RU2645002C2

RU2645002C2 - Method for determining complex of parameters of cross section of objects of quasi-cylindrical form

Info

Publication number: RU2645002C2
Application number: RU2016128389A
Authority: RU
Inventors: Валерий Викторович Минеев; Александр Фёдорович Алейников; Виктор Алексеевич Золотарёв; Олег Владимирович Ёлкин
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2018-02-15

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: method for determining geometric parameters of the cross section of the object consists in measuring the distance from the base point located at a fixed distance from a central point located within the controlled cross section of the object to the corresponding control points on the object section contour towards this central point during rotation of controlled object cross section around an axis passing through the central point perpendicular to the cross-section plane, starting from the initial angular position at similar angular intervals within one turn, and determining the length of the sections between the central and control points by subtracting the measured distances from the distance between the base and the central points. Then, the coordinates of all obtained control points and the geometric parameters of the object cross section are determined: the length of the contour, the area, the maximum and minimum orthogonal dimensions, and their ratio - the form index.

EFFECT: reduced labour intensity of determining the complex of geometric parameters of the object cross section.

3 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к способам определения геометрических параметров поперечного сечения тел квазицилиндрической формы, преимущественно саженцев и укорененных черенков садовых культур для оценки их качества.The invention relates to the field of instrumentation, and in particular to methods for determining the geometric parameters of the cross section of bodies of a quasi-cylindrical shape, mainly seedlings and rooted cuttings of garden crops, to evaluate their quality.

При выполнении селекционных, научно-исследовательских и агротехнических работ в процессах промышленного возделывания садовых культур необходим контроль качества готового продукта (черенков, саженцев). Одними из показателей развитости и качества растений являются геометрические параметры поперечного сечения штамба (для справки, штамб - это надземная часть растения между корнем и первой ветвью): поперечный размер, длина контура, площадь, индекс формы (отношение максимального и минимального ортогональных поперечных размеров).When performing selection, research and agricultural work in the industrial cultivation of garden crops, quality control of the finished product (cuttings, seedlings) is necessary. One of the indicators of the development and quality of plants is the geometric parameters of the cross section of the stem (for reference, the stem is the aboveground part of the plant between the root and the first branch): transverse size, contour length, area, shape index (ratio of maximum and minimum orthogonal transverse dimensions).

