Способ измерения объемных координат перемещаемого щупа

Изобретение относится к способу измерения объемных координат перемещаемого щупа. В способе измерения объемных координат перемещаемого щупа путем проецирования лазерного паттерна из двух или более пространственных положений на известную геометрическую поверхность регистрация полученной картинки осуществляется через оптическую систему фотоматрицей, которая сама жестко механически связана как с геометрической поверхностью проецирования, так и с измерительным щупом, и позволяет математически рассчитать положение измерительного щупа относительно известных координат и векторов проецирования источников лазерного паттерна. Технический результат – повышение точности в получении координат щупа. 2 ил.

 

Способ измерения объемных координат перемещаемого щупа путем проецирования лазерного паттерна из двух или более пространственных положений на известную геометрическую поверхность, отличающийся тем, что регистрация полученной картинки осуществляется через оптическую систему фотоматрицей, которая сама жестко механически связана как с геометрической поверхностью проецирования, так и с измерительным щупом, и позволяет математически рассчитать положение измерительного щупа относительно известных координат и векторов проецирования источников лазерного паттерна. Изобретение относится к способам оптического измерения и может быть применено для сборочных операций габаритных конструкций в машиностроении.

Известен способ измерения координат, когда на поверхность проецируют световую точку и регистрируют ее с другого пространственного положения, а расчет координаты световой точки производят по известным триангуляционным формулам, вводя в расчеты полученный по фотоматрице центр светового пятна и заранее известные координаты светоизлучателя и фотоматрицы, а также их вектора поворота в пространстве [1]. Недостатком этого способа является наличие дорогой оптической системы и недешевых фотоматриц с высоким разрешением.

Технический результат изобретения - это возможность получения координаты щупа с большей точностью на недорогом оборудовании. Сущность изобретения заключается в том, что для достижения указанного технического результата в заявленном способе измерения объемных координат применяется проецирование лазерного паттерна на известную геометрическую поверхность с нескольких направлений, отличающееся тем, что данная геометрическая поверхность и фотоматрица жестко механически связаны как между собой, так и с измерительным щупом.

Техническая сущность способа поясняется схемой (Фиг. 1), где 1 и 2 обозначены лазерные излучатели паттерна. 1а, 1б, 1в - трехлинейный паттерн (в данном случае это плоскости излучения и их пересечение с геометрической поверхностью 3) от лазерного излучателя 1, а 2а - однолинейный паттерн (в данном случае - плоскость излучения) от излучателя 2. Свет от них попадает на полуматовую известную геометрическую поверхность 3 (в данном варианте - плоский квадрат) и образует линии 1а, 1б, 1в, 2а, которые регистрируются фотоматрицей 5 через оптическую систему 4. Измерительный щуп 7, фотоматрица 5, оптическая система 4, геометрическая поверхность 3 жестко связаны между собой кронштейнами 6, образуя единый перемещаемый измерительный блок.

Рассмотрим случай, когда излучатель 1 находится в центре системы координат со смещением по оси Z (вверх), центральная плоскость излучения 16 проходит вдоль оси Y через ноль системы координат, а соседние плоскости излучения 1а и 1в имеют равные и противоположные углы вращения по оси Y. Источник 2 находится близко к источнику 1 и проецирует плоскость 2а вдоль оси X через ноль системы координат. Примем исходное положение геометрической поверхности 3 как лежащей на осях X_Y и в нуле системы координат (Фиг. 1). В этом положении фотоматрица 5 получит изображение как на Фиг. 2а. Линии 1а, 1б, 1в будут параллельны и иметь одинаковое расстояние между соседними линиями. Линия 2а будет перпендикулярна 1а, 1б, 1в. Если мы переместим измерительный блок вдоль оси Z (навстречу излучателям 1 и 2), то получим изображение как на Фиг. 2б, где расстояния между соседними линиями 1а-1б и 1б-1в будут тем меньше (по сравнению с Фиг. 2а), чем измерительный блок будет ближе к излучателям (очевидно по геометрическим построениям). Если придать вращение измерительному блоку по оси Y, то получим изображение как на Фиг. 2в, где расстояния между соседними линиями 1а-1б и 1б-1в будут отличаться тем больше, чем больше будет угол вращения. Это также очевидно вытекает из простых геометрических построений при сечении геометрической поверхности 3 лазерными плоскостями 1а, 1б, 1в. Если придать вращение измерительному блоку по оси X, то получим изображение как на Фиг. 2г, где линии 1а и 1в будут наклонены относительно линии 1б. Это также вытекает из геометрических построений пересечений плоскостей. Если придать вращение измерительному блоку по оси Z, то получим изображение как на Фиг. 2д, где линии 1а, 1б, 1в параллельны и с равным расстоянием, но повернуты относительно рамки фотоматрицы. Перемещения измерительного блока вдоль осей X и Y дают похожую на Фиг. 2а картинку, но со смещением линий 1а, 1б, 1в, 2а относительно центра фотоматрицы.

