ВИДЕОКООРДИНАТОМЕТР

Изобретение относится к областям технической физики и прикладной геодезии и служит, в частности, для определения положения контролируемого объекта относительно струны прямого или обратного отвесов (относительно отвесной линии).
Известны устройства для определения плановых (в горизонтальной плоскости) координат струны на основе механических, оптических, фотоэлектрических, теневых, силоизмерительных и других координaтомеров /I/.
В механическом устройстве измерения выполняются путем перемещений во взаимно-перпендикулярных направлениях щупа до момента касания струны отвеса с последующим визуальным снятием отсчетов с двух взаимно-перпендикулярных линеек - микрометров /I/. Недостатками подобного устройства являются механические перемещения, визуальное снятие отсчетов (не отвечающее требованиям автоматизации измерений) и касание струны (нарушающее его равновесие).
В фотоэлектрическом устройстве измерения выполняются путем перемещений во взаимно-перпендикулярных направлениях фотоэлектрического датчика до появления фотоэлектрического сигнала от струны с последующим визуальным снятием отсчетов с двух взаимно-перпендикулярных линеек -микрометров /I/. Устройство обладает теми же недостатками, что и предыдущее, за исключением касания струны.
В теневом устройстве измерения выполняются путем перемещений во взаимно-перпендикулярных направлениях визирных устройств до их совмещения с границами тени струны с последующим снятием отсчетов с двух взаимно-перпендикулярных линеек - микрометров /I/. Устройство обладает теми же недостатками, что и предыдущее, кроме того формирование стабильной тени от струны является сложной задачей.
В силоизмерительном устройстве измерения выполняются путем оттягивания струны до определенного положения с последующим измерением прилагаемой силы в двух взаимно-перпендикулярных направлениях с помощью двух динамометров /I/. Устройство обладает недостатками предыдущих и невысокой точностью измерений.
Прототипом предлагаемого видеокоординатометра служит оптический координатомер народного предприятия «Фрайбергер прецизионсмеханик» (ГДР), получивший наибольшее распространение /I/. В нем измерения выполняются бесконтактным способом путем перемещений двух оптических визирных трубок во взаимно-перпендикулярных направлениях до момента совмещения изображений струны с сетками нитей окуляров трубок с последующим визуальным снятием отсчетов с двух взаимно-перпендикулярных линеек - микрометров.
Прототипу, как и аналогам, присущи следующие недостатки:
- измерения выполняются на основе ручных механических перемещений во взаимно-перпендикулярных направлениях, что создает определенные неудобства;
- отсчеты координат струны отвеса выполняются визуальным методом, не отвечающим требованиям автоматизации измерений;
- устройство с двух сторон охватывает струну отвеса, что увеличивает его габариты и массу и также создает определенные неудобства.
Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в устранении недостатков, присущих прототипу, путем создания более компактной и простой конструкции, исключения механических перемещений и выполнения измерений в автоматическом режиме,
Для решения этой задачи в предлагаемом видеокоординатометре, содержащем основание с отсчетным устройством для определения координат струны отвеса, в отличие от прототипа и в соответствии с изобретением отсчетное устройство выполнено в виде двух видеодатчиков, установленных на одной линии на определенном расстоянии друг от друга так, что их координатные оси параллельны координатным осям основания, и компьютера с компьютерной программой для вычисления координат струны по формулам:
x
х
1
2
01
02
0
0
где L - расстояние между видеодатчиками, f - фокусное расстояние объективов видеодатчиков, N - число дискретов (пикселов), выделяемых в направлении координатных осей Х видеодатчиков при компьютерной обработке из выходных видеосигналов, М - размер фоточувствительной рабочей области ПЗС-матрицы в направлении ее координатной оси X, X, X -текущие (на момент выполнения измерений) координаты центров изображений струны в выходных видеосигналах видеодатчиков, X, X - начальные координаты центров изображений струны в выходных видеосигналах видеодатчиков, X, Y - координаты «нулевой» точки основания (место «нуля» прибора).
Работа видеокоординатометра основана на компьютерной обработке видеосигнала, содержащего изображение контролируемого объекта - видеоизмерении 111.
Изобретение поясняется фиг.1, на котором изображены основание 1, видеодатчик 2, струна 3, перпендикулярная плоскости фигуры, видеодатчик 4 и компьютер 5.
1
1
3
3
Видеодатчики 2 и 4 установлены на основании, на прямой линии, на определенном расстоянии друг от друга. Их координатные оси X, Y и Х, Y находятся в горизонтальных плоскостях и параллельны координатным осям X, Y координатной системы основания 1, в которой измеряются координаты струны 3.
Струна отвеса 3 постоянно находиться в поле зрения видеодатчиков 2 и 4, выходные видеосигналы которых вводятся в компьютер 5, обрабатываются в нем под управлением специальной прикладной компьютерной программы и вычисляются искомые координаты по формулам:
x
х
1
2
01
01
0
0
где L - расстояние между видеодатчиками, f - фокусное расстояние объективов видеодатчиков, N - число дискретов (пикселов), выделяемых в направлении координатных осей Х видеодатчиков при компьютерной обработке из выходных видеосигналов, М - размер фоточувствительной рабочей области ПЗС-матрицы в направлении ее координатной оси X, Х, Х -текущие (на момент выполнения измерений) координаты центров изображений струны в выходных видеосигналах видеодатчиков, X, X - начальные координаты центров изображений струны в выходных видеосигналах видеодатчиков, X, Y - координаты «нулевой» точки основания (место «нуля» прибора).
При этом средняя квадратическая погрешность измерений рассчитывается по формуле, аналогичной способу «прямой засечки» 131:
где m - средняя квадратическая погрешность измерения углов,  эффициент пересчета радиан в угловые минуты.
1
2
Например, если принять L=200 мм, m=1 угл.мин. и φ=φ=45°, то средняя квадратическая погрешность измерений будет равна:
C
М≈ 0,06 мм.
Таким образом, измерения выполняются с высокой точностью, в автоматизированном режиме на основе компьютерной обработки получаемой информации, без механических перемещающихся узлов и при расположении узлов отсчетного устройства (видеодатчиков) не с двух сторон (не на двух взаимно-перпендикулярных линиях), а с одной стороны струны отвеса (на одной линии).
Видеокоординатометр может служить для контроля плановых положений фундаментов и оснований сооружений, тела плотин, подвижек почвы (оползней) и др.