Методика калибровки системы трехкомпонентного измерения параметров вибраций на основе анализа геометрии следа размытия изображения круглой метки

Григорьев А.В.; Алмаметов В.Б.; Долотин А.И.; Царев А.Г.; Беликов Г.Г.; Гришко А.К.

Министерство образования и науки РФ

Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет

АадижУ{%шсж

ТРУДЫ

МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА

НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО

II то^

ПЕНЗА 2015

УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78

Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:

T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.

ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8

В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.

Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.

Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.

Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.

Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :

Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.

ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8

2. Shishulin D.N., Yurkov N.K., Yakimov A.N. Research of the Vibration Effects on the Mirror Antenna's Radiation Using ANSYS // Modern problems of radioengeneering, telecommunications, and computer science: Proceedings of the International Conference TCSET'2014 25 February — 1 March, 2014. P. 135.

3. Горячев Н.В. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Горячев Н.В., Танатов М.К., Юрков Н.К. // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 3. С. 70-75.

4. Кочегаров И.И. Программный пакет моделирования механических параметров печатных плат / Кочегаров И.И., Таньков Г.В. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 334-337.

5. Патент 2535237 РФ, МПК G01H9/00. Способ измерения вибраций / Држевецкий А.Л., Юрков Н.К., Григорьев А.В., Затылкин А.В., Кочегаров И.И., Кузнецов С.В., Држевецкий Ю.А., Деркач В.А. -№ 2013128327/28; заявл. 20.06.2013.

6. Патент 2535522 РФ, МПК G01H9/00. Способ измерения вибраций / Држевецкий А.Л., Юрков Н.К., Григорьев А.В., Затылкин А.В., Кочегаров И.И., Кузнецов С.В., Држевецкий Ю.А., Деркач В.А. -№ 2013128329/28; заявл. 20.06.2013.

7. Патент 2032218 РФ, МПК G06K9/00. Устройство для селекции изображений объектов / Држевецкий А.Л., Контишев В.Н., Григорьев А.В., Царев А.Г. -№ 4891118/24; заявл. 17.12.1990; опубл. 27.03.1995.

8. Григорьев А.В., Држевецкий А.Л., Баннов В.Я., Трусов В.А., Кособоков А.С. Об ограничениях уровнево-пороговой сегментации полутоновых растровых изображений // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2014. Т. 2. С. 18-21.

9. Григорьев А.В., Држевецкий А.Л., Баннов В.Я., Трусов В.А., Кособоков А.С. Принцип негативно-контурной классификации растровых элементов полутоновых изображений // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2014. Т. 2. С. 21-24.

10. Григорьев, А.В. Горизонтально-положительный анализ элементов плоского сегмента полутонового растрового изображения [Текст] / А.В. Григорьев, А.Л. Држевецкий, В.Я. Баннов, В.А. Трусов,

A.С. Кособоков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 24-27.

11. Григорьев, А.В. Горизонтально-положительный анализ контурных элементов плоской вершины на протяженном убывающем склоне растровой поверхности [Текст] / А.В. Григорьев, А.Л. Држевецкий,

B.Я. Баннов, В.А. Трусов, А.С. Кособоков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 27-30.

12. Григорьев, А.В. Способ обнаружения и идентификации латентных технологических дефектов печатных плат [Текст] / А.В. Григорьев, А.Л. Држевецкий, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 15-19.

13. Григорьев, А.В. Классификация дефектов бортовой РЭА [Текст] / А.В. Григорьев, Е.А. Данилова, А.Л. Држевецкий // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 228231.

14. Кочегаров, И.И. Алгоритм выявления латентных технологических дефектов фотошаблонов и печатных плат методом оптического допускового контроля [Текст] / И.И. Кочегаров, И.В. Ханин, Н.К. Юрков, А.В. Григорьев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 54-57.

УДК 004.932.2

Григорьев А.В., Алмаметов В.Б., Долотин А.И., Царев А.Г., Беликов Г.Г., Гришко А.К. ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

МЕТОДИКА КАЛИБРОВКИ СИСТЕМЫ ТРЕХКОМПОНЕНТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ГЕОМЕТРИИ СЛЕДА РАЗМЫТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ КРУГЛОЙ МЕТКИ

Если, например, при приближении регистрирующего устройства на расстояние радиус изображения метки увеличился на два пикселя, то матрица изображения Ь следующая (рис. 1):

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 IS 19

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 I 1 I

_lu

_I О 0 0

о о о о о о 0 0 0 0 0 0

Рисунок 1 - Бинарная матрица изображения Ьг. Кцим=7пикс

Структура блока анализа изображения метки при отсутствии вибраций представлена на рис. 2.

