Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка микросенсорного интеллектуального оптико-электронного модуля с матричным неохлаждаемым приемником теплового излучения на основе микросистемной техники для устройств технического зрения современных робототехнических комплексов

Номер контракта: 14.578.21.0059

Руководитель: Крупнов Юрий Анатольевич

Должность: ведущий инженер

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
к-моп ис, мэмс системы, термопары, ик фотоприемники, приборы технического зрения

Цель проекта:
Разработка комплекса научно-технических решений по созданию оптико-электронного модуля интеллектуальных микросенсорных устройств (далее - МСУ) технического зрения на основе микросистемной техники для современных робототехнических комплексов. Разработка предложений по серийному производству систем технического зрения для робототехнических комплексов на основе неохлаждаемых приемников теплового излучения, работающих в ИК-области.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе проведения ПНИ должны быть получены следующие результаты:
1 Методы определения предельных характеристик функционирования МСУ (кадровая частота, точность определения температуры тепловых объектов).
2 Технология создания оптико-электронного модуля c матричным неохлаждаемым приемником на основе микроэлектромеханической системы (далее - МЭМС).
3 Алгоритмы по реализации интеллектуальных функций МСУ, в том числе:
1) алгоритм пространственной фильтрации для подавления геометрического шума чувствительных элементов матричного неохлаждаемого приемника теплового излучения;
2) алгоритм дистанционного обнаружения тепловых объектов в секторе обзора МСУ с определением их угловых координат;
3) алгоритм панорамного сканирования пространства;
4) алгоритм удержания движущегося теплового объекта в секторе обзора МСУ.
4 Экспериментальный образец МСУ
5 Проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка технологии промышленного производства интеллектуального микросенсорного устройства с матричным неохлаждаемым приемником теплового излучения на основе микросистемной техники для устройств технического зрения современных робототехнических комплексов».
6 Рекомендации по использованию результатов проведенных ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.
Основные характеристики планируемых результатов:
1 Разрабатываемые в рамках ПНИ МСУ должны быть предназначены для применения в составе устройств технического зрения современных робототехнических комплексов.
2 Разрабатываемые методы предназначены для проведения исследований экспериментальных образцов МСУ.
3 Разрабатываемая технология должна быть предназначена для изготовления оптико-электронных приборов на основе матричных неохлаждаемых приемников теплового (инфракрасного) излучения.
4 Разрабатываемые алгоритмы должны быть предназначены для обработки сигналов оптико-электронного модуля, управления поворотными устройствами МСУ. Совокупность разрабатываемых алгоритмов и программного обеспечения должны обеспечивать реализацию интеллектуальных функций МСУ.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Выработанные в ходе выполнения ПНИ технические решения по конструкции интеллектуального модуля с матричным неохлаждаемым приемником теплового излучения должны обеспечивать возможность их практического использования в устройства технического зрения современных робототехнических комплексов с тепловыми системами видения. Методические подходы по выбору сценариев и алгоритмов функционирования робототехнических устройств на основе модуля с матричным неохлаждаемым приемником теплового излучения должны быть применимы в производстве высокотехнологичной продукции коммерческого, промышленного и специального назначений. Программные решения по реализации интеллектуальных функций модуля с матричным неохлаждаемым приемником теплового излучения должны быть предназначены для разработок роботизированных устройств с новыми исполнительными функциями (тепловое видение, дистанционная регистрация источников теплового излучения, температурный мониторинг, теплопеленгация, ИК-целеуказание). Основной особенностью разработки является совмещение диапазонов наблюдения видимого спектра и ИК-диапазона, автоматическая фокусировка объективов при помощи лазерного дальномера и способность осуществлять слежение не только за счёт алгоритмов обработки последовательности видеокадров, но и за счёт перемещения поля зрения видеокамеры вслед за движущимся объектом слежения. Сформулированные технические требования в виде проекта технического задания на проведение ОКР по созданию нового типа продукции - интеллектуального модуля с матричным неохлаждаемым приемником теплового излучения должны определить состав основных элементов и узлов модуля, их конструктивные параметры, перечень и значения рабочих характеристик для разработки опытного образца модуля.
Широкий спектр исполнительных функций, которые смогут выполнять робототехнические устройства с помощью предлагаемых сенсоров, реализуется на стандартной элементной базе с использованием соответствующего прикладного программного обеспечения (ПО).

