Лазерный толщиномер и способ его калибровки

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к калибровке лазерных толщиномеров, построенных по методу лазерной триангуляции, при котором пучки излучения направлены с двух сторон перпендикулярно к контролируемой поверхности, а принятый оптический сигнал фиксируется многоэлементным приемником. Лазерный толщиномер дополнительно снабжен калибровочным приспособлением. Калибровочное приспособление жестко зафиксировано штифтованным винтовым соединением на корпусе толщиномера, обеспечивающим перпендикулярность пучков лазерного излучения к плоскости положения эталона, и содержит плату управления, линейный шаговый двигатель для перемещения эталона tet, зафиксированного в зоне измерения на общем основании с фотоэлектрическими модулями. При калибровке эталон - tet дискретно перемещают к другой границе зоны измерения и для каждого положения эталона tet измеряют расстояния R1i, R2i от фотоэлектрических модулей до каждой стороны эталона tet. Определяют соответствующие этим расстояниям номера элементов n1i, n2i на многоэлементных фотоприемниках, а затем определяют угловые коэффициенты k1, k2 и смещения b1, b2, калибровочных прямых для каждого фотоэлектрического модуля, применяя метод наименьших квадратов. Технический результат - повышение точности измерения при воздействии вибрации, изменении температуры окружающей среды, волнистости и изогнутости объектов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, может быть использовано для калибровки лазерных толщиномеров, построенных по методу лазерной триангуляции, при котором пучки излучения направлены с двух сторон перпендикулярно к контролируемой поверхности, а принятый оптический сигнал фиксируется многоэлементным приемником.

Известно устройство для калибровки лазерных триангуляционных измерителей (Свидетельство на полезную модель RU №37550, МПК G01B 11/00, опубл. 27.04.2004), содержащее источник лазерного излучения, приемное устройство, сменный экран, снабженный средствами для перемещения в направлении лазерного луча.

Недостатком данного устройства для калибровки является отсутствие механизмов, деталей и узлов, которые обеспечивают многократную смену технологического экрана на объект контроля, при сохранении требуемой погрешности измерения. Контроль второй стороны объекта контроля не рассматривается.

Прототипом является устройство для измерения толщины - лазерный толщиномер (патент RU №2419068, МПК G01B 11/06, опубл. 20.01.2011), содержащее корпус, зону измерения, привод, обеспечивающий перемещение объекта контроля в зоне измерения, размещенные по разные стороны, оптически связанные с контролируемым объектом фотоэлектрические модули, жестко зафиксированные на общем основании и расположенные соосно и перпендикулярно плоскости перемещения контролируемого объекта, многоэлементные фотоприемники, входящие в состав фотоэлектрических модулей, оптически связанные с контролируемым объектом, блок обработки и управления, входы которого соединены со выходом фотоприемников, содержащий задатчик режимов работы, обеспечивающий выбор режима измерения толщины или режима калибровки толщиномера, вычислитель результатов измерений и цифровое табло.

Для калибровки толщиномера его корпус сдвигают по направляющим в горизонтальном направлении из зоны измерения в зону калибровки. Технологическое приспособление для калибровки, имитирующее положение объекта контроля, винтами соединяют с корпусом толщиномера последовательно устанавливают эталоны толщины tet и через задатчик вводят значения максимальной, а затем минимальной толщины эталонов в вычислитель, который рассчитывает угловой коэффициент - k и смещение - b калибровочной прямой t = k ¯ + b .

Недостатком прототипа является то, что технологическое приспособление позволяет производить калибровку, а в последующем измерение толщины эталонов tmax, tmin только для положения размещения эталонов, которое соответствует нижней границе зоны измерения, что приводит к увеличению погрешности измерения для случая произвольного положения в зоне измерения объекта контроля.

В настоящее время при калибровке лазерных триангуляционных устройств сопоставляются расстояния до контролируемого объекта - Ri и номер элемента - ni на ПЗС - линейке, оптически связанной с объектом контроля (Anand Asundi «Unified calibration technigue and its applications in optical triangular profilometry» Applied Optics, 1999, №16, том 38, c.3556-3561).

Следует отметить, что полученные значения величин (Ri, ni) не учитывают шероховатость контролируемого объекта, изменение размеров световой метки в зависимости от изменения расстояния - Ri до объекта контроля, что отражается на размерах и форме видеоимпульса, сформированного ПЗС-линейкой и, следовательно, номере измеренного элемента - ni.

