EA036199B1 - Shape control method and device for hard-to-reach parts - Google Patents
Shape control method and device for hard-to-reach parts Download PDFInfo
- Publication number
- EA036199B1 EA036199B1 EA201800427A EA201800427A EA036199B1 EA 036199 B1 EA036199 B1 EA 036199B1 EA 201800427 A EA201800427 A EA 201800427A EA 201800427 A EA201800427 A EA 201800427A EA 036199 B1 EA036199 B1 EA 036199B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- laser
- hard
- image
- reach
- optical
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 36
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 27
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 20
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 20
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 claims 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2545—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with one projection direction and several detection directions, e.g. stereo
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам контроля формы труднодоступных деталей и объектов, и может быть использовано в энергетике, транспорте, машиностроении, медицине и в других областях для измерения геометрических параметров объектов.The invention relates to measuring equipment, in particular to methods and devices for controlling the shape of hard-to-reach parts and objects, and can be used in energy, transport, mechanical engineering, medicine and in other fields to measure the geometric parameters of objects.
Из уровня техники известны следующие решения.The following solutions are known from the prior art.
Известен высокоскоростной трёхмерный способ оптического измерения геометрического размера изготавливаемых деталей (см. патент US 8896844, опубл. 25.11.2014), включающий в себя последовательную подачу деталей так, чтобы движение деталей на пути к точке видеорегистрации, на которой каждая деталь имеет заданное положение и ориентацию для оптического измерения каждой детали, имеющей внешнюю концевую поверхность и внутреннюю концевую поверхность на первом торце детали, при этом корпус каждой детали имеет карман для удержания детали, располагающийся между концевыми поверхностями, проектирование линии излучения, имеющей заданную ориентацию на концевые поверхности, чтобы получить изображения отраженного света от границ детали в виде линий, прямого отражения от концевых поверхностей детали, обнаружение отраженных линий излучения на одну или более плоскостей изображения, чтобы получить электрические сигналы, и обработку электрических сигналов для получения геометрического размера.A high-speed three-dimensional method of optical measurement of the geometric size of the manufactured parts is known (see patent US 8896844, publ. 11/25/2014), including sequential feeding of parts so that the movement of parts on the way to the point of video recording, at which each part has a given position and orientation for optical measurement of each part having an outer end surface and an inner end surface at the first end of the part, while the body of each part has a pocket for holding the part located between the end surfaces, projecting a radiation line having a predetermined orientation on the end surfaces to obtain images of reflected light from the boundaries of the part in the form of lines, direct reflection from the end surfaces of the part, detecting reflected radiation lines on one or more image planes to obtain electrical signals, and processing electrical signals to obtain a geometric dimension.
Недостатком описанного решения является необходимость поддержания постоянного расстояния и заданного положения между излучателем, изучаемым объектом и устройством фиксации, что недостижимо при осуществлении доступа во внутренние полости технологических объектов по сложной пространственной траектории, а также невозможность указанного изобретения контроля объектов другой формы (в изобретении контролируют гильзы и используют смесь белого света для контроля торцов и лазера для контроля цилиндрической части гильзы).The disadvantage of the described solution is the need to maintain a constant distance and a given position between the emitter, the object under study and the fixation device, which is unattainable when accessing the internal cavities of technological objects along a complex spatial trajectory, as well as the impossibility of this invention to control objects of a different shape (in the invention, sleeves and use a mixture of white light to control the ends and a laser to control the cylindrical part of the sleeve).
Известен способ для автоматического обнаружения известного параметра измеряемого объекта на исследуемом объекте с использованием системы видеоконтроля, выбранный в качестве прототипа (см. патент US 9412189, опубл. 09.08.2016), включающий в себя отображение на дисплее исследуемого объекта, обнаружение известного параметра измеряемого объекта на исследуемом объекте с использованием центрального процессора, отображение на дисплее набора доступных типов измерений, содержащих тип измерения, связанный с обнаруженным известным параметром измеряемого объекта с использованием центрального процессора, получение выбора типа измерения, связанного с обнаруженным известным параметром измеряемого объекта, автоматическое позиционирование множества маркеров измерения на изображении на дисплее с использованием центрального процессора, причём позиции множества маркеров измерения основаны на выбранном типе измерения, связанного с обнаруженным известным параметром измеряемого объекта, и отображение на дисплее величины параметра измеряемого объекта, рассчитанного центральным процессором с использованием позиций множества маркеров измерений. Недостатком указанного изобретения является необходимость последовательного проецирования на объект трех изображений различной конфигурации, что осложняет обработку и снижает производительность контроля и не позволяет проводить контроль вращающихся или движущихся элементов (вращающихся со скоростью более 2 об/мин).A known method for automatic detection of a known parameter of the measured object on the object under investigation using a video monitoring system, selected as a prototype (see patent US 9412189, publ. 09.08.2016), including displaying the object under study on the display, detecting a known parameter of the measured object on object under investigation using the central processor, displaying on the display a set of available measurement types containing the measurement type associated with the detected known parameter of the measured object using the central processor, obtaining a selection of the measurement type associated with the detected known parameter of the measured object, automatic positioning of a set of measurement markers on image on the display using the central processor, and the positions of the set of measurement markers are based on the selected type of measurement associated with the detected known parameter of the measured object, and display on the display the value of the parameter of the measured object, calculated by the central processor using the positions of the plurality of measurement markers. The disadvantage of this invention is the need for sequential projection onto the object of three images of different configurations, which complicates the processing and reduces the performance of testing and does not allow testing rotating or moving elements (rotating at a speed of more than 2 rpm).
