Устройство для изучения геометрических несовершенств резервуаров муаровым методом



Устройство для изучения геометрических несовершенств резервуаров муаровым методом
Устройство для изучения геометрических несовершенств резервуаров муаровым методом
Устройство для изучения геометрических несовершенств резервуаров муаровым методом
Устройство для изучения геометрических несовершенств резервуаров муаровым методом

 


Владельцы патента RU 2454627:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU)

Изобретение относится к группе контрольно-измерительных приборов, а именно, является устройством для определения начальных геометрических несовершенств стенки цилиндрических резервуаров (вмятин, трещин, овальностей и т.д.). Техническим результатом является повышение точности измерения геометрических несовершенств цилиндрических резервуаров путем добавления механизма, обеспечивающего подъем-опускание и поворот платформы, в который входит труба с прикрепленной к ней подвижной площадкой. На площадке установлены фотокамера и проектор. Поворот площадки осуществляется посредством шагового электродвигателя. Подъем-опускание площадки осуществляется посредством шагового электродвигателя. Поворот фотокамеры для осуществления настройки устройства производится при помощи шагового электродвигателя. Обеспечение электричеством фотокамеры, проектора, электродвигателя для поворота фотокамеры, электродвигателя для поворота площадки, электродвигателя для подъема-опускания площадки осуществляется посредством силового кабеля, проложенного внутри трубы. Управление шаговыми электродвигателями, проектором и фотокамерой осуществляется посредством контроллера, получающего сигналы через модемную линию связи от компьютера. 4 ил.

 

Изобретение относится к группе контрольно-измерительных приборов, а именно, является устройством для определения начальных геометрических несовершенств стенки цилиндрических резервуаров (вмятин, трещин, овальностей и т.д.).

Известен метод измерения геометрических несовершенств резервуаров вручную с использованием различных измерительных устройств (Кузяков О.Н., Кучерюк В.И. Методы и средства измерения типологии поверхности, перемещений и деформаций. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - 172 с.). Метод получил широкое использование в дефектоскопии благодаря тому, что он позволяет довольно точно определить местонахождение и размеры дефектов. Главными недостатками данного метода являются его трудоемкость и соответственно большие потери времени и существенные денежные затраты при обследовании больших объектов.

Известен метод создания моделей резервуаров с дефектами по подобию настоящих (Тюрин Д.В. Моделирование вертикальных стальных резервуаров с несовершенствами геометрической формы. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. - 175 с.). Преимуществом данного метода является существенное снижение стоимости обследования объектов. Недостатками метода являются довольно трудоемкое изготовление точной модели резервуара и выбор подходящего материала для ее изготовления, а также связанная с этим невысокая точность определения геометрических несовершенств резервуара.

Известен метод использования муарового эффекта для измерения геометрических несовершенств резервуаров, а также несколько устройств, работа которых основана на использовании данного метода.

Известно устройство определения деформаций поверхности, содержащее проектор со слайдом изображения сетки, видеокамеру, устройство ввода-вывода информации в ЭВМ, саму ЭВМ с видеоконтроллером и дисплеем (патент 2065570, 6 G01N 21/00, опубл. 20.08.96, Бюл. 23.Кучерюк В.И., Попов A.M., Колесников А.В. Электронно-проекционный способ измерения формы и перемещений поверхности объекта.).

Недостатками данного устройства являются его низкая степень автоматизации, низкая точность из-за использования устаревших технологий и связанная с этим трудоемкость определения топологии всей поверхности объекта.

Известно устройство для определения топологии поверхности муаровым методом, содержащее проектор, видеокамеру, мини-лазер, контроллер, управляющий данными устройствами посредством связи с ЭВМ через модем и программу на ЭВМ, позволяющую моделировать муаровый эффект (патент 2267087, G01В 11/25, опубл. 27.12.2005, Бюл. 36. Кучерюк В.И., Кузяков О.Н., Дубатовка У.В. Устройство для определения топологии поверхности муаровым методом.).

Недостатком данного устройства является его неприспособленность к исследованиям резервуаров.

Данное устройство является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является дальнейшее развитие технологии определения топологии поверхности объекта и адаптация его к применению в исследовании геометрических несовершенств цилиндрических резервуаров.

