Введение к работе
Актуальность работы. На современном уровне производства контроль изделий по их изображению составляет 50-80% от общего объема контролируемых операций, которые в основном выполняются человеком. В результате велики трудозатраты на их осуществление, снижается объективность и ценность контроля.
Повышение эффективности производства требует применения более современных и быстродействующих' методов контроля изделий по их изображению, при этом предпочтение отдается оптико-телевизионным методам контроля с помощью систем технического зрения (СТЗ).
Постоянное совершенствование СТЗ сопровождается внедрением средств вычислительной техники. Автоматические регистрирующие устройства на базе ЭВМ позволяют получить более точные результаты и являются более производительными.
Вопросам автоматизации технологического контроля и Методам оптического дефектоскопирования посвящены труды отечественных ученых В.В.Клюева, Е.П.Попова, В.А.Лопухина, Б.М.Сорочкина и других. Теоретические основы и практика применения СТЗ в робототехнике для визуального контроля изложены в работах А.Н.Писаревского, А.Ф.Чернявского, Ю.Г.Якушенкова, В.М.Валькова. Практике применения телевизионной техники и устройств обработки изображений для СТЗ посвящены работы Л.И.Хромова, А.К.Цыцулина, А.Н.Куликова, А.Я.Рыфтина, А.В.Балягина, Д.К.Шелеста, В.И.Сырямкина, В.С.Титова и других ученых.
В настоящее время в области применения СТЗ для автоматизации контроля изделий по их изображению, несмотря на достигнутые значительные успехи, образовался некоторый застой. Однако, экономическая ситуация в отечественной промышленности ни в коей мере не тормозит внедрение и совершенствование подобных систем в промышленно развитых странах. Тем не менее, использование отечественных и импортных СТЗ часто не обеспечивает выполнения комплекса требований, выдвигаемых при внедрении СТЗ в производство.
Задачи контроля устройств радиотехники и средств связи
отличаются от традиционных задач обработки изображений тем, что
классификация изделий на бездефектные и содержащие дефект дается
нечетко, возможные размеры дефектных областей одного и того же
изделия колеблются в широких пределах, не все операции контроля
поддаются автоматизации. При применении методов
дефектоскопирования необходим учет типа производства, времени
4 контроля, анализ внешних воздействий и степени точности систем контроля. Автоматизация контроля требует разработки новых систем на базе современных вычислительных средств и телевизионных датчиков.
Наиболее перспективными датчиками изображения для СТЗ являются фоточувствительные приборы с зарядовой связью (ФПЗС). Однако, данные о комплексной оценке точности систем с таким датчиком,- в том числе и импортных, при использовании его для оптико-телевизионного контроля на соответствие существующим стандартам и требованиям современного производства недостаточны.
Остается открытым вопрос о точности контроля геометрии объектов с помощью ФПЗС при нестабильных внешних' условиях и контроле динамических изображений, а также выборе оптимальных режимов работы датчика с целью получения максимальной достоверности получаемых результатов.
Таким образом, создание отечественных и применение импортных СТЗ остается актуальной потребностью производства. Существующие и вновь разрабатываемые методы оптико-телевизионного контроля с помощью СТЗ на базе ФПЗС требуют теоретического обобщения и анализа точностных характеристик при их использовании в различных производственных условиях. Проектирование измерительных систем . для технологических процессов требует дополнительной оценки условий измерения и разработки методов, компенсирующих погрешности, возникающие в. результате различных факторов производства.
Целью работы является комплексное исследование факторов производства, влияющих на достоверность контроля линейных размеров телевизионной СТЗ на ФПЗС, разработка методов, повышающих точность измерений, создание методики нормирования метрологических характеристик систем на ФПЗС.
Защищаемые положения: 1) точность измерений линейных размеров, по формируемому ФПЗС изображению объекта, можно повысить, применив разностный метод определения .границы изображения, либо метод расфокусировки; 2) уменьшения погрешности и стабилизации контраста изображения в условиях изменения освещенности, движения, -или вибрации объекта контроля добиваются оптимизацией режима накопления ФПЗС; 3) применение двух синхронно работающих телекамер на ФПЗС позволяет организовать дефектоскопирование динамических объектов в реальном масштабе времени; 4) при оценке погрешности измерений линейных размеров с
доверительной вероятностью р>0,9 для получения более достоверных результатов целесообразно оценить форму закона распределения погрешности.соответствующего ей коэффициента К перехода от среднеквадратического отклонения к предельной погрешности, оптимальный объем выборки и центр распределения погрешности с помощью ЭВМ по методике приближенной машинной идентификации формы распределения погрешности; 5) нормирование метрологических характеристик измерительных систем телевизионного типа сдедует проводить по предложенной методике и' разработанному программному обеспечению.
Научная новизна. В диссертационной работе приведен анализ и классификация оптико-телевизионных методов контроля изделий радиотехники с позиции применения СТЗ для измерения линейных размеров компонентов РЭА; выполнена оценка свойств СТЗ на ФПЗС, как информационно-измерительной системы; выявлены основные источники погрешностей при измерении линейных геометрических характеристик объектов в условиях производства и разработана методика их расчета для аналогичных систем обработки изображения; предложены и обоснованы методы повышения точности измерений линейных размеров стационарных и динамических объектов при изменении освещенности, скорости перемещения, характеристик вибрации объекта контроля.
Практическая ценность. Результаты работы легли в основу создания СТЗ-У2Д на двух, синхронно работающих телекамерах для контроля стационарных и динамических объектов с автоматической регулировкой чувствительности ФПЗС, позволяющей контролировать динамические объекты в реальном масштабе времени и адаптируемой к условиям освешенности в зоне контроля; предложена инженерная методика расчета ожидаемой погрешности для измерителей линейных размеров на ФПЗС при измерении статических и динамических объектов; разработан пакет прикладных программ для снятия характеристик телекамеры, необходимых для определения пригодности ее в качестве измерительного датчика и пакет программ, метрологической аттестации для оценки свойств СТЗ, как измерительной системы.
Реализация работы. Материалы диссертации использованы в научно-исследовательских работах при создании систем технического зрения СТЗ-1 (информационный листок о научно-техническом достижении № 86-0988), СТЗ-2 (№ 99-88) и НИР (№ 0910004431). Результаты работы в виде инженерных методик и СТЗ
использовались на предприятиях НПО "Комплекс" г. Новгород и НПО "Орион" г. Москва, АО "Планета-НМЗ" г. Новгород. Годовой экономический эффект от внедрения на НЛО "Комплекс" составил 42 тыс. руб. в ценах 1990 г- Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения СТЗ-У2Д на АО "Планета-НМЗ" составит около 1млн. 340 тыс. руб. в ценах 1994 г.
Методика исследований. Теоретические и экспериментальные исследования, изложенные в диссертационной работе, основаны на использовании аппарата теории сигналов, теории обработки изображений, теории оптимизации, теории вероятности и математической статистики, математического программирования.
Апробация работы Основные результаты диссертацонной работы обсуждались на НТК "Проблемы адаптации промышленных роботов и РТК". (г.Минск, 1988); НТК "Теория и практика конструирования микропроцессорных систем технического зрения" (г.Москва, 1989); НТК "Актуальные проблемы развития радиотехники, электроники и связи" (г.С-Петербург, 1992); международной НТК "Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации" (г.Курск, 1993).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 17 работ, в том числе получено 6 авторских свидетельств на изобретения.
" , Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованных источников и приложений, и содержит 170 страниц машинописного текста, 31 рисунок, 3 таблицы.
