CC BY
3
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ март-апрель 2024 Том 24 № 2 http://ntv.ifmo.ru/
I/ITMO SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL OF INFORMATION TECHNOLOGIES, MECHANICS AND OPTICS ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ
March-April 2024 Vol. 24 No 2 http://ntv.ifmo.ru/en/
ISSN 2226-1494 (print) ISSN 2500-0373 (online)
ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ OPTICAL ENGINEERING
doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-2-171-181 УДК 681.78, 343.77
Методика выбора параметров оптико-электронных систем контроля износа рабочих лопаток паровых турбин по заданной величине суммарной погрешности
Лилиана Сергеевна Родикова1Н, Валерий Викторович Коротаев2, Александр Николаевич Тимофеев3, Виктория Александровна Рыжова4, Антон Андреевич Мараев5, Сергей Васильевич Михеев6
1,2,з,4,5,6 Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация
1 https://orcid.org/0009-0007-4499-5299
2 [email protected], https://orcid.org/0000-0001-7102-5967
3 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-7344-9832
4 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-2682-8311
5 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-7287-0414
6 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-2042-7285
Аннотация
Введение. Оптико-электронные системы контроля износа рабочих лопаток цилиндров низкого давления паровых турбин обеспечивают оценку величины хорды рабочей лопатки в статике на закрытом цилиндре, но не позволяют оценить износ с необходимой погрешностью при валоповороте. Контроль затрудняется тем, что выходная кромка контролируемой лопатки может перекрываться входной кромкой следующей лопатки. Следовательно, требуется задать такое направление видеонаблюдения для каждого сечения, которое обеспечит формирование видеокадров, содержащих изображение лопатки, и будет включать ее входную и выходную кромки. Режим валоповорота требует применения импульсной подсветки передней и задней кромок рабочих лопаток для уменьшения величины смаза изображения. Исходя из этого, важно осуществить выбор фокусного расстояния объектива видеокамеры, диаметра входного зрачка объектива и мощности импульсных источников излучения. Разработка методики параметров системы является актуальной задачей с целью сокращения трудоемкости проектирования систем для различных моделей турбин и технологий применения. Метод. Разработана методика выбора параметров систем контроля износа рабочих лопаток, которая основана на критерии равенства основных составляющих суммарной погрешности величины хорды. При аналитических исследованиях использовались выявленные связи параметров матричного приемника оптического излучения, источников подсветки и оптической схемы с требуемыми характеристиками системы. Компьютерное моделирование процесса преобразования информации в исследуемой системе учитывало связь параметров перемещающихся при валоповороте рабочих лопаток и параметров оптической схемы. Экспериментальная оценка погрешности системы в статике и в динамике на макете лопаточного аппарата использовала многократные измерения после калибровки системы по известным параметрам рабочих лопаток. Основные результаты. Методика обеспечивает при необходимых углах наклона видеозонда требуемое поле зрения и заданную погрешность контроля величины хорды за счет выбираемых матричного приемника оптического излучения, фокусного расстояния объектива видеокамеры, диаметра входного зрачка объектива, мощности источников излучения. На примере, наиболее сильно подверженной износу пятой ступени лопаточного аппарата цилиндров низкого давления турбины большой единичной мощности К-1200, показано, что для предельно допустимых значений углов поворота видеозонда 19° и времени задержки кадровой синхронизации до 0,18 с фокусное расстояние объектива видеокамеры должно быть менее 2,4 мм при времени импульсной подсветки 0,05 с. Компьютерное моделирование показало, что предельная погрешность системы может достигать 0,011 мм, что указывает на возможность уменьшения суммарной погрешности. С использованием разработанной методики выбраны основные элементы и создан макет системы. Сформулированы требования к времени экспозиции и задержки кадровой синхронизации. Обсуждение. Эффективность методики выбора параметров подтверждена экспериментальными исследованиями макета системы, показавшими, что оценка стандартного отклонения случайной составляющей погрешности
© Родикова Л.С., Коротаев В.В., Тимофеев А.Н., Рыжова В.А., Мараев А.А., Михеев С.В., 2024
контроля хорды в динамике составила 0,26 мм, что в три раза меньше, чем у ранее разработанной системы, и удовлетворяет требованиям, предъявляемым при оценке работоспособности рабочих лопаток паровых турбин в процессе эксплуатации и ремонта. Предложенная методика, направленная на достижение требуемой точности контроля, может быть использована разработчиками других оптико-электронных средств бесконтактного контроля линейных размеров деталей, ориентированных неперпендикулярно линии визирования. Ключевые слова
паровые турбины, рабочие лопатки, эрозионный износ, хорда рабочей лопатки, контроль износа рабочей лопатки, оптико-электронная система, выбор параметров
Ссылка для цитирования: Родикова Л.С., Коротаев В.В., Тимофеев А.Н., Рыжова В.А., Мараев А.А., Михеев С.В. Методика выбора параметров оптико-электронных систем контроля износа рабочих лопаток паровых турбин по заданной величине суммарной погрешности // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 2. С. 171-181. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-2-171-181
Selection of parameters of optoelectronic systems for monitoring the wear for steam turbine rotor blading based on the value of the total error Liliana S. Rodikova1H, Valery V. Korotaev2, Alexander N. Timofeev3, Victoria A. Ryzhova4, Anton A. Maraev5, Sergey V. Mikheev6
i,2,3,4,5,6 ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation
1 [email protected], https://orcid.org/0009-0007-4499-5299
2 [email protected], https://orcid.org/0000-0001-7102-5967
3 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-7344-9832
4 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-2682-8311
5 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-7287-0414
6 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-2042-7285
Abstract
Optoelectronic wear monitoring system of rotor blades of steam turbine low-pressure cylinders provide an assessment of the chord value of the working blade in static conditions on a closed cylinder. However, these systems do not allow the operator to assess the wear with the necessary error during shaft rotation. The control process is complicated by the fact that the output edge of the blade is overlapped by the input edge of the next blade; therefore it is necessary to set a scanning direction for each section that will ensure the formation of blade video frames, including both the input and output edges. The shaft rotation mode requires the use of pulsed illumination of the edges of the working blades to reduce the amount of image smudge; therefore it is necessary to select the focal length of the camera lens, the diameter of the entrance pupil of the lens and the power of pulsed radiation sources. The development of a methodology for selecting system parameters will help to reduce the complexity of designing systems for various turbine models and application technologies. Therefore, this is an important task. A methodology has been developed for selecting the parameters of the wear control systems of the working blades, which is based on the criterion