Техническим результатом применения предлагаемого технического решения является повышение точности измерения геометрических несовершенств цилиндрических резервуаров путем добавления механизма, обеспечивающего подъем-опускание устройства на нужную высоту, а также его поворот посредством шаговых электродвигателей.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство содержит проектор, фотокамеру и компьютер с модемной линией, соединенные между собой контроллером, обеспечивающим управление устройством, при этом проектор и фотокамера установлены на площадке, а указанная площадка имеет возможность осуществления вращательного и поступательного движения посредством шаговых электродвигателей, связанных с контроллером.

Предлагаемое устройство позволяет исследовать при помощи компьютера топологию поверхности стенки резервуара с большей точностью по сравнению с устройством, принятым за прототип, за счет непрерывного сканирования нужного участка стенки, по заданной программе при различных внешних условиях и параметрах задания шагов мнимой и объектной сеток, расстояния от видеосистемы до плоскости и т.д., а также благодаря чувствительности метода и повышению его точности путем поворота эталонного растра в компьютерной программе.

Общий вид устройства показан на фиг.1, на фиг.2 и фиг.3 показаны этапы процесса настройки устройства (юстировки), на фиг.4 показана схема принципа работы устройства.

Устройство содержит механизм подъема-опускания и поворота платформы, в который входит труба 1 с прикрепленной к ней подвижной площадкой 2. На площадку 2 установлены фотокамера 6 и проектор 7. Поворот площадки 2 осуществляется посредством шагового электродвигателя 4. Подъем-опускание площадки 2 осуществляется посредством шагового электродвигателя 5. Поворот фотокамеры 6, для осуществления настройки устройства, производится при помощи шагового электродвигателя 3. Обеспечение электричеством фотокамеры 6, проектора 7, электродвигателя для поворота фотокамеры 3, электродвигателя для поворота площадки 4, электродвигателя 5 для подъема-опускания площадки 2 осуществляется посредством силового кабеля 8, проложенного внутри трубы 1. Управление шаговыми электродвигателями 3, 4, 5, проектором 7 и фотокамерой 6 осуществляется посредством контроллера 9, получающего сигналы через модемную линию связи 10 от компьютера 11.

Обследование резервуара при помощи устройства проводится следующим образом.

Устройство устанавливают в резервуар 12, затем производят его юстировку. Юстировка заключается в том, что оптические оси 13 и 14 проектора 7 и фотокамеры 6 сводятся в одну точку. Перед проведением юстировки (фиг.2) оптические оси 13 и 14 проектора 7 и фотокамеры 6 параллельны. Проектором 7 нормально к исследуемой поверхности резервуара 12 проецируется изображение, в центре которого формируется сфокусированная светлая область. Затем, по сигналу компьютера 11, шаговый электродвигатель 3 поворачивает фотокамеру 6 на угол β до тех пор, пока светлая область не окажется ровно по центру изображения, снимаемого фотокамерой 6 (фиг.3). После этого фотокамера 6 фиксируется посредством остановки шагового электродвигателя 3.

Образуемый прямоугольный треугольник (фиг.4) с вершинами в оптических центрах 13 и 14 проектора 7 и фотокамеры 6 в точке А имеет известный катет D, который является постоянной величиной установки.

Тогда расстояние H от проектора 7 до поверхности стенки резервуара 12 будет определено как:

Н=L+M=Dctgβ,

где L - расстояние от проектора 7 до точки пересечения оптической оси 13 проектора 7 и середины темной линии сетки, м; M - расстояние от точки пересечения оптической оси 13 проектора 7 и середины темной линии сетки до стенки резервуара, м; D - расстояние между оптическими осями 13 и 14 проектора 7 и фотокамеры 6, м; β - угол поворота фотокамеры 6.

При этом угол β, заносимый в компьютер 11 после окончания юстировки, будет точно соответствовать числу импульсов, формируемых в компьютере 11 для управления шаговым электродвигателем 3, обеспечивающим поворот фотокамеры 6. Это позволит определить при помощи компьютера 11 угол поворота β фотокамеры 6 и расстояние Н до стенки резервуара 12.

Далее осуществляется проецирование проектором 7 сформированного в компьютере 11 изображения эталонной сетки, состоящей из чередующихся темных и светлых линий с заданным шагом на поверхность стенки резервуара 12. Параметры сетки задаются в компьютере 11 и передаются при помощи модемной линии 10 на контроллер 9, а затем на проектор 7. Параметры сетки могут быть программно изменены, что повышает быстроту ее выбора.

