Исследование и разработка оптико-электронной системы контроля соосности элементов турбоагрегатов большой единичной мощности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат технических наук Анисимов, Андрей Геннадьевич

• Анисимов, Андрей Геннадьевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Анисимов, Андрей Геннадьевич

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 Анализ и классификация современных оптических и7 оптико-электронных систем контроля соосности и прямолинейности

1.1 Особенности сборки и центровки проточной части турбоагрегата

1.2 Обзор и классификация оптических и оптико-электронных систем контроля соосности и прямолинейности

1.2.1 Механические и оптико-механические методы

1.2.2 Оптические методы измерений

1.2.3 Методы с распределением энергии в пучке лучей

1.2.4 Лазерные и интерференционные методы

1.3 Выбор схемы измерений в зависимости от условий и требований технической задачи

1.4 Уточнение задач исследования и выводы по главе

2 Теоретические основы построения авторефлексионных оптико-электронных систем контроля соосности

2.1 Обобщенная модель авторефлексионной оптико-электронной системы контроля соосности

2.1.1 РОЭС мониторинга крупногабаритных сооружений

2.2 Авторефлексионная схема контроля соосности и прямолинейности

2.3 Анализ использования ретрорефлекторов в АСКС

2.3.2 Имитационная модель тетраэдрического отражателя

2.3.3 Имитационная модель зеркально-линзового отражателя

2.3.4 Анализ распределения потока излучения в авторефлексионной схеме

2.4 Выводы по главе

3 Особенности обработки измерительной информации вО авторефлексионной

системе контроля соосности турбоагрегатов большой единичной мощности75

3.1 Выбор типа оптической системы АСКС

2

3.2 Сравнение схем построения АСКС на базе матричного поля анализа

3.3 Алгоритмы обработки измерительной информации в АСКС

3.3.1 Алгоритм вычисления положения ОК

3.3.2 Методика автоматического преобразования приборной системы координат АСКС к линии ротора

3.4 Компенсация влияния температурного градиента воздушного тракта при определении координат КЭ в АСКС

3.5 О возможной реализации АСКС

3.5.1 Алгоритм управления параметрами активного тест-объекта

3.6 Выводы по главе

4 Исследование компьютерных моделей и опытного образца АСКС

4.1 Экспериментальное исследование имитационных компьютерных моделей ретрореф лекторов

4.1.1 Экспериментальное исследование имитационной компьютерной модели тетраэдрического отражателя

4.1.2 Экспериментальное исследование имитационной компьютерной модели зеркально-линзового отражателя

4.1.3 Сравнительный анализ использования ретрорефлекторов в АСКС

4.2 Теоретический расчет погрешности АСКС

4.2.1 Оценка влияния разъюстировок ОС на погрешность АСКС

4.2.2 Оценка основной погрешности АСКС

4.3 Разработка опытного образца АСКС

4.3.1 Описание оптической принципиальной схемы опытного образца АСКС

4.3.2 Описание электрической принципиальной схемы

4.3.3 Описание опытного образца АСКС

4.4 Особенности настройки и испытания АСКС

4.4.1 Разработка стенда для испытания АСКС

4.4.2 Разработка методик для испытания АСКС

4.5 Экспериментальное исследование опытного образца АСКС

4.5.1 Экспериментальное исследование статической характеристики опытного

3

образца АСКС в лабораторных условиях

4.5.2 Экспериментальное исследование точностных характеристик опытного образца АСКС в стендовых условиях

4.5.3 Эксплуатационные испытания опытного образца АСКС

4.6 Формирование универсального измерительного комплекса контроля соосности турбоагрегатов большой единичной мощности

4.7 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение А

А.1 Методика определения кривой точек визирования ОС

А. 2 Методика определения децентрировки середины базового расстояния

тест-объекта

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

АСКС - авторефлексионная система контроля соосности.

АЦП - аналого-цифровой преобразователь.

БОУ - блок обработки и управления.

БР - базовая расточка.

ВЛ - визирная линия.

ВТ - воздушный тракт.

ДД - дополнительный датчик.

ДЛП - драйвер линейной подвижки.

ЗБН - задатчик базового направления.

ЗБР - задняя базовая расточка.

ЗЛО - зеркально-линзовый отражатель.

ИБД - измерительная база данных.

ИИ - источник излучения.

И С - измерительная система.

КДЦ - корпусная деталь цилиндра.

КИ - канал измерений.

КПИ - канал передачи информации.

КТВ - кривая точек визирования.

КЭ - контрольный элемент.

ЛП - линейная подвижка.

МИ - модуль интерфейса.

МФП - матричный фотоприемник.

ОДН - ось диаграммы направленности.

ОК - объект контроля.

ОКЭ - объединенный контрольный элемент.

ОРСЗ - оптическая равносигнальная зона.

ОС - оптическая система.

ОФ - оптический фильтр.

ОЭС - оптико-электронная система.

5

ПА - плоскость анализа.

ПБ - практическая база.

ПБР - передняя базовая расточка.

ПИ - приемник излучения.

ПИД - полупроводниковый излучающий диод.

ПО - программное обеспечение.

ПУ - пульт управления.

ПЧП - позиционно чувствительный приемник.

РОЭС - распределенная оптико-электронная система.

СБ - системная база.

СВХ - система выборки-хранения.

СП - средство поверки.

ТБ - теоретическая база.

ТВД - телевизионный датчик.

ТИС - телевизионная измерительная система.

ТО — тест-объект.

ФПБ - фотоприемный блок.

ФПЗС - фотоприемник с зарядовой связью.

ЦУП - центральный управляющий прибор.

ЭВ - эксплуатационные воздействия.

ЭЦТ - энергетический центр тяжести.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка оптико-электронной системы контроля соосности элементов турбоагрегатов большой единичной мощности»

ВВЕДЕНИЕ

Качество сборки турбоагрегатов АЭС и ТЭЦ определяет их производительность и эффективность эксплуатации - характеристики, формирующие экономическую эффективность производства электроэнергии. Следовательно, высокоточный контроль взаимного пространственного положения элементов турбоагрегатов, особенно большой единичной мощности (500 МВт и более), при монтаже и ремонте является необходимой и актуальной задачей. При этом основной проблемой является уменьшение несоосности элементов турбоагрегатов (диафрагм и расточек) относительно линии вала ротора[ 1 ].

По сравнению с задачей контроля соосности элементов турбоагрегатов малой и средней единичной мощности (до 500 МВт), контроль турбоагрегатов большой мощности обладает рядом существенных отличительных особенностей: увеличение дистанции до Юме одновременным уменьшением допуска на несоосность до 0,15 мм в диапазоне ±5 мм и сокращением сроков проведения контроля в связи с широким фронтом и повышенной сложностью выполняемых работ [2].

Задача контроля соосности актуальна и в других областях народного хозяйства и промышленности, например, при сопряжении и взаимном позиционировании частей крупногабаритных технологических агрегатов, в том числе судов и самолетов.

В соответствии с РД 03-606-03 [ 3 ] для измерений отклонений от прямолинейности и плоскостности на дистанциях до Юм рекомендуется использовать оптическую струну ДП-477М и приборы проверки соосности ППС-11 и 12 (VIII -X класс точности, от 0,25 до 0,6 мм в соответствии с [4]), автоколлиматоры АК-1У, АК-6У (VI - VIII класс точности, от 0,1 до 0,25 мм).

На практике наибольшее распространение при центровке элементов

турбоагрегатов АЭС получил прибор ППС-11 и механические (с

использованием борштанг) методы. Следует констатировать, что данные

средства измерений устарели и не соответствуют современным требованиям,

7

предъявляемым к средствам измерений высокотехнологичных крупногабаритных сооружений по нескольким критериям. Во-первых, это низкая степень автоматизации, обуславливающая значительную трудоемкость работ. Во-вторых, малый диапазон измерений при невысоких точностных характеристиках. В-третьих, в настоящее время существенно влияние человеческого фактора: необходима высокая квалификация персонала для работы с прибором ППС-11. Продолжительная работа сказывается на снижении концентрации внимания, вследствие чего возможно ошибочное определение измеренных значений и ошибки арифметического счета, что полностью недопустимо. Устранение ошибок приводит к дополнительным существенным временным и материальным затратам.

В данной работе предложено не только эффективное, но комплексное решение поставленной задачи, заключающееся в объединении известных преимуществ оптико-электронных систем (ОЭС), основанных на элементах современной электронной и оптической базы (матричными фотоприемниками оптического излучения, полупроводниковыми излучающими диодами (ПИД), микроконтроллерами и др.), алгоритмов обработки изображений в цифровом виде и методик проведения контроля [5, 6, 7]. Перспективным решением задачи видится разработка ОЭС, контролирующей положение пассивного контрольного элемента (ретрорефлектора) (КЭ), совмещенного с геометрическим центром расточек.

Потенциальная точность методов контроля с применением ОЭС позволяет проводить ремонтные работы и промежуточные сборки турбоагрегата без «проверочных» укладок ротора, что открывает значительный фронт параллельных работ по монтажу оборудования машинного зала (трубопроводы, маслопроводы и др.). Особенно эффективно применение ОЭС при центрировании деталей проточной части в сравнении с проверочными валами (и особенно борштангами): ОЭС располагается вне цилиндра, обеспечивая этим возможность свободно извлекать и устанавливать диафрагмы, обоймы уплотнения, а также производить

8

обработку элементов, фиксирующих их в цилиндре (лапки и шпонки) [8]. Приведенные преимущества значительно сокращают трудоемкость и длительность проведения центровочных работ.

ОЭС контроля соосности являются практически единственным инструментом, обеспечивающим контроль соосности цилиндров, собранных из нескольких частей (например, цилиндров низкого давления турбоагрегатов большой единичной мощности), в том числе и с установленной верхней половиной цилиндра (при изъятом роторе). Последнее становится все более актуальным в связи с увеличенными габаритами турбоагрегатов большой единичной мощности и уменьшением их жесткости, что обусловлено естественным старением эксплуатирующихся АЭС. Именно эта часть технологического процесса в настоящее время требует значительного улучшения.

