Автоматизований прилад вимірювання параметрів руху технологічного обладнання гірничої галузі
Дата
2026
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Державний університет «Житомирська політехніка», КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Лугових О.О. Автоматизований прилад вимірювання параметрів руху технологічного обладнання гірничої галузі. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.01 – Прилади та методи вимірювання механічних величин. – Державний університет «Житомирська політехніка», Житомир, 2026. У дисертації розроблено теоретичні основи автоматизованого приладу для вимірювання параметрів руху технологічного обладнання гірничої галузі за його відеозображеннями. Цей прилад має підвищену точність і швидкодію, розширені функціональні можливості у порівнянні з існуючими засобами вимірювання параметрів руху в гірничій галузі. Основною ідеєю даної роботи є використання програмно-алгоритмічної обробки часових послідовностей відеозображень технологічного обладнання, комплексування вимірювальної інформації від цифрової відеокамери та акселерометру, адаптивне налаштування параметрів вимірювального приладу. Метою програмно-алгоритмічної обробки є компенсація похибок вимірювання поточних координат та похибок оцінювання параметрів руху. Ці похибки виникають в двох вимірювальних каналах автоматизованого приладу, що створені на основі цифрової відеокамери та акселерометра, який закріплено на технологічному обладнанні для видобутку та обробки природного блочного каменю. Вимірювальні канали формують: відеозображення з поточними координатами складових частин технологічного обладнання; цифрові дані від акселерометра про прискорення технологічного обладнання. Визначено перспективні напрямки підвищення точності та швидкодії автоматизованого приладу вимірювання параметрів руху. Розроблено принципи побудови, структурну схему та математичні моделі автоматизованого приладу, що вимірює параметри руху об’єктів вимірювань (технологічного обладнання каменедобувних та каменеобробних підприємств) на основі цифрових відеозображень. Принципи побудови автоматизованого приладу є наступними: процес зміни поточних координат апроксимується рядом з обмеженою кількістю доданків згідно фізичної моделі руху; складний рух розглядається як сума поступального руху центру мас об’єктів вимірювань та обертального руху навколо нього; визначення параметрів руху здійснюється за проекціями переміщення, швидкості та прискорення на осі нерухомої системи координат, пов’язаної з відеокамерою; автоматизований прилад містить два вимірювальні канали; адаптивне налаштування вимірювальних каналів та корекція результатів вимірювань за відеозображеннями здійснюється на основі значень прискорень та переміщень у тривимірному просторі, отриманих від акселерометра. Методи програмно-алгоритмічної обробки вимірювальної інформації про параметри руху у автоматизованому приладі забезпечують вимірювання параметрів руху з підвищеною точність у реальному часі. Ці методи досліджено на основі чисельного моделювання та аналізу процедур алгоритмічної обробки вимірювальної інформації. Створені теоретичні основи та методи програмно-алгоритмічної обробки вимірювальної інформації знайшли практичне застосування в ряді прикладних задач по вимірювання механічних величин. Це вимірювання та контроль параметрів руху технологічного обладнання при видобуванні блочного природного каменю та виготовлення з нього промислових виробів. Додатково вирішено задачу дослідження експлуатаційних характеристик автомобілів в частині визначення коливань підвіски, швидкості та прискорення підресореної маси. Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що: 1. Вперше отримано та оптимізовано в автоматизованому приладі згладжені за експоненціальною математичною моделлю оцінки поточних координат для базового набору моделей руху технологічного обладнання у гірничій галузі. Це забезпечує підвищення точності визначення поточних координат автоматизованим приладом у 1,39 рази в реальному часі з наступним обчисленням параметрів руху обладнання. 2. Розроблено новий метод компенсації похибок визначення координат об’єктів на відеозображеннях у першому каналі автоматизованого приладу за даними від акселерометра у другому каналі цього приладу. Цей метод також містить налаштування параметрів та адаптацію цифрової відеокамери та відеозображень. Таке рішення забезпечує високоточне вимірювання параметрів руху, що змінюються в ході технологічних процесів гірничої галузі, з врахуванням віддалення/наближення та повороту об’єкта вимірювань відносно відеокамери. 3. Дістали подальший розвиток принципи побудови, структурні схеми та математичні моделі двоканальних засобів вимірювань параметрів руху, створених на основі цифрової відеокамери, акселерометра та інтегродіференціюючих елементів. Ці моделі є основою для створення нових методів програмно-алгоритмічної обробки вимірювальної інформації та компенсації похибок у автоматизованому приладі. 4. Удосконалено метод комплексування вимірювальних каналів автоматизованого приладу на основі цифрової відеокамери, акселерометра та інтегродіференціюючих елементів, що визначають за схемою усереднення/фільтрації уточнену оцінку однойменних параметрів руху в реальному часі. Таке рішення забезпечує підвищення точності визначення поточних координат у 1,4 рази та підвищення точності визначення поточної швидкості у 1,8 рази у порівнянні з одним вимірювальним каналом на основі цифрової відеокамери. Практичне значення отриманих результатів роботи полягає в тому, що підвищено точність та швидкодію створеного автоматизованого приладу для вимірювання параметрів руху технологічного обладнання на каменедобувних та каменеобробних підприємствах на основі використання отриманих результатів теоретичних та експериментальних досліджень. Автоматизований прилад, порівняно з існуючими засобами вимірювань, має підвищену точність у (1,4…1,8) рази, похибка визначення поточних координат дорівнює ±1,2 мм з довірчою ймовірністю 0,95 при розмірі кадрів відеопослідовності 1024×576 д.т. для об’єктів розміром 1,5х1,2 м, а оцінка параметрів руху відбувається в реальному часі. Також розширено функціональні можливості реєстрації, аналізу, зберігання та представлення вимірювальної інформації про параметри руху технологічного обладнання гірничої галузі. Доведено ефективність комплексування вимірювальних каналів за схемами компенсації та усереднення/фільтрації для об’єднання сигналів від цифрової камери та акселерометра. Автоматизований прилад на основі оцінок нерівномірності та відхилення параметрів руху від унормованих значень забезпечує налагодження технологічного обладнання, підвищення якості та конкурентоспроможності виробів з блочного каменю. Методи експоненційного згладжування, методи комплексування вимірювальних каналів та алгоритмічної компенсації похибок рекомендовано до використання при розробці автоматизованих вимірювальних систем, до складу яких входить вимірювальні канали з цифровою відеокамерою та акселерометром. Наукову новизну та практичне значення результатів роботи підтверджено 2 патентами України на винаходи (103422, 106263), 2 патентами України на корисну модель (139726, 140691). Основні результати досліджень впроваджено в навчальний процес Державного університету «Житомирська політехніка» при підготовці бакалаврів та магістрів за спеціальністю G6 «Інформаційно-вимірювальні технології», у виробництво ТОВ "Шершня", ТОВ «БЛОК» та ФОП Горбік Денис Петрович.
Опис
Ключові слова
параметри руху, автоматизований прилад, комплексування вимірювальних каналів, алгоритмічна компенсація похибок, згладжування експериментальних даних, відеозображення, motion parameters, automated device, integration of measuring channels, algorithmic error compensation, smoothing of experimental data, video images
Бібліографічний опис
Лугових, О. О. Автоматизований прилад вимірювання параметрів руху технологічного обладнання гірничої галузі : дис. … канд. техн. наук : 05.11.01 – Прилади та методи вимірювання механічних величин / Лугових Оксана Олександрівна. - Житомир, 2026. - 291 с.