Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов



Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов
Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов
Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов

 


Владельцы патента RU 2469265:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ГОУВПО "СГГА") (RU)

Устройство может быть использовано для дистанционного измерения линейных размеров и визуализации сплошной трехмерной поверхности исследуемых объектов в реальном масштабе времени. Устройство содержит оптическую систему, матричный приемник излучения, блок усиления, блок обработки информации. Введен комбинированный инфракрасный поляризационный фильтр, который установлен перпендикулярно оптической оси устройства в любом месте по ходу теплового излучения от объекта до приемника излучения. Технический результат - дистанционное измерение параметров объекта по его собственному тепловому оптическому излучению на основе регистрации и обработки одного тепловизионного изображения. 1 ил.

 

Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения размеров и визуализации профиля сплошной поверхности трехмерных объектов.

Известно устройство для бесконтактного измерения линейных размеров объектов объемной формы (патент на изобретение RU №2316727 C1). Устройство для бесконтактного контроля и распознания трехмерных объектов методом структурированной подсветки содержит источник структурированной подсветки, формирующей изображение структурированной подсветки в виде множества полос на поверхности объекта контроля, который может быть выполнен, например, в виде источника света и транспаранта, содержащего изображение параллельных полос (но полосы могут быть, например, в виде концентричных колец), блок регистрации изображения полос, искаженных рельефом поверхности объекта, который может быть выполнен в виде телевизионной камеры, регистрирующей изображения поверхности контролируемого объекта и структурированной подсветки на нем, N-канальный цифровой электронный блок обработки изображения полос, искаженных рельефом, содержащий модуляторы, генераторы опорных сигналов, запоминающие устройства, электронные цифровые блоки интерполяции и блок определения координат рельефа поверхности контролируемого объекта.

Недостатками данного устройства являются высокая погрешность контроля и ограниченные функциональные возможности. Высокая погрешность измерения обусловлена тем, что при направлении на поверхность контролируемого объекта структурированной подсветки в виде множества параллельных полос возникает изображение полос, в котором искажения, вызванные глубокими впадинами, высокими выпуклостями и, тем более, сквозными отверстиями, невозможно идентифицировать из-за разрывов в изображении линий. Поскольку высота профиля определяется по величине искажений линий, отсутствие в изображении собственно линий из-за наличия отверстий не позволяет распознать отверстия на контролируемой поверхности.

Известно устройство для контроля объектов сложной формы (патент на изобретение RU №2099759 C1). Устройство содержит первую и вторую оптоэлектронные головки, установленные по разные стороны от контролируемого объекта и состоящие каждая из источника излучения, двух объективов и многоэлементного фотоприемника, блок разверток, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми и вторыми входами многоэлементных фотоприемников первой и второй оптоэлектронных головок.

Недостатками этого устройства являются: 1) относительно низкое быстродействие устройства, что связано с тем, что формирование кодов X1 и Х2 на выходе осуществляется последовательно во времени - сначала формируется X1, затем Х2. 2) относительно узкие функциональные возможности, связанные с тем, что на выходе устройства отсутствует информация о толщине контролируемого объекта.

Наиболее близким изобретением по наибольшему количеству сходных признаков, технической сущности, схемному решению и достигаемому при использовании техническому результату является устройство, выбранное в качестве прототипа (патент на изобретение RU №2099759 C1). Устройство для тепловизионного распознавания формы объекта содержит объектив, сканирующее устройство, приемник теплового излучения, усилитель, видеоконтрольное устройство, устройство синхронизации, запоминающее устройство и блок обработки информации, в устройство введен вращающийся ИК линейный поляризатор, который устанавливается перпендикулярно оптической оси устройства в любом месте по ходу теплового излучения от объекта до приемника этого излучения.

В устройстве распознавания формы объекта (патент на изобретение RU №2099759) предлагается формировать два поляризационных тепловизионных изображения с линейными азимутами 0° и 45° с последующей обработкой полученных сигналов по предложенному алгоритму. Тепловое излучение от объекта и окружающего его фона проходит ИК-поляризационную насадку, азимут поляризации которой установлен и зафиксирован при угле 0°, и объектив. С помощью сканирующего устройства излучение от элементов поверхности объекта направляется на приемник излучения, который формирует выходной сигнал U1(N, K). Далее этот сигнал усиливается в усилителе и подается на видеоконтрольное устройство, на экране которого формируется визуализированное поляризационное тепловизионное изображение объекта с азимутом поляризации 0°. Для синхронизации оптико-механического сканирования поверхности объекта с электронным сканированием элементов изображения в схеме имеется блок синхронизации. В запоминающем устройстве сигналы U1(N, K) запоминаются. После этого азимут поляризационной насадки устанавливается и фиксируется при угле 45°. При этом угле азимута поляризации насадки аналогично получаются, оцифровываются и запоминаются сигналы U2(N, K) для всех N×K элементов кадра. В результате формируются два поляризационных тепловизионных изображения, которые накоплены в запоминающем устройстве и обрабатываются в блоке обработки информации.

