационно-измерительных систем (ИИС) в значительной степени определяются все более сложным и многофакторным характером изучаемых процессов и явлений, адекватное отражение которых в получаемых измерительных данных требует системного подхода как к описанию изучаемого или контролируемого объекта, так и к методам построения измерительных структур. Говоря о проблемах измерения и контроля механических параметров и параметров движения подвижных объектов, следует отметить большое количество задач, решение которых базируется на разнообразных методах и средствах, адаптированных к конкретной специфике контролируемого параметра движения или механического параметра. Сложность современных пространственно управляемых механических систем, претерпевающих многомерные многокомпонентные перемещения или обладающих кинематикой со многими степенями свободы, вывели на передний план проблемы адекватного математического описания названных процессов и разработки на этой основе метода и средств бесконтактного определения информативных составляющих параметров движения подвижных объектов, необходимых для успешного выполнения ими целевых функций.

Решение обозначенных проблем усугубляется тем, что сложность моделей контролируемых объектов определяется количеством и качеством факторов, учитываемых при их формировании, и зависит от конструктивных особенностей и режимов их функционирования.

Перечисленные проблемы взаимосвязаны и их решение сопряжено с необходимостью обоснования и разработки общей идеологии моделирования многокомпонентных многомерных перемещений подвижных объектов. Сложность последних определяет вид и сложность моделей подлежащих определению компонентов перемещения, а также метод и средства измерения названных параметров движения. Отсутствие единой информационной модели контролируемых процессов затрудняет качественный и количественный выбор метода и средств измерения, а также обработку получаемых результатов с целью получения целостной картины их протекания. Вид информационной модели определяет метод измерения и структуру ИИС, отвечающих в наибольшей степени предъявляемым требованиям. Системный подход к проектированию ИИС отражен в ряде структурных и алгоритмических методов, основанных на информационной избыточности, где дополнительная информация на входе или в структуре системы позволяют повысить качество и (или) количество получаемой информации.

Проблемы системного синтеза и анализа освещены в работах Т.М. Алиева, Э.М. Бромберга, Д.А. Браславского, Л.И. Волгина, М.А. Земельмана, К.Л. Куликовского, А.И. Мартяшина, Ю.П. Мухи, В.Н. Нестерова, П.П. Орнатского, Б.Н. Петрова, Ю.А. Скрипника, М.П. Цапенко, Э.И. Цветкова, В.П. Шевчука, А.Н. Шилина и других, которые послужили фундаментом для настоящей работы.

Цель и задачи работы. Целью работы является обоснование и разработка метода бесконтактного измерения информативных составляющих сложных перемещений подвижных объектов и создание на этой базе ИИС определения информативных компонентов сложных перемещений подвижных объектов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Выполнить анализ объектов измерения и построить математические модели, адекватно отражающие процессы, подлежащие контролю в процессе измерений.

Проанализировать методы и средства и выявить их возможности для решения задач определения составляющих многокомпонентных перемещений подвижных объектов.

Обосновать и предложить подходы для системного решения проблемы измерения информативных составляющих многокомпонентных перемещений подвижных объектов применительно к кругу задач:

описания и определения составляющих сложных перемещений, которые претерпевают простые объекты;

описания и определения составляющих простых перемещений, которые претерпевают сложные объекты.

На основе предложенных подходов предложить метод построения и структуру ИИС для определения информативных компонентов перемещений подвижных объектов и разработать необходимые для ее функционирования измерительно-вычислительные алгоритмы.

Выявить источники погрешностей и осуществить метрологический анализ метода и алгоритмов бесконтактного измерения информативных составляющих перемещений подвижных объектов.

Разработать установку для калибровки ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов и методику экспериментального определения технических и метрологических характеристик ИИС. Выполнить соответствующие экспериментальные исследования.

Методы исследования. В диссертации использованы методы элементарной и векторной алгебры, тригонометрии, теория матриц, дифференциальное исчисление функций, теория механизмов и машин, теория систем, теория погрешностей, концепция векторных многокомпонентных физических величин. Положения работы базируются на экспериментальном материале, полученном автором на разработанном и внедренном им стенде для калибровки оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных объектов в Научно-техническом центре ФГУП «Самарский электромеханический завод».

Научная новизна работы.

  1. На основе концепции векторной многокомпонентной физической величины и анализа информативных компонентов многомерных перемещений подвижных объектов разработаны их математические модели, адекватно отражающие процессы, приводящие к сложному перемещению контролируемых объектов.

  2. На основе полученных моделей разработаны положения метода многомерных тестовых объектов для задач оптических измерений составляющих

сложных перемещений подвижных объектов, в соответствие с которыми на контролируемом объекте создается распределенный в пространстве многомерный объект с известными геометрическими параметрами, используемыми в соответствующих измерительно-вычислительных алгоритмах.

3. Разработана методика и осуществлен синтез измерительно-
вычислительных алгоритмов для оптических ИИС определения составляющих
перемещений подвижных объектов, позволяющих восстанавливать компоненты
перемещений объектов в реальном пространстве по их плоским изображениям.

4. Разработана методика калибровки и выполнен метрологический анализ
оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных
объектов.

Практическая ценность работы.