Затем ведется прием при помощи фотокамеры 6 объектного растра. Фотокамера 6 осуществляет прием объектного растра и передает его в цифровом формате на компьютер 11. В компьютере 11, по заданной формуле, формируется картина муаровых полос, образованных при наложении светлых и темных линий «объектного» и «мнимого» растров, вычисляются центры полос, расстояния от них до стенки резервуара 12 и величины деформаций поверхности стенки резервуара 12. При этом для полученных двух соседних муаровых полос изменение расстояния от плоскости «мнимого растра» до исследуемой поверхности определяется по формуле:

где а - шаг линий проектируемой на поверхность сетки, m - масштаб проекции сетки в плоскости «мнимого растра», ψ1 и ψ2 - углы освещения и наблюдения «мнимого растра» соответственно.

Далее происходит переориентация системы на другой участок стенки резервуара 12. Сигналы для переориентации поступают на контроллер 9 с компьютера 11, и тот подает сигнал шаговым электродвигателям 3, 4, 5, которые начинают вращать, поднимать, опускать площадку 2 с проектором 7 и фотокамерой 6 таким образом, что переориентируют устройство на другой участок стенки резервуара 12. Далее проводится юстировка, проецирование на участок эталонной сетки, прием фотокамерой 6 «рабочего растра» и вновь переориентирование системы. Эти процессы будут повторяться до тех пор, пока не будет изучена вся поверхность исследуемого резервуара 12.

В итоге, после обследования всей поверхности резервуара 12 на компьютере 11 формируется суммарная картина топологии поверхности стенки резервуара 12, анализируя которую можно определить его геометрические несовершенства (сколы, вмятины, овальности и т.д.).

Устройство для определения топологии поверхности, содержащее проектор, фотокамеру и компьютер с модемной линией, соединенных между собой контроллером, обеспечивающим управление устройством, отличающееся тем, что проектор и фотокамера установлены на площадке, при этом указанная площадка имеет возможность осуществления вращательного и поступательного движения посредством шаговых электродвигателей, связанных с контроллером.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу измерения износа футеровки металлургического плавильного сосуда, например конвертера для плавки стали, посредством лазерного сканера.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для использования с высевающими устройствами. .

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано при контроле параметров профилей сооружений метро, железнодорожных туннелей, трубопроводов, горных выработок и иных объектов.

Изобретение относится к медицине, измерительной технике, медицинской технике, биомедицинской инженерии и может быть использовано для определения формы, размеров, глубины и рельефа поверхности анатомических объектов.

Изобретение относится к области нанотехнологий и наноэлектроники, а более конкретно к сканирующей зондовой микроскопии. .

Изобретение относится к способу бесконтактного динамического определения профиля (Р) твердого тела. .
Изобретение относится к метрологии и может быть использовано для контроля качества готовой продукции, проведения антропометрических измерений в легкой промышленности, медицине, криминалистике, поисковых системах и т.п.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к интерферометрии, и может быть использовано для контроля радиуса кривизны оптической поверхности. .

Изобретение относится к измерительной технике, к устройствам для определения формы и перемещений поверхности объекта. .

