Устройство для бесконтактного измерения диаметра изделий

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2443974:

Иерусалимов Игорь Павлович (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в металлургии и машиностроении. Заявленное устройство для бесконтактного измерения диаметра изделий содержит два датчика изображения, образующих друг с другом стереопару, протяженный источник света, оптически связанный с датчиками изображения, электронную систему регистрации и обработки видеосигналов и лазерный излучатель, пятно которого имеет форму линии на измеряемом изделии. При этом лазерный излучатель, пятно которого имеет форму линии на измеряемом изделии, расположен относительно стереопары из двух датчиков изображения так, чтобы линия лазерного пятна находилась в плоскости, образованной двумя главными осями датчиков изображения, и посередине между этими осями. Технический результат - повышение точности и надежности измерения диаметра изделий в условиях непрерывного производства. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах АСУ ТП промышленных предприятий. Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения диаметра труб и других цилиндрических тел.

Известно устройство для бесконтактного измерения диаметра изделий, содержащее оптически связанный источник света, оптическую систему, предназначенную для переноса изображения в плоскость анализа, и дискретную линейку фотоприемников, сдвиговый регистр, индикатор и блок управления, причем количество фотоприемников в дискретной линейке равно количеству разрядов сдвигового регистра, индикатор имеет количество информационных входов, равное количеству разрядов сдвигового регистра (а.с. СССР N 1411586, кл. G01В 21/10, 1987). Недостаток устройства заключается в невысокой точности измерения и невозможности измерять изделия с большим диаметром.

Известно устройство для измерения диаметра изделий (а.с. СССР N 1767329, кл. G01В 21/10, 1992), содержащее последовательно соединенные датчик изображения, формирователь измерительных импульсов, схему U, блок счета импульсов заполнения, регистр, индикатор, делитель частоты, дополнительный счетчик, блок счета числа реализаций и дешифратор.

Устройство работает следующим образом. Датчик изображения формирует видеосигнал, соответствующий теневому изображению диаметра изделия, проецируемого на фотоприемную часть ПЗС-линейки. Видеосигнал поступает на вход формирователя измерительного импульса, где преобразуется в прямоугольный импульс, который поступает на вход схемы U, на второй вход этой схемы подаются тактовые импульсы D U. На выходе схемы U формируется пачка импульсов, число которых пропорционально диаметру измеряемого изделия. Недостаток устройства - нестабильность показаний и невозможность измерять изделия с большим диаметром.

Известно также фотоэлектрическое устройство для измерения диаметров цилиндрических тел (пат. РФ N 2095750, кл. G01В 11/08; 21/10). Устройство содержит датчик изображения, точечный источник света, оптически соединенный через коллиматор с датчиком изображения, измеряемое изделие и электронную систему регистрации и обработки видеосигналов. При этом измеряемое изделие располагается между коллиматором и датчиком изображения.

Устройство работает следующим образом. Точечный источник света 1, находящийся в фокальной плоскости коллиматора 2 и на его оптической оси, излучает конический пучок света с соответствующей данному источнику диаграммой направленности, который преобразуется коллиматором в коллимированный пучок, освещающий измеряемое изделие, тень от которого преобразуется датчиком изображения в видеосигнал, поступающий на входы пикового детектора, а также первого и второго формирователя измерительного импульса. Устройство имеет значительные преимущества по сравнению с известными устройствами по точностным характеристикам и стабильности. Однако это устройство не позволяет проводить измерения как изделий с большим диаметром, так как возможность устройства ограничивается длиной фотоприемной линейки. Чем больше диаметр измеряемого изделия, тем длиннее должна быть фотоприемная линейка, что накладывает существенные ограничения для измерения диаметра как при значительном перемещении изделия в пространстве, так и для изделий большого диаметра.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для бесконтактного измерения диаметра изделий (DE 412405 А1, 11.02.1993), которое содержит два датчика изображения, образующих стереопару.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности устройства для бесконтактного измерения диаметра изделий.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для бесконтактного измерения диаметра изделий, содержащем два датчика изображения, образующих друг с другом стереопару, протяженный источник света, оптически связанный с датчиками изображения, электронную систему регистрации и обработки видеосигналов и лазерный излучатель, пятно которого имеет форму линии на измеряемом изделии, лазерный излучатель, пятно которого имеет форму линии на измеряемом изделии, расположен относительно стереопары из двух датчиков изображения так, чтобы линия лазерного пятна находилась в плоскости, образованной двумя главными осями датчиков изображения, и посередине между этими осями.

