Способ определения координат точек поверхности и устройство для его осуществления

 

Использование: измерительная техника. Сущность изобретения: устройство содержит корпус 1, две визирные трубы 2 и 3, установленные на фиксированной базе друг относительно друга, с возможностью наклона и разворота труб друг относительно друга, и приспособления для отсчета углов наклона и разворота труб. Труба 3 снабжена блоком 9 формирования изображения контрольной марки, причем оптические оси блока 9 формирования изображения и трубы 3 совмещены. Устройство снабжено измерителем фиксированной базы. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения трех координат точек изделия.

Известно устройство для определения координат точек изделий [1] и [2] содержащее корпус, зрительную трубу, имеющую возможность поворота в двух взаимно перпендикулярных плоскостях относительно корпуса, горизонтальный и вертикальный лимбы, установленные на осях поворота зрительной трубы, линейную шкалу, установленную вертикально по оси корпуса в плоскости, проходящей через линию визирования трубы.

Недостатками устройства является низкая точность и производительность измерений координат вследствие необходимости перемещения зрительной трубы в двух крайних положениях по шкале, необходимость установки контрольных марок на изделие, отсутствие возможности автоматизации измерений и обработки результатов.

Более близким по технической сущности к предлагаемому способу и устройству для определения координат точек является техническое решение [3] содержащее две зрительные трубы, одна из которых расположена под углом 90^o к общей оси их наклона, а вторая разворачивается на точку визирования на дополнительный горизонтальный угол, а расстояние до осей двух труб фиксировано.

Недостатком по-прежнему является низкая точность и производительность измерений вследствие необходимости установки визирных марок на поверхность изделия, а также необходимости двух операций визирования трубами на каждую визирную марку. Кроме того, дополнительная погрешность возникает из-за трудноопределяемости начала отсчета в декартовой системе координат, установленного в геометрической середине базового расстояния, а также сложность определения фактической величины базовых расстояний от начала отсчета до оптических осей зрительных труб, что ухудшает точность.

Задачей изобретения является создание точного и производительного способа определения координат точек изделий и устройства для его осуществления.

Решение указанной задачи основывается на визировании изображения точки контрольной марки на поверхности изделия с одной из двух позиций, причем со второй позиции проецируют изображение контрольной марки на точку поверхности, а с первой позиции визируют изображение контрольной марки, измеряют величину фиксированной базы, а координаты точки определяют в декартовой системе, начало которой совпадает по отсчету с первой позицией.

Способ реализуется в устройстве, содержащем корпус, две визирные трубы, расположенные на фиксированной базе друг относительно друга, при этом первая визирная труба установлена с возможностью поворота в двух взаимно перпендикулярных плоскостях относительно корпуса, а вторая визирная труба установлена с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно корпуса, приспособление отсчета их углов поворота, устройство снабжено связанным со второй трубой блоком формирования изображения контрольной марки на точку поверхности, при этом оптические оси блока формирования изображения марки и второй визирной трубы совмещены.

На чертеже схематично изображена принципиальная схема устройства. Устройство содержит корпус 1, который связан с двумя визирными трубами 2 и 3, внутри корпуса установлен фотоэлектрический преобразователь линейных перемещений 4 с отсчетным устройством 5, фиксирующим базовое расстояние L между осями двух труб.

Труба 2 снабжена двумя угломерными фотоэлектрическими отсчетными устройствами углов 6 и 7, определяющими соответственно горизонтальные и вертикальные углы наклона трубы 2. Визирная труба 3 имеет одно угломерное фотоэлектрическое отсчетное устройство 8, определяющее горизонтальный угол ε₂ поворота трубы 3. Дополнительно труба 3 снабжена блоком 9 формирования изображения контрольной марки на точку поверхности, при этом оптические оси блока формирования изображения марки и второй визирной трубы совмещены.

Устройство позволяет определить три координаты X_A, Y_A, Z_A точки A в декартовой системе координат. Начало отсчета 0 этой системы совпадает с позицией визирования трубы 2, а горизонтальные оси поворота труб 2 и 3 совпадают с осью ординат OY.

Оси двух визирных труб 2 и 3 лежат в единой горизонтальной плоскости, а ось отсчета по преобразователю линейных перемещений 4 параллельна фиксированной базе L, что позволяет выдержать принцип компаратора при измерении величины фиксированной базы.

При работе устройства по указанному способу сначала проецируют изображение контрольной марки 10 с помощью блока формирования изображения 9 по оптической оси трубы 3 на любую контролируемую точку изделия A и снимают отсчет горизонтального угла разворота ε₂, а затем с помощью визирной трубы 2 визируют на изображение контрольной марки 10 в точке A изделия, снимая при этом по угломерным устройствам 6 и 7 соответствующие углы горизонтального и вертикального разворотов ε₁ и ϕ, а по преобразователю линейных перемещений 4 с помощью фотоэлектрического отсчетного устройства 5 измеряют величину фиксированной базы. Три координаты точки A изделия определяют в декартовой системе координат по формуле: Отметим, что отсчеты ε₁ и ε₂ производят в направлении правого винта, знаки углов указаны на фиг.1.

Достаточно высокая производительность и точность измерений достигается за счет введения блока формирования изображения контрольной марки в одну из труб и остается единственной операцией визирования первой трубой на изображение контрольной марки, а также совмещение начала с этой трубой в декартовой системе координат.

За счет введения измерителя фиксированной базы определяется фактическое значение величины базы L, учитывающее, например, температурные деформации.

Пределы визирования в случае использования труб типа ППС составляют от 0,5 до 20 м. Погрешность измерения каждой из координат при окулярном визировании составляет не более ±(0,005+D/100) мм, где D дистанция до измеряемой точки в метрах.

Формула изобретения

1. Способ определения координат точек поверхности, основанный на визировании точки поверхности с одной из двух позиций, расположенных на фиксированной базе с одной плоскостью визирования, заключающийся в том, что определяют координаты точки в декортовой системе координат путем измерения двух углов отсчета в горизонтальной плоскости и одного угла отсчета в вертикальной плоскости, отличающийся тем, что с второй позиции проецируют изображение контрольной марки на точку поверхности, а с первой позиции визируют изображение контрольной марки, измеряют величину фиксированной базы, а координаты точки, определяемые в декартовой системе, начало отсчета которой совпадает с первой позицией, определяют из соотношений где L измеренная величина фиксированной базы; ϕ - угол отсчета места в вертикальной плоскости; ε₁ и ε₂ - углы правовинтового отсчета в горизонтальной плоскости с первой и второй позиции соответственно.

2. Устройство для определения координат точек поверхности, содержащее корпус, две визирные трубы, расположенные на фиксированной базе друг относительно друга, при этом первая визирная труба установлена с возможностью поворота в двух взаимно перпендикулярных плоскостях относительно корпуса, а вторая визирная труба установлена с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно корпуса, а также приспособления отсчета их углов поворота, отличающееся тем, что оно снабжено связанным с второй трубой блоком формирования изображения контрольной марки на точку поверхности, при этом оптические оси блока формирования изображения марки и второй визирной трубы совмещены.

РИСУНКИ

Рисунок 1