Возможность производить измерения при помощи ОЭС на любом этапе сборочных работ, создает условия для осуществления постоянного контроля за положением центров контрольных расточек и своевременного обнаружения любых случайных нарушений, возникающих в результате действия каких-либо неучтенных факторов. Проведение постоянного контроля наряду с пооперационным является гарантией того, что на конечном этапе сборки не возникнут нарушения, исправление которых крайне трудо- и материально затратно, либо может быть выполнено только за счет допущения существенных отступлений от действующих регламентов.

ОЭС контроля соосности и необходимая для ее использования технологическая оснастка (оптико-механический комплект) достаточно компактны и транспортабельны и могут без труда быть доставлены практически в любое место, где проводятся монтажные работы. Подобный инструмент может быть использован при сборке турбины на стенде завода, при ее монтаже и ремонте в машинном зале АЭС. ОЭС контроля соосности универсальна в том смысле, что может быть применена для центровки турбин различного класса. Такая универсальность обеспечивается возможностью

9

изменения параметров устройств комплекта в широких пределах (большой измерительный диапазон, проставные нутромеры центроискателей для различных диаметров расточек и т.д.).

Немаловажным является повышение грамотности персонала, выполняющего контроль с применением ОЭС. Постоянный замер и наблюдения за положением всех контрольных расточек турбины приводят к представлению о влиянии на результаты центровочных работ различных факторов, связанных с деформациями расточек, приседаниями и другими пространственными изменениями корпусных деталей цилиндра (КДЦ), и способствуют обоснованию правильности принимаемых технических решений.

Работа реализуется в интересах ряда направлений технологических платформ: «фотоника» - в аспекте создания современных оптико-электронных систем специального назначения, а именно высокоточного контроля состояния сложных промышленных объектов; «электрогенерация и ядерная энергетика» - в аспекте повышения эффективности функционирования турбоагрегатов АЭС и ТЭЦ, сокращения сроков их ремонта и увеличения сроков межремонтных интервалов [9].

Подтверждением актуальности работы является согласованность тематики с интересами «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» в аспекте продления срока эксплуатации действующих энергоблоков.

Целью работы является исследование и разработка авторефлексионных оптико-электронных систем контроля соосности (АСКС) и прямолинейности элементов турбоагрегатов большой единичной мощности на базе ретрорефлекторов, а также разработка опытного образца системы, стенда и методик настройки АСКС с проведением экспериментальных исследований в цеховых условиях.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ и классификация современных оптических и оптико-электронных систем контроля соосности и прямолинейности.

10

2. Теоретические исследования принципов и особенностей построения авторефлексионных оптико-электронных систем контроля соосности и прямолинейности на базе оптических ретрорефлекторов.

3. Разработка имитационных моделей ретрорефлекторов (тетраэдрического и зеркально-линзового) и исследование влияния погрешностей их изготовления и юстировки на суммарную погрешность АСКС.

4. Анализ и оценка влияния основных источников погрешности АСКС с разработкой методов их уменьшения.

5. Разработка методик и стенда для настройки и испытания АСКС.

6. Проектирование и реализация опытного образца АСКС с дополнительной системой контроля положения ротора в базовой расточке (БР) и проведение их экспериментальных исследований.

Структурно работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и четырех приложений.

В первой главе проведен анализ современных оптических и оптико-электронных систем контроля соосности и прямолинейности, показавший, что на данный момент системы с позиционированием относительно лазерного луча и телевизионного типа лишь частично обеспечивают выполнение требований поставленной задачи.

Результаты сравнения и анализа схем построения систем предопределили направления исследований в области оптико-электронных систем контроля соосности элементов турбоагрегатов, основанных на использовании авторефлексионной схемы с управляемым базовым структурированным тест-объектом, ретрорефлектором и цифровым анализом поля изображений.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы построения АСКС с управляемыми базовым структурированными тест-объектами, а также представлен подход к построению имитационных моделей ретрорефлекторов.

Результаты второй главы позволили сформировать структуру АСКС и

подходы к построению имитационных моделей ретрорефлекторов, исследование которых завершено в экспериментальной части.

В третьей главе осуществлен выбор элементов АСКС совместно с анализом методов извлечения координат изображений тест-объектов на МФП с восстановлением пространственных координат КЭ.

Результаты третьей главы определили использование в АСКС активного тест-объекта, координаты изображения которого восстанавливаются на МФП с КМОП-приемником с последующим расчетом координат КЭ, что позволило реализовать и исследовать опытный образец АСКС.

В четверной главе проведено исследование компьютерных моделей элементов АСКС и экспериментальное исследование опытного образца АСКС, результаты которых подтвердили соответствие точностных характеристик АСКС требованиям задачи контроля соосности элементов турбоагрегатов. Результаты лабораторных, стендовых и цеховых испытаний АСКС практически доказали возможность использования АСКС для контроля соосности турбоагрегатов большой единичной мощности.

Научная новизна работы. Разработан способ контроля соосности элементов турбоагрегатов, основанный на использовании авторефлексионной оптико-электронной схемы с управляемым базовым структурированным тест-объектом и ретрорефлектором с цифровым анализом поля изображения, обеспечивающий заданную величину погрешности и диапазон измерения трех линейных координат ретрорефлектора.

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Способ контроля трех линейных координат ретрорефлектора, основанный на цифровом анализе поля изображения базового тест-объекта как авторефлексионной марки с управляемыми параметрами и структурой.

2. Алгоритм управления параметрами активного базового структурированного тест-объекта, обеспечивающий согласование уровня сигнала изображения тест-объекта на матричном поле анализа при изменении дистанции контроля.

3. Подходы к построению имитационных компьютерных моделей ретрорефлекторов и сами модели, позволяющие оценить влияние параметров ретрорефлекторов на суммарную погрешность АСКС и, как следствие, сформировать требования к их изготовлению и юстировке.

4. Методики определения кривой точек визирования (КТВ) оптической системы (ОС) и оценки параметров управляемых базовых структурированных тест-объектов АСКС, позволяющие на этапе настройки систем выявлять и учитывать систематические составляющие основной погрешности системы.

5. Метод проведения контроля положения элементов турбоагрегатов по отношению к базовым расточкам в реальном масштабе времени, основанный на использовании набора активных оптически прозрачных тест-объектов, расположенных в поле зрения системы, связанных с геометрическими центрами контролируемых объектов.

Практические результаты работы

1. Способ компенсации влияния температурного градиента воздушного тракта при определении координат КЭ в АСКС, основанный на дисперсионном методе измерений с сопоставлением изображений тест-объекта в двух и более узких спектральных интервалах в реальном масштабе времени на едином поле изображений.

2. Спроектирован и реализован опытный образец АСКС, прошедший эксплуатационные испытания при ремонте турбоагрегата Ш-го энергоблока Калининской АЭС, совместно с опытным образцом системы контроля положения ротора в базовых расточках (шифр «Ось»), прошедшим эксплуатационные испытания при ремонте турбоагрегата 1-го энергоблока Ростовской АЭС.

3. Универсальный стенд для настройки и испытания систем контроля соосности и прямолинейности, основанный на сравнении результатов измерений АСКС с рабочим эталоном на дистанциях от 1 до 6 м, позволяющий в том числе выявлять систематическую составляющую КТВ с последующей ее компенсацией.

4. Результаты анализа основных источников погрешности в АСКС, стендовых и эксплуатационных испытаний опытного образца АСКС, выявившие наибольшее влияние систематической составляющей КТВ на суммарную погрешность контроля.

5. Методика автоматического преобразования приборной системы координат АСКС к линии ротора, исключающая предварительное трудоемкое «провешивание» визирной линии системы через координаты ротора в БР, тем самым значительно упрощающая процесс контроля с уменьшением результирующей погрешности.

6. Рекомендации к технологическому процессу контроля соосности элементов турбоагрегатов большой единичной мощности по применению комплекса систем «Ось» и АСКС.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 99 наименований и 4 приложений. Общий объем работы составляет 172 страницы, включая 72 рисунка и 26 таблиц.

Работа выполнена на кафедре оптико-электронных приборов и систем Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.

1 Анализ и классификация современных оптических и7 оптико-электронных систем контроля соосности и прямолинейности

Приведены особенности сборки и центровки проточной части турбоагрегата большой единичной мощности. Сформулированы этапы центровки проточной части турбоагрегата. Приведена классификация методов контроля соосности по принципу действия. Сопоставление приведенных методов предлагается непосредственно на примере известных измерительных систем (ИС), что является достаточно наглядным решением.

Целью данного анализа является рассмотрение и классификация современных оптических и оптико-электронных систем контроля соосности по принципу действия, методам реализации измерений и структурным особенностям исполнения. Результатом анализа должны стать:

- обобщенная классификация оптических и оптико-электронных систем контроля соосности и прямолинейности;

— сравнительный анализ оптических и оптико-электронных систем контроля соосности с рекомендациями выбора средства контроля в зависимости от требований решаемой задачи к метрологическим параметрам (дистанция, измерительный диапазон, допустимая погрешность измерений) и к внешним условиям.

Выводы, сформулированные в данной главе, определяют цели и задачи работы и подтверждают её актуальность.

1.1 Особенности сборки и центровки проточной части турбоагрегата

Правильная сборка и установка диафрагм заключается прежде всего в их центровке и фиксации их положения в корпусе цилиндра или обойме турбоагрегата (схематичное изображение ротора представлено на рисунке 1.1). После укладки нижних половин диафрагм (рисунок 1.2) в обоймы или непосредственно в корпус цилиндра выполняется проверка правильности центровки диафрагм в обоймах и обойм в цилиндре, а также проверка

15

достаточности радиальных и осевых зазоров в посадочных местах между гребнями обойм, диафрагм и пазами цилиндра [2].

Рисунок 1.1- Структура цилиндра турбоагрегата

Рисунок 1.2 - Установка сварной диафрагмы в обойму: 1 - диафрагма; 2 -обойма; 3 - подвеска диафрагмы; 4 и 5 - продольная и поперечная шпонка

Проверка правильности центровки диафрагм должна показать такое их положение, при котором ось, проходящая через центры их расточек для уплотнений, совпадает с осью ротора турбины при ее нормальном тепловом состоянии во время работы. Это требует учета перемещения ротора при вращении на рабочей частоте путем смещения диафрагм и обойм уплотнений

16

на 0,1 мм влево при правом вращении и вправо при левом вращении ротора [2]. Кроме того, должны быть учтены поправки на изменения зазоров концевых и промежуточных уплотнений при тепловых расширениях турбины. Основные этапы центровки проточной части турбоагрегата: Подготовительный этап. Определение положения роторов относительно масляных расточек корпусов подшипников осуществляется в трех точках, при этом масляные расточки выбираются за базу:

у _ у V -4- X

_ лево право _ _ лево_право /1

2 > У ~ У низ 2 *

Этап разборки, ремонта и сборки статора: изъятие ротора; разборка элементов статора, их ремонт, замена и сборка в обратном порядке.

