Рассмотрены вопросы повышения объёмной точности многокоординатных станков. Отмечено, что дальнейшее повышение объёмной точности путём совершенствования конструкции и повышения качества изготовления деталей станков в настоящее время практически невозможно, и прогресс в этом направлении связан с программной коррекцией движений рабочих органов с помощью различных математических моделей. На основе ранее представленной авторами модели измерений и вычислений объёмной геометрической погрешности станков разработана процедура коррекции перемещений рабочего органа трёхкоординатного металлорежущего станка. Процедура позволяет значительно повысить точность позиционирования рабочего органа трёхкоординатного металлорежущего станка – точность его выведения в заданную точку. При управлении движением рабочего органа использованы астатический закон и результаты вычислений координат точек траектории, скорректированных согласно дифференциально-геометрической модели объёмной погрешности. Разработанная процедура реализована программно и позволяет вносить коррекцию в управляющую программу, представленную в виде G-кода. Приведены результаты экспериментов по программной коррекции объёмных погрешностей трёхкоординатного металлорежущего станка с числовым программным управлением в соответствии с предложенной процедурой. Эксперименты выполнены в Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН». По итогам программной коррекции значительно (на 90 %) уменьшена геометрическая объёмная погрешность станка. Разработанную процедуру можно применять для повышения точности металлорежущих станков путём создания постпроцессоров, которые на основе результатов интерферометрических измерений вычисляют скорректированные координаты точек траектории рабочего органа, заданные в системе управления.

Статья посвящена актуальной задаче микроволновой фотоники: разработке оптоэлектронных систем генерации сверхвысокочастотных сигналов. Интерес к созданию таких систем в значительной мере обусловлен возможностями получения сверхвысокочастотных сигналов с низким уровнем фазовых шумов. Использование каналов сверхвысокочастотного мультиплексора в качестве фильтров в составе оптоэлектронных генераторов открывает новые возможности при построении оптоэлектронных систем генерации сверхвысокочастотных сигналов на разных частотах. Предложенный вариант реализации оптоэлектронного генератора позволяет дискретно регулировать частоту генерируемого сигнала или генерировать сигнал одновременно на нескольких заданных частотах. Представлены результаты экспериментов по измерению фазовых шумов гармонического сигнала, генерируемого разработанной оптоэлектронной системой генерации сверхвысокочастотных сигналов. В исследуемой оптоэлектронной системе генерации сверхвысокочастотных сигналов измерены фазовые шумы: менее 100 дБн/Гц при отстройке 1 кГц от несущей частоты и менее 130 дБн/Гц при отстройке 10 кГц от несущей частоты. Полученные результаты подтверждают возможность использования мультиплексоров в качестве полосовых фильтров, что привлекательно при разработке и оптимизации оптоэлектронных генераторов сверхвысокочастотных сигналов.

Описано развитие методов обработки данных, в частности метод обработки изображений с бинарным кодом Грея. Результаты обработки изображений с бинарным кодом Грея используют для разрешения фазовой неоднозначности в методе фазовой триангуляции, который является разновидностью триангуляционного метода с использованием структурированных засветок. Разработан алгоритм обработки изображений для расшифровки бинарного кода, сформированного источником оптического излучения. Код заключён в зависимость распределения интенсивности изображения поверхности наблюдаемого фотоприёмником объекта от номера кадра. Предложенный алгоритм обеспечивает устойчивую бинаризацию изображений кода Грея в условиях ограниченного динамического диапазона фотоприёмника и произвольных светорассеивающих свойств поверхности измеряемого объекта без использования инвертированных проецируемых изображений. Разработанный алгоритм можно успешно применять в триангуляционных системах с использованием структурированных засветок для измерения трёхмерной геометрии сложнопрофильных объектов. Показано, что при всех возможных соотношениях регистрируемой интенсивности излучения и динамического диапазона фотоприёмника с помощью предложенного алгоритма можно корректно расшифровать код Грея в виде последовательности изображений, формирующих структурированные засветки. При этом отклонение результатов расшифровки кода Грея обусловлено только шумами на принимаемых изображениях и не искажает результаты измерений. Основное преимущество предложенного алгоритма – возможность использовать практически в два раза меньшее количество структурированных засветок для расшифровки кода Грея по сравнению с алгоритмом, применяющем инвертированные изображения кода.

