Разработка и исследование лазерных триангуляционных приборов для промышленного размерного контроля

Современное промышленное производство на пороге XXI века — это гибкое и, в значительной степени, автоматизированное производство. Высокая степень автоматизации производства необходима для снижения стоимости производимых изделий, а гибкость обеспечивает быструю реакцию на изменение рыночной конъюнктуры и позволяет расширять и видоизменять ассортимент выпускаемой продукции. Очевидно, что успех этой продукции на рынке в первую очередь будет определяться соотношением между ценой и качеством. В свою очередь, системы обеспечения качества, особенно в условиях гибкого автоматизированного производства, должны предусматривать непрерывный контроль как параметров технологического производственного процесса (например, корректность настроек автоматических линий при поточном производстве), так и параметров готовой продукции.

Значительную долю среди операций промышленного контроля занимает контроль геометрических параметров (размерный контроль). Особенно велика эта доля в отраслях промышленности, связанных с металлообработкой — в первую очередь, в машиностроении, автомобильной, авиационной и атомной промышленности. Основными требованиями к системам и средствам контроля при этом являются высокие точность и быстродействие, а также надежность, гибкость и совместимость с системами управления технологическим оборудованием.

Существующий в настоящее время в данных отраслях парк контрольно-измерительных средств и систем не отвечает указанным выше требованиям. Основными средствами размерного контроля до сих пор остаются пробки, шаблоны, скобы и другие подобные средства. Осуществляемый такими средствами контроль субъективен, непроизводителен и, поскольку является по сути допусковым, непригоден для оперативной коррекции технологического процесса. Системы размерного контроля на основе контактных датчиков также реализуют преимущественно допусковый контроль и требуют значительных затрат времени на обслуживание и настройку вследствие износа мерительного инструмента.

Указанные выше жесткие и зачастую противоречивые требования в наибольшей степени удовлетворяются средствами и системами бесконтактного размерного контроля [1]. Такие системы могут быть реализованы, например, на базе индуктивных [2] или пневматических [3] датчиков. Однако системы на основе индуктивных датчиков имеют узкую область применения, поскольку весьма чувствительны к материалу контролируемого изделия, а системы на основе пневматических датчиков, как правило, 4 имеют очень узкие (менее 1 мм) диапазоны измерения. От этих недостатков свободны средства и системы, построенные на базе оптико-электронных методов контроля [4], чем и объясняется их значительная доля среди бесконтактных систем размерного контроля.

В настоящее время основную часть таких оптико-электронных средств промышленного размерного контроля составляют системы на основе интерференционного метода, метода теневой проекции, триангуляционного и дифракционного методов [5].

Среди интерференционных систем контроля преобладают системы на базе интерферометра Майкельсона [6−8], использующие интерференцию двух когерентных лазерных пучков, один из которых является опорным, а второй содержит информацию об изменении оптической длины пути до отражателя, установленного на контролируемый объект. Подобные системы обеспечивают наиболее точные измерения (погрешность 0.01 мкм и менее), однако практически не пригодны для прямых измерений параметров объекта, поскольку требуют наличия специальных отражателей, закрепленных на измеряемом объекте. Наиболее широкое применение такие интерференционные системы находят при контроле перемещений прецизионных столов различных станков и механизмов.

Интерференционные системы гетеродинного типа [9] позволяют измерять с высокой точностью расстояния непосредственно до поверхности объекта. Недостатком подобных систем является их высокая сложность, и, как следствие, высокая стоимость.

Метод теневой проекции (или теневой метод) [10] основан на построении и регистрации теневой проекции контролируемой области объекта и последующем расчете геометрических параметров объекта по проекции. Теневой метод широко используется для контроля диаметров проволоки и труб, геометрических параметров изделий типа тел вращения, толщины эластичных материалов и т. д. Как правило, погрешность измерения при этом составляет от 1 до 10 мкм. Основным недостатком теневого метода, существенно ограничивающим сферу его применения, является невозможность контроля объектов, геометрические параметры которых не передаются теневой проекцией (например, сложнопрофильные корпусные изделия).

Определение размеров объекта дифракционным методом контроля [11,12] основано на использовании для целей измерения дифракционной картины Фраунгофера, создаваемой объектом при его освещении когерентным источником. Системы контроля на основе дифракционного метода близки по сфере применения к теневым системам контроля, как правило, обеспечивая при этом большую точность контроля. Однако, такие системы имеют относительно узкий диапазон контролируемых размеров (верхний 5 предел измерений около 0.5 мм). Наиболее часто дифракционные системы используются для высокоточного контроля тонких проволок, нитей.

