СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА КОНТАКТНЫХ СЕТЕЙ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
ÓÄÊ 621.332.32.004.6
ÑÈÑÒÅÌÀ ÄÈÑÒÀÍÖÈÎÍÍÎÃÎ ÎÏÒÈ×ÅÑÊÎÃÎ ÊÎÍÒÐÎËß ÑÅ×ÅÍÈß ÏÐÎÂÎÄÀ ÊÎÍÒÀÊÒÍÛÕ ÑÅÒÅÉ ÆÅËÅÇÍÛÕ ÄÎÐÎÃ
© 2008 ã. © 2008 ã.
Â. Ñ. Áàçèí; À. Ã. Âåðõîãëÿä; È. À. Âûõðèñòþê; Ñ. Â. Êàëè÷êèí; Â. Ý. Êàëèêèí; Ñ. Í. Ìàêàðîâ; Ì. Ô. Ñòóïàê, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; Þ. Â. ×óãóé, äîêòîð òåõí. íàóê
Êîíñòðóêòîðñêî-òåõíîëîãè÷åñêèé èíñòèòóò íàó÷íîãî ïðèáîðîñòðîåíèÿ ÑÎ ÐÀÍ, ã. Íîâîñèáèðñê E-mail: chugui@tdisie.nsc.ru
Íà îñíîâå ìåòîäà îïòè÷åñêîãî ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ ðàçðàáîòàíà è ñîçäàíà ñèñòåìà àâòîìàòè÷åñêîãî èçìåðåíèÿ èçíîñà è îáíàðóæåíèÿ äåôåêòîâ ïðîâîäà êîíòàêòíûõ ñåòåé æåëåçíûõ äîðîã. Ñèñòåìà îïðåäåëÿåò îñòàòî÷íóþ âûñîòó êîíòàêòíîãî ïðîâîäà ñ ïîãðåøíîñòüþ 0,1 ìì, ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïðîâîäà ñî ñðåäíåêâàäðàòè÷åñêîé ïîãðåøíîñòüþ 1,5 ìì2 ïðè ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ äî 60 êì/÷, ÷òî ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íûì äëÿ óâåðåííîãî ïðèíÿòèÿ ðåøåíèé ïî çàìåíå èçíîøåííûõ ó÷àñòêîâ êîíòàêòíûõ ñåòåé. Ñèñòåìà òàêæå ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ èçìåðåíèÿ èçíîñà ïðîâîäîâ êîíòàêòíîé ñåòè ãîðîäñêîãî òðàíñïîðòà è äëÿ òåõíîëîãè÷åñêîãî êîíòðîëÿ ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðè ïðîèçâîäñòâå êàáåëüíîé è òðóáíîé ïðîäóêöèè.
Êîäû OCIS: 120.0120.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 12.07.2007.
Ââåäåíèå
Áåçîïàñíîñòü ýêñïëóàòàöèè æåëåçíîäîðîæíîãî òðàíñïîðòà òðåáóåò íåïðåðûâíîãî êîíòðîëÿ ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ èçíàøèâàåìûõ êîíñòðóêöèé, âêëþ÷àÿ êîíòðîëü èçíîñà êîíòàêòíîãî ïðîâîäà è íàëè÷èÿ äåôåêòîâ îñíîâíûõ ýëåìåíòîâ êîíòàêòíîé ñåòè. Âñëåäñòâèå òðåíèÿ òîêîïðèåìíèêà î ïðîâîä êîíôèãóðàöèÿ ïðîâîäà ïîäâåðãàåòñÿ èçìåíåíèþ, ïîýòîìó íåîáõîäèì ìîíèòîðèíã åãî ñîñòîÿíèÿ. Ìîíèòîðèíã äîëæåí îñóùåñòâëÿòüñÿ áåñêîíòàêòíûì ñïîñîáîì, òàê êàê ïðîâîä íàõîäèòñÿ âñåãäà ïîä âûñîêèì íàïðÿæåíèåì (äî 30 êÂ). Ðàçðàáàòûâàåìàÿ ñèñòåìà äîëæíà áûòü äîñòàòî÷íî êîìïàêòíîé è óäîâëåòâîðÿòü ñëåäóþùèì òðåáîâàíèÿì: âîçìîæíîñòü êîíòðîëÿ äî ÷åòûðåõ ïðîâîäîâ îäíîâðåìåííî ñ ïðîñòðàíñòâåííûì øàãîì èçìåðåíèé íå áîëåå 10 ìì, îñòàòî÷íàÿ âûñîòà ïðîâîäà äîëæíà èçìåðÿòüñÿ ñ ïîãðåøíîñòüþ íå áîëåå 0,2 ìì. Äëÿ ðåøåíèÿ ïîäîáíûõ çàäà÷ ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ òåíåâîé ìåòîä [1–4]. Îäíàêî îí èìååò ñâîè èçâåñòíûå îãðàíè÷åíèÿ. Òàê, â ñëó÷àå òåíåâûõ èçîáðàæåíèé îò íåïðîçðà÷íûõ âîãíóòûõ îáúåêòîâ ìîæåò èìåòü ìåñòî ïîòåðÿ èíôîðìàöèè î ãåîìåòðèè ïðîâîäà. Ïîýòîìó òàêîé ìåòîä îáû÷íî ïðèìåíÿåòñÿ òîëüêî äëÿ êîíòðîëÿ íåïðîçðà÷íûõ îáúåêòîâ, èìåþùèõ âûïóêëóþ ôîðìó. Áîëåå òîãî, ýòîò ìåòîä ïðåäïîëàãàåò, ÷òî èñòî÷íèê ñâåòà è ïðèåìíèê äîëæíû áûòü ðàñïîëîæåíû ñ ðàçíûõ ñòîðîí îáúåêòà. Ýòè îáñòîÿòåëüñòâà çàòðóäíÿþò ïðèìåíåíèå òåíåâîãî ìåòîäà äëÿ èçìåðåíèÿ ãåîìåòðèè èçíîñà êîíòàêòíîãî ïðîâîäà è èñêëþ÷àþò âîçìîæíîñòü äåôåêòîñêîïèè ñàìîé ïîâåðõíîñòè.
 äàííîé ðàáîòå èñïîëüçîâàëñÿ ìåòîä ðåøåíèÿ óêàçàííîé çàäà÷è ñ ïðèìåíåíèåì ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ [5], à òàêæå ëàçåðíîé ñèñòåìû äëÿ àâòîìàòè÷åñêîãî äèñòàíöèîííîãî êîíòðîëÿ ãåîìåòðèè è äåôåêòîâ êîíòàêòíûõ ïðîâîäîâ. Íèæå äàåòñÿ îïèñàíèå ìåòîäà, ïðèâîäÿòñÿ îáùàÿ ñõåìà èçìåðèòåëüíîãî ìîäóëÿ, àëãîðèòìû îáðàáîòêè èçîáðàæåíèé äëÿ îïðåäåëåíèÿ èçíîñà, à òàêæå ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé è òåñòèðîâàíèÿ ñèñòåìû íà Çàïàäíî-Ñèáèðñêîé æåëåçíîé äîðîãå.
Ìåòîä èçìåðåíèé
Êàê èçâåñòíî, â õîäå ýêñïëóàòàöèè êîíòàêòíîãî ïðîâîäà (ðèñ. 1à) ïîÿâëÿþòñÿ ðàçëè÷íûå äåôåêòû åãî ãåîìåòðèè, êîòîðûå íåîáõîäèìî ñâîåâðåìåííî îáíàðóæèòü è óñòðàíèòü (ðèñ. 1á, 1â, 1ã). Îñíîâíîé äåôåêò, âåäóùèé ê óâåëè÷åíèþ óäåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è âåðîÿòíîñòè ðàçðûâà ïðîâîäà, – óìåíüøåíèå ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ. Êðèòè÷åñêèìè òàêæå ÿâëÿþòñÿ äåôåêòû òèïà “ïîâîðîò” (ðèñ. 1â), ïðè êîòîðîì ïðîâîä ìîæåò áûòü ïîâåðíóò â ïëîñ-
(à) (á)
(â) (ã)
D w
Ðèñ. 1. Ôîðìà ñå÷åíèÿ íåèçíîøåííîãî (à) è èçíîøåííûõ ïðîâîäîâ (á–ã).
68 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
êîñòè ñå÷åíèÿ, è äåôåêòû òèïà “øåéêà” (ðèñ. 1ã), êîãäà ñå÷åíèå ïðîâîäà óìåíüøàåòñÿ ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì. Èçíîñ ïðîâîäà õàðàêòåðèçóåòñÿ äâóìÿ îñíîâíûìè ïàðàìåòðàìè, à èìåííî øèðèíîé êîíòàêòíîé ïîâåðõíîñòè w è ãëóáèíîé èçíîñà D (ðèñ. 1á).
