СПОСОБ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И КОНТРОЛЯ ФОРМЫ ТЕЛА, ОГРАНИЧЕННОГО НАБОРОМ СВЯЗАННЫХ МЕЖДУ СОБОЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ
METHOD FOR PHOTOGRAMMETRIC MEASUREMENT OF DIMENSIONS AND MONITORING SHAPE OF BODY BOUNDED BY SET OF INTERCONNECTED SURFACES

Изобретение относится к бесконтактным методам получения больших объемов информации для создания детальных трехмерных цифровых и графических моделей как отдельных сложнопрофильных изделий, так и трехмерных моделей объемных конструкций на разных этапах их изготовления.
Известны способы видеограмметрического контроля размеров и форм поверхностей, заключающиеся в измерении положения облака точек с помощью двух видеокамер [1]. Недостатками такого метода являются низкая производительность и необходимость получения довольно большого количества снимков.
Известен способ измерения геометрических параметров поверхностей сложнопрофилированных объектов и устройства для его осуществления [2]. Способ включает направление на контролируемую поверхность узкого лазерного луча, прием с другого углового направления отраженного лазерного луча на интегральную многоэлементную фотолинейку, обработку видеосигнала, по которому определяют дальность до каждой точки контролируемой поверхности по оси Z, перемещение контролируемого объекта по оси X и/или Y, одновременную автоматическую фиксацию координат каждой точки контролируемой поверхности в памяти ПЭВМ для определения фактического профиля контролируемой поверхности. Кроме того, дополнительно осуществляют прием луча, прошедшего через контролируемую поверхность, фиксируют координаты точек начала и конца сквозного прохода луча, соответствующие кромке контролируемой поверхности или кромке отверстия на ней в памяти компьютера для определения координат точек на контролируемой поверхности.
Недостатком такого способа является невозможность измерять форму поверхности больших объектов, а также то, что средство для закрепления измеряемого изделия выполнено в виде поворотного стола, снабжено электроприводом и датчиком угла поворота.
Известен способ оптического измерения формы поверхности [3]. Способ включает проецирование на измеряемую поверхность набора изображений с заданной структурой светового потока, регистрацию набора, соответствующих изображений поверхности при ее наблюдении под углом, отличным от угла проецирования набора изображений и определение формы измеряемой поверхности по зарегистрированным изображениям. Предварительно определяют переотражающие участки измеряемой поверхности, при освещении которых под углом проецирования набора изображений возникает паразитная засветка других участков измеряемой поверхности. Переотражающие участки при проецировании набора изображений затеняют и определяют форму освещенных участков. Затем, проецируя набор изображений с заданной структурой светового потока на ранее затененные переотражающие участки, определяют форму поверхности на переотражающих участках. Данным способом невозможно контролировать размеры поверхностей, кроме того, для реализации данного метода в производственных условиях требуются определенные условия по освещенности, что не всегда возможно.
Наиболее близким является способ автоматизированного измерения с использованием модели внешней среды в стереотелевизионной системе технического зрения [4].
Способ автоматизированного измерения объектов внешней среды с использованием ее геометрической трехмерной модели в стереотелевизионной системе технического зрения, заключающийся в получении стереопары в виде левого и правого оцифрованных изображений с помощью двух телекамер, образующих стереосистему, сопряженную с ПЭВМ, фрагментации левого изображения, выделении на фрагменте одной из интересующих точек поверхности объекта, выделении фрагмента правого изображения в соответствии с расчетным диапазоном параллаксов, выделении на фрагменте правого изображения группы отождествляемых элементов, поиске корреспондирующей пары упомянутой точки на множестве элементов группы, вычислении параллакса корреспондирующей пары, вычислении пространственных координат этой точки и построении модели объекта по вычисленным координатам точек его поверхности, после построения модели объекта выбирают требуемый ракурс осмотра модели объекта, подводят курсор к модели объекта, вычисляют по уравнению поверхности и двумерным координатам курсора трехмерные координаты точки поверхности, вычисляют двумерные координаты этой точки на плоскости визуализируемого изображения, одного из указанной стереопары, и отображают точку с двумерными координатами на выведенном на экран монитора изображении, при этом отображение точки устанавливается на интересующее оператора место на изображении объекта, считывают трехмерные координаты точки поверхности наблюдаемого объекта. Данный способ не дает возможности измерять и контролировать форму измеряемого объекта без участия оператора.
Устройство, реализующее способ, представлено на фиг.1, фиг.2 и состоит из двух измерительных видеокамер 1 и 2, собственно измеряемого объекта (тела) 3 с измеряемыми поверхностями 4 и 5, с нанесенными на них маркерными точками 6 и 7, и закрепленных на периферии измеряемого объекта 3 и выступающих за пределы его контура точечных маркеров 8, одновременно видимых с тех же ракурсов (точек, мест установки измерительных видеокамер), что и поверхности, форму и взаимное положение которых требуется определить. Количество маркерных точек 6 и 7 может быть любым, причем чем их больше, тем точнее определяется форма поверхности.
Суть предлагаемого способа заключается в следующем. На каждую измеряемую поверхность 4 и 5 измеряемого объекта (тела) 3 наносят маркерные точки соответственно 6 и 7. На периферии измеряемого объекта (тела) 3 закрепляют выступающие за пределы его контура точечные маркеры 8, видимые одновременно с тех же ракурсов, что и поверхности 4 и 5, форму и взаимное положение которых требуется определить. Затем с помощью двух измерительных видеокамер 1 и 2, установленных в положении, из которого видна поверхность 4, определяют координаты маркерных точек 6 поверхности 4 и точечных маркеров 8 в системе координат А, связанной с положением измерительных видеокамер. Затем видеокамеры 1 и 2 устанавливают в положение, из которого видна поверхность 5, и при их помощи снова определяют координаты маркерных точек 7 поверхности 5 и точечных маркеров 8 в системе координат Б, связанной с новым положением измерительных видеокамер.
Координаты точечных маркеров 8 в системах координат А и Б позволяют связать между собой эти координатные системы и рассчитать положение всех маркерных точек 6 и 7 в любой удобной системе координат, что позволяет определить геометрию поверхностей 4 и 5 и их взаимное положение.
Источники информации
1. Сердюков В.М. Фотограмметрия в промышленности и в гражданском строительстве. М.: Недра, 1977.
2. Патент RU 2243503 С2, 19.06.2001.
3. Патент RU 2448323 С1, 29.12.2010.
4. Патент RU 2148794 С1, 08.12.1997.