Для повышения точности измерений на калибровочном стенде (А.З. Венедиктов, О.В. Пальчик. «Проблема калибровки лазерных триангуляционных измерителей». Технология машиностроения. 2005 г., №8, с.57-59) задают расстояния Ri до эталона с типичным для измеряемых объектов коэффициентом отражения ρ и при каждом измерении расстояния Ri учитывают, кроме номера элемента - ni, размер световой метки Δni, где Δni=ni+1-ni-1, а ni+1, ni-1 соответственно, последний и первый засвеченные элементы в принятом оптическом сигнале. При построении зависимости между номером засвеченного элемента и расстоянием Ri до контролируемого объекта номер элемента уточняется в зависимости от ширины видеоимпульса Δni. В таблице градуировки Ri=f(ni, Δni) промежуточные значения расстояний Ri интерполируются.

Следует отметить, что в предложенном способе калибровки оптический контроль второй стороны объекта контроля не рассматривается. Процесс калибровки носит двухпараметрический характер, что усложняет данный способ.

Наиболее близкий к предлагаемому является способ калибровки раскрыт в описании патента РФ №2419068 «Способ измерения толщины и устройство для его осуществления», МПК G01B 11/06, опубл. 20.01.2011.

Для реализации предложенного способа, предварительно, в режиме калибровки, измеряют координаты световых меток, соответствующие эталонам с максимальной толщиной - tmax и минимальной - tmin, и рассчитывают угловой коэффициент k = t max t min [ t max ] [ t min ] , где Σ[tmax] и Σ[tmin] - суммы номеров элементов на ПЗС-линейке, соответствующих конечной ni+1 и начальной ni-1 границам видеоимпульсов с фотоприемников для эталонов толщин с tmax и tmin. а Σ[tmax]=Σ12, (аналогично, Σ[tmin]) где Σ1=N1+N2 - сумма номеров элементов, которые соответствуют начальной ni-1 и конечной ni+1 границам видеоимпульса, полученного при считывании видеосигнала от верхней поверхности эталона, аналогично Σ2=N3+N4 - сумма номеров элементов, которые соответствуют начальной и конечной границам видеоимпульса, полученного при считывании видеосигнала от нижней поверхности эталона, а толщину установленного эталона tet определяют как t e t = k ¯ + b , где b = t max k [ t max ] = t min k [ t min ] , это смещение калибровочной прямой, a ¯ - статистическая по результатам серии замеров оценка суммы Σ=Σ12. Статистическая оценка состоит, например, в отбрасывании некоторого количества максимальных и минимальных замеров и усреднении оставшихся.

Недостаток данного способа калибровки по эталонам, соответствующим максимальной и минимальной толщине tmax и tmin динамического диапазона измерений, состоит в последовательной установке эталонов на технологическое приспособление, опорная плоскость которого соответствует одной из границ зоны измерения, как правило, - это нижняя граница, и проведении вышеперечисленной последовательности операций только для этого случая. На практике измерения производятся при произвольном положении контролируемых объектов в зоне измерения и, следовательно, при произвольной ширине и положении видеоимпульсов, сформированных оптически связанными с контролируемой поверхностью ПЗС-линейками. Проведенные измерения показали увеличение погрешности измерений, если объект контроля находится в произвольном положении в зоне измерения, отличающейся от положения эталонов при калибровке.

Задачей изобретения является создание лазерного толщиномера и способа его калибровки, позволяющих повысить точность измерения при произвольном положении объекта контроля в зоне измерения и при воздействии таких дестабилизирующих факторов производственного процесса, как вибрация, изменение температуры окружающей среды, волнистость и изогнутость объектов контроля.

Поставленная задача достигается за счет того, что лазерный толщиномер, содержащий корпус, зону измерения, привод, обеспечивающий перемещение объекта контроля в зоне измерения, размещенные по разные стороны, оптически связанные с контролируемым объектом фотоэлектрические модули, жестко зафиксированные на общем основании и расположенные соосно и перпендикулярно плоскости перемещения контролируемого объекта, многоэлементные фотоприемники, входящие в состав фотоэлектрических модулей, оптически связанные с контролируемым объектом, блок обработки и управления, входы которого соединены с выходам фотоприемников, содержащий задатчик режимов работы, обеспечивающий выбор режима измерения толщины или режима калибровки толщиномера, вычислитель результатов измерений и цифровое табло, дополнительно снабжен калибровочным приспособлением жестко зафиксированным штифтованным винтовым соединением на корпусе толщиномера, обеспечивающим перпендикулярность пучков лазерного излучения к плоскости положения эталона, содержащим плату управления, линейный шаговый двигатель и электромеханический привод для перемещения эталона tet, зафиксированный в зоне измерения на общем основании с фотоэлектрическими модулями, при этом электромеханический привод соединен с первым выходом вычислителя по интерфейсной линии связи через плату управления и линейный шаговый двигатель, а фотоприемники соединены по интерфейсным линиям связи от микроконтроллеров фотоэлектрических модулей через второй и третий выходы с одноименными входами вычислителя.

