Графо-проекционный муаровый способ измерения



Графо-проекционный муаровый способ измерения
Графо-проекционный муаровый способ измерения
Графо-проекционный муаровый способ измерения
Графо-проекционный муаровый способ измерения
Графо-проекционный муаровый способ измерения
Графо-проекционный муаровый способ измерения

 


Владельцы патента RU 2583852:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) (RU)

Изобретение относится к области проведения измерений деформаций. В графо-проекционном способе проведения измерений объектов на поверхность исследуемого объекта проектором проецируют растр с заданными в установленном на компьютере программном обеспечении параметрами. Далее сканируют это изображение фотокамерой, изображения, полученные таким образом, вводят в компьютер, в котором предварительно заложен «мнимый» растр. При этом «мнимый» растр получают при помощи типографического растра и фотокамеры или проектора, фотокамеры и плоской поверхности или математической модели в лабораторных условиях, при этом «мнимый» растр и изображение, получаемое при помощи сканирования фотокамерой, имеют разную контрастность и цвет. Технический результат - повышение точности измерений деформации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области проведения измерений и может применяться для измерений различных объектов.

Известен способ измерения геометрических несовершенств объектов вручную, заключающийся в использовании для проведении измерений объектов различных измерительных устройств и приспособлений (Кузяков О.Н., Кучерюк В.И. Методы и средства измерения топологии поверхности, перемещений и деформаций. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - 172 с). Известный способ получил широкое использование в дефектоскопии благодаря тому, что он позволяет точно определить местонахождение и размеры дефектов. Главными недостатками известного способа являются его трудоемкость, большие потери времени и существенные денежные затраты при обследовании больших объектов.

Известен теневой муаровый способ измерения формы и перемещений поверхности объекта (Теокарис П. Муаровые полосы при исследовании деформаций. - М.: Мир, 1972. - 336 с.), заключающийся в использовании для проведения измерений фотокамеры, проектора и эталонного растра, изготовленного из стекла или прозрачного пластика, установленного у поверхности объекта, на некотором расстоянии от фотокамеры и проектора. Проектор устанавливают под углом к эталонному растру, фотокамеру устанавливают перпендикулярно эталонному растру, при этом оптические оси фотокамеры и проектора пересекаются в одной точке на поверхности эталонного растра. При проектировании проектором пучка света на эталонный растр, на поверхности объекта возникает картина муаровых полос, которую можно наблюдать на фотокамере.

Достоинствами известного способа являются высокая чувствительность и простота реализации. Недостатками известного способа является необходимость перемещения эталонного растра, ограничение площади поверхности исследования и ограничение его использования при наличии выступающих частей поверхности исследуемого объекта.

Известен проекционный муаровый способ (Новицкий В.В. Новые исследования по методу муаров // Расчет пространственных конструкций. - М: Стройиздат, вып. 11, 1967.), заключающийся в использовании для проведения измерений проектора и матовой пластины, на которую нанесен эталонный растр. При помощи проектора на матовую пластину проектируются объектные растры, снятые на пленку фотоаппарата. Поворот объектных растров осуществляется совместно с проектором при помощи поворотных устройств. Муаровые полосы образуются за счет поворота проектируемого объектного растра на угол 3-10° относительно начального положения.

Известный способ не получил распространения из-за низкой чувствительности и необходимости применения контрольных растров.

Известен электронно-проекционный муаровый способ измерения формы и перемещений поверхности объекта (RU 2065570 C1, МПК6 G01N 21/00, опубл. 20.08.96), заключающийся в использовании для проведения измерений фотокамеры, проектора и компьютера с программным комплексом, обеспечивающим сложение модели эталонного растра - «мнимого» растра, заданного по формуле, и объектного растра, полученного с фотокамеры. Таким образом, известный способ моделирует теневой муаровый способ.

Достоинством известного способа является возможность бесконтактного исследования поверхностей значительных размеров с выступающими частями и имеющими повышенную температуру.

Недостатками известного способа является накапливание погрешностей при построчном сканировании объектного растра и трудоемкость его обработки.

Известный способ является наиболее близким к заявляемому техническому решению и принят за прототип.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является расширение технических возможностей графо-проекционного муарового способа измерений.

Техническим результатом применения предлагаемого технического решения является повышение точности определения топологии поверхности объектов, повышение качества распознавания, повышение точности измерений.

