устройство для определения топологии поверхности муаровым методом

Формула изобретения

Устройство для определения топологии поверхности муаровым методом, содержащее проектор и видеокамеру, которые жестко связаны и расположены под углом к исследуемой поверхности, причем их оптические оси пересекаются в точке на этой поверхности, компьютер, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено внешним контроллером, минилазером, сервомеханическим модулем и двумя модемами, соединенными между собой линией связи, причем компьютер соединен с модемом, расположенным на одном конце линии связи, а модем, расположенный на другом конце линии связи, подключен к контроллеру, который своими управляющими выходами соединен с сервомеханическим модулем, минилазером, видеокамерой, информационный выход которой подключен к модему, и проектором, информационный вход которого подключен к информационному выходу контроллера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, к устройствам для определения формы и перемещений поверхности объекта.

Известно устройство для определения относительного перемещения частей объекта, основанное на использовании накапливающих фотоэлектрических первичных преобразователей растрового типа со счетом числа муаровых полос (Домрачев В.Г. и др. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие/В.Г. Домрачев, В.Р. Матвеевский, Ю.С. Смирнов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - С.14-17: ил.).

Недостатками устройства является его сложность, низкая технологичность при изготовлении и низкая степень автоматизации.

Известно устройство определения деформаций поверхности, содержащее проектор со слайдом изображения сетки, видеокамеру, устройство ввода-вывода информации в ЭВМ, саму ЭВМ с видеоконтроллером и дисплеем (А.с. 2065570, 6 G 01 В 21/00, опубл. 20.08.96, Бюл. 23. Кучерюк В.И., Попов A.M., Колесников А.В. Электронно-проекционный способ измерения формы и перемещений поверхности объекта).

Данное устройство является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.

Недостатками его является низкая точность, низкая степень автоматизации и связанная с этим трудоемкость при определении топологии всей поверхности объекта.

Техническим результатом, достигаемым при использовании описанного устройства, является повышение степени автоматизации контроля и точности определения топологии поверхности при дистанционном управлении и обмене информацией.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что устройство дополнительно снабжено контроллером (для дистанционного управления устройствами), мини-лазером, сервомеханическим модулем, а также двумя приемопередающими модемами, соединенными между собой линией связи, причем компьютер соединен с модемом, расположенным на одном конце линии связи, а модем, расположенный на другом конце линии связи, подключен к контроллеру, который своими управляющими выходами соединен с сервомеханическим модулем, мини-лазером, видеокамерой, информационный выход которой подключен к модему, и видеопроектором, информационный вход которого подключен к информационному выходу контроллера.

Предлагаемое устройство позволяет определять с помощью компьютера форму поверхности объекта с большей точностью за счет выполнения процедуры сканирования, поскольку дает возможность более детально и по заданной программе исследовать требуемые участки поверхности объекта при различных внешних условиях (в том числе и в условиях агрессивной среды) и параметрах задания (шаги объектной и мнимой сеток, угол поворота видеопроектора, расстояние от видеосистемы до плоскости мнимого растра, расстояние от мнимого растра до точки фокусировки оптических осей видеопроектора и видеокамеры и др.).

Структурная схема устройства представлена на фиг.1.

Схема взаимодействия устройства с контролируемым объектом показана на фиг.2.

Устройство предназначено для исследования поверхности объекта и содержит проектор 1 (например, мультимедийный) и видеокамеру 2, которые жестко связаны и расположены под углом к исследуемой поверхности, мини-лазер 3, сервомеханический модуль 4, внешний контроллер 5, приемопередающие модемы 6 и 7, соединенные через линию связи 8, и компьютер 9. Компьютер 9 соединен с модемом 7, расположенным на одном конце линии связи 8, а модем 6, расположенный на другом конце линии связи 8, подключен к внешнему контроллеру 5, который своими управляющими выходами соединен с сервомеханическим модулем 4, мини-лазером 3, видеокамерой 2, информационный выход которой подключен к модему 6, и проектором 1, информационный вход которого подключен к информационному выходу внешнего контроллера 5.

Устройство работает следующим образом.

Проектором 1 нормально к исследуемой поверхности 10 (фиг.2) проецируется изображение, в центре которого вначале формируется сфокусированная светлая область, необходимая для предварительной настройки всей видеосистемы - сведения оптических осей проектора 1 и видеокамеры 2 в одну точку. Такая юстировка осуществляется с помощью мини-лазера 3 и сервомеханического модуля 4, поворачивающего видеокамеру 2 на требуемый угол . Непосредственное управление поворотом выполняет контроллер 5, получающий сигналы управления через модемную линию связи 8 от компьютера 9.

В начале юстировки оптические оси проектора 1 и видеокамеры 2 располагаются параллельно. Затем видеокамера 2 поворачивается на угол до тех пор, пока световая точка включенного мини-лазера 3, луч которого совпадает или параллелен главной оптической оси видеокамеры 2, не будет располагаться в центре сфокусированной проектором светлой области (в точке А). После окончания юстировки видеопроектор 1 и видеокамера 2 фиксируются. Образованный прямоугольный треугольник с вершинами в оптических центрах проектора 1, видеокамеры 2 и в точке А (фиг.2) имеет известный катет D, который является постоянной величиной установки. Тогда расстояние от видеопроектора до поверхности будет определено как

H=L+M=Dctg.

При этом угол , заносимый в компьютер 9 после окончания юстировки, будет однозначно соответствовать числу импульсов, формируемых в компьютере 9 для управления двигателем сервомеханического модуля 4, обеспечивающего поворот видеокамеры 2 в горизонтальной плоскости. Это позволяет с помощью компьютера 9 определить угол поворота и расстояние Н.

После проведения указанных подготовительных действий производится проецирование мультимедийным проектором 1 сформированного в компьютере 9 изображения эталонной сетки, состоящего из чередующихся темных и светлых полос с заданным шагом, на исследуемую поверхность объекта 10. Параметры сетки для проектора 1 программно задаются в компьютере 9 и передаются с помощью модемов 6 и 7 по линии связи 8 в контроллер 5, а затем - в проектор 1. Параметры сетки могут быть всегда программно изменены, что позволяет повысить быстроту ее выбора и проецирования на исследуемую поверхность.

Затем осуществляется прием объектного («рабочего растра») посредством видеокамеры 2 и передача его в цифровом формате в компьютер 9, формирование «мнимого растра» 11 по программе (фиг.2) и задание его положения относительно видеокамеры 1 (расстояние L) и поверхности объекта 10 (расстояние М). Далее в компьютере 9 по заданной формуле формируется картина муаровых полос, образованных при наложении темных и светлых линий объектного и «мнимого» растров, вычисляются центры полос, расстояния от них до исследуемой поверхности 10 и величины деформаций поверхности. После этого контроллер 5 по программе, поступившей с компьютера 9, воздействует по модемной линии связи 8 на исполнительный сервомеханический модуль 4, с помощью которого происходит переориентация видеосистемы проектор-видеокамера с целью исследования другого участка поверхности 10. Это достигается отработкой (одновременной или поочередной) координатными шаговыми двигателями сигналов с внешнего контроллера 5. В дальнейшем алгоритм работы устройства для последующей переориентации повторяется. После завершения сканирования с помощью компьютера 9 формируется суммарная картина топологии исследуемой поверхности 10.

При этом для полученных двух соседних муаровых полос изменение расстояния от плоскости «мнимого растра» до исследуемой поверхности определяется по известной формуле:

где а - шаг линий проектируемой на поверхность объекта сетки, m - масштаб проекции сетки в плоскости «мнимого растра», ₁ и ₂ - углы соответственно освещения и наблюдения мнимого растра.

Физическая реализация линии связи 8 - коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, радиоканал. Проектор 1 - цифровой мультимедийный видеопроектор, видеокамера 2 - цифровая фото- или видеокамера. В качестве контроллера 5 может быть использован PLC-контроллер известных отечественных или зарубежных фирм-производителей.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

1. Домрачев В.Г. и др. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие/ В.Г. Домрачев, В.Р. Матвеевский, Ю.С. Смирнов. - M.: Энергоатомиздат, 1987. - С.14-17: ил.

2. А.с. 2065570, 6 G 01 В 21/00, опубл. 20.08.96, Бюл. 23. Кучерюк В.И., Попов A.M., Колесников А.В. Электронно-проекционный способ измерения формы и перемещений поверхности объекта.