Этап центровки проточной части. Положение нижних половин обойм уплотнений, обойм диафрагм и самих диафрагм определяется относительно приспособления для центровки, согласованного с осью ротора [8]:

- борштанги (устанавливается в масляные расточки) или фалыпвала (устанавливается в подшипники ротора) с замером положения промежуточных КДЦ по трем точкам (рисунок 1.3, выражение (1.1));

Рисунок 1.3 - Схема контроля положения деталей проточной части при помощи борштанги или калибрового вала

- оптического или визирного приспособления: в геометрический центр диафрагмы посредством центроискателя помещается контрольная марка, координаты которой определяются с помощью отсчетного устройства приспособления.

Результаты проверки являются исходными данными для корректировки положений диафрагм.

Этап проверки лабиринтовых уплотнений. Контроль соосности завершается сбором уплотнений в диафрагмах с проверкой формы и размеров «усов» лабиринтовых уплотнений, обладающих высоким гидравлическим сопротивлением, что обеспечивает малую утечку пара вдоль ротора. После установки уплотнений в обойму диафрагмы выполняется контроль отклонения размеров уплотнений от номинального значения [8].

Этап центровки верхних половин диафрагм. Для определения необходимых изменений в положении верхних половин диафрагм проводится замер выступания (западания) горизонтального разъема нижних половин диафрагм относительно разъема цилиндра (обоймы). Положение верхних половин диафрагм относительно горизонтального разъема изменяется регулировочными прокладками под их подвесками до получения равной величины западания (выступания), противоположной по знаку замеренной в нижней половине и увеличенной на величину теплового зазора в горизонтальном разъеме (для большинства диафрагм величина теплового зазора составляет 0,2 мм) [8].

Высокие точностные требования к контролю положения диафрагм обусловлены особой важностью требований к их положению:

- увеличенные осевые зазоры способствуют свободному прохождению пара между ротором и уплотнениями со снижением КПД узла, «вымыванием» металла [2];

- увеличенные осевые зазоры способствуют возникновению вибраций, приводящих к повреждению расточек цилиндров и повышенному износу частей турбоагрегата.

- уменьшенные осевые зазоры могут привести к контакту ротора с уплотнениями, что приводит к деформации ротора, возникновению вибраций с выходом турбоагрегата из строя.

1.2 Обзор и классификация оптических и оптико-электронных систем контроля соосности и прямолинейности

Контроль соосности и прямолинейности в настоящее время реализуется различными методами измерений на основе широкого набора оптических методов, методов с распределением энергии в пучке лучей, интерференционных и комбинированных.

Классификация методов контроля соосности по принципу действия приведена в таблице 1.1. Основными методами построения оптического канала ИС и реализации физической базы измерений стоит считать механические и оптико-мехнические, оптические, лучевые и интерференционные методы. В обзоре системы дополнительно классифицируются по уровню автоматизации и адаптированности к технологическому процессу измерения соосности турбоагрегатов.

Таблица 1.1 - Обобщенная классификация оптических и оптико-электронных

систем контроля соосности и прямолинейности

1. Механические и оптико-механические 2. Оптические 3. Лучевые 4. Интерференционные

1.1 Струнные: —автоколлимационны й —с механическими отвесами —плавающей струны —струнно-оптический —фотоэлектрический 2.1 Визирования: —проекционный —двойного изображения с использованием аксиконов —визирной трубы и марки 3.1 Пространственная организация ОПЛ: -ОРСЗ 4.1 Интерферометры

3.2 Лазерные: —кольцевая структура —лазерно-лучевые

2.2 Створные

2.3 Коллиматорный

2.4 Автоколлимационный: —параллельных пучков лучей —сходящихся пучков лучей

1.2 Борштанги и фалынвалы

2.5 Авторефлексионный

Известно, что методы построения оптической части широко

представлены в литературе [5], основные методы реализации физической базы

измерений так же рассмотрены в ряде источников[10]. Однако актуальной

19

задачей является анализ рационального использования той или иной ИС в конкретно взятой задаче.

Сопоставление приведенных методов и принципов предлагается непосредственно на примере реализованных ИС, что является достаточно наглядным решением.

1.2.1 Механические и оптико-механические методы

Внимания в рамках обзора заслуживает краткое рассмотрение особенностей механических методов контроля соосности, т.к. подобные методы широко используются на территории РФ и в мире [8,11]. Отметим, что зачастую повышение технических характеристик механических систем осуществлялось путем ввода оптических элементов (мир, окуляров), что привело к созданию комбинированных оптико-механических методов.

Большинство механических методов основаны на замещении механической измерительной базой (струной, фалыпвалом и др.) реальной (вала, ротора турбоагрегата или другого рабочего органа механизма) или теоретической (геометрическая ось соосных элементов) оси.

Наибольшее распространение ввиду просты реализации получили струнные методы [12, 11], где механическая струна (стальная или инварная проволока, синтетическая нить) натягивается относительно двух базовых элементов конструкций (применительно к опорной конструкции роторов турбин, данную роль играют базовые (масляные) расточки). Несоосность промежуточных элементов конструкции относительно базовой линии, задаваемой струной, определяют при помощи вертикально проектирующих приборов. Развитием струнного метода является струнно-оптический метод, заключающийся в визировании микроскопом на натянутую струну.

Обеспечение высокоточных измерений требует компенсации основного недостатка метода - провиса струны. Величина наибольшей стрелки прогиба

струны под действием собственного веса: /г = где в - масса струны на

единицу длины, г/м, I - длина натянутой струны между опорными точками, м,

Я - сила натяжения, определяемая весом груза, Н.

20

Развитие базового метода основано на усовершенствовании датчиков положения струны: известны электро-механические датчики, основанные на регистрации электрического контакта датчика со струной и отсчетом его положения, а также потенциометрические, индуктивные; фотоэлектрические и телевизионные датчики с позиционно чувствительными преобразователями.

На точность определения любым из перечисленных методов влияют:

а) погрешности, источником которых является струна: колебания диаметра (до 15 мкм при диаметре до 0,5 мм), локальные изгибы, закручивание, собственные резонансные колебания;

б) погрешности методов и средств: погрешность установки струны над центрами исходных пунктов, погрешность проектирования струны на контролируемые точки, погрешность отсчетных устройств, погрешность отсчета при несогласованном освещении струны (до % диаметра струны);

в) внешние условия: отклонение вследствие давления потоков воздуха (при диаметре струны 0,2 мм, # = 30Н скорость ветра 0,14 м/с вызовет погрешность 10 мкм на дистанции 30 м); вибрации основания, предающие струне колебания и др.

Измерение соосности промежуточных элементов конструкции с применением проверочных валов и борштанг предполагает контроль соосности КДЦ путем изъятия рабочего ротора из обоймы и постановки проверочного вала (борштанги). Способ измерения может отличаться в случае для решения задач разного характера. В общем случае в плоскости масляных расточек и КДЦ устанавливаются контрольно-измерительные датчики, отсчеты снимаются путем постепенного проворачивания борштанг. Датчиками могут быть как измерительные средства (часовые микрометры), определяющие величину смещения и направление, так и датчики действия, основанные на факте контакта вала с конструкцией при условии заданного промежутка (наличие следа борштанги на контрольном элементе). К существенному недостатку проверочного вала следует отнести индивидуальность его применения, так как он может быть использован только

21

для замены ротора данного цилиндра турбины данного типа, что еще более усугубляет невозможность применить его для выполнения работ при монтаже турбины на фундаменте электростанции. Таким образом, нарушается основное требование выполнения единого технологического процесса: использование на заводе и электростанции одинаковых средств контроля.

Сравнение механических и оптико-механических методов приведено в таблице 1.2. Дополнительным недостатком перечисленных методов является существенный объем и длительность (до 1 суток в зависимости от типа объекта) необходимых подготовительных технологических операций, предшествующих процессу измерения.

Таблица 1.2 - Механические и оптико-механические методы

Метод Дистанция, м СКЗ погрешности, мм

С механическими отвесами 10 (до 200) 0,3

Струнно-оптический 10 (до 400) 0,02-0,1

Проверочный вал или борштанга 10 0,15

Обобщая рассмотрение механических и оптико-механических методов, можно сделать вывод, что их применение для контроля соосности турбоагрегатов АЭС неперспективно ввиду точностных ограничений, высокой трудоемкости и низкой автоматизации процесса измерений.

1.2.2 Оптические методы измерений

Указанные выше недостатки механических методов могут быть в значительной степени устранены, если для выполнения контрольно-измерительных операций использовать оптические методы контроля соосности [8].

Базовым оптическим методом контроля соосности элементов является визирный метод «трубы и марки», что и характеризует данную группу методов оптического визирования. Коллимационную плоскость трубы совмещают посредством устройства фокусировки с заданным объектом (маркой). Для этого трубу центрируют на одном из опорных пунктов (внутри

или вне турбоагрегата) на ориентирную (базовую) марку, центрированную над другим опорным объектом. Затем, визируя на промежуточные (разноудаленные) марки, посредством отсчетных приспособлений определяют искомое положение контролируемой точки относительно ориентированной вдоль оси объекта визирной линии (ВЛ) трубы. Как труба, так и марка должны иметь установочные приспособления для приведения ВЛ в определенное положение.

Различают ряд способов снятия отсчетов, а именно с помощью приспособлений трубы (прямой отсчет и нулевой метод) или марки.

Под прямым отсчетом понимают фиксацию величины смещения, как функции положения изображения цели (марки) в поле зрения системы, используя отсчетные механизмы (сетки, окуляр-микрометра).