of equality of the main components of the total error of the chord value. The analytical studies used the relationship of the parameters of the matrix receiver of optical radiation, illumination sources and the optical circuit with the required characteristics of the system. Computer modeling of the information conversion process in the system under study took into account the relationship between the parameters of the moving blades and the parameters of the optical circuit. The experimental estimation of the system error in statics and dynamics is based on multiple measurements after calibration of the system according to known parameters of the blades. When using the developed methodology, it is possible to achieve the required field of view and a given error in controlling the chord value, due to the choice of: matrix optical radiation receiver, focal length of the camera lens, diameter of the lens entrance pupil, and power of radiation sources. Using the example of the fifth stage of the vane device of the K-1200 high unit power turbine, which is most susceptible to wear, it is shown that for maximum values of the rotation angles of the video probe is 19° and the delay time of frame synchronization is up to 0.18 s, the focal length of the camera lens should be less than 2.4 mm with a pulse illumination time of 0.05 s. Computer modeling has shown that the marginal error of the system can reach 0.011 mm, which illustrates the possibility of reducing the total error. Using the developed methodology, the main elements were selected and a layout of the system was created. The requirements for exposure time and delay time of frame synchronization are formulated. The effectiveness of the parameter selection methodology was confirmed by experimental studies of the system layout, which showed that the estimate of the standard deviation of the random component of the chord control error in dynamics was 0.26 mm, which is three times less than that of the previously developed system and meets the requirements for evaluating the operability of the rotor blades of steam turbines during operation and repair. The proposed technique can be used by developers of other optoelectronic means of contactless control of linear dimensions of parts oriented non-perpendicular to the line of sight. Keywords
steam turbine, rotor blades, erosive wear, rotor blade chord, wear control of the rotor blade, optoelectronic system, parameter selection
For citation: Rodikova L.S., Korotaev V.V., Timofeev A.N., Ryzhova V.A., Maraev A.A., Mikheev S.V. Selection of parameters of optoelectronic systems for monitoring the wear for steam turbine rotor blading based on the value of the total error. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2024, vol. 24, no. 2, pp. 171-181 (in Russian). doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-2-171-181
Введение
Входные кромки рабочих лопаток (РЛ) цилиндров низкого давления (ЦНД) паровых турбин подвергаются сильному эрозионному износу, что ведет к сокращению ресурса их работы и возможным авариям. Это обуславливает необходимость периодического осмотра лопаточного аппарата с целью предотвращения аварий [1].
Применение современных видеоэндоскопов открывает возможности повышения точности бесконтактного контроля параметров формы РЛ при их статическом положении [2-4]. Однако существующие видеоэндоскопы непосредственно не могут применяться для эндоско-пирования лопаточного аппарата в режиме валопово-рота [5], который предполагает вращение ротора без поступления пара в ЦНД. При этом линейная скорость контролируемой области достигает 0,36 м/с, а в видеоэндоскопах не обеспечивается синхронизация видеокадров с положением РЛ.
Оптико-электронные системы контроля износа РЛ (ОЭСРЛ) [6-8] обеспечивают оценку величины хорды РЛ с погрешностью не более 0,9 мм без вскрытия ЦНД при непрерывном вращении ротора в режиме валопо-ворота с частотой до 1 об/мин.
Однако контроль величины хорды РЛ при применении ОЭСРЛ в режиме валоповорота затрудняется тем, что выходная кромка контролируемой лопатки может перекрываться входной кромкой следующей лопатки, поэтому необходимо задавать такое направление видеонаблюдения для каждого сечения, которое обеспечивает формирование видеокадров, содержащих изображение лопатки, включающее ее входную и выходную кромки. В результате хорды контролируемого сечения лопатки ориентированы неперпендикулярно оптической оси системы, а плоскость изображения РЛ не совпадает с плоскостью фоточувствительной площадки приемника. Исходя из этого, в ОЭСРЛ величину хорды приходится определять по расфокусированному изображению лопатки, полученному при требуемом ракурсе видеонаблюдения [9-11].
Режим валоповорота также требует применения импульсной подсветки передней и задней кромок рабочих лопаток для уменьшения величины смаза изображения, что требует одновременного выбора фокусного расстояния объектива видеокамеры, диаметра входного зрачка объектива и мощности импульсных источников излучения.
Исследование сочетания геометрических и временных параметров элементов и ОЭСРЛ в целом, при ее эксплуатации в ограниченном пространстве актуально, поскольку позволяет сократить время оценки износа и диагностики состояния перемещающейся лопатки с требуемой погрешностью контроля не более 0,5 мм1.
Целью работы является разработка методики выбора параметров оптико-электронных систем контроля
1 РД 153-34.1-17.462-00. Методические указания о порядке оценки работоспособности рабочих лопаток паровых турбин в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта. Отраслевой руководящий документ. Утвержден РАО «ЕЭС России». М., ВТИ, 2001.
износа лопаточного аппарата ЦНД паровых турбин на закрытом цилиндре при валоповороте, которая обеспечивает требуемую погрешность контроля величины хорды РЛ посредством сочетания геометрических, энергетических и временных параметров элементов и системы в целом.
Возможности применения разрабатываемой методики оценивались при значениях параметров пятой (последней) ступени лопаточного аппарата ЦНД турбины большой единичной мощности К-1200, которая имеет наибольшие габариты и наиболее сильно подвержена износу, что позволяет находить предельно допустимые значения параметров элементов и ОЭСРЛ в целом.
Работа системы при контроле величины хорды рабочих лопаток
Обобщенная схема рассматриваемых ОЭСРЛ (рис. 1) содержит основные элементы: видеозонд 1, синхродатчик 2, метку 3 и компьютер 4.
Видеозонд 1 включает источники излучения 5 и 6, видеокамеру 7, содержащую объектив 8, и матричный фотоприемник 9. Видеокадр, фиксируемый видеокамерой 7, имеет размытие, ввиду того, что изображение РЛ не совпадает с чувствительной площадкой матричного фотоприемника 9 и из-за перемещения РЛ за время импульсной подсветки.
Цифровой сигнал, в котором содержится информация о проекции РЛ на плоскость матричного фотоприемника, в настоящей работе называется отображением объекта. Работа ОЭСРЛ заключается в обработке компьютером 4 отображений РЛ, получаемых с видеокамеры 7 видеозонда 1 при импульсной подсветке источниками излучения 5 и 6. При этом импульсы подсветки формируются по сигналам синхродатчика 2, основная функция которого — фиксировать моменты угловых положений осей РЛ при их пересечении оптической оси видеокамеры. При этом видеозонд фиксирует изображение первой исследуемой лопатки РЛ! и
Рис. 1. Структурная схема системы и лопаточного аппарата Fig. 1. Block diagram of system and blades unit of turbine
последней исследуемой лопаткой РЛ^ в данной ступени лопаточного аппарата при вращении ротора турбины с частотой V.
