Оптическое измерительное устройство

Оптическое измерительное устройство, содержащее первый лазерный модуль, формирующий первую световую линию на поверхности объекта контроля, видеокамеру и систему обработки, отличающееся тем, что в него введены второй и третий лазерные модули, формирующие на поверхности объекта контроля две параллельные световые линии, отстоящие друг от друга на заданном расстоянии и перпендикулярные первой световой линии, причём первый лазерный модуль установлен так, что плоскость его светового потока перпендикулярна поверхности объекта контроля, видеокамера установлена так, что её оптическая ось составляет с нормалью к поверхности объекта контроля заданный угол, а проекция оптической оси на поверхность объекта контроля параллельна световым линиям второго и третьего лазерных модулей и расположена посередине между ними. Технический результат заключается в повышении точности поддержания траектории движения транспортной платформы вдоль сварного шва с предельными отклонениями от установленного расстоянии от оси шва порядка миллиметра при движении как справа, так и слева от валика усиления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля металлических изделий и конструкций, в частности - для контроля стыковых сварных соединений листов и труб, как на их поверхности, так и внутри в процессе движения по ним сканирующего диагностического устройства.

Известен способ измерения формы объекта, включающий формирование на поверхности объекта с помощью светоизлучающей системы световой линии, лежащей в заданном сечении объекта, получение изображения световой линии, его обработку и определение координат профиля сечения объекта. Для этого формируют совпадающие на поверхности световые линии поочередно с помощью, по меньшей мере, двух светоизлучающих систем, освещающих поверхность в заданном сечении объекта под разными углами в каждой ее точке, получают изображения световых линий, на каждом из них выявляют неискаженные участки, из изображений указанных участков компилируют результирующее изображение, по которому осуществляют определение координат профиля сечения объекта - RU 2256878 C1, 2005 г.

Этот способ не рассчитан на произвольное перемещение светоизлучателей и светоприёмников относительно объекта контроля (ОК), т.к. всё устройство, осуществляющее способ, и сам ОК установлены на платформе, относительно которой ОК может перемещаться строго поступательно по оси Z без каких-либо поворотов и смещений по двум другим осям. Поэтому для управления движением устройства относительно ОК по всем осям координат данное устройство неприменимо.

Известен лазерный профилометр для определения геометрических параметров профиля поверхности, содержащий источник лазерного излучения с преобразователем лазерного пучка в линию, оптический матричный приемник отраженного излучения и устройство обработки информации, при этом, источник лазерного излучения выполнен в виде полупроводникового лазера, работающего в импульсном режиме со встроенной системой стабилизации температуры, а по ходу отраженного луча перед оптическим матричным приемником введен по крайней мере один узкополосный интерференционный светофильтр - RU 2650840 C1, 2018 г.

Наряду с высокой точностью определения поперечного профиля поверхности сварного соединения, известное устройство не может обеспечить достаточную точность выработки сигналов управления движением платформы диагностического устройства вдоль сварного соединения, т.к. валик усиления сварного шва, как правило, не идеально прямой, а имеет местные изгибы в плоскости поверхности ОК и неровные края. И вследствие этого ось валика на ограниченном участке его длины определяется не точно. Поэтому выработка сигналов управления движением по отклонению оси валика от положения, перпендикулярного световой линии, может происходить с недопустимыми погрешностями и запаздыванием из-за того, что для получения сигнала управления достаточной величины отклонение от перпендикуляра должно превысить флуктуации угла изгиба валика усиления шва, которые могут достигать 10 градусов.

Наиболее близким аналогом изобретения является оптическое измерительное устройство, содержащее лазерный модуль с цилиндрической линзой на выходе для формирования световой линии на заданном участке объекта контроля, видеокамеру для оптического приема отраженной световой линии и систему обработки для получения координат и изображения профиля сварного шва, включающую в себя последовательно соединенные фильтр амплитудной селекции, фильтр частотной селекции, блок выделения фрагментов изображения и блок вычисления координат изображения, при этом вход фильтра амплитудной селекции соединен с выходом видеокамеры, а выход блока вычисления координат изображения является выходом устройства. В частности, лазерный модуль с цилиндрической линзой на выходе установлен так, что угол падения плоскости светового потока на выходе цилиндрической линзы к поверхности объекта контроля максимальный, а видеокамера установлена перпендикулярно к объекту контроля - RU 2515957 C1, 2014 г.