На фиг.1 приведена схема устройства: 1 - датчик изображения, 2 - протяженный источник света, 3 - электронная система регистрации и обработки видеосигналов, 4 - второй датчик изображения, образующий с первым датчиком изображения стереопару, 5 - лазерный излучатель.

Устройство работает следующим образом.

Датчик изображения 1 получает теневое изображение изделия на фоне протяженного источника света 2. Второй датчик изображения 4 одновременно с первым датчиком изображения 1 также получает теневое изображение изделия на фоне протяженного источника света 2. Электронная система устройства по каждому из датчиков изображения определяет число ячеек фотоприемников, закрытых тенью изделия. Блок обработки видеосигналов по каждому из датчиков изображения определяет положение краев теневого изображения изделия в виде номеров ячеек фотоприемника, соответствующих границам теневого изображения. Для первого датчика изображения - это номера N1 и N2, для второго датчика изображения - номера M1 и М2. Поскольку первый датчик изображения образует со вторым датчиком изображения оптическую стереопару, то расстояние от устройства до края изделия определяется по известной формуле:

Где: Y1 - расстояние от устройства до одного края изделия, Y2 - расстояние от устройства до другого края изделия, a R() - предварительно полученная калибровкой функция зависимости расстояния Y от устройства до изделия от разницы (N-M). Координаты N1 и N2 краев теневого изображения изделия в датчике изображения соответствуют координатам краев X1 и Х2 самого изделия в реальном пространстве. Зависимость координат X1 и Х2 от N1 и N2 определяется с помощью формулы:

Где G(Y) - предварительно полученная калибровкой зависимость увеличения оптической системы датчика изображения от расстояния, N -номер ячейки фотоприемника, соответствующей краю изображения изделия, a N0 - предварительно определенный номер ячейки фотоприемника, соответствующий началу системы координат в пространстве изделия. Расстояния Y1 и Y2 до краев изделия, определенные по формуле (1), подставляются в формулу (2), и электронная система регистрации и обработки видеосигналов устройства производит расчет координат X1 и Х2 краев изделия по формулам:

В результате электронная система регистрации и обработки видеосигналов устройства получает двумерные координаты двух точек изделия, соответствующих двум краям. Поскольку заранее известно, что сечение изделия имеет в зоне регистрации форму круга, то на основе полученных координат, по известным геометрическим формулам, и производится расчет диаметра изделия.

Для повышении точности лазерный излучатель, пятно которого имеет форму линии на измеряемом изделии, ориентируют относительно стереопары из двух датчиков изображения так, чтобы линия лазерного пятна находилась в плоскости, образованной двумя главными оптическими осями датчиков изображения и посередине между этими осями. Также при проведении измерений устройство ориентируют так, чтобы линия лазерного пятна лежала в плоскости круглого сечения изделия, диаметр которого требуется измерить.

Проведенный расчет и испытания устройства с параметрами:

фокусное расстояние объективов датчиков изображения - 60 мм

расстояние между оптическими осями объективов - 100 мм

расстояние от объективов до изделия - 1500 мм

размеры площадки линейного матричного фотоприемника датчика изображения - 14·14 мкм

длина протяженного источника света - 500 мм

длина пятна лазерного излучателя - 500 мм

показали, что устройство обеспечивает измерение диаметра изделия в диапазоне расстояний до изделия от 1300 до 1800 мм с точностью 0,2 мм. При этом устройство обеспечивало измерение изделий диаметром до 350 мм также с точностью 0,2 мм.

Заявляемое устройство для бесконтактного измерения диаметра изделий реализуется следующим образом. В качестве объективов датчиков изображения используются фотографические объективы с фокусным расстоянием 60 мм. В качестве матричных фотоприемников в датчиках изображения используются ПЗС - фотоприемники. Блок электронной системы регистрации и обработки видеосигналов использует аналогово-цифровые преобразователи и встроенный промышленный компьютер, представляющие собой стандартные элементы и устройства информационно-вычислительной техники и совместно с датчиками изображения и лазерным излучателем объединены в единый оптико-электронный блок. При проведении измерений изделие располагается между оптико-электронным блоком устройства и протяженным источником света, представляющим собой люминесцентную лампу.

Благодаря тому, что в предлагаемом устройстве лазерный излучатель, пятно которого имеет форму линии на измеряемом изделии, ориентируют относительно стереопары из двух датчиков изображений так, чтобы линия лазерного пятна находилась в плоскости, образованной двумя главными осями датчиков изображения, и посередине между этими осями, обеспечивается высокая точность измерений за счет высокой точности ориентирования и настройки при его ориентировании относительно измеряемого изделия, в том числе и для изделий большого диаметра.