Входная и выходная кромки РЛ требуют раздельной подсветки для обеспечения необходимого отношения сигнал/шум в обеих частях видеокадра, поэтому видеозонд содержит два импульсных источника оптического излучения 5 и 6. Контроль эрозионного износа РЛ происходит на основании изменения величины хорды Ь,, которая определяется по координатам точек входной и выходной кромок профиля лопатки в конкретном сечении ,. Вычисление величины хорды и оценка износа РЛ осуществляется с помощью компьютера 4. Полученная информация хранится в базе в течение всего срока эксплуатации турбины.
Особенностью эндоскопирования лопаточного аппарата паровых турбин является то, что видеозонд должен вводиться в межлопаточное пространство на величину Я, для последовательного контроля очередного сечения , , и при этом должен задаваться угол поворота видеозонда у, с учетом угла наклона хорды а,. Угол у,, являющийся углом между нормалью к плоскости осей лопаток (ось 02) и оптической осью видеокамеры, зависит от геометрии конкретного лопаточного аппарата и обусловлен тем, что для обеспечения наблюдения всей хорды АС (рис. 2) в одном кадре необходимо, чтобы лучи от точки С выходной кромки контролируемой лопатки РЛ^ не экранировались поверхностью следующей лопатки РЛ2 и попадали во входной зрачок объектива диаметром Б. Величина угла поворота у, видеозонда в контролируемом сечении в зависимости от конструктивных параметров ЦНД должна иметь величину [8]:
s¡ ( 2пЩ я/г, £> \
уг = ш-^— = агсЫ —-— + — - — - К (1)
г0 \biNsmaj г^Ы 2г0 )
где — величина смещения оптической оси видеокамеры в плоскости осей лопаток для -го контролируемого сечения; Zo — расстояние от главной точки объектива видеокамеры до центра хорды в контролируемом сечении РЛ; Я, — расстояние от контролируемого сечения РЛ до оси ротора; Ь — величина хорды в контроли-
Рис. 2. Ход лучей в оптической схеме оптико-электронной
системы контроля износа Fig. 2. Ray diagram in the optical scheme of the video probe
руемом сечении; N — количество рабочих лопаток в исследуемой ступени ротора; а, — угол наклона хорды.
При изменении угла поворота у, выполним корректировку времени запаздывания tо при захвате видеокадров, которое зависит от линейного смещения центра хорды относительно оптической оси, а также от частоты вращения ротора V:
1 20с^а, О
Si = ¿о +_ _ _
2mRj vbjATsina, 2vN 2ttvä,
. (2)
Исследования показали [8, 9], что для реальных геометрических параметров РЛ наиболее сильно подверженной износу последней ступени лопаточного аппарата ЦНД турбин большой единичной мощности существует такая граничная величина радиуса ЯЬ, при которой угол у, принимает значение [8]
Yi = a.
(3)
Если Я, > Яь, то ось видеокамеры устанавливается перпендикулярно хорде, и изображение хорды будет сформировано на матричном поле анализа, в то время как при Я, < Яь ось видеокамеры невозможно установить перпендикулярно хорде, и плоскость изображения хорды У будет ориентирована под углом к матричному полю анализа У'Б13, что приводит к расфокусировке изображения по краям хорды.
Найдем величину Яь из выражения (1) с учетом соотношения (3)
Rb =
№>,(4z0 + £>sin2a,) 4Ttcosa,(2z0 + è,sina,)
Компьютерное моделирование характеристик ОЭСРЛ с учетом параметров лопаточного аппарата К-1200 (1500 мм > Яi > 2500 мм; 250 мм > Ь , > 150 мм; 25° > а, > 10°) показало, что если Я, < Яъ, то угол поворота видеозонда у, при эксплуатации может достигать 19°, а время запаздывания tо увеличивается до 0,18 с.
Если радиусы контролируемых сечений Я, > Яь, то вычисление величины хорды Ь, осуществляется по величине ее изображения Ь', на матричном фотоприемнике с учетом фокусного расстояния объектива / и рассчитывается по формуле:
b i = (z0 - /cosa^B'//cosa,,
(4)
в то время как для контролируемых сечений при Я < ЯЬ вычисление величины хорды Ь осуществляется по величине проекции Б', ее изображения Ь', на матричном фотоприемнике [8]:
zo
b, =
z02f - (z0 -/cosy,)2x x5',-2sin2(a, - yi)cos2(a,' - y,)
-z02/cosy,
0,5(z0 -/cosy/),5'Jsin2(ai - y,)cos(a,- - y,)cosy, '
(5)
В ранее проведенных исследованиях [11] показано, что уменьшение погрешности контроля возможно на основе использования метода нахождения связной компоненты точек входной и выходной кромок по половине максимального уровня облученности в
бинаризированном отображении РЛ B'¡ на матричном фотоприемнике. Однако в этом случае необходимо учитывать пространственное распределение облученности на матричном фотоприемнике, которое и определяет предельную погрешность ОЭСРЛ.
Предельная погрешность определения величины хорды рабочих лопаток
Под предельной погрешностью ОЭСРЛ следует понимать такую погрешность, для которой единственным ее источником является шумовая погрешность определения координат границ кромок РЛ в проекции изображения на матричном фотоприемнике [12].
При использовании алгоритма определения координат кромок по заданному уровню облученности их предельная погрешность определения координат проекций точек А' и С' изображений кромок РЛ зависит от размера пиксела, уровня внутренних шумов матричного фотоприемника, разрядности аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и методов обработки кадров [13, 14].
Величина среднего квадратического отклонения (СКО) погрешности определения размера хорды на матричном приемнике оптического излучения (МПОИ — digital image sensor, DIS) bbpiS зависит от СКО погрешностей 6BpAS и bBfcS определения координат точек А и С кромок. Основываясь на выражении (5), а также отношении dbpIS/dB[AS, рассчитаем погрешность определения координат точки А :
bbAS = VcosY,-0,5Mn(c,-y,.)-/ ^^ (6) /cos(ot,-y,)
и для точки С кромки:
bbpiS = Vcosy, + Q,5¿,sin(a,-y,)-/ ^ дщ
/cos(a,-y¡)
SB
iC
(7)
Поскольку определение координат границ кромок происходит на едином матричном поле, то выполняется равенство ЗВ'Р® = БВ'РР.8 = ЪВ'Р18 и суммарная величина предельной погрешности определения величины хорды 5Ь,рР рассматривается для расположения оптической оси видеокамеры согласно граничному условию (3). Определим суммарную величину предельной погрешности с учетом нормальности функции распределения составляющих ЪВ'А (6) и ЪВ'/С8 (7):
Sb DIS = V (2zp/cosy,- -ff + 0,5¿>,2sin2(ct¿ - y,) ^ DIS /cosfo-y,)
■ SB'p
(8)
Из выражения (8) следует, что в процессе эксплуатации существенное влияние на погрешность 5ЬР1р будут оказывать величина ЬВ'Р13, которая обусловлена прежде всего отношением сигнал/шум и такими параметрами, как расстояние от объектива до оси РЛ и фокусным расстоянием объектива.