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности и производительности контроля формы труднодоступных деталей, а также в осуществлении возможности контроля вращающихся и движущихся объектов и измерения геометрических параметров формы объекта, в частности несплошностей.The technical problem solved by the proposed invention is to increase the efficiency and productivity of control of the shape of hard-to-reach parts, as well as to implement the possibility of monitoring rotating and moving objects and measuring the geometric parameters of the object's shape, in particular discontinuities.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности, достоверности и производительности выполнения измерений, относящихся к определению формы и дефектов деталей, установленных в полостях, а также формы внутренних полостей изделий и поверхностных несплошностей. Кроме этого, изобретение может быть использовано и для контроля внешней формы изделий, в том числе вращающихся изделий или изделий, совершающих периодические перемещения.The technical result of the proposed invention is to improve the accuracy, reliability and productivity of measurements related to the determination of the shape and defects of parts installed in the cavities, as well as the shape of the internal cavities of products and surface discontinuities. In addition, the invention can be used to control the external shape of products, including rotating products or products that make periodic movements.
Технический результат, достигаемый при реализации способа, достигается за счет того, что в способе определения формы изделия осуществляют подсветку белым светом посредством источника белого света, установленного в системе контроля, с обеспечением навигации по траектории доставки исполнительной части системы контроля и доставку к труднодоступной детали оборудования исполнительной части системы контроля, снабженной миниатюрной стереокамерой, при этом производят передачу излучения белого света по оптоволокну белого света, на выходе из оптоволокна белого света располагают первую линзу для формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля, после завершения доставки исполнительной части системы контроля осуществляют выключение или приглушение белого света и формирование лазерного излучения, передаваемого по оптоволокну лазерного светового потока, при этом на выходе из волокна лазерного светового потока располагают вторую линзу с обеспечением сходимости лазерного потока, обеспечивающей заданную ширину пучка лазерного светового потока, с использованием дифракционного оптического элемента, расположенного на расстоянии от второй линзы, формируют на труднодоступной поверхности детали изображение с мелкими лазерными пятнами интенсивности с обеспечением получения стереоскопического изображения труднодоступной поверхности детали с использованием миниатюрной оптической стереоскопической камеры при проецировании на труднодоступную поверхность детали лазерного изображения с мелкими пятнами интенсивно- 1 036199 сти, полученное стереоскопическое изображение передают в обрабатывающий микроконтроллерный блок, с использованием средств обработки данных микроконтроллерного блока производят восстановление трехмерной труднодоступной поверхности, при этом используют лазерные пятна интенсивности на паре плоских изображений для автоматической идентификации одинаковых точек пространства объектов на стереоизображениях с заданной степенью достоверности.The technical result achieved in the implementation of the method is achieved due to the fact that in the method for determining the shape of the product, illumination with white light is carried out by means of a white light source installed in the control system, with the provision of navigation along the delivery trajectory of the executive part of the control system and delivery to the hard-to-reach part of the executive equipment. parts of the control system, equipped with a miniature stereo camera, while transmitting white light radiation through the white light fiber, at the exit from the white light fiber, the first lens is placed to form the specified illumination indicatrix of the control object, after the delivery of the executive part of the control system is completed, the white light is switched off or muted and the formation of laser radiation transmitted through the optical fiber of the laser light flux, while at the exit from the fiber of the laser light flux, a second lens is placed to ensure the convergence of the laser flux, providing with a predetermined width of the laser light flux beam, using a diffractive optical element located at a distance from the second lens, an image with small laser intensity spots is formed on the hard-to-reach surface of the part, providing a stereoscopic image of the hard-to-reach surface of the part using a miniature optical stereoscopic camera when projecting onto a hard-to-reach the surface of the laser image detail with small spots of intensity 1036199 sti, the obtained stereoscopic image is transferred to the processing microcontroller unit, using the data processing facilities of the microcontroller unit, a three-dimensional hard-to-reach surface is restored, while laser intensity spots are used on a pair of flat images to automatically identify identical points space of objects on stereo images with a given degree of confidence.