Пусть исходная координата щупа 7 будет XYZ=(0,0,0) и совпадает с центром геометрической поверхности 3. Пусть излучатели 1 и 2 находятся в точке (0,0,1000) и вектора нормалей плоскостей излучения паттерна 1а, 1б, 1в, 2а будут соответственно (-1, 0, 1), (1, 0, 0), (1, 0, 1), (0, 1, 1). Тогда при исходном положении измерительного блока в нуле системы координат (центр геометрической поверхности 3 равен (0, 0, 0)) расстояния между 1а-1б и 1б-1в равны между собой = 1000 мм. Если поднять измерительный блок по оси Z на 500 мм, то получим расстояния между 1а-1б и 1б-1в равными 500 мм, а значит, зная вектора нормалей проекционных плоскостей 1а, 1б, 1в (в нашем случае это углы 45 градусов от вертикали), находим координату щупа по правилу треугольника и получаем (0, 0, 500). Как видим, расчет перемещения по оси Z является элементарной функцией измерения расстояния между линиями 1а-1б и 1б-1в.

Перечень фигур: Фиг. 1 - общая аксонометрическая схема изобретения, Фиг. 2а - вид картинки при нулевом положении измерительного блока, Фиг. 2б - вид картинки при положительном смещении измерительного блока вдоль оси Z, Фиг. 2в - вид картинки при повороте измерительного блока по оси Y, Фиг. 2г - вид картинки при повороте измерительного блока по оси X, Фиг. 2д - вид картинки при повороте измерительного блока по оси Z.

Изобретение технически реализуемо, поскольку применяет известные принципы измерений и использует промышленные лазерные источники паттерна (проекторы или дифракционные решетки) и фотоматрицы с объективами.

Литература

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/3D_scanner

Способ измерения объемных координат перемещаемого щупа путем проецирования лазерного паттерна из двух или более пространственных положений на известную геометрическую поверхность, отличающийся тем, что регистрация полученной картинки осуществляется через оптическую систему фотоматрицей, которая сама жестко механически связана как с геометрической поверхностью проецирования, так и с измерительным щупом, и позволяет математически рассчитать положение измерительного щупа относительно известных координат и векторов проецирования источников лазерного паттерна.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для изготовления емкостей, подвергаемых градуировке для определения объемов в контрольных точках, расположенных на заданной высоте.

Изобретение предназначено для автоматизации контроля диаметров и отклонения формы при размерной сортировке миниатюрных несимметричных деталей цилиндрической формы, например штырей радиотехнических разъемов.

Способ относится к области технических измерений и может быть использован при измерении формы поперечных сечений сложного профиля, а также отклонений от круглости номинально круглых сечений.

Группа изобретений относится к ядерной технике. Способ измерения искривления технологического канала ядерного реактора типа РБМК, заключающийся в том, что гибкий стержневой элемент, оснащенный оптоволоконными датчиками деформации, помещают в центральный канал тепловыделяющей сборки, пропускают через оптоволоконный датчик световой сигнал, а регистрацию изгиба стержневого элемента осуществляют за счет анализа отраженных световых сигналов.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения геометрических параметров длинномерных деталей. Способ заключается в том, что длинномерную деталь устанавливают горизонтально на двух опорах с концов детали или консольно, обеспечивают ее неподвижность в процессе измерения, производят измерение в единой системе координат круглограмм сечений поверхности детали в поперечных плоскостях, расположенных вдоль продольной координатной оси и перпендикулярных ей.

Изобретение относится к измерительной технике в области диагностики цилиндрических и сферических резервуаров и может быть использовано для оценки остаточного ресурса стенки резервуара по малоцикловой усталости.

Изобретение относится к измерительной технике в машиностроении и может быть использовано для контроля формы цилиндрических поверхностей тонкостенных цилиндрических оболочек в научных исследованиях и производственной практике.