В работах [15, 16] показано, что при разрядности АЦП равной 8, для наиболее распространенных матричных фотоприемников на основе КМОП-структур, СКО погрешности определения координат точек в ото-
бражении объектов зависят от отношения сигнал/шум [13, 17]. Отношение сигнал/шум в диапазоне значений 200 > ц > 5 допустимо аппроксимировать выражением [18]:
SB'PIS = 0,9 p/ц,
(9)
где р — размер пиксела матричного фотоприемника; ц — отношение сигнал/шум.
Выполнено компьютерное моделирование оценок предельной погрешности определения величины хорды РЛ пятой ступени лопаточного аппарата ЦНД турбины большой единичной мощности К-1200 при контроле хорды величиной Ь = 200 мм с расстояний 2о = 120 мм и 20 = 160 мм. Моделирование осуществлено при использовании видеокамеры на основе КМОП-структур с размером пиксела матричного фотоприемника р = 2,25 мкм, частоте кадров равной 70, отношении сигнал/шум не менее 10 дБ, величине фокусного расстояния объектива / = 4,5 мм и разрядности АЦП — 8.
Полученные результаты (рис. 3) показали, что оценки СКО определения координат точки А БЬ^ (кривые 1 и 3) и точки С БЬ С (кривые 2 и 4) кромок РЛ при Я1 = 1750 мм с углом наклона хорды а = 20° отличаются на 35 %. Вместе с тем оценка СКО предельной погрешности 5ЬР|? (кривые 5 и 6) не превышает 0,011 мм.
При увеличении Я величина оценки СКО предельной погрешности 5Ь (кривые 5 и 6) изменяется несущественно (менее 1 %). Следовательно, для анализа погрешностей и выбора параметров системы в целом
0,011
0,009
0,007
¡■¡DIS Obi Л '
Il MS si Dis
ob i с и ob,?. , мм
0,005
1750
1790
1830 Ri, MM
1870
Рис. 3. Графики оценок предельной погрешности определения координат кромки А (кривые 1, 3) 8bpAS и кромки С (кривые 2, 4) 8bpCS хорды рабочей лопатки, а также предельной погрешности определения величины хорды 8bps (кривые 5, 6) в зависимости от радиусов контролируемого сечения R для расстояний z0 =120 мм (кривые 1, 2, 5) и z0 = 160 мм (кривые 3, 4, 6) Fig. 3. Graphs of the limit error of determining coordinates of the edge A (lines 1, 3) SbPf, of the edge C (lines 2, 4) 8bPCS of the chord of the RB, and of the error of determining the value of the chord as a whole Sbpp (5, 6) vs. radii R of the section controlled and values of distances z0 = 120 mm (1, 2, 5) and z0 = 160 mm (3, 4, 6)
можно руководствоваться формулой связи параметров (4), а из выражения (8), и с учетом условия (3), предельную погрешность контроля величины хорды допустимо рассчитать с помощью выражения:
= (zo-/cosa,)V2 ^B'DIS.
/cosa,
(10)
При проектном расчете характеристик ОЭСРЛ, с учетом выбранных параметров объектива видеокамеры и матричного фотоприемника, выражение (10) позволяет находить предельную погрешность контроля величины хорды Ь¡^ для любого контролируемого сечения РЛ Я, при учете выражения (9), включающего и отношение сигнал/шум.
Методика выбора и расчета параметров видеозонда системы
Для достижения требуемой погрешности контроля величины хорды РЛ необходимо обеспечивать выбор и расчет геометрических параметров оптической системы (фокусное расстояние объектива, диаметр входного зрачка оптической системы, и др.), а также энергетических параметров источников оптического излучения, размера матричного поля фотоприемника ¡Ш5, размера пиксела и времени экспозиции.
Предлагаемая методика выбора параметров элементов ОЭСРЛ и ОЭСРЛ в целом базируется на основе критерия равенства влияния основных составляющих суммарной погрешности определения величины хорды ЪЬ'р и содержит следующие этапы: выбор размера площадки фотоприемника и фокусного расстояния объектива видеокамеры; выбор диаметра входного зрачка объектива и мощности источников излучения; выбор требуемого времени экспозиции ^Хр матричного фотоприемника.
Этап 1. Выбор размера фотоприемной площадки и фокусного расстояния объектива видеокамеры. Фокусное расстояние объектива видеокамеры / является одним из основных параметров, который, с одной стороны, обеспечивает в ОЭСРЛ требуемое поле зрения 2р,, а с другой стороны — предельную погрешность контроля величины хорды БЬ,0^ (8).
Поскольку величина поля зрения обеспечивается фокусным расстоянием объектива / и размером фотоприемной площадки фотоприемника ¡013, то из рис. 2 следует:
2ß A = 2arctg
W^o ~/cos(q, - y¿)) 2z0f
(11)
Для обеспечения требуемого диапазона контроля величины хорды (как правило, от 120 мм до 200 мм) из (8) и (11) для случая, когда Я,<Яъ, определим величину фокусного расстояния:
f =
Ipis^zg - 0,5fe,sin(ct, - y,)cosy,]
z0é¿cos(a¿ - y,)cosy, + /ддсову,* ' x[z0 - 0,5b,sin(a, - y,)cosyj
а когда R, > Rb (у, = a,):
Если задать равное влияние основных составляющих погрешности на суммарную погрешность определения величины хорды 5ЬД то в зависимости от количества составляющих т, можно рассчитать допустимую величину предельной погрешности:
ЪЬ^ = 5Ь?/^т.
Для обеспечения требуемой величины суммарной погрешности контроля хорды БЬр и с учетом предельной погрешности определения величины хорды 5Ьг°? в соответствии с выражениями (10) и (9) для выбранного типа матричного фотоприемника, при Я, > Яъ, рассчитаем искомое фокусное расстояние объектива:
f =
l,8pz(fjm
(ц5 bf + 0,9pVm)cosa,
На рис. 4 показаны результаты моделирования зависимостей требуемых фокусных расстояний объектива / от величин расстояний 20 для контролируемых сечений РЛ в ее корневой (кривые 1 и 3) (Я, = 1750 мм) и периферийной (кривые 2 и 4) (Я, = 2090 мм) частях.
Моделирование выполнялось при отношении сигнал/шум равном 5, размере пиксела матричного фотоприемника — 2,25 мкм, размере матричного поля — 7,3 мм, количестве составляющих погрешности — 9 и требуемой погрешности контроля хорды у края РЛ - 5Ь р = 0,1 мм.
На начальном этапе проектирования ОЭСРЛ все расчеты проведены для сечений, близких к корневым сечениям РЛ (кривые 1 и 3), так как для них угол наклона хорды и ее размеры максимальны. Из полученных графиков (рис. 4) следует, что необходимая величина фокусного расстояния объектива(пересечение кривых 1 и 3) равна 2,4 мм при расстоянии от объектива до оси РЛ равном = 106 мм.