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Выработанные в ходе выполнения ПНИ технические решения по конструкции интеллектуального модуля с матричным неохлаждаемым приемником теплового излучения должны обеспечивать возможность их практического использования в устройства технического зрения современных робототехнических комплексов с тепловыми системами видения. Потенциальными потребителями результатов проекта являются промышленные предприятия, производящие высокотехнологичную продукцию коммерческого, промышленного и специального назначений. Области применения МСУ:
• Обеспечение охраны и безопасности критически важных объектов инфраструктуры (аэропортов, транспортных узлов, ядерных объектов, электростанций, химических производств, нефте-, газопроводов и хранилищ, границ и т.п.).
• Мониторинг тепло- и энергосетей для предотвращения выхода из строя элементов энергосетей и подстанций.
• Обеспечение промышленной безопасности (контроль и диагностика режимов работы сложных машин и механизмов, обнаружение дефектных или выработавших ресурс деталей по их перегреву, обнаружение искрения во внутренней электропроводке и т.п.).
• Ликвидация чрезвычайных ситуаций и последствий катастроф.
• Мониторинг сложнодоступных или опасных для жизни и здоровья человека объектов.
Научно-технические результаты, полученные в ходе выполнения ПНИ, могут быть использованы в производстве интеллектуального модуля с матричным неохлаждаемым приемником теплового излучения.
Согласно маркетинговым исследованиям мировых консалтинговых агентств, прогнозируемый рост на рынке неохлаждаемых тепловизионных систем составит 23% к 2018 году (Yole Development).
Отсутствие на отечественном рынке систем технического зрения для робототехнических комплексов неохлаждаемых приемников теплового излучения отечественного производства позволяет говорить о высоком потенциале коммерциализации результатов ПНИ.

Текущие результаты проекта:
На 1 этапе ПНИ выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы; проведён патентный поиск, исследованы и разработаны варианты схемотехнических решений построения оптико-электронного модуля на основе матричного неохлаждаемого приемника теплового излучения; исследованы возможные конструкторские решения по созданию МСУ и проведена их сравнительная оценка; исследованы основные технологические принципы изготовления оптико-электронных модулей для устройств технического зрения современных робототехнических комплексов; разработаны методы определения предельных характеристик функционирования МСУ (кадровая частота, точность определения температуры тепловых объектов) и проведены их теоретические расчеты; проведен выбор и обоснование оптической системы оптико-электронного модуля на основе микрообъектива; выполнены работы по обоснованию, выбору и закупке оборудования и аппаратуры для отработки технологии изготовления оптико-электронного модуля c матричным неохлаждаемым приемником на основе МЭМС-технологии; проведен анализ возможностей применения МСУ в современных роботехнических комплексах и устройствах технического зрения. В ходе выполнения первого этапа ПНИ выполнены следующие пункты Технического задания: 2.1., 3.1 - 3.8, 5.1, 6.1.1, 6.1.2, а также в полном объёме выполнены все пункты первого этапа Плана-графика исполнения обязательств по данному Соглашению о предоставлении субсидии.
На 2 этапе ПНИ разработана эскизная технологическая документация изготовления экспериментальных образцов оптико-электронного модуля; выполнен теоретический расчет оптической схемы оптико-электронного модуля и теплообменных процессов в модуле, разработана принципиальная оптическая схема; разработаны конструкторские решения для создания интеллектуального МСУ на основе оптико-электронного модуля с матричным неохлаждаемым приемником теплового излучения; проведено компьютерное моделирование конструктивных элементов оптико-электронного модуля с применением программного продукта Ansys; разработана и изготовлена оснастка для отработки технологических процессов изготовления оптико-электронного модуля c матричным неохлаждаемым приемником, закуплены материалы для ее изготовления; подготовлен отчет о выполнении работ по обоснованию, выбору аналитического и технологического оборудования, предназначенного для отработки технологии изготовления оптико-электронного модуля. В ходе выполнения второго этапа ПНИ выполнены следующие пункты Технического задания: 2.2, 3.9-3.12, 6.1.2, 6.1.3.3, а также в полном объёме выполнены все пункты второго этапа Плана-графика исполнения обязательств по данному Соглашению.
На 3 этапе ПНИ разработан алгоритм, реализующий пространственную фильтрацию для подавления геометрического шума чувствительных элементов матричного неохлаждаемого приемника теплового излучения; разработаны алгоритмы МСУ, реализующие функцию дистанционного обнаружения теплового объекта с определением его угловых координат, панорамное сканирование пространства, функцию сопровождения движущего теплового объекта в секторе обзора МСУ; разработана ЭКД на экспериментальный образец МСУ, разрабатывается эскизная технологическая и программная документация, выполняется программная реализация разработанных алгоритмов; готовится заявка на охранный документ; подготовлены тезисы доклада на конференции, составляется отчет об участии в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию промежуточных и окончательных результатов ПНИ; разработана и изготавливается оснастка для изготовления МСУ и проведения экспериментальных исследований; закуплены материалы и комплектующих для изготовления оснастки.