Моделирование освещенности от светодиодного осветительного прибора для системы визуального контроля герметизации корпуса малого космического аппарата

Владимир Павлович Кузьменко; Сергей Валентинович Солёный

doi:10.22213/2413-1172-2025-3-4-14

Авторы

В. П. Кузьменко Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
С. В. Солёный Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-3-4-14

Ключевые слова:

контроль качества герметизации, управление качеством сборочных процессов, сборка малых космических аппаратов, визуальный контроль, cubeSat, техническое зрение, спектральные каналы, светодиодный источник света

Аннотация

Разработана численная модель трехканального светодиодного осветительного прибора кольцевой формы, предназначенного для системы визуального автоматизированного контроля герметизирующего шва малых космических аппаратов форм-фактора CubeSat 1U и 2U с использованием камеры технического зрения. Модель предполагает периодическое действие трех различных спектральных каналов - ультрафиолета, видимого зеленого и ближнего инфракрасного диапазонов спектрального распределения света - и формулируется в виде двухуровневой вариационной задачи, связывающей дискретное расположение светодиодных источников света с непрерывным набором их световых характеристик при ограничениях на равномерность и достаточность освещенности в зоне визуального контроля. Модель представлена как двухуровневая вариационная задача оптимизации, связывающая бинарную топологию размещения излучателей и непрерывные уровни их световой яркости при ограничениях на равномерность освещенности и тепловую нагрузку. Численная реализация модели выполнена через аппроксимацию точечных излучателей по форме ламбертова объекта и дискретизацию контролируемой области диаметром 40 мм с шагом 0,5 мм, три кольца по 36 источников на радиусах 70, 85 и 100 мм, рабочую высоту 55 мм. Результаты моделирования показали достижение целевых энергетических и светотехнических параметров: средняя радиантная плотность для ультрафиолетового канала составила 5,1 мВт/см², средняя освещенность для зеленого канала - 10,3 кЛк, средняя радиантная плотность для ближнего инфракрасного канала - 30,4 мВт/см²; коэффициент равномерности суммарного поля 0,87. По сравнению с регулярно-равноугловым размещением дисперсия суммарного поля уменьшена на 34 %. Полученные данные подтверждают пригодность модели для проектирования и поиска оптимальных параметров спектрально адаптивных трехкольцевых светодиодных осветительных приборов, включая топологию размещения источников света, спектральную составляющую света и уровни их световой яркости, необходимые для систем технического зрения, используемых на этапе визуального контроля при модульной сборке и герметизации корпусов малых космических аппаратов.

Биографии авторов

В. П. Кузьменко, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Электромеханика и робототехника»

С. В. Солёный, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электромеханика и робототехника»

Библиографические ссылки

Ванг Л., Ву Х., Матвеев И. Метод стохастического градиента с шагом Барзилай - Борвейна для безусловной нелинейной оптимизации // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2021. № 1. С. 79-90. DOI: 10.31857/S0002338821010108

Расчет оптических элементов при протяженном источнике излучения / Е. В. Бызов, Л. Л. Досколович, С. В. Кравченко, М. А. Моисеев, Н. Л. Казанский // Компьютерная оптика. 2023. Т. 47, № 1. С. 40-47.

Юлаева Ю. В., Хомяков А. Ю., Туев В. И. Декомпозиционная световая математическая модель светодиодного излучающего элемента // Научный вестник НГТУ. 2020. № 4 (80). С. 177-197. DOI: 10.17212/1814-1196-2020-4-177-197

Затонский А. В., Варламова С. А., Федосеева К. А. Улучшение компьютерного распознавания параметров пены калийных флотомашин за счет учета антибликов пузырей // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2022. Т. 22, № 3. С. 57-67.

Васин П. В., Баринова Е. В. Методика определения погрешности стенда измерения масс-центровочных и инерционных характеристик наноспутников с помощью эталонных объектов // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2022. Т. 21, № 3. С. 7-22.