Предложенная группа изобретений относится к средствам для измерения размеров деталей в турбомашинах. Заявленный способ измерения деформации детали в турбомашине заключается в том, что проверяют профиль стержня в трех измерениях при помощи трехмерной модели профиля части эталонной детали; вставляют стержень в эндоскопическое отверстие корпуса турбомашины; позиционируют и закрепляют профилированную часть стержня на части контролируемой детали, соответствующей части эталонной детали; вводят эндоскоп внутрь корпуса турбомашины; измеряют деформацию части контролируемой детали при помощи эндоскопа, затем извлекают стержень из турбомашины и осуществляют новую проверку профиля стержня в трех измерениях, чтобы убедиться, что она не подверглась деформации в корпусе турбомашины.

Изобретение относится к области управления качеством продукции, в частности, крупногабаритных топливных баков ракет. Способ заключается в выборе информативных параметров качества (ИПК) изготовления тонкостенной оболочки бака.

Использование: изобретение относится к способам измерения, а именно к способам измерения профиля сечений, и может быть использовано для контроля профиля и положения рабочих лопаток моноколеса.

Предложенная группа изобретений относится к средствам для измерения размеров контролируемого предмета. Устройство для измерения размеров предмета содержит датчик (2) глубины, кронштейн (1) датчика, аппаратное устройство (5) для обеспечения коррекции, платформу (4) для размещения предмета и компьютер (3).

Изобретение относится к вычислению параметров измеряемой поверхности. Контактным устройством для измерения конфигурации и размеров объемного тела измеряют расстояние между оптико-электронными датчиками в установленном блоке измерения и поверхностью эластичной оболочки, на которой нанесена разметка.

Изобретение относится к способу контроля наложения компонентов шин на формообразующие барабаны. Техническим результатом является повышение точности позиционирования концов компонентов.

Группа изобретений относится к способу измерения геометрических параметров электросварных труб различного диаметра и системе для измерения геометрических параметров электросварных труб.

Группа изобретений относится к способу измерения геометрических параметров электросварных труб различного диаметра и системе для измерения геометрических параметров электросварных труб.

Изобретение относится к области обработки изображений. Технический результат – определение реального расстояния на основе изображения без сравнения с эталонным объектом, имеющимся в изображении.

Изобретение относится к области обработки изображений. Технический результат – определение реального расстояния на основе изображения без сравнения с эталонным объектом, имеющимся в изображении.

Изобретение относится к неразрушающему контролю заготовок. Способ контроля заготовки включает сохранение данных модели, связанных с заготовкой, в систему контроля и определение относительного положения измерителя удаленности по отношению к заготовке.

Предложен способ проверки участка соединения наполнителя, посредством которого проверяют состояние соединения обоих концов поверхностей (531, 532) ремнеобразного наполнителя (53), который прикреплен по кольцу вдоль внешней периферии сердечника 52 борта шины.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам профилирования глубины поверхности целевого объекта. Портативное устройство содержит первый источник света, содержащий двумерную матрицу лазеров, имеющий угол раскрыва θр между примерно 5 и примерно 45 градусами, оптическое устройство, имеющее фокусное расстояние порядка нескольких миллиметров, для проецирования двумерного многострочного шаблона подсветки на участок поверхности целевого объекта, причем шаблон подсветки искажается профилем глубины поверхности целевого объекта, устройство захвата изображения, ориентированное под углом θd между примерно 25 и примерно 45 градусами относительно первого источника света, причем угол θd зависит от диапазона глубины и участка поверхности целевого объекта, процессор, выполненный с возможностью обработки захваченного изображения, чтобы восстанавливать профиль глубины двумерного участка поверхности целевого объекта из изображения, захваченного устройством захвата изображения, и средство для определения расстояния между устройством и поверхностью целевого объекта, при этом двумерная матрица содержит множество строк, причем по меньшей мере одна строка смещена вбок по отношению к смежной строке.

Изобретение относится к способу измерения объемных координат перемещаемого щупа. В способе измерения объемных координат перемещаемого щупа путем проецирования лазерного паттерна из двух или более пространственных положений на известную геометрическую поверхность регистрация полученной картинки осуществляется через оптическую систему фотоматрицей, которая сама жестко механически связана как с геометрической поверхностью проецирования, так и с измерительным щупом, и позволяет математически рассчитать положение измерительного щупа относительно известных координат и векторов проецирования источников лазерного паттерна. Технический результат – повышение точности в получении координат щупа. 2 ил.

Наверх