Недостатки аналога в том, что оптическое устройство комплекса не может обеспечить требуемую точность определения поперечного профиля сварного соединения, в частности, измерения высоты валика усиления шва, т.к. на форму световой линии, пересекающей валик под прямым углом, влияет не только высота валика, но и форма продольного профиля валика. Кроме того, при сканировании вдоль кольцевого сварного шва внутри трубопровода при расположении валика усиления не под видеокамерой и первым лазерным модулем, а на некотором расстоянии от них, что вызвано спецификой контроля кольцевых швов, точность слежения за валиком усиления (точность поддержания курса сканирования) оказывается недостаточной, что приводит к чрезмерно большим флуктуациям отклонений курса от направления, параллельного оси шва. Причём, в разных ситуациях контроля оптическое устройство может двигаться как справа, так и слева от валика усиления шва.

В связи с этим, техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении точности поддержания траектории движения транспортной платформы вдоль сварного шва с предельными отклонениями от установленного расстоянии от оси шва порядка миллиметра при движении как справа, так и слева от валика усиления. Кроме того решается также задача профилирования зоны поверхности ОК, попадающей в поле обзора видеокамеры с обнаружением дефектов поверхности (язв коррозии, вмятин, царапин, посторонних предметов).

Эта задача решена в оптическом измерительном устройстве, содержащем первый лазерный модуль, формирующий первую световую линию на поверхности объекта контроля, видеокамеру и систему обработки, а также - второй и третий лазерные модули, формирующие на поверхности объекта контроля две параллельные световые линии, отстоящие друг от друга на заданном расстоянии и перпендикулярные первой световой линии, причём первый лазерный модуль установлен так, что плоскость его светового потока перпендикулярна поверхности объекта контроля, видеокамера установлена так, что её оптическая ось составляет с нормалью к поверхности объекта контроля заданный угол, а проекция оптической оси на поверхность объекта контроля параллельна световым линиям второго и третьего лазерных модулей и расположена посередине между ними.

Кроме того, комплекс имеет признаки, характеризующих его в частных случаях выполнения, а также – для усиления достигаемых эффектов:

- угол отклонения оптической оси видеокамеры от нормали к поверхности объекта контроля выбран максимальным, ограниченным конструкцией устройства, и не менее 60 градусов;

- в кадр видеокамеры входит зона поверхности объекта контроля, содержащая обе точки пересечения всех трёх световых линий.

Изобретение иллюстрируется рисунком со схемой расположения элементов оптического измерительного устройства.

Оптическое измерительное устройство для диагностики объекта контроля (ОК) 1 содержит первый лазерный модуль 2, второй лазерный модуль 3 и третий лазерный модуль 4. Первый лазерный модуль 2 установлен перпендикулярно поверхности ОК 1, т.е. плоскость его светового потока перпендикулярна поверхности ОК 1. Каждый из лазерных модулей 2, 3 и 4 формирует соответствующую световую линию на поверхности ОК 1: лазерный модуль 2 – световую линию 5, лазерный модуль 3 – световую линию 6, лазерный модуль 4 – световую линию 7.

Световые линии 6 и 7 параллельны, отстоят друг от друга на заданном расстоянии и перпендикулярны первой световой линии 5. Расстояние между линиями задаётся следующими требованиями:

- шириной зоны охвата поверхности ОК 1, форму которой и наличие дефектов на ней требуется анализировать, в частности, при контроле сварного соединения зона должна охватывать сварной шов и обе околошовные зоны;

- определённым точным значением расстояния, которое задаёт масштаб изображения поверхности ОК 1 по горизонтали, что необходимо для получения точных координат всех точек поверхности ОК 1.

Видеокамера 8 установлена так, что её оптическая ось 9 составляет с нормалью 10 к поверхности ОК 1 заданный угол α, а проекция 11 оптической оси 9 на поверхность ОК 1 параллельна световым линиям 6, 7 второго и третьего лазерных модулей 3, 4 и расположена посередине между ними. Угол α выбирается максимально возможным. Он ограничивается только конструкцией всего устройства и формой поверхности ОК 1, которая может быть неплоской. В пределе, наилучший угол – прямой. В этом случае все неровности поверхности ОК 1 в максимальной степени будут проявляться на изображении световой линии 5 в кадре видеокамеры 8. При угле α < 90º реальные вертикальные размеры hр неровностей поверхности ОК 1, в частности, высоту валика усиления шва, необходимо вычислять по формуле:

hр = hв/sin α,

где hв – видимый на изображении вертикальный размер.

