Способ измерения объектов малых размеров с неровными краями и интерферограмм на базе фотоэлектрических приемников излучения

Авторы патента:

G01B11/02 - для измерения длины, ширины или толщины (G01B 11/08 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2505783:

Юдин Борис Игоревич (RU)

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. Размер полученного изображения определяется в относительных единицах - электрических импульсах с предварительной калибровкой и последующим переводом количества импульсов в метрические единицы длины. Количество импульсов генерируется включением и выключением пересчетных устройств. Сигнал на включение или выключение этих устройств подает равномерно движущийся по экрану фотодиод, в зависимости от прохождения им темных и светлых тонов на экране. Полученная информация передается для обработки в компьютер. Технический результат - повышение точности измерения объекта. 2 ил.

Изобретение относится к способам измерения объектов с малыми размерами, порядка десятков и сотен микрон, с неровными краями с последующей компьютерной обработкой результатов измерения. Цель изобретения - определение размеров объектов с неровными краями и ширины полос интерферограмм.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения объекта и автоматически определить точку отсчета при размытом крае объекта измерения с последующей компьютерной обработкой результатов измерения. Принцип методики заключается в том, что измеряемый объект фотографируется с помощью микроскопа и изображение измеряемого объекта, отпечатанное на фото слайде, проектируется при помощи диапроектора на экран. При этом отношение истинного размера объекта к его изображению на слайде легко определяется по масштабу увеличения микроскопа. Для определения масштаба увеличения объекта при проекции его на экран, изображение калибруется с помощью слайда с изображением объекта с заранее известными размерами, например полоской с ровными краями шириной 1 мм.

Одним из частных решений этой задачи является измерение ширины интерференционных полос, полученных в результате проведения оптических экспериментов. В этом случае все интерференционные полосы, являющиеся объектом измерения, имеют размытые края. В состав установки входит:

1. Диапроектор, куда вставляется слайд с фотографическим кадром проявленного изображения.

2. Экран, куда проектируется данный кадр.

3. Фотодиод, который равномерно перемещается по экрану, встречая на своем пути чередование светлых и темных тонов.

4. Два счетчика электрических импульсов с цифропечатью, один из которых включается и считает электроимпульсы, когда светодиод движется, например, по светлому тону и выключается, когда фотодиод входит в область темного тона. Другой счетчик наоборот, включается и считает электроимпульсы, когда фотодиод входит в область темного тона и выключается, когда фотодиод переходит в область светлого тона, а также элементы, приведенные на рис.1.

Предварительно установка калибруется, т.е. определенная единица длины на фотографическом слайде должна соответствовать определенному числу импульсов.

Блок-схема установки приведена на рис.1.

Одной из особенностей данной методики является то, что ширина измеряемого объекта, в данном случае интерференционной полосы, измеряется в относительных единицах-импульсах, регистрируемых на экране пересчетного устройства, когда по сигналу с фотодиода устройство включается и начинает считать импульсы.

Таким образом, точность измерения ширины полос значительно повышается благодаря тому, что частоту следования импульсов и время прохождения фотодиодом светлой и темной полосы можно варьировать в широких пределах.

После этого результат измерения ширины полосы в количестве импульсов переводится, в соответствии с калибровкой, в единицы длины - мм или мкм.

Другой особенностью данной методики является то, что фотодиод автоматически реагирует на степень затемненности полосы, т.е. он сам выбирает точку отсчета ширины полосы, посылая сигнал на пересчетное устройство. Таким образом, решается задача размытости полосы при переходе темного тона в светлый и наоборот. После обработки результатов измерений при помощи компьютера на мониторе получается изображение интерференционной картины с резкими границами перехода светлого и темного тонов.

На рис.2 представлена электрическая принципиальная схема устройства запуска и остановки пересчетных устройств ПСО сигналами с фотодиода ФД-1 при прохождении им темных и светлых полос интерференционной картины, полученной на фото слайде.

Способ иллюстрируется примером.

Берут фото слайд с изображением интерференционных полос. Границы полос при переходе из светлого тона в темный имеют не четкую, размытую структуру. Слайд вставляют в диапроектор и проектируют на экран. Предварительно для калибровки в диапроектор вставляют слайд с изображением полосы шириной 1 мм с четким переходом светлого тона в темный. Фотодиод ФД-1 равномерно движется по экрану, попеременно пересекая границы темных и светлых тонов. При прохождении темной области сигнал с фотодиода отсутствует, при прохождении светлой области с фотодиода поступает электрический сигнал.