Известны способы, включающие измерения поперечного размера сечения тела путем совмещения двух базовых точек, расстояние между которыми определяют по шкале (механической или электронной), с соответствующими контрольными точками, расположенными на контуре контролируемого сечения тела. Эти способы реализуются такими контактными устройствами, как штангенциркули и микрометры [ГОСТ Р 53135-2008. Посадочный материал плодовых, ягодных, субтропических, орехоплодных, цитрусовых культур и чая. Технические условия. - С. 38]. Процедура измерений контактными способами и средствами характеризуется высокой трудоемкостью и низкой производительностью. Чтобы получить данные для определения площади поперечного сечения, необходимо вручную измерить множество поперечных размеров сечения в разных направлениях. Кроме того, контакт с поверхностью контролируемых садовых культур осуществляют с определенным измерительным усилием, что приводит к деформации контролируемых объектов и, как следствие, к погрешностям измерений из-за изменения размеров объекта. Поэтому более предпочтительными для контроля геометрических параметров поперечного сечения подобных объектов являются бесконтактные способы, среди которых известен теневой способ [А.с. №945649, МПК G01B 11/08. Устройство для контроля поперечного сечения объекта / В.К. Александров, В.Н. Ильин, А.Л. Старков. - Заявка №3213753/25-28; Заявлено 08.12.1980; Опубл. 23.07.1982 Бюл. №27]. Сущность теневого способа заключается в том, что диаметр поперечного сечения тела определяют по размерам тени, создаваемой контролируемым телом при освещении его широким тонким пучком света, состоящим из множества параллельных лучей. В данном способе определяют множество диаметров поперечного сечения тела в разных направлениях путем сканирования с помощью системы зеркал. Недостатком способа является сложность его реализации, а также невозможность применения для контроля поперечных сечений, имеющих вогнутые участки. Для таких объектов применим способ, основанный на методе структурного освещения и предложенный КТИ НП СО РАН для контроля поперечного сечения контактных проводов электросети электровозов, трамваев, троллейбусов [Каликин В.Э., Базин B.C., Верхогляд А.Г. и др. Автоматизированная оптико-электронная система измерения износа контактного провода // Оптико-информационные измерительные и лазерные технологии и системы: Юбилейный сборник избранных трудов КТИ НП СО РАН / Науч. ред. Ю.В. Чугуй. - Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2012. - С. 161-170]. Способ заключается в том, что специальным лазерным осветителем формируют плоский лазерный луч («световой нож»), пересекающий поверхность контактного провода под некоторым углом к его оси. Свет, рассеянный от поверхности провода, детектируют цифровой видеокамерой. Зафиксированное изображение представляет форму кривой, сформированной пересечением плоского луча с поверхностью контактного провода. Недостаток способа - высокая стоимость его реализации. Наиболее близким аналогом изобретению (прототипом) по технической сущности является способ с применением лазерных триангуляционных датчиков расстояний для определения комплекса геометрических параметров поперечного сечения тел квазицилиндрической формы, преимущественно саженцев и укорененных черенков садовых культур [Патент РФ №2551264, МПК G01B 11/08. Способ определения геометрических параметров сечения тела и устройство для его осуществления / В.В. Минеев, В.А. Золотарев, А.Ф. Алейников, В.Б. Морозов. - Заявка №2013144512/28; Заявлено 03.10.2013; Опубл. 20.05.2015 Бюл. №14]. Способ заключается в том, что с помощью двух лазерных триангуляционных датчиков, расположенных с разных сторон от объекта на фиксированной дистанции между собой, измеряют расстояния до контрольных точек на контуре поперечного сечения и определяют длины семейства параллельных отрезков, расположенных на заданном расстоянии друг от друга в плоскости сечения между соответствующими парами контрольных точек, затем по полученным значениям расстояний и длин отрезков определяют координаты всех полученных контрольных точек в прямоугольной системе координат и геометрические параметры поперечного сечения тела: длину контура, площадь и отношение максимального и минимального ортогональных поперечных размеров - индекс формы. Достоинством прототипа является возможность определения комплекса геометрических параметров поперечного сечения тела. Недостатком прототипа является то, что реализация способа требует выполнения измерений до контрольных точек на контуре поперечного сечения тела от двух базовых точек и, соответственно, применения двух лазерных триангуляционных датчиков, что усложняет процесс реализации способа и делает дорогостоящим устройство для его осуществления.Known methods include measuring the cross-sectional size of a body section by combining two base points, the distance between which is determined on a scale (mechanical or electronic), with the corresponding control points located on the contour of the controlled body section. These methods are implemented by such contact devices as calipers and micrometers [GOST R 53135-2008. Planting material of fruit, berry, subtropical, nut, citrus crops and tea. Technical conditions - S. 38]. The measurement procedure by contact methods and means is characterized by high complexity and low productivity. To obtain data for determining the cross-sectional area, it is necessary to manually measure the many transverse dimensions of the cross-section in different directions. In addition, contact with the surface of controlled garden crops is carried out with a certain measuring force, which leads to deformation of the controlled objects and, as a result, to measurement errors due to changes in the size of the object. Therefore, non-contact methods, among which the shadow method is known, are more preferable for controlling the geometric parameters of the cross section of such objects. No. 945649, IPC G01B 11/08. Device for controlling the cross-section of an object / V.K. Alexandrov, V.N. Ilyin, A.L. Starkov. - Application No. 3213753 / 25-28; Declared December 8, 1980; Publ. 07/23/1982 Bull. No. 27]. The essence of the shadow method lies in the fact that the diameter of the cross section of the body is determined by the size of the shadow created by the controlled body when it is illuminated with a wide thin beam of light, consisting of many parallel rays. In this method, a plurality of cross-sectional diameters of a body is determined in different directions by scanning with a system of mirrors. The disadvantage of this method is the complexity of its implementation, as well as the inability to use to control cross-sections having concave sections. For such objects, we apply a method based on the method of structural lighting and proposed by the KTI NP SB RAS to control the cross-section of the contact wires of the electric network of electric locomotives, trams, trolley buses [Kalikin V.E., Bazin B.C., Verkhoglyad A.G. et al. Automated Optoelectronic System for Measuring Contact Wire Wear // Optical Information Measuring and Laser Technologies and Systems: Anniversary Collection of Selected Works of KTI NP SB RAS / Scientific. ed. Yu.V. Cast iron. - Novosibirsk: Academic Publishing House "Geo", 2012. - S. 161-170]. The method consists in the fact that a special laser illuminator forms a flat laser beam (“light knife”) that intersects the surface of the contact wire at an angle to its axis. The light scattered from the surface of the wire is detected by a digital video camera. A captured image represents the shape of a curve formed by the intersection of a flat beam with the surface of a contact wire. The disadvantage of this method is the high cost of its implementation. The closest analogue of the invention (prototype) in technical essence is a method using laser triangulation distance sensors to determine the complex of geometric parameters of the cross section of quasi-cylindrical bodies, mainly seedlings and rooted cuttings of garden crops [RF Patent No. 2551264, IPC G01B 11/08. The method of determining the geometric parameters of the body section and device for its implementation / V.V. Mineev, V.A. Zolotarev, A.F. Aleinikov, V.B. Morozov. - Application No. 2013144512/28; Announced on 10/03/2013; Publ. 05/20/2015 Bull. No. 14]. The method consists in the fact that using two laser triangulation sensors located on different sides of the object at a fixed distance between each other, measure the distance to the control points on the contour of the cross section and determine the lengths of a family of parallel segments located at a given distance from each other in the plane cross-sections between the corresponding pairs of control points, then the coordinates of all the obtained control points in a rectangular system of coordinates and geometric parameters of the cross section of the body: the length of the contour, area ratio and the maximum and minimum orthogonal transverse dimensions - the index form. The advantage of the prototype is the ability to determine the complex geometric parameters of the cross section of the body. The disadvantage of the prototype is that the implementation of the method requires measurements to control points on the contour of the cross-section of the body from two base points and, accordingly, the use of two laser triangulation sensors, which complicates the process of implementation of the method and makes an expensive device for its implementation.

Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости способа определения комплекса геометрических параметров поперечного сечения тела за счет выполнения измерений расстояний до контрольных точек на контуре сечения от одной базовой точки и, соответственно, с помощью одного лазерного триангуляционного датчика.The technical result of the invention is to reduce the complexity of the method for determining the complex of geometric parameters of the cross section of the body by performing measurements of distances to control points on the contour of the section from one base point and, accordingly, using one laser triangulation sensor.

Технический результат в изобретении достигается тем, что в способе определения комплекса геометрических параметров поперечного сечения тел квазицилиндрической формы, включающем измерения расстояний от базовой точки, расположенной в плоскости контролируемого поперечного сечения на определенном расстоянии от поверхности тела до соответствующих контрольных точек, расположенных на контуре поперечного сечения тела, базовую точку располагают на фиксированной дистанции от центральной точки, находящейся в пределах контролируемого поперечного сечения тела, и осуществляют измерения расстояний от базовой точки до контрольных точек по направлению к этой центральной точке при вращении контролируемого поперечного сечения тела вокруг оси, проходящей через центральную точку перпендикулярно плоскости сечения, начиная от начального углового положения через каждые одинаковые угловые интервалы в пределах одного оборота, затем определяют длины отрезков между центральной и контрольными точками, как разности между фиксированной дистанцией базовой точки от центральной точки и измеренными расстояниями от базовой точки до каждой из контрольных точек, и по полученным значениям длин отрезков и выбранному значению угловых интервалов определяют координаты всех контрольных точек в прямоугольной системе координат и геометрические параметры сечения тела: длину контура, площадь, максимальный и минимальный ортогональные размеры и их отношение - индекс формы, при этом значение угловых интервалов выбирают так, чтобы их число в пределах оборота было целым. Для определения координат контрольных точек центральную точку принимают за начало прямоугольной системы координат, длину отрезка между центральной и контрольной точкой, определенную при начальном угловом положении контролируемого поперечного сечения, откладывают от начала системы координат на оси абсцисс и координаты конца отрезка принимают за координаты первой контрольной точки, координаты остальных контрольных точек получают аналогично путем откладывания соответствующих длин отрезков на лучах, исходящих из начала координат под соответствующими углами относительно оси абсцисс, кратными выбранному угловому интервалу. Геометрические параметры поперечного сечения тела определяют расчетным путем, при этом длину контура определяют как сумму длин прямых линий между всеми соседними контрольными точками, площадь определяют как сумму всех элементарных площадей секторов, центральный угол которых равен выбранному угловому интервалу и радиусы каждого из которых равны среднему арифметическому значению длин двух отрезков между центральной и каждой из соседних контрольных точек, за максимальный размер принимают длину наибольшего отрезка из множества отрезков между всеми возможными парами контрольных точек, за минимальный - сумму максимального расстояния от этого наибольшего отрезка до контрольных точек, лежащих по одну сторону от него, и максимального расстояния от этого наибольшего отрезка до контрольных точек, лежащих по другую сторону от него.The technical result in the invention is achieved by the fact that in the method for determining the complex of geometric parameters of the cross section of quasi-cylindrical bodies, including measuring distances from a base point located in the plane of the controlled cross section at a certain distance from the body surface to the corresponding control points located on the cross section of the body , the base point is located at a fixed distance from the central point located within the controlled pope cross section of the body, and measure the distances from the base point to the control points towards this central point when the controlled cross-section of the body rotates around an axis passing through the central point perpendicular to the plane of the section, starting from the initial angular position every equal angular intervals within the same turn, then determine the lengths of the segments between the center and control points, as the difference between a fixed distance of the base point from the center point and the measured distances from the base point to each of the control points, and from the obtained values of the lengths of the segments and the selected value of the angular intervals determine the coordinates of all control points in a rectangular coordinate system and the geometric parameters of the body section: the length of the contour, area, maximum and minimum orthogonal sizes and their ratio - the shape index, while the value of the angular intervals is chosen so that their number within the revolution is integer. To determine the coordinates of the control points, the central point is taken as the beginning of a rectangular coordinate system, the length of the segment between the central and control points, determined at the initial angular position of the controlled cross-section, is postponed from the origin of the coordinate system on the x-axis and the coordinates of the end of the segment are taken as the coordinates of the first control point, the coordinates of the remaining control points are obtained similarly by postponing the corresponding lengths of the segments on the rays emanating from the origin under corresponding angles with respect to the abscissa axis, multiples of the selected angular interval. The geometric parameters of the cross section of the body are determined by calculation, while the length of the contour is determined as the sum of the lengths of straight lines between all adjacent control points, the area is determined as the sum of all elementary areas of sectors whose central angle is equal to the selected angular interval and the radii of each of which are equal to the arithmetic mean value the lengths of two segments between the central and each of the neighboring control points; for the maximum size, take the length of the largest segment from the set of segments in between all possible pairs of reference points for the minimum - the sum of the maximum distance from most of the segment to the control points, lying on one side of him, and the maximum distance from most of the segment to the control points that lie on the other side of it.

