RU125335U1 - Устройство контроля линейных размеров трехмерных объектов - Google Patents

Abstract

Устройство для выполнения 3Д измерений объекта при помощи структурированной подсветки содержит проектор для проецирования на исследуемый объект изображения, имеющего, по меньшей мере, две непересекающиеся линии вдоль одной из продольных осей и, по меньшей мере, две камеры для регистрации положении изображения, размещенные на разных расстояниях от проектора с образованием разных триангуляционных углов между центральным лучом проектора и центральными лучами камер, с возможностью подключения процессора ЭВМ для измерения и определения координат и монитора для формирования 3Д изображения объекта, при этом расстояние между проектором и ближайшей к нему камерой выбирается как произведение расстояния от проектора до точки пересечения центральных лучей проектора и камеры на тангенс триангуляционного угла последней. Предпочтительно, проектор и камеры размещены в одном корпусе и снабжены средствами подключения к переносному или стационарному процессору ЭВМ. При этом определяют на изображении первой камеры продольные координаты центров линий по их ширине, как самые яркие пиксели, а для дальнейшего уточнения вертикальной координаты оно содержит третью, четвертую и последующие камеры. В частных случаях реализации устройство снабжено полупрозрачным зеркалом или призмой, а, по меньшей мере, две камеры располагают с разных сторон от проектора, причем указанное зеркало располагают в положении пересечения центральных лучей проектора и, предпочтительно, первой камеры. В результате обеспечены упрощение и полная автоматизация контроля линейных размеров трехмерных объектов, сокращение длительности процесса проведения измерений и практически полное исключение погрешностей, в случае возникновения механических колебаний положения аппаратуры - проектора и камер относительно объекта измерений, т.к. проектор и камеры выполняются в виде переносного ручного устройства в едином корпусе.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использовано для визуализации профилей трехмерных объектов путем наблюдения спроецированного заранее известного изображения под разными триангуляционными углами.

Известно устройство контроля линейных размеров трехмерных объектов по трем координатам, который заключается в формировании на поверхности контролируемого объекта зондирующей структурированной подсветки путем освещения поверхности контролируемого объекта пучком оптического излучения, пространственно модулированного по интенсивности, регистрации изображения искаженной рельефом поверхности контролируемого объекта структуры зондирующей подсветки и определении с помощью цифрового электронного вычислителя высоты рельефа поверхности контролируемого объекта по величине искажений изображения структуры зондирующей подсветки, а двух других координат - по положению искажений структуры подсветки в зарегистрированном изображении (WO 99/58930).

Недостатками известного устройства является высокая погрешность, обусловленная тем, что при направлении на поверхность контролируемого объекта, модулированного по одной координате транспарантом с неизменной периодической структурой оптического изучения, нельзя предусмотреть либо заранее учесть искажения картины, вызванные различными отражательными свойствами поверхности и глубокими впадинами, которые невозможно идентифицировать без априорной информации о макроструктуре поверхности контролируемого объекта.

Известно устройство для контроля линейных размеров трехмерных объектов по трем декартовым координатам. Способ заключается в том, что на объект проецируется система разноцветных полос, создаваемая путем пространственной модуляции вдоль одной координаты интенсивности зондирующего оптического излучения. Система разноцветных полос носит периодический характер и создает структурированную засветку. В результате в одном кадре регистрируется целиком вся попадающая в поле зрения фотоприемного устройства часть поверхности контролируемого объекта и "наложенное" на поверхность искаженное изображение структурированной засветки. О контролируемых размерах судят по степени искажений изображения множества полос и местоположению полос в декартовой системе координат (WO 00/70303).

Недостатком известного устройства является низкая точность, связанная с невозможностью однозначно интерпретировать разрывы в изображении полос, искаженных рельефом поверхности контролируемого объекта, либо сквозными отверстиями, либо низким значением спектрального коэффициента отражения, зависящего от цвета какого-либо участка поверхности контролируемого объекта. Если же контролируемый объект представляет собою совокупность локальных компонент, например множество лопаток турбины, восстановление топологии такого объекта и последующий контроль линейных размеров указанным способом невозможен.

