устройство для бесконтактного контроля линейных размеров трехмерных объектов
Классы МПК: | G01B11/24 для измерения контуров или кривых |
Автор(ы): | Климов А.В. (RU), Чичварин Н.В. (RU), Юхин А.Л. (RU) |
Патентообладатель(и): | "А4 ВИЗИОН СА" (CH) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-02-14 публикация патента:
27.02.2003 |
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для визуализации профилей трехмерных объектов. Устройство реализует принцип "структурированной подсветки", который используют в трехмерной компьютерной анимации и некоторых других приложениях для регистрации формы поверхности. Устройство содержит источник оптического излучения и последовательно установленные по ходу излучения транспарант и дополнительный объектив, с помощью которого формируется структурированная подсветка объекта системой полос, основной объектив, фоторегистратор, преобразующий спроецированное объективом изображение в цифровое, цифровой электронный блок, осуществляющий пересчет фиксируемых фоторегистратором цифровых изображений в величины высот профиля поверхности по измеренной величине искривления полос. Устройство дополнительно снабжено вторым объективом с большой глубиной резко передаваемого изображения, вторым электронным цифровым блоком - компаратором, в памяти которого хранится цифровое изображение периодической по одной координате линейчатой структуры, а транспарант выполнен в виде слайда с линейчатой структурой, периодической вдоль двух координат, т.е. в виде решетки. Таким образом устраняются высокая погрешность контроля и ограниченные функциональные возможности, присущие известным устройствам, в результате повышается точность и достоверность контроля. 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
Устройство, реализующее способ бесконтактного контроля линейных размеров трехмерных объектов методом структурированной подсветки, содержащее источник оптического излучения и последовательно установленные по ходу излучения транспарант, выполненный в виде слайда с изображением периодической линейчатой структуры, объектив, проецирующий изображение возникающей по поверхности контролируемого объекта искаженной рельефом поверхности картины периодической линейчатой структуры, фоторегистратор, преобразующий спроецированное объективом изображение в цифровое и цифровой электронный блок, вход которого соединен с выходом фоторегистратора, осуществляющий пересчет фиксируемых фоторегистратором цифровых изображений в величины координат контролируемой поверхности по формуле
где Z - значение высоты профиля поверхности в точке с координатами Х, Y, пересекаемой какой-либо полосой линейчатой структуры;


отличающееся тем, что оно снабжено вторым объективом для проецирования изображения транспаранта на контролируемую поверхность, установленным за транспарантом на расстоянии, равном проекционному, выполненным с глубиной резко передаваемого изображения, равной глубине резко передаваемого изображения первого объектива, вторым электронным цифровым блоком, соединенным своим входом с выходом фоторегистратора, а выходом - со входом первого электронного блока, выполненным в виде компаратора двух цифровых изображений, в памяти которого хранится цифровое изображение периодической вдоль одной из координат линейчатой структуры, транспарант выполнен в виде слайда с линейчатой структурой, периодической вдоль двух координат.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для визуализации профилей трехмерных объектов. Известны устройства, реализующие принцип "структурированной подсветки", которые используются в трехмерной компьютерной анимации и некоторых других приложениях для регистрации формы поверхности. Известен способ и устройство, его реализующее, для бесконтактного контроля линейных размеров трехмерных объектов. Способ заключается в том, что последовательно сканируют отдельные контуры поверхности светящейся полосой и судят о контролируемых размерах по степени искажения изображения полосы и местоположению полосы в декартовой системе координат. Устройство, реализующее способ, содержит лазер, сканер, объектив, фоторегистратор и блок обработки информации (см., например, описание изобретения к патенту РСТ WO 98/27514 от 25.06.98, заявка РСТ /IB 97/ 01649 от 15.12.96). Недостатком известного устройства является низкая точность и длительное время контроля, связанные с наличием операции и блока сканирования. Известен способ и устройство, его реализующее, для контроля линейных размеров трехмерных объектов по трем декартовым координатам. Способ заключается в том, что на объект проецируется система разноцветных периодических полос. В результате в одном кадре регистрируется целиком вся попадающая в поле зрения камеры часть поверхности и судят о контролируемых размерах по степени искажений изображения множества полос и местоположению полос в декартовой системе координат. Устройство, реализующее способ бесконтактного контроля линейных размеров трехмерных объектов методом структурированной подсветки, содержащее источник оптического излучения и последовательно установленные по ходу излучения транспарант, выполненный в виде слайда с изображением радужных полос, объектив, проецирующий изображение возникающей на поверхности контролируемого объекта искаженной рельефом поверхности картины радужных полос, фоторегистратор, преобразующий спроецированное объективом изображение в цифровое и цифровой электронный блок, вход которого соединен с выходом фоторегистратора, осуществляющий пересчет фиксируемых фоторегистратором цифровых изображений в величины высот рельефа (см., например, описание изобретения к патенту РСТ WO 00/70303, РСТ /US 99/ 70303, кл. G 01 B 11/24, 23.11.2000). Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная неоднозначным отражением подсвечивающего пучка от поверхности цветного объекта, и отсутствие в отраженной картине информации о сквозных отверстиях. Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранное в качестве прототипа координат контролируемой поверхности по формуле: устройство, реализующее способ бесконтактного контроля линейных размеров трехмерных объектов методом структурированной подсветки, содержащее источник оптического излучения и последовательно установленные по ходу излучения транспарант, выполненный в виде слайда с изображением периодической линейчатой структуры, объектив, проецирующий изображение возникающей на поверхности контролируемого объекта искаженной рельефом поверхности картины периодической линейчатой структуры, фоторегистратор, преобразующий спроецированное объективом изображение в цифровое, и цифровой электронный блок, вход которого соединен с выходом фоторегистратора, осуществляющий пересчет фиксируемых фоторегистратором цифровых изображений в величины
где Z - значение высоты профиля поверхности в точке с координатами X, Y, пересекаемой какой-либо полосой линейчатой структуры,


Техническое зрение роботов. - Под. ред. Пью А.; пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1987, с. 56-57.
Класс G01B11/24 для измерения контуров или кривых