Авторы: С.Ю. Соловьёв, В.В. Медведев
Источник:«МОЛОДАЯ НАУКА XXI века»: сборник научных работ всеукраинской студенческой научно-технической конференции с международным участием / под общ. ред. С.В. Ковалевского, д-ра техн. наук., проф. – Краматорск: ДГМА, 2012. – 198 с.
В статье предлагается применять фоторегистрацию для контроля геометрических характеристик деталей, обрабатываемых в ГПС. Представлены основные виды погрешностей измерений. Составляющие погрешностей сгруппированы по узлам фоторегистратора, в которых они возникают. Даны пути уменьшения погрешностей фоторегистрации.
В настоящее время в машиностроении с целью увеличения производительности и качества выпускаемой продукции всё чаще применяются гибкие автоматизированные системы. Поскольку в гибком автоматизированном производстве участие человека ограниченно, возникает проблема контроля качества выпускаемой продукции.
Данный вопрос можно разрешить применением промышленной фоторегистрации. Этот метод позволяет дистанционно контролировать правильность выполнения технологических операций, что положительно влияет на охрану труда предприятия и качество продукции.
Поэтому целью роботы стало исследование составляющих погрешностей фоторегистраторов и выявления путей повышения точности и стабильности измерения геометрических параметров детали.
Фоторегистрация открывает широкие перспективы для автоматизации и повышения производительности. В сравнении с широко применяемыми сейчас контрольно-измерительными машинами данный метод позволит проверять детали движущиеся по конвейеру, а также характеризуется большей скоростью измерения и простотой конструкции, то есть будет более универсальным, более производительным и менее дорогостоящим. Современный прогресс дает доступность качественного технического оснащения производства оборудованием для получения и обработки изображений высокого разрешения. В ближайшем будущем нарастающая мощь вычислительной электроники одновременно с усовершенствованием оптики даст основу для высокоточного мониторинга промышленных процессов.
В частности при изготовлении корпусов взрывозащищенного оборудования возникают повышенные требования к контролю плоскостности обработки фланцев. Они обусловлены необходимостью плотного прилегания крышки к корпусу изделия. Примером может быть корпус пускателя взрывозащищенного, показанного на рис. 1. Габариты фланца значительно увеличивают время его измерения традиционными средствами. Поэтому предлагается проводить его контроль методами фоторегистрации.
Рис. 1. – Корпус пускателя взрывозащищенного
Проверка плоскостности данного фланца возможна применением фоторегистрации на основе отражения света. Таким образом, получаем фотографии корпуса с освещением под разными углами (для этого достаточно сместить источник света на определенное расстояние от фотокамеры), луч света отражается от обработанной поверхности и попадает в объектив, при этом учитывая тот факт, что от криволинейной поверхности отражение света будет происходить иначе (угол отражения луча света другой), можно говорить о неплоскостности (кривизне) поверхности.
Однако при измерении имеются погрешности вносимые объективом фотокамеры, матрицей и другими факторами. Данные неточности, их сущность и влияние на измерение приведены в таблице 1. В таблице приведены погрешности, связанные только с фоторегистрационной аппаратурой.
| Название погрешности | Физическая сущность | Следствие погрешности на фотографии | Проблемы, возникающие при фоторегистрации |
|---|---|---|---|
| Погрешности объектива | |||
| Дисторсия | Погрешность оптических систем, при которой линейное увеличение изменяется по полю зрения объектива | Подушкообразность и бочкообразность изображения – растягивание кадра по диагонали и сжимание кадра к центру соответственно | Ошибки при контроле геометрии поверхностей, пространственных отклонений, допусков форм |
| Виньетирование | Ослабление проходящего под углом по отношению к оптической оси потока лучей в оптической системе | Затемнение изображения по краям кадра | Снижение точности измерения размеров или определения геометрии крупногабаритных деталей на границе фотографии |
Хроматические (цветовые) аберрации
2.Поперечные или боковые |
Преломление от длины волны световых лучей попадающих в объектив под углом |
Появление радуги
Нерезкое изображение по краям кадра («фиолетовый ореол») |
Затруднено определение границ крупногабаритных детали на границе фотографии |
Монохроматические (Фон Зейделевские) аберрации
2.Сферо-хроматизм |
Смещения точки фокуса, изображение перестаёт быть сфокусированным в одной точке (возникает из-за того, что линза сферической формы преломляет свет, падающий на нее около края сильнее, чем свет, который попадает по центру или не-далеко от него) Возникает из-за того, что объективы зачастую исправляют сферические аберрации для некоторых длин волн лучше, чем для других |
В областях вне фокуса на переднем плане появляется пурпурный оттенок, а на заднем – зеленый (или наоборот) |
Затруднение определение краёв детали в границах сферохроматизма |