Изобретение относится к устройствам трехмерного обмера объектов при помощи топометрического способа измерения. Устройство для трехмерного обмера объекта включает первое проекционное устройство, содержащее первый источник инфракрасного излучения для проецирования на объект подвижного первого узора, причем проецируемый узор проявляется на объекте в виде распределения нагревания; по меньшей мере одно съемочное устройство для съемки изображений распределения нагревания, проявляющееся на объекте, в инфракрасной области спектра; а также анализирующее устройство для анализа изображений, снятых съемочным устройством, и определения формы поверхности объекта. Способ трехмерного обмера объекта включает проецирование первого инфракрасного узора на объект при помощи первого проекционного устройства; съемку изображений распределения нагревания объекта при помощи по меньшей мере одного съемочного устройства, чувствительного к инфракрасному излучению, при этом узор между снимками смещают; анализ изображений при помощи топометрического способа анализа и определение формы поверхности объекта. Технический результат заключается в обеспечении возможности увеличения контраста проецируемого узора на прозрачных для видимого света или сильно отражающих свет объектах. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано для определения геометрических несовершенств стенки магистральных трубопроводов (вмятин, трещин, овальностей и т.д.) и напряженно-деформированного состояния трубопроводов. Устройство содержит фотокамеру, проектор и компьютер, соединенные между собой контроллером, установленным на платформу. Фотокамера и проектор установлены на площадке, имеющей возможность вращаться посредством шагового электродвигателя, связанного с контроллером. Фотокамера способна совершать вращательные движения за счет шагового электродвигателя, установленного на площадку и связанного с контроллером. Площадка соединена с платформой, имеющей возможность совершать поступательные движения внутри трубопровода посредством электропривода с колесами, связанного с контроллером. Устойчивость положения и защиту от механических повреждений обеспечивает система рычагов и колес, присоединенных к платформе, электропитание и автономность работы обеспечивает аккумуляторная батарея, установленная на платформу. Управление движением осуществляется посредством радиоуправления через контроллер, получающий сигналы от компьютера, находящегося вне трубопровода. Технический результат - повышение точности измерения геометрических несовершенств стенки магистральных трубопроводов. 4 ил.

Устройство содержит источник белого света (1) в виде LED-полоски (40), коллимационный блок (4), блок спектрометра для расщепления луча белого света (30) на луч мультихроматического света (31), направляемый на тестируемое изделие (5) под заданным углом падения, и камеру (3) для записи отраженного луча монохроматического света (32), так что информация о высоте поверхности по оси z тестируемого изделия (5) может извлекаться из значения оттенка отраженного луча (32) при относительном перемещении тестируемого изделия (5) по направлению (9) сканирования по оси x. По меньшей мере одна микролинза (41) оптически соединена с по меньшей мере одним LED для предварительного выпрямления упомянутого луча белого света (30). Коллимационный блок (4) выполнен с возможностью коллимирования упомянутого луча (30) белого света на 360° с качеством коллимирования 2° или менее и формирования ленточного луча белого света, перпендикулярного направлению (9) сканирования. Устройство содержит по меньшей мере одну линзу (42, 43, 44, 45), предпочтительно цилиндрическую линзу (42), и по меньшей мере одно средство (50) апертуры, предпочтительно регулируемую апертуру щелевой диафрагмы. Технический результат - возможность измерения поверхности изделия и контроля пасты для пайки расплавлением полуды, а так же создание 3D-модели поверхности изделия. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 21 ил.

Изобретение относится к методу измерения геометрии профиля цилиндрических тел в качестве измеряемых объектов с использованием метода двухмерного светового сечения, при котором с использованием, по меньшей мере, одного лазера проецируется веерообразная лазерная линия в качестве линии светового сечения на поверхность тела и отраженные от поверхности тела лучи воспринимаются, по меньшей мере, одной камерой для съемки поверхностей, причем лазер и камера расположены под углом триангуляции в нормальной плоскости по линии оси цилиндра. Согласно методу для измерения геометрии профиля лазер поворачивается вокруг оси цилиндра из нормальной плоскости, причем угол к нормальной плоскости выбирается таким, чтобы оптическая ось камеры для съемки поверхностей, направленная на поверхность цилиндра, находилась в области скользящих углов отраженных лучей. Технический результат - усиление отражения лазерных лучей в камеру и из критических краевых областей измеряемого объекта. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ анализа для получения фазовой информации путем анализа периодической структуры муара содержит этапы: подвергания периодической структуры муара оконному преобразованию Фурье с помощью оконной функции; отделения информации о первом спектре, содержащем фазовую информацию, от информации о втором спектре, наложенной на информацию о первом спектре для получения фазовой информации с использованием аппроксимации каждой из форм первого и второго спектров в форму предварительно заданной функции. Устройство содержит дифракционную решетку для дифрагирования рентгеновских лучей от источника рентгеновского излучения, поглощающую решетку для экранирования части дифрагированных рентгеновских лучей, детектор для обнаружения муара и калькулятор, который извлекает фазовую информацию на основе муара в соответствии со способом анализа. Технический результат - улучшение разрешения при анализе фазовой информации за счет исключения взаимного влияния перекрытия спектров. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к группе контрольно-измерительных приборов, а именно является устройством для определения начальных геометрических несовершенств стенки цилиндрических резервуаров (вмятин, трещин, овальностей и т.д.). Устройство содержит механизм подъема-опускания и поворота платформы, в который входят верхний и нижний фиксаторы, труба с прикрепленной к ней подвижной площадкой. На площадке установлены фотокамера и проектор. Поворот площадки осуществляется посредством шагового электродвигателя, закрепленного внутри нижнего фиксатора. Подъем-опускание площадки осуществляется посредством шагового электродвигателя, закрепленного на трубе и ленточного, тросового или цепного механизмов. Поворот фотокамеры для осуществления настройки устройства производится при помощи шагового электродвигателя. Обеспечение электричеством фотокамеры, проектора, электродвигателя для поворота фотокамеры, электродвигателя для поворота площадки, электродвигателя для подъема-опускания площадки осуществляется посредством силового кабеля, проложенного внутри трубы. Управление шаговыми электродвигателями, проектором и фотокамерой осуществляется посредством контроллера, получающего сигналы через модемную линию связи от компьютера. Технический результат - повышение точности измерения геометрических несовершенств цилиндрических резервуаров. 3 ил.

Способ определения остаточной сферичности отражающей поверхности относится к измерительной технике и может быть использован для определения остаточной сферичности плоских зеркал и радиусов кривизны крупногабаритных сферических зеркал. Способ заключается в том, что измерительный прибор устанавливают в рабочее положение перед отражающей поверхностью, расположенной в вертикальной плоскости, и настраивают на автоколлимационное изображение, причем в качестве измерительного прибора используют, по меньшей мере, один автоколлимационный теодолит, остаточную сферичность определяют по измеренным значениям углов, считанным по вертикальному кругу теодолита при совмещении сетки теодолита с ее автоколлимационным изображением, измерение углов проводят для двух точек отражающей поверхности, максимально разнесенных на поверхности и расположенных на одной вертикали, а остаточную сферичность рассчитывают по формуле: R = Δ d π ⋅ ( α − β ) ⋅ 180 ∘ где: Δd - разница высот установки теодолита относительно Земли, м α, β - значения углов вертикального круга теодолита при совмещении сетки теодолита с ее автоколлимационным изображением для верхнего и нижнего положения теодолита соответственно, град. Технический результат - сокращение времени определения остаточной сферичности за счет сокращения времени, необходимого на сборку измеряющей схемы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу бесконтактных измерений геометрических параметров объекта в пространстве. При реализации способа на поверхности объекта выделяют одну и/или более обособленную зону, для которой можно заранее составить несколько разных упрощенных математических параметрических моделей на основании заранее известных геометрических закономерностей исследуемого объекта, характеризующих форму, положение, движение, деформацию. Наносят маркеры на поверхность объекта, группируя по обособленным зонам в обособленные группы. Далее регистрируют изображения центральной проекции указанных маркеров. И на их основании с учетом заранее известных геометрических закономерностей исследуемого объекта и с использованием методов многомерной минимизации расхождений определяют искомые геометрические параметры объекта. Технический результат - повышение точности и достоверности измерений геометрических параметров объекта при использовании одной камеры, особенно в условиях стесненного окружающего пространства и ограниченного оптического доступа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к способам измерительного контроля качества поверхности строительных конструкций. Способ бесконтактного определения кривизны поверхности строительной конструкции включает синхронное измерение с помощью системы закрепленных на общем основании датчиков расстояния, расположенных относительно друг друга под неизменяемым углом, расстояний от каждого из датчиков до своей контрольной точки на пересечении оси датчика с поверхностью конструкции, и передачу полученных данных в блок анализа и обработки информации, в котором производится расчет кривизны. При этом одновременно поверхность конструкции остается неподвижной. Измерение расстояний осуществляют переносной системой из трех наклонных и одного высотного лазерных дальномеров, равноудаленных от вершины воображаемой правильной треугольной пирамиды и направленных при измерении в сторону поверхности конструкции таким образом, чтобы оси наклонных дальномеров совпадали с боковыми ребрами, имеющими угол наклона 55-85°, а ось высотного дальномера - с высотой этой пирамиды, все углы основания которой своими вершинами совмещены с поверхностью конструкции. Технический результат - бесконтактное определение кривизны поверхности неподвижных объектов с расстояния более 1 м. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх