Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и разработка многопараметрических измерительных
преобразователей, приборов и комплексов многофункционального
приборостроения для промышленных систем управления

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0169
Организация
Университет ИТМО
Руководитель работ
Коротаев Валерий Викторович

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Чертов Александр Николаевич
Зам. руководителя работ
Анисимов Андрей Геннадьевич

Этапы проекта

1
25.06.2009 - 10.12.2009
Объект исследований – многопараметрические измерительные преобразователи, приборы и комплексы многофункционального приборостроения, основанные на различных физических принципах.
Цель работы – исследование и разработка многопараметрических измерительных преобразователей, приборов и комплексов многофункционального приборостроения для промышленных систем управления с расширенными метрологическими возможностями, основанными на информации о позиционировании, форме, цвете и температуре объектов управления.
На первом этапе исследования проведен анализ первичных измерительных преобразователей и датчиков систем и комплексов промышленных систем управления.
По результатам исследований разработаны принципы построения ряда оптико-электронных многофункциональных измерительных систем, рассчитаны параметры и разработана конструкторская документация на экспериментальные образцы оптико-электронных преобразователей (оптико-электронную трехкоординатную систему контроля углов, оптико-электронную систему контроля смещений, измерительный преобразователь цветовых координат) для использования в качестве первичных датчиков в промышленных системах управления. Проведено патентное исследование трехкоординатных оптико-электронных систем контроля смещений.
На основании исследования оптических отражающих систем с управляемой инвариантностью разработан специальный тетраэдрический отражатель, обеспечивающий значительный диапазон измерений системы контроля углов (до 30 угл. минут) при малых габаритах оптических элементов.
Принципиальными особенностями систем контроля углов и смещений является независимое измерение трех угловых и линейных координат объекта соответственно.
На основании системного анализа и сопутствующих исследований осуществлена разработка методов компьютерного зрения для промышленных систем адаптивного управления, в том числе методов восстановления физических характеристик объектов производственной сцены (трехмерной формы, информации о движении и свойствах поверхностей).
Впервые все указанные методы основаны на разработанных алгоритмах построения структурных и признаковых описаний изображений производственных сцен и их сопоставления, работающих в реальном масштабе времени, что обеспечивает погрешность измерения пространственных координат точек изделия менее 0,5 мм.
На основании анализа принципов измерения нестационарных температур и тепловых потоков предложено создание нового поколения специализированных датчиков на основе тонких наноразмерных металлических пленок на керамических подложках для работы в экстремальных условиях в промышленных системах управления.
Используя созданную компьютерную модель, проведены исследования структуры, расчет кинематики движения и определение основных геометрических параметров механизма двухкоординатной прецизионной поворотной платформы для аттестации элементов систем многофункционального приборостроения. На основании исследований разработана конструкторская документация двухкоординатной платформы. Основные особенности, которой – высокая точность, широкий диапазон нагрузок, угловое перемещение в плоскостях OX и OZ, что актуально в области автоматических систем наблюдения за подвижными высокоскоростными малоразмерными объектами.
По результатам работ сформированы заявки на полезную модель и изобретение «Стол прецизионных перемещений» и свидетельство о государственной регистрации программного модуля «Построение систем локальных инвариантных признаков изображения на основе неполного преобразования Фурье-Меллина».
Эффективность разработанных многопараметрических измерительных преобразователей заключается в использовании комплексной информации о позиционировании, форме, цвете, температуре объекта управления, что обеспечивает повышение качества в аспектах точности, диапазона измерения и уровня надежности средств измерений в составе промышленных систем управления.
Результаты исследования отражены в двух учебных материалах и двух модернизированных учебных дисциплинах, с последующим развитием. Элементы разработанных измерительных преобразователей использованы в рамках трех хоздоговорных работ. Полученные результаты подтверждают актуальность и перспективность продолжения исследований и разработок в области многофункционального приборостроения для промышленных систем управления.
Развернуть
2
01.01.2010 - 15.06.2010
Объект исследований – многопараметрические измерительные преобразователи, приборы и комплексы многофункционального приборостроения, основанные на различных физических принципах.
Цель работы – исследование и разработка многопараметрических измерительных преобразователей, приборов и комплексов многофункционального приборостроения для промышленных систем управления с расширенными метрологическими возможностями, основанными на информации о позиционировании, форме, цвете и температуре объектов управления.
По результатам работ на втором этапе проекта изготовлены экспериментальные образцы и основные узлы оптико-электронных измерительных преобразователей (оптико-электронной трехкоординатной системы контроля углов, оптико-электронной системы контроля смещений, измерительного преобразователя цветовых координат движущихся объектов). Разработан функционал универсального стенда и набор методик для оценки основных характеристик измерительных преобразователей, их дальнейшего исследования и развития. Проведено патентное исследование методов представления и описания цветов в информационно-измерительных оптико-электронных системах технического зрения.
