Оптико-электронные и лазерные системы КТИ НП для контроля и обработки изделий ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»

Верхогляд А.Г.; Завьялов П.С.; Макаров С.Н.; Чугуй Ю.В.; Михалкин В.М.; Халиманович В.И.

"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

ников, можно установить возможное наихудшее значение резонансных частот и, проведя на ее основе механический анализ при синусоидальной, случайной и ударной нагрузках, определить критические значения запаса прочности.

Результаты мо

Такой подход позволяет выявить самые слабые места конструкции и доработать ее еще на этапе разработки. Тем самым гарантируется, что прибор выдержит все механические нагрузки при эксплуатации.

Таблица

тьного анализа

Тип модели Частота, Гц, по модам

1 2 3 4

Идеализированная модель 96,834 96,857 164,89 411,66

Усовершенствованная модель 86,891 88,482 171,81 423,12

A. A. Vasilcov, I. C. Kostarev, V. S. Dmitriev, G. N. Gladyshev OJSC «Scientific-Production Center «Polus», Russia, Tomsk

TECHNOLOGICAL ERRORS IMPACT ON DYNAMICS OF THE ELECTRIC MOTOR-FLYWHEEL

The influence of technological errors of the electric motor-flywheel on the level of undesirable vibrations arising in its design, pressure, moving is considered at its operation. The way to estimate technological errors at a design stage of the electric motor of a flywheel is offered.

УДК 681.7:004.9

А. Г. Верхогляд, П. С. Завьялов, С. Н. Макаров, Ю. В. Чугуй Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Новосибирск

В. М. Михалкин, В. И. Халиманович ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ И ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ КТИ НП ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ОАО «ИНФОРМАЦИОННЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ» ИМЕНИ АКАДЕМИКА М. Ф. РЕШЕТНЕВА»

Рассмотрен метод формирования профиля антенны, при котором испаряемый за один лазерный импульс элемент поверхности имеет размеры в десятки или даже сотни раз меньше размеров минимального элемента формируемой топологии. Технология формирования минимального элемента топологии заключается в том, что происходит его оконтуривание, а затем испарение внутренней части. Перемещение лазерного пятна при этом производится с помощью прецизионного быстродействующего сканера. Для контроля геометрии формируемых изделий предлагается использовать лазерный интерференционный дальномер с уникальной совокупностью характеристик, разработанного в КТИ НП. Для решения задачи измерения деформаций узлов и деталей космических аппаратов при значительных перепадах температур (до криогенных) в сообщении рассматривается использование бесконтактных оптико-электронных систем типа 3D-PulsESPI Q-600 фирмы Dantec Dynamics или PulsESPI системы фирмы Steinbichler Optotechnik GmbH.

Развитие систем связи, космической техники требует разработки технологии создания и контроля большеразмерных (диаметром в несколько метров) прочных и легких (масса не более нескольких килограмм) антенн с заданными диаграммой направленности и поляризационными свойствами. Одной из наиболее перспективных технологий синтеза таких антенн является технология нанесения на заранее сформированную из углепластика поверхность (ее форма может быть достаточно сложной) тонкой металлической пленки с последующим удалением части пленки в соответствии с заранее рассчитанной конфигураци-

ей. Эта технология требует прецизионной аппаратуры для позиционирования исполнительного элемента. Так, для антенн миллиметрового диапазона сформированная топология должна отличаться от расчетной не более чем на несколько десятков микрон по всему полю антенны, а при удалении пленки должно обеспечиваться хорошее сцепление между пленкой и поверхностью на оставшихся после удаления участках. Эти требования удовлетворяются при использовании многокоординатного лазерного технологического комплекса (ЛТК), оснащенного мощным импульсным лазером [1; 2]. В этом случае возможны два различ-

Решетневскце чтения

ных с точки зрения технологии испарения и параметров технологического лазера подхода. Согласно первому из них на обрабатываемой поверхности формируется пятно лазерного излучения заданной геометрии (обычно форма и размеры пятна совпадают с формой и размерами минимального элемента формируемой топологии), а параметры лазерного импульса (длительность, энергия) обеспечивают испарение элемента пленки за один импульс, без перевода в жидкую фазу и без передачи значительного количества энергии к необработанным участкам [3].