Äëÿ îáíàðóæåíèÿ ýòèõ äåôåêòîâ è èçìåðåíèÿ îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ èçíîñà àâòîðàìè ïðåäëîæåí ìåòîä ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ (ðèñ. 2). Ëàçåðíûé îñâåòèòåëü ôîðìèðóåò îäèí èëè íåñêîëüêî ïàðàëëåëüíûõ ïëîñêèõ ïó÷êîâ èçëó÷åíèÿ ïîä íåêîòîðûì óãëîì ê êîíòàêòíîìó ïðîâîäó. Îòðàæåííîå îò ïîâåðõíîñòè ïðîâîäà èçëó÷åíèå ðåãèñòðèðóåòñÿ öèôðîâîé âèäåîêàìåðîé. Ïîëó÷åííîå èçîáðàæåíèå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êðèâóþ, êîòîðàÿ îáðàçîâàíà ïåðåñå÷åíèåì ïëîñêîñòè ïó÷êà ñ ïîâåðõíîñòüþ êîíòàêòíîãî ïðîâîäà (ðèñ. 2).
Ôîðìà êîíòóðà ñå÷åíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ óãëàìè íàêëîíà ïëîñêîñòè ëó÷à ïîäñâåòêè è íàïðàâëåíèÿ íàáëþäåíèÿ ê îñè êîíòàêòíîãî ïðîâîäà (ðèñ. 3).
Ïîëàãàÿ, ÷òî ïîâåðõíîñòü êîíòàêòíîãî ïðîâîäà â îáëàñòè ïåðåñå÷åíèÿ ñ ëàçåðíûì ïó÷êîì ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ öèëèíäðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè è âäîëü îñè Z êîíòóð ñå÷åíèÿ ïðîâîäà â ïëîñêîñòè XY îñòàåòñÿ íåèçìåííûì, ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî êîíòóð, ðåãèñòðèðóåìûé êàìåðîé, ñîîòâåòñòâóåò ýòîìó êîíòóðó. Ïðè ýòîì êîíòóð ñå÷åíèÿ ïðîâîäà ïëîñêîñòüþ X′Y áóäåò ïîëó÷àòüñÿ èç êîíòóðà ñå÷åíèÿ ïëîñêîñòüþ XY ïóòåì ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàòû x ñîãëàñíî âûðàæåíèþ x′ = x/sinα.
Åñëè îïòè÷åñêàÿ îñü êàìåðû ïåðåñåêàåòñÿ ñ ïëîñêîñòüþ X′Y ïîä óãëîì β, òî ïðîåêöèÿ ñå÷åíèÿ ïðîâîäà â ïëîñêîñòè X′Y íà ïëîñêîñòü ìàòðèöû ôîòîêàìåðû (X″Y) áóäåò îïèñûâàòüñÿ ïðåîáðàçîâàíèåì x″ = x′sinβ.  ðåçóëüòàòå êîîðäèíàòû X″ è X ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì x″ = xsinβ/sinα. Åñëè óãëû α è β ðàâíû ìåæäó ñîáîé, òî êîíòóðû ïðîåêöèé â ïëîñêîñòÿõ XY è X″Y áóäóò èäåíòè÷íûìè. Äëÿ óäîáñòâà êîíñòðóêöèè óãëû α è β âûáðàíû ðàâíûìè π/4. Îòìåòèì, ÷òî äëÿ ïîëó÷åíèÿ êîððåêòíûõ ðåçóëüòàòîâ ïðè ñðåäíåé âûñîòå èçìåðÿåìîé ïîâåðõíîñòè â 6 ìì òðåáóåòñÿ ïîñòîÿíñòâî ôîðìû ñå÷åíèÿ ïðîâîäà íà ïðîòÿæåíèè 8,5 ìì, ÷òî ðåàëèçóåòñÿ íà ïðàêòèêå.
3
1 2
Ðèñ. 2. Ñõåìà îïðåäåëåíèÿ ôîðìû êîíòóðà ñå÷åíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ. 1 – ëàçåðíûé îñâåòèòåëü, 2 – âèäåîêàìåðà, 3 – ðåãèñòðèðóåìîå èçîáðàæåíèå.
Ïðîâîä
Ïðîâîä
x z
Êàìåðà x Ëàçåð yy
α
Ëàçåð z
X′ β
Êàìåðà
X″
Ðèñ. 3. Ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïîëîæåíèå ïðîâîäà, îñâåòèòåëÿ è âèäåîêàìåðû â êîîðäèíàòàõ XYZ (à) è âèä â ïëîñêîñòè XZ (á).
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
Êîíñòðóêöèÿ èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìû
Îïèñàííûé âûøå ìåòîä áûë ïîëîæåí â îñíîâó èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìû. Êîíñòðóêòèâíî îíà ñîñòîèò (ðèñ. 4) èç èçìåðèòåëüíîãî ìîäóëÿ, ðàñïîëîæåííîãî íà êðûøå âàãîíà, è ñòàíöèè íàêîïëåíèÿ è îáðàáîòêè äàííûõ, ðàñïîëîæåííîé âíóòðè âàãîíà.
Èçìåðèòåëüíûé ìîäóëü ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïåðâè÷íîé âèäåîèíôîðìàöèè, ñîäåðæàùåé äàííûå î ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðàõ òåñòèðóåìîé êîíòàêòíîé ëèíèè. Îí ñîñòîèò èç îñâåòèòåëÿ è áëîêà ðåãèñòðàöèè èçîáðàæåíèÿ. Còàíöèåé íàêîïëåíèÿ è îáðàáîòêè äàííûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñáîð èíôîðìàöèè, ïîëó÷åííîé èç èçìåðèòåëüíîãî ìîäóëÿ, åå îáðàáîòêà è âû÷èñëåíèå êîíòðîëèðóåìûõ ïàðàìåòðîâ, à òàêæå àðõèâèðîâàíèå òðåáóåìîé èíôîðìàöèè.
Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåòîäà ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ ëàçåðíûé îñâåòèòåëü äîëæåí îáåñïå÷èâàòü çàäàííîå ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè ñâåòà âî âñåì èçìåðèòåëüíîì îáúåìå, êîòîðûé, ïðèìåíèòåëüíî ê êîíòðîëþ ãåîìåòðè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê êîíòàêòíîãî ïðîâîäà, èìååò ñëåäóþùèå ðàçìåðû: ïðèìåðíî 1000 ìì ïî øèðèíå (èç-çà çèãçàãà ïðîâîäà îòíîñèòåëüíî îñè ïóòè) è ïðèìåðíî 1500 ìì ïî ïðîòÿæåííîñòè â ãëóáèíó (èç-çà âîçìîæíûõ èçìåíåíèé âûñîòû ïðîâîäà îòíîñèòåëüíî ïîâåðõíîñòè æåëåçíîäîðîæíîãî ïîëîòíà). Îäíàêî ñîçäàíèå òàêîãî îñâåòèòåëÿ ïðåäñòàâëÿåòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåðåàëüíûì. Ïîýòîìó áûëî ðåàëèçîâàíî ñëåæåíèå çà
69
L2 L1
3 7
2
5
4 1
6
Ðèñ. 4. Îáùàÿ ñõåìà èçìåðèòåëüíîãî ìîäóëÿ. 1 – êðûøà âàãîíà-ëàáîðàòîðèè, 2 – ïîäâèæíûé ëàçåðíûé îñâåòèòåëü, 3 – ëàçåðíûé ïó÷îê, 4 – ìîòîð ñèñòåìû ñëåæåíèÿ, 5 – âèäåîêàìåðû, 6 – êîìïüþòåð è êîíòðîëëåð ìîòîðà ñëåæåíèÿ, 7 – ïîäâèæíîå çåðêàëî; L1 è L2 – äèàïàçîíû îòêëîíåíèÿ ïðîâîäà ïî âûñîòå è ãîðèçîíòàëè.
ñìåùåíèåì ïðîâîäà îò òî÷êè îïòèìàëüíîé ôîêóñèðîâêè ñëåäóþùèì îáðàçîì: c ïîìîùüþ ìåõàíè÷åñêîé ñèñòåìû ñèíõðîííî ñ èçìåíåíèåì âûñîòû ïðîâîäà ïðîâîäèëîñü ïåðåìåùåíèå îñâåòèòåëÿ òàê, ÷òî äëèíà îïòè÷åñêîãî ïóòè îò ïðîâîäà äî îñâåòèòåëÿ îñòàâàëàñü ïîñòîÿííîé.
Òàêæå ñ öåëüþ ñíèæåíèÿ òðåáîâàíèé ê ãëóáèíå ðåçêîñòè îáúåêòèâà ðåãèñòðèðóþùåé ñèñòåìû è óñòðàíåíèÿ íåîáõîäèìîñòè ïîñòîÿííîãî ïåðåñ÷åòà ïîëó÷àåìûõ äàííûõ ïðè èçìåíåíèè ìàñøòàáà èçîáðàæåíèÿ ïðîâîäà ïðîèîäèëîñü (ñèíõðîííî ñ ïåðåìåùåíèåì îñâåòèòåëÿ) ïåðåìåùåíèå âèäåîêàìåðû òàê, ÷òîáû ïðè èçìåíåíèè âûñîòû ïðîâîäà äëèíà îïòè÷åñêîãî ïóòè îò âèäåîêàìåðû äî ïðîâîäà òàêæå îñòàâàëàñü ïîñòîÿííîé è ðàâíÿëàñü 2500 ìì.
 êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ âûáðàí ïîëóïðîâîäíèêîâûé ëàçåð ìàðêè ÀÒÑ-Ñ4000 ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ 810 íì. Èçëó÷åíèå ëàçåðà ôîðìèðîâàëîñü â ïëîñêèé ïó÷îê ñ ïîìîùüþ öèëèíäðè÷åñêîé ëèíçû è îáúåêòèâà “Þïèòåð-8”. Ïðè îïòèìàëüíîì ðàññòîÿíèè îò îñâåòèòåëÿ äî êîíòðîëèðóåìîãî îáúåêòà øèðèíà ïó÷êà ñîñòàâëÿëà áîëåå 1 ì, ÷òî ïðåâûøàëî äèàïàçîí ïîïåðå÷íûõ ïåðåìåùåíèé ïðîâîäà. Ïðè ýòîì “òîëùèíà” ñâåòîâîé ïëîñêîñòè â òî÷êå íàèëó÷øåé ôîêóñèðîâêè íå ïðåâûøàëà 2 ìì.  áëîêå ðåãèñòðàöèè èñïîëüçîâàëèñü òðè
(ñ öåëüþ ïåðåêðûòèÿ ïî øèðèíå âñåé çîíû èçìåðåíèÿ) âèäåîêàìåðû Pixelink PL-A741 ñ îáúåêòèâîì ôèðìû COMPUTAR (ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå F = = 50 ìì, F/1,3). Äëÿ óñòðàíåíèÿ âíåøíèõ çàñâåòîê ïåðåä îáúåêòèâàìè âèäåîêàìåð óñòàíàâëèâàëèñü èíòåðôåðåíöèîííûå ñâåòîôèëüòðû. Ñâåòîôèëüòðû ðàññ÷èòûâàëèñü òàê, ÷òî ïðè îòêëîíåíèè äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ îò ìàêñèìóìà ïðîïóñêàíèÿ (810 íì) íà 4 íì êîýôôèöèåíò ïðîïóñêàíèÿ óìåíüøàëñÿ â 100 ðàç. Ïðè äàííûõ ïàðàìåòðàõ è âðåìåíè íàêîïëåíèÿ ïðèìåðíî 0,1 ìñ ïîëåçíûé ñèãíàë ñîñòàâëÿë âåëè÷èíó ïîðÿäêà 700 ìêÂò/ñì2.
Àëãîðèòì âû÷èñëåíèÿ ãåîìåòðèè èçíîñà ïðîâîäà
Äëÿ ñîçäàíèÿ ðåàëüíî ðàáîòàþùåé ñèñòåìû íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ðÿä ôàêòîðîâ, ñâÿçàííûõ ñ íåäîñòàòî÷íûì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì âèäåîêàìåðû è íåâîçìîæíîñòüþ ôîêóñèðîâêè èçëó÷åíèÿ â î÷åíü òîíêóþ ëèíèþ íà ðàññòîÿíèÿõ ïîðÿäêà 2 ì, êîòîðûå âî ìíîãîì îïðåäåëÿþò òî÷íîñòü èçìåðåíèé. Êàê ïîêàçàëè ýêñïåðèìåíòû, çàäàííîé òî÷íîñòè ìîæíî äîñòè÷ü, ïðèìåíÿÿ ñîîòâåòñòâóþùèå àëãîðèòìû îáðàáîòêè. Âåñü àíàëèç âèäåîèçîáðàæåíèÿ ðàçáèâàåòñÿ íà íåñêîëüêî ýòàïîâ.
70 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
Íà ïåðâîì èç íèõ îñóùåñòâëÿåòñÿ íàõîæäåíèå èíôîðìàòèâíûõ ó÷àñòêîâ âèäåîèçîáðàæåíèÿ, ò. å. ó÷àñòêîâ êàäðà, ñîäåðæàùèõ èçîáðàæåíèå ñå÷åíèÿ ïðîâîäà ëàçåðíîé ïëîñêîñòüþ. Òàêèå ó÷àñòêè èùóòñÿ êàê ñâÿçíûå ïèêñåëüíûå îáëàñòè ñ äîñòàòî÷íî áîëüøèì ÷èñëîì ïèêñåëîâ. Äëÿ óïðîùåíèÿ ïîèñêà ýòè ñâÿçíûå êîìïîíåíòû îòñëåæèâàþòñÿ íà ïîñëåäîâàòåëüíîñòè êàäðîâ âî âðåìÿ ïðîâåäåíèÿ ïðîöåäóðû èçìåðåíèé. Âûäåëåííîå òàêèì îáðàçîì èçîáðàæåíèå, ïîäëåæàùåå äàëüíåéøåé îáðàáîòêå, ïîêàçàíî íà ðèñ. 5à.
Âèäíî, ÷òî âìåñòî òîíêîé ëèíèè ñå÷åíèÿ ïðîâîäà ëó÷îì ëàçåðà íàáëþäàåòñÿ åå ðàçìûòîå (â âåðòèêàëüíîì íàïðàâëåíèè) èçîáðàæåíèå. Ïðè äàëüíåéøåé îáðàáîòêå ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ñå÷åíèå ïðîâîäà íà ðàññòîÿíèè îêîëî 10 ìì ìåíÿåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî (â ïðåäåëàõ ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé), ÷òî ïîäòâåðæäàåòñÿ íà ïðàêòèêå. Ýòî ïîçâîëÿåò íà âòîðîì ýòàïå îáðàáîòêè ñâåðíóòü (ïî âåðòèêàëè) ðàçìûòîå èçîáðàæåíèå â ëèíèþ, âûïîëíèâ îïåðàöèþ íàõîæäåíèÿ öåíòðîâ ìàññ ïî ÿðêîñòè äëÿ êàæäîãî âåðòèêàëüíîãî ñòîëáöà ïèêñåëîâ èçîáðàæåíèÿ (ðèñ. 5á). Äàëåå, ïóòåì îáðàáîòêè êðèâîé, ïðåäñòàâëåííîé íàéäåííûìè öåíòðàìè ìàññ, îïðåäåëÿåòñÿ ïðîôèëü ñå÷åíèÿ ïðîâîäà. Äëÿ ýòîãî èç âñåõ íàéäåííûõ öåí-
òðîâ àëãîðèòìè÷åñêè âûäåëÿþòñÿ öåíòðû, ïðèíàäëåæàùèå íåèçíîøåííîé ÷àñòè ïðîâîäà (ðèñ. 5â).  ýòèõ îáëàñòÿõ ïîâåðõíîñòü ïðîâîäà â ðàññìàòðèâàåìîì ñå÷åíèè èìååò îêðóãëóþ ôîðìó, ÷òî ïîçâîëÿåò ñòàòèñòè÷åñêèìè ìåòîäàìè âû÷èñëèòü öåíòð êîíòóðà ñå÷åíèÿ êàê öåíòð îêðóæíîñòè, íàèáîëåå áëèçêîé ê èñõîäíîìó íàáîðó òî÷åê (ðèñ. 5â), è çàòåì âîññòàíîâèòü ôîðìó ñå÷åíèÿ ïðîâîäà (ðèñ. 5ã).
Áîëåå äåòàëüíî àëãîðèòì âû÷èñëåíèÿ ãåîìåòðè÷åñêîãî öåíòðà ñå÷åíèÿ âûãëÿäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì:
à) ïðîâîäèòñÿ ïåðåáîð âñåõ âîçìîæíûõ ñî÷åòàíèé (Ai, Bk), ãäå Ai – ìíîæåñòâî òî÷åê, ïðèíàäëåæàùèõ ê ëåâîé ïîëîâèíå ïðîâîäà, à Bk – ìíîæåñòâî òî÷åê, ïðèíàäëåæàùèõ ê ïðàâîé ïîëîâèíå ïðîâîäà, ïðè ýòîì Ai ïðîáåãàåò âñå òî÷êè ïåðâîé ãðóïïû, à Bk – âòîðîé (íà ðèñ. 5â äàííûå ãðóïïû òî÷åê îáîçíà÷åíû öèôðàìè 1 è 2);
á) äëÿ êàæäîãî ñî÷åòàíèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîèñê öåíòðà îêðóæíîñòè Ci, k ñ èçâåñòíûì ðàäèóñîì R, ñîäåðæàùèì îáå òî÷êè;
â) âû÷èñëÿåòñÿ ñðåäíåêâàäðàòè÷åñêîå îòêëîíåíèå di, k âñåõ òî÷åê îáåèõ ãðóïï îò îêðóæíîñòè, îïðåäåëåííîé íà ïðåäûäóùåì øàãå;
(à) (á)
(â) (ã)
Ðèñ. 5. Ýòàïû îáðàáîòêè âèäåîèçîáðàæåíèé. à – èñõîäíîå èçîáðàæåíèå èíôîðìàòèâíîãî ó÷àñòêà, á – íàõîæäåíèå öåíòðîâ ìàññ, â – èñïîëüçîâàíèå ãðóïï öåíòðîâ áåëîãî öâåòà äëÿ íàõîæäåíèÿ öåíòðà ïðîâîäà, ã – âîññòàíîâëåíèå ôîðìû ñå÷åíèÿ ïðîâîäà ïî íàéäåííîìó öåíòðó.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
71
ã) ïîñëå ïåðåáîðà âñåõ êîìáèíàöèé èñêîìûé öåíòð ñå÷åíèÿ ïðîâîäà îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå
∑ ∑C =
i,k
Ci , k
1 di,k
i,k
1 di,k
,
ò.
