Видеоизмерительное устройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности



Видеоизмерительное устройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности
Видеоизмерительное устройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности

 


Владельцы патента RU 2584370:

Открытое акционерное общество "Государственный специализированный проектный институт" ОАО "ГСПИ" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может служить для бесконтактного автоматизированного контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности, например ракетной шахты. Видеоизмерительное устройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности содержит телекамеру и экран, неподвижно закрепляемые над контролируемой поверхностью, и перемещаемый внутри этой поверхности корпус с закрепленными на нем визирными марками, находящимися в поле зрения телекамеры. При этом в корпусе устройства установлена вертикальная полая ось и связанные с ней шаговый двигатель и датчик угла. Внутри полой оси установлен лазерный дальномер, на полой оси закреплено вращаемое зеркало и параллельно с ним, когда оно находится в исходном угловом положении, установлено неподвижное зеркало. Кроме того, когда вращаемое зеркало находится в исходном положении, луч лазерного дальномера отклоняется в горизонтальном направлении на неподвижное зеркало, отклоняющее его в вертикальном направлении на экран, а при других положениях вращаемого зеркала луч лазерного дальномера направляется в горизонтальной плоскости на контролируемую поверхность. Технический результат - повышение точности измерений. 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может служить для бесконтактного автоматизированного контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности, например ракетной шахты.

Известно устройство для контроля внутренней поверхности труб (РВП-457), содержащее кольцевой осветитель и систему визуального наблюдения [1].

Известно устройство для контроля внутренней поверхности тел, содержащее кольцевой осветитель с фоконом и систему визуального наблюдения с промышленной телевизионной установкой [2].

Известно устройство, содержащее установленные с двух сторон и внутри контролируемой поверхности оптически связанные между собой кольцевой источник света, отражатель и фотоприемник на основе многоэлементной двумерной матрицы, выходной сигнал которого обрабатывается в регистрирующем устройстве [3].

Известно устройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности, содержащее телекамеру с ПЗС-матрицей, кольцевой источник света и ряд других узлов [4].

Недостатком первых двух устройств является визуальный съем информации, что приводит к ошибкам оператора.

Недостатком третьего устройства является расположение узлов с двух торцов контролируемой поверхности, что не приемлемо, например, для измерений в ракетной шахте.

Недостатком четвертого устройства является очень сложная конструкция, содержащая много узлов.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является видеоустройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности [5], содержащее неподвижную телекамеру, закрепляемую в верхней части контролируемой поверхности, и корпус, перемещаемый внутри этой поверхности, на корпусе закреплены визирные марки, находящиеся в поле зрения неподвижной телекамеры, в корпусе за верхним и нижним кольцевыми окнами установлены соответственно вторая телекамера и кольцевой источник света, причем в поле зрения второй телекамеры находится контролируемая поверхность, освещенная узким светом кольцевого источника света.

Основным недостатком прототипа является зависимость точности измерений от высотного положения корпуса внутри контролируемой поверхности и от оптических искажений объектива телекамеры, установленной в корпусе.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерений путем устранения недостатков, присущих прототипу.

Сложность задачи состоит в том, что при перемещении корпуса внутри контролируемой поверхности он может смещаться и поворачиваться относительно начального положения и это необходимо учитывать, чтобы избежать соответствующих погрешностей измерений.

Предлагаемое видеоизмерительное устройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности, содержащее телекамеру и экран, неподвижно закрепляемые над контролируемой поверхностью, и перемещаемый внутри этой поверхности корпус с закрепленными на нем визирными марками, находящимися в поле зрения телекамеры, в отличие от прототипа и в соответствии с изобретением в корпусе установлена вертикальная полая ось и связанные с ней шаговый двигатель и датчик угла, внутри полой оси установлен лазерный дальномер, на полой оси закреплено вращаемое зеркало и параллельно с ним, когда оно находится в исходном положении, установлено неподвижное зеркало, при этом, когда вращаемое зеркало находится в исходном положении, луч лазерного дальномера отклоняется в горизонтальном направлении на неподвижное зеркало, отклоняющее его в вертикальном направлении на экран, а при других положениях вращаемого зеркала луч лазерного дальномера направляется в горизонтальной плоскости на контролируемую поверхность.

