Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

О. А. ЗАЯКИН

Автоматизация оптических измерений

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Учебное пособие по дисциплине М2.В.3 «Проектирование автоматизированных систем научных исследований» направления 230100.68 «Информатика и вычислительная техника»

Самара

Издательство СГАУ

2013, С неопубл. Испр. 2017

УДК СГАУ 531.717.81 (088.8) (520)

Ббк сгау 34.9

З 407

Рецензенты:

к. ф.-м. н. зав. лаб. С. П. Котова,

к. т. н. доцент В. Н. Гришанов

Заякин, О. А.

З 407  Автоматизация оптических измерений: учебное пособие [Электронный ресурс] /О. А. Заякин.– Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2013. – 208 с.: ил.– 1 электрон. опт. диск (CD ROM); [идентичная он-лайн версия 2013 г.URL:http://www.ssau.ru/files/education/uch_posob/%D0%90%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F%20%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85-%D0%97%D0%B0%D1%8F%D0%BA%D0%B8%D0%BD%20%D0%9E%D0%90.pdf].ISBN 978-5-7883-0948-4. [здесь в папке приведена неопубл. версия с исправлениями 2017 г.].

Рассмотрены вопросы автоматизации оптических измерений с целями прикладных научных исследований и производственного контроля.

Рассмотрение вопросов проведено на примере автоматизированной системы, относящейся к областям измерений геометрических величин и оптимизированной для задачи контроля локальных поверхностных дефектов и отклонений геометрической формы деталей подшипников.

Предназначено в помощь студентам, обучающимся дисциплине «Проектирование автоматизированных систем научных исследований» согласно учебному плану магистерской подготовки 230100.68-2011-О-П-2г00м Самарского государственного аэрокосмического университета по направлению 230100.68 «Информатика и вычислительная техника». Может быть полезно студентам, обучающимся по специальностям, связанным с оптикой, квантовой электроникой и менеджментом качества.

УДК СГАУ 531.717.81 (088.8) (520)

ББК СГАУ 34.9

ISBN978-5-7883-0948-4© Самарский государственный

аэрокосмический университет, 2013

Сведения об авторе

Заякин Олег Александровичкандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории моделирования и автоматизации лазерных систем Самарского филиала Физического института РАН (СФ ФИАН), доцент кафедры информационных систем и технологий Самарского государственного аэрокосмического университета (СГАУ). Область научных интересов: лазерные измерения геометрических величин, когерентная оптика, жидкокристаллическая адаптивная оптика.

Результаты его работы нашли отражение в 40 научных работах, в том числе в патенте на изобретение, выступлениях более чем на 10 международных, и региональных конференциях и симпозиумах.

Являлся руководителем более 40 дипломных проектов и работ.

Содержание

Стр.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ………………....	6
ПРЕДИСЛОВИЕ ……………………………………………………..…...	8
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………….…..	11
1  ДВУМЕРНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ТРИАНГУЛЯТОР ………………………..	15
1.1 Сбор данных …………………………………………………………..	15
1.2 Обработка данных …………………………………………………….	21
1.3 Программное обеспечение …………………………………….……...	25
1.3.1 Программа сбора данных ……………………………………………	26
1.3.2 Программа обработки данных ………………………………………	32
1.3.3 Программа статистической обработки результатов измерений ……	36
1.3.4 Результаты работы программы статистической обработки измерений …………………………………………………………………..	37
1.4 Требования к качеству контролируемой детали по отклонениям геометрической формы поверхности вращения ……………………..….	43
1.5 Требование к погрешности измерительного канала автоматизированной системы ………………...………………………….	46
1.5.1 Требования к производственному контролю ………………………	46
1.5.2 Требования к погрешности измерений ……………………………..	48
1.6 Влияние локальных дефектов на погрешность измерительной информации ………………………………………………………………..	49
1.7 Сравнительный анализ кругломеров различного типа ……………..	51
2  ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА ДВУМЕРНОГО ЛАЗЕРНОГО ТРИАНГУЛЯТОРА …………..………..	54
2.1 Проектирование источника излучения ……………………………….	54
2.2 Влияние шумов на характеристики измерительного канала ………..	54
2.3 Возможные пути увеличения чувствительности и уменьшения погрешности автоматизированной системы ……………………………..	61
2.4 Оценка влияния шумов измерительного канала …………………….	63
3  ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ДВУМЕРНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ТРИАНГУЛЯТОРОМ ПРИ БОЛЬШИХ ОТКЛОНЕНИЯХ ОТ КРУГЛОСТИ ……………………………………………………………	65
4  ПРИМЕР ИНФОРМАЦИОННОГО РАСЧЕТА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ………………………………..	71
5  КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ …………………………….	75
5.1 Современное состояние ………………………………………………..	75
5.2 Перспективы ……………………………………………………………	77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………….….	79
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ……………..……...	81
ПРИЛОЖЕНИЕ А  Обработка данных в двумерном лазерном триангуляторе …………………………………………………………….	85
ПРИЛОЖЕНИЕ Б  Преобразование пучка света в оптической системе в приближении геометрической оптики ………………………………..	91
ПРИЛОЖЕНИЕ В  Описание сфокусированного пучка света лазера ..	97
ПРИЛОЖЕНИЕ Г  Листинг программы численного расчета изменения величин информативных параметров двумерного лазерного триангулятора под влиянием электронных шумов ……………………….	118
ПРИЛОЖЕНИЕ Д  Обработка данных в двумерном лазерном триангуляторе при больших отклонениях от круглости …………………	136
ПРИЛОЖЕНИЕ Е  Примеры приложений к техническому заданию на дипломное проектирование ……………………………………………….	142
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж  Руководство пользователя программы обработки данных «2009Mmod» ……………………………………………………….	156
ПРИЛОЖЕНИЕ И  Листинг программы обработки данных «2009Mmod» ………………………………………………………………..	166
ПРИЛОЖЕНИЕ К  Файл данных от детали с гранностью ……………….	200