å.
íàõîäèòñÿ êàê
öåíòð
ìàññ îïðåäåëåííûõ ðàíåå òî÷åê Ci, k ñ âåñàìè 1/di,k. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ðàçìåð ñå÷åíèÿ è êðèòè÷åñ-
êàÿ âûñîòà èçíîñà îïðåäåëÿþòñÿ ìàðêîé ïðîâîäà è çàäàíû èçíà÷àëüíî.  ñëó÷àå, åñëè îäíà èç ãðóïï âûðîæäàåòñÿ â òî÷êó (èëè â íåé ñëèøêîì ìàëî öåíòðîâ), óêàçàííûå äåéñòâèÿ ïðîâîäÿòñÿ â ïðåäåëàõ îñòàâøåéñÿ ãðóïïû.
 ïðîãðàììíîì îáåñïå÷åíèè òàêæå ó÷òåíà ïðîâåðêà ýôôåêòèâíîñòè ðåàëèçîâàííîãî àëãîðèòìà, ïîçâîëÿþùàÿ îïðåäåëèòü, ñîäåðæàëî ëè èçîáðàæåíèå èíôîðìàöèþ îá èçìåðÿåìîì íàìè äåôåêòå. Èçîáðàæåíèÿ, ñîäåðæàùèå èíôîðìàöèþ î êðèòè÷åñêîì èçíîñå, à òàêæå èçîáðàæåíèÿ, îòñåÿííûå ïî
ïîñòêðèòåðèÿì, âìåñòå ñ ðåçóëüòàòàìè îáðàáîòêè ïîìåùàþòñÿ â ñïåöèàëèçèðîâàííóþ áàçó äàííûõ.
Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé è òåñòèðîâàíèÿ ñèñòåìû
Îïûòíûé îáðàçåö àâòîìàòèçèðîâàííîé ñèñòåìû äëÿ îáìåðà ïðîâîäà ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ, ñîçäàííûé â ÊÒÈ ÍÏ ÑÎ ÐÀÍ, áûë èñïûòàí íà Çàïàäíî-Ñèáèðñêîé æåëåçíîé äîðîãå (ñòàíöèÿ Ñåÿòåëü). Ïðè ñðàâíèòåëüíûõ èñïûòàíèÿõ ïðîâîäèëèñü çàìåðû îñòàòî÷íîé âûñîòû ïðîâîäà êàê ñ ïîìîùüþ îïèñûâàåìîé ñèñòåìû, òàê è øòàòíûì ñïîñîáîì? âðó÷íóþ (ìèêðîìåòðîì). Àâòîìàòè÷åñêèå èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëèñü ïðè ñêîðîñòè äâèæåíèÿ 5 êì/÷, õîòÿ òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñèñòåìû ïîçâîëÿþò ïðîâîäèòü èçìåðåíèÿ ïðè ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ äî 60 êì/÷. Ñêîðîñòü èçìåðå-
Ðåçóëüòàòû ñðàâíåíèÿ èçìåðåíèé îñòàòî÷íîé âûñîòû ïðîâîäà ñèñòåìîé è ìèêðîìåòðîì
¹
Îñòàòî÷íàÿ âûñîòà ëåâîé ïîëîâèíû ïðîâîäà, àâòîìàòè÷åñêèå èçìåðåíèÿ, ìì
Ðàçíèöà ðåçóëüòàòîâ Îñòàòî÷íàÿ âûñîòà ïðàâîé èçìåðåíèÿ îñòàòî÷íîé ïîëîâèíû ïðîâîäà, àâòîìàòè- âûñîòû ëåâîé ïîëîâèíû
÷åñêèå èçìåðåíèÿ, ìì ïðîâîäà àâòîìàòè÷åñêèì è ðó÷íûì ìåòîäàìè, ìì
Ðàçíèöà ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèÿ îñòàòî÷íîé âûñîòû ïðàâîé ïîëîâèíû ïðîâîäà àâòîìàòè÷åñêèì è ðó÷íûì ìåòîäàìè, ìì
1 10,26 2 10,26 3 10,32 4 10,7 5 10,35 6 10,3 7 10,23 8 10,77 9 11,01 10 9,99 11 10,24 12 10,75 13 10,31 14 10,38 15 10,22 16 10,46 17 10,4 18 10,03 19 10,31 20 10,42 21 10,77 22 10,75 Ñð. çíà÷åíèå îøèáêè èçìåðåíèÿ, ìì Ñòàíäàðòíîå îòêëîíåíèå, ìì
10,7 10,17 10,18 10,34 10,35 10,63 10,28 10,32 10,9 10,58 10,28 10,41 10,3 10,71 10,7 10,37 10,77 10,75 11,26 10,61 10,98 10,67
0,04 –0,01 –0,02 –0,3 –0,15 0,05 0,07 0,13 0,09 –0,14 0,21
0 –0,01 0,12 0,03 0,04 –0,15 0,17 0,09 0,08 0,03 –0,05 0,015 0,12
0,05 –0,12 –0,13 –0,14 –0,2 –0,03 0,07 –0,32
0 –0,08 –0,18 –0,16 –0,1 0,04 –0,05 0,13 –0,02
0 –0,16 0,04 –0,03 0,13 –0,04 0,12
72 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
íèé ≈ 150 èçì./ñ. Ðåçóëüòàòû ñðàâíèòåëüíûõ èñïûòàíèé ïðåäñòàâëåíû â òàáëèöå.
Ñðåäíåêâàäðàòè÷íàÿ îøèáêà îïðåäåëåíèÿ ïëîùàäè èçíîñà îïèñûâàåìîé ñèñòåìîé ñîñòàâëÿåò 1,5 ìì2 ïðè ïîëíîì ñå÷åíèè ïðîâîäà â 100 ìì2.
Çàêëþ÷åíèå
Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è àâòîìàòè÷åñêîãî äèñòàíöèîííîãî êîíòðîëÿ èçíîñà êîíòàêòíîãî ïðîâîäà áûëà ðàçðàáîòàíà è ñîçäàíà ëàçåðíàÿ ñèñòåìà íà îñíîâå ìåòîäà ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ. Ðåçóëüòàòû ïðåäâàðèòåëüíûõ èñïûòàíèé ñèñòåìû ïîêàçûâàþò õîðîøåå ñîâïàäåíèå ïîëó÷åííûõ äàííûõ ñ ðåçóëüòàòàìè ïðÿìûõ (ðó÷íûõ) èçìåðåíèé. Ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé ñèñòåìû íå ïðåâûøàëà 0,15 ìì ïðè ÷àñòîòå èçìåðåíèé ïðèìåðíî 150 èçì./ñ, êîòîðûå ïðîâîäèëèñü ÷åðåç êàæäûå 5 ìì ïðè ñêîðîñòè äâèæåíèÿ òðàíñïîðòíîãî ñðåäñòâà 5 êì/÷. Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñèñòåìû ïîçâîëÿþò ïðîâîäèòü èçìåðåíèÿ ïðè ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ äî 60 êì/÷ ïðè òîé æå ÷àñòîòå èçìåðåíèé.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ñèñòåìà íàõîäèòñÿ â îïûòíîé ýêñïëóàòàöèè íà ÇàïàäíîÑèáèðñêîé æåëåçíîé äîðîãå. Àíàëîãè ñèñòåìû òàêæå ìîãóò áûòü ïðèìåíåíû äëÿ èçìåðåíèÿ èçíîñà
ïðîâîäîâ êîíòàêòíîé ñåòè ãîðîäñêîãî òðàíñïîðòà è äëÿ òåõíîëîãè÷åñêîãî êîíòðîëÿ ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðè ïðîèçâîäñòâå êàáåëüíîé è òðóáíîé ïðîäóêöèè.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Galiulin Rav. M., Galiulin Rish. M., Bakirov J.M., Bogdanov D.R., Vorontsov A.V., Tumashinov A.V., Petrov S.V. Optoelectronic computer aided systems for inspection of gas-turbine engine complex objects // Proc. SPIE. 2002. V. 4900. P. 178–184.
12. Leopold J., Gu..nther H. Fast 3-D measurement of gear wheels // Proc. SPIE. 2002. V. 4900. P. 185–194.
13. Weckenmann A., Nalbantic K. Measurement of conformity and wear of cutting tool inserts // Proc. SPIE. 2002. V. 4900. P. 541–547.
14. Gromilin O.G., Kuchinskii K.I., Ladygin V.I., Yunoshev S.P. Control System of Industrial Product Geometrical Parameters on the Basis of the Shadow image Analysis // Pattern Recognition and Image Analysis. 1999. V. 9. ¹ 1. P. 141–142.