Такое выполнение способа позволяет, проводя измерения только лишь из одной базовой точки, получить координаты всех контрольных точек, расположенных на контуре сечения тела (штамба саженца или укорененного черенка растения квазицилиндрической формы), по которым можно получить полную информацию о сечении тела: конфигурацию и длину контура, площадь, отношение максимального и минимального ортогональных размеров - индекс формы. Так, например, при достаточно большом количестве контрольных точек участок контура между соседними контрольными точками можно аппроксимировать прямой линией и длину этой линии вычислить по формулам аналитической геометрии, а длину контура, соответственно, как сумму длин между всеми соседними контрольными точками. А участок площади сечения, ограниченный частью контура между соседними контрольными точками и лучами, исходящими из центральной точки в эти контрольные точки, можно аппроксимировать сектором круга с радиусом равным среднему арифметическому значению отрезков лучей от центральной до контрольных точек. Поскольку углы между всеми отрезками лучей одинаковы и длины всех отрезков лучей известны, то площадь каждого сектора вычисляется как часть площади круга по известной формуле. Сектора отличаются друг от друга только радиусами. Для уменьшения методической погрешности радиусы вычисляются как среднее арифметическое значений двух соседних отрезков лучей от центральной до двух соответствующих контрольных точек. Количество секторов равно целому числу угловых интервалов в пределах одного оборота вращения контролируемого поперечного сечения, а площадь сечения - сумме площадей всех секторов. Другим вариантом может быть нахождение аппроксимирующих функций отдельных частей контура по координатам контрольных точек и дальнейшее вычисление длины контура и площади сечения с помощью интегрального исчисления. Конфигурация контура сечения тела может быть получена путем нанесения контрольных точек на координатную плоскость. Известные координаты контрольных точек позволяют вычислять расстояния между любыми точками. Следовательно, способ позволяет найти максимальный размер сечения. Из уравнения прямой, проходящей через контрольные точки, соответствующие максимальному размеру сечения, с помощью формул аналитической геометрии определяются максимальные размеры в ортогональном направлении в одну и другую стороны относительно этой прямой и, соответственно, коэффициент формы.This embodiment of the method allows, taking measurements from only one base point, to obtain the coordinates of all control points located on the contour of the body section (sapling root or rooted cuttings of a quasicylindrical plant), by which you can get complete information about the body section: configuration and length of the contour , area, ratio of maximum and minimum orthogonal sizes - shape index. So, for example, with a sufficiently large number of control points, the contour section between adjacent control points can be approximated by a straight line and the length of this line can be calculated using the formulas of analytical geometry, and the contour length, respectively, as the sum of the lengths between all adjacent control points. A section of the cross-sectional area, limited by a part of the contour between adjacent control points and rays emanating from a central point to these control points, can be approximated by a sector of a circle with a radius equal to the arithmetic mean of the ray segments from the central to control points. Since the angles between all segments of the rays are the same and the lengths of all segments of the rays are known, the area of each sector is calculated as part of the area of the circle according to the well-known formula. Sectors differ from each other only in radii. To reduce the methodological error, the radii are calculated as the arithmetic average of the values of two adjacent ray segments from the central to two corresponding control points. The number of sectors is equal to an integer number of angular intervals within one rotation revolution of a controlled cross section, and the cross-sectional area is the sum of the areas of all sectors. Another option may be to find approximating functions of individual parts of the contour according to the coordinates of the control points and further calculate the length of the contour and the cross-sectional area using the integral calculus. The configuration of the body section contour can be obtained by applying control points to the coordinate plane. Known coordinates of control points allow you to calculate the distance between any points. Therefore, the method allows you to find the maximum size of the section. From the equation of the line passing through the control points corresponding to the maximum size of the cross section, using the formulas of analytical geometry, the maximum dimensions are determined in the orthogonal direction on one or the other side relative to this line and, accordingly, the shape factor.