Известно устройство оптического измерения формы поверхности, включающий размещение поверхности в поле освещения проекционной оптической системы и одновременно в поле зрения устройства для регистрации изображений упомянутой поверхности, проецирование с помощью упомянутой проекционной оптической системы на измеряемую поверхность набора изображений с заданной структурой светового потока, регистрацию набора соответствующих изображений поверхности при ее наблюдении под углом, отличным от угла проецирования набора изображений, и определение формы измеряемой поверхности по зарегистрированным изображениям. При этом на упомянутую поверхность проецируют поочередно как минимум три периодические распределения интенсивности освещенности, представляющие собой набор полос, интенсивность которых в поперечном направлении меняется по синусоидальному закону, причем упомянутые периодические распределения интенсивности освещенности отличаются сдвигом этого набора полос в направлении, перпендикулярном полосам, на контролируемую величину в пределах полосы, обрабатывают зарегистрированные изображения для получения предварительного фазового распределения, содержащего фазы, соответствующие точкам поверхности. Кроме того, на упомянутую поверхность однократно проецируют дополнительное распределение интенсивности освещенности, позволяющее для каждой точки упомянутой поверхности определить номер полосы из упомянутого набора полос, регистрируют дополнительное изображение упомянутой поверхности, получают для каждой видимой точки упомянутой поверхности результирующее фазовое распределение, исходя из упомянутого изображения объекта, освещенного предварительным фазовым распределением, и упомянутого изображения объекта, освещенного дополнительным распределением освещенности. А из упомянутого результирующего фазового распределения получают абсолютные координаты точек упомянутой поверхности с использованием данных предварительной калибровки. При проведении измерений по вышеуказанным способам предполагается, что регистрация изображения каждой точки поверхности происходит в условиях, когда ее освещение происходит только прямым лучом проектора, и освещенность изображения данной точки объекта на регистраторе изображений считается пропорциональной яркости луча, падающего на эту точку непосредственно от проектора (RU №2148793).

Недостатками данного устройства являются сложность реализации и длительность процесса, требующая значительного времени для проведения измерений и допускающая возникновение погрешностей, в случае механических колебаний положения аппаратуры - проектора и камеры.

Известно устройство для бесконтактного контроля и распознавания поверхностей трехмерных объектов методом структурированной подсветки, содержащее источник оптического излучения и последовательно установленные по ходу излучения транспарант, выполненный с возможностью формирования апериодической линейчатой структуры полос, афокальную оптическую систему для проецирования изображения транспаранта на контролируемую поверхность, приемный объектив, формирующий изображение картины линейчатой структуры, возникающей на поверхности контролируемого объекта, искаженной рельефом поверхности контролируемого объекта, фоторегистратор, преобразующий сформированное приемным объективом изображение в цифровое, вычислительный цифровой электронный блок, пересчитывающий фиксируемые фоторегистратором цифровые изображения в величины координат контролируемой поверхности, причем оно снабжено дополнительными N-1 источниками излучения, каждый из которых отличен по спектральному диапазону излучения от остальных, N-1 транспарантами, каждый из которых отличается от остальных хотя бы на одну полосу, N-1 объективами, установленными за транспарантами, N-1 зеркалами, установленными под углом 45 угл. град. к оптической оси каждого из N-1 объектива перед второй компонентой афокальной оптической системы, вторыми N-1 зеркалами, установленными за приемным объективом под углом 45 угл. град. к оптической оси приемного объектива, N-1 вторичными приемными объективами, каждый из которых установлен за каждым из вторых N-1 зеркал и формирует совместно с приемным объективом изображение картин линейчатой структуры, возникающей на поверхности контролируемого объекта, искаженной рельефом поверхности контролируемого объекта, N-1 фоторегистраторами, каждый из которых имеет область спектральной чувствительности, совпадающую со спектральным диапазоном излучения одного из N-1 источников излучения, N-1 вычислительными цифровыми электронными блоками, электронный блок сложения изображений выполнен с числом входов, равным числу вычислительных цифровых электронных блоков, каждый из входов электронного блока сложения изображений соединен с выходом каждого вычислительного цифрового электронного блока, а число N определяется по формуле N=Log₂(L), где L - число пар элементов пространственного разрешения фоторегистратора (RU №2199718).

Недостатками данного устройства также являются сложность реализации и длительность процесса, требующая значительного времени для проведения измерений и допускающая возникновение погрешностей, в случае механических колебаний положения аппаратуры - проектора и камеры.