Устройство для бесконтактного измерения диаметра изделий, содержащее два датчика изображения, образующих друг с другом стереопару, протяженный источник света, оптически связанный с датчиками изображения, электронную систему регистрации и обработки видеосигналов и лазерный излучатель, пятно которого имеет форму линии на измеряемом изделии, отличающееся тем, что лазерный излучатель, пятно которого имеет форму линии на измеряемом изделии, расположен относительно стереопары из двух датчиков изображения так, чтобы линия лазерного пятна находилась в плоскости, образованной двумя главными осями датчиков изображения и посередине между этими осями.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системе и способу дальнейшей обработки определяемого, преимущественно динамически, профиля твердого тела, в частности, с целью определения возникшего износа, причем предложено, что данные определяемого профиля твердого тела используют в качестве управляющей величины для управления, по меньшей мере, одним станком для обработки поверхности, в частности, для механической обработки поверхности, колеса транспортного средства.

Способ измерения диаметра объектов цилиндрической формы с направленно отражающей поверхностью // 2379628

Способ измерения диаметра тонких протяженных нитей // 2310159

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к оптическим бесконтактным методам измерения диаметра тонких протяженных непрозрачных объектов, и может быть использовано при создании приборов для контроля тонких и сверхтонких нитей и, например, для контроля диаметра нитей накаливания осветительных ламп.

Способ контроля диаметров детали // 2301968

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля диаметров деталей, в частности на железнодорожном транспорте, для измерения диаметров рабочих поверхностей колесных осей транспортных средств.

Инерционный двигатель // 2297072

Изобретение относится к устройствам механического перемещения объекта вдоль одной координаты. .

Лесотаксационный угловой шаблон // 2275593

Изобретение относится к области техники - таксация леса и предназначено для измерения суммы площадей поперечных сечений древесных стволов древостоя в расчете на 1 га и их среднего диаметра.

Способ измерения среднего диаметра стволов древостоя угловыми шаблонами // 2267742

Изобретение относится к области техники - таксация леса и предназначено для измерения суммы площадей поперечных сечений древостоя в расчете на 1 га (g) и их среднего диаметра (dcp).

Способ и фотолазерное устройство для определения диаметра колесных пар железнодорожного подвижного состава // 2255309

Изобретение относится к измерительным системам для контроля геометрических размеров цилиндрических изделий и, в частности, для определения диаметра колесных пар железнодорожного подвижного состава в условиях его движения.

Контрольно-измерительная система // 2247318

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к технике измерения дефектов трубопроводов. .

Накладной прибор для измерения геометрических параметров цилиндрической поверхности крупногабаритных деталей // 2180428

Изобретение относится к измерительной технике. .

Способ определения геометрических параметров сечения тела и устройство для его осуществления // 2551264

Изобретения относятся к области контрольно-измерительной техники и могут использоваться для определения геометрических параметров сечения тел квазицилиндрической формы, в частности саженцев и укорененных черенков садовых культур. Способ определения геометрических параметров сечения тела заключается в том, что измеряют два расстояния от двух базовых точек до соответствующих контрольных точек на контуре сечения тела и определяют длину отрезка между этими двумя контрольными точками путем вычитания измеренных расстояний из расстояния между базовыми точками. Измерения и вычисления осуществляют при одновременном перемещении базовых точек перпендикулярно соединяющей их линии через каждые одинаковые интервалы перемещения, затем расчетным путем определяют координаты всех полученных контрольных точек и геометрические параметры сечения тела. Устройство для осуществления способа содержит два лазерных триангуляционных датчика расстояний, а также элемент, контролирующий перпендикулярность перемещения устройства относительно линии векторов измерений датчиков расстояний, датчик путевых синхроимпульсов, запускающий измерения датчиков расстояний, и микропроцессорный измерительно-вычислительный блок. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет дополнительного определения координат точек контура и геометрических параметров сечения тела. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ измерения кубатуры круглого леса // 2553714

Изобретение относится к заготовке, обработке и транспортировке лесоматериалов и может быть использовано для определения объемов круглого леса. Согласно способу производят фотосъемку торцов штабеля бревен цифровым устройством. На основе полученного изображения строят модель штабеля бревен. На изображении распознают контуры торцов всех бревен. Из распознанных контуров торцов выбирают шаблонный объект с известными размерами и сравнивают известные размеры торца шаблонного бревна и размеры полученного изображения торца этого бревна. На основании полученных данных вычисляют калибровочные коэффициенты, с учетом которых находят площадь торцов всех бревен. Далее определяют ориентацию каждого бревна в штабеле сопоставлением полученных размеров торцов бревен, соответствующих комлю и вершине. С учетом длины штабеля рассчитывают объем каждого бревна и путем суммирования объемов всех бревен определяют кубатуру всего штабеля. Технический результат - повышение точности результатов измерения. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для измерения диаметра // 2555497

