RU2583852C2 - Графо-проекционный муаровый способ измерения - Google Patents
Графо-проекционный муаровый способ измерения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583852C2 RU2583852C2 RU2014128724/28A RU2014128724A RU2583852C2 RU 2583852 C2 RU2583852 C2 RU 2583852C2 RU 2014128724/28 A RU2014128724/28 A RU 2014128724/28A RU 2014128724 A RU2014128724 A RU 2014128724A RU 2583852 C2 RU2583852 C2 RU 2583852C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- raster
- imaginary
- camera
- projector
- distance
- Prior art date
Links
Images
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
-
- 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
- G01B11/2509—Color coding
-
- 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
- G01B11/2518—Projection by scanning of the object
-
- 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
- G01B11/254—Projection of a pattern, viewing through a pattern, e.g. moiré
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области проведения измерений деформаций. В графо-проекционном способе проведения измерений объектов на поверхность исследуемого объекта проектором проецируют растр с заданными в установленном на компьютере программном обеспечении параметрами. Далее сканируют это изображение фотокамерой, изображения, полученные таким образом, вводят в компьютер, в котором предварительно заложен «мнимый» растр. При этом «мнимый» растр получают при помощи типографического растра и фотокамеры или проектора, фотокамеры и плоской поверхности или математической модели в лабораторных условиях, при этом «мнимый» растр и изображение, получаемое при помощи сканирования фотокамерой, имеют разную контрастность и цвет. Технический результат - повышение точности измерений деформации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к области проведения измерений и может применяться для измерений различных объектов.
Известен способ измерения геометрических несовершенств объектов вручную, заключающийся в использовании для проведении измерений объектов различных измерительных устройств и приспособлений (Кузяков О.Н., Кучерюк В.И. Методы и средства измерения топологии поверхности, перемещений и деформаций. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - 172 с). Известный способ получил широкое использование в дефектоскопии благодаря тому, что он позволяет точно определить местонахождение и размеры дефектов. Главными недостатками известного способа являются его трудоемкость, большие потери времени и существенные денежные затраты при обследовании больших объектов.
Известен теневой муаровый способ измерения формы и перемещений поверхности объекта (Теокарис П. Муаровые полосы при исследовании деформаций. - М.: Мир, 1972. - 336 с.), заключающийся в использовании для проведения измерений фотокамеры, проектора и эталонного растра, изготовленного из стекла или прозрачного пластика, установленного у поверхности объекта, на некотором расстоянии от фотокамеры и проектора. Проектор устанавливают под углом к эталонному растру, фотокамеру устанавливают перпендикулярно эталонному растру, при этом оптические оси фотокамеры и проектора пересекаются в одной точке на поверхности эталонного растра. При проектировании проектором пучка света на эталонный растр, на поверхности объекта возникает картина муаровых полос, которую можно наблюдать на фотокамере.
Достоинствами известного способа являются высокая чувствительность и простота реализации. Недостатками известного способа является необходимость перемещения эталонного растра, ограничение площади поверхности исследования и ограничение его использования при наличии выступающих частей поверхности исследуемого объекта.
Известен проекционный муаровый способ (Новицкий В.В. Новые исследования по методу муаров // Расчет пространственных конструкций. - М: Стройиздат, вып. 11, 1967.), заключающийся в использовании для проведения измерений проектора и матовой пластины, на которую нанесен эталонный растр. При помощи проектора на матовую пластину проектируются объектные растры, снятые на пленку фотоаппарата. Поворот объектных растров осуществляется совместно с проектором при помощи поворотных устройств. Муаровые полосы образуются за счет поворота проектируемого объектного растра на угол 3-10° относительно начального положения.
Известный способ не получил распространения из-за низкой чувствительности и необходимости применения контрольных растров.
Известен электронно-проекционный муаровый способ измерения формы и перемещений поверхности объекта (RU 2065570 C1, МПК6 G01N 21/00, опубл. 20.08.96), заключающийся в использовании для проведения измерений фотокамеры, проектора и компьютера с программным комплексом, обеспечивающим сложение модели эталонного растра - «мнимого» растра, заданного по формуле, и объектного растра, полученного с фотокамеры. Таким образом, известный способ моделирует теневой муаровый способ.
Достоинством известного способа является возможность бесконтактного исследования поверхностей значительных размеров с выступающими частями и имеющими повышенную температуру.
Недостатками известного способа является накапливание погрешностей при построчном сканировании объектного растра и трудоемкость его обработки.
Известный способ является наиболее близким к заявляемому техническому решению и принят за прототип.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является расширение технических возможностей графо-проекционного муарового способа измерений.