В частном случае реализации способа обеспечивают доставку к детали оборудования, расположенной внутри оборудования.In the particular case of the implementation of the method, delivery to a piece of equipment located inside the equipment is provided.
В частном случае реализации способа получают стереоизображения с различных ракурсов и обеспечивают трехмерное восстановление труднодоступной поверхности для различных ракурсов и дополнительное трехмерное восстановление труднодоступной поверхности детали путем совмещения трехмерных моделей, соответствующих парам плоских изображений, полученных с различных ракурсов.In a particular case of the implementation of the method, stereo images are obtained from various angles and provide a three-dimensional restoration of a hard-to-reach surface for various angles and an additional three-dimensional restoration of a hard-to-reach surface of a part by combining three-dimensional models corresponding to pairs of plane images obtained from different angles.
В частном случае реализации способа для выявления несплошностей труднодоступной поверхности детали производят сравнение трехмерной модели, полученной по результатам восстановления с эталонной моделью, и для выявленных несплошностей определяют геометрические параметры несплошности, в частности площади, длины и ширины и глубины.In the particular case of the implementation of the method, in order to detect discontinuities of a hard-to-reach surface of a part, a comparison of the three-dimensional model obtained from the results of restoration with a reference model is made, and for the identified discontinuities, the geometric parameters of the discontinuity are determined, in particular, the area, length and width and depth.
В частном случае реализации способа производят сравнение трехмерной модели, полученной по результатам моделирования с эталонной моделью и при наличии расхождений определяют износ или потерю толщины детали, соответствующие значению расхождений.In the particular case of the implementation of the method, a comparison of the three-dimensional model obtained from the results of modeling with the reference model is made, and in the presence of discrepancies, wear or loss of thickness of the part corresponding to the value of the discrepancies is determined.
В частном случае реализации способа для перемещающейся детали измеряют период вращения или скорость перемещения детали относительно исполнительной части системы контроля и осуществляют импульсную подсветку изделия лазерным излучением с установленными периодом следования и длительностью импульсов лазерного излучения с обеспечением избегания смазывания на изображении стереопар.In a particular case of the implementation of the method for a moving part, the rotation period or the speed of movement of the part relative to the executive part of the control system is measured and the product is pulsed with laser radiation with a set repetition period and duration of laser pulses, ensuring that smearing is avoided on the image of stereopairs.
В частном случае реализации способа обеспечивают артикуляцию исполнительной части системы контроля с использованием механической передачи перемещения органов управления к исполнительной части системы контроля, при этом механическая передача обеспечивается тросами, выполненными с возможностью передачи углового перемещения исполнительной части системы контроля в двух взаимноортогональных направлениях.In a particular case, the implementation of the method provides articulation of the executive part of the control system using a mechanical transmission of movement of the controls to the executive part of the control system, while the mechanical transmission is provided with cables made with the possibility of transmitting the angular displacement of the executive part of the control system in two mutually orthogonal directions.
