Способ бесконтактного сканирования формы наружного контура криволинейной поверхности

Способ сканирования формы криволинейных поверхностей заключается в том, что на сканируемую поверхность направляют пучок света от лазерного излучателя. Производят образование конической световой поверхности вращением лазерного излучателя для создания на сканируемой поверхности образа в виде кольца, а форму поверхности определяют перемещением кольца по сканируемой поверхности с интерполяцией высот точек, которые определяют по заявляемому соотношению. Технический результат - сканирование длинномерных и крупногабаритных поверхностей. 2 ил.

 

Изобретение относится к области сканирования формы поверхностей, а именно криволинейных поверхностей, используемых для создания форм в авиастроении, судостроении, автомобилестроении и т.п.

Известен способ, заключающийся в том, что на стекло направляют пучок света и по смещению прошедшего через стекло пучка света определяют толщину стекла, отличающийся тем, что пучок света формируют в виде конической поверхности, дополнительно направляют на стекло второй, аналогичный пучок света соосно с первым, с углом схождения, отличным от первого, образующий с первым сходящийся гомоцентрический пучок света, по диаметрам световых колец, образующихся в плоскости регистрации, расположенной в точке схождения пучков перпендикулярно их оси, определяют толщину и коэффициент преломления, по смещению оси пучков определяют клиновидность стекла, по локальным искажениям регистрируемых колец оценивают отклонения поверхности от плоскости. Заявка на изобретение 98101184/28, 6 G 01 B 21/08 от 09.01.1998. Однако данный способ невозможно использовать для измерения непрозрачных объектов.

Известен способ измерения, заключающийся в том, что световой пучок лазерного излучателя, проходя через светоделительную призму, делится на два луча, один из которых, проходя без отклонений дальше, попадает на грань вращающейся с постоянной угловой скоростью зеркальной призмы и разворачивается в горизонтальной плоскости по экрану юстируемого двухщелевого импульсного фотодатчика горизонтальных перемещений. Второй луч, отраженный под углом 90° по отношению к первому, проходя через поворотные призмы, также направляется на грань зеркальной призмы и разворачивается в вертикальной плоскости по экрану юстируемого двухщелевого импульсного фотодатчика вертикальных перемещений. При прохождении луча через датчики с частотой ω0 формируется периодическая последовательность токовых импульсов. Положение этих импульсов во времени однозначно связано с пространственным положением краевых и щелевых фотодатчиков и расстоянием между ними. Измеряя временные интервалы между импульсами, можно получить информацию о смещении

(УДК 681.518.3.001.24

681.586. Автореферат диссертации на соискание ученой степени

621.397. доктора технических наук "Разработка и исследование средств технического контроля на основе лучевых сканирующих систем". Патент РФ RU 2054626 С1, / МКИ 6 G 01 В 21/00, - №5050230/28). Однако данный способ имеет недостатки, т.к. его использование подразумевает наличие контакта с измеряемой поверхностью, что для некоторых поверхностей и методов обработки не представляется возможным или нежелательно.

Известен способ, заключающийся в том, что на сканируемую поверхность проецируется опорный лазерный луч, отличающийся тем, что отраженный свет собирается объективом с кольцевым оптическим сенсором. Отраженный свет собирается на поверхности в виде окружности, радиус которой увеличивается при увеличении расстояния до сканируемой поверхности. Триангуляционный расчет по усредненному радиусу окружности позволяет определить расстояние до измеряемой точки и в конечном итоге оцифровать сканируемую поверхность (САПР и Графика от 04. 2000 г. "Модельщик 2000 Системы 3D - сканирования II"), принятый за прототип. Однако в описании отсутствует информация, раскрывающая математическую сущность способа, необходимая для понимания процесса сканирования. Также не указано, каким образом можно применить данный способ для сканирования панелей и обшивок.

Целью настоящего изобретения является расширение возможностей способа сканирования, математическое описание процесса, адаптация способа для сканирования длинномерных и крупногабаритных поверхностей. Цель достигается тем, что в известный способ вводится устройство вращения лазера вокруг продольной оси под углом с образованием конусообразной поверхности, вследствие чего датчик образа снимает неотраженный образ луча в виде кольца, а непосредственно кольцо, что повышает точность измерения. Следовательно, предлагаемый способ соответствует критерию "новизна".

Известен способ, в котором используется сечение сканируемой поверхности лазерным лучом, основанный на триангуляции лазерной линии, где на сканируемую поверхность проецируется линия, оптический образ которой снимается под некоторым углом датчиком. Тем самым, высотные изменения поверхности превращаются в изменение формы линии оптического образа (Губанов А.В., "Разработка основ объемного лазерного сканирования для программирования обработки на оборудовании с ЧПУ"; автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, кафедра электронного машиностроения Уральского государственного технического университета, г. Екатеринбург), но не указано, как этот способ использовать для сканирования крупногабаритных поверхностей, и он не обладает универсальными свойствами. Следовательно, предлагаемый способ соответствует критерию "существенные отличия" и критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ поясняется фигурой 1. На сканируемую поверхность 8 направляется луч 4 лазерного излучателя 2, при вращении которого вокруг оси 5 под углом 6 с угловой скоростью 3 на сканируемой поверхности 8 создается кольцо 7. Полученное кольцо снимает датчик образа 1, расположенный перпендикулярно к нормали поверхности 8, на оси вращения 5 лазерного излучателя 2. Изменение формы поверхности приведет к изменению радиуса кольца в соответствующем квадранте.