15. Skotheim O., Couweleers F. Structured light projection for accurate 3D shape determination // Proc. of 12th Intern. Conf. on Experimental Mechanics (ICEM12). Italy. Bari, McGraw-Hill, 2004.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
73
ÑÈÑÒÅÌÀ ÄÈÑÒÀÍÖÈÎÍÍÎÃÎ ÎÏÒÈ×ÅÑÊÎÃÎ ÊÎÍÒÐÎËß ÑÅ×ÅÍÈß ÏÐÎÂÎÄÀ ÊÎÍÒÀÊÒÍÛÕ ÑÅÒÅÉ ÆÅËÅÇÍÛÕ ÄÎÐÎÃ
© 2008 ã. © 2008 ã.
Â. Ñ. Áàçèí; À. Ã. Âåðõîãëÿä; È. À. Âûõðèñòþê; Ñ. Â. Êàëè÷êèí; Â. Ý. Êàëèêèí; Ñ. Í. Ìàêàðîâ; Ì. Ô. Ñòóïàê, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; Þ. Â. ×óãóé, äîêòîð òåõí. íàóê
Êîíñòðóêòîðñêî-òåõíîëîãè÷åñêèé èíñòèòóò íàó÷íîãî ïðèáîðîñòðîåíèÿ ÑÎ ÐÀÍ, ã. Íîâîñèáèðñê E-mail: chugui@tdisie.nsc.ru
Íà îñíîâå ìåòîäà îïòè÷åñêîãî ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ ðàçðàáîòàíà è ñîçäàíà ñèñòåìà àâòîìàòè÷åñêîãî èçìåðåíèÿ èçíîñà è îáíàðóæåíèÿ äåôåêòîâ ïðîâîäà êîíòàêòíûõ ñåòåé æåëåçíûõ äîðîã. Ñèñòåìà îïðåäåëÿåò îñòàòî÷íóþ âûñîòó êîíòàêòíîãî ïðîâîäà ñ ïîãðåøíîñòüþ 0,1 ìì, ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïðîâîäà ñî ñðåäíåêâàäðàòè÷åñêîé ïîãðåøíîñòüþ 1,5 ìì2 ïðè ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ äî 60 êì/÷, ÷òî ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íûì äëÿ óâåðåííîãî ïðèíÿòèÿ ðåøåíèé ïî çàìåíå èçíîøåííûõ ó÷àñòêîâ êîíòàêòíûõ ñåòåé. Ñèñòåìà òàêæå ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ èçìåðåíèÿ èçíîñà ïðîâîäîâ êîíòàêòíîé ñåòè ãîðîäñêîãî òðàíñïîðòà è äëÿ òåõíîëîãè÷åñêîãî êîíòðîëÿ ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðè ïðîèçâîäñòâå êàáåëüíîé è òðóáíîé ïðîäóêöèè.
Êîäû OCIS: 120.0120.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 12.07.2007.
Ââåäåíèå
Áåçîïàñíîñòü ýêñïëóàòàöèè æåëåçíîäîðîæíîãî òðàíñïîðòà òðåáóåò íåïðåðûâíîãî êîíòðîëÿ ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ èçíàøèâàåìûõ êîíñòðóêöèé, âêëþ÷àÿ êîíòðîëü èçíîñà êîíòàêòíîãî ïðîâîäà è íàëè÷èÿ äåôåêòîâ îñíîâíûõ ýëåìåíòîâ êîíòàêòíîé ñåòè. Âñëåäñòâèå òðåíèÿ òîêîïðèåìíèêà î ïðîâîä êîíôèãóðàöèÿ ïðîâîäà ïîäâåðãàåòñÿ èçìåíåíèþ, ïîýòîìó íåîáõîäèì ìîíèòîðèíã åãî ñîñòîÿíèÿ. Ìîíèòîðèíã äîëæåí îñóùåñòâëÿòüñÿ áåñêîíòàêòíûì ñïîñîáîì, òàê êàê ïðîâîä íàõîäèòñÿ âñåãäà ïîä âûñîêèì íàïðÿæåíèåì (äî 30 êÂ). Ðàçðàáàòûâàåìàÿ ñèñòåìà äîëæíà áûòü äîñòàòî÷íî êîìïàêòíîé è óäîâëåòâîðÿòü ñëåäóþùèì òðåáîâàíèÿì: âîçìîæíîñòü êîíòðîëÿ äî ÷åòûðåõ ïðîâîäîâ îäíîâðåìåííî ñ ïðîñòðàíñòâåííûì øàãîì èçìåðåíèé íå áîëåå 10 ìì, îñòàòî÷íàÿ âûñîòà ïðîâîäà äîëæíà èçìåðÿòüñÿ ñ ïîãðåøíîñòüþ íå áîëåå 0,2 ìì. Äëÿ ðåøåíèÿ ïîäîáíûõ çàäà÷ ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ òåíåâîé ìåòîä [1–4]. Îäíàêî îí èìååò ñâîè èçâåñòíûå îãðàíè÷åíèÿ. Òàê, â ñëó÷àå òåíåâûõ èçîáðàæåíèé îò íåïðîçðà÷íûõ âîãíóòûõ îáúåêòîâ ìîæåò èìåòü ìåñòî ïîòåðÿ èíôîðìàöèè î ãåîìåòðèè ïðîâîäà. Ïîýòîìó òàêîé ìåòîä îáû÷íî ïðèìåíÿåòñÿ òîëüêî äëÿ êîíòðîëÿ íåïðîçðà÷íûõ îáúåêòîâ, èìåþùèõ âûïóêëóþ ôîðìó. Áîëåå òîãî, ýòîò ìåòîä ïðåäïîëàãàåò, ÷òî èñòî÷íèê ñâåòà è ïðèåìíèê äîëæíû áûòü ðàñïîëîæåíû ñ ðàçíûõ ñòîðîí îáúåêòà. Ýòè îáñòîÿòåëüñòâà çàòðóäíÿþò ïðèìåíåíèå òåíåâîãî ìåòîäà äëÿ èçìåðåíèÿ ãåîìåòðèè èçíîñà êîíòàêòíîãî ïðîâîäà è èñêëþ÷àþò âîçìîæíîñòü äåôåêòîñêîïèè ñàìîé ïîâåðõíîñòè.
 äàííîé ðàáîòå èñïîëüçîâàëñÿ ìåòîä ðåøåíèÿ óêàçàííîé çàäà÷è ñ ïðèìåíåíèåì ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ [5], à òàêæå ëàçåðíîé ñèñòåìû äëÿ àâòîìàòè÷åñêîãî äèñòàíöèîííîãî êîíòðîëÿ ãåîìåòðèè è äåôåêòîâ êîíòàêòíûõ ïðîâîäîâ. Íèæå äàåòñÿ îïèñàíèå ìåòîäà, ïðèâîäÿòñÿ îáùàÿ ñõåìà èçìåðèòåëüíîãî ìîäóëÿ, àëãîðèòìû îáðàáîòêè èçîáðàæåíèé äëÿ îïðåäåëåíèÿ èçíîñà, à òàêæå ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé è òåñòèðîâàíèÿ ñèñòåìû íà Çàïàäíî-Ñèáèðñêîé æåëåçíîé äîðîãå.
Ìåòîä èçìåðåíèé
Êàê èçâåñòíî, â õîäå ýêñïëóàòàöèè êîíòàêòíîãî ïðîâîäà (ðèñ. 1à) ïîÿâëÿþòñÿ ðàçëè÷íûå äåôåêòû åãî ãåîìåòðèè, êîòîðûå íåîáõîäèìî ñâîåâðåìåííî îáíàðóæèòü è óñòðàíèòü (ðèñ. 1á, 1â, 1ã). Îñíîâíîé äåôåêò, âåäóùèé ê óâåëè÷åíèþ óäåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è âåðîÿòíîñòè ðàçðûâà ïðîâîäà, – óìåíüøåíèå ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ. Êðèòè÷åñêèìè òàêæå ÿâëÿþòñÿ äåôåêòû òèïà “ïîâîðîò” (ðèñ. 1â), ïðè êîòîðîì ïðîâîä ìîæåò áûòü ïîâåðíóò â ïëîñ-
(à) (á)
(â) (ã)
D w
Ðèñ. 1. Ôîðìà ñå÷åíèÿ íåèçíîøåííîãî (à) è èçíîøåííûõ ïðîâîäîâ (á–ã).
68 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
êîñòè ñå÷åíèÿ, è äåôåêòû òèïà “øåéêà” (ðèñ. 1ã), êîãäà ñå÷åíèå ïðîâîäà óìåíüøàåòñÿ ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì. Èçíîñ ïðîâîäà õàðàêòåðèçóåòñÿ äâóìÿ îñíîâíûìè ïàðàìåòðàìè, à èìåííî øèðèíîé êîíòàêòíîé ïîâåðõíîñòè w è ãëóáèíîé èçíîñà D (ðèñ. 1á).