На фиг. изображен рисунок, поясняющий сущность способа определения комплекса геометрических параметров поперечного сечения тел квазицилиндрической формы.In FIG. depicted is a figure explaining the essence of the method for determining the complex of geometric parameters of the cross section of bodies of a quasicylindrical shape.

Способ определения комплекса геометрических параметров поперечного сечения тел квазицилиндрической формы реализуется в последовательности действий, изложенной ниже.The method for determining the complex of geometric parameters of the cross section of bodies of a quasi-cylindrical shape is implemented in the sequence of actions described below.

В исходном состоянии, показанном на рисунке, поясняющем сущность способа, производят измерение расстояния d₁ от базовой точки Б, расположенной на заданной (известной) дистанции D от центральной точки О, находящейся в пределах контролируемого сечения 1, до первой контрольной точки А₁, расположенной на пересечении линии контура 2 сечения 1 с линией, соединяющей точки О и Б. Затем вычисляют длину отрезка R₁ между точками О и А₁, как разность дистанции D и расстояния d₁. Далее поворачивают контролируемое сечение 1 вокруг точки О (центр вращения) на заданный (известный) угол Δϕ₁, размер которого выбирают так, чтобы частное от деления числа 360 (угол при повороте на один оборот в градусах) Δϕ₁ (в градусах) было целым числом n. При этом на линии, соединяющей точки О и Б, будет располагаться следующая контрольная точка, то есть А₂, до которой производят аналогичное измерение расстояния d₂, по результату которого аналогичным образом вычисляют длину отрезка R₂. Таким образом, последовательно поворачивая контролируемое сечение 1 на углы равные Δϕ₁, получают n значений длин отрезков R₁…R_n. Далее эти значения длин отрезков R₁…R_n и значение выбранного углового интервала Δϕ₁ используют для определения координат всех контрольных точек в прямоугольной (декартовой) системе координат. Для этого за начало прямоугольной системы координат принимают центральную точку О. Затем первый вычисленный отрезок R₁ между точками О и A₁ откладывают от начала координат на оси абсцисс и координаты конца отрезка принимают за координаты первой контрольной точки A₁. Для получения координат второй контрольной точки А₂ из начала системы координат под углом Δϕ₁ (в направлении против часовой стрелки) проводят луч, на котором откладывают второй вычисленный отрезок R₂ и координаты его конца принимают за координаты второй контрольной точки А₂. Далее из начала системы координат в пределах координатной плоскости проводят семейство лучей, каждый из которых отстоит от предыдущего на угол Δϕ₁. На этих лучах последовательно откладывают вычисленные отрезки R₃…R_n и получают координаты остальных контрольных точек А₃…A_n. Абсциссы контрольных точек А₁…A_n определяют путем умножения длины соответствующего отрезка R₁…R_n на косинус угла между этим отрезком и осью абсцисс, а ординаты контрольных точек А₁…A_n - умножением длины соответствующего отрезка R₁…R_n на синус того же угла. Зная координаты всех контрольных точек А₁…A_n, лежащих на контуре 2 поперечного сечения 1, методами аналитической геометрии определяют необходимые параметры поперечного сечения 1. Длину контура 2 определяют как сумму длин прямых линий между всеми соседними контрольными точками семейства А₁…A_n. Длину каждой прямой линии между точками вычисляют с помощью теоремы Пифагора как гипотенузу прямоугольного треугольника, катетами которого являются проекции этой линии на оси абсцисс и ординат. Площадь сечения 1 определяют как сумму всех элементарных площадей секторов, центральный угол которых равен выбранному угловому интервалу Δϕ₁ и радиусы каждого из которых равны среднему арифметическому значению длин двух соседних отрезков из семейства R₁…R_n. Площадь каждого сектора вычисляют путем деления площади круга с соответствующим радиусом на количество секторов n. За максимальный размер принимают длину наибольшего отрезка из множества отрезков между всеми возможными парами контрольных точек семейства А₁…A_n, за минимальный - сумму максимального расстояния от этого наибольшего отрезка до контрольных точек из множества А₁…A_n, лежащих по одну сторону от него, и максимального расстояния от этого наибольшего отрезка до контрольных точек из множества А₁…A_n, лежащих по другую сторону от него.In the initial state, shown in the figure explaining the essence of the method, a measurement of the distance d ₁ from the base point B located at a given (known) distance D from the central point O, located within the controlled section 1, to the first control point A ₁ located at the intersection of the contour line 2 of section 1 with the line connecting the points O and B. Then, the length of the segment R ₁ between the points O and A _{1 is} calculated as the difference between the