Функции преобразования структурных блоков блока анализа изображения метки при отсутствии вибраций представлены в табл. 1

Структурные блоки блока анализа изображения метки при отсутствии вибраций Таблица 1

Порядковый номер блока Функция преобразования

1, 4 I J y = j ) i=1J=1

2 I J y = ZZj ■x(i'j) i=1 J=1

3 I j y=ZZi 'x(i'j) i=1 j = 1

5 y-X X VX2

6, 7, 11 y II х 2х

8, 9 y V n

10 y — X2 Х1

В табл. 1 х и у — входное и выходное воздействия блока, соответственно, если этот блок имеет только один вход и (или) только один выход; XI и х2 — воздействия на первом и втором входах блока, соответственно; I и J — количест-

во строк и количество столбцов матрицы изображения х(1,з) на входе блока, соответственно.

Входным воздействием блока 1 (рис. 2) является матрица изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций Ь0. То есть для блока 1 х(1, з)=Ь0(1, 3). Количество пикселей, принадлежащих изображению метки пг0, определяется по формуле:

I з

Про 1)' (1)

I=1л=1

где 1 и 3 — порядковые номера строки в растре и пикселя в строке, соответственно; I и J — количества строк в растре и пикселей в строке, соответственно; §0(1, 3) — функция, принимающая значение, равное единице, если з-й пиксель 1-й строки принадлежит изображению метки при отсутствии вибраций, и нулю — при невыполнении этого условия.

Рисунок 2 - Структура блока анализа изображения метки при отсутствии вибраций

Ьо<ЛЛ = £о<ЛЛ ■

(2)

Таким образом, в соответствии с формулой (1), по окончании сканирования матрицы Ь0 блоком 1 на выходе этого блока установится значение количества пикселей, принадлежащих метке на исходной позиции при отсутствии вибраций пг0. Если матрица Ь0 содержит цифровое изображение круглой метки, радиус которого равен пяти пикселям, то пг0=97пикс2.

Входным воздействием блока 2 (рис. 2) является матрица изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций Ь0. Из функции преобразования блока 2 и формулы (2) следует, что для блока 2:

I з

у=ЕЕЛ Л)

I=1 Л =1

В результате по окончании сканирования изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций Ь0 на выходе блока 2 установится значение параметра Бгз0 — суммы дискретных абсцисс изображения метки при отсутствии вибраций. Если матрица Ь0 содержит цифровое изображение круглой метки, радиус которого равен пяти пикселям, то Бгз0=97 0 .

Входным воздействием блока 3 (рис. 2) является матрица изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций Ь0. Из функции преобразования блока 3 и формулы (2) следует, что для блока 3:

у£о<л л

•=1 Л=1

В результате по окончании сканирования изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций Ь0 на выходе блока 2 установится значение параметра Бг10 — суммы дискретных ординат изображения метки при отсутствии вибраций. Если матрица Ь0 содержит цифровое изображение круглой метки, радиус которого равен пяти пикселям, то Бр1о=97 0.

По окончании сканирования изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций Ь0 блоками 1...4, регистрирующее устройство приближают к плоскости изображения на расстояние Ли1. В результате изображение метки увеличивается и представляет собой уже не матрицу Ь0, а матрицу Ь1 (рис. 1). Эта матрица сканируется блоком 4.

Входным воздействием блока 4 (рис. 2) является матрица изображения метки, приближенной к плоскости изображения на расстояние Ли1, относительно исходной позиции при отсутствии вибраций Ь1. То есть для блока 4 х (1, 3) =Ь1( 1, 3). Количество пикселей пг1, принадлежащих изображению метки, в матрице Ь1 определится по формуле:

(3)

пр1 =ЕЕь1(г',Л)

I=1 Л=1

Сопоставление формулы (3) с функцией преобразования блока 4 (табл. 1) приводит к выводу, что по окончании сканирования матрицы изображения Ь1 блоком 4 на выходе последнего сформируется значение параметра пг1 — количества пикселей, принадлежащих изображению метки при отсутствии вибраций, если расстояние между этой меткой и регистрирующим устройством уменьшено на величину относительно исходного. В примере

(рис. 1) пг1=177пикс2 ■

В статье [1] поставлена задача повышения эффективности передающих антенн СВЧ диапазона за счёт учёта и компенсации влияния внешних воздействий. В работе [2] опубликованы результаты математического моделирования влияния вибраций на излучение антенны.