Отметим, что при перемещении видеозонда к периферийным сечениям РЛ фокусное расстояние было
f = lDISz0/(b i + lDIS)cosa,.
Z0, MM
Рис. 4. Графики требуемых фокусных расстояний объектива f видеокамеры для корневого (кривые 1, 3) и периферийного (кривые 2, 4) сечений i в зависимости от расстояний от объектива до рабочей лопатки Fig. 4. Graphs of the required focal lengths f of the camera lens for the root section (1 , 3) and for the peripheral section (2, 4) of RB distance from the lens to the RB axis
увеличено до 2,6 мм (пересечение кривых 2 и 4). В этом случае допустимое расстояние от объектива до РЛ изменено до значения 2оор( = 114 мм. При этом в ОЭСРЛ использован объектив с переменным фокусным расстоянием, в противном случае необходимо допустить увеличение погрешности контроля хорды РЛ.
Этап 2. Выбор диаметра входного зрачка объектива и мощности источников излучения. В ОЭСРЛ для реализации требуемых значений погрешности определения величины хорды РЛ БЬ ? требуется обеспечить отношение сигнал/шум ц, которое зависит от величины распределения облученности на фотоприемнике, физических параметров матричного фотоприемника и характеристик РЛ [13, 19].
При выборе матричного фотоприемника необходимо учитывать инвариант Лагранжа-Гельмгольца, который определяет взаимосвязь размера входного зрачка Д поля зрения объектива видеокамеры Ро6, апертурного угла фотоприемника и размера фоточувствительной площадки ¡Ш5 [20]. Тогда размер входного зрачка Д должен быть:
D < (lDISsm$DIS)/2tgßob.
(12)
Из рис. 2 следует, что для возможных параметров аг-, Ь, 2о и при требуемых значениях у I (1) величина угла объектива имеет вид:
, = arctg
0,5ô,cos(a, - у,) zo/cosy,- - 0,5è,sin(a, - уг)
(13)
Тогда из выражений (12) и (13) получим максимально допустимое значение диаметра входного зрачка:
Д < [2гр/со5у,- - т(а, - у,)]/д/5«ш9д/5 (14) Ъгс 08(а,--уг)
Для эффективной работы алгоритма обработки кадров РЛ максимальная величина облученности ЕС в изображении наиболее удаленной точки С кромки РЛ на матричном фотоприемнике должна приближаться к уровню насыщения матричного фотоприемника ЕДЗ, но не превышать его [21-23]. При использовании матричного фотоприемника в различных оптико-электронных системах контроля применим соотношение [20]:
EC = 0,7E,
DIS
(15)
В качестве источников импульсной подсветки целесообразно использовать полупроводниковые источники оптического излучения, у которых диаграмму излучения можно аппроксимировать как ламбертовскую в пределах угла излучения 01/2. Тогда из выражений (13)-(15) получим относительное отверстие объектива видеокамеры:
(г^вшв,,
D__(zp ьшощ
/ [Zo/cosy,+ 0,5Z»,sin(o,-у,)-/]
(16)
/2,8^fcos(a,-y,) I TpicKf,ecos(pIccose,c
где г с — расстояние от источника излучения до выходной кромки С РЛ; ф С — угол между нормалью к поверхности РЛ в точке с кромки и падающим на него пучком оптического излучения (рис. 2); е С — угол между направлением луча и нормалью к кромке в точке С; К — коэффициент корректировки диаграммы излучения источников [20]; Ре — мощность излучения источника излучения; р С — коэффициент диффузного отражения кромки РЛ; т — интегральный коэффициент пропускания оптической системой отраженного излучения от РЛ.
Анализ выражения (16) показал, что для возможных расстояний г о, параметров РЛ (аг-, Ь г), угла поворота видеозонда уг-, величины коэффициента диффузного отражения р С и уровня насыщения матричного фотоприемника ЕДЗ, относительное отверстие объектива Б// находится в пределах от 1/2 до 1/1.
Тогда из выражения (16) следует, что для величин Д// в указанном диапазоне, требуемый уровень мощности источников излучения Ре для подсветки выходной кромки в точке С определяется выражением:
2,8^f/(Z;asine1/2)2cos(a, - у;)
Ре =- , , .
^рКф [го/со б у,- + 0,56,зт(а, - у,) -_/] соэф^сове,0
Полученное выражение позволяет выбрать величину мощности источников излучения для обеспечения необходимой облученности РЛ.
Этап 3. Выбор времени экспозиции кадров. При валоповороте равномерное движение контролируемого сечения РЛ со скоростью Уя^ за время экспозиции /еХр вызывает смаз в изображении [24, 25]. Этот смаз приводит к увеличению размера цифрового отображения лопатки. С учетом несовпадения плоскостей изображения и фотоприемного матричного поля рассчитаем погрешность, вызванную смазом изображения:
5bßmear = Vr ^p/cOS^. - Уг) =
llwRjtexp
cos(a; - у,)
(17)
где V — частота вращения ротора при валоповороте в оборотах в секунду.
Из выражения (17) следует, что погрешность, вызванная смазом БЬ [теаг, пропорциональна радиусу контролируемого сечения и времени экспозиции.
Как отмечено на этапе 1, при равном влиянии всех составляющих погрешностей на суммарную погрешность контроля величины хорды БЬ допустимую величину погрешности от смаза БЬ ртеаг можно рассчитать по формуле:
БЬ/теаг = БЬ (18)
В этом случае из (17) и с учетом (18) определим требуемое время экспозиции (ехр на матричном фотоприемнике:
5Ь,Есо8(а! - у,)
^exp
2nvRfJm
Компьютерное моделирование ОЭСРЛ при частоте вращения ротора V = 1 об/с, числе составляющих погрешности равном 9, требуемой суммарной погреш-
х
5А,Е, мм
Номер РЛ
Рис. 5. Установка для исследования погрешности измерения хорды рабочей лопатки в динамике (а) и оценки среднеквадратического отклонения погрешности определения величины хорды для каждой рабочей лопатки в статике
(кривая 1) и в динамике (кривая 2) (b) Fig. 5. Model for the study of the RB chord value measurement error in dynamics (a), and estimated RMS of the chord value 5ЬгЕ determining error for each RB in statics — graph 1 and in dynamics — graph 2 (b)
ности 5b £ = 0,1 мм показало, что для радиусов контролируемых сечений Rj в диапазоне от 1500 до 2500 мм требуемое время экспозиции texp изменяется в диапазоне от 0,05 до 0,06 с, что в ОЭСРЛ обеспечивается регулировкой времени импульсной подсветки.
Экспериментальные исследования макета системы
Для подтверждения эффективности предложенной методики проведено экспериментальное исследование характеристик элементов образца ОЭСРЛ, сформированной для применения на пятой ступени ЦНД паровой турбины К-1200-6.8/50.