distance D and the distance d ₁ . Next, the controlled section 1 is rotated around point O (center of rotation) by a predetermined (known) angle Δϕ ₁ , the size of which is chosen so that the quotient of dividing 360 (the angle when turning one revolution in degrees) Δϕ ₁ (in degrees) is integer number n. In this case, on the line connecting the points O and B, the following control point will be located, that is, A ₂ , to which a similar measurement of the distance d ₂ is carried out, by the result of which the length of the segment R ₂ is likewise calculated. Thus, sequentially turning the controlled section 1 through angles equal to Δϕ ₁ , n values of the lengths of the segments R ₁ ... R _n are obtained. Further, these values of the lengths of the segments R ₁ ... R _n and the value of the selected angular interval Δϕ ₁ are used to determine the coordinates of all control points in a rectangular (Cartesian) coordinate system. To do this, the center point O is taken as the beginning of a rectangular coordinate system. Then, the first calculated segment R ₁ between points O and A _{1 is} postponed from the origin on the abscissa axis and the coordinates of the end of the segment are taken as the coordinates of the first control point A ₁ . To obtain the coordinates of the second control point A ₂ from the origin of the coordinate system at an angle Δϕ ₁ (counterclockwise), a beam is drawn on which the second calculated segment R _{2 is} laid and the coordinates of its end are taken as the coordinates of the second control point A ₂ . Next, from the beginning of the coordinate system within the coordinate plane, a family of rays is drawn, each of which is separated from the previous one by an angle Δϕ ₁ . The calculated segments R ₃ ... R _n are sequentially laid off on these rays and the coordinates of the remaining control points A ₃ ... A _n are obtained. The abscissas of the control points A ₁ ... A _{n are} determined by multiplying the length of the corresponding segment R ₁ ... R _n by the cosine of the angle between this segment and the abscissa, and the ordinates of the control points A ₁ ... A _n by multiplying the length of the corresponding segment R ₁ ... R _n by the sine the same angle. Knowing the coordinates of all control points A ₁ ... A _n lying on contour 2 of cross-section 1, the necessary parameters of cross-section 1 are determined by analytical geometry methods. The length of contour 2 is defined as the sum of the lengths of straight lines between all adjacent control points of the family A ₁ ... A _n . The length of each straight line between the points is calculated using the Pythagorean theorem as the hypotenuse of a right triangle whose legs are the projections of this line on the abscissa and ordinates. Section area 1 is defined as the sum of all elementary areas of sectors whose central angle is equal to the selected angular interval Δϕ ₁ and the radii of each of which are equal to the arithmetic mean of the lengths of two adjacent segments from the family R ₁ ... R _n . The area of each sector is calculated by dividing the area of the circle with the corresponding radius by the number of sectors n. For the maximum size, the length of the largest segment from the set of segments between all possible pairs of control points of the family A ₁ ... A _{n is} taken, for the minimum, the sum of the maximum distance from this largest segment to the control points from the set A ₁ ... A _n lying on one side of it , and the maximum distance from this largest segment to the control points from the set A ₁ ... A _n lying on the other side of it.

Размер углового интервала Δϕ₁ выбирают исходя из допускаемой методической погрешности определения геометрических параметров поперечного сечения, возникающей из-за аппроксимации реальной конфигурации контура и площади поперечного сечения набором прямых линий и секторов, соответственно.The size of the angular interval Δϕ _{1 is} selected based on the permissible methodological error in determining the geometric parameters of the cross section arising from the approximation of the real configuration of the contour and the cross-sectional area by a set of straight lines and sectors, respectively.

Так, например, для поперечного сечения, имеющего форму эллипса с размерами большой и малой полуосей 50 и 10 и площадью 1571 условных единиц, соответственно, результаты расчета методической погрешности определения площади в зависимости от размера углового интервала Δϕ приведены в таблице.So, for example, for a cross section having the shape of an ellipse with sizes of major and minor axes 50 and 10 and an area of 1571 conventional units, respectively, the results of calculating the methodological error in determining the area depending on the size of the angular interval Δϕ are given in the table.