В предлагаемом сообщении для формирования профиля антенны используется второй подход, при котором испаряемый за один лазерный импульс элемент поверхности имеет размеры в десятки или даже сотни раз меньше размеров минимального элемента формируемой топологии. Соответственно энергия единичного импульса также мала, соответственно мала и передача энергии к близлежащим областям. Форма импульса не имеет определяющего значения с точки зрения точности соблюдения формируемой топологии. Производительность обработки при таком подходе обеспечивается за счет высокой (до 105) частоты повторения лазерных импульсов. Технология формирования минимального элемента топологии заключается в том, что происходит его оконтурива-ние, а затем испарение внутренней части. Перемещение лазерного пятна при этом осуществляется с помощью прецизионного быстродействующего сканера. Формируется последующий элемент после перемещения исполнительного элемента ЛТК.

Для контроля геометрии формируемых изделий необходимы технические средства контроля. Требования, которые предъявляются к таким средствам, следующие: бесконтактность проводимых измерений, высокое быстродействие, низкая погрешность измерений, возможность работы с диффузно рассеивающими поверхностями и возможность регистрации физических характеристик (например, локального коэффициента отражения поверхности). Для создания таких измерительных систем перспективным является использование лазерного интерференционного дальномера. Такой дальномер был разработан в КТИ НП со следующими параметрами:

минимальное измеряемое расстояние Lmm, м максимально измеряемое расстояние Lmax, м время единичного измерения ^, мкс

погрешность единичного измерения с1 (стандартное отклонение), мкм, не более 200 время полного измерения T2, с случайная погрешность полного измерения с2 (стандартное отклонение), мкм, не более

максимальная допустимая пиковая скорость перемещения объекта (вибрации), за время полного измерения (T2), мкм/с, не более 12

Тип поверхности: диффузно рассеивающая свет (по закону Ламберта) с коэффициентом серости a = 0,5 (Такой тип поверхности можно принять за некоторый стандарт типа поверхности и затем сравнивать другие поверхности с иным типом отражения света. Примерами такой поверхности являются белая бумага, толстый лист фторопласта.).

Для решения задачи измерения деформаций узлов и деталей космических аппаратов при значительных перепадах температур (до криогенных) в сообщении рассматривается использование бесконтактных оптико-электронных систем контроля деформаций объектов на основе цифровой корреляционной обработки изображений и на основе лазерной спекл-интер-ферометрии. Показано, что для измерения термодеформаций крупных объектов (до 1,5 м) с низким коэффициентом линейного расширения (размероста-бильный углепластик) наиболее применимы методы и системы на основе импульсной лазерной спекл-интерферометрии (PulseESPI), позволяющие контролировать термодеформации объектов с субмикронной точностью. Современные системы типа 3D-PulsESPI Q-600 фирмы Dantec Dynamics или PulsESPI системы фирмы Steinbichler Optotechnik GmbH производят 3D-измерения вектора деформаций объектов размером до 1,5 м. В докладе рассматривается применение этих систем для указанных целей.

Библиографические ссылки

1. Металлообработка'89. München : Carl Hansen Verlag, 1989.

2. Introduction to Industrial Laser Material Processing // ROFIN SINAR LASER. 1998. Р. 93.

3. Верхогляд А. Г. Лазерное микропрофилирование поверхности // Гео-Сибирь-2007. Т. 4. Ч. 1. Специализированное приборостроение, метрологи2я, теплофизика, микротехника : сб. мат. междуна2р5. науч. конгресса. Новосибирск : СГГА, 2007. С. 64-69.

A. G. Verkhogliad, P. S. Zavialov, S. N. Makarov, Yu. V. Chugui Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Russia, Novosibirsk

V. M. Mikhalkin, V. I. Khalimanovich JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

OPTOELECTRONIC AND LASER SYSTEMS FOR JSC «ACADEMICIAN M. F. RESHETNEV «INFORMATION SATELLITE SYSTEMS» PRODUCTS INSPECTION AND PROCESSING

The method of antenna surface forming by the laser ablation process is described. Each laser ablation pulse has its processing spot dimensions which are tens or even hundred times smaller than the smallest topology element of processed surface. The smallest surface topology element is produced in two steps: element contouring and

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

evaporation of element interior. The laser spot positioning is performed by precision scanning galvo-mirror system. The TDISIE interferometric laser rangefinder is proposed for geometry inspection of the laser processed surface. The aerospace parts deformations under extreme temperature ranges (including cryogenic temperatures) can be measured by noncontact optoelectronic systems similar to 3D-PulsESPI Q-600 (Dantec Dynamics) or PulsESPI (Steinbichler Optotechnik GmbH).