Задача модернизации антенн с учётом влияния вибрационных воздействий не может быть решена без разработки современных бесконтактных точных средств измерения параметров вибраций.

Задача измерения величин и направлений вибраций актуальна при исследовании динамических характеристик технических систем [3]. Знание этих характеристик необходимо для реализации методик многофакторного обеспечения их надежности [4].

Способы измерения вибраций, с помощью которых данная задача может быть решена, предложены в [5,6]. Эти способы бесконтактного измерения величин и направлений виброперемещений исследуемого объекта в заданных контрольных точках эффективны при измерении вибраций любых объектов, в частности, при измерении вибраций зданий и сооружений, машин и механизмов. Весьма значимый эффект от внедрения данных способов ожидается в области измерения вибраций узлов и модулей радиоэлектронной аппаратуры.

Оба эти способа характеризуются четырьмя основными этапами:

1) нанесением на исследуемый объект при отсутствии вибраций светоотражающих или флюоресцирующих меток круглой формы;

2) регистрацией изображений меток при отсутствии вибраций и определением геометрических параметров этих изображений;

3) регистрацией следов размытия изображений меток при наличии вибраций и определением геометрических параметров этих следов;

4) сравнительным анализом геометрических параметров изображений меток при отсутствии вибраций и следов размытия этих изображений при наличии вибраций с целью определения модулей и направлений векторов амплитуды виброперемещения контрольных точек исследуемого объекта.

Измерение координат центра тяжести изображения области связанных элементов осуществляется способом, предложенным в [7]. След вибрационного размытия метки должен быть представлен в виде бинарного изображения. Преобразование исходного полутонового следа вибрационного размытия метки в бинарное изображение традиционным уровнево-пороговым методом приводит к недопустимо большим погрешностям преобразования. Это связано с тем, что след вибрационного размытия

имеет размытые границы. Поэтому бинаризация следа вибрационного размытия метки осуществляется структурно-разностным методом. Сущность и современное состояние развития этого метода представлено в публикациях [8-11] Методологические основы обработки изображений, применяемые для формирования и маркировки сегментов и кластеров, изложены в публикациях [12-14].

На первый и второй входы блока 5 (рис. 2) поступают значения площади метки Б0, мкм2 и количества пикселей изображения этой метки пг0, соответственно. Таким образом, для блока 5: х1=Б0, х2=пг0. Из функции преобразования блока 5 и формулы:

Рху =

(4)

следует, что на выходе блока 5 реализуется зна чение коэффициента пропорциональности рху формуле:

Аху = Р ху ' ^ху ■

Пусть диаметр метки ^ равен 1мм 1000мкм. Тогда площадь этой метки Б0 равна:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(5) или

пС2 п- 10002 мкм2

= 7,8540-10" мкм2

В рассматриваемом примере Про=97пикс ■ Таким образом,

7,8540-105мкм2 = 89 98 мкм

97пикс

пикс

"р0

На первый и второй входы блока 6 поступают значения количества пикселей изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций пг0 и суммы дискретных абсцисс пикселей этого изо-

бражения Бгз

соответственно (рис. 2). Таким

образом, для блока 6: х1=пг0, х2=БГз0. Из функций преобразования блоков 6 и 2, формулы:

I з

] с0 ~

•=1 л=1_

пр0

(6)

I з

- £>('", л

•=1 Л=1_

пр0

(7)

и формулы (2) следует, что на выходе блока 7 реализуется значение дискретной ординаты центра тяжести 1с0 изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций. В рассматриваемом примере пг0=97, Бр10=97 0 . Из этого следует, что в этом примере значение дискретной ординаты центра тяжести 1с0 изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций: 1с0= Бр10/пр0=97 0/ 97=10. Это значит, что дискретная

ордината центра тяжести изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций в данном примере равна 10. То есть пиксель матрицы Ь0, на который приходится центр тяжести изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций, в данном примере расположен в 10-й строке этой матрицы.

Таким образом, в рассматриваемом примере дискретные координаты пикселя, на который приходится центр тяжести изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций (10,10). То есть, данный пиксель расположен одновременно в десятой строке и в десятом столбце матрицы Ь0 (рис. 3.4).

