FI95415B - Optinen menetelmä kappaleen kolmiulotteisen muodon määrittämiseksi - Google Patents

Description

95415

OPTINEN MENETELMÄ KAPPALEEN KOLMIULOTTEISEN MUODON MÄÄRITTÄMISEKSI

Keksinnön kohteena on optinen menetelmä kappaleen kolmiulot-5 teisen muodon määrittämiseksi.

Nykyään monissa menetelmissä käytetään hyväksi kuvausta, jossa kappaleen muoto, kameran kuvan tasossa, saadaan suoraan mittaamalla ja kappaleen korkeus saadaan usein eri 10 kameralla sivuvalaistuksen varjon pituudesta. Kamerat voivat olla viivakameroita, jolloin esineitä liikutetaan tasokuvan saamiseksi tai matriisikameroita, jolloin saadaan kolmiulotteinen kuva suoraan. Puun ja varsinkin tukkien dimensioiden mittaamiseen on käytetty tekniikkaa, jossa matriisikameralla 15 kuvataan liikkuvaa kohdetta sivusta. Kun esim. lasersuihkusta tehdään viivavalaisu esim. 45* kulmassa tukin pintaan kameran kuvausalueella, kuvaan muodostuu käyrä viiva, joka kuvaa kohteen dimensiovaihtelua kameran kuvaussunnassa. Kun kuvauksia otetaan kahdesta tai kolmesta suunnasta, saadaan 20 kohteen, esim. tukin, poikkileikkauspinta määritettyä. Kun kohdetta liikutetaan pitkittäissuunnassa kameroiden ohi, saadaan kolmiulotteinen kuva muodostettua.

Edellä kuvatut menetelmät ovat usein verraten kalliita ja 25 vaativat usein erittäin tehokkaita tietojenkäsittelyjärjestelmiä, eli tunnettujen kaupallisten menetelmien suurimpana heikkoutena on niiden hinta.

Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä kappaleen 30 kolmiulotteisen muodon määrittämiseksi, jolla menetelmällä poistetaan nykyisiin menetelmiin liittyviä epäkohtia. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä, joka on edullinen, yksinkertainen ja luotettava.

35 Keksinnön tarkoitus saavutetaan menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa.

2 95415

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kappaleen poikkiprofiilin mittauskohdan toiselle puolelle sijoitetaan valoa diffusoi-vaa materiaalia, siihen muodostetaan pyyhkäisevällä laser-suihkulla mitattavan poikkiprofiilin suunnassa liikkuva 5 valolähde, ja kappaleen toiselle puolelle sijoitetaan useita mittalaitteita vastaavasti halutussa poikkiprofiilitasossa, joilla mittalaitteilla havainnoidaan liikkuvaa valolähdettä, jolloin aina mittalaitteessa tapahtuvan valolähteen havaitsemisen päättyminen tai uudelleen havaitseminen merkitsee 10 kappaleen tangentiaalista poikkiprofiilipistettä, jolloin kun valolähteen paikka ajan funktiona tunnetaan, konstruoidaan poikkiprofiilipisteiden avulla kappaleen poikkipro-fiili, ja kun kappaletta liikutetaan suhteellisesti laitteisiin nähden toisessa suunnassa poikkiprofiileja mitattaessa, 15 saadaan peräkkäisten poikkiprofiilien avulla määritetyksi kappaleen kolmiulotteinen ääridimensiokuva. Menetelmä on yksinkertainen, edullinen ja toimii luotettavasti. Keksitty menetelmä sopii parhaiten yksinkertaisten pienehköjen kappaleiden poikkiprofiilin mittaamiseen hyvin nopeasti silloin 20 kun kappaletta siirretään mitattavaa poikkiprofiilia vastaan kohtisuoraan suuntaan. Näin esim. kuljetushihnalla saadaan liikkeen avulla kolmiulotteinen kuva kappaleen dimensiosta. Käyttöaloja on useita, kuten esim. puuteollisuudessa lautojen ja lankkujen dimensioiden valvonta, selluteollisuudessa 25 hakepalojen koon valvonta ja keskiarvojen mittaus, ja yleensä tuotettujen kappaleiden eheyden valvonta liukuhihnalla.

Seuraavaksi keksintöä selvitetään tarkemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa on esitetty keksinnön mukaisen 30 menetelmän periaate ja eräs käytäntöön sovellettu ratkaisu.

♦· « ·· " Kuvan mukaiseen laitteistoon kuuluu opaalipintainen lasi 1, jonka päällä mitattavaa kappaletta 3 siirretään, laser 4, pyöritettävä monitahkopeili 5 ja mittalaitteet 6, 7, 8, 35 jotka on sijoitettu vastakkaiselle puolelle kappaletta kuin lasipinta 1. Menetelmän periaatteena on se, että pyyhkäisemällä lasersuihkulla 10 valoa diffusoivan lasilevyn 1

II

3 95415 yli saadaan aikaan nopeasti liikkuva valolähde 9, joka valaisee kaikkiin suuntiin. Tässä sovelluksessa valolähde 9 on tehty siten, että laserista 4 saatava valosuihku 10 ohjataan pyörivän monitahkoisen peilin 5 kautta pyyhkimään 5 nuolen 2 osoittamaan suuntaan opaalilasin yli. Toisin sanoen opaalilasin pintaan muodostetaan liikkuva valolähde. Poik-keutus voidaan tehdä usealla tavalla, esimerkiksi akusto-optisella hilalla ilman liikkuvia osia tai muulla tunnetulla tavalla.

10

Kun on saatu aikaan liikkuva valolähde 9, asetetaan valolähteen kulkusuunnan päälle mitattava kappale 3. Tässä tapauksessa tutkittavana kappaleena on höyläykseen menevä lauta, joka liikkuu kuvan tasosta kohtisuoraan katsojaan päin.