Недостатком данного устройства является то, что для измерения линейных размеров объемных объектов необходимо запомнить и сохранить два тепловизионных изображения и на их основе восстанавливать трехмерное изображение исследуемого объекта, что замедляет процесс измерений и не позволяет проводить их в реальном масштабе времени.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание устройства для дистанционного измерения параметров объекта по его собственному тепловому оптическому излучению на основе регистрации и обработки одного тепловизионного изображения.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в трехмерной визуализации объекта в реальном масштабе времени, расширении информативности тепловизионного канала тепловизоров.

Поставленная задача достигается устройством для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов, состоящим из оптической системы, матричного приемника излучения, блока усиления, блока обработки информации, согласно изобретению введением в него комбинированного инфракрасного поляризационного фильтра перпендикулярно оптической оси устройства перед матричным приемником излучения.

На фигуре 1 изображена схема устройства для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов.

Устройство содержит комбинированный инфракрасный поляризационный фильтр 1, за которым расположен объектив 2, после которого находится матричный приемник излучения (МПИ) 3, сигнал, формируемый которым поступает в расположенный за ним блок усиления 4, блок обработки информации 5 и устройство вывода информации 6.

В качестве комбинированного поляризационного фильтра используется последовательно расположенные ахроматическая пластинка λ/4 с углом ориентации быстрой оси Θ=45° и линейный инфракрасный поляризатор с азимутом α=0°. Матрицы пропускания пластинки λ/4 и линейного поляризатора имеют вид:

где τλ/4, τn - энергетический коэффициент пропускания пластинки λ/4 и поляризатора.

Работа устройства заключается в следующем: тепловое излучение исследуемого объекта проходит комбинированный инфракрасный поляризационный фильтр 1 и фокусируется объективом 2 на матричный приемник излучения 3, сигнал от МПИ поступает на вход блока усиления 4, из которого поступает в блок обработки информации 5, производится обработка и вычисление декартовых координат, две из трех декартовых координат определяются размерами теплового изображения, а вычисление третьей координаты осуществляется за счет функциональной зависимости степени поляризации теплового излучения каждого из элементов изображений от угла ориентации излучающей площадки относительно направления ее наблюдения и передается на устройство вывода информации 6.

Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов может быть использовано в измерительной технике для измерения размеров и визуализации профиля измеряемой поверхности трехмерных объектов. Главное преимущество предлагаемого устройства для реализации способа бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов перед известными устройствами заключается в трехмерной визуализации объекта в реальном масштабе времени в отсутствии необходимости обеспечивать подсветку измеряемого объекта, что упрощает использование и реализацию устройства, а также значительно расширяет сферу его использования в науке и технике.

Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов, состоящее из оптической системы, матричного приемника излучения, блока усиления, блока обработки информации, отличающееся тем, что в него введен комбинированный инфракрасный поляризационный фильтр, который установлен перпендикулярно оптической оси устройства в любом месте по ходу теплового излучения от объекта до приемника излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам измерения деформаций длинномерных конструкций, например артиллерийских стволов различных длин и калибров.

Изобретение относится к оптико-электронным приборам и может быть использовано для измерения негабаритности размещения оборудования. .

Изобретение относится к области бесконтактных оптических измерений геометрических параметров поверхностей объектов. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения формы поверхности сложных трехмерных объектов в машиностроении, медицине, стоматологии, судебно-медицинской экспертизе и т.д.

Изобретение относится к медицине, в частности к устройствам для антропометрических измерений. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения формы поверхности сложных трехмерных объектов в машиностроении, медицине, стоматологии, судебно-медицинской экспертизе и т.д.