Образец ОЭСРЛ содержал: видеозонд, использующий видеоэндоскоп Мегеон 33251 и имеющий разрешение 640 х 480 пикселов; синхродатчик в виде датчика метки ODY А44А5-49^25С2Ю с зеркальной меткой; источники импульсной подсветки, выполненные в виде светодиодов GNL-5053PGC, и компьютер, реализованный на основе ноутбука Acer Nitro 5 AN515-54-52N7 (Intel Core i5 9300H 2400 MHz). Целью экспериментов являлось исследование величины одного из основных параметров ОЭСРЛ — суммарной погрешности определения величины хорды РЛ 5b £ при валоповороте ротора.
В макете лопаточного аппарата использовано 36 прототипов РЛ (рис. 5, a), напечатанных на 3D-принтере Ultimaker 2 Extended и имеющих величину хорды b j =102,1 ± 0,1 мм. Прототипы РЛ были закреплены равномерно на валу 2, диаметром 200 мм, который устанавливался на автоматической угловой подвижке 3 Standa 8MRB240-152-59. Синхродатчик 4 позволяет определять угловое положение вала 2 с погрешностью 12'.
Подвижка 3 обеспечивала стабильное вращение вала 2 со скоростью 4 об/мин, имитирующее режим валоповорота при равенстве линейной скорости точек поверхности РЛ! с линейной скоростью точки поверх-
ности РЛ пятой ступени ЦНД паровой турбины К-1200 при валоповороте. Расстояние от видеозонда 5, закрепленном на кронштейн 6, до РЛ! составляло 70 мм, время экспозиции 0,014 с. Перед экспериментами проводилась калибровка макета системы по определению масштабного коэффициента на основе измеренных контактными средствами величин хорд каждого из 36 прототипов РЛ.
Оценка погрешности определения хорды с помощью видеозонда производилась по каждой из 36 РЛ по 10 сериям измерений.
Анализ результатов эксперимента показал, что с учетом погрешности изготовления прототипа РЛ, не превышавшей 0,1 мм и отношении сигнал/шум не менее 10 дБ, оценка СКО погрешности контроля величины хорды 5й ^ в статике составила 0,22 мм (кривая 1), а в динамике — 0,26 мм (кривая 2) (рис. 5, Ь). Полученные результаты практически в три раза лучше, чем в ранее разработанной системе [8], что подтверждает эффективность применения предложенной методики выбора и расчета параметров системы.
Заключение
Показано, что предельная погрешность предложенного метода контроля величин хорды рабочих лопаток, основанного на нахождении координат их входной и выходной кромок для отношения сигнал/шум не менее 10 дБ, составляет величину 0,011 мм и более чем на порядок превышает требования к суммарной погрешности определения величины хорды, что доказывает возможности снижения погрешности контроля.
Разработана методика выбора параметров оптико-электронных систем контроля величины хорды рабочих лопаток цилиндров низкого давления паровых турбин на закрытом цилиндре при валоповороте, основанная на равенстве влияния основных составляющих суммарной погрешности определения величины хорды
с учетом угла поворота видеозонда и расстояния до рабочей лопатки, которая содержит:
— выбор фокусного расстояния объектива видеокамеры, обеспечивающего требуемое поле зрения и предельную погрешность контроля величины хорды;
— выбор диаметра входного зрачка объектива и мощности источников излучения, необходимых для обеспечения требуемого уровня подсветки рабочих лопаток в зависимости от расстояния от источников излучения до входной и выходной кромок рабочих лопаток, угла наклона видеозонда, коэффициента диффузного рассеивания излучения кромками рабочих лопаток и максимально допустимого уровня облученности на выбранном матричном фотоприемнике;
— выбор требуемого времени экспозиции матричного фотоприемника, исходя из допустимой величи-
ны скоростного смаза в изображении рабочей лопатки.
Экспериментальные исследования макета, разработанного в соответствии с предложенной методикой, показали, что оценка среднеквадратического отклонения погрешности измерения хорды в статике составила 0,22 мм, а в динамике — 0,26 мм, что лучше, чем в ранее разработанных системах, решающих поставленную задачу. Полученные результаты подтвердили эффективность применения предложенной методики выбора и расчета параметров системы.
Разработанная методика, направленная на достижение требуемой точности контроля, может быть использована разработчиками других оптико-электронных средств бесконтактного контроля линейных размеров деталей, ориентированных неперпендикулярно линии визирования.
Литература
1. Назолин А.Л. Предупреждение аварий и катастроф вращающегося оборудования критически и стратегически важных объектов техносферы (на примере мощных турбоагрегатов атомных и тепловых электростанций): научный доклад / Российская академия наук. М., 2017. 40 p.
2. Geng J., Xie J. Review of 3-D endoscopic surface imaging techniques // IEEE Sensors Journal. 2014. V. 14. N 4. P. 945-960. https://doi. org/10.1109/jsen.2013.2294679
3. Горевой А.В., Мачихин А.С., Хохлов Д.Д., Батшев В.И., Калошин В.А., Перфилов А.М. Применение трассировочной модели оптико-электронной системы для повышения точности стереоскопических эндоскопических измерений // Дефектоскопия. 2017. № 9. С. 44-53.
4. Чичигин Б.А., Гроо И.А. Разработка малогабаритной высокоскоростной системы измерительной дефектоскопии и ее испытание на макетных объектах // Радиотехника и электроника. 2022. Т. 67. № 7. С. 668-675. https://doi.org/10.31857/S0033849422070075
5. Щинников П.А., Ноздренко Г.В., Михайленко А.И., Дворце-вой А.И., Сафронов А.В. Автоматизация технологических процессов на ТЭС и управление ими. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. 291 с.
6. Хаимов В.А., Кокин Е.Ш., Пузырев Е.И., Воронков Е.О., Ганжин В.А. Внедрение системы оперативного контроля и диагностики эрозионного износа рабочих лопаток мощных паровых турбин // Электрические станции. 2006. № 12. С. 32-36.
7. Kasl J., Matejova M., Mrstik J. Failure analysis of rotating blades of lowpressure steam turbine rotors and possibility of prediction corrosion-fatigue ruptures // MATEC Web of Conferences. 2018. V. 188. P. 04020. https://doi.org/10.1051/matecconf/201818804020
8. Shut G.A., Korotaev V.V., Puzyrev E.I., Ryzhova V.A., Timofeev A.N., Akhmerov A.H., Rodikova L.S. Videoendoscopy of working blades of steam turbines and control of their geometrical parameters // Journal of Optical Technology. 2020. V. 87. N 11. P. 677-683. https://doi.org/10.1364/jot.87.000677
9. Малорасходные режимы ЦНД турбины Т-250/300-240 / под ред. В.А. Хаимова. СПб.: БХВ-Петербург, 2007. 240 с.