| Кома | Сложная аберрация, которая влияет только на лучи света, которые про-ходят сквозь объектив под углом; лучи не сходятся в чет-кую точку, у них появляется «хвост» | Там, где должна быть четкая точка, появляется комета с размытым хвостом | Сложность замера мелких элементов деталей (отверстий малого диаметра, положение угла детали и т. п.) |
| Астигматизм | Световые лучи, входящие в объектив в сагиттальной плоскости, и лучи, входящие в тангенциальной плоскости, фокусируются в разных местах | Точечный источник света на изображении превращается в подобие линии | Сложность замера мелких элементов деталей (отверстий малого диаметра, положение угла детали и т. п.) |
| Погрешности матрицы | |||
| Разрешение матрицы | Количество пикселей на дюйм | Заметность отдельных пикселей (детализация объекта), реалистичность изображения | Низкая точность замеров размеров |
| Шум матрицы | Случайный характер движения электронов в фототранзисторах матрицы | Цветные искажения, похожие на разноцветные "крапинки" | Низкая точность размеров, определения границ деталей. Регистрация ошибочных мелких элементов деталей. |
| Форма матрицы (аберрация) | На плоскую матрицу проецируется изображение кото-рое должно быть спроецировано на сферу | Подушкообразность и бочкообразность изображения – растягивание кадра по диагонали и сжимание кадра к центру соответственно | Контроль геометрии поверхностей, пространственных отклонений, допусков форм |
| Погрешности обработки изображения | |||
| Артефакты формата jpg | Кодировка с потерей информации | Появление муавра вокруг краев | Ошибки определения формы детали |
| Алгоритмы повышения контрастности | Добавление контуров контрастности | Появление ярких линий на границах деталей | Значительные погрешности измерения размеров |
| Ошибки съёмки | |||
| Блики от контрово-го освещения (отражение от детали) | Попадание в объектив сторонних источников света | Появление белых участков на изображении | Неточность определения элементов детали |
| Расположение камеры под углом к детали | Непопадание участков детали в диапазон резкости фотоаппарата | Снижение резкости на участках изображения | Неточность определения границ элементов детали |
| Разное расстояние от объектива до элементов детали | Элементы детали находятся на разном расстоянии от объектива | Искажение геометрической формы объекта | Погрешность измерения размеров пространственных элементов деталей |
| Вибрации камеры | Вибрации от работающего ОЦ | Размытость границ элементов изображения | Погрешности измерения, неточность определения контуров деталей |
Так, для борьбы с дисторсией, виньетированием применяется специальное программное обеспечение, аберрации устраняются использованием максимально открытой диафрагмы и объективов с постоянным фокусом, для коррекции комы и астигматизма используются сложные оптические системы, элементы которых подобраны так, что они взаимно компенсируют возникающие погрешности. Погрешности связанные с матрицей разрешаются программно, подбором оптимального освещения и совершенствованием самих матриц. Неточности обработки изображений снижаются в результате развития программных алгоритмов. Ошибки при съёмке можно разрешить использованием программ обработки изображений, специальных алгоритмов и устройств гашения вибраций.
Таким образом, искажения объективов, неидеальные условия съемки, воздействие окружающей среды влияют на качество итогового снимка и вызывают погрешности. При высоких требованиях к точности размеров, погрешности должны быть сведены к минимуму. Для снижения погрешностей необходимо организовать благоприятную среду съемки, не нарушив при этом сам производственный процесс. Современное развитие алгоритмов обработки изображений, применение систем искусственного зрения, развитие оптических систем и фототехники в целом, использование качественных источников освещения, систем гашения вибраций обрабатывающих центров, позволяет свести данные погрешности к минимуму, что позволяет производить замеры с достаточно высокой точностью.
ВЫВОДЫ
Фоторегистрацию можно использовать для контроля качества продукции. Её внедрение в производство значительно ускорит контроль геометрических характеристик обработанных деталей. Так же позволит избежать неточности при контроле продукции, связанные с влиянием человеческого фактора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мир цифровой фотографии. Глоссарий [Электронный ресурс] – 2012 – Режим доступа: http://fotomark.at.ua/index/slovar/0-105– Заголовок с экрана.
2. Куприн Н. Контрольно-измерительные машины [Электронный ресурс] – Металлика – 2009 – Режим доступа: http://www.metalika.ua/articles/kontrolno-izmeritelnye-mashiny.html – Заголовок с экрана.
3. Цифровая фотография и качество фотоаппаратов. Дефект цифровых фотоснимков - шум матрицы фотоаппарата [Электронный ресурс] – 2008 – Режим доступа: http://camru.org/articles/digital_photography_4_sensor_noise_and_quality_pictures.html – Заголовок с экрана.
4. Свет и оптические линзы. Исправление аберраций объективов и искажений изображения [Электронный ресурс] – 2007 – Режим доступа: http://www.photo-cams.ru/uchebnik_po_fotografii/svet_i_opticheskie_linzy/ ispravlenie_aberracij_ob_ektivov_i_iskazhenij_izobrazheniya/– Заголовок с экрана.