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии, преимущественно атомно-силовой микроскопии, и может быть использовано для измерений размеров нанообъектов и рельефа поверхностей, имеющих перепад высот наноразмера.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пассивной фотометрии, и может быть использовано для бесконтактного измерения геометрии трехмерных объектов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного контроля геометрической формы и скорости проскальзывания колеса движущегося железнодорожного состава.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для бесконтактного оптического измерения физических параметров прозрачных объектов, как-то профиля, толщины стенки

Изобретение относится к области стереоскопии для получения трехмерной информации об объекте на основе пары двумерных изображений этого объекта

Устройство может быть использовано для контроля формы поверхностей оптических деталей, а также для измерения неоднородностей оптических материалов. Устройство содержит осветитель, конденсор, задающий и анализирующий пространственные фильтры, приемно-регистрирующее устройство. Задающий и анализирующий пространственные фильтры совмещены и выполнены в виде симметричной зеркальной марки, нанесенной на тонкой плоскопараллельной оптической пластине. Геометрический центр марки совмещен с точкой пересечения оптических осей осветителя и приемно-регистрирующей системы. Пластина установлена таким образом, чтобы ее плоская поверхность с нанесенной на нее симметричной зеркальной маркой составляла равные углы с оптическими осями осветителя и приемно-регистрирующей системы. Технический результат - повышение точности контроля формы поверхностей оптических деталей и упрощение юстировки схемы контроля за счет конструктивного совмещения задающего и анализирующего пространственных фильтров. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на железнодорожном транспорте для бесконтактного измерения профиля железнодорожных колес с помощью мобильных лазерных триангуляционных датчиков. Устройство включает по меньшей мере пять мобильных лазерных триангуляционных датчиков (3-7), из которых: первый, второй и третий - формируют параллельные друг другу зондирующие лучи. При этом третий, четвертый и пятый датчики размещены друг относительно друга с возможностью определения центра колеса. Также раскрыт способ измерения профиля железнодорожного колеса, примененный алгоритм которого позволяет скорректировать реальные значения измеренных профилей с учетом произвольной ориентации датчиков. Технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение удобства в эксплуатации измерительного устройства. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 13 ил.

Способ для позиционирования объекта, топографию поверхности которого получают на сенсорной системе, имеющей комплект двигателей для вращения объекта вокруг оси двигателя, перпендикулярной оптической оси сенсорной системы, и для перемещения объекта в направлениях X, Y и Z, содержит этапы: определяют позицию оси двигателя относительно базовой позиции в базовой системе координат; позиционируют сенсорную систему и/или объект в желаемой позиции и получают рельефную карту области в зоне обзора сенсорной системы; рассчитывают нормаль, отображающую топографию рельефной карты области; определяют угловое расхождение между нормалью и оптической осью сенсорной системы и сопоставляют его с пороговым углом для определения того, перпендикулярна ли поверхность области оси сенсорной системы. Если угловое расхождение больше, чем пороговый угол, вычисляют набор параметров переставления, используя позицию оси двигателя для вращения объекта для достижения нового угла расхождения, меньшего, чем упомянутый пороговый угол; и перемещают объект для переставления упомянутой области в зоне обзора после того, как вращение сместило упомянутую область. Технический результат - улучшение качества топографии объектов произвольной формы за счет их позиционирования. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к устройствам измерений с использованием бесконтактных оптических устройств на основе лазеров и триангуляционных датчиков. Устройство содержит импульсный лазер, триангуляционные датчики, один из которых является основным и управляет лазером и остальными датчиками, и устройство для обеспечения сетевого взаимодействия. Импульсный лазер позволяет увеличить свою мощность до уровня, достаточного, чтобы освещение, создаваемое прямыми солнечными лучами, не влияло на точность измерений и сохраняло безопасность устройства, сократив время излучения. Управление временем и количеством импульсов осуществляется триангуляционными датчиками с помощью синхронизированных импульсов. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения точного результата измерений даже на объектах, освещенных прямыми лучами солнца. 1 ил.

Система содержит световой проектор для проецирования на поверхность объекта картины структурированного света, устройство съемки изображения упомянутой картины и вычислительное устройство для определения формы объекта. Проектор содержит источник света, слайд с картиной слайда и объектив, характеризующийся вершиной объектива. Устройство съемки изображения содержит объектив, характеризующийся вершиной объектива. Форму объекта определяют с использованием триангуляционного алгоритма, основанного на соответствии между точками на картине слайда и упомянутом изображении. Картина слайда содержит множество кодированных элементов, характеризующихся параметром, определяющим форму, длину или толщину кодированного элемента. Кодированные элементы распределены в первую или вторую группу. На поверхности слайда определены первая и вторая воображаемые линии слайда. Первая воображаемая линия определена пересечением между поверхностью слайда и первой плоскостью, проходящей через вершины объективов. Вторая воображаемая линия определена пересечением между поверхностью слайда и второй плоскостью, проходящей через вершины объективов. Кодированные элементы первой и второй групп расположены вдоль первой и второй воображаемых линий. Технический результат - обеспечение быстрого и точного измерения координат световой структуры, спроецированной на поверхность сложной формы. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх