Анотація до роботи:

Вельган Р. Вимірювальна система для контролювання формованої бляхи на основі трианґулювання зображень. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.11.16 - інформаційно-вимірювальні системи. Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка (ФМІ) Національної Академії наук України (НАНУ), Львів, 2007.

У контексті створення методичного забезпечення автоматизованих систем оптичного контролювання ця робота присвячена таким аспектам: напрацюванню алгоритмічних і технічних рішень та синтезуванню нової процедури вимірювання для уможливлення сканування 3D-координат поверхонь плоскої деталі з двох боків, а також створенню нових ефективних алгоритмів опрацювання отриманих наборів даних для визначення просторового розподілу товщини.

В результаті сканування поверхонь деталі створюється цифрове відображення об’єкта дискретними наборами точок його лицьової і зворотньої поверхонь, для отримання якого структуру системи доповнено комп’ютерокерованим обертальним столом.

За допомогою розробленого обчислювального алгоритму для кожної точки однієї поверхні деталі шукається найближчий елемент на змодельованій сіткою трикутників протилежній поверхні і на нього опускається перпендикуляр. Запропонований метод дає змогу визначати локальну товщину і її поверхневий розподіл в критичних ділянках деталі.

Створено макет системи, отримано експериментальні дані і вивірено роботу розроблених алгоритмів.

У роботі розв’язано завдання побудови системи для визначення товщини виробів з формованого листового металу на основі методу трианґулювання зображень. Система дає змогу визначати локальну товщину у кожній точці просканованої поверхні із роздільною здатністю, яка щонайменше в 20 разів більша за роздільну здатність найближчого аналога - системи аналізування зміни форми міток. Зокрема, отримано такі наукові та практичні результати:

1. На основі аналізу стану і основних тенденцій розвитку засобів контролювання параметрів формованої бляхи з погляду придатності до використання в автоматизованому виробництві показано перспективність оптичних систем на основі методу трианґулювання зображень та сформульовано основні завдання, які необхідно розв’язати для побудови вдосконаленої системи: організація процесу двобічного сканування бляхи та розроблення відповідної процедури вимірювання.

2. Розроблено нову процедуру вимірювання для визначення розподілу товщини, що полягає у двобічному скануванні поверхні контрольованого об’єкта, збиранні отриманих наборів даних для одержання його цифрового відображення, на основі якого запропонованим методом визначається товщина в кожній з аналізованих точок поверхні. В ході реалізації процедури: доповнено структуру системи комп’ютерокерованим обертальним столом; опрацьовано методику калібрування стола та зреалізовано процедуру збирання наборів даних, що уможливлює автоматичне отримання відображення об’єкта через дискретні набори точок його лицьової і зворотньої поверхонь у спільній системі координат.

3. Створено математичну модель вимірювальної частини системи - модуля сканування тривимірних координат, як основи для розрахунку зв’язків між оптичними, конструктивними та метрологічними параметрами компонентів системи, на підставі якої зроблено їх інженерні розрахунки для конкретної задачі вимірювання.

4. Розроблено функціональну структуру системи для реалізації запропонованої процедури та побудовано її дослідний зразок. Опрацьовано адаптивне фільтрування, що покращує якість наборів даних (зниження рівня шумів і відкидання грубих промахів) і забезпечує можливість їх автоматизованого опрацювання.

5. На основі цифрового відображення об’єкта дискретними наборами точок його лицьової і зворотньої поверхонь, розроблено і реалізовано у вигляді програмних модулів метод визначення товщини як найменших локальних відстаней від точок лицьового боку деталі до елементів поверхні її зворотнього боку. Метод дає можливість з великою просторовою щільністю визначати розподіл товщини деталі, а його подальша розбудова відкриває можливість до переходу від якісних оцінок дефектів до їх кількісних геометричних характеристик.

6. Доопрацьовано метод пошуку найближчої точки за допомогою трианґуляції Делоне, розширивши його на пошук найближчого елемента поверхні. Після знаходження для кожної точки однієї поверхні найближчої точки на іншій поверхні, додається послідовність операцій, що включає: проектування аналізованої точки на площини трикутників (елементів апроксимованої поверхні), в котрі входить знайдена найближча точка; перевірка потрапляння проекції точки в межі кожного із суміжних трикутників, вершиною яких є найближча точка; визначення трикутника з найкоротшою відстанню до аналізованої точки. Вдосконалений метод дає змогу пришвидшити процедуру пошуку найближчого елемента в 8 разів порівняно із використанням звичайного перебирання і служить підвищенню ефективності процедури визначення товщини.

7. Результати роботи впроваджено на ВАТ "ЛАЗ - Інструмент" у інформаційно-вимірювальному комплексі для контролювання параметрів формованих виробів при налаштовуванні пресового обладнання. Визначення товщини деталей за результатами швидкого багатоточкового, з дрібним растром точок вимірювання, сканування їх поверхні істотно скоротило кількість необхідних припасовувань геометричних параметрів формувального інструмента і тривалість стадії проектування виробничого процесу.

Список опублікованих на тему дисертації праць

1. Вельган Р., Стадник Б. Метод контролювання процесів формування бляхи // Додаток до науково-технічного журналу ВАК України "Стандартизація, Сертифікація, Якість".- 2006.- Збірник матеріалів Всеукраїнська науково-технічна конференція "Якість-2006" (22-25 лютого, 2006 р.), Славське, Україна. -С. 150-155.

2. Базилевич О., Вельган Р., Івахів О., Мушеник П. Порівняння методів обчислення товщини при контролюванні формованих листів металу // Інформаційні технології та комп’ютерна інженерія.- 2006.- № 1 (5). -С. 138-145.

3. Вельган Р. Аналіз методів та засобів для контролю виробів із листового металу // Методи та прилади контролю якості.- 2006.- № 16. -С. 76-78.

4. Вельган Р. Алгоритм обчислення розподілу товщини для систем оптичного сканування поверхні // Вісник НТТУ "КПІ". Серія "Приладобудування".- 2006.- Вип. 32. -С. 111-117.

5. Вельган Р., Мушеник П. Застосування діаграми Вороного для обчислення геометричних параметрів деталей // Вимірювальна техніка та метрологія.- 2005.- № 1. -С. 72-75.

6. Mushenyk P., Velgan R. Evaluation Geometry Parameters of 2D Objects Using Delaunay Triangulation // VII International Workshop for Candidates for a Doctor’s Degree OWD’2005, Symposium PTEE & Seminar BSE (October 22-25, 2005, Wisla, Poland) / Conference Archives PTETiS vol. 21, vol. 1.- Warsaw, 2005. -P. 57-58.

7. Ivakhiv O., Mushenyk P., Velgan R. Geometrical Parameters Evaluation of Optical Coordinate Measurement Using Voronoi Diagram // Proceedings 50 Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, Technische Universitat Ilmenau (Thuer.), (September 19-23, 2005, Ilmenau, Germany).- Ilmenau : Verlag ISLE, 2005. -P. 453-454.

8. Базилевич О., Вельган Р., Івахів О., Мушеник П. Порівняння методів обчислення товщини при контролюванні формованих листів металу // Тези доповідей VIII міжнародної конференції "Контроль і управління в складних системах" (КУСС-2005), (24-27.10.2005, Винниця).- Винниця, 2005. -С. 53.

9. Weckenmann A., Ernst R., Velgan R., Gall P., Nalbantic K. Detection of Defects in Sheet Metal by using Fringe Projection System // Proceedings of the 8th International Symposium on Measurement and Quality Control in Production (October 12-15, 2004, Erlangen, Germany) / VDI-Berichte 1860.- Duesseldorf, 2004. -P. 231-236.

10. Havrylyuk M., Ivakhiv O., Puyda V., Sasnyk P., Velgan R. Real time computer vision system for two-dimensional geometric characteristics determination // Proceedings of the 8th International Symposium on Measurement and Quality Control in Production (October 12-15, 2004, Erlangen, Germany) / VDI-Berichte 1860.- Duesseldorf, 2004. -P. 677-681.

11. Havrylyuk M., Ivakhiv O., Puyda V., Sasnyk P., Velgan R. Subsystem for the Image Processing Algorithms Creation Based on Simulator DSP-56300 // VI International Workshop for Candidates for a Doctor’s Degree OWD’2004 (October 16-19, 2004, Wisla, Poland) / Conference Archives, vol. 19, vol. 1.- Wisla, 2004. -P. 47 - 49.

12. Havrylyuk M., Ivakhiv O., Puyda V., Sasnyk P., Velgan R. Using DSP in Real Time Computer Vision Systems // VI International Workshop for Candidates for a Doctor’s Degree OWD’2004 (October 16-19, 2004, Wisla, Poland) / Conference Archives, vol. 19, vol. 1.- Wisla, 2004. -P. 50 - 53.

13. Ernst R., Weckenmann A., Velgan R. Local wall thickness measurement of formed sheet metal using fringe projection // Proceedings of the XVII IMEKO World Congress (June 22-27, 2003, Dubrovnik, Croatia).- Dubrovnik, 2003. -P. 1802-1805.

14. Murmu N. C., Velgan R. Detection of defects in formed sheet metal using medial axis transformation // W. Osten (ed.): Optical Measurement Systems for Industrial Inspection III (June 23-26, 2003, Munich, Germany) / Proceedings of SPIE, vol. 5144.- Munich, 2003. -P. 651-658.

15. Weckenmann A., Nalbantic K., Velgan R., Murmu N. C. Visualisation of Conformity and Wear of Cutting Tool Inserts // 7th International Fall Workshop: Vision, Modeling and Visualization 2002 (VMV-2002), (November 20-22, 2002, Erlangen, Germany).- Erlangen, 2002. -P. 315-321.