Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование и разработка оптико-электронной системы контроля деформаций протяженных объектов сложной формы методом последовательной привязки координат Петроченко Андрей Владимирович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Петроченко Андрей Владимирович. Исследование и разработка оптико-электронной системы контроля деформаций протяженных объектов сложной формы методом последовательной привязки координат: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.11.07 / Петроченко Андрей Владимирович;[Место защиты: ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»], 2017.- 104 с.

Введение к работе

Актуальность темы исследования

В настоящее время ведется строительство большого количества крупногабаритных, протяженных объектов сложной формы, таких как спортивные, торговые, развлекательные и прочие вместительные сооружения. Одним из направлений повышения эффективности строительства таких объектов является широкое применение конструкций, соответствующих различным трехмерным нелинейным формам.

Крупногабаритные протяженные сооружения различного назначения, как и многие другие объекты техногенной сферы, являются потенциально опасными в плане угрозы жизни людей со стороны возможных катастроф. Причинами опасных нарушений в функционировании объектов могут являться ошибки, допущенные на стадии конструирования, при строительстве или неправильной эксплуатации, а также вследствие влияния неблагоприятных природных факторов. Поэтому чрезвычайную актуальность приобретают автоматизированные измерительные системы, позволяющие в режиме реального времени осуществлять мониторинг технического состояния сооружений и тем самым предотвращать большие человеческие жертвы, экономические потери и угрозы окружающей среде.

Системы данного типа также применимы к задачам мониторинга пространственного положения буровых платформ, доков и других крупногабитных конструкций.

Одним из основных способов бесконтактного измерения расстояний и смещений является применение лазерных технологий, но их основной недостаток заключается в том, что при проведении замеров могут возникнуть ошибки, вызванные лазерным шумом (шумы детектирования, спекл-эффекты), а также свойствами отражения и рассеивания поверхности объекта мониторинга. Кроме того, приборы, существующие в данное время на рынке контрольно-измерительного оборудования, не могут быть применены для мониторинга точек вне прямой видимости, что говорит о необходимости создания распределенной оптико-электронной системы (ОЭС), точность измерения которой не зависит от отражающих свойств контролируемой поверхности, а также от ее формы.

Указанные факторы подтверждают актуальность и важность темы диссертации.

Степень разработанности темы

Известны труды Коротаева В.В., Тимофеева А.Н., посвященные исследованию оптико-электронных систем контроля линейных смещений элементов конструкций, а также Панкова Э.Д., Бондаренко И.Д., Джабиева А.Н. по разработке автоколлимационных угломеров. Исследованные ОЭС реализуют измерения в контрольных точках, находящихся в прямой видимости с некоторого базового пункта. Разработаны новые подходы к восстановлению трехмерных форм с использованием мульти-проекционных систем в работах Moulon Pierre, Monasse Pascal and Marlet Renaud.

Однако на данный момент не предложены обобщенные принципы и методы построения распределенных оптико-электронных систем для контроля деформаций протяженных объектов сложной формы, а существующие решения имеют схематические, либо сугубо теоретические описания к предлагаемым подходам.

Целью работы является разработка и исследование принципов построения, методов расчета параметров и характеристик распределенной измерительной системы для трехмерного мониторинга пространственного положения протяженных объектов сложной формы в реальном времени, а также ее практическая реализация и экспериментальное исследование.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

задачи:

  1. Рассмотреть и исследовать основные существующие методы и принципы трехмерного анализа объектов.

  2. Предложить принцип построения и структуру оптико-электронной системы для трехмерного мониторинга протяженных объектов сложной формы.

  3. Разработать компьютерную модель распределенной ОЭС, исследовать ее характеристики, выявить основные источники ошибок, влияющие на точность измерения.

  4. На основе разработанной модели спроектировать и реализовать макет распределенной ОЭС, произвести ее экспериментальное исследование.

Научная новизна диссертации

Предложены принципы построения автоматизированной распределённой оптико-электронной системы на основе неоднородных измерительных каналов, реализующих метод последовательной привязки координат, с возможностью масштабирования по габаритам и конфигурации контролируемой поверхности, а также интеграции в комплексы техносферного мониторинга, позволяющей определять, как угловое, так и линейное положение элементов протяженных объектов сложной формы.

Теоретическая и практическая значимость работы

  1. Установлены соотношения между параметрами сенсоров, образующих измерительный канал, полученные на основании математической модели распределенной оптико-электронной системы и позволяющие определить пути уменьшения погрешности измерения системы в целом.

  2. Предложена методика расчета основных составляющих погрешности распределенной ОЭС мониторинга углового и линейного положения элементов протяжённых объектов сложной формы.

  3. Разработана обобщенная компьютерная модель распределенной ОЭС с промежуточными измерительными блоками, состоящими из группы сенсоров, позволяющая оценить их метрологические характеристики.

  4. Спроектирован и реализован макет распределенной ОЭС, исследование которого подтвердили возможность практической реализации систем трехмерного мониторинга нелинейных объектов с использованием промежуточных измерительных блоков.

Методология и методы исследования

Для теоретического анализа применяются соотношения геометрической оптики, теории центральной проекции, методов нелинейной оптимизации.

В экспериментальной области используется совокупность физической (макет) и компьютерной модели распределенной ОЭС, а также математические методы обработки изображений.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Оптико-электронная система, состоящая из измерительных блоков,
расположенных в контрольных точках объекта, каждый из которых включает
группу измерительных каналов в составе пары сенсоров, фиксирующих
изменение взаимного пространственного положения и принадлежащих
смежным измерительным блокам, позволяет осуществлять определение
углового и линейного положения элементов несущих конструкций
протяженных объектов сложной формы.

  1. Теоретическая модель каждого сенсора, построенная на основе зависимостей центральной проекции с учётом выявленных в результате калибровки отклонений от линейности проективных преобразований, позволяет выполнить взаимную привязку измерительных баз всех сенсоров измерительного блока как узла распределенной ОЭС.

  2. Погрешность распределённой ОЭС, реализующей метод последовательного определения взаимного положения измерительных блоков, может быть уменьшена при изменении пункта начальной привязки с изменением на противоположное направление построения последовательности опрашиваемых измерительных блоков.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 15 конференциях, в том числе 6 международных: Прикладная оптика-2012 (Санкт-Петербург, Россия, 2012 г.), «Sensorica-2015» (Санкт-Петербург, Россия, 2015 г.), SPIE Photonics Europe (Брюссель, Бельгия, 2014,2016 г.) и SPIE Optical Metrology (Мюнхен, Германия, 2015,2017 г.), а также: II-IV Всероссийских конгрессах молодых ученых (Санкт-Петербург, Россия, 2013-2015 гг.), XII научно-практической конференции «Перспективные задачи и системы управления» (Крым, Россия, 2016 г.), VI сессии научной школы-практикума «Технологии высокопроизводительных вычислений и компьютерного моделирования: технологии eScience» (Санкт-Петербург, Россия, 2013 г.), XLI–XLVI Научных и учебно-методических конференциях НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, Россия, 2013-2016 гг.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 8 статей, включенных в международные базы данных Web of Science и Scopus, 2 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 61 наименования, содержит 104 страницы основного текста, 52 рисунка.