Устройство для определения топологии поверхности муаровым методом

УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОПОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ
МУАРОВЫМ МЕТОДОМ
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 /1/.
Недостатком устройства является его сложность и низкая технологичность при изготовлении.
Известно устройство определения деформаций поверхности, содержащее проектор со слайдом изображения сетки, видеокамеру, устройство ввода-вывода информации в ЭВМ, саму ЭВМ с видеоконтроллером и дисплеем /2/. Данное устройство является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.
Недостатком его является низкая точность и невысокая степень автоматизации при определении топологии всей поверхности объекта.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что проектор и видеокамера выполнены цифровыми, устройство дополнительно снабжено контроллером для управления исполнительным механизмом, с помощью которого можно изменять ориентацию видеосистемы относительно объекта исследования.
Техническим результатом, достигаемым при использовании описанного устройства, является повышение степени автоматизации контроля и точности определения топологии поверхности.
Предлагаемое устройство позволяет определить с помощью компьютера форму поверхности объекта с большей точностью за счет выполнения процедуры сканирования.
Структура устройства представлена на фиг. 1.
Устройство предназначено для исследования поверхности объекта 1 и содержит мультимедийный видеопроектор 2, цифровую видеокамеру 3, контроллер управления исполнительным механизмом 4, исполнительный механизм с приводом 5 и компьютер 6 (содержащий клавиатуру, мышь, монитор и системный блок с устройством ввода-вывода данных, видеоконтроллером , системной платой, накопителями на жестком и гибком магнитных дисках).
Устройство работает следующим образом.
На исследуемую поверхность 1 мультимедийным проектором 2 проектируется изображение сетки, в центре которой вначале формируется светлая область, необходимая для предварительной настройки всей видеосистемы - сведения оптических осей проектора и видеокамеры в одну точку (на фиг.1 это точка А). После чего проектор 2 и видеокамера 3 жестко
--... -.f jV ;-i-:l ::l;:7 -.- ii.
G 01 N29/00
фиксируются. Затем производится определение расстояния L от проектора до точки А на поверхности объекта. Для этой цели светлая область в середине спроектированной сетки масштабируется до заданного размера, затем изображение этой области передается видеокамерой в компьютер и по ее размеру определяется расстояние L.
Действительно, если угол между оптическими осями видеокамеры и проектора р является острым и заранее известным, что делает искажение проектируемой светлой области минимальным, то принятое изображение светлой области DI по площади можно поставить в соответствие расстоянию LI и хранить в памяти компьютера библиотеку образов DN.
После проведения указанных подготовительных действий производится проектирование мультимедийным проектором 2 сформированного изображения эталонной сетки, состоящей из чередующихся темных и светлых полос с заданным щагом, на исследуемую поверхность объекта. Параметры сетки для проектора программно задаются в компьютере 6 и могут быть изменены, что позволяет повысить точность и быстроту определения формы поверхности при использовании различных типов проектируемых на поверхность объекта сеток
Затем осуществляется прием «рабочего растра посредством видеокамеры 3 и передача его в цифровом формате в компьютер 6, формирование «мнимого растра 7 и задание его положения (точка В) относительно поверхности объекта с помощью параметра LB. Далее в компьютере по установленным зависимостям формируется картина муаровых полос, образованных при наложении темных и светлых линий «рабочего и «мнимого растров, вычисляются центры полос, расстояния от них до исследуемой поверхности и величины деформаций поверхности.
После этого контроллер 4 по заданной программе с компьютера 6 воздействует на исполнительный механизм с приводом 5, и с помощью этого механизма производится переориентация видеосистемы проекторвидеокамера с целью исследования другого участка поверхности объекта. Переориентация видеосистемы предполагает изменение углов ее отклонения а и у соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях, как показано на фиг. 2. Это достигается отработкой (одновременной или поочередной) двумя щаговыми двигателями сигналов с контроллера 4.
В дальнейшем алгоритм работы устройства повторяется. После завершения сканирования с помощью компьютера формируется суммарная картина топологии исследуемой поверхности.
При этом для полученных двух соседних муаровых полос изменение расстояния от плоскости «мнимого растра до исследуемой поверхности определяется по известной формуле:
где h - шаг линий проектируемой на новерхность объекта сетки, mg - масштаб проекции сетки в плоскости «мнимого растра,
при этом fg - главное фокусное расстояние до объектива проектора, L - расстояние от оптического центра объектива проектора до исследуемой поверхности, LB - расстояние от плоскости «мнимого растра до исследуемой поверхности, YJ и |/2 - углы соответственно освеш;ения и наблюдения мнимого растра.
В качестве видеокамеры была использована цифровая камера Olympus Camedia С-3000 Zoom с разрешением 2048 х 1536 и мультимедийный проектор фирмы NEC марки VT 440, а в качестве контроллера для управления исполнительным механизмом, представляюш;им собой два шаговых двигателя, обеспечиваюш;их поворот видеосистемы в вертикальной и горизонтальной плоскостях, использован одноплатный контроллер, основным элементом которого является однокристальная микро-ЭВМ КМ 1816ВЕ751.
..
(L-L, g 7
ИСТОЧНИКИ РШФОРМАЦИИ:
1.Домрачев В.Г. и др. Схемотехника цифровых преобразователей перемеп ;ений: Справочное пособие / В.Г.Домрачев, В.Р.Матвеевский, Ю.С.Смирнов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 392 с.: 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 перемеп ;ений поверхности объекта.