ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА И ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ НА УПОМЯНУТОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Полезная модель относится к области бесконтактных оптических измерений и может быть применена в различных отраслях народного хозяйства, там, где возникает необходимость оперативного измерения, фиксации и сравнения поверхностей сложной формы, например в машиностроении для контроля формы поверхности криволинейных изделий и т.п.
Известно устройство для контроля рельефа поверхности объекта (Патент РФ №2242714, 20.12.2004, G 01 B 11/25), включающее оптическое устройство для проецирования на поверхность эталонного объекта образцовый муаров рисунок, средства для регистрации полученного изображения поверхности объекта, проекционные оптические устройства для обратного проецирования полученного изображения на поверхность измеряемого объекта и средство для обработки информации. В качестве оптических устройств используют проекторы, а в качестве средств для регистрации изображения - фотоаппараты.
Недостатком этого устройства является усложнение конструкции измеряющей установки, в которой должны быть совмещены функции проектора и регистратора. К тому же, в случае использования фотоносителей в данном устройстве требуется производить фотохимическую обработку и точный возврат слайда в проектор при выполнении измерения, а в случае использования электронных носителей - требуется изготовление устройства, совмещающего в себе функцию проектора и регистратора. Кроме того, данное устройство не позволяет получить наглядные величины отклонений на поверхности измеряемого объекта.
Известен также измерительный комплекс для определения геометрических характеристик поверхности объекта (Патент РФ №2148793, 10.05.2000, G 01 B 11/24) - прототип, включающее оптическое устройство для подсвечивания поверхности измеряемого объекта, средство для регистрации изображения подсвечиваемой поверхности объекта, и информационно-вычислительную систему. В качестве оптического устройства используют проектор, а в качестве средства для регистрации изображения - телекамеру.
Недостатком данного технического решения является то, что с помощью данного комплекса исключена возможность проецирования изображения результатов измерения непосредственно на поверхность измеряемого объекта, а также усложнение конструкции устройства за счет использования слайдов, которые необходимы для осуществления процесса измерения.
Технический результат заявленного решения - упрощение конструкции измерительного комплекса и появление дополнительной функции, позволяющей осуществить проецирование величин отклонений или иных параметров формы поверхности непосредственно на поверхность измеряемого объекта.
Для получения заявленного технического результата в предлагаемом измерительном комплексе для определения геометрических характеристик поверхности объекта, включающем оптическое устройство для подсвечивания поверхности измеряемого объекта, средство для регистрации изображения подсвечиваемой поверхности объекта, и информационно-вычислительную систему, оптическое устройство выполнено с возможностью проецирования на поверхность объекта распределения световой интенсивности и/или цвета, позволяющей визуализировать величины отклонений формы поверхности объекта от принятого эталона или иные параметры поверхности объекта, характеризующие его форму.
При этом, в качестве оптического устройства может быть использован видеопроектор.
Измерительный комплекс для определения геометрических характеристик поверхности объекта дополнительно может содержать устройство для дистанционного управления программным обеспечением, входящим в состав средства для обработки информации.
Измерительный комплекс для определения геометрических характеристик поверхности объекта дополнительно может содержать юстировочное устройство.
Упрощение конструкции и расширение возможностей измерительного комплекса достигается за счет наличия в нем оптического устройства, выполненного с возможностью проецирования на поверхность объекта распределения световой интенсивности и/или цвета, позволяющей визуализировать величины отклонений формы поверхности объекта от принятого эталона или иные параметры поверхности объекта, характеризующие его форму. При этом, наглядная картина величин отклонений формы поверхности объекта от принятого эталона или иных параметров поверхности объекта, характеризующих его форму, может быть условно представлена непосредственно на поверхности измеряемого объекта.
Под интенсивностью света (см. Большой энциклопедический словарь. Политехнический, Научное изд-во «Большая Российская энциклопедия», М., 1998 г., стр.197) понимается понятие, характеризующее распределение светового потока по поверхности (освещенность или светимость энергетическая), по спектру и т.д.
Заявленный измерительный комплекс позволяет использовать при выполнении измерений серийно выпускаемое оборудование (например, видеопроектор, цифровую камеру или др. устройства, имеющие возможность осуществления передачи регистрируемых данных в цифровом виде).
Под освещением поверхности измеряемого объекта понимается проецирование на его поверхность образцового рисунка, представляющего собой любую совокупность точек, пятен, отрезков линий, кривых и т.д., т.е.
состоящую из элементов, которые могут быть распознаны на изображении поверхности объекта при его регистрации.
Проецируемым параметром при визуализации результатов измерений является отклонение формы поверхности измеряемого объекта от принятого эталона или иные параметры поверхности объекта, характеризующие его форму: кривизна, нецилиндричность и т.п.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - общий вид измерительного комплекса,
на фиг.2 - один из возможных вариантов выполнения устройства дистанционного управления информационно-вычислительной системой,
на фиг.3 - светограмма, полученная в результате измерения тестируемого объекта.
Измерительный комплекс для определения геометрических характеристик поверхности объекта 1 содержит проекционное оптическое устройство, формирующее изображения на измеряемой поверхности объекта 1, например, мультимедийный видеопроектор 2, средство для регистрации изображения поверхности измеряемого объекта 1, в качестве которого может быть использована, например, цифровая видеокамера 3, информационно-вычислительную систему, например компьютер 4, осуществляющую оцифровку, хранение и обработку изображений, хранение координат точек эталонного образца, а также управление и контроль за процессом измерения.