Статья посвящена актуальной задаче создания эффективных микромеханических инструментов манипулирования микрообъектами для микроэлектромеханических систем. В последнее время для создания микропинцетов успешно применяют слоистые аморфно-кристаллические ленты из быстрозакалённого сплава TiNiCu с обратимым эффектом памяти формы. Описан метод и разработана оригинальная экспериментальная установка для определения параметров обратимого эффекта памяти формы таких лент. Исследованы термомеханические характеристики аморфно-кристаллического композита, полученного методом спиннингования расплава: толщина аморфного и кристаллического слоёв соответственно 25 и 7 мкм. Изучено влияние многократного термоциклирования в интервале проявления эффекта памяти формы. Полученная максимальная обратимая деформация ленты на изгиб превышает 0,2 %, что обеспечивает возможность создания микромеханических устройств (микропинцетов). Увеличение количества термоциклов от 1 до 100 приводит к заметному увеличению обратимой деформации (в 1,2 раза) и почти двукратному сужению температурного гистерезиса обратимого эффекта памяти формы. При этом характеристические температуры изменяются незначительно, за исключением заметно увеличивающейся температуры начала формоизменения при охлаждении. Полученные результаты позволяют улучшить функциональные характеристики микромеханических инструментов на основе аморфно-кристаллических лент из сплава TiNiCu, так как повышается надёжность и быстродействие таких инструментов, а также уменьшаются их габаритные размеры.

Рассмотрен процесс теплотехнических обследований зданий. Этот процесс включает в себя натурные измерения плотности тепловых потоков и температуры на поверхности ограждающих конструкций зданий. По полученным результатам измерений рассчитывается приведённое сопротивление теплопередаче, которое сравнивается с требуемыми проектными значениями. Показано, что при расчётах сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции по результатам обследований могут возникать методические погрешности, которые обусловлены внешними естественными тепловыми воздействиями на здание и внутренними нестационарными тепловыми потоками в ограждающих конструкциях. При натурных теплотехнических обследованиях ограждений зданий произвольного типа данные методические погрешности априори неизвестны, поскольку условия измерений отличны от условий теплотехнических испытаний в специальных климатических камерах, где поддерживается стационарный перепад температур воздуха на внутренней и наружной поверхностях ограждающей конструкции. Для оценки методических погрешностей при начинающихся в любой день календарного года и длящихся несколько суток теплотехнических обследованиях зданий в натурных условиях предложено физико-математическое моделирование нестационарного теплопереноса в ограждающей конструкции здания. При моделировании учтены следующие, близкие к реальным, тепловые воздействия: температура наружного воздуха; прямое и рассеянное солнечное излучение; лучистый теплообмен с окружающей средой. Проанализированы ограждающие конструкции с малой и высокой тепловыми защитой и инерцией. На примере архивных метеорологических данных для Московского региона рассчитаны возможные методические погрешности теплотехнических измерений. Показано, что в зависимости от времени года и погодных условий их значения могут варьироваться от нескольких единиц до нескольких десятков процентов. Определены условия проведения обследований с учётом различного уровня методических погрешностей. Проведено сравнение двух стандартных методик расчёта сопротивления теплопередаче и показано, что методики дают различный уровень методических погрешностей. Полученные результаты будут полезны специалистам, проводящим теплотехнические обследования зданий и сооружений методами неразрушающего контроля.

С целью повышения точности диагностики онкологических заболеваний представлена новая архитектура свёрточной нейронной сети, обеспечивающая автоматическую сегментацию и обнаружение опухолей почек на трёхмерных изображениях, полученных методом компьютерной томографии. В основу предложенного подхода положена интеграция трёх взаимодополняющих технологий: многоуровневой свёрточной обработки, остаточных соединений и архитектурных принципов U-Net. Такой подход обеспечивает эффективную обработку объёмных медицинских данных. Построена оригинальная нейросетевая система сегментации полученных методом компьютерной томографии изображений почек и обнаружения опухолей почек. Для валидации построенной системы использовали набор данных, который отвечал следующим критериям: достаточный объём выборки (не менее 300 случаев); экспертная разметка изображений; верифицированные диагнозы; разнообразие клинических случаев; открытый доступ для исследовательских целей. Указанным критериям наиболее полно соответствует набор данных KiTS19 (Kidney Tumor Segmentation 2019), предоставленный Клиникой Университета Миннесоты через платформу Grand Challenge. Набор данных включает 300 размеченных трёхмерных изображений почек с верифицированными диагнозами. Этапы эксперимента: предварительная обработка набора данных, включая нормализацию и аугментацию; обучение разработанной системы на 210 случаях; валидация на независимой выборке из 90 случаев. Результаты эксперимента демонстрируют высокую диагностическую эффективность разработанной системы: точность автоматической сегментации анатомических структур почек составила 96 % (по коэффициенту Дайса); точность обнаружения и сегментации опухолевых образований достигла 91 % (по коэффициенту Дайса). Полученные результаты можно применять в следующих областях клинической практики: предоперационное планирование и навигация при органосохраняющих операциях; автоматизированный скрининг исследований с помощью компьютерной томографии для раннего выявления новообразований почек; количественная оценка динамики роста опухолей при мониторинге течения заболевания; поддержка принятия клинических решений в онкоурологии.