Устройство для измерения диаметра относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к средствам контроля диаметров легкодеформируемых тел, используемых для оценки их качества и диагностики состояния, преимущественно посадочного материала и плодов садовых культур. Устройство состоит из оптического теневого датчика с аналоговым выходным сигналом, конструктивно совмещенного с электронным блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь и цифровой индикатор, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, фиксатор пикового значения сигнала датчика и кнопку сброса, при этом первый вход фиксатора пикового значения сигнала датчика соединен с выходом оптического теневого датчика, второй и третий входы - с контактами кнопки сброса, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя. Технический результат заключается в повышении производительности контроля за счет обеспечения измерения диаметра объекта (штамба саженца, плода садовой культуры) в динамическом режиме, то есть в процессе перемещения устройства относительно объекта контроля. 2 ил.

Устройство для определения внешнего объема цилиндрического полого изделия // 2556329

Изобретение относится к области измерительной техники. Техническим результатом заявляемого решения является упрощение процедуры обработки информационных сигналов о геометрических параметрах цилиндрического изделия. Устройство для определения внешнего объема цилиндрического полого изделия содержит первый источник излучения и первый приемник излучения. Дополнительно введены второй источник излучения, второй, третий и четвертый приемники излучения, первый и второй корреляторы, вычислитель, первая и вторая пара электродов для приложения электрических полей к контролируемому изделию. При этом выход первого приемника соединен с первым входом первого коррелятора, второй вход которого подключен к выходу четвертого приемника, выход третьего приемника соединен с первым входом второго коррелятора, второй вход которого подключен к выходу второго приемника, выход первого коррелятора соединен с первым входом вычислителя, второй вход которого подключен к выходу второго коррелятора, выход вычислителя является выходом устройства. 1 ил.

Стационарное устройство для измерения геометрических размеров бандажей локомотивных колесных пар // 2570125

Стационарное устройство предназначено для измерения в условиях эксплуатации износа бандажей (проката) и износа гребней (подреза) локомотивных колесных пар. В заявленном стационарном устройстве рельсовые вставки смещены относительно друг друга на расстоянии 4-5 метров, их профили выполнены в соответствии со стандартным профилем бандажей. Дополнительно вставки оборудованы контррельсами, обеспечивающими, в процессе измерения проката и подреза гребней бандажей, смещение колесной пары в одинаковые контролируемые положения. Кроме этого, рельсовые вставки дополнительно в вертикальной и горизонтальной плоскостях оборудованы возвратно-подвижными толкателями, которые контактно сопряжены с индуктивными датчиками линейных перемещений, и толкатели размещены на расстоянии 70 мм от внутренних граней бандажей и 20 мм от вершин гребней. В результате повышается точность измерений, достигается независимость точности измерений от погодных условий. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ измерения локального радиуса кривизны упругодеформированной эталонной балки и устройство для его осуществления // 2581440

Изобретение относится к измерительной технике в области метрологического обеспечения эталонов относительной деформации, использующихся для калибровки тензодатчиков или экстензометров. Технический результат заключается в уменьшении веса и габаритов системы контроля деформации, при достижении той же величины диапазонов деформации (±0,003) и повышении точности измерения, и решении задачи создания единой системы нагружения и контроля, позволяющей работать с эталонной балкой с большим диапазоном кривизны. Он достигается тем, что в способе измерения локального радиуса кривизны упругодеформированной эталонной балки на измеряемую поверхность устанавливают накладной прибор с двумя поворотными башмаками, опирающимися на эту поверхность четырьмя референтными элементами, а в качестве корпуса используют поворотный башмак, выполненный в виде пластины с вилкообразным вырезом по оси симметрии, а другой поворотный башмак выполняют в виде пластины-язычка и размещают его на той же оси симметрии в вырезе пластины-вилки, при этом башмаки кинематически связывают между собой общей опорой вращения, включающей поверхности скольжения двух прецизионных шаров, симметрично установленных с двух сторон относительно общей оси симметрии пластин. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ и система для бесконтактного определения радиуса пучка излучения // 2591227