Поэтому для достижения наименьших погрешностей измерений реальных высот неровностей поверхности ОК 1, вызываемых возможной неплоскостностью поверхности, которая в свою очередь влияет на величину угла α, угол отклонения оптической оси 9 видеокамеры 8 от нормали 10 к поверхности ОК 1 выбирают максимальным, ограниченным конструкцией устройства, и не менее 60 градусов. При углах α, больших 60º, и тем более близких к 90º, влияние неплоскостности поверхности на погрешность измерений невелико, поскольку синусы таких углов мало отличаются от единицы.

При осуществлении контроля устройство настраивают так, чтобы в кадр видеокамеры 8 входила зона поверхности ОК 1, содержащая обе точки пересечения всех трёх световых линий 5, 6, 7.

Работа устройства осуществляется при перемещении платформы, на которой оно размещено (не показана), по ОК 1, в частности, вдоль прямой линии или вдоль валика усиления сварного шва.

При движении платформы отклонение параллельных световых линий 6 и 7 от положения, параллельного оси шва, обнаруживается при анализе изображения в системе обработки 12 с видеокамеры 8 с большой чувствительностью, и одинаково при движении с любой стороны шва. Причиной этого является передача с видеокамеры 8 в систему обработки 12 (вычислительный блок или контроллер) изображения не только световой линии 5, перпендикулярной оси шва, но и изображения значительной области поверхности ОК в направлении вдоль шва. В этом изображении присутствуют также отрезки световых линий 6 и 7, параллельных оси шва, т.е. в кадр видеокамеры 8 входит зона поверхности ОК 1, содержащая обе точки пересечения всех трёх световых линий 5, 6, 7.

При наложении на плоскую поверхность ОК плёнки с координатной сеткой производится калибровка изображения от видеокамеры 8. Каждая точка изображения получает значения пространственных координат, причём, не только в плоскости координатной сетки, но и в направлении нормали к этой плоскости.

Поэтому в процессе контроля при сканировании измерительного устройства вдоль сварного шва любые отклонения точек изображения поверхности ОК от начальных координат, превышающие разрешающую способность видеокамеры 8, фиксируются по величине и знаку, и в результате на выходе системы обработки 12 появляются данные измерений и сигналы, служащие для подстройки курса сканирования.

Разрешающая способность видеокамеры обеспечивает фиксацию отклонений координат точек изображения от начальных положений на величины, существенно меньшие требуемых. Глубина резкости изображения достаточна для измерений этих отклонений в любой зоне изображения.

Световые линии 6 и 7, параллельные оси шва, повышают чувствительность устройства к угловым отклонениям курса от оси шва, т.к. валик усиления в поле обзора видеокамеры 8 находится между этими световыми линиями, ближе к одной из них, и при точном курсе параллелен им. Кроме того, за счёт установки первого лазерного модуля 2 перпендикулярно к поверхности ОК 1 световая линия 5 от него на плоской поверхности практически всегда прямая. А наклонное расположение видеокамеры 8 под максимально возможным углом к нормали 10 к поверхности ОК обеспечивает не только высокую чувствительность устройства к отклонениям световой линии 5 от прямой в зоне валика усиления, связанным только с поперечным профилем валика, но и в остальных её частях, что позволяет, кроме измерений параметров геометрии сварного соединения, обнаруживать дефекты поверхности ОК, в частности, капли застывшего металла и очаги язвенной коррозии.

1. Оптическое измерительное устройство, содержащее первый лазерный модуль, формирующий первую световую линию на поверхности объекта контроля, видеокамеру и систему обработки, отличающееся тем, что в него введены второй и третий лазерные модули, формирующие на поверхности объекта контроля две параллельные световые линии, отстоящие друг от друга на заданном расстоянии и перпендикулярные первой световой линии, причём первый лазерный модуль установлен так, что плоскость его светового потока перпендикулярна поверхности объекта контроля, видеокамера установлена так, что её оптическая ось составляет с нормалью к поверхности объекта контроля заданный угол, а проекция оптической оси на поверхность объекта контроля параллельна световым линиям второго и третьего лазерных модулей и расположена посередине между ними.

2. Оптическое измерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол отклонения оптической оси видеокамеры от нормали к поверхности объекта контроля выбран максимальным, ограниченным конструкцией устройства, и не менее 60 градусов.