Математическое описание предлагаемого способа представлено на фигуре 2. Определение формы поверхности в i-ой точке основано на определении высоты i-ой точки над базовой плоскостью. Лазерный излучатель 2 (фиг.1), вращаясь под углом α/2, создает на базовой плоскости 1 кольцо с радиусом R. Сканируемая деталь 2 находится на базовой плоскости 1, следовательно, на датчик образа 1 (фиг.1) приходит спроецированное на сканируемую поверхность искаженное кольцо с радиусом в направлении заданного квадранта r. Высота измеряемой точки Hi определяется по формуле

,

где Hi - высота измеряемой точки; R - радиус кольца на базовой поверхности в 1-ой точке; ri - радиус искаженного кольца на сканируемой поверхности в i-ой точке; α/2 - угол наклона лазерного излучателя 2 (фиг.1).

Способ сканирования формы криволинейных поверхностей, заключающийся в том, что на сканируемую поверхность направляют пучок света от лазерного излучателя, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей известного способа, производят образование конической световой поверхности вращением лазерного излучателя для создания на сканируемой поверхности образа в виде кольца, а форму поверхности определяют перемещением кольца по сканируемой поверхности с интерполяцией высот i-х точек, которые определяют по соотношению

где Нi - высота измеряемой точки;

R - радиус кольца на базовой поверхности в i-й точке;

ri - радиус искаженного кольца на сканируемой поверхности в i-й точке;

α/2 - угол наклона лазерного излучателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптико-механического и оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в устройствах сканирования изображений в тепловизионных приборах ночного видения.

Изобретение относится к оптико-электронным устройствам и может быть использовано в управлении пространственным положением светового пучка в различных оптико-электронных приборах, например в тепловизорах, при визуализации невидимого человеческому глазу теплового поля.

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано в тепловизорах с оптико-механическим зонным сканированием при использовании линеек чувствительных элементов фотоприемного устройства (ФГТУ).

Изобретение относится к устройствам оптического сканирования. .

Изобретение относится к преобразователям электрических колебаний ультразвуковой частоты в механические крутильные колебания ультразвуковой частоты рефлектора и может использоваться в механических системах лазерных (лучевых) воспроизводящих устройств.

Изобретение относится к сканирующим оптическим системам с преломляющими элементами и может быть использовано в лазерных медицинских аппаратах для абляции и коагуляции биотканей, в лазерных технологических установках для поверхностной обработки и клеймения изделий.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения профиля поверхности с помощью лазерного излучения. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля технического состояния колес 1 рельсового подвижного состава. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при выполнении бесконтактного контроля качества изготовления, а также в процессе профилактической проверки резьбовых изделий, например для контроля резьбовых соединений труб, используемых в установках нефтяной и газовой промышленности.

Изобретение относится к неразрушающему контролю, более конкретно - к устройствам для визуального и/или телевизионного контроля внутренней поверхности тел, например трубопроводов различного типа, сварных труб, корпусов авиадвигателей, дымоходов и т.п.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а более конкретно к методам и средствам измерения и контроля профиля торцевых участков тел вращения, и может быть использовано для бесконтактного автоматизированного контроля и сортировки гофрированных мембран и других подобных осесимметричных изделий с волновым профилем.

Изобретение относится к области геодезических измерений, в частности к оптоэлектронным методам и средствам контроля геометрического смещения объектов относительно выбранной системы координат.

Изобретение относится к области измерений контуров или кривых и касается способа определения параметров трехмерного объекта, заключающегося в освещении объекта коллимированным параллельным пучком когерентного монохроматического света, направленным под углом подъема винтовой поверхности относительно оси объекта, в качестве которого используют объект с винтовой поверхностью, получении оптического изображения его профиля и последующей обработки полученного профиля изображения для осуществления дальнейших расчетов его параметров, при этом освещение объекта осуществляют одновременно на двух участках коллимированными параллельными пучками когерентного монохроматического света, направленными под углом подъема винтовой поверхности относительно оси объекта, причем эти два пучка располагают симметрично относительно продольной оси объекта и получают два изображения указанного профиля, взаимное расположение отдельных элементов в которых не зависит от наличия вибраций и тряски.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения формы объекта и устройствам для его осуществления, и может быть использовано в авиадвигателестроении, машиностроении и других областях техники для измерения геометрических параметров профиля поверхности объекта оптоэлектронным методом.

Изобретение относится к области прокатного производства и предназначено для контроля ширины и серповидности листового материала, в частности для контроля размеров листового металлопроката

Изобретение относится к области сканирования формы поверхностей, а именно криволинейных поверхностей, используемых для создания форм в авиастроении, судостроении, автомобилестроении и т.п

Наверх