Кузьменко В. П. Модель спектрального анализа для определения температуры p-n-перехода в бытовых светодиодах на основе нитрида галлия // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2025. № 2 (370). С. 135-147. DOI: 10.33979/2073-7408-2025-370-2-135-147

Jeon D., Park J., Ryu J., Choi H. (2024) Design of an Internal Focusing Tube Lens for Optical Inspection Systems. Applied Sciences, vol. 14, no. 4. DOI: 10.3390/app14041518

Koehler S., Indahl B., Szewczyk D., Vorobiev D., Fleming B. (2023) Development and fabrication of a custom vacuum bakeout system for the Far-UV CubeSat SPRITE: Proc. SPIE 12678, UV/Optical/IR Space Telescopes and Instruments: Innovative Technologies and Concepts IX, vol. 12678, pp. 1267819. DOI: 10.1117/12.2676554

De R. [et al.] (2022) Enabling science with CubeSats - trends and prospects. IEEE Journal on Miniaturization for Air and Space Systems, vol. 3, pp. 221-231. DOI: 10.1109/JMASS.2022.3209897

Veljovic M.J. [et al.] (2020) Antennas for CubeSat communication: EPFL Thesis [Electronic resource]. Available at: https://doi.org/10.5075/EPFL-THESIS-7489 (accessed: 15.05.2025).

Abbasy M. [et al.] (2023) System design and review of a very low-cost 6U CubeSat platform based on Pluto experience. Advances in Astronautics Science and Technology, vol. 6, pp. 1-18. DOI: 10.1007/s42423-023-00137-9

Палабугин М. В., Калюжный Д. Г. Современное состояние лазерных технологий в области нанесения функциональных покрытий // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2023. Т. 26, № 1. С. 13-22. DOI: 10.22213/2413-1172-2023-1-13-22

Welle R. [et al.] (2020) Overview of CubeSat technology: Handbook of Small Satellites [Electronic resource]. Available at: https://doi.org/10.1007/978-3-030-20707-6_3-1 (accessed: 15.05.2025).

Jo H.J. [et al.] (2022) Analysis of a CubeSat magnetic cleanliness for the space science mission. Journal of Space Technology and Applications [Electronic resource]. Available at: https://doi.org/10.52912/jsta.2022.2.1.41 (accessed: 15.05.2025).

Bouwmeester J. [et al.] (2022) Improving CubeSat reliability: Subsystem redundancy or improved testing? Reliability Engineering and System Safety, vol. 220, Article 108288 [Electronic resource]. Available at: https://doi.org/10.1016/j.ress.2021.108288 (accessed: 15.05.2025).

Разработка технологии 3D-печати корпусных деталей МКА НК / Д. В. Антипов, М. А. Михеев, В. И. Панин, В. В. Жуков // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2023. Т. 25, № 4 (114). С. 110-113. DOI: 10.37313/1990-5378-2023-25-4-110-113

Девятов Д. А., Чернова А. А. Оценка возможности автоматизации формирования технологических процессов в мелкосерийном производстве // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2023. Т. 26, № 3. С. 67-74. DOI: 10.22213/2413-1172-2023-3-67-74

Bollattino S. [et al.] (2024) Fast development and validation of a sensing suite system for CubeSats. Acta Astronautica [Electronic resource]. Available at: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2024.07.005 (accessed: 14.04.2025).

Szewczyk T. [et al.] (2023) Standardization concepts for CubeSat applications: 2023 European Data Handling & Data Processing Conf. (EDHPC), pp. 1-5 [Electronic resource]. Available at: https://doi.org/10.23919/EDHPC59100.2023.10396512 (accessed: 14.04.2025).

Stesina F. [et al.] Investigation of a CubeSat in orbit anomaly through verification on ground. Aerospace [Electronic resource]. Available at: https://doi.org/10.3390/aerospace7040038 (accessed: 14.04.2025).

Latachi I. [et al.] (2024) A systematic approach for CubeSat mission risk analysis: 2024 Int. Conf. on Global Aeronautical Engineering and Satellite Technology (GAST), pp. 1-6 [Electronic resource]. Available at: https://doi.org/10.1109/GAST60528.2024.10520794 (accessed: 09.04.2025).

Chacon S. [et al.] (2022) Modelling CubeSat structure for thermal analysis: 2022 IEEE XXIX Int. Conf. on Electronics, Electrical Engineering and Computing (INTERCON), pp. 1-4 [Electronic resource]. Available at: https://doi.org/10.1109/INTERCON55795.2022.9870086 (accessed: 09.04.2025).

Doyle M. [et al.] (2021) Mission testing for improved reliability of CubeSats: Proc. of SPIE, vol. 11852, pp. 118526M-1-118526M-20 [Electronic resource]. Available at: https://doi.org/10.1117/12.2600305 (accessed: 09.04.2025).