Отличительным признаком предлагаемого лазерного толщиномера является наличие электромеханического привода для перемещения эталона - tet, жестко зафиксированного на общем основании с фотоэлектрическими модулями в зоне измерения толщиномера.

Поставленная задача достигается также за счет того, что в способе калибровки лазерного толщиномера, заключающемся в том, что предварительно в режиме калибровки толщиномера, включающего два фотоэлектрических модуля, формируют два узких пучка излучения, направленных соосно навстречу друг другу, которые создают на противоположных сторонах эталона - tet световые метки, а на двух линейных оптически связанных с эталоном позиционно-чувствительных многоэлементных фотоприемниках, входящих в состав фотоэлектрических модулей изображения световых меток, фотоприемники одновременно сканируют и измеряют номера элементов, соответствующих максимальному и минимальному значению толщины эталонов, на границе зоны измерения размещают эталон толщины - tet, который дискретно перемещают к другой границе, и для каждого положения эталона tet измеряют расстояния R1i, R2j от фотоэлектрических модулей до каждой стороны эталона tet и соответствующие этим расстояниям номера элементов n1i, n2i, на многоэлементных фотоприемниках, а затем определяют угловые коэффициенты k1, k2 и смещения b1, b2 калибровочных прямых для каждого фотоэлектрического модуля.

Кроме того, коэффициенты k1, k2, b1, b2 можно определить, применяя метод наименьших квадратов:

где: N - число замеров при снятии градуировочных характеристик, n1i, n2i - номера элементов на многоэлементных приемников при замерах,

R1i, R2i - расстояния по градуировочным характеристикам при замерах,

а калибровку базы толщиномера R0 выполнять в соответствии с соотношением R 0 = 1 L M l = 1 L m = 1 M R 0 ( i , m ) ,

где L - число шагов при калибровке в зоне измерения,

i - текущий шаг,

M - число эталонов толщины t при калибровке,

m - текущий эталон tm,

R0(i, m)=R1l+R2l+tm,

где: R1i=k1n1i+b1 и R2j=k2n2j+b2 - текущие расстояния от фотоэлектрических модулей до каждой стороны эталона с толщиной tm, а также использовать эталон, состоящий из W секторов различной толщины.

Предлагаемые изобретения поясняются чертежами, на которых изображены:

фиг.1 - лазерный толщиномер для режима работы «Калибровка» с установленным калибровочным устройством,

фиг.2 - функциональная схема лазерного толщиномера для режима работы «Калибровка»,

фиг.3 - алгоритм калибровки лазерного толщиномера,

фиг.4 - алгоритм калибровки фотоэлектрического модуля,

фиг.5 - алгоритм калибровки базы толщиномера.

Для удобства изложения приводится пример выполнения устройства, а затем последовательность операций для предлагаемого способа калибровки.

Лазерный толщиномер (фиг.1) содержит калибровочное приспособление 1, жестко закрепленное на корпусе 2 толщиномера с помощью соединения, включающего винты 3, 4 и штифты 5, 6. Соединение калибровочного приспособления 1 с корпусом фотоэлектрических модулей 7, 8, жестко зафиксированных на корпусе 2 толщиномера, обеспечивает однозначность установки при многократных повторениях операций по калибровке с последующим переходом в режим измерения.

Калибровочное приспособление 1 содержит (фиг.2) плату управления 9, линейный шаговый двигатель (актуатор) 10, на валу 11 которого размещается эталон толщины 12. Плата управления 9 предназначена для формирования управляющих сигналов для актуатора 10.

Фотоэлектрические модули 7 и 8 содержат лазерные излучатели 13, 14 с формирующей оптикой 15, 16 и приемные каналы в составе: ПЗС-линейки, 17, 18, приемные объективы 19, 20 и поворотные зеркала 21, 22.