Заявленный технический результат также достигается за счет конструкции устройства для контроля формы труднодоступных деталей, содержащего измерительную головку, прикрепленную к гибкому средству доставки, линии питания и передачи данных, а также оптоволокно белого света и оптоволокно лазерного светового потока, при этом на входе оптоволокна белого света размещен управляемый источник белого света, на входе оптоволокна лазерного потока размещен управляемый источник лазерного излучения, на выходе оптоволокна белого света, расположена первая линза, размещенная в измерительной головке, выполненная с возможностью формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля, на выходе оптоволокна лазерного излучения расположена вторая линза, размещенная в измерительной головке, выполненная с возможностью обеспечения сходимости лазерного потока, обеспечивающей заданную ширину пучка лазерного светового потока, а также расположенный на расстоянии от второй линзы дифракционный оптический элемент, выполненный с возможностью формирования на труднодоступной поверхности детали изображение с мелкими лазерными пятнами интенсивности, в измерительной головке также размещена миниатюрная оптическая стереоскопическая камера с обеспечением получения стереоскопического изображения труднодоступной поверхности детали с использованием при проецировании на труднодоступную поверхность детали лазерного изображения с мелкими пятнами интенсивности, и обрабатывающий микроконтроллерный блок, выполненный с возможностью восстановления трехмерной труднодоступной поверхности по изображению со стереокамеры с использованием лазерных пятен интенсивности на паре плоских изображений для автоматической идентификации одинаковых точек пространства объектов на стереоизображениях с заданной степенью достоверности.The claimed technical result is also achieved due to the design of a device for controlling the shape of hard-to-reach parts, containing a measuring head attached to a flexible delivery device, a power and data transmission line, as well as a white light fiber and an optical fiber of a laser light flux, while the input of the white light optical fiber is located a controlled source of white light, a controlled source of laser radiation is located at the input of the optical fiber of the laser stream, at the output of the optical fiber of white light, the first lens is located, located in the measuring head, made with the possibility of forming a given indicatrix of the illumination of the test object, a second lens is located at the output of the optical fiber of laser radiation, placed in the measuring head, made with the possibility of ensuring the convergence of the laser flux, providing a given beam width of the laser light flux, as well as a diffractive optical element located at a distance from the second lens t, made with the possibility of forming an image with small laser spots of intensity on a hard-to-reach surface of a part, a miniature optical stereoscopic camera is also placed in the measuring head to provide a stereoscopic image of a hard-to-reach surface of a part using a laser image with small spots of intensity when projecting onto a hard-to-reach surface, and a processing microcontroller unit capable of reconstructing a three-dimensional hard-to-reach surface from an image from a stereo camera using laser intensity spots on a pair of flat images for automatic identification of identical points in object space on stereo images with a predetermined degree of reliability.
В частном случае реализации изобретения через полость внутри гибкого средства доставки проходят тросы, предназначенные для перемещения подвижной части измерительной головки в двух взаимноортогональных направлениях относительно гибкого средства доставки.In the particular case of the implementation of the invention, cables pass through the cavity inside the flexible delivery system intended to move the moving part of the measuring head in two mutually orthogonal directions relative to the flexible delivery device.
В частном случае реализации изобретения устройство содержит блок управления тросами, выполненный с возможностью обеспечения артикуляции измерительной головки при механической передаче к измерительной головке перемещения органов управления блока управления тросами.In a particular case of the implementation of the invention, the device comprises a cable control unit made with the possibility of providing articulation of the measuring head during mechanical transmission to the measuring head for moving the controls of the cable control unit.
Далее решение поясняется ссылками на чертеж, на котором приведена схема устройства для контроля формы труднодоступных деталей.Further, the solution is illustrated by reference to the drawing, which shows a diagram of a device for controlling the shape of hard-to-reach parts.
Устройство содержит измерительную головку, прикрепленную к гибкому средству доставки, через полость внутри которого проходят тросы 7, предназначенные для перемещения подвижной части измерительной головки в двух взаимноортогональных направлениях относительно гибкого средства доставки, линии питания 13 и передачи видеоданных 14.The device contains a measuring head attached to a flexible delivery device, through the cavity inside which cables 7 pass, designed to move the moving part of the measuring head in two mutually orthogonal directions relative to the flexible delivery device, power line 13 and video data transmission 14.
Оптическое волокно для передачи белого 12 света и линзы для белого света, а также блок освещения 2 белого света составляют канал освещения белого света. Оптическое волокно для передачи лазера 11, дифракционный оптический элемент (ДОЭ) 9, линза для лазерной подсветки 10 и лазерный освети- 2 036199 тель 3, работающий в импульсном или непрерывном режиме, составляют канал структурированной лазерной подсветки. Тросы артикуляции 7 и пульт управления 5 артикуляцией составляют систему артикуляции.An optical fiber for transmitting white light 12 and a lens for white light, and a white light illumination unit 2 constitute a white light illumination channel. Optical fiber for laser transmission 11, diffractive optical element (DOE) 9, lens for laser illumination 10 and laser illuminator 3, operating in pulsed or continuous mode, constitute a structured laser illumination channel. The articulation cables 7 and the articulation control panel 5 constitute the articulation system.
Освещаемый лазерным излучением дифракционный элемент создает на поверхности объекта изображение множества мелких лазерных пятен, что упрощает обработку полученных изображений и позволяет проводить идентификацию одних и тех же точек пространства объектов на изображениях стерео или трехканальной камеры без участия человека.The diffractive element illuminated by laser radiation creates an image of many small laser spots on the object surface, which simplifies the processing of the obtained images and allows identification of the same points in the object space in the images of a stereo or three-channel camera without human intervention.