УДК 681.7:004.4

А. Г. Верхогляд, С. В. Каличкин, М. И. Анисков Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Новосибирск

В. М. Михалкин, В. И. Халиманович ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ В СИСТЕМЕ КОНТРОЛЯ РАЗВЕРТЫВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ СИСТЕМ

Описана автоматическая оптоэлектронная система контроля раскрытия крупногабаритных трансформируемых систем (КТС) при их создании. В системе использованы высокоразрешающие фотокамеры со специальной системой наведения, синхронизации и централизованным управлением. Изображения, полученные с фотокамер в реальном времени, сохраняются в базе данных и математически обрабатываются для обнаружения различного рода дефектов раскрытия. Обработка информации осуществлена на специальной гибридной платформе для высокопроизводительных вычислений на базе GPU NVIDIA с использованием специализированного алгоритма. Созданная система в настоящее время обеспечивает полное документирование процесса раскрытия КТС в автоматическом режиме, создание базы данных и поиск дефектов по имеющимся формам (шейпам).

При изготовлении прецизионных крупногабаритных трансформируемых систем с характерным размером ~ 10 м зачастую необходимо решить задачу видеонаблюдения их поверхности с высоким пространственным разрешением в реальном времени. Это необходимо, в первую очередь, для контроля технологического процесса при наземной отработке технологии укладывания и развертывания при изготовлении. При этом необходимо на всей поверхности изделия отслеживать детали с характерным размером ~ 0,5-1 мм. Нами представлена специализированная система видеонаблюдения, а также технология и алгоритмы обработки видеоинформации, позволяющие производить обработку данных в реальном масштабе времени. Задача разработки аппаратной части видеосистемы усложнялась тем, что в ходе технологического процесса раскрытия изделие изменяло свое пространственное положение, а система видеонаблюдения оставалась неподвижной. Для данной работы ставилась задача поиска технического решения по созданию системы видеонаблюдения для регистрации изображений объектов размером ~ 10 х 10 м, с возможностью регистрации элементов объекта с размером ~ 0,1 мм при изменении расстояния до точек объекта в пределах 1-10 м. Время обзора поверхности не должно превышать 4 с.

При решении задачи в составе видеосистемы использовались высокоразрешающие фотокамеры со специальной системой наведения, синхронизации и централизованным управлением. Изображения, полученные с фотокамер в реальном времени, сохраня-

лись в базе данных и математически обрабатывались для обнаружения различного рода дефектов раскрытия. Так как объем поступающей информации слишком велик для обработки на существующих современных процессорах за разумное время, то обработку информации авторами предложено осуществлять на специальной гибридной платформе для высокопроизводительных вычислений на базе GPU NVIDIA с использованием специализированного алгоритма. Детально этот алгоритм можно разбить на несколько этапов. Первый этап заключается в векторизации исходного кадра. В этом случае кадр из растровой картинки должен быть преобразован к математическому множеству векторов, каждый из которых описывается координатами начала, конца и толщины вектора. Таким образом, из исходного кадра удаляется вся лишняя информация - фон, мелкие детали сетеполотна, спиц и т. п. В результате остаются только вектора, описывающие расположение формообразующих нитей.

Алгоритм векторизации состоит из нескольких этапов обработки изображения:

1. Растр изображения преобразуется в матрицу значений яркости. Другими словами, изображение преобразуется в черно-белый снимок.

2. Выполняется адаптивная пороговая фильтрация по градиенту яркости. Этот этап необходим для выделения контрастных элементов и удаления объектов фона.

3. Из изображения удаляются относительно малые «кластеры» смежных пикселей. Такие кластеры образуются как элементы фона, мешающие распознаванию. Степень «малости» кластеров подбирается.