Для охвата за один цикл измерения большей части поверхности измеряемого объекта или всей его поверхности в составе измерительного комплекса может быть использовано несколько проекционных оптических устройств и/или средств для регистрации изображения поверхности. А также может быть использовано специальное поворотное приспособление 5, на котором устанавливается измеряемый объект 1 и которое позволяет развернуть его нужным образом.
Измерительный комплекс для определения геометрических характеристик поверхности объекта дополнительно может содержать
устройство 6 дистанционного управления информационно-вычислительной системой, которое устанавливается в зоне наблюдения регистрирующим устройством, например, видеокамерой 3. Изменение положения устройства 6 дистанционного управления (например, поворотом на 180°) распознается информационно-вычислительной системой и позволяет оператору управлять процессом измерения непосредственно из зоны измерений. Изменение положения устройства 6 дистанционного управления осуществляется оператором вручную.
Один из возможных вариантов конструктивного выполнения устройства 6 дистанционного управления информационно-вычислительной системой показан на фиг.2. Устройство 6 дистанционного управления установлено на основании 7 и имеет два положения, которые фиксируются, когда подпружиненные шарики 8 оказываются в конических углублениях 9 основания 7. Для различения положений устройства 6 на каждой из двух противоположных сторон его цилиндрической поверхности 10 имеется группа лысок 11. Каждая группа состоит из четырех лысок 11, отстоящих друг относительно друга на одном и том же расстоянии, причем ширина лысок, расположенных на одной из сторон, отличается от ширины лысок, расположенных на противоположной стороне. Цилиндрическая поверхность 10 устройства 6 имеет покрытие черного цвета, а лыски 11 имеют естественный металлический блеск. Параметрами, распознаваемыми информационно-вычислительной системой в данном случае, являются количество лысок 11 и их суммарная площадь. Причем, в промежутках между замерами происходит постоянное отслеживание поверхности устройства 6. Изменение положения устройства 6 является сигналом автоматического запуска нового цикла измерений.
При наличии юстировочного устройства 12 (форма которого задана) в предложенном измерительном комплексе, оно устанавливается в зоне измерения вместо тестируемого объекта с тем, чтобы определить параметры относительного пространственного расположения регистрирующего
устройства (например, цифровой видеокамеры 3) и проекционного оптического устройства (например, видеопроектора 2), что в свою очередь позволяет произвести настройку всего комплекса на процесс измерения тестируемого объекта 1.
Измерительный комплекс для определения геометрических характеристик поверхности объекта работает следующим образом.
В основе работы устройства используется принцип бесконтактных измерений на базе триангуляционного метода со структурным освещением объекта (см. Патент РФ №2148793, 10.05.2000, G 01 B 11/24).
Измеряемую часть поверхности объекта 1 размещают в поле освещения видеопроектора 2 и в поле зрения видеокамеры 3. На измеряемую часть поверхности объекта 1 с помощью видеопроектора 2 проецируют образцовый рисунок, например, представляющий собой структурное изображение в виде черно-белых полос, движущихся с заданными характеристиками. Видеокамеру 3 направляют на поверхность объекта 1 под некоторым углом к направлению освещения видеопроектором 2, который позволяет наблюдать деформированную картину полос.
Относительное пространственное расположение видеокамеры 3 и видеопроектора 2 устанавливают с помощью юстировочного устройства 12, которое размещают в зоне измерения.
С помощью видеокамеры 3 получают изображение поверхности объекта 1. Зная пространственное расположение видеокамеры 3, и видеопроектора 2, а также, учитывая, что, вследствие наличия параллакса при наблюдении под некоторым углом, исходный образцовый рисунок деформируется в зависимости от формы поверхности, можно вычислить координаты точек поверхности.
Зная расположение видеопроектора 2 и измеряемого объекта 1 можно сформировать условную цветную картину и/или картину интенсивностей света и осветить ею измеряемый объект 1.
В случае использования в качестве эталонного образца его математическую модель, картина полос может быть вычислена компьютером 4 по форме эталонного образца, заложенного в его математической модели, и по расположению видеопроектора 2 и видеокамеры 3.
Таким образом, полученное с помощью видеокамеры 3 изображение поверхности объекта 1, оцифровывают и запоминают результаты измерения с помощью информационно-вычислительной системы, например, компьютера 4. Далее производят математическую обработку полученных оцифрованных изображений с помощью программного обеспечения, вычисляют координаты точек поверхности объекта 1, а также разность координат между вычисленными точками поверхности объекта 1 и принятым эталоном, в качестве которого могут быть использованы измеренный ранее образец или его математическая модель. Задают условно для каждой точки поверхности объекта интенсивность света и/или цвет в соответствии с полученным значением разности координат (см. фиг.3). Осуществляют проецирование с помощью того же видеопроектора 2 на поверхность объекта 1 полученного распределения световой интенсивности и/или цвета, которое дает наглядное представление величин отклонений формы поверхности объекта от принятого эталона или иные параметры поверхности объекта 1, характеризующие его форму.
Пример наглядного представления величин отклонений формы поверхности объекта от принятого эталона с помощью предложенного измерительного комплекса представлен на фиг.3. В данном случае была протестирована лопатка газотурбинного двигателя, а именно поверхность пера лопатки. В результате тестирования были выявлены и наглядно представлены в цвете величины отклонений формы поверхности пера лопатки от принятого эталона. Таким образом, использование заявленного измерительного комплекса позволяет получить наглядную картину результатов измерений на самой поверхности объекта и повысить
производительность контроля (поверхность одной детали измеряется за несколько секунд).