Рассмотрена необходимость своевременной диагностики и прогнозирования уровня работоспособности лётного состава в условиях воздействия комплекса неблагоприятных факторов, снижающих эффективность профессиональной деятельности и нарушающих функциональное состояние пилотов. Показано, что наиболее часто в процессе управления воздушным судном у пилотов возникает функциональное состояние «утомление». Разработан метод оценки данного функционального состояния у пилотов гражданской авиации, основанный на определении интегрального показателя с последующей идентификацией конкретной стадии функционального состояния: утомление отсутствует; компенсируемое, острое, хроническое утомление; переутомление. Определён набор оцениваемых физиологических показателей – частота сердечных сокращений, частота дыхания, уровень фракционной сатурации крови и среднеквадратичное значение длительности кардиоинтервалов. По перечисленным показателям методом множественной линейной регрессии получена функциональная зависимость для расчёта интегрального показателя функционального состояния. При предварительном нормировании значений физиологических показателей использована функция принадлежности Харрингтона. Рассчитанный интегральный показатель изменяется в пределах 0–100 %. Статистически обоснована надёжность регрессионной модели: по t-критерию Стьюдента на уровне значимости 0,01 подтверждены все коэффициенты регрессии и рассчитан коэффициент детерминации 0,934, подтверждающий высокий уровень соответствия полученной функциональной зависимости исходным данным. Верификация интегрального показателя функционального состояния проведена для двух контрольных групп пилотов. Рассчитанные коэффициенты парной корреляции составили 0,842 для первой группы и 0,798 для второй группы, что свидетельствует о сильной положительной корреляционной связи по Пирсону и, следовательно, о согласованности рассчитанных значений интегрального показателя функционального состояния с экспертными оценками. Полученные результаты можно использовать при проектировании и разработке устройств неинвазивной диагностики функционального состояния, а также в области клинической медицины для оценки значений физиологических показателей.

Рассмотрены общие требования к контролю качества изделий из драгоценных металлов. Изложен алгоритм разработки системы контроля качества серебряных монет и особенности его применения при контроле химического состава монет с массовой долей серебра 79,7–92,8 % (остальное – массовая доля меди). Разработан алгоритм принятия решения по результатам двухпараметрического контроля, включающего математические модели расчёта показателей достоверности контроля (вероятности ошибок 1-го и 2-го родов). При требуемой достоверности (вероятность ошибок 1-го рода составляет 0,1) рассчитаны погрешности измерений массовых долей серебра и меди. Описана зависимость вероятности ошибок 1-го рода от погрешности (среднего квадратического отклонения) результатов измерений массовой доли компонентов сплава серебряных монет. С использованием данной зависимости можно обосновывать требования к показателям точности измерений. Исходя из критериев «Анализируемые элементы», «Диапазон измерений», «Погрешность» предложено применять в системе контроля рентгенофлуоресцентные спектрометры. Изложенный алгоритм разработки системы контроля и его реализация при контроле химического состава серебряных монет будут полезны сотрудникам, занимающимся драгоценными металлами и ювелирными изделиями в специализированных институтах и организациях обрабатывающей промышленности, банках, ювелирных магазинах, ломбардах.

Необходимым условием получения качественных продуктов питания, удовлетворяющих физиологические потребности человека в основных пищевых веществах и энергии, является непрерывный контроль содержания макронутриентов. Правильность выполнения измерений в процессе такого контроля проверяется путем параллельного анализа рабочих проб и стандартных образцов состава пищевых продуктов и продовольственного сырья. Аттестованные значения этих стандартных образцов должны иметь прослеживаемость к эталонам и/или результатам измерений национальных метрологических институтов. Для взаимного признания калибровочных и измерительных возможностей национальных метрологических институтов требуется получить эквивалентные результаты ключевых сличений. Возможность организации ключевых сличений оценивается в ходе проведения пилотных сличений. Представлены результаты пилотных сличений в области измерений пищевой ценности сухого молока КООМЕТ 880/RU-а/23 с участием национальных метрологических институтов Российской Федерации, Республики Беларусь, Кыргызской Республики и Китайской Народной Республики. Объектами сличений выбраны образцы состава обезжиренного и цельного сухого молока. Измеряемые характеристики – массовая доля влаги, азота, белка, жира, золы, углеводов (лактозы). Каждый участник сличений использовал методики, средства измерений и оборудование, обеспечивающие наивысшую точность. При оценивании неопределённости значений указанных измеряемых характеристик участники учитывали среднее квадратическое отклонение результатов параллельных определений, неопределённости величин, входящих в уравнения измерений, методические факторы. По итогам сличений достигнута согласованность большинства результатов измерений, представленных участниками. Отдельные отклоняющиеся результаты измерений операционно-определяемых величин (массовые доли золы, влаги) обусловлены эмпирическим характером применяемых методик, т. е. зависимостью результатов измерений от условий высушивания или озоления. Для рациональных величин (массовая доля азота) расхождения, вероятно, связаны с неполнотой извлечения компонента из исследуемой пробы, а также отсутствием установленной прослеживаемости образца, используемого для стандартизации титранта. Результаты сличений будут использованы при подготовке предложений по проведению ключевых сличений с целью взаимного признания национальных эталонов и сертификатов калибровки и измерений в области измерений пищевой ценности сухого молока.