На вход блока 8 поступает значение пг0, количества пикселей изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций (рис. 2). Таким образом, для блока 8: х=пр0. Из функции преобразования блока 8 и формулы (2.16) следует, что на выходе блока 8 реализуется значение 10, радиуса изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций (рис. 2).

В рассматриваемом примере пр0=97пикс2. Из этого следует, что в этом примере:

0 Про 97ПШСС2 = 5,557^^ . п v п

На вход блока 9 поступает значение пр1, количества пикселей изображения метки, к которой приближено регистрирующее устройство на расстояние Ли1, относительно исходной позиции при отсутствии вибраций (рис. 2). Таким образом, для блока 9: х=пр1. Из функции преобразования блока 9 и формулы:

1,1 =

(8)

и формулы (2) следует, что на выходе блока 6 реализуется значение дискретной абсциссы центра тяжести зс0 изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций. В рассматриваемом примере пр0=97, Бгз0=97 0 . Из этого следует, что в этом примере значение дискретной абсциссы центра тяжести зс0 изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций: зс0= БГз0/пр0=97 0/ 97=10. Это значит, что дискретная абсцисса центра тяжести изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций в данном примере равна 10. То есть пиксель матрицы Ь0, на который приходится центр тяжести изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций, в данном примере расположен в 10-м столбце этой матрицы.

На первый и второй входы блока 7 поступают значения количества пикселей изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций пр0 и суммы дискретных ординат пикселей этого изображения Бр10, соответственно (рис. 2). Таким образом, для блока 7: х1=пр0, х2=Бр10. Из функций преобразования блоков 7 и 3, формулы:

следует, что на выходе блока 9 реализуется значение 1и1, радиуса изображения метки, к которой приближено регистрирующее устройство на расстояние Ли1, относительно исходной позиции при отсутствии вибраций (рис. 2).

В рассматриваемом примере (рис. 1) пр1=17 7. Из этого следует, что в этом примере:

'•1=-П

пВ1 177пикс2

= 7,506пикс

П

На первый и второй входы блока 10 поступают значения радиуса изображения метки на исходной позиции при отсутствии вибраций 10 и радиуса изображения метки, к которой приближено регистрирующее устройство на расстояние Ли1, относительно исходной позиции, при отсутствии вибраций 1и1. (рис. 2). Таким образом, для блока 10: х1=10, х2=1и1. Из функций преобразования блока 10 и формулы:

= 'л -'о (9)

следует, что на выходе блока 10 реализуется значение Ьг1 приращения радиуса изображения метки, при приближении к ней регистрирующего устройства на расстояние Аи1, относительно исходной позиции при отсутствии вибраций.

В рассматриваемом примере 1Л=7,50 6пикс, 10=5,557пикс. Следовательно:

ЬА = '•1 - '0 = 7,506пикс - 5,557пикс = 1,949пикс ■

На первый и второй входы блока 11 поступают значения Ьг1 приращения радиуса изображения метки, при приближении к ней регистрирующего устройства на расстояние Аи1, относительно исходной позиции при отсутствии вибраций и самого этого расстояния, мкм, соответственно (рис. 2). Таким образом, для блока 11: х1=Хи1, х2= Ли1. Из функций преобразования блока 11 и формулы:

р• =

(10)

следует, что на выходе блока 11 реализуется значение р2, коэффициента пропорциональности в формуле:

А, = р,-Ь2 (11)

Л'о =

хУ

с0

ЛИТЕРАТУРА

1. Yurkov N.K., Gorbalysov M.S., Yakimov A.N. The improving of the Radar Detection System under the Influence of External Actions. // Modern problems of radioengeneering, telecommunications, and computer science: Proceedings of the International Conference TCSET'2012 February 2124 2012. P. 186-187.

2. Shishulin D.N., Yurkov N.K., Yakimov A.N. Research of the Vibration Effects on the Mirror Antenna's Radiation Using ANSYS // Modern problems of radioengeneering, telecommunications, and computer science: Proceedings of the International Conference TCSET'2014 25 February — 1 March, 2014. P. 135.

3. Кочегаров И.И. Программный пакет моделирования механических параметров печатных плат / Кочегаров И.И., Таньков Г.В. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 334-337.

4. Юрков, Н.К. Информационная технология многофакторного обеспечения надежности сложных электронных систем [Текст] / Н.К. Юрков, А.В. Затылкин, С.Н. Полесский, И.А. Иванов, А.В. Лысенко // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 4. С. 75-79.