10. Leiner D. Digital Endoscope Design. SPIE, 2015. https://doi. org/10.1117/3.2235283
11. Шуть Г.А., Пузырев Е.И., Васильева А.В., Васильев А.С., Некрылов И.С., Ахмеров А.Х., Тимофеев А.Н. Комплексная система эндоскопирования для контроля эрозионного износа лопаток паровых турбин // Известия вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63. № 3. С. 228-237. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2020-63-3-228-236
12. Todros K., Hero A.O. Measure-transformed quasi-maximum likelihood estimation // IEEE Transactions on Signal Processing. 2017. V. 65. N 3. P. 748-763. https://doi.org/10.1109/ tsp.2016.2621732
13. Андреев А.Л. Моделирование и расчет автоматизированных видеоинформационных систем наблюдения за объектами: методи-
References
1. Nazolin A.L. Prevention of accidents and disasters of rotating equipment for critically and strategically important technospheric facilities (based on the example ofpowerful turbine units of nuclear and thermal power plants): contribution report. Moscow, RAS, 2017, 40 p. (in Russian)
2. Geng J., Xie J. Review of 3-D endoscopic surface imaging techniques. IEEE Sensors Journal, 2014, vol. 14, no. 4, pp. 945-960. https://doi. org/10.1109/jsen.2013.2294679
3. Gorevoy A.V., Machikhin A.S., Khokhlov D.D., Batshev V.I., Kaloshin V.A., Perfilov A.M. Applying a ray tracing model of an optoelectronic system to improve the accuracy of endoscopic measurements. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2017, vol. 53, no. 9, pp. 660-668. https://doi.org/10.1134/ S1061830917090054
4. Chichigin B.A., Groo I.A. Development of a small-scale high-speed system of measuring defectoscopy and its testing on different objects. Journal of Communications Technology and Electronics, 2022, vol. 67, no. 7, pp. 827-833. https://doi.org/10.1134/ s1064226922070075
5. Shchinnikov P.A., Nozdrenko G.V., Mikhailenko A.I., Dvortcevoi A.I., Safronov A.V. Automation and Management of Technological Processes at Thermal Power Plants. Novosibirsk, NSTU, 2014, 291 p. (in Russian)
6. Khaimov V.A., Kokin E.Sh., Puzyrev E.I., Voronkov E.O., Ganzhin V.A. Implementation of a system for operational monitoring and diagnosis of working blades erosive wear in powerful steam turbines. Electrical Stations, 2006, no. 12, pp. 32-36. (in Russian)
7. Kasl J., Matejova M., Mrstik J. Failure analysis of rotating blades of lowpressure steam turbine rotors and possibility of prediction corrosion-fatigue ruptures. MATEC Web of Conferences, 2018, vol. 188, pp. 04020. https://doi.org/10.1051/matecconf/201818804020
8. Shut G.A., Korotaev V.V., Puzyrev E.I., Ryzhova V.A., Timofeev A.N., Akhmerov A.H., Rodikova L.S. Videoendoscopy of working blades of steam turbines and control of their geometrical parameters. Journal of Optical Technology, 2020, vol. 87, no. 11, pp. 677-683. https://doi.org/10.1364/jot.87.000677
9. Low-Flow Modes of T-250/300-240 LPC Turbine. Ed. by V.A. Khaimov. St. Petersburg, BHV-Petersburg, 2007, 240 p. (in Russian)
10. Leiner D. Digital Endoscope Design. SPIE, 2015. https://doi. org/10.1117/3.2235283
11. Shut' G.A., Puzyrev A.V., Vasileva A.V., Vasilev A.S., Nekrylov I.S., Akhmerov A.K., Timofeev A.N. Integrated endoscopy system for monitoring erosion wear of steam turbine blades. Journal of Instrument Engineering, 2020, vol. 63, no. 3, pp. 228-237. (in Russian). https://doi.org/10.17586/0021-3454-2020-63-3-228-236
12. Todros K., Hero A.O. Measure-transformed quasi-maximum likelihood estimation. IEEE Transactions on Signal Processing, 2017, vol. 65, no. 3, pp. 748-763. https://doi.org/10.1109/tsp.2016.2621732
13. Andreev A.L. Modeling and Calculation of Automated Video Information Systems for Objects Monitoring: Guidelines
ческие указания к лабораторным работам. СПб.: НИУ ИТМО, 2013. 82 с.
14. Uss M., Vozel B., Lukin V., Chehdi K. Potential accuracy of translation estimation between radar and optical images // Proceedings of SPIE. 2015. V. 9643. P. 96430W. https://doi. org/10.1117/12.2194071
15. Tan Q., Kou Y., Miao J., Liu S., Chai B. A model of diameter measurement based on the machine vision // Symmetry. 2021. V. 13. N 2. P. 187. https://doi.org/10.3390/sym13020187
16. Фам Н.Т., Тимофеев А.Н., Коротаев В.В., Рыжова В.А., Родригеш Ж.Ж.П.К. Анализ дополнительных погрешностей оптико-электронной системы контроля положения железнодорожного пути // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 1. С. 15-23. https:// doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-1-15-23
17. Старосотников Н.О., Фёдорцев Р.В. Сравнение по точности алгоритмов определения координат центров изображений в оптико-электронных приборах // Наука и техника. 2018. Т. 17. № 1. С. 79-86. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-1-79-86
18. Pham N.T., Timofeev A.N., Nekrylov I.S. Study of the errors of stereoscopic optical-electronic system for railroad track position // Proceedings of SPIE. 2019. V. 11056. P. 110562F. https://doi. org/10.1117/12.2526081
19. Potapov A.I., Kul'chitskii A.A., Smorodinskii Y.G. Analyzing the accuracy of a device for controlling the position of a rotating plane // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2018. V. 54. N 11. P. 757764. https://doi.org/10.1134/S1061830918110086
20. Коротаев В.В., Мараев А.А., Тимофеев А.Н. Телеориентирование в луче с оптической равносигнальной зоной. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 326 с.