Триангуляционный метод [13,14] основан на расчете искомого расстояния через соотношения треугольника (отсюда и название) с использованием известных параметров треугольника — стороны и двух прилежащих углов и позволяет измерять как относительное изменение расстояния от измерителя до поверхности контролируемого объекта, так и абсолютное значение этого расстояния. Причем, измеряемое расстояние может иметь масштаб от нескольких микрометров (например, при контроле поверхности кристаллов микроэлектроники) до сотен и тысяч метров (при геодезических применениях) В системах промышленного размерного контроля триангуляционный метод реализуется, как правило, следующим образом. Сформированный осветителем зондирующий пучок направляется на участок поверхности объекта, расстояние до которого подлежит измерению. Часть рассеянного или отраженного поверхностью объекта излучения собирается проецирующим объективом, оптическая ось которого располагается под углом к оси зондирующего пучка. В плоскости изображений этого объектива формируется изображение освещенного участка поверхности, причем каждому положению объекта (вдоль оси зондирующего пучка) однозначно соответствует положение изображения его поверхности. Положение изображения регистрируется фотоприемниками, после чего вычисляется расстояние от измерительной системы до поверхности объекта.

По сравнению с системами, основанными на других оптико-электронных методах, триангуляционные системы отличаются относительной простотой реализации, потенциально высокой точностью (погрешность на уровне 1 мкм и ниже, разрешениедо 0.05 мкм) и производительностью (1000 и более измерений в секунду). Такие системы позволяют измерять расстояния непосредственно до поверхности контролируемого объекта, при этом объект может быть сложнопрофильным.

Триангуляционные системы широко применяются в самых различных отраслях промышленности. Так, в электронной промышленности с их помощью контролируют качество элементов, печатных плат и сборок [15,16]. В оптическом приборостроении такие системы используются для контроля оптических элементов [17]. В авиации, судостроении, автомобильной и космической промышленности триангуляционными системами контролируются как геометрические параметры крупных сборок [18], так и размеры отдельных деталей [19]. Триангуляционные системы используются для контроля параметров проката в металлургии, толщины листа в бумажной и качества ткани в легкой промышленности [20], раскроя материала в мебельной промышленности 6 и деревообработке, измерения параметров дорог и аэродромов [21], автоматического управления движением роботов [22] и т. д. Весьма актуально применение таких систем в атомной промышленности [23] и машиностроении [24]. Кроме этого, триангуляционные измерители расстояний используются в качестве датчиков в координатно-измерительных машинах [25,26].

Технические параметры конкретных триангуляционных систем также изменяются в очень широких пределах. Однако видна общая тенденция одновременного повышения точности контроля и быстродействия, что вызвано ужесточением требований к современным производственным процессам.

В зависимости от решаемой измерительной задачи создаются триангуляционные системы, имеющие различную размерность измерительного объема. Например, датчики касания фиксируют наличие контролируемой поверхности в узком диапазоне (от 0.1 до 3−5 мкм). Их можно условно отнести к системам 0-мерного (0-D) типа [25,26]. Триангуляционные щупы, измеряющие расстояние вдоль некоторого отрезка, относятся к системам одномерного типа (1-D) [15−17, 38−41]. Различного рода измерители профиля являются 2-D системами, поскольку измеряют одновременно две пространственные координаты точек поверхности контролируемого объекта [22,28−30]. Наконец, существуют 3-D системы [18,19,27,31−34], позволяющие измерять координаты точек на поверхности трехмерного объекта. Отметим, что в литературе последние системы иногда описываются термином «'2,5-D» [35]. Тем самым подчеркивается, что выходные данные представляют из себя только набор точек (cloud data) на поверхности объекта, при этом для трехмерного описания этой поверхности требуется дополнительная математическая обработка.

Каждый из перечисленных типов систем может быть практически реализован различными способами. Например, одномерный датчик может содержать один, два (симметричных) [15] либо более двух измерительных каналов. Двумерная система может быть реализована как на основе одномерной с использованием механического сканирования, так и на основе освещения объекта двумерной зондирующей структурой [22]. В случае трехмерной системы кроме механического сканирования 1-D [26] или 2-D системы [36] может использоваться структурное освещение в виде различных наборов зондирующих пучков известной структуры [31], в виде непрерывного зондирующего распределения [37] и т. д.