Блок освещения состоит из источника белого света и полупроводникового лазера. Световые потоки лазера и лампы белого света направляются в раздельные оптические волокна. На входе оптоволокна белого света 12 размещен управляемый источник белого света 2, на входе оптоволокна лазерного потока 11 размещен управляемый источник лазерного излучения 3. На выходе оптоволокна белого света 12 расположена первая линза 8, размещенная в измерительной головке для придания световому потоку необходимую направленность.The lighting unit consists of a white light source and a semiconductor laser. The light streams of the laser and white light lamps are directed into separate optical fibers. A controlled source of white light 2 is placed at the input of the white light fiber 12, a controlled source of laser radiation 3 is placed at the input of the optical fiber of the laser stream 11. At the output of the white light fiber 12, the first lens 8 is located, located in the measuring head to impart the required direction to the light flux.
Линза 8 выполнена с возможностью формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля. На выходе оптоволокна лазерного излучения расположена вторая линза 10, размещенная в измерительной головке, выполненная с возможностью обеспечения необходимой сходимости лазерного потока, обеспечивающей заданную ширину пучка лазерного светового потока, а также расположенный на обеспечивающем требуемую ширину пучка расстоянии от второй линзы 10 дифракционный оптический элемент (ДОЭ) 9, выполненный с возможностью формирования на труднодоступной поверхности детали изображение с мелкими лазерными пятнами интенсивности.Lens 8 is made with the possibility of forming a given indicatrix of the illumination of the control object. At the output of the optical fiber of laser radiation, there is a second lens 10 located in the measuring head, made with the possibility of providing the necessary convergence of the laser flux, providing a given beam width of the laser light flux, and also located at a distance providing the required beam width from the second lens 10 a diffractive optical element (DOE ) 9, made with the possibility of forming an image with small laser spots of intensity on a hard-to-reach surface of a part.
В измерительной головке также размещена миниатюрная оптическая стереоскопическая камера 1 с обеспечением получения стереоскопического изображения труднодоступной поверхности детали с использованием при проецировании на труднодоступную поверхность детали лазерного изображения с мелкими пятнами интенсивности. Стереокамера состоит из двух видеокамер, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, которые могут иметь два отдельных объектива, две отдельные видеоматрицы, блок получения и передачи сигналов (может быть общий или раздельный для каждой камеры), проводов для передачи полученного сигнала видеоизображения по гибкому средству доставки. Также камеры могут иметь один объектив и одну видеоматрицу с искусственным разделением двух оптических потоков с помощью оптической системы, например бипризмы.The measuring head also accommodates a miniature optical stereoscopic camera 1 providing a stereoscopic image of a hard-to-reach surface of a part using a laser image with small spots of intensity when projecting onto a hard-to-reach surface. A stereo camera consists of two video cameras located at a certain distance from each other, which can have two separate lenses, two separate video matrices, a signal receiving and transmitting unit (can be common or separate for each camera), wires for transmitting the received video image signal through a flexible means delivery. Also, cameras can have one lens and one video matrix with artificial separation of two optical streams using an optical system, for example a biprism.
Два оптических канала стереокамеры могут быть сдвинуты в пространстве по направлению к друг другу таким образом, что оптические оси указанных каналов имеют между собой острый угол, с целью приближения стереоскопической области к измерительной головке устройства.Two optical channels of a stereo camera can be shifted in space towards each other in such a way that the optical axes of these channels have an acute angle with each other in order to bring the stereoscopic area closer to the measuring head of the device.
Вместо стереокамеры может использоваться камера с двумя или более оптическими каналами.A camera with two or more optical channels can be used instead of a stereo camera.
Также вместо камеры могут использоваться два оптических световода с объективами, изображение с которых передается на две камеры, расположенные снаружи рабочего тела устройства, с целью применения быстродействующих камер, которые не могут быть установлена в измерительную головку устройства из-за габаритных размеров.Also, instead of a camera, two optical light guides with objectives can be used, the image from which is transmitted to two cameras located outside the working medium of the device, in order to use high-speed cameras that cannot be installed in the measuring head of the device due to their overall dimensions.