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения радиуса пучка излучения. Предложенный способ включает в себя этапы, на которых источник (2) пучка (20) излучения возбуждает (S1) нагреванием эталон (1) периодическим образом с частотой (f) для получения периодического теплового возбуждения эталона (1). Датчик (3) измеряет (S2) периодическую тепловую реакцию эталона, возникающую в результате периодического теплового возбуждения. Обрабатывающий модуль (4) определяет (S3) фазовое смещение (φ) между периодическим тепловым возбуждением и периодической тепловой реакцией. Причем источник (2) возбуждает эталон на нескольких частотах (f), а обрабатывающий модуль (4) определяет фазовое смещение для каждой из частот (f), определяя таким образом набор значений фазового смещения (φ). Обрабатывающий модуль (4) определяет (S4) минимум φmin фазового смещения (φ) на основе набора значений фазового смещения, определенного таким образом, и определяет (S5) радиус r0 пучка (20) по формуле типа r0=Δ/g(φmin), где Δ - толщина эталона (1), а g - функция, которая зависит от типа пучка (20) нагревающего излучения. Также предложено устройство для реализации указанного способа измерения радиуса пучка излучения. Технический результат - повышение экспрессности метода и обеспечение возможности проводить измерения на пучках крупных размеров. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Измерительная рама для бесконтактного оптического определения позиции пробоины и соответствующий способ измерения // 2640101

Группа изобретений относится к устройству и способу для бесконтактного определения позиции пробоины пули в поверхности мишени. Измерительная рама, предназначенная для реализации способа бесконтактного определения позиции пробоины пули в поверхности мишени, содержит, по меньшей мере, один источник излучения для излучения первого расходящегося поля излучения, по меньшей мере один второй источник излучения для излучения второго расходящегося поля излучения, причем первое и второе поля излучения перекрещиваются под углом в плоскости, поперечной направлению пробоины, и по меньшей мере первое и по меньшей мере одно второе оптические приемные устройства, которые соотнесены соответственно с по меньшей мере одним первым и вторым источниками излучения. Каждое из оптических приемных устройств содержит группу оптических элементов приемника, которые пригодны для определения пространственно растянутой позиции затенения вследствие подлежащей обнаружению пули. Технический результат – определение, как позиции пробоины, так и калибра пули. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 29 ил.

Устройство для определения комплекса геометрических параметров поперечного сечения тел квазицилиндрической формы // 2642481

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может использоваться для определения комплекса геометрических параметров поперечного сечения тел квазицилиндрической формы, в частности саженцев и укорененных черенков садовых культур. Заявленное устройство содержит лазерный триангуляционный датчик расстояний, установленный вблизи поверхности тела так, чтобы его лазерный луч находился в плоскости сечения и пересекал контур сечения в контрольных точках, микропроцессорный измерительно-вычислительный блок, приспособление для поворота тела вокруг оси вращения, проходящей через центральную точку, находящуюся в пределах поперечного сечения, перпендикулярно плоскости этого сечения, начиная от начального углового положения через каждые одинаковые угловые интервалы так, чтобы в пределах одного оборота их число было целым, преобразователь сигнала датчика расстояний в код и персональный компьютер. Датчик расстояний установлен на заданном регулируемом расстоянии от оси вращения контролируемого тела. Измерения расстояний до контрольных точек осуществляются через каждые одинаковые угловые интервалы. Таким образом, реализуется возможность определения множества расстояний от центральной точки до контрольных точек, расположенных по всему контуру сечения, представления координат контрольных точек в прямоугольной системе координат и вычисления геометрических параметров сечения тела измерительно-вычислительным блоком. Технический результат - упрощение устройства за счет выполнения измерений расстояний до контрольных точек на контуре сечения с помощью одного лазерного триангуляционного датчика расстояний. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения комплекса параметров поперечного сечения тел квазицилиндрической формы // 2645002

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может использоваться для определения комплекса геометрических параметров поперечного сечения тел квазицилиндрической формы. Способ определения геометрических параметров сечения тела заключается в том, что измеряют расстояния от базовой точки, расположенной на фиксированной дистанции от центральной точки, находящейся в пределах контролируемого поперечного сечения тела, до соответствующих контрольных точек на контуре сечения тела по направлению к этой центральной точке при вращении контролируемого поперечного сечения тела вокруг оси, проходящей через центральную точку перпендикулярно плоскости сечения, начиная от начального углового положения через каждые одинаковые угловые интервалы в пределах одного оборота, и определяют длины отрезков между центральной и контрольными точками путем вычитания измеренных расстояний из расстояния между базовой и центральной точками. Затем определяют координаты всех полученных контрольных точек и геометрические параметры поперечного сечения тела: длину контура, площадь, максимальный и минимальный ортогональные размеры и их отношение - индекс формы. Технический результат - снижение трудоемкости определения комплекса геометрических параметров поперечного сечения тела. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.