Известен способ и устройство, его реализующее, для контроля линейных размеров трехмерных объектов по трем декартовым координатам. В котором две камеры расположены справа и слева от проектора, таким образом, они образуют стерео пару наподобие человеческого зрения. Проектор проецирует на обьект полосатое изображение. С правой и с левой камеры получают изображение, а затем сравнивают эти два изображения корреляционными методами, т.е. для каждой полосы с правого изображения ищут похожую пару на левом изображении методом перебора всех полос с левого изображения (US 6377700, прототип).

Недостатком данного метода является большое время требуемое на перебор всех возможных пар полос и большое время работы корреляционных алгоритмов на ЭВМ

Технической задачей полезной модели является создание эффективного и удобного устройства контроля линейных размеров трехмерных объектов, а также расширение арсенала устройств контроля линейных размеров трехмерных объектов.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в упрощении и полной автоматизации контроля линейных размеров трехмерных объектов, сокращении длительности процесса проведения измерений и практически полное исключение погрешностей, в случае возникновения механических колебаний положения аппаратуры - проектора и камер, которые выполняются в виде переносного ручного устройства в едином корпусе.

Сущность полезной модели состоит в том, что устройство для выполнения 3Д измерений объекта при помощи структурированной подсветки содержит проектор для проецирования на исследуемый объект изображения, имеющего, по меньшей мере, две непересекающиеся линии вдоль одной из продольных осей и, по меньшей мере, две камеры для регистрации положении изображения, размещенные на разных расстояниях от проектора с образованием разных триангуляционных углов между центральным лучом проектора и центральными лучами камер, с возможностью подключения процессора ЭВМ для измерения и определения координат и монитора для формирования 3Д изображения объекта, при этом расстояние между проектором и ближайшей к нему камерой выбирается как произведение расстояния от проектора до точки пересечения центральных лучей проектора и камеры на тангенс триангуляционного угла последней.

Предпочтительно, проектор и камеры размещены в одном корпусе и снабжены средствами подключения к переносному или стационарному процессору ЭВМ.

При этом определяют на изображении первой камеры продольные координаты центров линий по их ширине, как самые яркие пиксели, а для дальнейшего уточнения вертикальной координаты оно содержит третью, четвертую и последующие камеры.

В частных случаях реализации устройство снабжено полупрозрачным зеркалом или призмой, а, по меньшей мере, две камеры располагают с разных сторон от проектора, причем указанное зеркало располагают в положении пересечения центральных лучей проектора и, предпочтительно, первой камеры.

При этом процессор ЭВМ выполнен с программным обеспечением процедуры измерений, при которой производят идентификацию каждой линии, проецированной проектором и образованной отраженным светом, принятым каждой камерой, путем сравнения координат линий, принятых камерами, при этом триангуляционный угол между центральным лучом проектора и центральными лучом первой камеры, расположенной на минимальном расстоянии от проектора, выбирают равным арктангенсу отношения расстояния между проецируемыми полосами к глубине резкости объектива этой камеры, определяют на изображении первой камеры продольные координаты центров линий и вертикальные координаты, как частное от деления продольной координаты на тангенс триангуляционного угла между центральным лучом проектора и центральными лучом первой камеры, а для уточнения вертикальной координаты используют ее значение, полученное с помощью второй камеры, расположенной под большим, чем первая, триангуляционным углом, для чего идентифицируют на изображении второй камеры местонахождение тех же линий как наиболее приближенных к продольным координатам, вычисленным в виде произведения упомянутой вертикальной координаты, определенной с помощью первой камеры, на тангенс триангуляционного угла второй камеры, а затем определяют для этих линий уточненные значение продольной и вертикальной координат.

На чертеже фиг.1 изображена схема расположения проектора и камеры при проецировании одного луча, на фиг.2 - схема проецирования на трехмерный объект одной линии, на фиг.3 - схема проецирования на трехмерный объект двух линий, на фиг.4 - изображена схема расположения проектора и камеры при проецировании двух лучей, на фиг.5 - возможные изображения полос спроецированные проектором и принимаемые камерами (5а - изображение полос на проекторе, 5с - профиль изображения полос на проекторе, 5b - изображение полос на камере, 5d - профиль изображения полос на камере), на фиг.6 - линии, соответствующие полосам, выходящие из проектора в виде параллельных прямых, на фиг.7 - дополнительные линии, соответствующие полосам, выходящие из проектора, на фиг.8 - линии, соответствующие полосам, спроецированным на две камеры, на фиг.9 изображена схема проекционной системы (проектора), на фиг.10 - вариант устройства с расположением камер с двух сторон от проектора и соответствующее перекрытие полей камер, на фиг.11 - вариант расположения трех камер с одной стороны от проектора и соответствующее перекрытие полей камер.