Указанная цель в заявленном видеоизмерительном устройстве достигается тем, что измерение высоты корпуса внутри контролируемой поверхности и измерение радиусов точек этой поверхности осуществляются с помощью лазерного дальномера, характеризуемого неизменной точностью.

На фиг.1 показана схема предлагаемого видеоизмерительного устройства, содержащего телекамеру 1 и экран 2, закрепленные над контролируемой поверхностью 6, и корпус 5, перемещаемый внутри этой поверхности. На корпусе 5 установлены визирные марки 3 и 4, внутри корпуса установлены полая ось 11 с закрепленным на ней вращаемым зеркалом 7, неподвижное зеркало 8, лазерный дальномер 12 внутри полой оси 11, шаговый двигатель 9 и датчик угла 10, связанные с полой осью 11. В схеме также содержится компьютер, не показанный на фиг.1, в который поступают выходные сигналы телекамеры 1, датчика угла 10 и лазерного дальномера 12 и из которого передаются сигналы управления шаговым двигателем 9 и лазерным дальномером 12.

На фиг.2 показаны изображения 13 и 14 визирных марок 4 и 6 в видеокадре телекамеры 2, расположенные под углом φ к координатной оси X видеокадра.

Работа видеоизмерительного устройства состоит в следующем.

Корпус 5 устанавливается в верхнем фиксированном положении внутри контролируемой поверхности 6, в котором:

- на основе компьютерной обработки изображений 13 и 14 визирных марок 3 и 4 в видеокадре телекамеры 1 вычисляется верхний угол φB этих изображений;

- с помощью лазерного дальномера 12, вращаемого зеркала 7, находящегося в исходном положении, и неподвижного зеркала 8 луч лазерного дальномера 12 направляется на экран 2 и измеряется верхняя высота hB корпуса 5;

- на основе компьютерной обработки изображений 13 и 14 визирных марок 3 и 4 в видеокадре телекамеры 1 вычисляются координаты XB,YB общего центра этих изображений.

Корпус 5 устанавливается в нижнем фиксированном положении внутри контролируемой поверхности 6, в котором:

- на основе компьютерной обработки изображений 13 и 14 визирных марок 3 и 4 в видеокадре телекамеры 1 вычисляется нижний угол φH этих изображений и разность углов αHHB;

- с помощью лазерного дальномера 12, вращаемого зеркала 7, находящегося в исходном положении, и неподвижного зеркала 8 луч лазерного дальномера 12 направляется на экран 2 и измеряется нижняя высота hH корпуса 5;

- на основе компьютерной обработки изображений 13 и 14 визирных марок 3 и 4 в видеокадре телекамеры 1 и с учетом разности углов αH вычисляются координаты XH,YH общего центра этих изображений.

Корпус 5 устанавливается в заданном сечении контролируемой поверхности 6, в котором:

- на основе компьютерной обработки изображений 13 и 14 визирных марок 3 и 4 в видеокадре телекамеры 1 вычисляется текущий (на момент выполнения измерений) угол φ этих изображений и текущая разность углов α=φ-φB;

- с помощью лазерного дальномера 12, вращаемого зеркала 7, находящегося в исходном положении, и неподвижного зеркала 8 луч лазерного дальномера 12 направляется на экран 2 и измеряется текущая высота h корпуса 5;

- на основе компьютерной обработки изображений 13 и 14 визирных марок 3 и 4 в видеокадре телекамеры 1 и с учетом текущей разности углов α вычисляются текущие координаты X,Y общего центра этих изображений;

- решением уравнения прямой, соединяющей верхнюю с координатами hB,XB,YB и нижнюю с координатами hH,XH,YH точки, вычисляются текущие координаты Х0,Y0 точки этой прямой в видеокадре телекамеры 1;

- с учетом текущей разности углов α и текущими координатами X,Y вычисляются текущие смещения ΔX=X-Х0 и ΔY=Y-Y0 корпуса 5 в направлениях координатных осей видеокадра телекамеры 1;

- с помощью шагового двигателя 9 и датчика угла 10 вращаемое зеркало 7 поворачивается на фиксированный угол, при котором луч лазерного дальномера направляется на контролируемую поверхность 6, затем оно поворачивается с заданным угловым шагом и на каждом из n шагов измеряются текущие расстояния S1…Sn точек контролируемой поверхности 6;

- с учетом текущих расстояний S1…Sn, текущих смещений ΔX,ΔY и текущего угла поворота β вращаемого зеркала 7 вычисляются искомые радиусы точек контролируемой поверхности 6:

R = Δ Y sin β + Δ X cos β ± ( Δ Y sin β + Δ X cos β ) 2 Δ X 2 Δ Y 2 + ( S n S 0 ) 2 ,

где S0 - константа («место нуля»), определяемая на основе калибровочных измерений.

Знак перед корнем определяется в зависимости от величины текущего угла β поворота вращаемого зеркала 7 и знаков текущих смещений ΔХ и ΔY.

Аналогично определяются радиусы точек в других сечениях контролируемой поверхности 6.

Измерения выполняются под управлением компьютерной программы в автоматическом режиме. Результаты измерений в виде цифрового образа контролируемой поверхности записываются в памяти компьютера.

Неровности контролируемой поверхности определяются на основе обработки цифрового массива данных, записанного в памяти компьютера.

Источники информации

1. Прибор смотровой РВП-457, техническое описание и инструкция по эксплуатации.

2. Патент SU №1793210 от 03.06.1991. Устройство для контроля внутренней поверхности тел.

3. Патент RU №2245516 от 15.04.2003. Устройство для контроля отверстий деталей.

4. Патент US №4899277 А от 06.02.1996. Bore hole scanner with position detecting device and light polarizers.

5. Патент RU №2425327 от 27.07.2011. Видеоустройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности.

Видеоизмерительное устройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности, содержащее телекамеру и экран, неподвижно закрепляемые над контролируемой поверхностью, и перемещаемый внутри этой поверхности корпус с закрепленными на нем визирными марками, находящимися в поле зрения телекамеры, отличающееся тем, что в корпусе установлена вертикальная полая ось и связанные с ней шаговый двигатель и датчик угла, внутри полой оси установлен лазерный дальномер, на полой оси закреплено вращаемое зеркало и параллельно с ним, когда оно находится в исходном угловом положении, установлено неподвижное зеркало, при этом, когда вращаемое зеркало находится в исходном положении, луч лазерного дальномера отклоняется в горизонтальном направлении на неподвижное зеркало, отклоняющее его в вертикальном направлении на экран, а при других положениях вращаемого зеркала луч лазерного дальномера направляется в горизонтальной плоскости на контролируемую поверхность.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для внутритрубного контроля трубопроводов и может быть использовано для диагностики трубопроводов среднего диаметра, а также составления профиля трубопровода.

Изобретение относится к области материаловедения и может использоваться для оценки микронеровностей на плоских поверхностях без применения специальных дорогостоящих измерительных средств.

Изобретение относится к способам определения складок. Устройство определения складок включает в себя: световой проектор, который при перемещении относительно многослойного объекта, сформированного посредством укладки электродов и сепараторов, проецирует щелевой свет на крайний внешний из сепараторов, также свет проецируется на камеру, которая выполняет съемку формы щелевого света на сепараторе; и модуль управления, который вычисляет градиент сепаратора на основе отснятой формы щелевого света и определяет наличие складки на основе вычисленного градиента.