3. Оптическое измерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в кадр видеокамеры входит зона поверхности объекта контроля, содержащая обе точки пересечения всех трёх световых линий.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам контроля и диагностики общесамолетных систем воздушных судов. Бортовая распределенная система контроля и диагностики утечек содержит по меньшей мере один волоконно-оптический датчик, блок-преобразователь, который содержит перестраиваемый эрбиевый волоконный лазер, блок коммуникации, блок термостабилизации, блок питания и плату обработки, которая состоит из по меньшей мере одного оптического разветвителя, фотоприемника, усилителя, аналого-цифрового преобразователя, программируемой логической интегральной схемы, центрального сигнального процессора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля. В способе измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля измеряют и запоминают поляризационную характеристику обратного рассеяния оптического волокна, измеренную характеристику обратного рассеяния оптического волокна разбивают на одинаковые участки, для каждого k-того участка по этим характеристикам определяют оценку длины биений оптического волокна и рассчитывают избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля на k-том участке , при этом избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля рассчитывают по формуле: где rm - внутренний радиус модульной трубки;rF - внешний радиус оптического волокна по защитному покрытию;λ0 - длина волны, на которой измеряли поляризационные характеристики обратного рассеяния оптического волокна;LBk - оценка длины биений оптического волокна на k-том участке.

Изобретение относится к области машиностроения. Позиционирующее устройство для сборочной оснастки включает в себя переходной калибр, прилегающий плотно к установочному элементу сборочной оснастки в виде уха (2), расположенному в цилиндрическом элементе (3), прижимы (7) с пазами, планку (8) с пазом, уголок (9) и струбцину (10).

Изобретение относится к области анализа материалов путем определения их плотности, более конкретно к автоматическим датчикам газового анализа, а именно к фотокомпенсационному датчику плотности газов, который содержит магнитоэлектрический гальванометр, включающий рамку, помещенную в зазоре постоянного магнита, и подвижную часть с жестко закрепленными на ней пластиной и зеркалом, на которое из источника света через конденсор и диафрагму направляется луч света, при этом к поверхности пластины, жестко закрепленной на растяжках магнитоэлектрического гальванометра, нормально расположена входная пневматическая схема, выполненная в виде двух сопел, а в обратной связи указанного датчика расположена электрическая дифференциальная схема, включающая в себя источники напряжения и нагрузочного сопротивления, регистрирующий прибор миллиамперметр и дифференциальный фоторезистор, и указанный датчик характеризуется тем, что к входной пневматической схеме подключена цепь сравнительного газа, в одну из веток которой подключены импульсно подающий при контрольном режиме дозу пробного газа пневмораспределитель, измерительная камера для пробного газа, также подключенная к пневмораспределителю, и микроманометры, измеряющие давления газов.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при выполнении лучевой терапии внутриглазных злокачественных новообразований пучками протонов.

Предусмотрено определение того, изготовлена ли шина (2) в соответствии с известной моделью из множества известных моделей. Если шина (2) изготовлена в соответствии с известной моделью, шину (2) контролируют для поиска каких-либо производственных дефектов путем получения данных, характеризующих, по меньшей мере, часть поверхности шины (2), посредством комплекта устройств (282) получения изображений, установленных в соответствии с установочными параметрами, соответствующими известной модели шины.

Изобретение относится к области оптико-электронных измерительных приборов и предназначено для получения информации о двумерном распределении высот микрорельефа поверхностей, которые применяются в оптическом приборостроении, микроэлектронике и материаловедении.

Изобретение относится к устройствам для контроля поверхности реактора. Устройство для контроля поверхности реактора содержит, по меньшей мере, один сенсорный кабель, расположенный при работе устройства отдельными участками в зоне поверхности реактора, при этом один волоконный световод расположен в одном сенсорном кабеле.

Изобретение относится к области электрохимической обработки материалов и касается способа определения толщины покрытия. Способ включает в себя измерение через 5-300 с после начала обработки интенсивности излучения детали в диапазоне длин волн шириной 3-50 нм, включающем характеристическую спектральную линию излучения материала детали, расположенную в области длин волн 200-900 нм.