Из таблицы следует, что для большинства практических применений способа дискретность угла поворота объекта исследований можно выбирать в пределах от 3,6 до 10,0 градусов. Так, при дискретности угла поворота сечения 3,6 градуса количество контрольных точек будет равно 100. Тогда, например, при поперечном размере сечения 15 мм, длине контура около 45 мм расстояние между точками будет около 0,45 мм, и при размерах светового пятна лазера 0,1 мм контрольные точки не будут сливаться.The table shows that for most practical applications of the method, the discreteness of the angle of rotation of the object of research can be selected in the range from 3.6 to 10.0 degrees. So, with a discreteness of the angle of rotation of the cross section of 3.6 degrees, the number of control points will be 100. Then, for example, with a transverse cross-sectional size of 15 mm, a contour length of about 45 mm, the distance between the points will be about 0.45 mm, and with the size of the laser light spot 0.1 mm control points will not merge.

Процесс выполнения описанных действий может быть осуществлен с помощью следующих материальных средств.The process of performing the described actions can be carried out using the following material means.

Измерения расстояний d₁…d_n от базовой точки Б до контрольных точек А₁…A_n осуществляют с помощью лазерных триангуляционных датчиков LS5 НПП «ПРИЗМА», имеющих размер светового пятна на объекте около 0,1 мм, что позволяет детализировать форму контура сечения с высокой точностью [URL:http://www.prizmasensors.ru]. Дистанцию D (расстояние датчика LS5 до центральной точки О) обеспечивают конструктивно. Последовательные повороты квазицилиндрического объекта (саженца) и его контролируемого сечения 1 вокруг точки О (центра вращения) на заданные (известные) угловые интервалы Δϕ₁ осуществляют посредством шагового двигателя PL42H34-D5 и драйвера PLD230 [URL:http://www.purelogic.ru], управляющего двигателем и запуском измерений датчика расстояний LS5 после остановки шагового двигателя в заданном угловом положении. При этом ось вращения двигателя проходит через центральную точку О и между захватными губками, удерживающими квазицилиндрический объект (саженец) в вертикальном положении. Повороты квазицилиндрического объекта (саженца) можно осуществлять также и без остановок через каждые заданные угловые интервалы Δϕ₁, например, двигателем с редуктором РД-09 [URL:http://www.kipspb.ru]. Для запуска измерений расстояний d₁…d_n в этом случае используют датчик углового положения, например, инкрементальный угловой фотоэлектрический преобразователь перемещений ЛИР [URL:http://www.skbis.ru]. Все необходимые вычисления длин отрезков R₁…R_n, координат контрольных точек A₁…A_n и комплекса геометрических параметров поперечного сечения тел квазицилиндрической формы производят с помощью микроконтроллера, получающего информацию в виде электрических сигналов от лазерного триангуляционного датчика LS5, драйвера PLD230 или инкрементального датчика углового положения ЛИР, и соответствующего программного обеспечения. В качестве микроконтроллера используют, например, микросхему PIC16F876 [URL:http://www.rudatasheet.ru].Measurements of the distances d ₁ ... d _n from the base point B to the control points A ₁ ... A _{n are} carried out using laser triangulation sensors LS5 NPP PRIZMA, having a light spot size on the object of about 0.1 mm, which allows you to detail the shape of the cross section with high accuracy [URL: http: //www.prizmasensors.ru]. The distance D (the distance of the LS5 sensor to the central point O) is provided constructively. Successive rotations of a quasi-cylindrical object (seedling) and its controlled section 1 around the point O (center of rotation) by predetermined (known) angular intervals Δϕ _{1 are} carried out by means of a stepping motor PL42H34-D5 and driver PLD230 [URL: http: //www.purelogic.ru ], which controls the engine and starts measuring the LS5 distance sensor after stopping the stepper motor in a predetermined angular position. The axis of rotation of the engine passes through the central point O and between the gripping jaws holding the quasi-cylindrical object (seedling) in a vertical position. Rotations of a quasi-cylindrical object (seedling) can also be carried out without stopping at each given angular intervals Δϕ ₁ , for example, with an RD-09 gear motor [URL: http: //www.kipspb.ru]. To start measuring distances d ₁ ... d _n in this case, use an angular position sensor, for example, an incremental angular photoelectric displacement transducer LIR [URL: http: //www.skbis.ru]. All necessary calculations of the lengths of the segments R ₁ ... R _n , the coordinates of the control points A ₁ ... A _n and the complex of geometrical parameters of the cross section of the bodies of quasi-cylindrical shape are carried out using a microcontroller that receives information in the form of electrical signals from a laser triangulation sensor LS5, driver PLD230 or an incremental sensor angular position LIR, and the corresponding software. As a microcontroller, for example, a PIC16F876 microcircuit is used [URL: http: //www.rudatasheet.ru].