Метод нулевых измерений чаще всего реализуется на базе оптических компенсаторов. Подобный метод зачастую отличается повышенной точностью, т.к. в конечном итоге необходима лишь фиксация положения нуля при работе оптической системы с осевыми пучками лучей в узком поле зрения. Недостатком является существенное повышение требований к точности механической части систем.

Распространен отсчет с помощью приспособлений марки, а именно подвод последней к ВЛ трубы с помощью отсчетных механических приспособлений. Существует и комбинированный способ, когда прямой отсчет трубы используют в качестве нониального отсчета, а грубый реализуется на стороне марки. В этом случае компенсируется основной недостаток прямого отсчета (невозможность увеличения диапазона с сохранением точности; см. например ДП-477 в таблице 1.3).

Различают проекционный метод, основанный на замещении марки системой проекции сетки («автоколлимационный проектор») на экран или матовое стекло, удаленное от проектора и размещенное на объекте контроля (ОК). Снятие отсчета осуществляют с помощью микроскопа.

Визирные трубы двойного изображения, повышая чувствительность

23

измерения, устраняют одновременно погрешности при перефокусировке на различно удаленные цели. В этих трубах (рисунок 1.4), благодаря действию раздвигающего устройства (например, блока призм Кестерса 1), получают два изображения визирной марки, при ее смещении с ВЛ объектива. Расстояние между изображениями пропорционально удвоенной величине поперечного смещения марки.

Трубы двойного изображения неудобны в эксплуатации при визировании на марки с целевыми знаками сложной конфигурации (шкалы), что вместе с высокой стоимостью и определило их сравнительно малое распространение.

Метод с использованием аксиконов (линз с большой сферической аберрацией) дает возможность наблюдать объекты, расположенные на различных расстояниях, без перефокусировки зрительной трубы. Метод заключается в визировании трубой с оптическим компенсатором на точечную марку, выполненную в виде точечного источника излучения (ИИ), размещенного на объекте. В трубе вместо приемного объектива устанавливается аксикон, преобразующий излучение марки в осевой отрезок в пространстве изображений. Согласующая оптика необходима для построения этого изображения на сетку. Измерения несоосности объектов осуществляют с помощью оптического компенсатора с градуированным приводом наклона. Развитием метода является возможность использования центральной (зачастую незадействованной) зоны аксикона с ее замещением встроенным

\ Марка

/

\

Рисунок 1.4 - Метод визирных труб двойного изображения

коаксиальным каналом измерений, например автоколлимационным, что значительно расширяет функционал метода.

Широкому применению аксиконов препятствует недостаточная освещенность изображения и технологические трудности изготовления. Проблемой также является погрешность определения координат изображения точечного тест-объекта вследствие наличия мнимых изображений тест-объекта [13].

Основные визирные марки и тест-объекты, используемые в оптических системах представлены на рисунке 1.5, среди них стандартная (а) и авторефлексионные биссекторные марки (б и в). Реализацией комбинированного способа снятия отсчетов являются марки (г и д). Марка д специально адаптирована для использования с ППС-11 [8]. Марка состоит из набора биссекторов, содержащих грубый отсчет с шагом 2 мм.

Рисунок 1.5 - Визирные марки

Перечисленные выше методы оптического визирования легли в основу многих визирных приборов для контроля соосности и прямолинейности. Отметим их базовый характер, т.к. большинство современных систем построены на базе этих методов с замещением устаревших узлов и механизмов (окулярного отсчета, ручного привода компенсатора)

современными элементами. Детальное рассмотрение всех существующих современных систем не представляется возможным в рамках данного обзора, в результате чего приводится обобщенная сравнительная таблица (1.3).

Таблица 1.3 - Системы контроля соосности на базе визирных методов

построения измерительного канала

Марка прибора Принцип действия Дистанция, м Увеличение трубы, крат Диапазон измерений, мм СКЗ погрешности измерений, мм Предел погрешности, мм

ППС-11 (СССР) [14] Визирование на марку трубой со снятием отсчета по оптическому компенсатору 0,1-30 19,8-26 ±1 - / ± \ '0,02+ Ï +5 -10 3£ J

Телескоп 112/2582, Taylor and Hobson (Англия) fil 0,25-00 341 ±1,2 - ±0,15 на 30 м

2024BL Alignment Telescope, Brunson (США) [15] 0,1-оо 4-46 ±1,2 0,05 -

Телескоп с ПЗС, Taylor and Hobson (Англия) [16], Alisa, SpotOptics (Италия) [17] Анализ изображения кольцевидной марки (фиксированно го размера) с расчетом масштаба изображения и определением смещения марки 0,25-30 - ±2 0,05

ОПТРО-ППС-031, ООО «Оптротех» (РФ) [18] 0,1-30 0,6-58 ±2 - ■ '0,005+ ^ ч+2-10 ~гЬ)

ЕАС-1210, DUMA OPTRONICS (Израиль) [19] 0,3-оо - 84'в углово й мере 0,125 на Юм -

Оптическая струна ДП-477 и аналоги, нпк «гои им.С.И.Вавилова» (РФ) [20] Использование аксикона 0,2-30 - ±0,4/ ±52 - + '0,004+ ^ 4+3-IO~3LJ

Комплекс ИГ-158, нпк «гои им.С.И.Вавилова» (РФ) [201 0,2-40 - ±2,5 - ± '0,004+ ^

где X - расстояние от торца трубы до марки в метрах 1 при фокусировке на бесконечность 2 оптическим компенсатором / винтами марки

Анализ приведенных систем показывает, что наиболее точной системой является ОПТРО-ППС-ОЗ1 ООО «Оптротех» с погрешностью измерений 0,025 мм на дистанции 10 м. Основным недостатком данной системы является небольшой измерительный диапазон ±2 мм, недостаточный для проведения работ по контролю соосности КДЦ турбоагрегатов.

Рассмотрим группу методов, основанную на более сложной структуре оптического канала измерений, например: створные, коллиматорный, автоколлимационный и авторефлексионные методы.

Створные методы измерений заключаются в формировании измерительной базы (створа) двумя блоками системы, располагающимися в начальной и конечной части контролируемого объекта. Отклонения от сформированной базы (нестворность) фиксируются с помощью измерительного блока, работающего «на проход», располагаемого на промежуточных элементах [11].

При коллиматорном методе зрительной трубой визируют коллиматор, при этом исключается влияние перефокусировки трубы, так как она постоянно сфокусирована на бесконечность. Метод является косвенным методом измерения линейных величин, реализуемый в виде шагового метода с определением углового рассогласования и последующим пересчетом (подробное описание метода [5], рисунок 1.6). Увеличение точности метода достигается увеличением масштаба преобразования - отношение К = /'к/// фокусных расстояний коллиматора и трубы. Высокое качество доступных коллиматоров, окулярных микрометров, возможности точного определения шага измерений и дистанции обеспечивают высокую потенциальную точность метода. Однако ввиду сложного процесса измерений, громоздкости коллиматоров и сложности их закрепления в центах КДЦ коллиматорный метод применяется сравнительно редко.

Распространен и автоколлимационный метод. Под автоколлимацией понимают получение изображения, образованного пучками лучей, вышедших из автоколлимационной трубы и отраженных каким-либо отражателем.

27

В случае автоколлимации параллельных пучков лучей используют авто коллиматор, сфокусированный на бесконечность, и плоское зеркало или отражатель эквивалентный ему, поворот которого (кроме перпендикулярного к его плоскости оси) вызывает двойное смещение отраженного пучка, что регистрируется автоколлиматором [5].

Шаговый метод представляет особый интерес в аспекте нахождения непрямолинейности результатов измерений (рисунок 1.6). Согласно методу возвышение у1 точки Д определяется как у1 = Btg{ai) , где В - базис

отражателя, а1 - угол возвышения, или:

у,=ВАу,/ 2/;к, (1.2)

где Ау. - возвышение точки относительно предыдущей (Д._1). Последнее свидетельствует, что повышение чувствительности метода связано с увеличением фокусного расстояния автоколлиматора /'ак , а уменьшение погрешности метода (приближение ломаной результатов измерений к контролируемому профилю) достигается уменьшением базиса отражателя В.

а)

б)

АК

Результаты измерений

Непрямолинейность

Рисунок 1.6 - Шаговый метод измерений непрямолинейности

Определение непрямолинейности промежуточных отсчетов заключается в принятии линии, соединяющей точки Д и Д. за базовую, с последующим пересчетом к ней величин непрямолинейности всех контрольных точек /г(:

^¿/Ея^ь/Я, (1.3)

где Ь и //-расстояние и возвышение между крайними точками.

Известны автоколлиматоры, технологически адаптированные к условиям задачи контроля соосности (таблица 1.4).

Таблица 1.4 - Автоколлиматоры, адаптированные для контроля соосности

Марка прибора Дистанция, м Диапазон измерений Средняя квадратическая погрешность измерений

Alignment Telescope Type FFG MDD, MÖLLER-WEDEL (Германия) [21] 0,2-со - -

D-275, Davidson Optronics (Trioptics company) (США) [22] 0,4-оо 660 мм на 30 м 5"

ОПТРО-ППС-032, ООО «Оптротех», (РФ) [23] 0,2-20 - не более 0,5" или 0,01 + M0"3L мм

где L - расстояние от торца трубы до марки в метрах.

В случае автоколлимации сходящихся пучков лучей используют автоколлиматор, сфокусированный на плоскость расположения вершины тройного прямоугольного зеркала или ребра двойного прямоугольного зеркала (прямоугольные триэдр и диэдр) [5]. При этом смещение вершины триэдра с ВЛ автоколлимационной трубы в любом направлении, а ребра диэдра - в направлении перпендикуляра к плоскости, образованной ВЛ трубы и ребром диэдра, вызывают удвоенные смещения автоколлимационного изображения. Достоинством метода является постоянство масштаба изображения, т.е. независимо от расстояния размеры автоколлимационного блика равны размерам самого предмета - марки-сетки автоколлимационной трубы. Однако последнее не позволяет реализовывать внутрибазную схему контроля дистанции, что зачастую является актуальной задачей, решение которой представлено в основной части работы.

Таким образом, автоколлимация параллельных пучков позволяет вдвое по сравнению с коллиматорным методом повысить чувствительность угловых измерений. Аналогично автоколлимация сходящихся пучков вдвое повышает чувствительность линейных измерений в сравнении с методом визирной трубы и марки. Основными погрешностями измерения, которыми сопровождается метод измерения непрямолинейности с автоколлимацией

29

сходящихся пучков лучей при использовании диэдров и триэдров, являются погрешности, вызываемые КТВ ОС при перефокусировке и погрешностями изготовления прямых углов триэдра и диэдра [5].

Под методом авторефлексии (англ. autoreflection) понимают наблюдение в трубу (телескоп), изображения тест-объекта (марки), расположенного в плоскости объектива трубы перпендикулярно к ее оси [1,5]. Это изображение создается ее объективом после отражения тест-объекта в ретрорефлекторе [ 24 ], при этом оптическая система должна быть сфокусирована на расстояние, вдвое большее расстояния 5 от объектива до ретрорефлектора. Для использования метода авторефлексии трубы приборов «Taylor and Hobson» и ППС-11 имеют прозрачную марку из стекла, надеваемую на объектив и выполняющую одновременно роль защитного стекла (рисунок 1.5).

Большинство автоматизированных телевизионных измерительных систем (ТИС) (таблицы 1.3, 1.4), оптический канал которых построен на основе перечисленных методов, используют МФП в качестве позиционно-чувствительных датчиков. Обобщенная схема построения подобной системы представлена на рисунке 1.7. Подобная структура позволяет использовать унифицированные оптические, электронные блоки и стандартные средства программного обеспечения ПК, достигая высокой чувствительности и точности в достаточно широком диапазоне измерений.

В общем случае ТИС для контроля соосности состоит из оптической части (рисунок 1.7 варианты а, б, в), фотоприемного блока (ФПБ) (варианты г и д), блоков оцифровки и ЭВМ. В варианте а) используется тест-объект, выполненный в виде пассивной марки с определенной структурой и габаритными параметрами (ОПТРО-ППС-031, ЕАС-1210).

Коллимационная (б) и авторефлексионная (в) схемы отличаются расположением задатчика базового направления (ЗБН) (источник когерентного или некогерентного излучения). В авторефлексионной схеме на OK закрепляется КЭ, коллимационной - непосредственно ЗБН.

Энергетическая ось оптического пучка принимается за измерительную базу, относительно которой определяется смещение ОК.

Рисунок 1.7- ТИС для контроля смещений на основе МФП

ФПБ основан на использовании нашедших широкое распространение МФП на основе фоточувствительного прибора с зарядовой связью (ФПЗС) (г) или КМОП-приемника (д). В случае использования КМОП-приемников видеоинформация в цифровом виде напрямую передается в ЭВМ. Аналоговый выходной сигнал ФПЗС требует наличия блока оцифровки и сопряжения, основанного на контроллере с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), который преобразует видеосигнал в цифровую форму, схеме выборки/хранения (СВХ), согласующей темпы передачи и приемки информации, модуля интерфейса (МИ).

В обоих случаях непрерывное исходное распределение преобразуется в дискретное, как по аргументу, так и по значению. Для определения координат «центра» изображения в зависимости от условий измерения могут применяться различные по точности методы. Погрешность определения при этом зависит от ширины оптического пучка, шумовых характеристик МФП, электронного тракта и достигает 10~2 элемента МФП [6, 25].

Отметим, что перечисленные методы построения оптического канала измерений являются базовыми в том смысле, что современные и более сложные системы контроля соосности (таблица 1.1) используют их совместно с ЗБН на других физических принципах.

Основными достоинствами существующих визирных систем (ППС-11 , «Taylor and Hobson») является их высокая степень универсальности. Широко распространен комплект технической оснастки для контроля соосности, адаптированный в частности к посадочному диаметру 064Д. Основными недостатками являются трудоёмкость и длительное время измерений, низкая степень автоматизации процесса измерений и наличие человеческого фактора, недостаточный диапазон поперечных измерений.

Основными достоинствами существующих оптико-электронных систем (ОПТРО-ППС-031, ЕАС-1210) является высокая степень автоматизации в аспекте снятия отсчетов, возможность накопления статистической выборки результатов измерений и их обработки. Основным недостатком являются точностные характеристики (ЕАС-1210) и диапазон измерений (ОПТРО-ППС-031), недостаточные для эффективного решения задачи контроля соосности турбоагрегатов большой единичной мощности. В дополнение системы обладают низкой степенью адаптации к существующему технологическому процессу контроля соосности, в частности отсутствует возможность пересчета величин несоосности между базовой системой координат ТИС и линией вала.

1.2.3 Методы с распределением энергии в пучке лучей Предлагается рассмотреть группу методов, базирующуюся на создании особого распределения энергии излучения. Среди подобных методов набольшее распространение получил метод создания оптической равносигнальной зоны (ОРСЗ) - область пересечения электромагнитных полей оптического диапазона, в которой основные информативные параметры (интенсивность, длина волны излучения, фаза, положение плоскости поляризации и степень поляризации) равны, а вторичные информативные параметры различаются [ 26 ]. Наибольшее распространение получила амплитудная модуляция интенсивности излучения [27].

Зачастую в формирователе ОРСЗ в качестве элемента, вносящего информационную окраску, используется призменная оптическая система (1

32

рисунок 1.8) в сочетании с ИИ и передающей ОС, образующая два (в случае реализации ОРСЗ в виде плоскости) либо четыре (ОРСЗ в виде линии) соприкасающихся поля оптического излучения. Если такой подход использован в излучателе (рисунок 1.8 а), то ОРСЗ реализуется «на стороне излучателя». Регистрация смещения с ОРСЗ осуществляется с помощью приемника излучения (ПИ) совместно с диафрагмой 2 [28].

Рисунок 1.8 - Организация равносигнальной зоны

Случай разделения симметрично организованного потока излучения в приемной части (призменный блок, координатный приемник), т.е. создания ОРСЗ «на стороне приемника» представлен на рисунке 1.8 в. Равнояркий протяженный ИИ направляет пучок излучения через ОС в приемную систему. Приемная система формирует базовую измерительную линию и строит изображение марки ПИ. Установка перед осветителем квадратной диафрагмы 3 размером axa обеспечивает для всех измерительных дистанций (находящихся на конечных дистанциях) формирование объективом 5 равнояркого протяженного изображения квадратной формы. Перед входным зрачком приемной системы также установлена квадратная диафрагма 4 со размером АхА(А^а). Стороны обеих диафрагм попарно ориентированы. Дальнейшая обработка сигналов с координатного ПИ позволяет определить координаты осветителя относительно базовой линии.

В таблице 1.5 приведено сравнение наиболее распространенных систем

33

контроля соосности, основанных на ОРСЗ.

Основным достоинством систем с ОРСЗ по сравнению с большей частью визирных и авторефлексионных методов является отсутствие устройств фокусировки, что обусловлено самим методом измерений, что полностью исключает возможную непрямолинейность точек визирования системы. Особенностью системы СОЭКС-1 является совмещение ОРСЗ с оптическим компенсатором, размещенным в излучателе, что делает эту систему одной из самых перспективных к использованию.

Таблица 1.5 - Системы контроля соосности с ОРСЗ

Марка прибора Тип ОРСЗ Дистанция, м Диапазон измерений, мм Погрешность, мм

ФЭС 1, НИИКИ ОЭП (РФ) [29, 30] На стороне приемника 1-40 ±5 Предел СКО - 0,01 на дистанции 10 м Предел СКО - 0,025 на дистанции 40 м

ФЭС 2, НИИКИ ОЭП (РФ) [29, 30] 1-10 ±2,5 СКО-0,01 + 0,02-Х, где X - величина смещения, мм

СОЭКС-1, НИУ ИТМО (РФ) [31] На стороне излучателя до 40 ±3,6 мм Предел систематики - 0,05 Предел СКО - 0,03

Основным недостатками систем на базе ОРСЗ «на стороне приемника» являются: значительное время подготовки к измерениям, связанное с необходимостью выхода на режим равнояркого протяженного осветителя. Временная нестабильность, обусловленная нестабильностью распределения излучения осветителя и уходом оси излучения, приводит к значительной погрешности (превышающей паспортную) при выполнении измерений. Серьезное влияние на системы с ОРСЗ на «стороне излучателя» оказывают расхождения параметров источников излучения (различная яркость, диаграмма направленности) и нестабильность этих параметров во времени; техническое несовершенство элементной базы, не позволяющее высокоточное проектирование ОРСЗ.

1.2.4 Лазерные и интерференционные методы

В основу принципа действия лазерных приборов лучевого типа положены следующие способы образования референтной прямой - оси луча: симметрия в одномодовом гауссовом пучке; симметрия в многомодовом пучке; образование зон раздела по частоте, фазе, поляризации, спектральному составу излучения, дифракционной и интерференционной структурам пучка. Оптимальным решением являлось бы создание референтной прямой в виде очень тонкого луча. Однако создать тонкий луч большой протяженности невозможно вследствие дифракционных ограничений [32].

Основным фактором, влияющим на устойчивость референтных осей, является нестабильность оси диаграммы направленности (ОДН) лазерного излучения, зависящая от нестабильности оптического резонатора лазера, режима работы и времени установления теплового равновесия. При разъюстировке зеркал наблюдается параллельный сдвиг оптической оси и ее наклон по отношению к первоначальному положению, что приводит к соответствующему изменению положения ОДН. Основное решение данной проблемы основано на использовании оси лазерного излучения в виде совокупности центров окружностей после выхода из коллимирующей оптической системы, что освобождает системы от нестабильности ОДН

Рисунок 1.9 - Схемы формирования кольцевой структуры лазерного пучка

Физическая сущность образования кольцевой структуры (рисунок 1.9, а) заключается в существенном расширении изначально гомоцентрического

(рисунок 1.9) [32].

Г

I

пучка лучей He-Ne лазера 1 с помощью коллимирующей ОС (2, 3). При этом разность фаз осевых и широких пучков приводит к появлению кольцевой интерференционной структуры (рисунок 1.9,6), совокупность центров которой образует основное референтное направление. Так, при параллельном или угловом смещении ОДН лазерного излучения относительно оптической оси коллиматора референтная прямая в виде совокупности центров интерференционных колец не смещается до тех пор, пока сохраняется четким хотя бы одно кольцо в центе структуры.