Указанный технический результат достигается тем, что для осуществления метода используют фотокамеру и проектор, управление оптической системой осуществляют при помощи компьютера, при этом проектор устанавливают под углом к поверхности исследуемого объекта, а фотокамеру перпендикулярно к поверхности исследуемого объекта. В компьютер заложено изображение «мнимого» растра, полученного заранее в лабораторных условиях на определенном расстоянии. «Мнимый» растр может быть получен в лабораторных условиях при помощи типографического растра, с использованием проектора или задан как математическая модель. В компьютере задается эталонный растр, параметры которого зависят от расстояния до исследуемого объекта. При помощи проектора эталонный растр проецируется на исследуемый объект. Затем фотокамерой осуществляют сканирование объектного растра, и в цифровом формате по линии связи изображение передается на компьютер. В компьютере, в установленном программном обеспечении, происходит сложение «мнимого» растра и объектного растра и получение картины муаровых полос. Далее, в программном обеспечении, установленном на компьютере, по заданным формулам вычисляют центры муаровых полос на поверхности исследуемого объекта, расстояния от центров муаровых полос до плоскости «мнимого» растра, расстояния от центров муаровых полос до оптической системы и величины деформаций.

В заявленном техническом решении получение «мнимого» растра происходит при помощи типографического растра и фотокамеры, с использованием проектора, фотокамеры и плоской поверхности, либо как математической модели, для повышения качества картин муаровых полос применяют «мнимый» растр и объектный растр разной контрастности и цвета.

Принцип реализации графо-проекционного муарового способа измерения представлен на фиг. 1, на фиг. 2 и 3, где показан процесс получения «мнимого» растра, на фиг. 4 показана схема вычисления расстояния от оптической системы, включающей проектор и фотокамеру, до поверхности обследуемого объекта, на фиг. 5 показана структурная схема алгоритма графо-проекционного муарового способа измерения.

Для повышения качества картин муаровых полос, в отличие от известного способа, принятого за прототип, могут применяться «мнимый» растр 3 и объектный растр 9 разной контрастности и цвета, при пересечении линий которых образуется более контрастная картина муаровых полос, что повышает качество распознавания.

Для осуществления графо-проекционного муарового способа измерения необходимы фотокамера 1 и проектор 2, устанавливающиеся на одной поворотной платформе. Регулировка оптических осей проектора и фоторегистрирующего устройства, а также поворот платформы осуществляется дистанционно шаговыми двигателями. Это позволяет исследовать начальные несовершенства цилиндрических поверхностей (резервуаров). (Кучерюк В.И., Якубовский Ю.Е. Определение начальной погиби оболочек теневым муаровым методом // Заводская лаборатория, М.: 1983, №2, с. 77-80). Управление оптической системой осуществляется посредством компьютера 5 (фиг. 1). Проектор 2 устанавливают под углом к поверхности исследуемого объекта 4, а фотокамеру 1 - перпендикулярно к поверхности исследуемого объекта 4.

В компьютер 5 заложено изображение «мнимого» растра 3, полученного заранее в лабораторных условиях на расстоянии d (фиг. 2, 3). «Мнимый» растр 3 для расстояния d может быть получен:

- при помощи типографического растра 10 и фотокамеры 1 (фиг. 2);

- с использованием проектора 2, фотокамеры 1 и плоской поверхности 11 (фиг. 3);

- как математическая модель.

«Мнимый» растр 3 для расстояния d при помощи типографического растра 10 и фотокамеры 1 может быть получен следующим образом (фиг. 2). Плоский типографический растр 10 с шагом полос а располагают на расстоянии d от фотокамеры 1, расположенной перпендикулярно к типографическому растру 10. При помощи фотокамеры 1 осуществляют сканирование объектного растра и передачу его в цифровом формате по линии связи 6 на компьютер 5. В компьютере 5, в установленном программном обеспечении, происходит обработка полученного изображения и получение «мнимого» растра 3 для расстояния d.

«Мнимый» растр 3 для расстояния d может быть задан как математическая модель. В этом случае объектный растр, получаемый при обследовании объекта, также переводится в математическую модель, и эталонный и объектный растр складываются при помощи известных формул определения шага полос.

Исследование объекта 4 при помощи графо-проекционного муарового способа измерения проводят следующим образом (фиг. 1).

В компьютере 5, в установленном программном обеспечении, задают эталонный растр с шагом полос а, параметры которого зависят от расстояния до исследуемого объекта 4.