Техническим результатом применения предлагаемого технического решения является повышение точности определения топологии поверхности объектов, повышение качества распознавания, повышение точности измерений.
Указанный технический результат достигается тем, что для осуществления метода используют фотокамеру и проектор, управление оптической системой осуществляют при помощи компьютера, при этом проектор устанавливают под углом к поверхности исследуемого объекта, а фотокамеру перпендикулярно к поверхности исследуемого объекта. В компьютер заложено изображение «мнимого» растра, полученного заранее в лабораторных условиях на определенном расстоянии. «Мнимый» растр может быть получен в лабораторных условиях при помощи типографического растра, с использованием проектора или задан как математическая модель. В компьютере задается эталонный растр, параметры которого зависят от расстояния до исследуемого объекта. При помощи проектора эталонный растр проецируется на исследуемый объект. Затем фотокамерой осуществляют сканирование объектного растра, и в цифровом формате по линии связи изображение передается на компьютер. В компьютере, в установленном программном обеспечении, происходит сложение «мнимого» растра и объектного растра и получение картины муаровых полос. Далее, в программном обеспечении, установленном на компьютере, по заданным формулам вычисляют центры муаровых полос на поверхности исследуемого объекта, расстояния от центров муаровых полос до плоскости «мнимого» растра, расстояния от центров муаровых полос до оптической системы и величины деформаций.
В заявленном техническом решении получение «мнимого» растра происходит при помощи типографического растра и фотокамеры, с использованием проектора, фотокамеры и плоской поверхности, либо как математической модели, для повышения качества картин муаровых полос применяют «мнимый» растр и объектный растр разной контрастности и цвета.
Принцип реализации графо-проекционного муарового способа измерения представлен на фиг. 1, на фиг. 2 и 3, где показан процесс получения «мнимого» растра, на фиг. 4 показана схема вычисления расстояния от оптической системы, включающей проектор и фотокамеру, до поверхности обследуемого объекта, на фиг. 5 показана структурная схема алгоритма графо-проекционного муарового способа измерения.
Для повышения качества картин муаровых полос, в отличие от известного способа, принятого за прототип, могут применяться «мнимый» растр 3 и объектный растр 9 разной контрастности и цвета, при пересечении линий которых образуется более контрастная картина муаровых полос, что повышает качество распознавания.
Для осуществления графо-проекционного муарового способа измерения необходимы фотокамера 1 и проектор 2, устанавливающиеся на одной поворотной платформе. Регулировка оптических осей проектора и фоторегистрирующего устройства, а также поворот платформы осуществляется дистанционно шаговыми двигателями. Это позволяет исследовать начальные несовершенства цилиндрических поверхностей (резервуаров). (Кучерюк В.И., Якубовский Ю.Е. Определение начальной погиби оболочек теневым муаровым методом // Заводская лаборатория, М.: 1983, №2, с. 77-80). Управление оптической системой осуществляется посредством компьютера 5 (фиг. 1). Проектор 2 устанавливают под углом к поверхности исследуемого объекта 4, а фотокамеру 1 - перпендикулярно к поверхности исследуемого объекта 4.
В компьютер 5 заложено изображение «мнимого» растра 3, полученного заранее в лабораторных условиях на расстоянии d (фиг. 2, 3). «Мнимый» растр 3 для расстояния d может быть получен:
- при помощи типографического растра 10 и фотокамеры 1 (фиг. 2);
- с использованием проектора 2, фотокамеры 1 и плоской поверхности 11 (фиг. 3);
- как математическая модель.
«Мнимый» растр 3 для расстояния d при помощи типографического растра 10 и фотокамеры 1 может быть получен следующим образом (фиг. 2). Плоский типографический растр 10 с шагом полос а располагают на расстоянии d от фотокамеры 1, расположенной перпендикулярно к типографическому растру 10. При помощи фотокамеры 1 осуществляют сканирование объектного растра и передачу его в цифровом формате по линии связи 6 на компьютер 5. В компьютере 5, в установленном программном обеспечении, происходит обработка полученного изображения и получение «мнимого» растра 3 для расстояния d.
«Мнимый» растр 3 для расстояния d может быть задан как математическая модель. В этом случае объектный растр, получаемый при обследовании объекта, также переводится в математическую модель, и эталонный и объектный растр складываются при помощи известных формул определения шага полос.
Исследование объекта 4 при помощи графо-проекционного муарового способа измерения проводят следующим образом (фиг. 1).
В компьютере 5, в установленном программном обеспечении, задают эталонный растр с шагом полос а, параметры которого зависят от расстояния до исследуемого объекта 4.
При помощи проектора 2 эталонный растр проецируют на поверхность объекта 4.