Полупроводниковые излучатели 13, 14 с формирующей оптикой 15, 16 формируют световые метки О1 и O2, соответственно, на верхней и нижней сторонах эталона 12. Индикатрисы рассеяния в этих точках схематически показаны на фиг.2. Для тестовых оптических сигналов от эталона с толщиной - tet приемными каналами в составе объективов 19, 20, поворотных зеркал 21 и 22 изображение световых меток строится на ПЗС-линейках 17 и 18 в точках O1/ и O2/.

Микроконтроллеры 26 и 27 предназначены для определения номера элемента, соответствующего максимуму видеосигнала при приеме световых меток и формировании управляющих сигналов для ПЗС-линеек.

Кроме того, в корпусе 2 толщиномера находятся: вычислитель 23, клавиатура 24, индикатор 25.

Вычислитель 23 предназначен для расчета калибровочных коэффициентов k1, k2, смещений b1, b2 и расстояний от фотоэлектрических модулей до первой R1i=k1n1i+b1 и второй R2i=k2=n2i+b2 сторон объекта контроля.

Клавиатура 24 предназначена для задания режимов работы толщиномера: калибровка, измерение толщины. Индикатор 25 для отображения результатов вычислений, констант.

Первые входы-выходы платы управления 9 и вычислителя 23 соединены интерфейсной линией связи с протоколом обмена, например по RS-232, для передачи команд от вычислителя 23 через плату управления 9 на линейный шаговый двигатель 10 для установки эталона 12 в зоне измерения Δ в требуемое положение.

Для передачи номера элемента ПЗС-линейки, соответствующего максимуму видеосигнала, вторые и третьи входы-выходы вычислителя 23 соединены интерфейсными линиями связи с одноименными входами-выходами, соответственно, микроконтроллеров 26 и 27.

Работа устройства для калибровки начинается по команде с клавиатуры 24. В соответствии с протоколом обмена от вычислителя 23 по линии связи на 1 вход платы управления 9 поступает команда на установку эталона 12 на границе зоны измерения, например нижней 28. Полупроводниковые излучатели 13, 14 с формирующей оптикой 15 и 16 формируют световые метки O1 и O2 соответственно, на верхней и нижней сторонах эталона 12 с толщиной - tet. По управляющим сигналам с 4 выхода микроконтроллеров 26 и 27 на 5 входы ПЗС-линеек 17, 18 подаются сигналы управления и выполняется сканирование. Номера элементов n1i, n2i, в считанных видеосигналах и соответствующие максимумам видеосигналов, полученных при приеме от световых меток O1 и O2 на эталоне толщиной - tet передаются через последовательно соединенные выходы ПЗС-линеек 17, 18 усилители 31 микроконтроллеры 26, 27 по интерфейсной линии связи через 2 и 3 входы-выходы в вычислитель 23, для расчета калибровочных коэффициентов k1, k2, смещений b1, b2, текущих расстояний от фотоэлектрических модулей до первой R1i=k1n1i+b1 и второй R2=k2n2i+b2 стороны эталона толщины. Для определения базы толщиномера R0 в соответствии с соотношением R0=R1i+R2i+tm, где R1i, R2i, - расстояния от модулей до эталона, tm - толщина эталона используется эталон с секторами, отличающихся по толщине, и который устанавливается для калибровки базы поворотами вокруг оси вала 11, механически связанного с двигателем 10 для измерения базы R0 в i-секторе.

Способ калибровки с помощью вышеописанного устройства выполняется в следующей последовательности: используя штифтованные резьбовые соединения 3, 4 (фиг.1), калибровочное устройство 1 соединяют с толщиномером.

На клавиатуре 24 инициализируется режим калибровки толщиномера (фиг.3). В соответствии с протоколом обмена, по интерфейсной линии связи (фиг.2) между первыми входами-выходами вычислителя 23 и платы управления 9 эталон 12 устанавливается в положение 28, на границе зоны измерения, и по командам вычислителя 23 эталон 12 смещается с шагом - δ к другой 29 границе зоны измерения. Каждый i шаг эталона соответствует предварительно аттестованному расстоянию от фотоэлектрического модуля 7 R1i до одной из сторон эталона и фотоэлектрического модуля 8 до второй стороны эталона R2i. Алгоритм калибровки фотоэлектрических модулей приведен на фиг.4. На каждом шаге расположенные в фотоэлектрических модулях 7 и 8 микроконтроллеры 26, 27 определяют номера элементов, соответствующие максимуму видеосигнала (n1i), (n2i). Для повышения достоверности результатов количество замеров при определении номеров элементов для каждого положения эталона в зоне измерения повторяется N раз. После окончания перемещения эталона до границы зоны измерения 29 градуировочные характеристики первого (R1i, n1i) фотоэлектрического модуля, а затем второго (R2i, n2s) запоминаются вычислительным устройством 23 и используются для расчетов коэффициентов k1 b1, k2, b2, и текущих расстояний до первой R1i=k1n1i+b1 и второй R2i=k2i+b2 стороны эталонов или контролируемых объектов. Алгоритмы калибровки фотоэлектрических модулей (фиг.3) выполняются перед калибровкой базы толщиномера.