Claims

1. Способ определения комплекса геометрических параметров поперечного сечения тел квазицилиндрической формы, включающий измерения расстояний от базовой точки, расположенной в плоскости контролируемого поперечного сечения на определенном расстоянии от поверхности тела, до соответствующих контрольных точек, расположенных на контуре поперечного сечения тела, отличающийся тем, что базовую точку располагают на фиксированной дистанции от центральной точки, находящейся в пределах контролируемого поперечного сечения тела, и осуществляют измерения расстояний от базовой точки до контрольных точек по направлению к этой центральной точке при вращении контролируемого поперечного сечения тела вокруг оси, проходящей через центральную точку перпендикулярно плоскости сечения, начиная от начального углового положения через каждые одинаковые угловые интервалы в пределах одного оборота, затем определяют длины отрезков между центральной и контрольными точками, как разности между фиксированной дистанцией базовой точки от центральной точки и измеренными расстояниями от базовой точки до каждой из контрольных точек, и по полученным значениям длин отрезков и выбранному значению угловых интервалов определяют координаты всех контрольных точек в прямоугольной системе координат и геометрические параметры сечения тела: длину контура, площадь, максимальный и минимальный ортогональные размеры и их отношение - индекс формы, при этом значение угловых интервалов выбирают так, чтобы их число в пределах оборота было целым.1. The method of determining the complex of geometric parameters of the cross section of quasi-cylindrical bodies, including measuring distances from a base point located in the plane of a controlled cross section at a certain distance from the body surface to the corresponding control points located on the cross section of the body, characterized in that the base the point is placed at a fixed distance from a central point within the controlled cross-section of the body, and measuring the distances from the base point to the control points towards this central point during rotation of the controlled cross-section of the body around an axis passing through the central point perpendicular to the plane of the section, starting from the initial angular position at every identical angular intervals within one revolution, then determine the lengths of the segments between the center and control points, as the difference between the fixed distance of the base point from the center point and the measured distances from the base points to each of the control points, and the obtained values of the lengths of the segments and the selected value of the angular intervals determine the coordinates of all control points in a rectangular coordinate system and the geometric parameters of the body section: contour length, area, maximum and minimum orthogonal sizes and their ratio - shape index, the value of the angular intervals is chosen so that their number within the revolution was integer.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения координат контрольных точек центральную точку принимают за начало прямоугольной системы координат, длину отрезка между центральной и контрольной точкой, определенную при начальном угловом положении контролируемого поперечного сечения, откладывают от начала системы координат на оси абсцисс и координаты конца отрезка принимают за координаты первой контрольной точки, координаты остальных контрольных точек получают аналогично путем откладывания соответствующих длин отрезков на лучах, исходящих из начала координат под соответствующими углами относительно оси абсцисс, кратными выбранному угловому интервалу.2. The method according to p. 1, characterized in that for determining the coordinates of the control points, the center point is taken as the beginning of a rectangular coordinate system, the length of the segment between the central and control point, determined at the initial angular position of the controlled cross-section, is postponed from the coordinate system on the axis the abscissa and the coordinates of the end of the segment are taken as the coordinates of the first control point, the coordinates of the remaining control points are obtained similarly by deferring the corresponding lengths of the segments on the beam axes originating from the origin at appropriate angles with respect to the abscissa axis that are multiples of the selected angular interval.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что геометрические параметры поперечного сечения тела определяют расчетным путем, при этом длину контура определяют как сумму длин прямых линий между всеми соседними контрольными точками, площадь определяют как сумму всех элементарных площадей секторов, центральный угол которых равен выбранному угловому интервалу и радиусы каждого из которых равны среднему арифметическому значению длин двух отрезков между центральной и каждой из соседних контрольных точек, за максимальный размер принимают длину наибольшего отрезка из множества отрезков между всеми возможными парами контрольных точек, за минимальный - сумму максимального расстояния от этого наибольшего отрезка до контрольных точек, лежащих по одну сторону от него, и максимального расстояния от этого наибольшего отрезка до контрольных точек, лежащих по другую сторону от него.3. The method according to p. 1, characterized in that the geometric parameters of the cross section of the body are determined by calculation, while the length of the contour is determined as the sum of the lengths of straight lines between all adjacent control points, the area is defined as the sum of all elementary areas of the sectors whose central angle is equal to the selected angular interval and the radii of each of which are equal to the arithmetic mean of the lengths of two segments between the central and each of the neighboring control points, the maximum length is taken as the largest segment from the set of segments between all possible pairs of control points, for the minimum - the sum of the maximum distance from this largest segment to the control points lying on one side of it, and the maximum distance from this largest segment to the control points lying on the other side of it .