На фиг.1 изображено устройство, состоящее из проектора 1, который проецирует заранее известное изображение на объект и камеры 2, которая регистрирует и передает на ЭВМ (не изображена) отраженный от объекта свет проектора 1, под некоторым триангуляционным углом α (угол между центральным лучом проектора 3 и центральным лучом 4 камеры 1.

Расстояние L между камерой и проектором называется база. База может выбираться следующим образом.

L=s*tgα, где s - расстояние от проектора до точки пересечения центральных лучей проектора и камеры (м).

В самом простом случае проектор 1 проецирует одну горизонтальную полосу 3, которая совпадает с центральным лучом проектора на фиг.1. Фиг.2 - это вид со стороны камеры 2. На фиг.2 можно наблюдать как из-за кривизны объекта изображенного в виде плоскостей 5 и 6 искривляется полоса 3, и на изображении камеры 2 мы видим след 7 отраженной полосы 3. На фиг.1 представлен вид сбоку той же сцены что и на фиг.2 и полоса 3 пересекает плоскость 5 и плоскость 6 на разном расстоянии Z1 и Z2 от камеры и точки пересечения 8 и 9 имеют разные координаты Y1 и Y2. Отсюда в общем случае следует соотношение Z=y/tgα для получения координаты Z через координату Y. Затем этой полосой сканируют обычно вдоль оси Y на фиг.2, для того чтобы получить как можно более подробные 3Д измерения объекта, который находится в поле зрения камеры.

Если за один кадр камера 2 видит только одну проецируемую проектором 1 полосу, то для того чтобы получить подробные измерения с одной камерой, нужно было бы сдвигать эту полосу на как можно более малое расстояние и получать с камеры 2 как можно больше изображений. На это неизбежно требуется много времени. Обычная доступная по цене камера 2 имеет скорость 25 кадров в секунду и разрешение 1 мега пиксель т.е. 1000 пикселей по координате Y и 1000 по координате X. По координате X на полосе мы имеем 1000 пикселей т.е. 1000 измерений. Для того чтобы получить одинаковое кол-во измерений по обеим осям нужно 1000 раз спроецировать полосу со сдвигом в один пиксель по координате Y для этого нужно собрать 1000 кадров с камеры 2, что занимает 40 секунд. Если желательно сократить количество изображений и получать больше измерений на одном изображении с камеры 2, то, согласно способу, следует проецировать не одну, а две полосы, как на фиг.3, или больше, но возникают неоднозначности в определении (идентификации) полос. На фиг 3. для одной камеры 2 полоса 7 слилась с полосой 11 в точке 12. Эта неоднозначность приводит к ошибке в определении координаты Z. На две координаты Z1 и Z2 на изображении камеры может приходиться одна координата Y на фиг.4. из проектора 1 выходит два луча, которые изображают полосы. Точки 13 и 14 на фиг.4 являются точками неоднозначностей.

Необходимо решение неоднозначности при проецировании нескольких полос. Для этого вводится термины и алгоритмы: Т - период между полосами, Tz - измеряемый объем, который обычно определяется глубиной резкости объективов, используемых в проекторе и камере 2. Глубина резкости Tz - это расстояние вдоль оси Z, в пределах которого мы можем наблюдать достаточно контрастное изображение спроецированных нами полос, т.е. мы можем видеть где начинается и заканчивается полоса. Глубина резкости Tz может быть справочной величиной объектива камеры.

Глубина Tz резкости объектива камеры для каждого конкретного случая может определяться, например, как: Tz=2DC/(f/s)²

где: D - диафрагма объектива камеры (м²), С - размер пикселя на камере (мкм), f - фокусное расстояние объектива камеры (м), s - расстояние от проектора до точки пересечения центральных лучей проектора и камеры (м).

На изображении камеры 2 спроецированная полоса обычно имеет ширину, т.е. занимает обычно несколько пикселей ПЗС матрицы камеры 2, из-за того, что полосы могут дефокусироваться объективом, или объект при отражении может рассеивать свет, полосы не имеют четкой координаты Y.

Для определения координаты Y используется алгоритм субпиксельного уточнения. Алгоритм субпиксельного уточнения состоит в следующем:

Проектор 1 проецирует изображение параллельных полос фиг 5 с минимальной и максимальной яркостью 15. На камере 2 мы наблюдаем полосы 17 с разной яркостью пикселей которые немного размазываются из-за расфокусировки объективов, шума пикселей камеры 2 и других искажений. За центр линии по ширине можно принять самый яркий пиксель, или аппроксимировать (программно) значения пикселей, например, параболой или синусоидой 18, и с точностью до долей пикселя определить координату Y центра линии на изображении камеры 2.

Возможные пути решения неоднозначностей при проецировании одновременно нескольких линий:

Из фиг.3 и фиг.4 можно сделать вывод, что область по координате Z между точками 13 и 14 является областью, где на изображении камеры 2 сохраняется однозначность в определении спроецированной полосы. Соответственно надо стремиться чтобы область измерений Tz была меньше либо равна этому расстоянию.

На фиг.6 и фиг.7 изображены линии, соответствующие полосам, выходящие из проектора 1 в виде параллельных прямых, которые параллельны центральному лучу 3 проектора 1.

Из этих чертежей можно понять, что между углом α периодом Т и областью измерений Tz есть зависимость tgα=T/Tz, и между ΔY и углом α тоже есть зависимость tgα=ΔY/Z.

Видно, что чем больше угол α, тем на изображение камеры 2 мы наблюдаем большее смещение полосы ΔY, которая проецируется на изображении камеры в виде линии 19, позволяет нам точнее определять координату Z, т.е. чувствительность нашей системы к измерениям по Z выше. При этом, чем больше угол, тем меньше область определенности Tz. Это видно если сравнивать величину Tz на фиг.6 с величиной Tz на фиг.7.

При минимальном значении триангуляционного угла камера четко воспринимает проецируемую линию и продольную координату У, но точность восприятия вертикальной координаты Z минимальна. При наибольшем значении триангуляционного угла полосы на изображении начинают сливаться и определение продольной координаты У затруднено, но точность восприятия вертикальной координаты Z максимальна. Этим обусловлено использование, по меньшей мере, двух камер, установленных под разными триангуляционными углами.

Устройство на фиг.9 состоит из проекционной системы (проектора) 1, которая состоит из источника света - лампы 29 линзы конденсора 30, слайда 31, на котором нанесен рисунок в виде горизонтальных параллельных полос и объектива 32. Также устройство состоит из трех камер 22, 23, 33. Чтобы обеспечить максимально близкого расположения камер к проектору 1, первую камеру 22 приходится располагать слишком близко к проектору так что габаритные размеры камеры могут быть больше чем база (базовое расстояние) L, которое соответствует выбранному углу α.

Для решения этой проблемы предлагается использовать полупрозрачное зеркало 34 либо призму на пути хода лучей камеры 22 и проекционной системы, это позволяет разнести в пространстве камеру и проектор.

Второй способ решить проблему максимально близкого расположения камер к проектору.

Расположить камеры 22 и 23 с права и слева от проектора 1. На Фиг.10 указаны базовые расстояния L1 и L2, расположенные с одной стороны от проектора, которые соответствуют триангуляционными углам. В случае такого решения мы получим не полное перекрытие полей зрения камер 35, что уменьшит площадь измерений объекта, но такое решение технологически более простое при изготовлении по сравнению с установкой и юстировкой полупрозрачного зеркала либо призмы.

Третий способ изображен на Фиг.11. Камеры расположены с одной стороны от проектора 1. Это позволяет получить большее перекрытие полей зрения камер 35.

В целом устройство выполнения 3Д измерений объекта при помощи структурированной подсветки, реализуется следующим образом. С помощью проектора 1 проецируют на исследуемый объект заранее известное изображение, имеющее, по меньшей мере, две непересекающиеся линии вдоль одной из продольных осей. Регистрируют отраженный от объекта свет проектора 1 с помощью, по меньшей мере, двух камер, размещенных на разных расстояниях от проектора с образованием разных триангуляционных углов между центральным лучом проектора и центральными лучами камер. Определяют на изображении первой камеры 2 продольные координаты центров линий как самые яркие пиксели

Затем производят идентификацию каждой линии, проецированной проектором 1 и образованной отраженным светом, принятым каждой камерой, путем сравнения координат линий, принятых камерами. Для этого триангуляционный угол между центральным лучом проектора 1 и центральными лучом первой камеры 22, располагаемой на минимальном расстоянии от проектора 1 и минимальным углом α1, выбирают и устанавливают равным арктангенсу отношения расстояния между проецируемыми полосами к глубине Tz резкости объектива этой камеры.

Данные условия взаимного положения проектора 1 и камеры 22 обеспечивают максимальную однозначность в определении каждой спроецированной полосы. При этом выбирают период Т на фиг.8 между проецируемыми полосами 20 и 21 и угол α1 между первой камерой 22 и проектором 1 по соотношению α1=arctg(T/Tz). Это позволяет на изображении первой камеры различать все спроецированные полосы, не путая их. Проекции полос на изображение камеры 22 изображены как 24 и 25.

Определяют на изображении первой камеры продольные координаты центров линий и вертикальные координаты, как частное от деления продольной координаты Y1 на тангенс триангуляционного угла между центральным лучом проектора и центральными лучом первой камеры.

При этом с помощью алгоритма поиска центров линий - алгоритма субпиксельного уточнения и по соотношению Z=Y1/tgα1 (Y1 - координаты на изображении первой камеры) рассчитываются Z координаты всех спроецированных полос, с определенной погрешностью σ, которая в основном зависит от триангуляционного угла α1, от количества пикселей на ПЗС матрице камеры и зависит от шума пикселя выбранной камеры.

Погрешность σ (начиная со второй камеры) по ширине изображения линии не должна превышать Т/Cosα₂.

Для уточнения вертикальной координаты Z используют ее значение, полученное с помощью второй камеры, расположенной под большим, чем первая, триангуляционным углом α₂, для чего идентифицируют на изображении второй камеры местонахождение тех же линий как наиболее приближенных к продольным координатам, вычисленным в виде произведения упомянутой вертикальной координаты Z, определенной с помощью первой камеры, на тангенс триангуляционного угла второй камеры, Таким образом, для уточнения Z координаты спроецированных полос используется вторая камера 23 под большим триангуляционным углом α₂ к проектору α₂>α₁. Полосы 20 и 21 спроецированные проектором 1 на изображении второй камеры 23 выглядят как 26 и 27. Для наглядности полосы 26 и 27 изображены с небольшим сдвигом, на самом деле они сливаются на изображении второй камеры и их трудно идентифицировать. Но если взять координату Z, полученную ранее по формуле Z=Y1/tgα₁ для полосы 20, и спроецировать по формуле Y₂=Z*tgα₂, на изображение камеры 23, то видна шумная кривая 28, которая поможет идентифицировать положение полосы 20 на изображении камеры 23. Далее то же следует проделать для каждой полосы, для того чтобы ее отличить от других. Центр каждой линии нужно найти заново с уточнением по изображению с камеры 23, а также вычислить новую более точную координату Z. Угол α₂ выбирается таким образом, чтобы σ не превышала T/Cosα₂.

Затем, аналогично описанному процессу определения координат с помощью первой камеры, с помощью второй камеры определяют для этих линий уточненные значение продольной и вертикальной координат.

Для дальнейшего уточнения вертикальной координаты используют ее значение, полученное с помощью третьей, четвертой и т.д. камер. При этом для последующего уточнения Z координат спроецированных полос можно использовать дополнительные камеры с большими углами триангуляции для достижения требуемой точности вычисления Z координаты полосы. Каждая следующая камера с большим углом триангуляции должна удовлетворять условиям, изложенным выше, по отношению к камере с меньшим углом триангуляции. В некоторых случаях, по меньшей мере, две камеры располагают с разных сторон от проектора, но изображения и углы триангуляции всех камер должны лежать с одной стороны от центрального луча проектора, что может обеспечиваться с помощью полупрозрачного зеркала, пересекающего центральные лучи проектора и, предпочтительно, первой камеры на фиг.9.

Измерения и определение координат производят с помощью процессора ЭВМ, а построение 3Д изображения формируют на мониторе последнего.

Таким образом, устройство реализует способ выполнения 3Д измерений объекта при помощи структурированной подсветки при котором с помощью проектора проецируют на объект заранее изображение, имеющее, по меньшей мере, две непересекающиеся линии вдоль одной из продольных осей, регистрируют отраженный от объекта свет проектора с помощью, по меньшей мере, двух камер, размещенных с образованием разных триангуляционных углов между центральными лучами проектора и камер, а затем производят идентификацию каждой линии, образованной отраженным светом, принятым каждой камерой, путем сравнения координат линий, принятых камерами, при этом триангуляционный угол между центральными лучами проектора и первой камеры, расположенной на минимальном расстоянии от проектора, выбирают равным арктангенсу отношения расстояния между проецируемыми полосами к глубине резкости объектива этой камеры, определяют на изображении первой камеры продольные координаты центров линий и вертикальные координаты, как частное от деления продольной координаты на тангенс триангуляционного угла между центральным лучом проектора и центральными лучом первой камеры, а для уточнения вертикальной координаты используют ее значение, полученное с помощью второй камеры, расположенной под большим, чем первая, триангуляционным углом, для чего идентифицируют на изображении второй камеры местонахождение тех же линий как наиболее приближенных к продольным координатам, вычисленным в виде произведения упомянутой вертикальной координаты, определенной с помощью первой камеры, на тангенс триангуляционного угла второй камеры, а затем определяют для этих линий уточненные значение продольной и вертикальной координат.

В результате обеспечены упрощение и полная автоматизация контроля линейных размеров трехмерных объектов, сокращение длительности процесса проведения измерений и практически полное исключение погрешностей, в случае возникновения механических колебаний положения аппаратуры - проектора и камер относительно объекта измерений, т.к. проектор и камеры выполняются в виде переносного ручного устройства в едином корпусе.

Claims (6)

1. Устройство для выполнения 3Д измерений объекта при помощи структурированной подсветки, содержащее проектор для проецирования на исследуемый объект изображения, имеющего, по меньшей мере, две непересекающиеся линии вдоль одной из продольных осей и, по меньшей мере, две камеры для регистрации положении изображения, размещенные на разных расстояниях от проектора с образованием разных триангуляционных углов между центральным лучом проектора и центральными лучами камер, с возможностью подключения процессора ЭВМ для измерения и определения координат и монитора для формирования 3Д изображения объекта, при этом расстояние между проектором и ближайшей к нему камерой выбирается как произведение расстояния от проектора до точки пересечения центральных лучей проектора и камеры на тангенс триангуляционного угла последней.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проектор и камеры размещены в одном корпусе и снабжены средствами подключения к переносному или стационарному процессору ЭВМ.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что определяют на изображении первой камеры продольные координаты центров линий по их ширине как самые яркие пиксели.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что для дальнейшего уточнения вертикальной координаты оно содержит третью, четвертую и последующие камеры.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено полупрозрачным зеркалом или призмой, а, по меньшей мере, две камеры располагают с разных сторон от проектора, причем указанное зеркало располагают в положении пересечения центральных лучей проектора и, предпочтительно, первой камеры.

6. Устройство по любому из пп.1-3, 5, отличающееся тем, что процессор ЭВМ выполнен с программным обеспечением процедуры измерений, при которой производят идентификацию каждой линии, проецированной проектором и образованной отраженным светом, принятым каждой камерой, путем сравнения координат линий, принятых камерами, при этом триангуляционный угол между центральным лучом проектора и центральными лучом первой камеры, расположенной на минимальном расстоянии от проектора, выбирают равным арктангенсу отношения расстояния между проецируемыми полосами к глубине резкости объектива этой камеры, определяют на изображении первой камеры продольные координаты центров линий и вертикальные координаты, как частное от деления продольной координаты на тангенс триангуляционного угла между центральным лучом проектора и центральными лучом первой камеры, а для уточнения вертикальной координаты используют ее значение, полученное с помощью второй камеры, расположенной под большим, чем первая, триангуляционным углом, для чего идентифицируют на изображении второй камеры местонахождение тех же линий как наиболее приближенных к продольным координатам, вычисленным в виде произведения упомянутой вертикальной координаты, определенной с помощью первой камеры, на тангенс триангуляционного угла второй камеры, а затем определяют для этих линий уточненные значение продольной и вертикальной координат.

Images