Äëÿ îáíàðóæåíèÿ ýòèõ äåôåêòîâ è èçìåðåíèÿ îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ èçíîñà àâòîðàìè ïðåäëîæåí ìåòîä ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ (ðèñ. 2). Ëàçåðíûé îñâåòèòåëü ôîðìèðóåò îäèí èëè íåñêîëüêî ïàðàëëåëüíûõ ïëîñêèõ ïó÷êîâ èçëó÷åíèÿ ïîä íåêîòîðûì óãëîì ê êîíòàêòíîìó ïðîâîäó. Îòðàæåííîå îò ïîâåðõíîñòè ïðîâîäà èçëó÷åíèå ðåãèñòðèðóåòñÿ öèôðîâîé âèäåîêàìåðîé. Ïîëó÷åííîå èçîáðàæåíèå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êðèâóþ, êîòîðàÿ îáðàçîâàíà ïåðåñå÷åíèåì ïëîñêîñòè ïó÷êà ñ ïîâåðõíîñòüþ êîíòàêòíîãî ïðîâîäà (ðèñ. 2).
Ôîðìà êîíòóðà ñå÷åíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ óãëàìè íàêëîíà ïëîñêîñòè ëó÷à ïîäñâåòêè è íàïðàâëåíèÿ íàáëþäåíèÿ ê îñè êîíòàêòíîãî ïðîâîäà (ðèñ. 3).
Ïîëàãàÿ, ÷òî ïîâåðõíîñòü êîíòàêòíîãî ïðîâîäà â îáëàñòè ïåðåñå÷åíèÿ ñ ëàçåðíûì ïó÷êîì ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ öèëèíäðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè è âäîëü îñè Z êîíòóð ñå÷åíèÿ ïðîâîäà â ïëîñêîñòè XY îñòàåòñÿ íåèçìåííûì, ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî êîíòóð, ðåãèñòðèðóåìûé êàìåðîé, ñîîòâåòñòâóåò ýòîìó êîíòóðó. Ïðè ýòîì êîíòóð ñå÷åíèÿ ïðîâîäà ïëîñêîñòüþ X′Y áóäåò ïîëó÷àòüñÿ èç êîíòóðà ñå÷åíèÿ ïëîñêîñòüþ XY ïóòåì ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàòû x ñîãëàñíî âûðàæåíèþ x′ = x/sinα.
Åñëè îïòè÷åñêàÿ îñü êàìåðû ïåðåñåêàåòñÿ ñ ïëîñêîñòüþ X′Y ïîä óãëîì β, òî ïðîåêöèÿ ñå÷åíèÿ ïðîâîäà â ïëîñêîñòè X′Y íà ïëîñêîñòü ìàòðèöû ôîòîêàìåðû (X″Y) áóäåò îïèñûâàòüñÿ ïðåîáðàçîâàíèåì x″ = x′sinβ.  ðåçóëüòàòå êîîðäèíàòû X″ è X ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì x″ = xsinβ/sinα. Åñëè óãëû α è β ðàâíû ìåæäó ñîáîé, òî êîíòóðû ïðîåêöèé â ïëîñêîñòÿõ XY è X″Y áóäóò èäåíòè÷íûìè. Äëÿ óäîáñòâà êîíñòðóêöèè óãëû α è β âûáðàíû ðàâíûìè π/4. Îòìåòèì, ÷òî äëÿ ïîëó÷åíèÿ êîððåêòíûõ ðåçóëüòàòîâ ïðè ñðåäíåé âûñîòå èçìåðÿåìîé ïîâåðõíîñòè â 6 ìì òðåáóåòñÿ ïîñòîÿíñòâî ôîðìû ñå÷åíèÿ ïðîâîäà íà ïðîòÿæåíèè 8,5 ìì, ÷òî ðåàëèçóåòñÿ íà ïðàêòèêå.
3
1 2
Ðèñ. 2. Ñõåìà îïðåäåëåíèÿ ôîðìû êîíòóðà ñå÷åíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ. 1 – ëàçåðíûé îñâåòèòåëü, 2 – âèäåîêàìåðà, 3 – ðåãèñòðèðóåìîå èçîáðàæåíèå.
Ïðîâîä
Ïðîâîä
x z
Êàìåðà x Ëàçåð yy
α
Ëàçåð z
X′ β
Êàìåðà
X″
Ðèñ. 3. Ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïîëîæåíèå ïðîâîäà, îñâåòèòåëÿ è âèäåîêàìåðû â êîîðäèíàòàõ XYZ (à) è âèä â ïëîñêîñòè XZ (á).
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
Êîíñòðóêöèÿ èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìû
Îïèñàííûé âûøå ìåòîä áûë ïîëîæåí â îñíîâó èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìû. Êîíñòðóêòèâíî îíà ñîñòîèò (ðèñ. 4) èç èçìåðèòåëüíîãî ìîäóëÿ, ðàñïîëîæåííîãî íà êðûøå âàãîíà, è ñòàíöèè íàêîïëåíèÿ è îáðàáîòêè äàííûõ, ðàñïîëîæåííîé âíóòðè âàãîíà.
Èçìåðèòåëüíûé ìîäóëü ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïåðâè÷íîé âèäåîèíôîðìàöèè, ñîäåðæàùåé äàííûå î ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðàõ òåñòèðóåìîé êîíòàêòíîé ëèíèè. Îí ñîñòîèò èç îñâåòèòåëÿ è áëîêà ðåãèñòðàöèè èçîáðàæåíèÿ. Còàíöèåé íàêîïëåíèÿ è îáðàáîòêè äàííûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñáîð èíôîðìàöèè, ïîëó÷åííîé èç èçìåðèòåëüíîãî ìîäóëÿ, åå îáðàáîòêà è âû÷èñëåíèå êîíòðîëèðóåìûõ ïàðàìåòðîâ, à òàêæå àðõèâèðîâàíèå òðåáóåìîé èíôîðìàöèè.
Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåòîäà ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ ëàçåðíûé îñâåòèòåëü äîëæåí îáåñïå÷èâàòü çàäàííîå ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè ñâåòà âî âñåì èçìåðèòåëüíîì îáúåìå, êîòîðûé, ïðèìåíèòåëüíî ê êîíòðîëþ ãåîìåòðè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê êîíòàêòíîãî ïðîâîäà, èìååò ñëåäóþùèå ðàçìåðû: ïðèìåðíî 1000 ìì ïî øèðèíå (èç-çà çèãçàãà ïðîâîäà îòíîñèòåëüíî îñè ïóòè) è ïðèìåðíî 1500 ìì ïî ïðîòÿæåííîñòè â ãëóáèíó (èç-çà âîçìîæíûõ èçìåíåíèé âûñîòû ïðîâîäà îòíîñèòåëüíî ïîâåðõíîñòè æåëåçíîäîðîæíîãî ïîëîòíà). Îäíàêî ñîçäàíèå òàêîãî îñâåòèòåëÿ ïðåäñòàâëÿåòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåðåàëüíûì. Ïîýòîìó áûëî ðåàëèçîâàíî ñëåæåíèå çà
69
L2 L1
3 7
2
5
4 1
6
Ðèñ. 4. Îáùàÿ ñõåìà èçìåðèòåëüíîãî ìîäóëÿ. 1 – êðûøà âàãîíà-ëàáîðàòîðèè, 2 – ïîäâèæíûé ëàçåðíûé îñâåòèòåëü, 3 – ëàçåðíûé ïó÷îê, 4 – ìîòîð ñèñòåìû ñëåæåíèÿ, 5 – âèäåîêàìåðû, 6 – êîìïüþòåð è êîíòðîëëåð ìîòîðà ñëåæåíèÿ, 7 – ïîäâèæíîå çåðêàëî; L1 è L2 – äèàïàçîíû îòêëîíåíèÿ ïðîâîäà ïî âûñîòå è ãîðèçîíòàëè.
ñìåùåíèåì ïðîâîäà îò òî÷êè îïòèìàëüíîé ôîêóñèðîâêè ñëåäóþùèì îáðàçîì: c ïîìîùüþ ìåõàíè÷åñêîé ñèñòåìû ñèíõðîííî ñ èçìåíåíèåì âûñîòû ïðîâîäà ïðîâîäèëîñü ïåðåìåùåíèå îñâåòèòåëÿ òàê, ÷òî äëèíà îïòè÷åñêîãî ïóòè îò ïðîâîäà äî îñâåòèòåëÿ îñòàâàëàñü ïîñòîÿííîé.
Òàêæå ñ öåëüþ ñíèæåíèÿ òðåáîâàíèé ê ãëóáèíå ðåçêîñòè îáúåêòèâà ðåãèñòðèðóþùåé ñèñòåìû è óñòðàíåíèÿ íåîáõîäèìîñòè ïîñòîÿííîãî ïåðåñ÷åòà ïîëó÷àåìûõ äàííûõ ïðè èçìåíåíèè ìàñøòàáà èçîáðàæåíèÿ ïðîâîäà ïðîèîäèëîñü (ñèíõðîííî ñ ïåðåìåùåíèåì îñâåòèòåëÿ) ïåðåìåùåíèå âèäåîêàìåðû òàê, ÷òîáû ïðè èçìåíåíèè âûñîòû ïðîâîäà äëèíà îïòè÷åñêîãî ïóòè îò âèäåîêàìåðû äî ïðîâîäà òàêæå îñòàâàëàñü ïîñòîÿííîé è ðàâíÿëàñü 2500 ìì.
 êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ âûáðàí ïîëóïðîâîäíèêîâûé ëàçåð ìàðêè ÀÒÑ-Ñ4000 ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ 810 íì. Èçëó÷åíèå ëàçåðà ôîðìèðîâàëîñü â ïëîñêèé ïó÷îê ñ ïîìîùüþ öèëèíäðè÷åñêîé ëèíçû è îáúåêòèâà “Þïèòåð-8”. Ïðè îïòèìàëüíîì ðàññòîÿíèè îò îñâåòèòåëÿ äî êîíòðîëèðóåìîãî îáúåêòà øèðèíà ïó÷êà ñîñòàâëÿëà áîëåå 1 ì, ÷òî ïðåâûøàëî äèàïàçîí ïîïåðå÷íûõ ïåðåìåùåíèé ïðîâîäà. Ïðè ýòîì “òîëùèíà” ñâåòîâîé ïëîñêîñòè â òî÷êå íàèëó÷øåé ôîêóñèðîâêè íå ïðåâûøàëà 2 ìì.  áëîêå ðåãèñòðàöèè èñïîëüçîâàëèñü òðè
(ñ öåëüþ ïåðåêðûòèÿ ïî øèðèíå âñåé çîíû èçìåðåíèÿ) âèäåîêàìåðû Pixelink PL-A741 ñ îáúåêòèâîì ôèðìû COMPUTAR (ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå F = = 50 ìì, F/1,3). Äëÿ óñòðàíåíèÿ âíåøíèõ çàñâåòîê ïåðåä îáúåêòèâàìè âèäåîêàìåð óñòàíàâëèâàëèñü èíòåðôåðåíöèîííûå ñâåòîôèëüòðû. Ñâåòîôèëüòðû ðàññ÷èòûâàëèñü òàê, ÷òî ïðè îòêëîíåíèè äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ îò ìàêñèìóìà ïðîïóñêàíèÿ (810 íì) íà 4 íì êîýôôèöèåíò ïðîïóñêàíèÿ óìåíüøàëñÿ â 100 ðàç. Ïðè äàííûõ ïàðàìåòðàõ è âðåìåíè íàêîïëåíèÿ ïðèìåðíî 0,1 ìñ ïîëåçíûé ñèãíàë ñîñòàâëÿë âåëè÷èíó ïîðÿäêà 700 ìêÂò/ñì2.
Àëãîðèòì âû÷èñëåíèÿ ãåîìåòðèè èçíîñà ïðîâîäà
Äëÿ ñîçäàíèÿ ðåàëüíî ðàáîòàþùåé ñèñòåìû íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ðÿä ôàêòîðîâ, ñâÿçàííûõ ñ íåäîñòàòî÷íûì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì âèäåîêàìåðû è íåâîçìîæíîñòüþ ôîêóñèðîâêè èçëó÷åíèÿ â î÷åíü òîíêóþ ëèíèþ íà ðàññòîÿíèÿõ ïîðÿäêà 2 ì, êîòîðûå âî ìíîãîì îïðåäåëÿþò òî÷íîñòü èçìåðåíèé. Êàê ïîêàçàëè ýêñïåðèìåíòû, çàäàííîé òî÷íîñòè ìîæíî äîñòè÷ü, ïðèìåíÿÿ ñîîòâåòñòâóþùèå àëãîðèòìû îáðàáîòêè. Âåñü àíàëèç âèäåîèçîáðàæåíèÿ ðàçáèâàåòñÿ íà íåñêîëüêî ýòàïîâ.
70 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
Íà ïåðâîì èç íèõ îñóùåñòâëÿåòñÿ íàõîæäåíèå èíôîðìàòèâíûõ ó÷àñòêîâ âèäåîèçîáðàæåíèÿ, ò. å. ó÷àñòêîâ êàäðà, ñîäåðæàùèõ èçîáðàæåíèå ñå÷åíèÿ ïðîâîäà ëàçåðíîé ïëîñêîñòüþ. Òàêèå ó÷àñòêè èùóòñÿ êàê ñâÿçíûå ïèêñåëüíûå îáëàñòè ñ äîñòàòî÷íî áîëüøèì ÷èñëîì ïèêñåëîâ. Äëÿ óïðîùåíèÿ ïîèñêà ýòè ñâÿçíûå êîìïîíåíòû îòñëåæèâàþòñÿ íà ïîñëåäîâàòåëüíîñòè êàäðîâ âî âðåìÿ ïðîâåäåíèÿ ïðîöåäóðû èçìåðåíèé. Âûäåëåííîå òàêèì îáðàçîì èçîáðàæåíèå, ïîäëåæàùåå äàëüíåéøåé îáðàáîòêå, ïîêàçàíî íà ðèñ. 5à.
Âèäíî, ÷òî âìåñòî òîíêîé ëèíèè ñå÷åíèÿ ïðîâîäà ëó÷îì ëàçåðà íàáëþäàåòñÿ åå ðàçìûòîå (â âåðòèêàëüíîì íàïðàâëåíèè) èçîáðàæåíèå. Ïðè äàëüíåéøåé îáðàáîòêå ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ñå÷åíèå ïðîâîäà íà ðàññòîÿíèè îêîëî 10 ìì ìåíÿåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî (â ïðåäåëàõ ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé), ÷òî ïîäòâåðæäàåòñÿ íà ïðàêòèêå. Ýòî ïîçâîëÿåò íà âòîðîì ýòàïå îáðàáîòêè ñâåðíóòü (ïî âåðòèêàëè) ðàçìûòîå èçîáðàæåíèå â ëèíèþ, âûïîëíèâ îïåðàöèþ íàõîæäåíèÿ öåíòðîâ ìàññ ïî ÿðêîñòè äëÿ êàæäîãî âåðòèêàëüíîãî ñòîëáöà ïèêñåëîâ èçîáðàæåíèÿ (ðèñ. 5á). Äàëåå, ïóòåì îáðàáîòêè êðèâîé, ïðåäñòàâëåííîé íàéäåííûìè öåíòðàìè ìàññ, îïðåäåëÿåòñÿ ïðîôèëü ñå÷åíèÿ ïðîâîäà. Äëÿ ýòîãî èç âñåõ íàéäåííûõ öåí-
òðîâ àëãîðèòìè÷åñêè âûäåëÿþòñÿ öåíòðû, ïðèíàäëåæàùèå íåèçíîøåííîé ÷àñòè ïðîâîäà (ðèñ. 5â).  ýòèõ îáëàñòÿõ ïîâåðõíîñòü ïðîâîäà â ðàññìàòðèâàåìîì ñå÷åíèè èìååò îêðóãëóþ ôîðìó, ÷òî ïîçâîëÿåò ñòàòèñòè÷åñêèìè ìåòîäàìè âû÷èñëèòü öåíòð êîíòóðà ñå÷åíèÿ êàê öåíòð îêðóæíîñòè, íàèáîëåå áëèçêîé ê èñõîäíîìó íàáîðó òî÷åê (ðèñ. 5â), è çàòåì âîññòàíîâèòü ôîðìó ñå÷åíèÿ ïðîâîäà (ðèñ. 5ã).
Áîëåå äåòàëüíî àëãîðèòì âû÷èñëåíèÿ ãåîìåòðè÷åñêîãî öåíòðà ñå÷åíèÿ âûãëÿäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì:
à) ïðîâîäèòñÿ ïåðåáîð âñåõ âîçìîæíûõ ñî÷åòàíèé (Ai, Bk), ãäå Ai – ìíîæåñòâî òî÷åê, ïðèíàäëåæàùèõ ê ëåâîé ïîëîâèíå ïðîâîäà, à Bk – ìíîæåñòâî òî÷åê, ïðèíàäëåæàùèõ ê ïðàâîé ïîëîâèíå ïðîâîäà, ïðè ýòîì Ai ïðîáåãàåò âñå òî÷êè ïåðâîé ãðóïïû, à Bk – âòîðîé (íà ðèñ. 5â äàííûå ãðóïïû òî÷åê îáîçíà÷åíû öèôðàìè 1 è 2);
á) äëÿ êàæäîãî ñî÷åòàíèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîèñê öåíòðà îêðóæíîñòè Ci, k ñ èçâåñòíûì ðàäèóñîì R, ñîäåðæàùèì îáå òî÷êè;
â) âû÷èñëÿåòñÿ ñðåäíåêâàäðàòè÷åñêîå îòêëîíåíèå di, k âñåõ òî÷åê îáåèõ ãðóïï îò îêðóæíîñòè, îïðåäåëåííîé íà ïðåäûäóùåì øàãå;
(à) (á)
(â) (ã)
Ðèñ. 5. Ýòàïû îáðàáîòêè âèäåîèçîáðàæåíèé. à – èñõîäíîå èçîáðàæåíèå èíôîðìàòèâíîãî ó÷àñòêà, á – íàõîæäåíèå öåíòðîâ ìàññ, â – èñïîëüçîâàíèå ãðóïï öåíòðîâ áåëîãî öâåòà äëÿ íàõîæäåíèÿ öåíòðà ïðîâîäà, ã – âîññòàíîâëåíèå ôîðìû ñå÷åíèÿ ïðîâîäà ïî íàéäåííîìó öåíòðó.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
71
ã) ïîñëå ïåðåáîðà âñåõ êîìáèíàöèé èñêîìûé öåíòð ñå÷åíèÿ ïðîâîäà îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå
∑ ∑C =
i,k
Ci , k
1 di,k
i,k
1 di,k
,
ò.
