Выводы по второму разделу

1) Была разработана и использована при исследованиях опытно-экспериментальная оптико-электронная установка, состоящая из оптической части, видеокамеры с матрицей ПЗС и механической части, позволяющей перемещать участок исследуемого микрорельефа поверхности в трех направлениях, а также менять угол наклона оптической оси системы по отношению к исследуемому микрорельефу поверхности;

2) С учётом известных достоинств модельно-параметрических средств, в качестве основы для операционной модели, отображающей преобразование входной величины рассматриваемого исследовательского комплекса, была разработана структурная схема, приведённая на рисунке 2.2 а, которая позволила представить интегральный параметр микрорельефа исследуемой площади в виде

= ,

где – значение – го уровня входного параметра первичного измерительного преобразователя.

Кроме того, разработанная структурная схема позволила входной параметр первичного преобразователя светового потока , согласно параметрической схеме приведённой на рисунке 2.2 б, преобразовать в выходную величину светового потока, отражённого элементарной площадкой. Следовательно, рассматриваемый первичный входной преобразователь упорядоченного набора входных параметров вида выдаёт соответствующий набор выходных величин вида , порождаемый векторной функцией от многих переменных.

Разработанная структурная схема также дала возможность показать невозможность возникновения неоднозначности измерительного результата в рамках рассматриваемого контрольно-измерительного преобразования микрорельефа исследуемых поверхностей. То есть для поверхностей, имеющих разные микрорельефы, предлагаемая модель первичного преобразования должна различно преобразовывать падающий на них световой поток .

3) Для проведения исследований по влиянию микрогеометрии поверхности на оптический фактор, то есть на видеосигнал, формируемый изображение анализируемой поверхности в памяти ЭВМ. В предлагаемой работе была выполнена разработка метода ввода изображения анализируемой поверхности с видеокамеры в память компьютера. В качестве основы для разработки была взята система Microsoft DirectShow – набор прикладных программ для работы с различными интерфейсными компонентами. Конкретная с хема графа фильтров DirectShow, используемая в работе, приведена ранее на рисунке 2.3

4) На основе системы DirectShow с использованием среды программирования Microsoft Visual Studio 2010 была разработана программа, позволяющие настраивать систему видеозахвата и вводить с видеокамеры изображение исследуемой поверхности в память компьютера в соответствии с приведенным на рисунке 2.3. графом фильтров. Внешний вид интерфейса разработанного главного блока управления процессом ввода с видеокамеры изображения анализируемой поверхности в память компьютера оптико-электронного измерительного комплекса приведён на рисунке 2.4.

5) Дальнейшее программное обеспечение для вновь созданной ИИС и проведения исследований о влиянии мощности опорного светового потока и угла его падения на исследуемую поверхность на характеристики видеосигналов было разработано с использованием языка программирования Borland Delphi 7.

6) Один из модулей разработанных программ позволял на первом этапе вводить нужное в данный момент времени изображение анализируемой поверхности из созданного заранее банка изображений поверхностей с различной шероховатостью (из списка “.bmp” на рисунке 2.7) для дальнейшей его обработки. Внешний вид интерфейса для этого этапа исследований представлен на рисунке 2.7. Отметим, что банк с видеоизображениями различных поверхностей создавался заранее по рассмотренному выше методу ввода изображений в память компьютера исследовательского комплекса.

7) Затем данным программным модулем определялись такие характеристики изображения для поверхностей с разной шероховатостью, как среднее значение яркостного сигнала по всему кадру изображения формата точек дискретизации – пикселей, среднее значение переменной составляющей видеосигнала по всему кадру изображения и средний период колебания переменной составляющей видеосигнала на уровне .

8) Полученные результаты исследований показали существенное влияние шероховатости анализируемой поверхности на среднее значение переменной составляющей видеосигнала и практически малую зависимость от шероховатости таких показателей видеосигнала, как среднее значение яркостного сигнала по всему кадру изображения и средний период колебания переменной составляющей видеосигнала на уровне .

9) Анализ результатов изменения мощности опорного светового потока в его рабочем диапазоне под действием влияющей величины показал, что ошибки в измерении среднего арифметического отклонения профиля на основе измерения средней амплитуды переменной составляющей видеосигнала достигают недопустимых величин =54,3%, где

10) Ещё большие ошибки в определении получаются при изменении угла падения опорного светового потока под действием влияющей величины, то есть они могут достигать значений =162%, где

11) Проведённые исследования показали, что использование параметра видеосигнала для идентификации поверхностей с различной шероховатостью требуют соблюдения жестких условий, предъявляемых как стабильности мощности опорного светового потока, так и к углу его падения на участок исследуемой поверхности.

12) Для оценки дополнительной погрешности при измерении высотных параметров микрорельефа, возникающей вследствие изменения опорного светового потока и угла его падения на исследуемую поверхность в их рабочих диапазонах под действием влияющей величины, была разработана структурная схема информационной измерительной системы ИИС (см. рисунок 2.16)

13) С помощью предложенной ИИС было доказано, что дополнительные погрешности в измерении высотных параметров микрорельефа, возникающие как при отклонении опорного светового потока, так и угла его падения на исследуемую поверхность от их номинальных значений носят мультипликативный характер.

14) Результат измерения величины , подвергаемый воздействию двух независимых величин , и их мультипликативных функций влияния () и () может быть представлен как

, =1,

, =1,

где – номинальная функция преобразования величины ; ξ и ξ – номинальные значения влияющих величин.

Объединение приведённых выражений результата измерений дает

· · ,

что удовлетворяет общепринятому определению погрешности измерения, вызываемой совместным действием величин типа ξ и ξ . Следовательно, функция влияния, под воздействием которой происходят отклонения мощности опорного светового потока и угла его падения на исследуемую поверхность от их номинальных значений, имеет двумерный характер, то есть = (, ) = ()· ().

15) Анализ структурных методов, часто применяемых на практике для уменьшения дополнительной погрешности измерения основной величины, показал перспективность использования логометрического метода для построения ИИС рассматриваемого назначения.

16) Однако, и данный метод имеет и существенные недостатки, главным из которых является необходимость иметь второй, идентичный первому, оптико-электронный измерительный канал преобразования и поверхности с эталонными микрорельефами, изображения которых всегда нужно вводить в памяти блока цифровой обработки сигналов при каждом новым исследовании поверхности с неизвестным микрорельефом в меняющихся эксплуатационных условиях.

17) В связи с выявленными недостатками логометрического метода компенсации дополнительной погрешности целесообразно выдвинуть новый принцип коррекции погрешности. Такой принцип коррекции погрешности может быть сформулирован в форме требования соблюдения однозначных соответствий между набором величин ( (), =1,…, ), и двумя функционалами ( (), =1,…, ), =1,2, множества значений которых связываются с измеряемыми и влияющими величинами произведениями вида · , где – функциональная зависимость, отвечающая неравенству ; =const. В этом случае при реализации частного ( (), =1,…, )/ ( (), =1,…, ) одинаковые мультипликативные компоненты числителя и знаменателя (, ) сокращаются. Следовательно, реализация предлагаемого отношения не ведёт к увеличению габаритов создаваемой ИИС, так как в формировании каждого функционала ( =1,2) будет использован один и тот же набор величин .

В связи с вышесказанным возникает задача в разработке такого метода оценки шероховатости изделий по видеоизображениям их поверхностей, который был бы в значительной степени инвариантен к освещённости исследуемой поверхности, напрямую зависящей как от мощности опорного светового потока, так и от угла его падения на исследуемую поверхность. Этот метод должен обеспечивать достаточную точность оценки параметров микрорельефа поверхности по косвенному измерению среднего арифметического отклонения профиля на основе специальной обработке изображения микрорельефа исследуемой поверхности. Кроме того, сама аппаратура для реализации нового метода, должна быть малогабаритной и удобной в применении непосредственно на рабочем месте в производственных условиях. Разработке теоретических основ нового метода оценки микрорельефа исследуемой поверхности посвящён следующий раздел 3 данной работы.