Определения, обозначения и сокращения

АС – автоматизированная система;

АСНИ – автоматизированная система научных исследований;

АСОИУ – автоматизированные системы обработки информации и управления;

ВНИПП – Открытое акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт подшипниковой промышленности»;

ВЧ – фильтр высоких частот;

ГОСТ – государственный стандарт;

ДЛТ – двумерный лазерный триангулятор;

ИВТ – информатика и вычислительная техника – одно из направлений подготовки студентов в России;

ИИС – информационно-измерительная система;

КТС – комплекс технических средств;

МНК – метод наименьших квадратов;

М. О. – математическое ожидание;

ОАО – открытое акционерное общество;

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;

ОС – операционная система;

ПЗС – прибор с зарядовой связью;

ПО – программное обеспечение;

РАН – Российская академия наук;

РД – руководящий документ;

СГАУ – федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)»;

С. К. О. – среднеквадратическое отклонение;

СУБД – система управления базой данных;

СФ ФИАН – Cамарский филиал федерального государственного бюджетного учреждения науки Физического института им. П. Н. Лебедева Российской академии наук;

ФД – фотодиод;

ФП – фотоприемник;

ASCII – American Standard Code Information Interchange;

DOS –MicrosoftDiscOperationalSystem, в данной публикации использовано как сокращенное наименованиеMSDOS;

IBM PC – International Business Machines Personal Computer;

MS-DOS – Microsoft Disc Operational System;

P_I,P_II – вероятности ошибок контроля первого (отбраковка годной детали) и второго (принятие негодной детали) рода;

‑ функция Хэвисайда,при,при.

Предисловие

Данное учебное пособие посвящено изучению вопросов автоматизации оптических измерений с целями прикладных научных исследований и производственного контроля. В пособии для примеров приведено описание ряда автоматизированных систем научных исследований (АСНИ). В нем также содержатся примеры технических заданий на дипломное проектирование.

Пособие дает студентам практические знания по применению современных средств комплексной автоматизации в промышленности, а также знакомит с возникающими при этом проблемами и возможными путями их преодоления.

Рассматривается применение матричного фоточувствительного преобразователя с зарядовой связью в качестве позиционно-чувствительного фотоприемника. Обсуждаются особенности источников излучения, использованных автоматизированных системах (АС) и их согласование с контролируемым/исследуемым объектом и фотоприемником. Затронуты также вопросы интерфейса оптических датчиков с компьютером, а также цифровой обработки данных, поступающих с этих датчиков.

Рассмотрение основного круга вопросов проведено на примере одной автоматизированной системы, относящейся к области измерений геометрических величин. Она оптимизированная для задачи контроля локальных поверхностных дефектов и отклонений геометрической формы деталей подшипников.

В пособии описаны средства автоматизации, разработанные в Самарском филиале Физического института им. П. Н. Лебедева РАН при деятельном творческом участии автора. В них реализованы как известные методы и технические решения, так и оригинальные разработки СФ ФИАН, выполненные в ходе сотрудничества с предприятиями подшипниковой промышленности г. Самары.

Пособие призвано дать знания в рассматриваемой предметной области студентам, обучающимся дисциплине М2.В.3 «Проектирование автоматизи­рованных систем научных исследований» согласно учебному плану СГАУ магистерской подготовки 230100.68-2011-О-П-2г00м направления 230100.68 «Информатика и вычислительная техника» (ИВТ). Также оно может быть полезно студентам, обучающимся по специальностям, связанным с оптикой, квантовой электроникой и менеджментом качества.

При изучении данного пособия студенты решают следующие основные задачи:

• ознакомление с одной из типичных методик контроля качества деталей в машиностроении;

• изучение оптических методов измерения геометрических величин;

• знакомство с научно-исследовательской автоматизированной системой, использующей один из этих методов;

• применение знаний по автоматизированной статистической оценке случайных величин и процессов для получения метрологических характеристик рассматриваемой автоматизированной системы с целью возможной оптимизации функций и структуры последней.

При сокращенном варианте обучения можно опустить разделы, связанные с волновой оптикой. В зависимости от вариативной части магистерской подготовки, студенты могут сосредоточиться либо на устройствах связи с объектом и сборе данных, либо на алгоритмах обработки данных и статистического анализа полученных результатов, либо на компьютерном моделировании.

Это – первое, «пилотное» издание данного пособия. Разумеется, оно не свободно от недостатков. Они будут устраняться по мере использования его в учебном процессе, а также в ходе работ по дальнейшему развитию описанной в пособии автоматизированной системы. Все замечания и предложения будут учтены.

Информация для контактов – адрес электронной почты: oleg_zayakin@inbox.ru; адрес обычной почты: СФ ФИАН, ул. Ново-Садовая, 221, г. Самара, 443011, Россия; номер служебного телефона: +7 846 335 95 83; номер служебного факса: +7 846 335 56 00; служебная веб-страница (строго модерируется!):http://www.fian.smr.ru/personal_page.php?id=48&lang=rus.

Автор выражает признательность В. Н. Белопухову, М. Ю. Грачеву, М. В. Лесникову, Ю. О. Понявину за помощь в создании аппаратно-программного комплекса. Отмечу также большой творческий вклад в работу, который сделал В. Н. Белопухов за время нашей с ним многолетней работы в СФ ФИАН.