Затем фотокамерой 1 осуществляют сканирование объектного растра 9 и в цифровом формате по линии связи 6 изображение передается на компьютер 5.
В компьютере 5, в установленном программном обеспечении, происходит сложение «мнимого» растра 3 для расстояния d и объектного растра 9, получение и обработка картины муаровых полос. При этом должно соблюдаться условие
aп=aф,
где aп - шаг полос проектора 2 при заданном расстоянии d, aф - шаг полос фотокамеры 1 при заданном расстоянии d.
При наложении «мнимого» растра 3 и объектного растра 9 разной контрастности и цвета, после обработки, места пересечения темных линий «мнимого» растра 3 и объектного растра 9 образуют контрастную картину муаровых полос.
Далее в программном комплексе, установленном на компьютере 5, по заданным формулам вычисляют центры муаровых полос на поверхности объекта 4, расстояния h от центров муаровых полос до плоскости «мнимого» растра 3, расстояния D от центров муаровых полос до оптической системы, включающей фотокамеру 1 и проектор 2 и величины деформаций (фиг. 5).
Расстояние D от центров муаровых полос до оптической системы, включающей фотокамеру 1 и проектор 2, определяют по формуле
D=d+h,
где d - расстояние от оптической системы до плоскости «мнимого» растра 3, h - расстояние от центров муаровых полос до плоскости «мнимого» растра 3.
Расстояние h от центров муаровых полос до плоскости «мнимого» растра 3 определяется по формуле
где а - шаг полос «мнимого» растра 3, n - порядок полосы, α - угол падения лучей проектора.
Шаг полос а «мнимого» растра 3 определяется по формуле
a=maэm,
где m - масштаб «мнимого» растра 3, aэm - шаг полос «мнимого» растра 3, определяемый путем прямых измерений при получении «мнимого» растра 3 для расстояния d в лабораторных условиях.
Масштаб мнимого растра 3 определяют по формуле (фиг. 5)
где dэm - расстояние до «мнимого» растра 3, d∂ - расстояние до задаваемого «мнимого» растра 12.
С учетом угла падения лучей для каждой точки, угол падения лучей проектора определяют по формуле
где d - расстояние от фокуса фотокамеры до центра светового пятна на поверхности объекта, αυ - угол между центральным лучом и нормалью к поверхности объекта, x, y - координаты точки поверхности объекта.
Claims (2)
1. Графо-проекционный способ проведения измерений объектов, характеризующийся тем, что на поверхность исследуемого объекта проектором проецируют растр с заданными в установленном на компьютере программном обеспечении параметрами, сканируют это изображение фотокамерой, изображения, полученные таким образом, вводят в компьютер, в котором предварительно заложен «мнимый» растр, отличающийся тем, что «мнимый» растр получают при помощи типографического растра и фотокамеры или проектора, фотокамеры и плоской поверхности или математической модели в лабораторных условиях, при этом «мнимый» растр и изображение, получаемое при помощи сканирования фотокамерой, имеют разную контрастность и цвет, а при получении картины муаровых полос должно соблюдаться условие
ап=аф,
где ап - шаг полос проектора при заданном расстоянии, аф - шаг полос фотокамеры при заданном расстоянии.
ап=аф,
где ап - шаг полос проектора при заданном расстоянии, аф - шаг полос фотокамеры при заданном расстоянии.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояние от центров муаровых полос до плоскости «мнимого» растра определяют по формуле
,
где а - шаг полос «мнимого» растра, n - порядок полосы, α - угол падения лучей проектора, вычисляемый по формуле
α=maэm,
где m - масштаб «мнимого» растра, aэm - шаг полос «мнимого» растра, определяемый путем прямых измерений при получении «мнимого» растра в лабораторных условиях, при этом m вычисляют по формуле
,
где dэm - расстояние до «мнимого» растра, d∂ - расстояние до задаваемого «мнимого» растра.