Алгоритм калибровки базы толщиномера R0 - расстояние между фотоэлектрическими модулями, которое используется при вычислении толщины как t=R0-R1i-R2i, приведен на фиг.5.

Для калибровки базы толщиномера R0 используется эталон, который состоит из m секторов различной толщины. Для измерения R0 устанавливается сектор эталона tm с минимальной толщиной, который последовательно занимает L положений в зоне измерения Δ=Rmax-Rmin. Для дальнейшей калибровки R0 базы эталон разворачивается и устанавливается сектор с толщиной tm+1. По окончании L-циклов измерений по смещению эталона в зоне измерения Δ и M циклов измерений по толщинам, имеющихся эталонов база толщиномера, рассчитывается как R 0 = 1 L M l = 1 L m = 1 M R ( i , m ) .

Использование вышеизложенных изобретений позволит повысить точность измерений толщины в произвольной точке зоны измерения, так как измеряются текущие расстояния R1i и R2i до каждой стороны объекта контроля, кроме того, контролируется база толщиномера R0, что позволяет компенсировать механические и температурные воздействия на толщиномер.

1. Лазерный толщиномер, содержащий корпус, зону измерения, привод, обеспечивающий перемещение объекта контроля в зоне измерения, размещенные по разные стороны, оптически связанные с контролируемым объектом фотоэлектрические модули, жестко зафиксированные на общем основании и расположенные соосно и перпендикулярно плоскости перемещения контролируемого объекта, многоэлементные фотоприемники, входящие в состав фотоэлектрических модулей, оптически связанные с контролируемым объектом, блок обработки и управления, входы которого соединены с выходам фотоприемников, содержащий задатчик режимов работы, обеспечивающий выбор режима измерения толщины или режима калибровки толщиномера, вычислитель результатов измерений и цифровое табло, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен калибровочным приспособлением, зафиксированным на корпусе толщиномера, обеспечивающим перпендикулярность пучков лазерного излучения к плоскости положения эталона, содержащим плату управления, линейный шаговый двигатель и электромеханический привод для перемещения эталона tet, жестко зафиксированный в зоне измерения на общем основании с фотоэлектрическими модулями, при этом электромеханический привод соединен с первым выходом вычислителя по интерфейсной линии связи через плату управления и линейный шаговый двигатель, а фотоприемники соединены по интерфейсным линиям связи от микроконтроллеров фотоэлектрических модулей через второй и третий выходы с одноименными входами вычислителя.

2. Способ калибровки лазерного толщиномера, заключающийся в том, что предварительно в режиме калибровки толщиномера, включающего два фотоэлектрических модуля, формируют два узких пучка излучения, направленных соосно навстречу друг другу, которые создают на противоположных сторонах эталона - tet световые метки, а на двух линейных оптически связанных с эталоном позиционно-чувствительных многоэлементных фотоприемниках, входящих в состав фотоэлектрических модулей изображения световых меток, фотоприемники одновременно сканируют и измеряют номера элементов, соответствующих максимальному и минимальному значению толщины эталонов, отличающийся тем, что на границе зоны измерения размещают эталон толщины - tet, который дискретно перемещают к другой границе и для каждого положения эталона tet измеряют расстояния R1i, R2i от фотоэлектрических модулей до каждой стороны эталона tet и соответствующие этим расстояниям номера элементов n1i, n2i на многоэлементных фотоприемниках, а затем определяют угловые коэффициенты k1, k2 и смещения b1, b2, калибровочных прямых для каждого фотоэлектрического модуля.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что коэффициенты: k1, k2, b1, b2 определяют, применяя метод наименьших квадратов:

где N - число замеров при снятии градуировочных характеристик,
n1i, n2i - номера элементов на многоэлементных приемниках при замерах,
R1i, R2i - расстояния по градуировочным характеристикам при замерах,
, ,
, ,
а калибровку базы толщиномера R0 выполняют в соответствии с соотношением
,
где L - число шагов при калибровке в зоне измерения,
i - текущий шаг,
М - число эталонов толщины t при калибровке,
m - текущий эталон tm,