Изобретение относится к установкам для напыления в вакууме многослойных покрытий различных оптических элементов и может быть использовано для контроля толщины покрытий в широком спектральном диапазоне в процессе их напыления.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам изучения водной эрозии, и может быть использовано в почвоведении, мелиорации и гидрологии. Техническим результатом является повышение точности определения и оцифровки профиля дневной поверхности почвы элементарной площадки в полевых условиях.

Изобретение относится к области оптико-электронных измерительных приборов и предназначено для получения информации о двумерном распределении высот микрорельефа поверхностей, которые применяются в оптическом приборостроении, микроэлектронике и материаловедении.

Изобретение относится к области оптико-электронных измерительных приборов и предназначено для получения информации о двумерном распределении высот микрорельефа поверхностей, которые применяются в оптическом приборостроении, микроэлектронике и материаловедении.

Устройство для обнаружения поверхностных дефектов цилиндрических объектов относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в производстве ядерного топлива, в частности для обнаружения дефектов внешнего вида на боковой поверхности топливных таблеток.

Изобретение относится к способам исследования образцов материалов при помощи их цифровых трехмерных моделей. Для оценки структурных изменений в образце материала в результате воздействия на образец сканируют по меньшей мере один образец материала до и после воздействия и получают соответственно первое изображение и второе изображение каждого образца.

Изобретение относится к средствам контроля микронеровностей поверхностей, полученных в результате воздействия машиностроительных технологических операций на шероховатую гидрофобную поверхность, например парафин, воск, огнеупоры и т.п.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат - повышение точности компьютерного моделирования целостности сигнала и электромагнитной совместимости проектируемых СВЧ устройств в расширенном диапазоне рабочих частот до 100 ГГц и более.
Группа изобретений относится к области для измерения шероховатости поверхности в труднодоступных областях. Устройство измерения шероховатости поверхности содержит основное и вспомогательные излучающие волокна, собирающие волокна, оптический корпус, главное и вспомогательные отражающие зеркала и внешнюю цепь.

Группа изобретений относится к способу и устройству проверки инспекционной системы для обнаружения поверхностных дефектов продукта. Способ проверки инспекционной системы (1) и система для реализации способа для обнаружения поверхностных дефектов (2, 3) продукта (5), преимущественно плоского стального продукта, в котором с помощью одной камеры (6), преимущественно цифровой камеры, делают один снимок (10) одной поверхности (4) одного продукта (5), один снимок (10) в оцифрованном изображении передают на устройство (7) обработки изображений, одно оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3) интегрируют в оцифрованный снимок (10), с помощью устройства (7) обработки изображений и с помощью оцифрованного снимка (10), включая оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3), обнаруживают недостаток и определяют, распознает ли устройство (7) обработки изображений оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3) как недостаток на проверяемой поверхности (4).

Группа изобретений относится к способу и устройству проверки инспекционной системы для обнаружения поверхностных дефектов продукта. Способ проверки инспекционной системы (1) и система для реализации способа для обнаружения поверхностных дефектов (2, 3) продукта (5), преимущественно плоского стального продукта, в котором с помощью одной камеры (6), преимущественно цифровой камеры, делают один снимок (10) одной поверхности (4) одного продукта (5), один снимок (10) в оцифрованном изображении передают на устройство (7) обработки изображений, одно оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3) интегрируют в оцифрованный снимок (10), с помощью устройства (7) обработки изображений и с помощью оцифрованного снимка (10), включая оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3), обнаруживают недостаток и определяют, распознает ли устройство (7) обработки изображений оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3) как недостаток на проверяемой поверхности (4).

Оптическое измерительное устройство, содержащее первый лазерный модуль, формирующий первую световую линию на поверхности объекта контроля, видеокамеру и систему обработки, отличающееся тем, что в него введены второй и третий лазерные модули, формирующие на поверхности объекта контроля две параллельные световые линии, отстоящие друг от друга на заданном расстоянии и перпендикулярные первой световой линии, причём первый лазерный модуль установлен так, что плоскость его светового потока перпендикулярна поверхности объекта контроля, видеокамера установлена так, что её оптическая ось составляет с нормалью к поверхности объекта контроля заданный угол, а проекция оптической оси на поверхность объекта контроля параллельна световым линиям второго и третьего лазерных модулей и расположена посередине между ними. Технический результат заключается в повышении точности поддержания траектории движения транспортной платформы вдоль сварного шва с предельными отклонениями от установленного расстоянии от оси шва порядка миллиметра при движении как справа, так и слева от валика усиления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх