Оптико-электронное устройство для измерения длины и контроля кривизны труб

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного измерения линейных размеров различных объектов, предпочтительно длины и кривизны труб, например, при их цеховом ремонте. Устройство содержит электронный блок и оптическую измерительную головку, включающую проекционный объектив с линейным увеличением Bet, фокусным расстоянием f, относительной дисторсией δУ_об и углом поля зрения W и соединенную с электронным блоком ПЗС-линейку с прямоугольными чувствительными площадками размером А на В. Выполняются условия Bet=B/d, δУ_об<δД_тр/Д_{тр.макс}, А=Bet•δД_тр, tg W=Д_{тр.макс}/L, А•N≤2f tg W, где d - внешний диаметр трубы, L - расстояние от ОИГ до трубы, N - число элементов ПЗС линейки, δД_тр - максимально допустимая абсолютная погрешность измерения длины трубы, Д_{тр. макс} - максимально измеряемая длина трубы. Обеспечено упрощение конструкции за счет исключения подвижных узлов, повышение быстродействия и точности измерения, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности одновременного измерения длины и кривизны контролируемого объекта. 2 ил.

Оптико-электронное устройство для измерения длины и контроля кривизны труб Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного измерения линейных размеров различных объектов, предпочтительно длины и кривизны (саблевидности) труб, например, при их цеховом ремонте.

Известно устройство для измерения длин труб (US 4701869), включающее отражатель, устанавливаемый с возможностью перемещения на одном конце трубы, лазер, устанавливаемый на втором конце трубы с возможностью перемещения, и электронный блок, связанный с ЭВМ.

Недостатком данного устройства является наличие подвижных устройств, необходимость крепления на трубе отражателя, большое время измерения и невозможность одновременного контроля длины и кривизны труб.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции за счет исключения в устройстве подвижных узлов, повышение быстродействия и точности измерения и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности одновременного измерения длины и кривизны контролируемого объекта.

Указанный технический результат достигается тем, что оптико-электронное устройство для автоматизированного измерения длины и кривизны трубы содержит электронный блок и оптическую измерительную головку (ОИГ), включающую проекционный объектив с линейным увеличением Bet, фокусным расстоянием f, относительной дисторсией δУ_об и углом поля зрения tgW и соединенную с электронным блоком ПЗС-линейку с прямоугольными чувствительными площадками размером А на В, причем измеряемые длина трубы Д_тр и средняя кривизна Кср трубы вычисляются соответственно по формулам Д_тр=А(N2-N1)/Bet, К_ср=2 Bet (U_ср-Uо)В/(А²(N_ср-Nо²), где N1, N2 - номера площадок ПЗС линейки, соответствующие концам трубы, U_cp, N_cp - относительная величина сигнала и номер площадки ПЗС линейки, соответствующие максимальному смещению изображения трубы в ее средней части, Uo, No - относительная величина сигнала и номер площадки ПЗС линейки, соответствующие смещению трубы на ее конце, при этом выполняются условия Bet=B/d, (1) δУ_об<δД_тр/Д_{тр.макс} (2) A=Bet•δД_тр (3) tg W=Д_тр.мах/L, (4)
A•N≤2f tg W, (5) где
d - внешний диаметр трубы,
L - расстояние от объектива ОИГ до трубы,
где N - число элементов ПЗС линейки,
δ_Дтр - максимально допустимая абсолютная погрешность измерения длины трубы,
Д_{тр.макс} - максимально измеряемая длина трубы,
причем Д_{тр.макс}=AN/ Bet, a A - размер прямоугольной площадки ПЗС линейки вдоль длины трубы.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2, на которых соответственно изображены схема устройства и изображение трубы на ПЗС линейке.

Оптико-электронное устройство для автоматизированного измерения длины и кривизны трубы содержит электронный блок (не показан) и оптическую измерительную головку 1, включающую проекционный объектив 2 и ПЗС линейку 3 (см. фиг.1).