Известно большое количество «однотипных» систем контроля соосности и прямолинейности реализованных по данном принципу: ИС состоят из оптико-механического блока, блока ПИ, электронного блока обработки и индикации сигналов (рисунок 1.10, а). Принцип действия: пучок лазерного излучения (с кольцевой структурой или гомоцентрический в более простом варианте), выходящий из оптико-механического блока 2, падает на позиционно чувствительный приемник (ПЧП, англ. position-sensitive detector) 6 (или отражатель при автоколлимацонном варианте), установленный на контролируемом объекте 7. ПЧП представляют собой кремниевые или германиевые фотодиоды, аналоговые выходные сигналы которых пропорциональны положению светового пятна на чувствительной поверхности датчика (рисунок 1.10, б) [33].

Рисунок 1.10- Лазерные ИС

Оптико-механический блок крепится на базовой детали 4 в кронштейне 3. При продольном перемещении объекта, поперечные перемещения луча на ПЧП вызывают соответствующие электрические сигналы, подвергающиеся дальнейшей обработке. Оператор с помощью блока обработки информации 1 получает отчет о производимых измерениях. После чего кронштейн 5 монтируется на следующих ОК

В таблице 1.6 приведено сравнение распространенных лазерных ИС.

Таблица 1.6 - Лазерные системы контроля соосности и прямолинейности

Марка прибора Дистанция, м Диапазон измерений, мм Средняя квадратическая погрешность измерений, мм Тип и класс лазера Мощность лазера, мВт Тип МФП

Easy-Laser D550, D600, D650, Damalini (Швеция) [341 0-20 ±5 0,001 + +0,01-Х Полупроводн иковый лазер, класс 2 <1 2-х осевой ПЧП

Geo 300, Roll 200, Turbine, Fixturlaser (Швеция) [351 0-50 ± 10 0,003 + +0,01-X -

Centraling, Boraling, Pruftechnik (Германия) [36] 0-40 ±8/±5' 0,02-Х GaAlAs, класс 2 -

Автоматизированная система лазерной центровки, Рифтэк (Беларусь)[37] 0-50 + i10xl >25, 0,005 при L = 20 м 0,1 при L = 50 м Одномодовый ЛГН-2072 -

Центроэл-3 (Россия) [381 0-20 - 0,02 на Юм 0,05 на 20м - -

ОТ 4040, 6000, 7000, ON-TRAK Photonics (США) [39] 0-90 ± 10 0,07 класс 2А, 08-12 мм 2-х осевой ПЧП

где X - величина смещения, мм, Ь - расстояние от торца трубы до марки в метрах. 1 В зависимости от типа детектора. 2 С коллиматором, формирующим референтную линию в виде системы слабо расходящихся интерференционных колец.

Основные достоинства лазерных ИС: автоматически учитываются наклоны выравнивающих прямых, обусловленных ошибками выставления

направления лазерного пучка перед измерением; автоматическая обработка результатов измерений в реальном масштабе времени; возможность повышения точности измерений путем усреднения данных нескольких циклов измерений и корректировки систематических погрешностей; используются надежные пассивные методы исключения влияния нестабильности ОДН

лазерного излучения.

Основными недостатками рассматриваемого типа ИС являются: остаточная температурная нестабильность лазерного излучения, энергетические потери, связанные с использованием лазера, значительно время выхода лазера на режим. ПЧП широко использующиеся в лазерных системах, обладают значительной нелинейностью при смещении изображения от центра к краю приемника (до 1-2%), что ограничивает точностные характеристики систем при больших диапазонах измерений (от ±5 до ±10 мм) [33]. Значимым недостатком является необходимость наличия электропитания с каналом связи в точке контроля (расположения приемника излучения). Стоит упомянуть о значительном повышении требований к безопасности работ, в сравнении с методами без лазеров.

Интерференционные системы

Наиболее точными на данный момент являются интерференционные системы контроля соосности и прямолинейности, основанные на анализе разности фаз в двух плечах интерферометра, вызванных смещениями и поворотами отражателя в одном из плеч, причем этот отражатель вынесен из системы и закрепляется на ОК (рисунок 1.11). Наиболее широко используются интерферометры, основанные на схеме интерферометра Майкельсона.

Известные схемы лазерных интерферометров отличаются в основном оптической частью и методами электрической обработки результатов измерения. Различают схемы с одночастотными и двухчастотными лазерами, интерферометры с двукратным и четырехкратным прохождением луча в измерительном плече (с целью повышения чувствительности измерений).

Развитием приведенной схемы является использование выносного

38

тетраэдрического отражателя с возможностью определения как трех линейных координат отражателя (дистанция и два поперечных смещения), так и трех угловых (коллимационные углы и угол скручивания).

Лазерная головка (идтерфердметр)_________

Лазер

Светоделительная призма

Направление движения

\ Л - ?

\ Фазовый датчик

Измерительная электроника

КПК

Световозвращатели

Датчик

Рисунок 1.11- Схема работы интерферометра для контроля соосности

В таблице 1.6 приведено сравнение распространенных интерферометров, использующихся для контроля соосности.

Основными достоинствами интерферометров являются: высокая точность измерений (до 0,7 мкм на дистанции 10 м и смещении 1 мм для XD6 Laser™), возможность учета влияния условий измерения (температура, влажность, давление) и высокая степень автоматизации процесса измерений.

Таблица 1.7 - Интерферометры для контроля соосности и прямолинейности

Марка прибора

к

ЕГ §

н о Я 1=1

>к я я

а ft о

М

Я

Я О

S3

Я а я

й а

0 Я

(D <D

ЕГ ft Я

1 s

СЗ м

ft я

I

л и

S s

о w я

" в

(U ft (ч

о

Я_

о? Я

п

Заключение диссертации по теме «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы», Анисимов, Андрей Геннадьевич

4.7 Выводы по главе

В четвертой главе проведено исследование компьютерных моделей элементов АСКС и экспериментальное исследование опытного образца АСКС, результаты которых подтвердили соответствие точностных характеристик опытного образца требованиям задачи контроля соосности элементов турбоагрегатов.

Экспериментальные исследования имитационной модели тетраэдрического отражателя и комплексной модели АСКС в среде Zemax (п. 4.1.1) показали, что погрешность исполнения двугранных углов не более 2 угл. сек. вызывает погрешность измерений менее 0,03 мм (при смещении КЭ с оси на 5 мм), что удовлетворяет требованиям задачи.

Экспериментальные исследования имитационной модели ЗЛО в АСКС (п. 4.1.2) выявили требования к линейному смещению зеркала - менее 0,02% от фокусного расстояния объектива при наклоне - менее 20 угл. сек. Показано, что в случае использования ЗЛО в АСКС при измерениях смещений КЭ более 5 мм особые требования предъявляются к юстировке линейного положения зеркала, в обратном случае - углового. При этом, как и ожидалось, удвоенные значений сферохроматической аберрации, астигматизма и кривизны поля зрения объектива ограничивают использование ЗЛО, отдавая предпочтение тетраэдрическим отражателям.

По результатом теоретической оценки точностных характеристик АСКС СКО случайной составляющей основной погрешности не превосходит 0,05 мм, что удовлетворяет требованиям задачи. Выявлено, что погрешности механизма фокусировки, в частности систематическая составляющая КТВ, значительно ограничивают точностные характеристик АСКС, что определило

142 разработку соответствующего стенда и методик ее выявления с последующей компенсацией.

Основными практическими результатами работы являются разработанный опытный образец АСКС и универсальный стенд для настройки и испытания систем контроля соосности и прямолинейности, совместно с методиками определения КТВ ОС и оценки параметров управляемых базовых структурированных тест-объектов АСКС [7, 70, 96] (приложение Г).

Проведенные лабораторные (на универсальном стенде для настройки и испытания систем контроля соосности и прямолинейности), стендовые (на стенде ИТЦ ОАО «Атомэнергоремонт», г. Курчатов) и эксплуатационные (при ремонте III энергоблока Калининской АЭС, г. Удомля) испытания опытного образца АСКС (п. 4.5) показали, что СКО случайной составляющей основной погрешности составляет менее 0,05 мм на дистанции до 10 м, что удовлетворяет требованиям задачи контроля соосности и позволяет внедрить АСКС в промышленность. Подтвержденные характеристики опытного образца АСКС представлены в таблице 4.2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получены следующие основные результаты исследований:

1. Классификационный анализ современных оптических и оптико-электронных систем и методов, реализующих контроль соосности турбоагрегатов большой единичной мощности, показал возможность решения поставленной задачи оптико-электронными системами авторефлексионного типа.

2. Разработан способ контроля трех линейных координат ретрорефлектора с управляемым базовым структурированным тест-объектом, позволяющий определять координаты КЭ без дополнительного определения дистанции.

3. Предложены энергетические соотношения для расчета облученности в плоскости входного зрачка авторефлексионной системы с тест-объектом сложной структуры с оценкой перераспределения энергии в отраженном пучке лучей, учитывающие погрешности исполнения двугранных углов и оптическую силу тетраэдрического отражателя.

4. На основе базового математического аппарата (в приближении геометрической оптики) разработаны подходы к построению имитационных компьютерных моделей ретрорефлекторов и сами модели, позволившие оценить влияние параметров ретрорефлекторов на суммарную погрешность АСКС и, как следствие, сформировать требования к их изготовлению и юстировке.

5. Разработана методика автоматического преобразования приборной системы координат АСКС к линии ротора, исключающая предварительное трудоемкое «провешивание» визирной линии системы через координаты ротора в БР, тем самым значительно упрощающая процесс контроля с уменьшением результирующей погрешности.

6. Разработан способ компенсации влияния температурного градиента воздушного тракта при определении координат КЭ в АСКС, основанный на дисперсионном методе измерений с сопоставлением изображений

145 тест-объекта в двух и более узких спектральных интервалах в реальном масштабе времени на едином поле изображений.

7. Разработан универсальный комплекс, состоящий из опытных образцов АСКС и системы контроля положения оси ротора в БР (шифр «Ось»), обеспечивающий высокоточный автоматизированный контроль соосности элементов турбоагрегатов большой единичной мощности.

8. Разработан универсальный стенд для настройки и испытания систем контроля соосности и прямолинейности, основанный на сравнении результатов измерений АСКС с рабочим эталоном на дистанциях от 1 до 6 м, позволяющий, в том числе, выявлять систематическую составляющую КТВ.

9. Проведены лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания АСКС, показано, что предел допускаемого СКО случайной составляющей основной погрешности составляет менее 0,05 мм на дистанции до 10 м, что удовлетворяет требованиям задачи контроля соосности и позволяет внедрить АСКС в промышленность.

В качестве основных тенденций развития АСКС предлагается [99]:

- исследование и внедрение элементов системы, инвариантных к действию представленных в работе первичных погрешностей, например систем фокусировки с прямой визирной линией;

- совершенствование реализованных и разработка новых методов компенсации влияния внешних условий на дополнительную погрешность АСКС, например частичной компенсации влияния турбулентности ВТ;

- масштабирование разработанного способа контроля для работы на дистанциях до 100 м;

- разработка технологической оснастки для АСКС и методов проведения контроля формы лабиринтовых уплотнений промежуточных элементов турбоагрегатов, что обеспечивает выполнение последнего этапа центровочных работ турбоагрегата большой единичной мощности (п. 1.1).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Анисимов, Андрей Геннадьевич, 2012 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Optical alignment: with the Taylor-Hobson micro-alignment telescope and its accessories, Leicester: Rank Taylor Hobson, 133 (1981)

2 Ремонт паровых турбин: Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и дополн./ В.Н. Родин и др.; под общ. ред. Ю.М. Бродова и В.Н. Родина, Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2005. 438с.

3 РД 03-606-03 «Инструкция по визуальному и измерительному контролю», Москва 2004

4 Медянцева Л. Л., Горбачева В.В., Шарова Е.Е. Контроль прямолинейности и плоскостности поверхностей. М.: Издательство стандартов. 1972. 119 с.

5 Афанасьев В.А., Усов B.C. Оптические приборы и методы контроля прямолинейности в инженерной геодезии. - М.: Недра, 1973.

6 Zhukov D.V., Konyakhin LA., Usik A.A., "Iterative algorithm for determining the coordinates of the images of point radiators," Journal of Optical Technology 76(1), 36-38 (2009).

7 A.G. Anisimov, A.A. Gorbachyov, A.V. Krasnyashchikh, A.N. Pantushin, and A.N. Timofeev, "Design and test of optoelectronic system of alignment control based on CCD camera," Proc. SPIE, Vol. 7133, 71333S (2008).

8 Карасев В. И. и Монэс Д. С. Монтаж паровых турбин с помощью оптических приборов. М, «Энергия», 1976

9 Перечень технологических платформ (утвержден решением Правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям от 01.04.2011 г., протокол № 2) [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу http://www.economy.gov.ru/minec/activity/sections/innovations/ formation/doc201 свободный.

10 Краснящих А.В. Разработка и исследование оптико-электронной

системы измерения деформации крупногабаритных инженерных сооружений: Дис. канд. техн. наук: 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы - СПб:, СПбГУ ИТМО, 2004. - 139 с

11 Ямбаев Х.К. Геодезический контроль прямолинейности и соосности в строительстве. - М.: Недра, 1986. - 264 е., ил.

12 Методы и приборы высокоточных измерений в строительстве. Под ред. В.Д. Большакова. М., Недра, 1976.

13 Апенко М.И., Араев И.П., Афанасьев В.А. и др. Оптические приборы в машиностроении. Справочник. Под. ред. Н.П. Заказнова М.: Машиностроение, 1974. 238 с.

14 «Труба измерительная визирная ППС-11». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. JIOMO, 1973 г.

15 2022 Alignment Telescope. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.brunson.us/LEN/Products/2022.asp свободный.

16 Micro Alignment Telescopes. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.taylor-hobson.com/micro-alignment-telescopes.html свободный.

17 Alignment telescope. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.spot-optics.com/products/alisa/index.htm свободный.

18 Прибор визирно-автоколлимационный ОПТРО-ППС-ОЗ1. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.optrotech.ru/prod3.php свободный.

19 Electronic AutoCollimator. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.duma.co.il/pdf/AutoCollimator.pdf свободный.

20 Комплекс высокоточных оптических и оптоэлектронных приборов для контроля формы и взаимного расположения поверхностей крупногабаритных изделий. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.npkgoi.ru/?module=articles&c=profil&b=3&a=3 свободный.

21 Alignment Telescopes [Электронный ресурс]. - Режим доступа к

ресурсу www.moeller-wedel-optical.com/en/produkte/visual-optical-instruments/

alignment-systems/alignment-telescopes-type-ff.html свободный.

22 D-275 autocollimating alignment telescope [Электронный ресурс]. -Режим доступа к ресурсу http://www.davidsonoptronics.com/products/ alignment-telescopes/autocollimating-alignment-telescope-d-275 свободный.

23 Прибор автоколлимационный ОПТРО-ППС-032 (Digital Micro Alignment Autocollimator). [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.optrotech.ru/prod3-2.php свободный.

24 Баранов В.К. О терминах «световозвращатель» и «уголковый отражатель». Письма в редакцию «ОМП», № 6, 1976, с.37

25 Кирчин Ю.Г. Разработка и исследование оптико-электронных систем для контроля смещений: Дис. канд. техн. наук.: 05.11.07.- Защищена 21.12.93.-СПб., 1993.- 193 с.

26 Цуккерман С.Т., Гридин А.С. Приборы управления при помощи оптического луча. - Д.: Машиностроение, 1969.- 204 с.

27 Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. -М.: Сов. радио, 1980,- 392 с.

28 Цуккерман С. Т. Новые приборы автоматического управления машинами оптическим лучом // Изв. ВУЗов СССР. Сер. Приборостроение.-1982 - T.XXV, №10,- С. 71-74.

29 Денисов В.Н. Устройство для измерения линейного смещения объекта / В.Н. Денисов // VI Международная конференция "Прикладная оптика" 18-21 октября 2004 г, С.Пб, Россия. Сборник трудов. Том.1 "Оптическое приборостроение". - СПб, 2004, с. 280-284.

30 Оптико-электронная система для измерения линейных смещений (ФЭС-2). [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.niiki.ru/pages/p-a-fes.html свободный.

31 Джабиев А.Н., Мусяков В.Л., Панков Э.Д., Тимофеев А.Н. "Оптико-электронные приборы и системы с оптической равносигнальной зоной". Монография /Под.общ.ред. Э.Д. Панкова - СПб., ИТМО, 1998. -238 с.

32 Вагнер Е.Т., Митрофанов А.А., Барков В.Н.. Лазерные и оптические методы контроля в самолетостроении. - М.: Машиностроение . - 1977

33 Самарин А. А Позиционно-чувствительные фото датчики / Электронные компоненты. - 2003. - № 7. - с. 103 - 108.

34 Geometric measurement technology. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу http://www.damalini.com/D660-550.aspx свободный.

35 Fixturlaser Turbine. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу http://www.fixturlaser.eom/filearchive/5/5038/P-0158-GB%20Fixturlaser%20Turb ine%201ow%20res.pdf свободный.

36 Alignment & Balancing. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу http://www.pruftechnik.com/en/machinery-service/services/ alignment-balancing/productpage/product/turbine-alignment.html свободный.

37 Автоматизированная лазерная система центровки турбоагрегатов. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу http://www.riftek.com/resource/download/centr_riftek.pdf свободный.

38 Лазерный центрирующий измерительный комплекс ЦЕНТРОЭЛ-3. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу http://www.izmeron-v.ru/?p=3&np=47 свободный.

39 The ОТ-7000. Auto-Centering, Wireless, Multi-Target Alignment. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.on-trak.com/ot7000.htmll свободный.

40 XL-80 laser measurement system. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.renishaw.com/en/xl-80-laser-measurement-system~8267 свободный.

41 XD™ Laser Product Brochure. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.apisensor.com/xd-laser свободный.

42 Agilent 5529ADynamic Calibrator. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу www.home.agilent.com/ свободный.

43 Анисимов А.Г., Коротаев В.В., Краснящих А.В. Методы построения

адаптивной распределенной оптико-электронной системы неразрушающего контроля деформации крупногабаритных сооружений // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Выпуск 34. Современная оптика /Главный редактор д.т.н., проф. В.Н. Васильев. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. - с. 219-224.

44 Andrey G. Anisimov, Valery V. Korotaev, and Andrey V. Krasnyashchikh. Alignment Control Optical-Electronic System. Technical Digest of 7th International Conference on Optics-photonics Design & Fabrication. 20PSp-69. Optical Society of Japan (OS J) (2010)

45 Анисимов А.Г., Коротаев B.B., Кулешова E.H. О возможности адаптации теории распределенных измерительных систем к оптико-электронным системам. Изв. вузов. Приборостроение. 2010. №7. С. 86-87.

46 Способ измерения линейного смещения и устройство для его осуществления [Текст]: заявка 2010119119(027144) Рос.Федерация: МПК G01B 11/02, G01S 11/12/ заявитель и патентообладатель НИУ ИТМО. Анисимов А.Г., Горбачёв А.А., Краснящих А.В., Коротаев В.В., Пантюшин А.В., Серикова М.Г., Тимофеев А.Н., заявл. 12.05.2010, решение о выдаче патента от 15.12.2011.

47 Анисимов А.Г., Клещенок М.А., Тимофеев А.Н.. Исследование схемы внешнебазного оптико-электронного канала для контроля соосности. / 9 Международная конференция «Прикладная оптика - 2010» / Сборник трудов (том 1, ч. 2) СПб: ГОИ им. С.И. Вавилова, 18-22 октября 2010. - С. 243-246.

48 Пик Л.И. Исследование действия призменного отражателя // Геодезия и картография. 1965. № 10. С. 29-34

49 Джеррард А., Бёрч Дж.М. Введение в матричную оптику. Под ред. Барноски М. Перевод с английского канд. физ.-мат. Наук Божкова А.И., Власова Д.В. М.: Мир, 1978. - 341 с.

50 Коняхин И.А., Панков Э.Д. Трехкоординатные оптические и оптико-электронные угломеры: Справочник. -М.: Недра, 1991.

51 Оптические системы геодезических приборов / Д.А. Аникст, О.М. Голубовский, Г.В. Петрова и др. - М.: Недра, 1981.

52 Ханох Б.Ю. Оптические отражатели тетраэдрического типа в активных системах. - Минск: Изд-во БГУ им. В.И. Ленина, 1982. с. 160

53 Н. D. Eckhardt, "Simple Model of Corner Reflector Phenomena," Applied Optics, Vol. 10, Issue 7, 1559-1566 (1971).

54 Andrey G. Anisimov, Elena A. Tsyganok and Igor A. Konyakhin, "Study of the influence of the tetrahedral reflectors properties on autocollimating systems characteristics", Proc. SPIE 7786, 77860V (2010); doi: 10.1117/12.859822

55 Афанасьев В. А., Жилкин A. M., Усов B.C. Автоколлимационные приборы. M.: Недра, 1982.

56 J. J. Snyder, "Paraxial ray analysis of a cat's-eye retroreflector," Appl. Opt. 14, 1825-1828 (1975).

57 S. Wang, "Matrix methods in treating decentred optical systems," Opt. Quantum Electron. 17(1), 1-14 (1985)

58 Andrey G. Anisimov, Alexandr N. Timofeev and Valery V. Korotaev, "Choice of the reflector for the autocollimating alignment telescope", Proc. SPIE 8082, 80823E (2011); doi:10.1117/12.889311

59 Ильинский P.E. Распределение потока излучения, формируемое световым пучком, отраженным от световозвращателя // Прикладная физика. 2007. №3. С. 18-24.

60 В.В.Усенко. Алгоритмизация структурного анализа систем управления. М.:МЭИ, 1990

61 Пресс Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью. - М.: Радио и связь, 1991., Носов Ю.Р.

62 Шилин В.А. Основы физики приборов с зарядовой связью. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. Лит., 1986. - (Физика полупроводников и полупроводниковых приборов). - 320с.

63 Blanc N. CCD versus CMOS - has CCD imaging come to an end?

In:Fritsch D, Spiller R, editors. Photogrammetric Week '01. Heidelberg:Herbert Wichmann Verlag, 2001. p. 131-7.

64 Janesick JR. Dueling detectors - CMOS or CCD? SPIE's OE Magazine, February 2002. p. 30-3.

65 Litwiller D. CCD vs. CMOS: facts and fiction. Photonics Spectra 2001: 154-58.

66 L.J. Kozlowski, D. Stanley, J. Luo, A. Tomasini, A. Gallagher, R. Mann, B.C. Hsieh, T. Liu, W.E. Kleinhans, Theoretical basis and experimental confirmation: why a CMOS imager is superior to a CCD, Proceedings of the SPIE, Vol. 3698, Orlando, FL, April 1999, pp. 388-396.

67 ГОСТ 7845-92. Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений. М.: Изд. стандартов. - 1993.

68 Анисимов А.Г., Горбачев А.А., Краснящих А.В. Исследование влияния блюминга на погрешность оптико-электронной системы контроля соосности // Сборник трудов. Т.1. Оптическое приборостроение. СПб.: Труды оптического общества им. Д.С. Рождественского, 2006. - С. 24-28.

69 Горбачев А.А. Исследование особенностей построения оптико-электронной системы контроля деформаций плавающего дока // Автореф. канд. техн. наук дис. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2007, 15с.

70 Анисимов А.Г., Горбачёв А.А., Краснящих А.В., Пантюшин А.В. Оптико-электронная система контроля соосности элементов турбоагрегатов // Изв. вузов. Приборостроение. 2008. Т.51. №9. С. 22-26.

71 Анисимов А.Г., Алеев A.M., Пантюштин А.В., Тимофеев А.Н. Основные погрешности контроля соосности с помощью авторефлексионной оптико-электронной системы / Оптический журнал, т. 76, №1, 2009. -С. 3-8.

72 Gutierrez, JA; Armstrong, BSR Precision Landmark Location for Machine Vision and Photogrammetry. Springer, 2008

73 Жуков Д.В., Коняхин И.А., Усик А.А. Аналитический обзор способов определения координат изображений точечных источников //

Научно-технический вестник. СПбГУ ИТМО. 2007. Т. 43.

74 Winick К. A. Cramer-Rao lower bounds on the performance of charge-coupled-device optical position estimators // J. Opt. Soc. Am. A. 1986. Vol. 3. No. 11. P. 1809-1815.

75 Андреев A.Jl., Ярышев C.H., Стрелков A.P. Аппаратные и программные средства оптико-электронных приборов с телевизионными датчиками на ФПЗС. Методические указания. -СПб.: ИТМО, 1995. -49 с.

76 Горбачев A.A., Коротаев В.В., Краснящих A.B., Тимофее в А.Н. Методика пересчета приборных координат в оптико-электронной системе контроля смещений. // Сборник трудов. Том. 1 "Оптическое приборостроение". - СПб, 2004, с. 324-328.

77 Анисимов А.Г., Араканцев К.Г., Горбачев A.A. Исследование погрешности контроля дистанции в симметричном внутрибазовом канале двухкоординатной оптико-электронной системы контроля смещений // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Выпуск 34. Современная оптика /Главный редактор д.т.н., проф. В.Н. Васильев. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. -с. 213-218.

78 Теоретическое и экспериментальное исследование влияния параметров атмосферы на информативные свойства полихроматической оптической равносигнальной зоны (Отчет по НИР № 36059 Г.Р.№ 01.2.007 00968, Этап 3 (Экспериментальные исследования связи информативных свойств оптической равносигнальной зоны с параметрами оптического излучения и внешними условиями)), СПб.: СПбГУ ИТМО, 2008. - 82 с. /(Тимофеев А.Н., и др.)

79 Неумывакин Ю.К. Автоматизация геодезических измерений в мелиоративном строительстве. - М.: Недра, 1984. - 128 с.

80 Араканцев К.Г. Ослабление влияния вертикального градиента температуры воздушного тракта на погрешность измерения положения объекта // Изв. вузов. Приборостроение. 2006. Т. 49. №8. С. 38-42

81 Andrey G. Anisimov, Oleg U. Lashmanov, Sergey N. Yarishev, Alexander N. Timofeev, and Valéry V. Korotaev, "Multispectral Method for Air Tract Influence Attenuation," in Frontiers in Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2011), paper JWA24

82 Omni Vision 0v5620. [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу http://www.comedia.com.cn/OV%20SENSOR%20PB/500W/ Brief5620V4.2.pdf свободный.

83 FULL COLOR LED lamp BL-L515 [Электронный ресурс]. - Режим доступа к ресурсу cdn.evilmadscience.com/im/LED/BL-L515.pdf свободный.

84 Андреев А.Л. Автоматизированные телевизионные системы наблюдения. Часть I. Аппаратные средства и элементная база. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. - СПб.: ИТМО, 2002. -88с.

85 Анисимов А.Г., Горбачев A.A., Краснящих. A.B. О погрешностях оптико-электронной системы контроля соосности. // Труды пятой международной конференции молодых ученых и специалистов "0птика-2007". Санкт-Петербург, 15-19 октября 2007, СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. с. 234.

86 Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1982. 237 с.

87 Латыев С.М. Конструирование точных (оптических) приборов. Учебное пособие. СПБ, Политехника, 2007

88 Захаров А. И., Новые теодолиты и оптические дальномеры, М., 1970.

89 Данилевич Ф.М., Никитин В.А., Смирнова Е.П. Сборка и юстировка оптических контрольно-измерительный приборов. Справочное пособие. Л., «Машиностроение» (Ленингр. Отд-ние), 1976.

90 Анисимов А.Г. Исследование влияния погрешности при фокусировке на точность измерения оптико-электронной системы контроля соосности // Труды четвертой международной конференции молодых ученых

и специалистов «0птика-2005». Санкт-Петербург. С. 17-21.

91 Andrey G. Anisimov, Andrey V. Krasnyashchikh, Alexander N. Timofeev, and Valery V. Korotaev. Accuracy characteristics of the shift control optical-electronic measurement system. Proc. SPIE, Vol. 7427, 74270L (2009)

92 Соломатин B.A., Якушенков Ю.Г. Сравнение некоторых способов определения координат изображений, осуществляемых с помощью многоэлементных приемников излучения // Известия вузов Приборостроение. 1986. № 9. С. 62-69.

93 Пантюшин А.В., Шомрина М.А., Анисимов А.Г., Яковлев А.С. Исследование влияния погрешности установки отражателя на точность системы контроля соосности // Сборник трудов. Т.1. Оптическое приборостроение. СПб.: Труды оптического общества им. Д.С. Рождественского, 2006. - С. 64-67.

94 Чуриловский В.Н. Теория оптических приборов. M.-JL, Машиностроение, 1966. 564с.

95 Кулагин В.В. Основы конструирования оптических приборов. - JL: Машиностроение, 1982 . - 312 с. Латыев С.М. Компенсация погрешностей в оптических приборах. - Л.: Машиностроение, 1985 . - 248 с.

96 Коротаев В.В., Анисимов А.Г., Горбачев А.В., Краснящих А.В., Тимофеев А.Н. Оптико-электронная система контроля соосности и прямолинейности. //Инновационные разработки СПбГУ ИТМО /Под ред. д.т.н., проф. В.Н.Васильева - СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. с.56-58

97 Коротаев В.В., Краснящих А.В. Измерительные оптико-электронные приборы / Методичские указания по выполнению лабораторных работ СПб.:СПбГУ ИТМО, 2006. - 104 с.

98 Анисимов А.Г., Горбачев А.А., Краснящих А.В. Результаты исследования точностных характеристик оптико-электронной системы контроля соосности на стенде. Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Выпуск 49. ОПТОТЕХНИКА, ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ / Главный

редактор д.т.н., проф. В.О. Никифоров. - СПб:СПбГУ ИТМО, 2008. с.110-114.

99 Анисимов А.Г., Краеиящих A.B. Пути повышения точностных характеристик оптико-электронных систем контроля соосности / Труды оптического общества им. Д.С. Рождественского том 1, Оптическое приборостроение. VIII Международнвая конференция «Прикладная оптика -2008». Санкт-Петербург, 20-24 октября, СПбГУ ИТМО, 2008., с 10-14.