Устройство также может содержать дополнительное волокно для передачи лазерного излучения и дополнительный источник лазерного излучения, отличающийся по длине волны от первого, при этом лазерное излучение передается по волокну, имеющему на выходе линзу и дифракционный оптический элемент, создающий на поверхности объекта пятна интенсивности с шагом, таким, что среднее расстояние между пятнами больше, чем от первого источника лазерного излучения, что позволяет в каждой отдельной области поверхности объекта получить уникальное изображение и проводить идентификацию одних и тех же точек пространства объектов на изображениях стерео или трехканальной камеры с большей достоверностью без участия человека.The device can also contain an additional fiber for transmitting laser radiation and an additional source of laser radiation that differs in wavelength from the first, while the laser radiation is transmitted through the fiber having a lens at the output and a diffractive optical element that creates intensity spots on the surface of the object with a step such that the average distance between the spots is greater than that from the first source of laser radiation, which makes it possible to obtain a unique image in each separate area of the object surface and to identify the same points in the object space in the images of a stereo or three-channel camera with greater reliability without human intervention.
В частном случае поле зрения камеры и потоков света направлены не параллельно оси измерительной головки, а под углом, в наиболее часто используемом случае, имеющим величину 90°, для изменения направления белого света и лазерного излучения используются оптические призмы или зеркала, для изменения направления визирования стерео или трехканальной камеры применяется поворот оптической оси камер или оптическая призма, либо зеркало.In a particular case, the field of view of the camera and light fluxes are directed not parallel to the axis of the measuring head, but at an angle, in the most commonly used case, having a value of 90 °, optical prisms or mirrors are used to change the direction of white light and laser radiation, to change the direction of stereo sighting or a three-channel camera is used to rotate the optical axis of the cameras or an optical prism, or a mirror.
В частном случае реализации изобретения дифракционный элемент создает на поверхности объекта матрицу из квадратов определенной размерности, при этом каждый квадрат имеет уникальный набор лазерных пятен, не повторяющийся в других квадратах, что упрощает обработку полученных изображений и позволяет проводить идентификацию одних и тех же точек пространства объектов на изображениях стерео или трехканальной камеры с большей достоверностью без участия человека.In a particular case of the implementation of the invention, the diffractive element creates a matrix of squares of a certain dimension on the object surface, while each square has a unique set of laser spots that are not repeated in other squares, which simplifies the processing of the obtained images and allows identification of the same points in the object space on stereo or 3-channel camera images with greater fidelity without human intervention.
Устройство в частном случае реализации включает несколько измерительных головок, находящихся между собой на определенном расстоянии, что используется для оперативного получения изображения протяженного объекта.The device, in a particular case of implementation, includes several measuring heads located between each other at a certain distance, which is used to quickly obtain an image of an extended object.
Устройство контроля также включает обрабатывающий микроконтроллерный блок 6, выполненный с возможностью восстановления трехмерной труднодоступной поверхности по изображению со стереокамеры с использованием лазерных пятен интенсивности на паре плоских изображений для автоматической идентификации одинаковых точек пространства объектов на стереоизображениях с заданной степе- 3 036199 нью достоверности.The control device also includes a processing microcontroller unit 6 capable of reconstructing a three-dimensional hard-to-reach surface from an image from a stereo camera using laser intensity spots on a pair of flat images to automatically identify identical points in object space on stereo images with a predetermined degree of confidence.
Для осуществления способа контроля поверхности детали оборудования, расположенной внутри оборудования, производят доставку внутрь контролируемого оборудования эндоскопа с миниатюрной камерой с возможностью управления рабочей частью системы посредством механической артикуляции. Для навигации системы по траектории используется освещение белого света, которое передается по оптическому волокну. На выходе из волокна белого света располагается линза для формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля. Артикуляция устройства осуществляется путем поворота ручки (механической системы артикуляции) 4 на пульте управления артикуляцией 5, при этом вращение вызывает перемещение тросов, таким образом, рабочая часть системы может изгибаться в двух взаимоортогональных направлениях (или одном направлении, или может отсутствовать). Затем осуществляют выключение или приглушение белого света для формирования требуемого для выполнения измерений излучения с использованием лазера. На выходе из волокна лазерного светового потока располагается линза для придания потоку необходимую сходимость, на обеспечивающим требуемую ширину пучка расстоянии от линзы расположен дифракционный оптический элемент для формирования на поверхности объекта контроля изображения с мелкими пятнами интенсивности.To implement the method for monitoring the surface of a piece of equipment located inside the equipment, an endoscope with a miniature camera is delivered inside the equipment under control with the ability to control the working part of the system by means of mechanical articulation. To navigate the system along the trajectory, white light illumination is used, which is transmitted through an optical fiber. A lens is located at the exit from the white light fiber to form a given illumination indicatrix of the test object. Articulation of the device is carried out by turning the handle (mechanical articulation system) 4 on the articulation control panel 5, while the rotation causes the cables to move, thus, the working part of the system can bend in two mutually orthogonal directions (or one direction, or it can be absent). Then, the white light is turned off or dimmed to generate the required laser radiation for measurements. At the exit from the fiber of the laser light flux, a lens is located to give the flux the necessary convergence, at a distance from the lens that provides the required beam width, a diffractive optical element is located to form an image with small intensity spots on the surface of the control object.
Алгоритм восстановления трехмерной модели по стереоснимкам заключается в том, что предварительно камеру калибруют и получают информацию о ее параметрах. Затем получают два стереокадра, сформированные калиброванной камерой. После чего восстанавливают трехмерную наблюдаемую сцену оперируя стереоизображениями и параметрами камеры.The algorithm for reconstructing a three-dimensional model from stereo images is that the camera is pre-calibrated and information about its parameters is obtained. Then two stereo frames are obtained, formed by the calibrated camera. After that, the three-dimensional observed scene is restored using stereo images and camera parameters.
Таким образом, поверхность внутреннего пространства оборудования, включающая поверхность детали и ее несплошности, осматривается миниатюрной оптической камерой, формирующей стереоизображение, при этом на деталь проецируется лазерное изображение с мелкими пятнами интенсивности. Изображение, сформированное камерой, передается в компьютер или обрабатывающий блок. Используя цифровое изображение поверхности детали и спроецированное на нее лазерное изображение с пятнами интенсивности компьютерная программа проводит восстановление трехмерной поверхности по стереоизображению, причем лазерные пятна интенсивности на изображениях правой и левой стереопар используются для автоматической идентификации одинаковых точек, при этом не требуется вмешательство оператора.Thus, the surface of the internal space of the equipment, including the surface of the part and its discontinuities, is examined by a miniature optical camera that forms a stereo image, while a laser image with small spots of intensity is projected onto the part. The image formed by the camera is transferred to a computer or processing unit. Using a digital image of the surface of a part and a laser image with intensity spots projected onto it, the computer program carries out restoration of a three-dimensional surface from a stereo image, and laser intensity spots on the images of the right and left stereopairs are used to automatically identify identical points, and no operator intervention is required.
В случае наблюдения поверхностей деталей стереокамерой с разных ракурсов программа также выполняет дополнительное совмещение трехмерных моделей, соответствующих парам плоских изображений, полученных с различных ракурсов трехмерной сцены для получения общей картины.In the case of observing the surfaces of parts with a stereo camera from different angles, the program also performs additional alignment of three-dimensional models corresponding to pairs of plane images obtained from different angles of a three-dimensional scene to obtain an overall picture.
По восстановленной поверхности производят измерения параметров формы объектов или сравнивают с параметрами эталонной модели с последующим расчетом отклонений, при этом в случае выявления несплошности проводится измерение геометрических параметров несплошности, в частности площади, длины и ширины, глубины, также могут быть измерены параметры геометрической формы деталей для установления износа и потери толщины.On the reconstructed surface, measurements of the shape parameters of objects are made or compared with the parameters of the reference model with the subsequent calculation of deviations, while in the event of a discontinuity, the geometric parameters of the discontinuity are measured, in particular, the area, length and width, depth, and the parameters of the geometric shape of the parts can be measured for establishing wear and thickness loss.
В случае исследования перемещающейся детали измеряют период перемещения детали относительно исполнительной части системы контроля и осуществляют импульсную подсветку изделия лазерным излучением с установленными периодом следования и длительностью импульсов лазерного излучения посредством регулятора времени импульса и частоты следования импульсов лазера с целью избегания смазывания на изображении стереопар.In the case of examining a moving part, the period of movement of the part relative to the executive part of the control system is measured and the product is pulsed with laser radiation with a set repetition period and duration of laser pulses by means of a pulse time and laser pulse repetition rate regulator in order to avoid smearing on the image of stereopairs.
Для проведения измерений параметров несплошности деталей может быть использована компьютерная программа обработки и анализа изображений, которая позволяет получить изображение с оптической системы камеры и записать его на жесткий диск компьютера;To carry out measurements of the parameters of discontinuity of parts, a computer program for processing and analyzing images can be used, which allows you to obtain an image from the optical system of the camera and record it on the hard disk of the computer;
провести восстановление трехмерной поверхности объекта по имеющемуся цифровому стереоизображению объекта по спроецированным на ее поверхность лазерным пятнам интенсивности;to restore the three-dimensional surface of the object according to the existing digital stereo image of the object according to the laser intensity spots projected onto its surface;
в случае наблюдения поверхностей деталей стереокамерой с разных ракурсов программа выполняет совмещение восстановленных поверхностей трехмерной сцены для получения общей картины;in the case of observing the surfaces of parts with a stereo camera from different angles, the program combines the reconstructed surfaces of the three-dimensional scene to obtain an overall picture;
автоматически выделить дефектные области на поверхности детали или зоны интереса;automatically highlight defective areas on the surface of a part or area of interest;
рассчитать геометрические параметры, в частности длину, ширину, глубину дефектов или объекта.calculate geometric parameters, in particular the length, width, depth of defects or an object.