где
R1i=k1n1i+b1 и R2i=k2n2i+b2 текущие расстояния от фотоэлектрических модулей до каждой стороны эталона с толщиной tm.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют эталон, состоящий из m секторов различной толщины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению геометрических размеров объектов с помощью триангуляционных лазерных датчиков. Способ калибровки и настройки системы лазерных датчиков, а также устройство, реализующее данный способ, содержит настроечный образец, который ориентируют в трехмерном пространстве по отношению к блоку «камера-лазер» так, что свет, излучаемый лазером, виден камере, лазеры и камеры располагают на определенном расстоянии друг от друга так, что оптические оси лазеров и камер противолежат под определенным углом, определяют свойства лазера от света, записанного камерой, и расположение лазера относительно камеры.

Изобретение относится к способам измерения объектов с малыми размерами. Изображение объекта печатается на фотослайде с дальнейшим увеличением размеров изображения путем его проектирования с помощью диапроектора на экран.

Изобретение относится к волоконно-оптическим преобразователям перемещений. .

Изобретение относится к измерительным приборам неразрушающего контроля технологического оборудования атомных электростанций в условиях затрудненного доступа, в сильных радиационных полях, в жидких и воздушных средах, а именно для дистанционного визуального контроля реакторного пространства, внутренней поверхности технологических каналов, элементов графитовой кладки, подводных металлоконструкций транспортно-технологических емкостей, трубопроводов, сосудов, емкостей, полостей и т.п.

Изобретение относится к технологии экспресс-анализа качества вяжущего материала (связки) на основе -оксида алюминия, применяемого для изготовления огнеупоров. .

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

Дальномер // 2463553
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к дальномерам. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. .

Изобретение относится к оборудованию для измерения ширины изношенной части контактного провода. .

Изобретение относится к способу измерения длины электрического кабеля, содержащему: обеспечение электрического кабеля, имеющего длину и включающего в себя нейтральную ось кабеля и волоконный модуль, вытянутый в продольном направлении вдоль кабеля и включающий в себя оптоволокно, расположенное, по существу, вдоль нейтральной оси, причем оптоволокно механически соединено с кабелем; введение оптического сигнала в оптоволокно; детектирование светового излучения, обратно рассеянного из оптоволокна в ответ на упомянутый введенный оптический сигнал; анализ детектированного обратно рассеянного светового излучения как функции времени, чтобы определить длину оптоволокна, и выведение длины кабеля исходя из длины оптоволокна. Изобретение обеспечивает измерение относительно большой длины кабеля проходящего в том числе сложным маршрутом. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам контроля линейных смещений объектов оптико-электронными методами. Устройство для измерения линейного смещения объекта содержит точечный излучатель, фотоприемную систему, оптически сопряженную с излучателем, включающую оптический фильтр, объектив и фотоприемное устройство, установленное в плоскости изображения объектива и выполненное в виде матричного фотоприемника, соединенного с блоком обработки, а также блок управления излучателем, содержащий канал управления излучателем и микроконтроллер, выходы которого соединены с входом канала управления излучателем. Вход микроконтроллера соединен с блоком обработки, при этом выход канала управления излучателем соединен с входом излучателя, при этом устройство содержит два ретрорефлектора, предназначенных для размещения на контролируемом объекте. Кроме того, точечный излучатель расположен на оптической оси объектива в пределах фотоприемной системы, так что индикатриса его излучения направлена от фотоприемной системы в сторону ретрорефлекторов. Технический результат - снижение энергопотребления излучателем и упрощение обслуживания и эксплуатации устройства в целом. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машино-, станко- и приборостроению и предназначено для контроля линейных размеров изделий на этапах межоперационного, послеоперационного контроля или автоматического контроля и в т.ч. операциях шлифования на различных металлообрабатывающих станках. Предлагаемое изобретение основано на создании и использовании струи жидкости, направленной на контролируемое изделие, используемой в качестве жидкого световода и образующей вместе с используемым волоконно-оптическим преобразователем (ВОП) измерительный канал измерителя. В заявленном способе контроля линейных размеров изделий, в котором используется измеритель и оптически прозрачные измерительный стержень и наконечник с возможностью механического контакта наконечника с изделием, создающий посредством оптического излучения входной световой поток, формирующий в зоне этого механического контакта отраженный световой поток, направляющий отраженный световой поток в измеритель для преобразования в электрический сигнал, измерения его параметров и расчета текущей координаты поверхности изделия и линейного размера изделия. При этом для двунаправленной передачи входного и отраженного световых потоков измерительный стержень и наконечник выполняют в виде потока струи жидкости, направленного к изделию, кроме того, отраженный световой поток формируют поверхностью изделия, причем для двунаправленной передачи входного и отраженного световых потоков, распространяющихся по струе, между ней и измерителем вводят волоконно-оптический преобразователь, направляя входной световой поток в струю жидкости, а также выделяя и передавая часть отраженного светового потока, распространяющегося по струе, для преобразования в электрический сигнал. Технический результат – повышение точности измерений, снижение требований к оптической схеме и упрощение ее конструкции. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу и устройству измерения расстояний рельсового транспортного средства до расположенных сбоку от рельсового транспортного средства предметов, прежде всего края платформы, во время движения рельсового транспортного средства. При реализации способа во время движения рельсового транспортного средства многократно измеряют посредством первой измерительной системы первую величину измерения бокового расстояния, во время движения многократно измеряют посредством второй измерительной системы вторую величину измерения бокового расстояния, точность первой измерительной системы больше, чем второй измерительной системы, однако частота измерения, то есть частота приема величин измерения, первой измерительной системы меньше, чем второй измерительной системы. Путем комбинирования первой и второй величин измерения вычисляют величины расстояния, которые отображают боковое расстояние рельсового транспортного средства в зависимости от момента времени во время движения и/или в зависимости от места на отрезке движения, причем первую и вторую величины измерения комбинируют с использованием соответствующих весовых коэффициентов. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу определения положения по меньшей мере одного края объекта, в частности шнуровидного объекта. Данный способ включает следующие операции: освещение объекта излучением по меньшей мере одного когерентного источника излучения с образованием дифракционной каймы (границы дифракции) на обоих краях геометрической тени, отбрасываемой объектом, и регистрацию пространственного профиля интенсивности по меньшей мере одной дифракционной каймы с помощью по меньшей мере одного линейного или полилинейного оптического датчика. Затем осуществляют дифференцирование по меньшей мере одного зарегистрированного профиля интенсивности по координате, совпадающей с осью расположения элементов приемника, и построение графика результирующего профиля по квадратичной координатной оси. Далее осуществляют сравнение по меньшей мере одного зарегистрированного профиля интенсивности, продифференцированного по указанной координате, по меньшей мере с одним периодическим референтным профилем интенсивности и определение, на основе выполненного сравнения, положения по меньшей мере одного края объекта. Техническим результатом является повышение точности анализа дифракционной картины. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способу определения расстояния от датчика до осветительного устройства. Заявленное осветительное устройство включает в себя, по меньшей мере, первый источник света, сконфигурированный для испускания первого светового пучка, предназначенного для освещения заданной области, и второй источник света, сконфигурированный для испускания второго светового пучка, предназначенного для освещения фоновой области, окружающей заданную область. Датчик, который включен в пределы другого осветительного устройства, предназначен для обнаружения отраженного назад первого светового пучка и отраженного назад второго светового пучка. Способ включает в себя определение расстояния от датчика до осветительного устройства, по меньшей мере частично, на основании сравнения информации, указывающей уровень сигнала обнаруженного, отраженного назад первого светового пучка, и информации, указывающей уровень сигнала обнаруженного, отраженного назад второго светового пучка. Технический результат – повышение точности в определении расстояния от датчика до осветительного устройства. 6 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Заявленная группа изобретений относится к области для измерения геометрических параметров стальных листов в прокатном производстве. Лазерная измерительная система для измерения геометрических параметров листа, движущегося по рольгангу, предназначенная для сбора, состоит из совокупности как минимум девяти лазерных триангуляционных датчиков 2D профилометров, расположенных над поверхностью стального листа на раме, установленной на портал, образующих по меньшей мере три измерительные линии ИЛ1, ИЛ2, ИЛ3 на расстоянии 500 мм друг от друга, перпендикулярных оси рольганга. При этом по меньшей мере по три датчика в первом ряду, во втором ряду и в третьем ряду образуют лазерные линейки L1, L2, L3 с расстояниями между датчиками в каждом ряду. Причем линии удовлетворяют условию перекрытия зон «обзора» лазерных линеек L1, L2, L3 так, чтобы между измерениями в пределах линии ИЛ не было разрыва, и осуществляющие в каждой своей измерительной линии и ряду обработку первичных данных, используемых для построения виртуальной модели поверхности листа. Технический результат – возможность измерения плоскостности, серповидности и ширины листа и исключение влияния на результаты измерений вибраций, изгибов и крутильных колебаний поверхности листа при его перемещении по рольгангу. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам контроля формы внутренних деталей. Способ контроля формы внутренних деталей, включающий в себя этапы доставки внутрь контролируемого оборудования эндоскопа с миниатюрной камерой, выполненного с возможностью измерений, для навигации по траектории которого используется освещение белого света, которое передается по оптическому волокну, после выхода из которого требуемая индикатриса освещенности формируется по меньшей мере одной линзой. Далее осуществляют выравнивание дистального конца эндоскопа ортогонально контролируемой поверхности посредством механической артикуляции. Далее следует этап выключения или приглушения белого света с последующим включением лазера, который посредством оптического волокна, передающего лазерный поток, и конденсатора формирует параллельный пучок лучей, который, проходя через дифракционный оптический элемент, формирует на поверхности объекта контроля изображение с известными размерами, а затем, используя полученное цифровое изображение детали и спроецированное на нее лазерное изображение, производят калибровку с последующим сравнением изображений и в случае выявления несплошностей проводится измерение геометрических параметров детали. Технические результат – повышение эффективности и производительности контроля формы внутренних деталей. 1 ил.

Дифракционный способ измерения линейного размера объекта включает в себя получение дифракционной картины от объекта, её сканирование, преобразование распределения интенсивности в электрический сигнал. Поставленная задача решается на этапе выделения измерительной информации, за счет использования точек перегиба в осциллирующем сигнале, возникающем при регистрации дифракционной картины, положение которых постоянно к изменению неравномерности распределения амплитуды облучающего поля в плоскости измеряемого объекта. Технический результат заключается в уменьшение влияния на результат измерения размера объекта неравномерности распределения амплитуды облучающего поля в плоскости измеряемого объекта. 2 ил.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам профилирования глубины поверхности целевого объекта. Портативное устройство содержит первый источник света, содержащий двумерную матрицу лазеров, имеющий угол раскрыва θр между примерно 5 и примерно 45 градусами, оптическое устройство, имеющее фокусное расстояние порядка нескольких миллиметров, для проецирования двумерного многострочного шаблона подсветки на участок поверхности целевого объекта, причем шаблон подсветки искажается профилем глубины поверхности целевого объекта, устройство захвата изображения, ориентированное под углом θd между примерно 25 и примерно 45 градусами относительно первого источника света, причем угол θd зависит от диапазона глубины и участка поверхности целевого объекта, процессор, выполненный с возможностью обработки захваченного изображения, чтобы восстанавливать профиль глубины двумерного участка поверхности целевого объекта из изображения, захваченного устройством захвата изображения, и средство для определения расстояния между устройством и поверхностью целевого объекта, при этом двумерная матрица содержит множество строк, причем по меньшей мере одна строка смещена вбок по отношению к смежной строке. Способ профилирования глубины поверхности осуществляется посредством устройства с использованием считываемого компьютером носителя данных. Использование изобретений позволяет расширить арсенал средств профилирования глубины поверхности. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к калибровке лазерных толщиномеров, построенных по методу лазерной триангуляции, при котором пучки излучения направлены с двух сторон перпендикулярно к контролируемой поверхности, а принятый оптический сигнал фиксируется многоэлементным приемником. Лазерный толщиномер дополнительно снабжен калибровочным приспособлением. Калибровочное приспособление жестко зафиксировано штифтованным винтовым соединением на корпусе толщиномера, обеспечивающим перпендикулярность пучков лазерного излучения к плоскости положения эталона, и содержит плату управления, линейный шаговый двигатель для перемещения эталона tet, зафиксированного в зоне измерения на общем основании с фотоэлектрическими модулями. При калибровке эталон - tet дискретно перемещают к другой границе зоны измерения и для каждого положения эталона tet измеряют расстояния R1i, R2i от фотоэлектрических модулей до каждой стороны эталона tet. Определяют соответствующие этим расстояниям номера элементов n1i, n2i на многоэлементных фотоприемниках, а затем определяют угловые коэффициенты k1, k2 и смещения b1, b2, калибровочных прямых для каждого фотоэлектрического модуля, применяя метод наименьших квадратов. Технический результат - повышение точности измерения при воздействии вибрации, изменении температуры окружающей среды, волнистости и изогнутости объектов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх