Автоматизований прилад вимірювання параметрів руху технологічного обладнання гірничої галузі

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorПодчашинський, Юрій Олександрович
dc.contributor.authorЛугових, Оксана Олександрівна
dc.date.accessioned2026-05-11T08:49:57Z
dc.date.available2026-05-11T08:49:57Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractЛугових 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.
dc.description.abstractotherLuhovykh O.O. Automated device for measuring the movement parameters of technological equipment in the mining industry. – Qualification scientific work (manuscript). Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences (Ph.D. equivalent) in specialty 05.11.01 – Instruments and Methods for Measuring Mechanical Quantities. – Zhytomyr Polytechnic State University, Zhytomyr, 2026. The dissertation develops the theoretical foundations of an automated device for measuring the motion parameters of technological equipment in the mining industry using its video images. This device has increased accuracy and speed, and expanded functionality compared to existing means of measuring motion parameters in the mining industry. The main idea of this work is to use software and algorithmic processing of time sequences of video images of technological equipment, integrating measurement information from a digital video camera and an accelerometer, and adaptively adjusting the parameters of the measuring device. The purpose of software and algorithmic processing is to compensate for errors in measuring current coordinates and errors in estimating motion parameters. These errors arise in two measuring channels of the automated device, which are created on the basis of a digital video camera and an accelerometer, which is mounted on technological equipment for mining and processing natural block stone. The measuring channels form: video images with current coordinates of the components of the technological equipment; digital data from the accelerometer on the acceleration of technological equipment. Promising directions for improving the accuracy and speed of the automated device for measuring motion parameters have been identified.The principles of construction, a structural diagram and mathematical models of an automated device that measures the motion parameters of measurement objects (technological equipment of stone mining and stone processing enterprises) based on digital video images have been developed. The principles of constructing an automated device are as follows: the process of changing the current coordinates is approximated by a series of a limited number of terms according to the physical model of motion; complex motion is considered as the sum of the translational motion of the center of mass of the measurement objects and the rotational motion around it; the determination of motion parameters is carried out by projections of displacement, velocity and acceleration on the axis of a fixed coordinate system associated with a video camera; the automated device contains two measuring channels; adaptive adjustment of the measuring channels and correction of measurement results from video images is carried out on the basis of the values of accelerations and displacements in three-dimensional space obtained from the accelerometer. Methods of software-algorithmic processing of measurement information about motion parameters in an automated device provide measurement of motion parameters with increased accuracy in real time. These methods were investigated on the basis of numerical modeling and analysis of procedures for algorithmic processing of measurement information. The created theoretical foundations and methods of software-algorithmic processing of measurement information have found practical application in a number of applied problems for measuring mechanical quantities. This is the measurement and control of motion parameters of technological equipment during the extraction of block natural stone and the manufacture of industrial products from it. Additionally, the problem of studying the operational characteristics of cars in terms of determining suspension oscillations, speed and acceleration of sprung mass was solved. The scientific novelty of the results obtained is that: 1. For the first time, the estimates of current coordinates smoothed by an exponential mathematical model for the basic set of motion models of technological equipment in the mining industry were obtained and optimized in an automated device. This provides an increase in the accuracy of determining current coordinates by an automated device by 1.39 times in real time with the subsequent calculation of the parameters of the equipment's motion. 2. A new method of compensating for errors in determining the coordinates of objects in video images in the first channel of an automated device based on data from an accelerometer in the second channel of this device has been developed. This method also includes parameter settings and adaptation of a digital video camera and video images. This solution provides high-precision measurement of motion parameters that change during technological processes in the mining industry, taking into account the distance/approach and rotation of the measurement object relative to the video camera. 3. The principles of construction, structural diagrams and mathematical models of two-channel means of measuring motion parameters, created on the basis of a digital video camera, an accelerometer and integrodifferentiating elements, have been further developed. These models are the basis for creating new methods of softwarealgorithmic processing of measurement information and compensation of errors in an automated device. 4. The metod of the integration of measuring channels of an automated device based on a digital video camera, accelerometer, and integrodifferentiating elements, which determine, using the averaging/filtering scheme, a refined estimate of the same motion parameters in real time, has been improved. This solution provides an increase in the accuracy of determining current coordinates by 1.4 times and an increase in the accuracy of determining current speed by 1.8 times compared to a single measuring channel based on a digital video camera. The practical significance of the obtained results is that the accuracy and speed of the created automated device for measuring the parameters of the movement of technological equipment at quarrying and stone-processing enterprises have been increased based on the use of the obtained results of theoretical and experimental research. The automated device, compared to existing measuring instruments, has increased accuracy by (1.4…1.8) times, the error in determining the current coordinates is ±1.2 mm with a confidence probability of 0.95 at a frame size of the video sequence of 1024×576 d.t. for objects measuring 1.5x1.2 m, and the assessment of the parameters of the movement occurs in real time. The functional capabilities of registration, analysis, storage and presentation of measuring information on the parameters of the movement of technological equipment in the mining industry have also been expanded. The effectiveness of integrating measuring channels using compensation and averaging/filtering schemes for combining signals from a digital camera and an accelerometer has been proven. The automated device, based on estimates of unevenness and deviations of motion parameters from normalized values, provides adjustment of technological equipment, improvement of quality and competitiveness of block stone products. Exponential smoothing methods, methods of complexing measuring channels and algorithmic compensation of errors are recommended for use in the development of automated measuring systems, which include measuring channels with a digital video camera and an accelerometer. The scientific novelty and practical significance of the results of the work have been confirmed by 2 patents of Ukraine for inventions (103422, 106263), 2 patents of Ukraine for a utility model (139726, 140691). The main research results have been implemented in the educational process of the State University "Zhytomyr Polytechnic", in the production of LLC "Shershnia ", LLC "Blok" and Individual Entrepreneur Gorbik Denys Petrovych
dc.format.extent291 с.
dc.identifier.citationЛугових, 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.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/80750
dc.language.isouk
dc.publisherДержавний університет «Житомирська політехніка», КПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeЖитомир
dc.subjectпараметри руху
dc.subjectавтоматизований прилад
dc.subjectкомплексування вимірювальних каналів
dc.subjectалгоритмічна компенсація похибок
dc.subjectзгладжування експериментальних даних
dc.subjectвідеозображення
dc.subjectmotion parameters
dc.subjectautomated device
dc.subjectintegration of measuring channels
dc.subjectalgorithmic error compensation
dc.subjectsmoothing of experimental data
dc.subjectvideo images
dc.subject.udc621.317
dc.titleАвтоматизований прилад вимірювання параметрів руху технологічного обладнання гірничої галузі
dc.title.alternativeAutomated device for measuring the movement parameters of technological equipment in the mining industry
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Luhovykh_dys.pdf
Розмір:
15.5 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (вільний доступ)