Результаты выводятся в виде таблицы и сохраняются на жесткий диск.The results are displayed in the form of a table and saved to the hard disk.
Внедрение способа контроля формы и измерения параметров несплошностей труднодоступных деталей оборудования, в частности лопаток турбин или компрессоров, дает возможность выйти на новый уровень ведения эксплуатации оборудования, позволяющий сократить время контроля, уменьшить количество поломок и простоев по причине повреждения труднодоступных деталей оборудования в процессе эксплуатации, проводить контроль при вращающемся роторе, что дает резкий выигрыш в производительности контроля.The introduction of a method for controlling the shape and measuring the parameters of discontinuities in hard-to-reach equipment parts, in particular turbine or compressor blades, makes it possible to reach a new level of equipment operation, which makes it possible to reduce control time, reduce the number of breakdowns and downtime due to damage to hard-to-reach equipment parts during operation, carry out control with a rotating rotor, which gives a dramatic gain in control performance.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800427A EA036199B1 (en) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | Shape control method and device for hard-to-reach parts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800427A EA036199B1 (en) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | Shape control method and device for hard-to-reach parts |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201800427A1 EA201800427A1 (en) | 2019-12-30 |
| EA036199B1 true EA036199B1 (en) | 2020-10-13 |
Family
ID=69061868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201800427A EA036199B1 (en) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | Shape control method and device for hard-to-reach parts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA036199B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021256953A1 (en) * | 2020-06-18 | 2021-12-23 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Турбоскан" | Method and device for monitoring the shape of hard-to-reach components |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2284469C2 (en) * | 2004-08-12 | 2006-09-27 | ФГУП "НИИАСПК" (Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт автоматизированных средств производства и контроля") | Method of noncontact checking of linear dimensions of three-dimensional objects |
| RU2329490C1 (en) * | 2006-10-13 | 2008-07-20 | Институт физики металлов УрО РАН | Method of generating image of surface topography and device for its implementation |
| US20160307326A1 (en) * | 2015-04-20 | 2016-10-20 | Yibing Michelle Wang | Cmos image sensor for 2d imaging and depth measurement with ambient light rejection |
-
2018
- 2018-06-04 EA EA201800427A patent/EA036199B1/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2284469C2 (en) * | 2004-08-12 | 2006-09-27 | ФГУП "НИИАСПК" (Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт автоматизированных средств производства и контроля") | Method of noncontact checking of linear dimensions of three-dimensional objects |
| RU2329490C1 (en) * | 2006-10-13 | 2008-07-20 | Институт физики металлов УрО РАН | Method of generating image of surface topography and device for its implementation |
| US20160307326A1 (en) * | 2015-04-20 | 2016-10-20 | Yibing Michelle Wang | Cmos image sensor for 2d imaging and depth measurement with ambient light rejection |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Чичигин Борис Анатольевич. Разработка методов и средств лазерного контроля геометрии лопаток газотурбинных двигателей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, 2007, с. 1-25 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201800427A1 (en) | 2019-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11629954B2 (en) | Intraoral scanner with fixed focal position and/or motion tracking | |
| US11793611B2 (en) | Apparatus for measuring surface topography of a patient's teeth | |
| US20180029164A1 (en) | Apparatus and method for beam diagnosis on laser processing optics | |
| US10463243B2 (en) | Structured light generation for intraoral 3D camera using 1D MEMS scanning | |
| JP3126065B2 (en) | Measurement endoscope device | |
| US20220373323A1 (en) | Non-contact optical measurement devices and exchangeable optical probes | |
| CN109238659A (en) | A kind of focal length of lens measurement technology and device based on experiment ray tracing principle | |
| EA036199B1 (en) | Shape control method and device for hard-to-reach parts | |
| US20230267631A1 (en) | Method and device for monitoring the shape of hard-to-reach components | |
| JP6791081B2 (en) | Refractive index measuring device and refractive index measuring method | |
| RU2627974C1 (en) | Method of controlling shape of internal parts | |
| KR20020079615A (en) | Simplified Light Measurement System for Simultaneous Deformation and Shape Measurement using Fiber-Optic Light Deliverly System |