,
где а - шаг полос «мнимого» растра, n - порядок полосы, α - угол падения лучей проектора, вычисляемый по формуле
α=maэm,
где m - масштаб «мнимого» растра, aэm - шаг полос «мнимого» растра, определяемый путем прямых измерений при получении «мнимого» растра в лабораторных условиях, при этом m вычисляют по формуле
,
где dэm - расстояние до «мнимого» растра, d∂ - расстояние до задаваемого «мнимого» растра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014128724/28A RU2583852C2 (ru) | 2014-07-11 | 2014-07-11 | Графо-проекционный муаровый способ измерения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014128724/28A RU2583852C2 (ru) | 2014-07-11 | 2014-07-11 | Графо-проекционный муаровый способ измерения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014128724A RU2014128724A (ru) | 2016-02-10 |
RU2583852C2 true RU2583852C2 (ru) | 2016-05-10 |
Family
ID=55313073
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014128724/28A RU2583852C2 (ru) | 2014-07-11 | 2014-07-11 | Графо-проекционный муаровый способ измерения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2583852C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2732343C1 (ru) * | 2019-11-18 | 2020-09-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Цифровая автоматизированная установка для исследования деформации тонкостенных элементов методом муаровых полос |
RU2807409C1 (ru) * | 2023-02-28 | 2023-11-14 | Михаил Семенович Гитлин | Способ и система бесконтактной дальнометрии и профилометрии |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5835218A (en) * | 1995-07-18 | 1998-11-10 | Insutrial Technology Institute | Moire interferometry system and method with extended imaging depth |
RU2216710C2 (ru) * | 2001-12-13 | 2003-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет | Дифференциальный электронно-проекционный способ измерения формы поверхности объекта |
RU2454627C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" | Устройство для изучения геометрических несовершенств резервуаров муаровым методом |
US8325350B2 (en) * | 2008-10-13 | 2012-12-04 | Koh Young Technology Inc. | Apparatus and method for measuring three-dimensional shape by using multi-wavelength |
-
2014
- 2014-07-11 RU RU2014128724/28A patent/RU2583852C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5835218A (en) * | 1995-07-18 | 1998-11-10 | Insutrial Technology Institute | Moire interferometry system and method with extended imaging depth |
RU2216710C2 (ru) * | 2001-12-13 | 2003-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет | Дифференциальный электронно-проекционный способ измерения формы поверхности объекта |
US8325350B2 (en) * | 2008-10-13 | 2012-12-04 | Koh Young Technology Inc. | Apparatus and method for measuring three-dimensional shape by using multi-wavelength |
RU2454627C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" | Устройство для изучения геометрических несовершенств резервуаров муаровым методом |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2732343C1 (ru) * | 2019-11-18 | 2020-09-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Цифровая автоматизированная установка для исследования деформации тонкостенных элементов методом муаровых полос |
RU2807409C1 (ru) * | 2023-02-28 | 2023-11-14 | Михаил Семенович Гитлин | Способ и система бесконтактной дальнометрии и профилометрии |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014128724A (ru) | 2016-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107735674B (zh) | 表面缺陷检测装置、表面缺陷检测方法及钢材的制造方法 | |
JP4883517B2 (ja) | 三次元計測装置および三次元計測方法並びに三次元計測プログラム | |
US8600147B2 (en) | System and method for remote measurement of displacement and strain fields | |
JP3624353B2 (ja) | 3次元形状計測方法およびその装置 | |
CN108562250B (zh) | 基于结构光成像的键盘键帽平整度快速测量方法与装置 | |
CN105551039A (zh) | 结构光三维扫描***的标定方法及装置 | |
JP5051493B2 (ja) | 三次元計測用マーカとこれを用いた三次元計測方法 | |
JP6937642B2 (ja) | 表面評価方法及び表面評価装置 | |
KR20150128300A (ko) | 카메라와 레이저 스캔을 이용한 3차원 모델 생성 및 결함 분석 방법 | |
JP2010513925A (ja) | 車両用成形ガラスのひずみを反射された光学像により自動的に定量分析する方法 | |
CN102288131A (zh) | 物体360°轮廓误差的自适应条纹测量装置和方法 | |
JP2012058076A (ja) | 3次元計測装置及び3次元計測方法 | |
TW201544788A (zh) | 使用二維影像處理檢查三維物體的系統及方法 | |
WO2012077542A1 (ja) | ガラス基板 | |
Ge et al. | A low-cost approach for the estimation of rock joint roughness using photogrammetry | |
Li et al. | Laser scanning based three dimensional measurement of vegetation canopy structure | |
Vashpanov et al. | Determination of geometric parameters of cracks in concrete by image processing | |
CN103389072A (zh) | 一种基于直线拟合的像点定位精度评估方法 | |
RU2583852C2 (ru) | Графо-проекционный муаровый способ измерения | |
US20210041543A1 (en) | Laser calibration device, calibration method therefor, and image input device including laser calibration device | |
CN109521022A (zh) | 基于线共焦相机的触摸屏缺陷检测装置 | |
Hodgson et al. | Novel metrics and methodology for the characterisation of 3D imaging systems | |
CN110208777B (zh) | 精确的角反射器几何误差测量方法 | |
JP2017040482A (ja) | 曲面を基準面とする三次元形状計測方法 | |
RU2474788C1 (ru) | Способ измерения углов наклона и высоты волнения водной поверхности относительно ее равновесного состояния |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180712 |