ТЕЛЕВИЗИОННОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения геометрических размеров труб - внешнего и внутреннего диаметра, толщины стенки, площади поперечного сечения.
Известны телевизионные устройства для измерения геометрических параметров объектов, в том числе труб, содержащие телекамеру и устройства обработки, основанные на формировании изображения контролируемого объекта на поверхности ПЗС матрицы телекамеры с дальнейшей передачей данных в ЭВМ и программной обработкой результатов [а.с. SU 1837160, МКИ G01B 21/30, бюлл. №32, 1993; а.с. SU 2052768, МКИ G01В 17/00, бюл. №22, 1995; а.с. SU 1657960, МКИ G01В 21/10, бюл. №23, 1991; а.с. SU 1675664, MKH: G01В 11/02, бюл. №33, 1991; a.c. SU 1716327 МКИ G01В 21/20, бюл. №8, 1992; патент RU №2163395, G06К 9/52, 2000].
Недостатком известных устройств является низкая точность, связанная с оптическими искажениями изображения на границах приемной матрицы, а также зависимостью размера изображения от расстояния объектива телекамеры до контролируемого объекта. Это затрудняет их применение в устройствах оперативного контроля в тех случаях, когда расстояние до контролируемого объекта не известно или не фиксировано.
Прототипом заявляемой полезной модели является двухканальное телевизионное устройство, содержащие две телекамеры, разнесенные на фиксированное расстояние и соединенные с видеоконтрольным устройством, выход которого подключен к устройству масштабирования и устройству обработки (патент РФ на полезную модель №32261, б.и. №25 от 10.09. 2003)
Недостаток прототипа является низкая точность, обусловленная тем, что результат измерения зависит от взаимного расположения телекамеры и объекта, в частности от перекоса камеры, когда главные оптические оси камер не перпендекулярны плоскости, в которой находится измеряемый отрезок.
Поставлена задача: повысить точность измерений для произвольного расположения телекамер и объекта, в частности обеспечить независимость результатов измерений от направления оптических осей телекамер.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее телекамеры, разнесенные друг от друга на фиксированные расстояния, соединенные через устройство ввода с видеоконтрольным устройством и устройством обработки дополнительно введены две или четыре телекамеры, разнесенные на фиксированные расстояния, причем все камеры сгруппированы парами с параллельными оптическими осями перпендекулярными отрезку разнесения, при этом отрезки разнесения групп камер взаимно перпендекулярны.
Это позволяет формировать полное изображение объекта на экране видеоконтрольного устройства отдельно от каждой телекамеры, совмещать эти изображения, вычислять масштаб отдельно по каждой координате ортогонального пространства Х Y Z и проводить измерения независимо от взаимной ориентации камеры и объекта, а также направленности оптических осей телекамер.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре 1 приведена структурная схема предложенного устройства для случая введения двух дополнительных телекамер, а на фигуре 2 изображения контролируемого объекта, получающиеся на экране видеоконтрольного устройства после совмещения изображений от всех телекамер.
z
Устройство состоит из четырех телекамер, в которой две телекамеры 1 и 2 разнесены по координате z на расстояние d и имеют главные оптические оси, параллельные оси х. Две другие камеры 3 и 4 разнесены в пространстве на
х
z
х
z
x
фиксированное расстояние d по координате х и имеют оптические оси, параллельные оси z. Таким образом отрезки разнесения телекамер d и d взаимно перпендекулярны. Телекамеры через устройство ввода 5 соединены с устройством обработки 6, выход которого подключен к видеоконтрольному устройству 7. На фигуре 1 показаны также контролируемый объект S, на который нанесена метка М и измеряемый отрезок ВС, длина которого обозначена L. На фигуре 2 координаты μ η определяют точки на плоскости фотоматрицы телекамеры и, следовательно, видеоконтрольного устройства;  - проекции отрезков d, d на плоскость экрана видеоконтрольного устройства. Индексы в остальных обозначениях соответствуют номеру телекамеры, от которых получены изображения на совмещенном экране.
1
2
z
3
4
x
Сущность работы устройства состоит в том, что на измеряемом объекте S делается произвольная метка (точка М, фиг.1), которая от четырех смещенных в пространстве телекамер через устройство ввода 5 будет проектироваться на разные точки экрана видеоконтрольного устройства 7. При совмещении изображений от всех телекамер на экране одного видеоконтрольного устройства точки М и М, будут разнесены в плоскости экрана на расстояние  (фиг.2), являющееся изображением заранее известной величины d, равной расстоянию между оптическими осями телекамер, разнесенными по координате z. Точки М и М будут разнесены в плоскости экрана на расстояние , являющееся изображением заранее известной величины d, равной расстоянию между оптическими осями телекамер, разнесенными по координате х.
z
х
Таким образом, независимо от расстояния от камеры до объекта и смещения оптических оси телекамер от центра фигуры и плоскости измеряемого отрезка ВС, определяя на экране длину отрезков  и соотнося ее реальными размерами d, d можно определить цену деления одного пиксела экрана (массштаб) отдельно по координатам х и z по формулам:, где
.
Тогда проекцию измеряемого отрезка ВС по координате z можно определить по любой из камер 1 или 2:
.
Проекцию отрезка ВС по координате х можно определять по камерам 3 или 4:
Истинная длина отрезка ВС определится по формуле: .
Точность измерений повысится, если проводить вычисления по всем камерам, а результат усреднять:
.
Вычисления производятся в устройстве обработки 6.
Полезная модель позволяет практически полностью устранится от влияния перекосов контролируемого объекта относительно оптической оси камеры. При этом, если камерой захватывается все изображение объекта, устройство обработки можно запрограммировать не только на измерение каких-то размеров, но и проводить анализ формы, вычислять центр тяжести, момент сопротивления и т.д. Устройство позволяет значительно повысить точность оперативных измерений геометрических параметров объектов, сделав их независимыми от взаимного расположения телекамеры и контролируемого объекта при использовании в широком диапазоне измерений.