  1. Разработана и внедрена оптическая ИИС определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов, предназначенная для решения задач бесконтактной калибровки универсальных промышленных роботов, разработки 3D систем измерительного контроля параметров ходовой части автомобилей в процессе эксплуатационной диагностики, разработки специальных оптических систем наведения на подвижные объекты в области военных технологий.

  2. Разработанная на основе метода многомерных тестовых объектов методика синтеза измерительно-вычислительных алгоритмов позволяет оперативно перепрограммировать ИИС для практических приложений с различным количеством и качеством компонентов сложных перемещений, подлежащих определению в каждом конкретном случае.

  3. Разработана и внедрена в производство установка для калибровки оптической ИИС составляющих сложных перемещений подвижных объектов.

  4. Собран и исследован экспериментальный материал в процессе отработки измерительно-вычислительных алгоритмов ИИС на специально разработанной калибровочной установке, позволяющий сделать выводы о широких перспективах их использования.

Реализации результатов работы.

Результатом выполнения диссертационной работы является действующий образец оптической ИИС определения составляющих перемещений подвижных тестовых объектов, изготовленный и исследованный совместно в Научно-техническом центре ФГУП «Самарский электромеханический завод» и базовой кафедре Радиотехнические системы СамГТУ. Создана установка для калибровки ИИС, выполнен комплекс экспериментальных и метрологических исследований, позволяющий сделать выводы о существенной практической значимости полученных результатов. Способ измерения компонентов сложных перемещений объекта по патенту № 2315948 РФ, реализующий основные положения метода многомерных тестовых объектов, внедрен в производство, что подтверждается соответствующим актом об использовании изобретения.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Оригинальные математические модели сложных перемещений подвижных объектов, адекватно отображающие информацию о важных

компонентах движения, базирующиеся на концепции векторной многокомпонентной физической величины и отличающиеся многомерностью и многокомпонентностью величин, подлежащих измерению.

2. Метод многомерных тестовых объектов для построения оптических ИИС
определения информативных компонентов сложных перемещений подвижных
объектов, отличающийся тем, что на контролируемом объекте формируется
распределенный в пространстве контрольный объект, обладающий известными
геометрическими параметрами, используемыми в процессе реализации метода в
качестве мер.

3. Структура ИИС определения составляющих перемещений подвижных
объектов и комплекс измерительно-вычислительных алгоритмов, отличающихся
тем, что позволяют восстанавливать компоненты перемещений объектов в
реальном пространстве по их плоским изображениям.

4. Результаты экспериментальных исследований оптической ИИС
определения составляющих перемещений подвижных объектов на специально
разработанном калибровочном стенде.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной
работы докладывались и обсуждались на Всероссийской науч.-техн. конф.
«Актуальные проблемы радиоэлектроники и

телекоммуникаций» (12.05-13.05.2005г. - Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет), IV Международ, науч.-техн. конф. «Физика волновых процессов и радиотехнические измерения» (3.10 - 9.10.2005г. -Н.Новгород: Нижегородский государственный технический университет), постоянно действующем науч.-техн. семинаре «Информационные, измерительные и управляющие системы» Самарского отделения Поволжского центра Метрологической академии России (2006 - 2007гг. - Самара: Самарский государственный технический университет).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 6 статей (2 по перечню ВАК для кандидатских диссертаций), 3 тезисов докладов на научно-технических конференциях, 4 патента РФ на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертационная работа содержит листов
основного текста, состоит из введения, пяти разделов, заключения и включает в
себя рисунка и таблиц. Библиографический список содержит

наименований и выполнен на страницах. В работе содержится приложений на страницах.

Личный вклад автора. Автор сформулировал ряд задач, решение которых подпадает под реализацию концепции векторных многокомпонентных физических величин, предложил ряд математических моделей, описывающих сложные перемещения подвижных объектов в виде декомпозиции их составляющих, представляющих определенную информационную ценность. Разработал компоненты метода многомерных тестовых объектов, которые связаны с обоснованием формы тестового объекта и обусловили измерительно-вычислительные алгоритмы, необходимые для функционирования ИИС. Принял участие в практической реализации ИИС и обеспечил разработку, монтаж и эксплуатацию установки для калибровки разработанной.

Подобные работы
Ахриев Альберт Хаджиевич
Информационно-измерительная система контроля перемещения движущегося объекта, наблюдаемого с помощью оптической видеокамеры
Заботин Иван Николаевич
Стереоскопическая информационно-измерительная система определения параметров движущихся объектов
Алимбеков Азат Лиерович
Информационно-измерительная система для определения параметров движения объектов с применением алгоритмических способов повышения их точности
Гарипов Вадим Кадимович
Разработка методов и средств построения распределенных информационно-измерительных систем многосвязных объектов
Гусева Галина Вячеславовна
Информационно-измерительная система в составе системы обнаружения объектов
Иванов Юрий Владимирович
Инерциальные измерительные системы параметров движения объектов на основе короткопериодных маятников. Теория и проектирование
Орлов Василий Алексеевич
Инерциальные измерительные системы параметров движения объектов на микромеханических датчиках
Курочкин Сергей Александрович
Методология проектирования информационно-измерительных систем тренажеров подвижных наземных объектов
Семавин Владимир Иванович
Информационно-измерительная система идентификации движения яркостных объектов в реальном времени
Никонов Юрий Юрьевич
Оптоэлектронный метод бесконтактного создания численных образов протяженных трехмерных объектов для информационно-измерительных систем

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net