Наибольшее применение в промышленности находят системы 1-D и 2-D контроля. Это связано с тем, что системы 3-D контроля достаточно дороги и преимущественно используются в случае отсутствия альтернативных решений. В части 7 датчиков касания достаточно низкая доля триангуляционных систем объясняется существованием множества бесконтактных датчиков, основанных на других методах (например, на методе точной фокусировки).

Достаточный спрос на 1-D системы подтверждается анализом предложения на мировом рынке. Так, если описания 2-D и 3-D систем встречаются преимущественно в научно-технической литературе, то по 1-D лазерным измерителям расстояний существует ряд фирм, предлагающих готовые датчики. Наиболее совершенные системы предлагают фирмы «Micro Epsilon» (США), «Laser Components» (Германия), «Acuity Research» (США), «Keyence» (Великобритания) [38−41]. Однако следует отметить, что в большинстве технических описаний предлагаемых изделий рядом с приводимой погрешностью измерений стоит знак сноски, в которой приводится пояснение, что данные результаты относятся к случаю контроля керамического (специально подготовленного) образца при усреднении по большому числу измерений (до 500). Это свидетельствует о том, что погрешность контроля, получаемая при измерении расстояний до образцов с другими поверхностями, может оказаться существенно выше, что может оказаться неприемлемо для потребителей.

В России лазерные триангуляционные измерители серийно не выпускались и, насколько известно автору, не выпускаются к настоящему моменту. Существует ряд исследователей и коллективов, разрабатывающих различные триангуляционные измерительные системы. Среди них, прежде всего, следует отметить фирму «Оптел» (г. Уфа, Галиулин P.M.). Этим коллективом сделано более десяти разработок для промышленности [42−47], в которых используется триангуляционный метод измерения для решения задач промышленного размерного контроля, а исследования и патентование разработок касается преимущественно схемотехнических решений электронного тракта измерителя.

Анализ информации иностранных источников о современных разработках в области триангуляционных измерительных систем показывает, что в основном усилия разработчиков направляются на повышение производительности и снижение погрешности. При этом часть авторов уделяют большее внимание производительности [15,16], в то время как другая часть более детально рассматривает вопросы снижения погрешности [30]. Наиболее фундаментальными работами по анализу погрешностей триангуляционных измерительных систем и поиску физических пределов минимальной достижимой погрешности являются работы Г. Хослера [48−53]. Так, в [53] на основе проведенного анализа физической модели триангуляционной системы сделан вывод, что погрешность имеет нижний предел, связанный с квантовыми свойствами света. Вместе с 8 тем, в этой и последующих работах отмечается, что на практике измерения с минимальным значение погрешности обеспечить, как правило, не удается. Реальная величина погрешности оказывается в 8−10 раз выше минимальной.

Особенно существенной оказывается разница между минимально возможной и реальной погрешностью измерений в случае контроля объектов с поверхностями, имеющими следы механической обработки (точения, фрезерования и т. п.) — так называемыми техническими поверхностями, когда погрешность измерения многократно превосходит минимально допустимую. Однако именно такие объекты составляют основную часть объектов контроля для промышленных измерительных систем. Отсюда следует актуальность поиска эффективных путей снижения погрешности триангуляционных измерений расстояния до объектов с техническими поверхностями.

Поскольку увеличение погрешности наблюдается в системах с произвольной размерностью диапазона измерений, исследование данного вопроса обычно проводится на наиболее распространенном виде триангуляционных систем — 1-ГЗ измерителях.

Рассматриваемая область исследования (снижение погрешности триангуляционных измерений) в настоящее время не отличается, к сожалению, большим число глубоких аналитических исследований. В качестве основных работ, содержащих наиболее интересные и полезные идей, следует отметить работы [16,33,48,52−54], а более подробные обзоры по отдельным аспектам рассматриваемой проблемы приводятся далее в начале соответствующих глав диссертации.

В [33] снижение погрешности достигается за счет разделения рассеянного поверхностью света по поляризации. При этом иногда удается' снизить погрешность измерений более чем в два раза. К недостаткам такого подхода следует отнести необходимость использования мощного источника поляризованного излучения.