ОИГ 1 устанавливается над трубой 4 так, чтобы труба максимальной длины полностью помещалась в поле зрения объектива 2, при этом труба 4 устанавливается на некотором расстоянии от светлой подложки 6. Электронный блок может быть установлен в любом месте. Чувствительным элементом ОИГ является ПЗС линейка 3 с прямоугольным фоточувствительными площадками 5 размером А на В. На линейке 3 с помощью проекционного объектива 2 с переменным фокусным расстоянием проецируется изображение 7 трубы 4 диаметром d. Увеличение проекционного объектива за счет изменения его фокусного расстояния устанавливается таким, чтобы ширина В чувствительной ячейки равнялась ширине изображения трубы.

При измерении длины трубы ее изображение 7 формируется на ПЗС линейке 3. При этом распределение освещенности вдоль линейки 3 имеет ярко выраженные участки с различным уровнем освещенности (см. фиг.2). Для измерения длины трубы в сигнале, полученном от всех элементов линейки 3, определяются номера точек с максимальным перепадом освещенности. Эти точки соответствуют концам трубы 4. Зная расстояние между этими точками вдоль линейки 3 и увеличение Bet объектива 2, определяют искомую длину трубы по формуле _тр=A(N2-N1)/Bet, где N1, N2 - номера площадок ПЗС линейки, соответствующие концам трубы.

При измерении кривизны трубы ее изображение формируется на ПЗС линейке, при этом труба должна вращаться вдоль ее продольной оси. Величина смещения изображений отдельных участков трубы 4 в горизонтальной плоскости изменяется от нулевой до максимальной в средней части трубы (см. фиг.2). Определив перепад изменения сигнала по краю и в середине трубы, при ее вращении можно судить о наличии и величине кривизны. Кривизна вычисляется по формуле К_ср= 2Bet(Ucp-Uo)B/(A²(Ncp-No)²), где U_cp, N_cp - относительная величина сигнала и номер площадки ПЗС линейки, соответствующие максимальному смещению изображения трубы в ее средней части, Uo, No - относительная величина сигнала и номер площадки ПЗС линейки, соответствующие смещению трубы на ее конце.

ЭБ служит для управления работой ПЗС линейки, преобразования сигнала в цифровую форму и цифровой обработки сигнала для вычисления, отображения и передачи в ЭВМ значений длины и кривизны.

Выполнение условий (1) - (5), характеризующих требования к параметрам объектива, позволяет повысить точность измерения., а использование ПЗС линейки обеспечивает повышение быстродействия измерения.

Формула изобретения

Оптико-электронное устройство для измерения длины и кривизны трубы, содержащее электронный блок и оптическую измерительную головку (ОИГ), включающую проекционный объектив с линейным увеличением Bet, фокусным расстоянием f, относительной дисторсией δУоб и углом поля зрения tg W и соединенную с электронным блоком ПЗС-линейку с прямоугольными чувствительньми площадками размером А на В, причем измеряемые длина трубы Дтр и средняя кривизна Кср трубы вычисляются соответственно по формулам

Дтp=A(N2-N1)/Bet,

Кср=2 Bet(Ucp-Uo)B/(A²(Ncp-No)²),

где N1, N2 - номера площадок ПЗС линейки, соответствующие концам трубы;

Ucp, Ncp - относительная величина сигнала и номер площадки ПЗС линейки, соответствующие максимальному смещению изображения трубы в ее средней части;

Uo, No - относительная величина сигнала и номер площадки ПЗС линейки, соответствующие смешению трубы на ее конце, при этом выполняются условия

Bet=B/d,

δУоб<δДтр/Дтр.мах,

А=Bet·δДтр,

tg W=Дтр.мах/L,

A·N≤2f tg W,

где d - внешний диаметр трубы;

L - расстояние от ОИГ до трубы,

N - число элементов ПЗС линейки,

δДтр - максимально допустимая абсолютная погрешность измерения длины трубы;

Дтр. мах- максимально измеряемая длина трубы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2