При помощи проектора 2 эталонный растр проецируют на поверхность объекта 4.

Затем фотокамерой 1 осуществляют сканирование объектного растра 9 и в цифровом формате по линии связи 6 изображение передается на компьютер 5.

В компьютере 5, в установленном программном обеспечении, происходит сложение «мнимого» растра 3 для расстояния d и объектного растра 9, получение и обработка картины муаровых полос. При этом должно соблюдаться условие

aп=aф,

где aп - шаг полос проектора 2 при заданном расстоянии d, aф - шаг полос фотокамеры 1 при заданном расстоянии d.

При наложении «мнимого» растра 3 и объектного растра 9 разной контрастности и цвета, после обработки, места пересечения темных линий «мнимого» растра 3 и объектного растра 9 образуют контрастную картину муаровых полос.

Далее в программном комплексе, установленном на компьютере 5, по заданным формулам вычисляют центры муаровых полос на поверхности объекта 4, расстояния h от центров муаровых полос до плоскости «мнимого» растра 3, расстояния D от центров муаровых полос до оптической системы, включающей фотокамеру 1 и проектор 2 и величины деформаций (фиг. 5).

Расстояние D от центров муаровых полос до оптической системы, включающей фотокамеру 1 и проектор 2, определяют по формуле

D=d+h,

где d - расстояние от оптической системы до плоскости «мнимого» растра 3, h - расстояние от центров муаровых полос до плоскости «мнимого» растра 3.

Расстояние h от центров муаровых полос до плоскости «мнимого» растра 3 определяется по формуле

h = n a tan α ,

где а - шаг полос «мнимого» растра 3, n - порядок полосы, α - угол падения лучей проектора.

Шаг полос а «мнимого» растра 3 определяется по формуле

a=maэm,

где m - масштаб «мнимого» растра 3, aэm - шаг полос «мнимого» растра 3, определяемый путем прямых измерений при получении «мнимого» растра 3 для расстояния d в лабораторных условиях.

Масштаб мнимого растра 3 определяют по формуле (фиг. 5)

m = d э m d ,

где dэm - расстояние до «мнимого» растра 3, d - расстояние до задаваемого «мнимого» растра 12.

С учетом угла падения лучей для каждой точки, угол падения лучей проектора определяют по формуле

arccos α = d cos α υ d 2 + x 2 + y 2 + 2 d x sin α υ ,

где d - расстояние от фокуса фотокамеры до центра светового пятна на поверхности объекта, αυ - угол между центральным лучом и нормалью к поверхности объекта, x, y - координаты точки поверхности объекта.

1. Графо-проекционный способ проведения измерений объектов, характеризующийся тем, что на поверхность исследуемого объекта проектором проецируют растр с заданными в установленном на компьютере программном обеспечении параметрами, сканируют это изображение фотокамерой, изображения, полученные таким образом, вводят в компьютер, в котором предварительно заложен «мнимый» растр, отличающийся тем, что «мнимый» растр получают при помощи типографического растра и фотокамеры или проектора, фотокамеры и плоской поверхности или математической модели в лабораторных условиях, при этом «мнимый» растр и изображение, получаемое при помощи сканирования фотокамерой, имеют разную контрастность и цвет, а при получении картины муаровых полос должно соблюдаться условие
апф,
где ап - шаг полос проектора при заданном расстоянии, аф - шаг полос фотокамеры при заданном расстоянии.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояние от центров муаровых полос до плоскости «мнимого» растра определяют по формуле
,
где а - шаг полос «мнимого» растра, n - порядок полосы, α - угол падения лучей проектора, вычисляемый по формуле
α=maэm,
где m - масштаб «мнимого» растра, aэm - шаг полос «мнимого» растра, определяемый путем прямых измерений при получении «мнимого» растра в лабораторных условиях, при этом m вычисляют по формуле
,
где dэm - расстояние до «мнимого» растра, d - расстояние до задаваемого «мнимого» растра.



 

Похожие патенты:

В способе определения расстояния до объекта используется видеоизмерительное устройство, включающее первый излучатель света и второй излучатель света, при этом первый излучатель света может испускать свет через отверстие по меньшей мере с одним тенеобразующим элементом.

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.

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.

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.

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.).

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.

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.

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.

Изобретение может быть использовано для определения геометрических несовершенств стенки магистральных трубопроводов (вмятин, трещин, овальностей и т.д.) и напряженно-деформированного состояния трубопроводов.

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.
Наверх