Для снижения погрешности измерения в [16] предложено использовать два регистрирующих канала, состоящих из проецирующего объектива и фотоприемника и расположенных симметрично относительно направления распространения зондирующего излучения. При этом снижение погрешности измерений (до трех раз) достигается за счет частичной взаимной компенсации погрешностей этих каналов. Однако такое снижение наблюдается, в основном, только для очень грубых поверхностей. Другим недостатком схемы является ее более высокая сложность в настройке.

Снижение погрешности можно получить при использовании в качестве зондирующего некогерентного излучения, что приводит, однако, к существенному усложнению осветителя и уменьшению диапазона измерения. 9.

Таким образом, к настоящему моменту имеется существенный разрыв между минимальной теоретически возможной погрешностью и погрешностью измерения расстояния, наблюдаемой у реальных триангуляционных систем. Особенно велик этот разрыв при измерении расстояний до объектов с техническими поверхностями.

Цель настоящей работы заключалась в разработке и исследовании высокоточных быстродействующих лазерных триангуляционных приборов для решения актуальных задач промышленного размерного контроля.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:

• Провести анализ и выявить основные источники погрешностей триангуляционных приборов для контроля промышленных изделий.

• Исследовать существующие и предложить модифицированные методы обработки сигналов для высокоточных (погрешность 10 мкм и менее) быстродействующих (1000 изм./сек. и более) триангуляционных приборов.

• Исследовать влияние параметров измерительной схемы на погрешность измерений и предложить способы снижения погрешности.

• Разработать схемотехнические решения, обеспечивающие повышение точности измерения расстояний до объектов с техническими поверхностями (со следами механической обработки).

• На основе результатов исследований разработать и создать приборы, обеспечивающие высокие точность и быстродействие в реальных промышленных условиях.

Поскольку, как отмечалось выше, снижение погрешностей при контроле технических поверхностей актуально для всех триангуляционных измерительных систем, основное внимание было сосредоточено на анализе и поиске путей повышения точности в одномерной (1−0) системе, имея ввиду возможность распространения полученных результатов на другие случаи.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней:

• Впервые установлена и экспериментально исследована зависимость погрешности триангуляционных измерителей от ширины зондирующего пучка для поверхностей из различных материалов и с различной шероховатостью (Яг от 0.09 до 9.0 мкм), позволяющая снижать погрешность измерения за счет оптимизации параметров измерителя.

• Предложен и реализован способ снижения погрешности измерения за счет использования структурного освещения в виде набора узких пучков.

• Предложены методики экспериментального определения составляющих погрешности триангуляционных измерителей, включая методику оценки пространственной случайной составляющей погрешности с использованием плоских образцов контролируемой поверхности.

На защиту выносятся:

• Структура, реализация и результаты исследования лазерных триангуляционных приборов, разработанных и созданных для решения актуальных задач промышленного размерного контроля.

• Экспериментально установленная зависимость погрешности измерения расстояния до поверхности контролируемого объекта от ширины зондирующего пучка для поверхностей из различных материалов и с различной шероховатостью.

• Метод снижения погрешности измерения расстояния, основанный на использовании в качестве зондирующего пучка структурного освещения в виде набора узких пучков.

• Результаты исследования модифицированных методов первичной обработки сигналов триангуляционных измерителей, позволяющие обоснованно выбрать оптимальный метод исходя из требуемой точности и быстродействия.

Практическая ценность работы заключается в следующем.

• Получены экспериментальные. данные по влиянию на погрешность триангуляционных приборов используемых методов первичной обработки сигнала, а также ширины зондирующего пучка, учет которых позволяет при создании триангуляционных измерителей снизить более чем в два раза погрешность измерения расстояний.

• Предложены схемотехнические решения в части выбора параметров зондирующего пучка, обеспечивающие снижение погрешности (до 3−5 мкм) при измерении геометрических параметров объектов с техническими поверхностями.

• Разработаны, созданы и эксплуатируются в промышленности приборы для промышленного размерного контроля, в т. ч. измеритель толщины холоднокатанной ленты, измеритель внутреннего диаметра полых цилиндров для системы «Блик» (ОАО «НЗХК»), устройство бесконтактного контроля биений колес для автоматической линии их производства (АО «АВТОВАЗ»),.

Апробация работы и публикации. Результаты диссертационной работы неоднократно докладывались на международных и всероссийских конференциях:

• Международная конференция «Measurement-97», Смоленица, Словакия, 1997 год.

• Международная конференция «Electronic Imaging», Сан-Хосе, Калифорния, США, 1998 год.

• Конференция «Современные проблемы геодезии и оптики», СГГА, г. Новосибирск, 1997 год.