Принципиальными особенностями систем контроля углов и смещений является независимое измерение трех угловых и линейных координат объекта соответственно.
Проведены исследования синтетических методов, построенных на основе различных частных методов распознавания – метода обобщенных решающих функций и метода смеси плотностей нормальных распределений вероятностей. Впервые созданы методы, осуществляющие адаптивный выбор решающего правила в задаче распознавания образов, соответствующего наибольшей вероятности правильного распознавания образов, не вошедших в обучающую выборку. В ряде случаев достигается двукратное снижение вероятности ошибки классификации, что и является основным технико-эксплуатационным показателем. Разработанная методика пригодна для непосредственного внедрения.
В области сенсорики повышенной надежности разработаны макеты датчиков теплового потока, температуры и давления, действие каждого из которых основано на применении современных методов измерений.
На базе анализа геометрических параметров, имитационного моделирования и точностного расчета пятикоординатного стола прецизионных перемещений выработаны необходимые конструктивные решения, реализованные в технической документации на макет стола. Проведено патентное исследование средств прецизионного линейного и углового позиционирования и перемещения объектов.
По результатам работ сформирована заявка на объект интеллектуальной собственности: «способ измерения линейного смещения объекта и устройство для его осуществления».
Эффективность разработанных многопараметрических измерительных преобразователей заключается в использовании комплексной информации о позиционировании, форме, цвете, температуре объекта управления, что обеспечивает повышение качества в аспектах точности, диапазона измерения и уровня надежности средств измерений в составе промышленных систем управления.
Эффективность созданных методов для систем компьютерного зрения определяется отсутствием необходимости выполнять для них настройку на конкретный тип объектов. Методы могут применяться в системах, решающих задачи распознавания объектов на лентах конвейера.
Результаты исследования отражены в трех диссертациях на соискание ученой степени кандидата технических наук, двух учебных пособиях, двух модернизированных учебных дисциплинах и 12 публикациях, с последующим развитием. Элементы разработанных измерительных преобразователей использованы в рамках двух хоздоговорных работ.
Развернуть
3
16.06.2010 - 10.12.2010
Настройка экспериментальных образцов
оптико-электронных преобразователей.
Разработка методики обучения
интеллектуальных систем управления на
основе визуальных данных.
Разработка общих для различных типов
датчиков методов определения
динамических характеристик.
Изготовление макетов двухкоординатной
прецизионной поворотной платформы и
пятикоординатного стола прецизионных
перемещений.
Разработка программы для испытаний
экспериментальных образцов оптико-
электронных преобразователей.
Развернуть
4
01.01.2011 - 15.06.2011
Исследование параметров
экспериментальных образцов оптико-
электронных преобразователей.
Разработка способов аппаратной
реализации промышленных систем
адаптивного управления.
Проведение испытаний макетов датчиков:
температуры, давления и теплового потока.
Исследование и калибровка параметров
макета двухкоординатной прецизионной
поворотной платформы и макета
пятикоординатного стола прецизионных
перемещений
Создание учебного стенда.
Разработка внедрения программы
компьютерного зрения и распознавания
образов в образовательный процесс
Развернуть
5
16.06.2011 - 31.08.2011
Исследование параметров и
характеристик и ввод экспериментальных
образцов ОЭП в учебный процесс.
Отображение математического
обеспечения промышленных систем
адаптивного управления на сигнальные
процессоры.
Оформление результатов исследований и
завершение создания учебно-
исследовательских работ.
Подготовка научно-методических
материалов или оригинал-макета
монографии по результатам исследования
Технико-экономическая оценка
полученных результатов
Разработка учебных программ работы на
лабораторном стенде
Отладка учебных программ работы на
лабораторном стенде
Экспериментальная проверка программ
ЭВМ
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2010 - 2011, 18 мес.
Бюджетные средства
0,5 млн
профинансировано
Тема
«Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области многофункционального приборостроения для промышленных систем управления»
Продолжительность работ
2009 - 2011, 29 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
13
Тема
Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области многофункционального приборостроения для промышленных систем управления.
Продолжительность работ
2010 - 2012, 31 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
18
Тема
Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области многофункционального приборостроения для промышленных систем управления
Продолжительность работ
2010 - 2012, 26 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
18
Тема
НК-81П Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Многофункциональное приборостроение для промышленных систем управления» в рамках мероприятия 1.2.1 Программы
Продолжительность работ
2009 - 2011, 28 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
7
Тема
НК-166П Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Многофункциональное приборостроение для промышленных систем управления» в рамках мероприятия 1.2.2 Программы
Продолжительность работ
2009 - 2011, 28 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
5