Изобретение относится к технике проведения измерений и определения отклонений от плоскостности плоских поверхностей различной площади и протяженности, в частности поверочных, монтажных и разметочных плит, элементов технологического оборудования и устройств, требующих обеспечения плоскостности или горизонтальности установки.

Способ бесконтактного измерения параметров шероховатости поверхности объектов относится к информационно-измерительной технике. При измерении шероховатости направляют на измеряемую поверхность пучок зондирующего излучения, формируют область освещенной излучением поверхности, измеряют характеристики отраженного излучения, изменяют размер освещающего пятна х на измеряемой поверхности в диапазоне от 0 до L, определяют функцию распределения среднеквадратического отклонения высоты шероховатости зависимости Rq(x) и ее производную Rq'x(x), при этом среднеарифметическое значение высоты шероховатости определяется по формуле: R a = 1 L ∫ 0 L R q 2 ( x ) + 2 R q ( x ) R q x ' ( x ) x d x ,                           ( 1 ) причем поверхность освещают поочередно на двух длинах волн, регистрируют в направлении зеркального отражения оптические изображения освещаемых областей поверхности объекта, а среднеквадратическое значение высоты неровностей Rq определяют по формуле: R q = λ 1 λ 2 π cos ψ ⋅ − ln k 12 + ln a λ 1 2 − λ 2 2 ,                     ( 2 ) k12 - отношение видеосигналов для всех элементов; i и j изображений; uij - величины видеосигналов изображений, полученных на длинах волн λ1 и λ2; ψ - угол освещения пластины; N - число элементов в строке изображения поля зеркально отраженного излучения поверхности объекта; K - число строк в изображении поля зеркально отраженного излучения поверхности объекта.

Устройство относится к средствам контроля геометрических параметров макродефектов внутренней поверхности труб, например, нефтяного сортамента. Заявленное устройство контроля макродефектов на внутренней поверхности труб содержит излучатель, приемник излучения, цилиндрический корпус направляющую трубу, механически связанную с электроприводом и установленную вдоль оси корпуса, концевой выключатель, блок управления, блок питания, связанный через блок управления с концевым выключателем, при этом на внутренней поверхности цилиндрического корпуса выполнены симметричные пазы, в каждый из которых установлены четыре пары направляющих роликов с шагом в 90°, ось каждого ролика жестко связана с кронштейном, имеющим возможность перемещения вдоль нормали к поверхности цилиндрического корпуса, при этом каждый кронштейн подпружинен относительно цилиндрического корпуса, другой конец пружины опирается на датчик давления, направляющая труба установлена с помощью подшипников в цилиндрическом корпусе с возможностью вращательного движения, направляющая труба и цилиндрический корпус связаны между собой зубчатой парой, одно из колес которой связано с электроприводом, на одной оси с корпусом установлен с возможностью осевого перемещения шток, опирающийся на пружину, второй конец пружины опирается на датчик давления установленный на фланце цилиндрического корпуса, при этом на части штока, находящейся вне внутренности цилиндрического корпуса, концевой выключатель установлен на штоке вне корпуса и касается торца контролируемой трубы, на торце направляющей трубы укреплен излучатель, перед излучателем размещена мембрана, в которой выполнены параллельные щели, имеющая угол наклона в сторону приемника излучения, в направляющей трубе выполнено окно между мембраной и приемником излучения.

(57) Способ осуществляют при помощи устройства (10), содержащего датчик изображений, световой источник (26) освещения и средства (18, 22) относительного перемещения датчика (24) изображений, светового источника (26) и механической детали (14).

Способ визуально-оптического контроля поверхности глазом или с помощью микроскопа заключается в том, что между эталонной и контролируемой поверхностями помещают слой жидкости толщиной не более 10 мкм с показателем преломления больше, чем у контактирующих с ней оптических деталей, вводят в этот слой лазерное излучение, идущее по слою с полным внутренним отражением, и наблюдают свет, сконцентрированный и рассеянный на аномалиях и дефектах поверхности.

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.

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.
Наверх