• Международная конференция «Распределенная обработка информации», Новосибирск, 1998 год.

• Международный симпозиум «Laser Metrology 1999», Флорианаполис, Бразилия, 1999 год.

• Международная конференция «Measurement-99», Смоленица, Словакия, 1999 год.

Основные положения диссертационной работы изложены в 11 -ти печатных работах, включая тезисы пяти докладов.

В работах, написанных в соавторстве, личный вклад соискателя состоял в разработке математических моделей, алгоритмов обработки сигналов и результатов измерений, проведении расчетов и разработке принципиальных оптических схем приборов и систем.

Работа выполнена в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории технического зрения КТИ НП СО РАН в период с 1990 по 1999 годы. Результаты работы вошли в отчеты по темам:

• НИП СО РАН «Исследование оптических методов формирования и фильтрации изображений (образов) трехмерных тел в проходящем и отраженном свете и разработка на их основе прецизионных измерительных систем технического зрения» 1993;1995 В рамках программы СО РАН «Развитие научных основ квантовой оптики и квантовой электроники, разработка новых направлений их применений».

• ГНТП «Фундаментальная метрология» «Разработка научных основ создания высокоточных оптико-электронных систем нового поколения для прецизионного измерения геометрических параметров трехмерных объектов. Создание и апробация экспериментальных образцов измерителей» 1996 г.

• ГНТП «Технология, машины и производства будущего» Международный проект «Дифракционные элементы для преобразования волновых фронтов» 1996 г.

• НИП СО РАН «Разработка и исследование оптико-электронных методов измерения геометрических параметров трёхмерных объектов и создание систем размерного контроля» 1999 г.

Структура диссертационной работы. Работа включает в себя введение, пять глав и заключение.

Результаты работы неоднократно докладывались на всероссийских и международных конференциях:

• Международная конференция «Measurement-97», Смоленица, Словакия, 1997 год.

• Международная конференция «Electronic Imaging», Сан-Хосе, Калифорния, США, 1998 год.

• Конференция «Современные проблемы оптики и геодезии», СГГА, г. Новосибирск, 1997 год.

• Международная конференция «Распределенная обработка информации», Новосибирск, 1998 год.

• Международная конференция «Лазерная Метрология 1999», Флорианаполис, Бразилия, 1999 год.

• Международная конференция «Measurement-99», Смоленица, Словакия, 1999 год.

1. Чугуй Ю. В. Информационные, оптические и лазерные технологии. Автометрия, 1997, № 4,с. 3−15.

2. Feutlinske К., Gast Th. Beruhrungslose optisch-elektrische Prufung von Lagen und Dimensionen. Qualitat und Zuverlassigkeit. 1985, 30, H. 7.

3. Кирьянов В. П. Лазерная наноинтерферометрия перемещений: методы и средства повышения точности измерений. Изв. АН. Сер. физическая, 1999, т.63, № 6, с.1110−1116.

4. Krattenmacher G. Berihrungslose optiche Abstandmessung. Electronic, 1987. 36, N 5. p. 69−74.

5. Tiziani H.J. «High precision optical measurement methods». SPIE Vol. 2248.

6. Техническое зрение роботов/ под. ред. Ю. Г. Акушенкова, М.: Машиностроение 1990, с. 162−164.

7. Kujawinska М. Expert system for analysis of complicated fringe patterns. SPIE Vol. 1755, p. 252−257.

8. Buckberry C.H., Towers D.P. The application of automatic fringe analysis techniques in automotive industry. SPIE Vol. 1755, p. 262−269.

9. Dalhoff E., Fischer E., Kreuz S., Tiziani H.J. Double heterodyne interferometry for high precision distance measurements. SPIE Vol. 2252, p. 379−385, (October 1993).

I. Громилин О. Г., Кучинский К. И., Ладыгин В. И., Плотников С. В., Юношев С. П. Оптико-электронные системы бесконтактного размерного контроля изделий типа тел вращения. Датчики и системы, 1999, № 4.

II.C'hugui Yu.V., Pavlov A.A. The analysis of a diffraction field for the circular cylinder applied to dimensional measurements. — In: MEASUREMENT'99: Proc. of the 2-nd International Conference on Measurement, Smolenice Castle, Slovak Republik, April 26−29, 1999, p.149−152.

12. Chugui Y.V. Metrological aspects of laserOoptical inspection of 3D objects with clear shadow projections. Laser Metrology 1999: Proc. of International Symposium, Brazil, October 1999.

13. Kirmani S.F., Haugen P.R., Kranz D.M. Profiling of multichip-module interconnects with a hybrid high speed triangulation range sensor. SPIE Vol. 1821, p. 357−364, (November 1992).

14. Stevenson W. The use of laser triangulation probes in coordinate measuring machines for part tolerance inspection and reverse engineering. SPIE Vol. 1821, p. 406−414, (November 1992).

15. Kooijman Kees S., Horijion Jef L. Video rate laser scanner: Consideration on triangulation optics, detectors and processing circuits. SPIE Vol. 2065 p. 251−263 (September 1993).

16. Svetkoff D. J., Kilgus B.T. High speed, ultra high resolution, 3-D laser scanner. SPIE Vol. 2065 p. 264−273 (September 1993).

17. Development of an optical probe for profile measurement of mirror surfaces. Opt. Eng. 36(12) p. 3360−3366 (December 1997).

18. Rioux M., Beraldin A., Godin G.,. Blais F, Cournoyer L. High resolution digital 3-D imaging of large structures. SPIE Vol. 3023, p. 109−118 (February 1997).

19. Wen-Chih Tai, Ming Chang Noncontact profilometric measurement of large-form parts. Opt. Eng. 35 (9), p. 2730−2735, (September 1996).

20. Bahners Т., Ringens W., Schollmeter E. On line inspection of textile geometries. SPIE Vol. 2088, p. 97−103, (October 1993).

21. Bursanescu L., Bursanescu M. Three-line high-power three-dimensional sensor. SPIE Vol. 3313, p. 105−114, (January 1998).

22. Roning J., Haverinen J. Obstacle detection using a light-stripe based method. SPIE Vol. 3023, p. 100−108, (February 1997).

1. Битюцкий О. И., Вертопрахов В. В., Кривенков Б. Е., Ладыгин В. И., Пастушенко А. И., Плотников С. В., Чугуй Ю. В., Юношев С. П. Оптико-электронная система бесконтактного контроля геометрических параметров полых цилиндров. Автометрия, № 6, 1995.

24. Белоглазова В. А., Ладыгин В. И., Пастушенко А. И., Плотников С. В., Чугуй Ю. В., Юношев С. П. Устройство бесконтактного контроля биений колес. Датчики и системы, 1999, № 4.

25. Stevenson W. The use of laser triangulation probes in coordinate measuring machine for part tolerance inspection and reverse engineering. SPIE Vol. 1821 p. 406−414 (November 1992).

26. Kirmani S.F., Haugen P.R., Kranz D.M. Profiling of multichip-module interconnects with a hibrid high speed triangulation range sensor. SPIE Vol. 1821 p. 357−364 (November 1992).

27. Van Amsten W.D., Asjes R.J., Van der Goor P.F.A., Merkelbach P. 2 and 3D laser scanners for fast dimensional measurements and inspection. SPIE Vol. 2088, p. 93−96, (October 1993).

28. Heckel W. Use of CCD cameras for digital image processing: Synchronization, precision and sources of errors. SPIE Vol. 2252, p. 125−132, (October 1993).

29. Hachem N.I., Gennert M.A., Wittels N. Machine vision detection of the high points on small, curved, shiny things. SPIE Vol. 2065, p. 24−33, (September 1993).

30. Klicker J., Klein-Gunnewigk P. Strategies and algorithms for DSP-based CCD illumination control for Light-Stripe Sensors. SPIE Vol 2065, p. 219−229, (September 1993).

31. Multireference fringe-pattern projection method for measuring the shape of an object with spatially isolated surfaces. Opt. Eng. 36(8) p. 2320−2324 (August 1997).

32. Costa Manuel F.M. Surface inspection by an optical triangulation method. Opt. Eng. 35 (9), p. 2743−2747, (September 1996).

33. Kanji Mashimo, Tetsuya Nakamura, Yoshihisa Tanimura Development of optical noncontact sensor for measurement of three-dimensional profiles using depolarized component of scattered light. Opt. Eng. 36(1) p. 227−234 (January 1997).

34. Ryu Y.K., Cho H.S. New optical sensing system for obtaining the three-dimensional shape of specular objects. Opt. Eng. 35(5) p. 1483−1495 (May 1996).

35. Schonfeld H., Haeusler G., Karbacher S. Reverse engineering using optical 3D sensors. SPIE Vol. 3313, p. l 15−126 (February 1998).

36. Sansoni G., Docchio F., Biancardi L., Minoni U. An adaptive, 3-D optical profilometer using liquid cristal light projector. SPIE Vol. 2065, p. 230−236 (September 1993).

37. Gruber M., Haeusler G. Simple, robust, and accurate phase-measuring triangulation. Optik 89/3 p. 118−122 (1992).

38. www.keyence.co.uk.

39. www. mikro-epsilon.com.

40. www.lasercomponents.de.

41. www.acuityresearch.com.

42. Galiulin R.M., Bakirov J.M., Bogdanov D.R., Shulupin O.O., Khamitov D.H., Khabibulin M.G., Pavlov A.F., Ryabov M.S., Yamaliev K. N Computer-aided laser-optoelectronic 'OPTEL' 3-D measurement systems of complex shaped object geometry. SPIE Vol 2713 p. 393−399 (1996).

43. Galiulin R.M., Bakirov J.M., Vorontsov A.V., Ponomarenko I.V. Fast laser systems for measuring of complex shaped objects. 6TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRIAL LASERS AND LASER APPLICATIONS '98, Vol. 3688, p. 447−452 (1999).

44. Ахметдинов P.M., Галиулин P.M. Устройство для измерения сложной поверхности. А.с. № 1 529 038 опубликовано 15.12.89, бюл. № 46, приоритет от 03.11.87.

45. Галиулин Рав.М., Галиулин Риш. М. Устройство для определения координат поверхности объекта. А.с. № 1 769 574 опубликовано 20.12.95, бюл. № 35, приоритет от 31.05.90.

46. Галиулин Рав.М., Галиулин Риш.М., Богданов Д. Р., Локтев С. И., Тагирова К. Ф., Абитов К. Ш. Устройство для контроля изделий. Патент № 2 052 771. Приоритет изобретения 04.07.91. Заявка 5 024 602/28, 20.01.96, бюл. № 2.

47. Галиулин Рав.М., Галиулин Риш. М., Бакиров Ж. М., Куприянов С. Л., Нелидов А. К., Сафин А. Т. Устройство для идентификации снарядов огнестрельного оружия. Патент № 2 120 104, Приоритет изобретения 09.04.97. Заявка 97 105 478/02, 10.10.98, бюл. № 28.

48. Haeusler G., Herrmann J.M. The influence of specie on the accuracy of laser triangulation. Appl. Opt. (1988) p. 4631−4637.

49. Haeusler G. An unsertainty principle for coherent 3D-sensors. SPIE Vol. 1319 (1990) p. 352−353.

50. Dremel W., Haeusler G., Maul M. Triangulation with large dynamical range. SPIE 1986 (Canada), p. 182.

51. Haeusler G., Heckel W. Light sectioning with large depth and high resolution. Appl. Opt. 27 (1988) p. 5160.

52. Haeusler G., Herrmann J. Physical limits of 3D-sensing. SPIE Vol. 1822, p. 150 158, 1992.

53. Dorsch R., Haeusler G., Herrmann J. Laser triangulation: Fundamental uncertainty of distance measurement. Appl. Opt. 33 (1994), p. 1306−1314.

54. Seitz, G., Tiziani, H.J., Resolution limits of active triangulation systems. Opt. Eng. 32/6, p. 1374−1383, 1993.

55. Chugui Y.V., Ladigin V.I., Pastushenko A.I., Plotnikov S.V., Yunoshev S.P. Experience of triangulation method using for industrial dimensional inspection. Laser Metrology 1999: Proc. of International Symposium, Brazil, October 1999.

56. Remo J.L. High-resolution optic displacement measurement using a dualphotodiode sensor. Opt. Eng. 36(8) p. 2279−2286 (August 1997).

57. Li Y., Young Т., Magerl J. Subpixel detection and estimation with a microprocessor-controled line scan camera. IEEE Transaction on Industrial Electronics, Vol. 15, No. 1, p. 105−112 (February 1988).

58. Paakkari J., Moring I. Method for evaluating the performance of range imaging devices. SPIE Vol. 1821, p. 350−356, (November 1992).

59. Hyun K., Chung W.Y., Gerhard L.A. Comparison of methods for 3-D laser calibration. SPIE Vol. 2065 p. 70−89 (September 1993).

60. Haeusler G., Herrmann J.M. Minimum shading for maximum accuracy in triangulation. Angewandte Optik, Annual Report 1992, Physikalisches Institut, Universitat Erlangen-Nurnberg.

61. Haeusler G., Harand В., Schonfeld H., Windbichler V. The distance uncertainty of different range sensors on machined surfaces. Lehrstuhl fur Optik, Annual Report 1995, Physikalisches Institut, Universitat Erlangen-Nurnberg.

1. Вертопрахов B.B. Влияние формы объекта и ориентации его поверхности на точность лазерных триангуляционных измерений. Автометрия, № 6, 1995, стр. 64 — 68.

63. Отчет о деятельности КТИ НП за 1999 год.

64. Голубев И. В., Плотников С. В. Повышение точности триангуляционных измерений с использованием структурированного освещения. Автометрия, 1999.

65. Плотников С. В. Сравнение методов обработки сигналов в триангуляционных системах. Автометрия, № 6, 1995.

66. Краснов В. Н., Сахно С. П., Тымчик Г. С. Алгоритм поиска экстремальных значений видеосигнала ПЗС-приемников. Приборостроение. 1986. № 4.

67. Clarke Т.А., Cooper M.A.R., Fryer J.G. An estimator for the random error in subpixel target location and its use in the bundle adjustment. SPIE Vol. 2252, p. 161−168, (October 1993).

68. Maalen-Johansen I. On the precision of subpixel measurements in videometry. SPIE Vol. 2252, p. 169−178, (October 1993).

69. Haeusler G., Spellenberg В., Windbichler V. Problems and improvements in triangulation measurements of industrial surfaces. Angewandte Optik, Annual Report 1993, Physikalisches Institut, Universitat Erlangen-Nurnberg.

70. Kierkegaard P. Reflection properties of machined metal surfaces. Opt. Eng. 35(3) p. 845−857 (March 1996).

71. Shchegrov A.V., Maradudin A.A. Scattering of electromagnetic waves from a one-dimensional random metal surface with a localized defect. SPIE Vol. 3141, p. 2531, (July 1997).

72. Coulot С., Kohler-Hemmerlin S., Dumont C., Aluze D., Lamalle B. Lighting study for an optimal defects detection by artificial vision. SPIE Vol. 3029, p. 69−77, (February 1997).

1. Волков E.B., Плотников С. В. Исследование влияния ширины зондирующего пучка на погрешность измерений триангуляционных систем. Автометрия, № 2, 1997.

74. Plotnikov S.V., Volkov E.V. Investigation of probing beam width influence on accuracy of triangulation system measurements. Труды международной конференции «Measurement-97».

75. Maatta К., Kostamovaara J. The effect of measurement spot size on the accuracy of laser radar devices in industrial metrology. SPIE Vol. 1821, p/ 332−342, (November 1992).

76. Битюцкий О. И., Вертопрахов В. В., Кривенков Б. Е., Ладыгин В. И., Пастушенко А. И., Плотников С. В., Чугуй Ю. В., Юношев С. П. Применение оптико-электронных методов измерения для контроля геометрических параметров полых цилиндров. Труды международной конференции «Measurement-97».

77. Bityutski О.I., Chugui Yu.V., Krivenkov B.E., Ladigin V.I., Pastushenko A.I., Plotnikov S.V., Vertoprakhov V.V., Yunoshev S.P. Application of optoelectronic methods of measurement for inspection of geometrical parameters of hollow cylinders. Труды международной конференции «Electronic Imaging-98».

78. Hiromichi Onikura, Yoshiharu Kuwabara, Taizo Nakamura, Takao Sajima, Yoshiro Imaseki, Seiji Yamada Development of an Optical Hole-Diameter Measuring Instrument. Optical Analysis, Fundamental Experiment, Trial Manufacture and Performance Test vol. 61 N 2, 1995, 248−252.

79. Отчет о деятельности КТИ НП за 1994 год.

80. Кащеев К. П., Ладыгин В. И., Пастушенко А. И., Плотников С. В. Лазерный цифровой измеритель биений, смещений и вибрации для гидроагрегатов электростанций. Труды международной конференции «РОИ-98».

81. Пастушенко А. И. Электронные средства контрольно-измерительных систем с распределенной обработкой информации. Датчики и системы, № 4, 1999.

Г7РШС У.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящей работе поставлен и решен ряд актуальных задач, связанных с разработкой и созданием высокоточных быстродействующих триангуляционных измерителей геометрических параметров промышленных изделий.