21. Nose A., Yamazaki T., Katayama H., Uehara S., Kobayashi M., Shida S., Odahara M., Takamiya K., Matsumoto S., Miyashita L., Watanabe Y., Izawa T., Muramatsu Y., Nitta Y., Ishikawa M. Design and performance of a 1 ms high-speed vision chip with 3D-stacked 140 GOPS column-parallel PEs // Sensors. 2018. V. 18. N 5. P. 1313. https://doi.org/10.3390/s18051313
22. Stefanov K.D., Clarke A.S., Ivory J., Holland A.D. Design and performance of a pinned photodiode CMOS image sensor using reverse substrate bias // Sensors. 2018. V. 18. N 1. P. 118. https://doi. org/10.3390/s18010118
23. Maraev A.A., Shut G.A., Timofeev A.N., Mikheev S.V., Akhmerov A.Kh., Rodikova L.S., Konyakhin I.A. Effect of illumination on errors in estimation of a rotor blade chord value during intelligent video endoscopy of a closed steam turbine cylinder // Studies in Systems, Decision and Control. 2022. V. 419. P. 169-185 https://doi.org/10.1007/978-3-030-97004-8_13
24. Ting-Fa X., Peng Z. Image motion-blur-based object's speed measurement using an interlaced scan image // Measurement Science and Technology. 2010. V. 21. N 7. P. 075502. https://doi. org/10.1088/0957-0233/21/7/075502
25. Фам H.T., Пантюшина Е.Н., Тимофеев А.Н., Васильев А.С., Динь Б.М. Влияние скорости движения оптико-электронной системы на погрешность контроля положения железнодорожного пути // Известия вузов. Приборостроение. 2018. Т. 61. № 9. С. 814-822. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2018-61-9-814-822
for laboratory work. St. Petersburg, NIU ITMO, 2013, 82 p. (in Russian)
14. Uss M., Vozel B., Lukin V., Chehdi K. Potential accuracy of translation estimation between radar and optical images. Proceedings of SPIE, 2015, vol. 9643, pp. 96430W. https://doi. org/10.1117/12.2194071
15. Tan Q., Kou Y., Miao J., Liu S., Chai B. A model of diameter measurement based on the machine vision. Symmetry, 2021, vol. 13, no. 2, pp. 187. https://doi.org/10.3390/sym13020187
16. Pham N.T., Timofeev A.N., Korotaev V.V., Ryzhova V. A., Rodrigues J.J.P.C. An analysis of additional errors of the optical-electronic system for monitoring the railway track position. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2021, vol. 21, no. 1, pp. 15-23. (in Russian). https://doi. org/10.17586/2226-1494-2021-21-1-15-23
17. Starasotnikau M.A., Feodortsau R.V. Accuracy comparison of algorithms for determination of image center coordinates in optoelectronic devices. Science аnd Technique, 2018, vol. 17, no. 1, pp. 79-86. (in Russian). https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-1-79-86.
18. Pham N.T., Timofeev A.N., Nekrylov I.S. Study of the errors of stereoscopic optical-electronic system for railroad track position. Proceedings of SPIE, 2019, vol. 11056, pp. 110562F. https://doi. org/10.1117/12.2526081
19. Potapov A.I., Kul'chitskii A.A., Smorodinskii Y.G. Analyzing the accuracy of a device for controlling the position of a rotating plane. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2018, vol. 54, no. 11, pp. 757-764. https://doi.org/10.1134/S1061830918110086
20. Korotaev V.V., Maraev A.A., Timofeev A.N. Beam Ride Using an Optical Equal-Signal Zone. St. Petersburg, ITMO University, 2015, 326 p. (in Russian)
21. Nose A., Yamazaki T., Katayama H., Uehara S., Kobayashi M., Shida S., Odahara M., Takamiya K., Matsumoto S., Miyashita L., Watanabe Y., Izawa T., Muramatsu Y., Nitta Y., Ishikawa M. Design and performance of a 1 ms high-speed vision chip with 3D-stacked 140 GOPS column-parallel PEs. Sensors, 2018, vol. 18, no. 5, pp. 1313. https://doi.org/10.3390/s18051313
22. Stefanov K.D., Clarke A.S., Ivory J., Holland A.D. Design and performance of a pinned photodiode CMOS image sensor using reverse substrate bias. Sensors, 2018, vol. 18, no. 1, pp. 118. https:// doi.org/10.3390/s18010118
23. Maraev A.A., Shut G.A., Timofeev A.N., Mikheev S.V., Akhmerov A.Kh., Rodikova L.S., Konyakhin I.A. Effect of illumination on errors in estimation of a rotor blade chord value during intelligent video endoscopy of a closed steam turbine cylinder. Studies in Systems, Decision and Control, 2022, vol. 419, pp. 169185 https://doi.org/10.1007/978-3-030-97004-8_13
24. Ting-Fa X., Peng Z. Image motion-blur-based object's speed measurement using an interlaced scan image. Measurement Science and Technology, 2010, vol. 21, no. 7, pp. 075502. https://doi. org/10.1088/0957-0233/21/7/075502
25. Pham N.T., Pantyushina E.N., Timofeev A.N., Vasilev A.S., Dinh B.M. Influence of the speed of the optical-electronic system movement on the control error of the railway track position. Journal of Instrument Engineering, 2018, vol. 61, no. 9, pp. 814-822. (in Russian). https://doi.org/10.17586/0021-3454-2018-61-9-814-822
Авторы
Родикова Лилиана Сергеевна — аспирант, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, sc 57225009764, https://orcid.org/0009-0007-4499-5299, [email protected] Коротаев Валерий Викторович — доктор технических наук, профессор, профессор, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, sc 6603855670, https://orcid.org/0000-0001-7102-5967, [email protected]
Тимофеев Александр Николаевич — кандидат технических наук, доцент, старший преподаватель, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, sc 57189271286, https:// orcid.org/0000-0002-7344-9832, [email protected] Рыжова Виктория Александровна — кандидат технических наук, доцент, доцент, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, sc 57195127229, https://orcid.org/0000-0002-2682-8311, [email protected]
Authors
Liliana S. Rodikova — PhD Student, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation, sc 57225009764, https://orcid.org/0009-0007-4499-5299, [email protected]
Valery V. Korotaev — D.Sc., Full Professor, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation, sc 6603855670, https://orcid. org/0000-0001-7102-5967, [email protected]
Alexander N. Timofeev — PhD, Associate Professor, Senior Lecturer, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation, sc 57189271286, https://orcid.org/0000-0002-7344-9832, timofeev@ itmo.ru
Victoria A. Ryzhova — PhD, Associate Professor, Associate Professor, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation, sc 57195127229, https://orcid.org/0000-0002-2682-8311, victoria_ryz@ itmo.ru
Мараев Антон Андреевич — кандидат технических наук, ассистент, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, sc 55803972300, https://orcid.org/0000-0002-7287-0414, [email protected]
Михеев Сергей Васильевич — кандидат технических наук, ассистент, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация, https://orcid.org/0000-0002-2042-7285, [email protected]
Anton A. Maraev — PhD, Assistant, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation, sc 55803972300, https://orcid.org/0000-0002-7287-0414, [email protected]
Sergey V. Mikheev — PhD, Assistant, ITMO University, Saint Petersburg, 197101, Russian Federation, https://orcid.org/0000-0002-2042-7285, [email protected]
Статья поступила в редакцию 23.01.2024 Одобрена после рецензирования 05.02.2024 Принята к печати 24.03.2024
Received 23.01.2024
Approved after reviewing 05.02.2024
Accepted 24.03.2024
Работа доступна по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial»