15 Tarkoituksena dimensiovalvonnassa on varmistaa, että lauta on kyllin leveä, ja että se on täysikanttinen eli riittävän korkea kummaltakin puolelta.

Tarkastellaan tilannetta, missä valolähdettä siirretään 20 oikeasta reunasta kohti vasenta reunaa. Aluksi kaikki kolme valon intensiteettimittaria, fotodiodia 6, 7, 8, havaitsevat valon. Kun valolähde etenee jonkin matkaa, fotodiodi 6 ei enää havaitse valolähdettä. Mitataan aikaa, ja kun fotodiodi 7 ei enää havaitse valolähdettä, lopetetaan ajanmittaus ja 25 saadaan aika tx. Samalla aloitetaan uusi ajanmittaus, joka lopetetaan kun fotodiodi 7 taas havaitsee valolähteen ja saadaan aika t2 (vastaa kuvaan piirrettyä tilannetta). Tämän jälkeen aloitetaan kolmas ajanmittaus, joka lopetetaan kun fotodiodi 8 havaitsee valon. Tällöin lopetetaan ajanmittaus 30 ja saadaan aika t3. Fotodiodit ovat kaukana eli niiden ·· etäisyydet laudasta ovat huomattavasti suuremmat kuin laudan leveys, ja valolähteen pyyhkäisynopeus on vakio. Pyyh-käisynopeus voidaan mitata asettamalla opaalilasin reunoihin fotodiodit, ja nopeus voi olla esim. 1 cm/ms. Jos foto-35 diodien 6 ja 8 tarkastelukulmat ovat 451, laudan oikean puolen korkeus saadaan suoraan kaavasta hx = tx x v, laudan leveys kaavasta 1 = t2 x v ja vasemman puolen korkeus kaa- 4 95415 vasta h2 = t3x v. Kun nopeus on 1 cm/ms, ovat millisekunneissa mitatut ajat suoraan senttimetrejä. Vajaasärmäisyys näkyy seuraavasti: jos alapuolelta esimerkiksi vasemmalta puuttuu kantti, havaitsee fotodiodi 6 valolähteen liian 5 aikaisin verrattuna fotodiodiin 7. Jos yläpuolen nurkista puuttuu kantti, näkyy se tietysti korkeuksien hi tai h2 pienenemisenä.

Edelläesitetyssä sovelluksessa käytettiin kolmea fotodiodia 10 ja tarkasteltiin esineen kolmea poikkileikkausdimensiota, jolloin poikkileikkauksien perusteella saadaan liikkuvasta esineestä kolmiulotteinen kuva. Mittaavia fotodiodeja voidaan tietysti lisätä. Tällöin kappaleen poikkileikkaussuunta tulee mitatuksi tarkemmin, koska periaatteessa aina lisää-15 mällä fotodiodi saadaan yksi sivuava raja lisää kappaleen poikkipinnan määrittämistä varten. Menetelmällä ei tietenkään saa kappaleen koverien pintojen koveruutta mitatuksi, vaan aina sivuavat pisteet eli äärirajoja poikkipintatarkas-teluissa. Laserin pyyhkäisytaso taitetaan sivuun valon 20 intensiteettimittareiden kuvaustasosta, jolloin dif fuuseris-ta läpimennyt suihku ei osu valonintensiteettimittalaittei-siin.

Keksintöä ei rajata edellä esitettyyn esimerkkiin, vaan sitä 25 voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa. Yleisesti * « ottaen se soveltuu mihin tahansa kappaleiden dimensioiden tarkasteluun, kun vain kappale voidaan asettaa vaadittuun tarkastelugeometriaan.

· « 1 il

Claims (4)

5 95415

1. Optinen menetelmä kappaleen kolmiulotteisen muodon määrittämiseksi, tunnettu siitä, että kappaleen (3) 5 poikkiprofiilin mittauskohdan toiselle puolelle sijoitetaan valoa diffusoivaa materiaalia (1), siihen muodostetaan pyyhkäisevällä lasersuihkulla (10) mitattavan poikkiprofiilin suunnassa liikkuva valolähde (9), ja että kappaleen toiselle puolelle sijoitetaan useita mittalaitteita (6, 7, 10 8) vastaavasti halutussa poikkiprofiilitasossa, joilla mittalaitteilla havainnoidaan liikkuvaa valolähdettä (9), jolloin aina mittalaitteessa (6, 7, 8) tapahtuvan valolähteen havaitsemisen päättyminen tai uudelleen havaitseminen merkitsee kappaleen (3) tangentiaalista poikkiprofiilipis-15 tettä, jolloin kun valolähteen paikka ajan funktiona tunnetaan, konstruoidaan poikkiprof iilipisteiden avulla kappaleen (3) poikkiprofiili, ja kun kappaletta liikutetaan suhteellisesti laitteisiin nähden toisessa suunnassa poikkiprofiile ja mitattaessa, saadaan peräkkäisten poikkiprofiilien avulla 20 määritetyksi kappaleen kolmiulotteinen ääridimensiokuva.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että pyyhkäisevä lasersuihku muodostetaan ohjaamalla laserista (4) tuleva valosuihku pyörivän monitahkopei-

25 Iin (5) kautta diffusoivaan materiaaliin (1).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että valopiste muodostetaan valoa diffusoivan lasin opaalipintaan (1), joka sijoitetaan suoraan mitattavan 30 kappaleen (3) alle. • s

··-'· 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että laserin pyyhkäisytaso taitetaan sivuun valon intensiteettimittareiden (6, 7, 8) kuvaustasosta, 35 jolloin diffuuserista (1) läpimennyt suihku ei osu valonin-tensiteettimittalaitteisiin (6, 7, 8). 95415