СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ
METHOD OF NONCONTACT SENSING OF THREE-DIMENSIONAL OBJECTS

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для визуализации, математического моделирования и физического воспроизведения геометрии трехмерных объектов, а также их распознавания.
Способ реализует принцип подсветки измеряемой поверхности.
Известен способ и устройства, реализующие принцип подсветки для регистрации формы поверхности.
Способ заключается в том, что с помощью стационарного источника света на объект проецируется система полос, покрывающая измеряемую поверхность. Неподвижное фоторегистрирующее устройство фиксирует эти полосы и по степени их искривления производится вычисление формы поверхности.
Например, патенты WO 99/58930, WO 00/70303, RU 2199716, RU 2199717.
Недостатком данного способа является низкая точность измерения в зонах малых углов наклона измеряемой поверхности к направлению проецирования света (малых углов встречи) а также необходимость его использования в стационарном режиме.
Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ, реализованный в устройстве для контроля геометрии трехмерных объектов. Патент WO 99/17076.
Способ заключается в формировании с помощью источника плоского луча света на измеряемой поверхности контрастной линии, регистрации этой линии неподвижным фоторегистрирующим устройством и определении рельефа поверхности в плоскости луча по степени искривления линии с помощью цифрового вычислительного устройства, вход которого соединен с выходом фоторегистрирующего устройства.
При этом с целью измерения всей поверхности осуществляется непрерывный поворот плоского луча относительно измеряемого объекта с одновременным измерением угла поворота.
Недостатком данного способа является необходимость его использования в стационарном режиме, низкая точность измерения в зонах малых углов встречи луча с измеряемой поверхностью, а также необходимость измерения угла поворота луча.
Сущность заявляемого изобретения заключается в формировании на измеряемой поверхности контрастной линии, проецируемой источником плоского луча света, регистрации этой линии фоторегистрирующим устройством и определении рельефа поверхности в плоскости луча по степени искривления линии с помощью цифрового вычислительного устройства, вход которого соединен с выходом фоторегистрирующего устройства, причем плоский луч источника света неподвижен относительно фоторегистрирующего устройства, а сканирование измеряемой поверхности по всем сечениям осуществляется за счет перемещения "вручную" фоторегистрирующего устройства (совместно с источником света) таким образом, чтобы обеспечить максимальный угол встречи луча с поверхностью.
При этом с целью совмещения всех измеренных сечений в единую поверхность предусматриваются две яркие опорные линии, нанесенные на базовую панель, неподвижную относительно измеряемого объекта.
Фоторегистрирующее устройство фиксирует эти линии совместно с линией луча и передает их изображение на вычислительное устройство, которое по анализу этого изображения проводит аналитическое совмещение всех сечений в единую поверхность.
Новизна предлагаемого способа усматривается в том, что с целью упрощения его реализации, а также облегчения доступа к различным зонам измеряемого объекта источник (и луч) света неподвижен относительно фоторегистрирующего устройства и перемещается вместе с ним "вручную" таким образом, чтобы осуществлять непрерывное сканирование всей измеряемой поверхности и с целью увеличения точности измерения обеспечивать максимальный угол встречи луча с этой поверхностью.
Новизна также в том, что вводятся две опорные линии, неподвижные относительно измеряемого объекта, по анализу изображения которых вычислительное устройство проводит совмещение всех измеренных сечений в единую поверхность.
Совокупность приведенных существенных признаков приводит к достижению технического результата, который выражается в повышении точности измерения, простоте реализации способа и легкости доступа к различным зонам измеряемой поверхности.
Совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи с достигаемым результатом.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентноспособности изобретения.
Других технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.
На чертеже изображена схема варианта устройства, реализующего предлагаемый способ.
Устройство содержит цифровую фотокамеру 1, полупроводниковый лазер 2, неподвижный относительно камеры 1, вычислительное устройство 3, базовую панель 4, неподвижную относительно измеряемого объекта 8, с нанесенными на ней опорными линиями 5.
Вход цифрового вычислительного устройства 3 соединен с выходом фотокамеры 1.
Способ бесконтактного обмера трехмерных объектов осуществляют следующим образом.
Плоский пучок 6 оптического излучения лазера 2 дает на поверхности измеряемого объекта яркую линию 7, степень искривления которой пропорциональна кривизне измеряемого объекта 8.
Ручным перемещением фотокамеры 1 (совместно с лазером 2) осуществляют:
а) непрерывное сканирование лазерным лучом всей измеряемой поверхности объекта,
б) оптимизацию ориентации лазера относительно объекта с целью увеличения угла встречи лазерного луча с измеряемой поверхностью.
Фотокамера 1 в непрерывном режиме регистрирует линию 7 лазерного луча и опорные линии 5, нанесенные на базовою панель 4, и передает их на вычислительное устройство 3, которое по анализу искривления линии 7 производит вычисление трех координат измеряемого объекта в плоскости сечений 6 лазерного луча, а по анализу расположения опорных линий 5 производит совмещение всех сечений в единую поверхность.
Предлагаемый способ может использоваться в различных технологических процессах с целью визуализации, распознавания, математического моделирования и физического воспроизведения геометрии трехмерных объектов.