Погрешности автоматизированной системы

Автоматизированная система с точки зрения метрологии является сложным измерительным комплексом, обеспечивающим определение искомых величин путем косвенных измерений. При рассмотрении возможности применения автоматизированной системы для оценки качества наборов дефектоскопических материалов с позиции метрологии основное внимание должно быть уделено возможным погрешностям системы и ее метрологической поверке.

Метрологические требования к автоматизированной системе, использующейся для оценки качества наборов дефектоскопических материалов, определяются способностью системы выполнять функции измерения, анализа, оценки характеристик индикаторных рисунков по их изображению и возникающими при этом погрешностями.

Условно основные источники погрешности системы можно классифицировать следующим образом:

  • Инструментальные погрешности, обусловленные особенностями выбранной структуры автоматизированной системы, характеристиками входящих в ее состав компонент и реализованного алгоритма ее работы. Эти погрешности, как правило, носят устойчивый характер, описываются известными законами и могут быть учтены и скорректированы.
  • Методические погрешности обусловлены используемыми алгоритмами измерения параметров объектов на изображении по их цифровому представлению. Точность измерений этих параметров в существенной степени зависит от точности отображения самого изображения в памяти ЭВМ, то есть от используемых в системе мер борьбы с помехами и искажениями ввода.
  • Внешние погрешности связанны с влиянием на систему внешней среды.

Выбор методов оценки и коррекции ошибок, возникающих в системе, в значительной степени определяется характером самих изображений, задачами и алгоритмами их обработки. Важнейшей характеристикой автоматизированной системы, регистрирующей изображение, является уровень представления количественной информации, который определяется числом элементов дискретизации цифрового представления изображения. Она определяет предельно малые, по заданным параметрам объекты, которые будут различимы на изображении, представленном в цифровой форме. Число элементов дискретизации изображения определяют исходя из метрологических требований к системе, которые включают диапазоны изменения значений измеряемых величин и допустимые среднеквадратические погрешности измерения величин.

Для представления количественной (измерительной) информации число элементов дискретизации можно оптимизировать по результатам модельных испытаний с использованием выбранного алгоритма определения геометрических характеристик объектов. Для ряда возможных размещений (ситуаций) объекта в поле зрения приемника системы находят относительное среднее квадратическое отклонение σ, например, площади объекта, по данному алгоритму для минимального числа N элементов дискретизации. Если значение σ превышает допустимое, необходимо увеличить N и повторить описанную процедуру.

Импульсные помехи, неравномерность освещенности объекта и недостаточную контрастность его границ, неоднородность и нелинейность характеристик приемника, приводят в процессе ввода к искривлению плоскости растра. В результате таких искажений два одинаковых изображения объекта, расположенных в разных местах растра, будут иметь различные геометрические характеристики. Одним из способов компенсации искажений ввода является использование непостоянного порога дискретизации.

Метрологическая поверка автоматизированной системы основываться на выполнении следующих операций:

  • внешний осмотр;
  • апробирование;
  • поверка электрической прочности и изоляции;
  • определение спектральных характеристик излучения источника света;
  • определение спектральных характеристик излучения индикаторных жидкостей, используемых в составах наборов дефектоскопических материалов;
  • определение спектральных характеристик приемника излучения;
  • определение спектральных коэффициентов пропускания или отражения всех оптических элементов (линзы, наборы фильтров и т.д.), входящих в систему;
  • определение погрешности работы системы.

Поверка должна производится в нормальных внешних условиях (влажность температура, освещенность) как для проверяемых, так и для образцовых систем. Проверку автоматизированной системы можно производить по схеме, представленной на рисунке. Здесь используются два приемника изображения: образцовый и проверяемый. Воспринимаемое изображение рабочей сцены (1) расщепляется оптическим коммутатором (2) на два изображения, которые регистрируются образцовым (3) и проверяемым (4) приемниками изображения и вводятся в ПЭВМ (5). Затем изображения, полученные двумя приемниками, вычитаются для определения их различий.

Поверка автоматизированной системы
Схема поверки автоматизированной системы

Так как погрешность системы может принимать в разных точках диапазона измерений разные значения, то необходимо нормировать пределы допускаемых погрешностей, то есть установить такие границы, за пределы которых погрешность системы не должна выходить при эксплуатации. В зависимости от допускаемых значений погрешности системе можно присваивать класс точности.

Как и для любой измерительной системы, предел допускаемой погрешности системы может устанавливаться в виде абсолютной, относительной и приведенной погрешностей, определяемых известными способами. Наряду с основной погрешностью нормированию подлежит и дополнительная погрешность. Методика нормирования указанных погрешностей дана в ГОСТ 8.009.