Сигнал с фотодиода ФД-1 усиливается операционными усилителями 140 УД 6 и поступает на вход микросхемы 155 ТЛ 3, в состав которой входят два триггера Шмита с элементом на входе 4 И-НЕ. Сигналы с двух выходов МС поступает непосредственно на входы счетчиков импульсов ПСО, предварительно усиливаясь усилителями, собранными на транзисторах К 361. Сигналы с двух других выходов МС 155 ТЛ 3 поступают на входы МС 155 ЛА 3, в состав которой входят четыре элемента 2 И-НЕ и после этого поступают, предварительно усиливаясь, на входы счетчиков импульсов ПСО. Это сделано для того, чтобы при наличии сигнала с фотодиода первый ПСО включался и начинал считать импульсы, а второй выключался. И наоборот - при отсутствии сигнала с фотодиода первый ПСО выключался и заканчивал счет импульсов, а второй включался и начинал считать импульсы. При проекции на экран калибровочного слайда и включении счетчика импульсов при прохождении фотодиодом границы темного и светлого тонов, устанавливается количество импульсов, соответствующее ширине полосы в 1 мм на фотографическом слайде. Таким образом, определятся коэффициент для обратного пересчета - число импульсов в единицы длины. В соответствии с блок-схемой, приведенной на рис.1 информация с пересчетных устройств ПСО поступает в компьютер, где обрабатывается и, в соответствии с программой из компьютера поступает сигнал на обнуление дисплеев пересчетных устройств для нового счета импульсов при прохождении фотодиодом очередной границы темного и светлого тонов. Таким образом, по мере равномерного продвижения фотодиода по экрану, в компьютер поступает информация о ширине, проектируемых на экран интерференционных полос.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники // Москва, «Мир», 1986.

2. Б.И. Юдин. Расчет профиля градиента распределения показателя преломления заданной формы в оптических элементах из стекла для улучшения их оптических параметров. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. В.2, 2008, С. 27-29.

3. С.Ф. Грилихес, В.Г. Ильин, М.Н. Полянский. Интеференционное изменение параметров элементов градиентной оптики. // Сб. научн. тр. Тула: Тульский политехнический институт. 1980. С.3-6.

Способ измерения объектов малых размеров с неровными краями и интерферограмм на базе фотоэлектрических приемников излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений этих объектов, их изображение, полученное на фотослайде и проектируемое на экран, измеряется в относительных единицах - электрических импульсах с предварительной калибровкой и последующим переводом количества импульсов в метрические единицы длины.

Изобретение относится к волоконно-оптическим преобразователям перемещений. .

Оптико-телевизионное устройство для дистанционного визуального контроля и измерения линейных размеров // 2480799

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.

Способ анализа вяжущего материала на основе альфа-оксида алюминия (экспресс-метод) // 2477452

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

Устройство для измерения физических параметров прозрачных объектов // 2475701

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. .

Устройство контроля закрытой конструкции, система и способ контроля состояния лифтовой шахты // 2461513

Изобретение относится к области подъемников. .

Способ измерения линейного смещения объекта и устройство для его осуществления // 2456542

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. .

Устройство для измерения износа контактного провода путем обработки изображения // 2430331

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

Устройство для измерения износа контактного провода // 2416068

Оптическое устройство для измерения перемещений // 2407988

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к оптическим устройствам для измерения малых линейных и угловых перемещений поверхностей объектов контроля, основанным на применении оптических интерференционных методов.

Способ калибровки и настройки системы лазерных датчиков и устройство для его осуществления // 2541704

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. Причем лазерные датчики объединяют в одну систему координат, располагают под каждым из видимых лучей ванночки, представляющие собой настроечные образцы соответствующей формы, в качестве заполнителя ванночек используют воду, масло или любую другую жидкость, калибровку осуществляют по поверхности жидкости, на которую падает луч лазера, образуя на поверхности жидкости видимый след, при калибровке лазерные датчики перемещают в трехмерном пространстве по высоте, по сторонам, поворачивают на определенные углы, добиваясь визуально и на мониторе одинаковых значений геометрических параметров видимого следа от лазерных лучей на жидкой поверхности по всей длине ванночки, равной ширине настроечного образца, уровень во всех ванночках поддерживают одинаковым и горизонтальным. Технический результат - удобство эксплуатации ввиду использования устройств, которые формируют поверхности из жидкости, а не из твердотельных образцов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Лазерный толщиномер и способ его калибровки // 2542633

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.

Способ измерения длины электрического кабеля, который использует оптоволоконный элемент в качестве датчика // 2547143

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.

Устройство измерения линейного смещения объекта // 2567735

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.

Струйный способ контроля линейных размеров изделий // 2612349

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.

Измерение расстояний рельсового транспортного средства до расположенных сбоку от рельсового транспортного средства предметов // 2612856

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.

Способ определения положения по меньшей мере одной кромки объекта путем оценки профилей границ дифракции френеля // 2616070

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.

Оценка расстояния с использованием осветительного устройства с расщепленным пучком // 2617912

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.

Способ измерения геометрических параметров стального листа, движущегося по рольгангу, и лазерная измерительная система для его осуществления // 2621490

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.

Способ контроля формы внутренних деталей // 2627974

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.