å.
íàõîäèòñÿ êàê
öåíòð
ìàññ îïðåäåëåííûõ ðàíåå òî÷åê Ci, k ñ âåñàìè 1/di,k. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ðàçìåð ñå÷åíèÿ è êðèòè÷åñ-
êàÿ âûñîòà èçíîñà îïðåäåëÿþòñÿ ìàðêîé ïðîâîäà è çàäàíû èçíà÷àëüíî.  ñëó÷àå, åñëè îäíà èç ãðóïï âûðîæäàåòñÿ â òî÷êó (èëè â íåé ñëèøêîì ìàëî öåíòðîâ), óêàçàííûå äåéñòâèÿ ïðîâîäÿòñÿ â ïðåäåëàõ îñòàâøåéñÿ ãðóïïû.
 ïðîãðàììíîì îáåñïå÷åíèè òàêæå ó÷òåíà ïðîâåðêà ýôôåêòèâíîñòè ðåàëèçîâàííîãî àëãîðèòìà, ïîçâîëÿþùàÿ îïðåäåëèòü, ñîäåðæàëî ëè èçîáðàæåíèå èíôîðìàöèþ îá èçìåðÿåìîì íàìè äåôåêòå. Èçîáðàæåíèÿ, ñîäåðæàùèå èíôîðìàöèþ î êðèòè÷åñêîì èçíîñå, à òàêæå èçîáðàæåíèÿ, îòñåÿííûå ïî
ïîñòêðèòåðèÿì, âìåñòå ñ ðåçóëüòàòàìè îáðàáîòêè ïîìåùàþòñÿ â ñïåöèàëèçèðîâàííóþ áàçó äàííûõ.
Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé è òåñòèðîâàíèÿ ñèñòåìû
Îïûòíûé îáðàçåö àâòîìàòèçèðîâàííîé ñèñòåìû äëÿ îáìåðà ïðîâîäà ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ, ñîçäàííûé â ÊÒÈ ÍÏ ÑÎ ÐÀÍ, áûë èñïûòàí íà Çàïàäíî-Ñèáèðñêîé æåëåçíîé äîðîãå (ñòàíöèÿ Ñåÿòåëü). Ïðè ñðàâíèòåëüíûõ èñïûòàíèÿõ ïðîâîäèëèñü çàìåðû îñòàòî÷íîé âûñîòû ïðîâîäà êàê ñ ïîìîùüþ îïèñûâàåìîé ñèñòåìû, òàê è øòàòíûì ñïîñîáîì? âðó÷íóþ (ìèêðîìåòðîì). Àâòîìàòè÷åñêèå èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëèñü ïðè ñêîðîñòè äâèæåíèÿ 5 êì/÷, õîòÿ òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñèñòåìû ïîçâîëÿþò ïðîâîäèòü èçìåðåíèÿ ïðè ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ äî 60 êì/÷. Ñêîðîñòü èçìåðå-
Ðåçóëüòàòû ñðàâíåíèÿ èçìåðåíèé îñòàòî÷íîé âûñîòû ïðîâîäà ñèñòåìîé è ìèêðîìåòðîì
¹
Îñòàòî÷íàÿ âûñîòà ëåâîé ïîëîâèíû ïðîâîäà, àâòîìàòè÷åñêèå èçìåðåíèÿ, ìì
Ðàçíèöà ðåçóëüòàòîâ Îñòàòî÷íàÿ âûñîòà ïðàâîé èçìåðåíèÿ îñòàòî÷íîé ïîëîâèíû ïðîâîäà, àâòîìàòè- âûñîòû ëåâîé ïîëîâèíû
÷åñêèå èçìåðåíèÿ, ìì ïðîâîäà àâòîìàòè÷åñêèì è ðó÷íûì ìåòîäàìè, ìì
Ðàçíèöà ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèÿ îñòàòî÷íîé âûñîòû ïðàâîé ïîëîâèíû ïðîâîäà àâòîìàòè÷åñêèì è ðó÷íûì ìåòîäàìè, ìì
1 10,26 2 10,26 3 10,32 4 10,7 5 10,35 6 10,3 7 10,23 8 10,77 9 11,01 10 9,99 11 10,24 12 10,75 13 10,31 14 10,38 15 10,22 16 10,46 17 10,4 18 10,03 19 10,31 20 10,42 21 10,77 22 10,75 Ñð. çíà÷åíèå îøèáêè èçìåðåíèÿ, ìì Ñòàíäàðòíîå îòêëîíåíèå, ìì
10,7 10,17 10,18 10,34 10,35 10,63 10,28 10,32 10,9 10,58 10,28 10,41 10,3 10,71 10,7 10,37 10,77 10,75 11,26 10,61 10,98 10,67
0,04 –0,01 –0,02 –0,3 –0,15 0,05 0,07 0,13 0,09 –0,14 0,21
0 –0,01 0,12 0,03 0,04 –0,15 0,17 0,09 0,08 0,03 –0,05 0,015 0,12
0,05 –0,12 –0,13 –0,14 –0,2 –0,03 0,07 –0,32
0 –0,08 –0,18 –0,16 –0,1 0,04 –0,05 0,13 –0,02
0 –0,16 0,04 –0,03 0,13 –0,04 0,12
72 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
íèé ≈ 150 èçì./ñ. Ðåçóëüòàòû ñðàâíèòåëüíûõ èñïûòàíèé ïðåäñòàâëåíû â òàáëèöå.
Ñðåäíåêâàäðàòè÷íàÿ îøèáêà îïðåäåëåíèÿ ïëîùàäè èçíîñà îïèñûâàåìîé ñèñòåìîé ñîñòàâëÿåò 1,5 ìì2 ïðè ïîëíîì ñå÷åíèè ïðîâîäà â 100 ìì2.
Çàêëþ÷åíèå
Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è àâòîìàòè÷åñêîãî äèñòàíöèîííîãî êîíòðîëÿ èçíîñà êîíòàêòíîãî ïðîâîäà áûëà ðàçðàáîòàíà è ñîçäàíà ëàçåðíàÿ ñèñòåìà íà îñíîâå ìåòîäà ñòðóêòóðíîãî îñâåùåíèÿ. Ðåçóëüòàòû ïðåäâàðèòåëüíûõ èñïûòàíèé ñèñòåìû ïîêàçûâàþò õîðîøåå ñîâïàäåíèå ïîëó÷åííûõ äàííûõ ñ ðåçóëüòàòàìè ïðÿìûõ (ðó÷íûõ) èçìåðåíèé. Ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé ñèñòåìû íå ïðåâûøàëà 0,15 ìì ïðè ÷àñòîòå èçìåðåíèé ïðèìåðíî 150 èçì./ñ, êîòîðûå ïðîâîäèëèñü ÷åðåç êàæäûå 5 ìì ïðè ñêîðîñòè äâèæåíèÿ òðàíñïîðòíîãî ñðåäñòâà 5 êì/÷. Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñèñòåìû ïîçâîëÿþò ïðîâîäèòü èçìåðåíèÿ ïðè ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ äî 60 êì/÷ ïðè òîé æå ÷àñòîòå èçìåðåíèé.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ñèñòåìà íàõîäèòñÿ â îïûòíîé ýêñïëóàòàöèè íà ÇàïàäíîÑèáèðñêîé æåëåçíîé äîðîãå. Àíàëîãè ñèñòåìû òàêæå ìîãóò áûòü ïðèìåíåíû äëÿ èçìåðåíèÿ èçíîñà
ïðîâîäîâ êîíòàêòíîé ñåòè ãîðîäñêîãî òðàíñïîðòà è äëÿ òåõíîëîãè÷åñêîãî êîíòðîëÿ ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðè ïðîèçâîäñòâå êàáåëüíîé è òðóáíîé ïðîäóêöèè.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Galiulin Rav. M., Galiulin Rish. M., Bakirov J.M., Bogdanov D.R., Vorontsov A.V., Tumashinov A.V., Petrov S.V. Optoelectronic computer aided systems for inspection of gas-turbine engine complex objects // Proc. SPIE. 2002. V. 4900. P. 178–184.
12. Leopold J., Gu..nther H. Fast 3-D measurement of gear wheels // Proc. SPIE. 2002. V. 4900. P. 185–194.
13. Weckenmann A., Nalbantic K. Measurement of conformity and wear of cutting tool inserts // Proc. SPIE. 2002. V. 4900. P. 541–547.
14. Gromilin O.G., Kuchinskii K.I., Ladygin V.I., Yunoshev S.P. Control System of Industrial Product Geometrical Parameters on the Basis of the Shadow image Analysis // Pattern Recognition and Image Analysis. 1999. V. 9. ¹ 1. P. 141–142.
15. Skotheim O., Couweleers F. Structured light projection for accurate 3D shape determination // Proc. of 12th Intern. Conf. on Experimental Mechanics (ICEM12). Italy. Bari, McGraw-Hill, 2004.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 3, 2008
73