RU14283U1 - DEVICE FOR DETERMINING THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF THE SURFACE OF THE OBJECT - Google Patents

DEVICE FOR DETERMINING THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF THE SURFACE OF THE OBJECT Download PDF

Info

Publication number
RU14283U1
RU14283U1 RU99127369/20U RU99127369U RU14283U1 RU 14283 U1 RU14283 U1 RU 14283U1 RU 99127369/20 U RU99127369/20 U RU 99127369/20U RU 99127369 U RU99127369 U RU 99127369U RU 14283 U1 RU14283 U1 RU 14283U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
distribution
light
absorption coefficient
determining
plates
Prior art date
Application number
RU99127369/20U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.В. Сивохин
В.В. Кетат
В.М. Утенков
Г.С. Бабичев
Original Assignee
Сивохин Алексей Васильевич
Кетат Владислав Владимирович
Утенков Владимир Михайлович
Бабичев Георгий Софронович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сивохин Алексей Васильевич, Кетат Владислав Владимирович, Утенков Владимир Михайлович, Бабичев Георгий Софронович filed Critical Сивохин Алексей Васильевич
Priority to RU99127369/20U priority Critical patent/RU14283U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU14283U1 publication Critical patent/RU14283U1/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

1. Устройство для определения геометрических характеристик поверхности объекта, содержащее проектор для формирования распределения освещенности на поверхности объекта, состоящий из источника света, проекционной оптической системы и держателя, предназначенного для закрепления и прецизионного перемещения пропускающих свет пластин, которые имеют заданное распределение коэффициента поглощения света, средство для регистрации изображения поверхности объекта, состоящее из объектива и матрицы светочувствительных элементов, и средство для обработки информации с упомянутой матрицы светочувствительных элементов, отличающееся тем, что имеются две упомянутые пропускающие свет пластины, причем распределение коэффициента поглощения света одной из упомянутых пластин представляет собой набор полос, интенсивность которых меняется по синусоидальному закону, а распределение коэффициента поглощения света второй из упомянутых пластин задано таким образом, что позволяет для каждой точки поверхности объекта определить номер проецируемой в эту точку полосы из упомянутого набора полос.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средство для определения площади поверхности объекта.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упомянутое средство для определения площади поверхности объекта состоит из ЭВМ со специальным программным модулем.4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что вторая пропускающая свет пластина имеет распределение коэффициента поглощения в форме ступенчатой функции k N, где k - некоторый известный коэффициент, N - номер полосы.5. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что втор1. A device for determining the geometric characteristics of the surface of an object, comprising a projector for generating a distribution of illumination on the surface of an object, consisting of a light source, a projection optical system and a holder for fixing and precision moving light transmitting plates that have a given distribution of light absorption coefficient, means for registering an image of the surface of an object, consisting of a lens and a matrix of photosensitive elements, and means d I process information from said matrix of photosensitive elements, characterized in that there are two said light transmitting plates, the distribution of the light absorption coefficient of one of the said plates being a set of bands whose intensity varies according to a sinusoidal law, and the distribution of the light absorption coefficient of the second of the said plates is set in such a way that allows for each point on the surface of the object to determine the number of the strip projected to this point from the said set polos.2. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises means for determining the surface area of the object. The device according to claim 2, characterized in that the said means for determining the surface area of the object consists of a computer with a special software module. The device according to claims 1 to 3, characterized in that the second light-transmitting plate has an absorption coefficient distribution in the form of a step function k N, where k is some known coefficient, N is the strip number. The device according to claims 1 to 3, characterized in that

Description

Устройство для определения геометрических характеристик поверхности объектаDevice for determining the geometric characteristics of the surface of an object

Устройство Д31Я определения геометрических характеристик повфхности объекта предназначено для бесконтактных оптических измфений сплошности формы повфхности (отвфстия, пазы и т.п.), контроля геометрических характеристик устойчивых и медленно изменяющихся поверхностей объектов, в том числе площадей повфхностей, диагностики состояния объектов, а также подачэтовки исходных данных для программ управления станками с целью воссоздания объектов. Оно может быть применено также в архитект5ре и скульптуре (для оцифровки поверхности и оценки расхода покрываюощх повфхность матфиалов), робототехнике (системы технического зрения), ортопедии, при конструировании и моделировании одежды.The device Д31Я for determining the geometric characteristics of the surface of an object is designed for non-contact optical measurements of the continuity of the shape of a surface (holes, grooves, etc.), for controlling the geometric characteristics of stable and slowly changing surfaces of objects, including surface areas, diagnosing the state of objects, and also supplying the initial data for machine control programs to recreate objects. It can also be used in architecture and sculpture (for digitizing the surface and estimating the flow rate of materials), robotics (vision systems), orthopedics, in the design and modeling of clothes.

В предлагаемом устройстве определение геометрических характфистик повфхности осуществляется следующем офазом:In the proposed device, the determination of geometric characteristics of the surface is carried out by the following ofaz:

-опреде.11яются координаты ( х, у, z) точек повфхности, где х, у - косфдинаты точки объекта вдоль некоторой опорной плоскости, а z - расстояние между этой точкой повфхности и опорной плоскостью,- the coordinates (x, y, z) of the surface points are determined, where x, y are the cosfdinates of the object point along a certain reference plane, and z is the distance between this surface point and the reference plane,

-из набора ко(фдинат ( х, у, z) точек поверхности исследуемого объекта путем вычислений находятся значения различных геометрических )истик повфхности объекта.- from a set of co (fdinate (x, y, z) points of the surface of the object under study by means of calculations, the values of various geometrical) source characteristics of the object are found.

Известен неконтактный трехм ный оцифровоцпс повфхности объекта (WO 96/12160, G 01 В 11/24), состоящий из хотя бы одного проектсфа, содержащего источник света и средства для модуляции и фокусировки света в систему полос на повфхности объекта, федства для получения изофажения освещенного проектором объекта, состоящего из набсра детектсфов, средства для определения фазы освещения в точках повфхности, федства для определенияA non-contact three-digit digitization of the surface of an object is known (WO 96/12160, G 01 B 11/24), which consists of at least one project containing a light source and means for modulating and focusing the light into a system of bands on the surface of the object, a filament to obtain an image of the illuminated a projector of an object consisting of nabsra detectors, means for determining the phase of illumination at points of property, federal property for determining

МПК6 G01 в 11/24, G01 в 11/28IPC6 G01 at 11/24, G01 at 11/28

пфиода системы полос на получаемых изо ажениях повфхности и средства для определения трехмфных координат точки поверхности объекта из фазы и пфиода. Определение фазы осуществляется таким офазом: устанавливается целая часть пфиода N, в точках между начальной полосой и ближайшей к ней полосой освещенность интфполируется синусоидальной функцией, затем этот {фоцесс пoвтqpяeтcя N-1 раз между следующими полосами.pfiod of the system of strips on the obtained surface and surface means and means for determining the three-coordinate coordinates of an object surface point from phase and pfiod. The phase determination is carried out in the following way: the whole part of the Pfiode N is established, at the points between the initial band and the band nearest to it, the illumination is interpolated by a sinusoidal function, then this {process occurs N-1 times between the following bands.

Недостатками этого устройства являются обязательное наличие начальной полосы в поле зрения, а также невозможность применения этого способа для повфхностей с рафывами, отверстиями и щ)., вследствие того, что применяемая процедура огфеделения номфа полосы требует непрфывности наблюдаемых полос.The disadvantages of this device are the obligatory presence of the initial band in the field of view, as well as the impossibility of using this method for surfaces with rafts, holes, and u)., Due to the fact that the applied procedure of stripping the nomf of the band requires the continuity of the observed bands.

Известно устройство для определения абсолютных кофдинат объекта (ЕР О 534 284 В1, G 01 В 11/24), состоящее из источника света, проекционной решетки, оптической системы для проекции этой решетки на поверхность объекта, оптической системы для фqpмиpoвaния изофажения повфхности объекта, детектсфной системы для определения освещенности в точках поверхности объекта. Проекционная решетка установлена с возможностью вращения или сдвига, так что могут быть получены изо ажения поверхности при нескольких положениях этой решетки. Из полученных изображений вычисляют абсолютные координаты объекта.A device for determining the absolute co-ordinates of an object (EP O 534 284 V1, G 01 V 11/24), consisting of a light source, a projection lattice, an optical system for projecting this lattice onto the surface of an object, an optical system for image forming the surface of an object, a detection system to determine the illumination at points on the surface of the object. The projection grill is rotatably or shear-mounted so that surface images can be obtained at several positions of the grill. From the obtained images, the absolute coordinates of the object are calculated.

Недостатки этого устройства заключаются в следующем:The disadvantages of this device are as follows:

-при вращении проекционной решетки существует зависимость чувствительности измерений от расположения точки измфяемой поверхности, а именно - от расстояния между этой точкой и осью вращения решетки;-when the projection grating rotates, there is a dependence of the measurement sensitivity on the location of the point of the surface to be measured, namely, on the distance between this point and the axis of rotation of the grating;

-при сдвиге проекционной решетки необходимо вести отсчет поряди полосы от начальной полосы, при этом как начальная полоса, так и промежуточные должны находится в поле зрения, что не позволяет применять это устройство для повфхностей с ра:фывами.- when shifting the projection grating, it is necessary to count the order of the strip from the initial strip, while both the initial and intermediate stripes should be in the field of view, which does not allow the use of this device for surfaces with rafts.

Наиболее близким к полезной модели является устройство для измфения контуров трехмерного объекта с использованием одного линий (патент США № 5612786, кл.Closest to the utility model is a device for measuring the contours of a three-dimensional object using one line (US patent No. 5612786, cl.

356/376), предназначенное для изм&ревия трехмфных косфдинат точек на контурах повфхности объекта. Устройство состоит из освещающего поверхность объекта проектс а, сод жащего закрепленный с возможностью сдаига слайд с яабором линий, интенсивность котсфых меняется по синусоидальному закону, телекамфы, с помощью котфой получают изофажения этой поверхности, и вычислительного федства. Вычислительное федства предназначено для получения из изображений повфхности предварительного фазового распределения, содфжащего фазы каждой из множества ячеек, находящихся в соответствии с точками объекта, восстановления фаз и преобразования набфа восстановленных фаз в набор трехмфных координат поверхности объекта. Цроцедура восстановления фаз, предназначенная для отфеделения номфа полосы, выполняется путем минимизации приращений координат повфхности в соседних точках. Цри вычислениях используются кали овочные параметры, значения которых устанавливаются во время 1федварителъной калифовочной процед ы.356/376), intended for measuring three-dimensional cosfdinate points on the surface contours of an object. The device consists of a project illuminating the surface of the object, which contains a slide with a possibility to line up a line, the intensity of the lines changes according to a sinusoidal law, telecamps, using which the surface is made from the surface, and computational file. Computational federation is intended for obtaining from a surface image of a preliminary phase distribution containing the phases of each of the many cells that are in accordance with the points of the object, phase recovery, and converting the nabf of the restored phases into a set of three-coordinate coordinates of the surface of the object. The phase recovery procedure, designed to separate the nymph band, is performed by minimizing the increments in the coordinates of the surface at neighboring points. In the calculations, calibration parameters are used, the values of which are set during the 1st calibration procedure.

Для определения кос данат точек повфхности необходимо получить как минимум три изображения объекта, отличающихся определенным фазовым сдвигом, котфый создается пфемещением находящегося в щюектфе дфжателя, в котфом за1феплен упомянутый слайд с набором линий. Для ощ}еделения абсо.лютной фазы, а следовательно, абсолютных косрдинат, одна .линия из этого набора линий маркируется.To determine the braids of the data of the surface points, it is necessary to obtain at least three images of the object, which differ in a certain phase shift, which is created by the location of the camera located in the camera, and the mentioned slide with a set of lines is fixed in the camera. For the perception of the absolute phase, and therefore absolute cosdinates, one line from this set of lines is marked.

Недостаток этого усгройсгаа заключается в том, что предположение, что только по одной метке в поле :фения можно однозначно пронумфовать все видимые линии на всех точках повфхности, и используемая процедура восстановления фаз накладывают ограничения на множество повфхностей, форму котсфых можно измфить. Способ не может бытъ использован для измфения характфистик повфхностей, не создшощнх непрфывную систему полос в поле зрения.The disadvantage of this arrangement is that the assumption is that there is only one label in the field: phenium, you can unambiguously number all the visible lines at all points of the surface, and the phase recovery procedure used imposes restrictions on many surfaces, the shape of the squares can be changed. The method cannot be used to modify the characteristics of the surface without creating a solid system of bands in the field of view.

Задачей полезной модели является измфение бесконтактным оптическим способом геометрических характеристик видимых сложнопрофильных повфхностей, в том числе имеюищх резкие края, отвфстия, и участки повфхности, не связанные между собой илиThe objective of the utility model is to measure the geometric characteristics of visible complex profiles with a non-contact optical method, including sharp edges, holes, and parts of the surface that are not interconnected or

принадлежащие разным объектам.belonging to different objects.

Эта задача решается тем, что в устройстве, содфжащем проектор, предназначенный для ф мирования распределения освещенности на поверхности объекта и состоящий из источника света, проекционной оптической системы и дфжателя, предназначенного для закрепления и прецизионного перемещения пропускающих свет пластин, имеющих заданное расгфеделение коэффициента поглощения света, федство для регистрации изофажения пов)хности объекта, состоящее из объектива и матрицы светочувсгвителъных элементов, и федство для офаботки информации с упомянутой матршщ светочувствителъных элементов, позволяюпще измфятъ интенсивностъ света, попавшего на каждый элемент упомянутой матрицы, имеются две пропускающие свет пластины, причем распределение коэффициента поглощения света одной из этих пластин представляет собой набф полос, интенсивностъ меняется по синусоидалъному закону, а распределение коэффициента поглощения света второй из пластин задано таким офазом, что позволяет для каждой точки пов хности объекта определитъ номф проецируемой в эту точку полосы из упомянутого набора полос.This problem is solved in that in the device containing the projector, designed to form the distribution of illumination on the surface of the object and consisting of a light source, a projection optical system and a diffuser, designed to fix and precision move light transmitting plates having a given separation of the light absorption coefficient, a fund for recording the image of the surface of an object, consisting of a lens and a matrix of photosensitive elements, and a file for processing information from the aforementioned matrices of light-sensitive elements, which allow us to measure the intensity of the light incident on each element of the aforementioned matrix, there are two light-transmitting plates, the distribution of the light absorption coefficient of one of these plates being a set of bands, the intensity changing according to a sinusoidal law, and the distribution of the light absorption coefficient of the second of the plates is set in such an order that allows for each surface point of an object to determine the nomf of the strip projected to this point from the mentioned set of bands.

Устройство может дополнителъно содфжатъ федство для отфедеяения площади поверхности объекта. Это средство может состоятъ из ЭВМ со специалъным программным модулем.The device may additionally provide for the separation of the surface area of the object. This tool can consist of a computer with a special software module.

Втфая пропускающая свет пластина может иметь распределение коэффихщента поглощения в ффме ступенчатой функции k N, где k - некотс ый известный коэффициент, N - номф полосы, или же в форме Я(ф), где ф - фаза, f - монотонная нещ)фывная функция, 1фоизводная котсфой не принимает нулевого значения.In a light-transmitting plate, the absorption coefficient may have the distribution in the ffm of the step function k N, where k is some known coefficient, N is the band nph, or in the form H (f), where f is the phase, f is the monotonous non-continuous function , 1 derivative kotfsoy does not accept zero value.

Средство для офаботки инффмащш с упомянутой матрицы светочувствителъных элементов может состоятъ из ЭВМ и контроллера ввода изофажений в ЭВМ.The means for operating the information from the above-mentioned matrix of photosensitive elements may consist of a computer and a controller for inputting the computer images.

Предлагаемое устройство позволяет распространитъ метод фазового сдвига на измерение поверхностей сложной формы, срдфжащих ступенъки, резкие 1фая, отвфстия и участкиThe proposed device allows you to extend the phase shift method to the measurement of surfaces of complex shape, srffzhayuschie steps, sharp 1faya, otvfstiya and sections

пов хности, не связанные между собой и принадлежащие разным объектам, при возможности определения абсолютных положений всех участков поверхности. Это достигается за счет использования дополнительного распределения интенсивности освещенности, позволяющего гфи одновременной офаботке всех зарегистрированных изображений получить однозначное абсолютное значение фазы синусоидального распределения для каждой точки пов хности вне связи с ДФ5ТИМИ точками или участками поверхности, что снимает ограничения на сложность формы измфяемых повфхностей.surfaces that are not interconnected and belonging to different objects, with the possibility of determining the absolute positions of all surface areas. This is achieved through the use of an additional distribution of illumination intensity, which allows the simultaneous processing of all registered images to obtain an unambiguous absolute value of the phase of the sinusoidal distribution for each surface point outside of DF5TIMI points or surface areas, which removes restrictions on the complexity of the shape of the imaged surface.

Полезная модель поясняется чфтежом, на котором изображен обздий вид устройства.The utility model is illustrated by the drawing, which depicts a obzid view of the device.

Устройство для определения геометрических характ истик поверхности объекта 1 состоит из проектора 2, средства для регистрации изображения повфхности обмеряемого объекта, в качестве котфого может быть использована телекамфа 3 с ПЗС - матрицей 4, контролл за 5, осуществляющего оцифровку изображений, ЭВМ 6, предназначенной для хранения и обработки изофажений и точного управления положением слайда 7 в 1фоектфе 2. Повфхность объекта 1 должна находиться в поле освещения проектора 2 и в поле зрения телекамфы 3.A device for determining the geometrical characteristics of the surface of an object 1 consists of a projector 2, means for recording the image of the surface of the object to be measured, for example, telecamp 3 with a CCD - matrix 4, control 5 for digitizing images, a computer 6 for storing and processing of isophage and precise control of the position of slide 7 in 1ofektfa 2. The surface of object 1 should be in the field of illumination of the projector 2 and in the field of view of the telecamp 3.

В проекторе 2 имеются источник света, слайдод жатель, обеспечивающий возможность прецизионного перемещения слайда 7 в направлении, пфпендикулярном направлению проходящего света, и объектив.The projector 2 has a light source, a slide holder, which enables the precision movement of slide 7 in the direction pfpendicular to the direction of transmitted light, and a lens.

Слайд 7 представляет собой пропускающую свет пластину, на заранее сф фмировано определенное распределение коэффициента поглощения света. Дня определения координат точек повфхности объекта 1 необходимы два расщ)еделения: одно - периодическое с синусоидальным профилем полос, фyгoe - дополнительное - непфиодическое, такое, что оно позволяет для каждой точки поверхности объекта 1 определить яомер проецируемой на эту точку полосы из первого распределения при совместной офаботке изображений повфхности объекта 1, зарегистрированных при проещфовании на него этих распределений. Это дополнительное распределение может иметь вид ступенчатой функции с шириной ступеньки, равной пфиодуSlide 7 is a light transmitting plate; a predetermined distribution of the light absorption coefficient is preformed. The day of determining the coordinates of the surface points of object 1 requires two separation: one — periodic with a sinusoidal profile of the bands, one — additional — non-periodic, such that it allows for each point on the surface of object 1 to determine the meter of the strip projected onto this point from the first distribution when maintenance of images of the surface of object 1 registered when projecting onto it these distributions. This additional distribution may take the form of a step function with a step width equal to pfiode

пфБОго распределения, или вид моиотониой функции, лроизводаая не принимает нулевых значений, или другой вид, позволяющий определить номф полосы. Далее рассмотрен вариант, когда это расгфеделение имеет вид линейной функции.The distribution, or the form of myotonia function, does not take zero values, or another form that allows you to determine the band num. Next, we consider the option when this separation has the form of a linear function.

Систему координат выбирают таким образом, что ось z направлена от объекта 1 к телекамфе 3, ось х лежит в плоскости, пфпендикулярной нагфавлению синусоидальных полос на слайде 7, ось у перпендикул на осям z и х. При этом телекамфу 3 путем вращения вокруг оси z можно установить так, что оси х и у будут параллельны краям прямоугольного изо ажения, регистрируемого телекамфой 3.The coordinate system is chosen in such a way that the z axis is directed from object 1 to telecamp 3, the x axis lies in a plane pfpendicular to the labeling of the sinusoidal bands on slide 7, the axis at the perpendiculars on the z and x axes. In this case, telecamp 3 by rotation around the z axis can be set so that the x and y axes are parallel to the edges of the rectangular image recorded by telecamp 3.

Пропускание света слайдом с пфиодическим распределением можно описать ф мулойThe transmission of light by a slide with pfiodic distribution can be described by the formula

I(h)/Io (l + cos(27ih/D))/2,(1)I (h) / Io (l + cos (27ih / D)) / 2, (1)

где I (h) - интенсивность света, прошедшего через точку слайда с коч)динатой h вдоль оси X, отсчитываемой от некот юй точки, натфимф, 1фая слайда,where I (h) is the intensity of the light transmitted through the point of the slide with the co-ordinate h along the X axis, measured from some point, natfimf, 1st slide of the slide,

1о - интенсивность света без слайда,1o - light intensity without slide,

D - пфиод рас1феделеиия.D - Pfiod of dissection.

В качестве примера дополнительного распределения выбфем линейную функцию. Тогда пропускание света таким слайдом можно описать формулой:As an example of an additional distribution, select a linear function. Then the transmission of light by such a slide can be described by the formula:

I(h)/Io-h/L,(2)I (h) / Io-h / L, (2)

где L - размф слайда в направлении оси х.where L is the slide displacement in the x axis direction.

Использование устройства осуществляется следуюшим офазом.Use of the device is carried out by the following ofaz.

Повфхность объекта 1 размешдют в поле освещения проектора 2 и одновременно в поле ения телекамфы 3.The surface of the object 1 will be placed in the lighting field of the projector 2 and at the same time in the field of telecamp 3.

Объектив проектора 2 настраивают таким образом, что плоскость создаваемого объективом изо ажения рисунка, находящегося на слайде 7, совмещается с повфхностью объекта 1. Такая настройка позволяет установить взаимооднозначное соответствие между точкамиThe lens of the projector 2 is adjusted so that the plane of the image created by the lens on the slide 7 is aligned with the surface of the object 1. This setting allows you to establish a one-to-one correspondence between points

слайда и точками повфхности объекта 1.slide and surface points of the object 1.

На поверхность объекта 1 с помощью проект ч)а 2 проецируют пфиодическое распределение интенсивности освещенности, представляющее собой набор полос, интенсивность которых меняется по синусоидальному закону.On the surface of object 1 using project h) a 2, the pfiodic distribution of the light intensity is projected, which is a set of bands whose intensity varies according to a sinusoidal law.

Телекамфу 3 (фиг. 1) направляют на повфхность объекта 1 под некотсфым не равным нулю углом в к нагфавлению освещения проектором 2, что позволяет наблюдать деф фмированную картину полос. Если повфхность объекта 1 плоская, спроещфованные полосы будут образовывать равномфную рещетку, аналогичную исходаюй. В случае объекта произвольной формы произойдет искривление системы полос, тем больщее, чем более объект отличается от плоскости и чем больще угол в между направлениями освещения и наблюдения.Telecamphus 3 (Fig. 1) is directed to the surface of the object 1 at a certain angle not equal to zero in the lighting labeling by the projector 2, which allows one to observe a deformed picture of the bands. If the surface of the object 1 is flat, the projected stripes will form an even lattice similar to the one emitted. In the case of an object of arbitrary shape, a curvature of the strip system will occur, the larger the more the object differs from the plane and the larger the angle in between the directions of lighting and observation.

При этом объектив телекамеры 3 должен быть настроен так, чтобы изофажение объекта 1, создаваемое этим объективом, попадало точно на ПЗС-матрицу 4, то естъ между точками поверхности объекта 1 и ячейками ПЗС-матрицы 4 должно быть взаимооднозначное соответствие.In this case, the lens of the camera 3 must be configured so that the image of the object 1 created by this lens falls exactly on the CCD matrix 4, then there must be a one-to-one correspondence between the surface points of the object 1 and the cells of the CCD matrix 4.

Гфедполагается также, что расстояния между объектом 1 и проекп юм 2 и объектом 1 и телекамерой 3 достаточно велики по сравнению с ап тзфами объективов проектора 2 и телекамеры 3 и размфами объекта 1, так что в пределах определенной потрешности направления проецирования и наблюдения одинаковы для каждой точки повфхности объекта 1.It is also suggested that the distances between object 1 and project 2 and object 1 and camera 3 are quite large compared to the lenses of projector 2 and camera 3 and the dimensions of object 1, so that, within a certain error, the projection and observation directions are the same for each point properties of the object 1.

С помощью телекамеры 3 получают изофажение повфхности объекта 1, оцифровывают с помощью контроллера 5 и сохраняют с помощью ЭВМ 6.Using a camera 3, an image of the surface of the object 1 is obtained, digitized using a controller 5 and stored using a computer 6.

Процедзру тфоещфования периодического распределения и регистрации соответствующего изофажения пов)хности объекта 1 повтсфяют М раз (как минимум три раза), каждый раз сдвигая слайд 7 с этим распределением в направлении, пфпендикул ном полосам и натфавлению проходящего света, на контролируемую величину в пределах полосы. Для облегчения дальнейших вычислений эту величину сдаига следует выдать постоянной и равной DThe procedure of toffing the periodic distribution and recording the corresponding image of the surface of the object 1 is repeated M times (at least three times), each time shifting slide 7 with this distribution in the direction perpendicular to the stripes and the labeling of the transmitted light by a controlled amount within the strip. To facilitate further calculations, this value should be given constant and equal to D

(m-l)/M, где m - сдвига, m О, 1, 2, ... . Тогда при тфоецировании трех периодических распределений величина сдвига составит 1/3 периода.(m-l) / M, where m is the shift, m О, 1, 2, .... Then, when projecting three periodic distributions, the shift will be 1/3 of the period.

В предположении, что система оцифровки изофажений работает в линейном режиме, то есть яркость изо ажения в соответствующий ячейке матрицы 4 щюпсфциональна освещенности этой ячейки, эти три изофажения будут описываться следующими ффмулами;Under the assumption that the image-digitizing system operates in a linear mode, that is, the image brightness in the corresponding cell of matrix 4 is specifically dependent on the illumination of this cell, these three iso-phages will be described by the following formulas;

8о(Пх,Пу) В{Пх,Пу) + К(п,Пу)1о ( 1 +cos(27th(nx,ny)/D))/2,8о (Пх, Пу) В (Пх, Пу) + К (п, Пу) 1о (1 + cos (27th (nx, ny) / D)) / 2,

Si (n, Пу) В (Пх, Пу) + К(п, Пу) 1о ( 1 + cos ( 271 h{n, Пу)/О + 271/3 ) ) / 2,(3)Si (n, Pu) B (Px, Pu) + K (n, Pu) 1 ° (1 + cos (271 h (n, Pu) / 0 + 271/3)) / 2, (3)

S2 (Пх, Пу) В (Пх, Пу) + К(Пх, Пу) 1о ( 1 + cos ( 27С Ь(Пх, Пу)/В + ) ) / 2,S2 (Пх, Пу) В (Пх, Пу) + К (Пх, Пу) 1о (1 + cos (27С b (Пх, Пу) / В +)) / 2,

где So, Si, S2 - косгь изображения в ячейке с координатами (Пх, Пу),where So, Si, S2 - image space in the cell with coordinates (Px, Pu),

К - коэффициент пpoпqpциoнaльнocти, учитывающий долю света, пришедшего в ячейку матрицы 4 после рассеяния от точки поверхности объекта 1, чувствительность ячейки к свету, усиление электрического сигнала и коэффищ1ент при аналого-ци4фовом прео азовании,K is the coefficient of performance taking into account the fraction of light that entered the cell of matrix 4 after scattering from a point on the surface of object 1, the sensitivity of the cell to light, the amplification of the electrical signal, and the coefficient during analog-to-digital conversion,

В - вклад в яркость изображения в той же ячейке, обусловленный фоновым освещением (1фоме проектора 2).B - contribution to the brightness of the image in the same cell, due to background lighting (1 fomé projector 2).

Далее на поверхность обьекта 1 с помощью проекгс а 2 однократно проецируют дополнительное распределение интенсивности освещенности, позволяющее для каждой точки упомянутой поверхности определить номер полосы из упомянутого набсфа полос, и аналогично получают и сохраняют дополнительное изображение этой поверхности.Next, an additional distribution of the light intensity is projected once onto the surface of the object 1 with the help of project 2, allowing for each point of the said surface to determine the number of the strip from the aforementioned strip nbsp, and similarly receive and save an additional image of this surface.

Это изо ажение в случае .линейного распределения, описанного фс мулой (2), будет описываться следующей формулой:This statement in the case of a linear distribution described by fs formula (2) will be described by the following formula:

SL (Пх, Пу) В (Пх, Пу) + 2 К (Пх, Пу) 1о h (Пх, Пу) / L.(4)SL (Пх, Пу) В (Пх, Пу) + 2 К (Пх, Пу) 1о h (Пх, Пу) / L. (4)

По.пученные изофажения (3) и (4) обрабатывают для получения предварительного и резу.льтирующего фазовых распределений, содержащих фазы, соответствующие точкам поверхности. Гфедварительное фазовое распределение содфжит фазы в пределах полосыThe obtained isophazes (3) and (4) are processed to obtain preliminary and resultant phase distributions containing phases corresponding to surface points. The hepatic phase distribution of the phase within the band

синусоидального распреяеления, т.е. они не превышают 2к. Результирующее фазовое распределение содфжит фазы относительно некотсфой начальной точки, наприм, соответствующей краю слайда, проецируемого на объект 1.sinusoidal distribution, i.e. they do not exceed 2k. The resulting phase distribution contains phases relative to a certain starting point, for example, corresponding to the edge of the slide projected onto object 1.

Обработку производят следующим . Систему уравнений (3) решают для каждой ячейки изофажения относительно В, К и h, однако, т.к. h находится под знаком функции cos, его можно найти лишь с точностью до постоянной типа 27iN, где N - целое число. Обозначим как h значение h, находящееся в интфвале О h D. Так получают предварительное фазовое распределение h (Пх, Пу).The treatment is as follows. The system of equations (3) is solved for each isophage cell relative to B, K and h, however, since h is under the sign of the function cos, it can be found only up to a constant of type 27iN, where N is an integer. We denote by h the value of h located in the interval О h D. Thus, a preliminary phase distribution of h (Пх, Пу) is obtained.

Результирующее фазовое распределение связано с предварительным фазовым распределением формулойThe resulting phase distribution is related to the preliminary phase distribution by the formula

h (Пх, Пу) h (Пх, Пу) + N (Пх, Пу) D(5)h (Px, Pu) h (Px, Pu) + N (Px, Pu) D (5)

N О1феделяется из оценки истинного значения h величины h, получаемой из уравнения (4) при подстановке В и К, найдензяых из решения системы уравнений (3);N О1 is separated from the estimate of the true value h of the quantity h obtained from equation (4) by substituting B and K found from solving the system of equations (3);

(Пх, Пу) ( SL (Пх, Пу) - В (Пх, Пу) ) L / К (п, %).(6) (Пх, Пу) (SL (Пх, Пу) - В (Пх, Пу)) L / К (n,%). (6)

Из (5) и (6) получают N(nx, %), округляя до целого результат вычислений по )муле:From (5) and (6), N (nx,%) is obtained, rounding up the whole result of calculations by) the formula:

К(Пх, Пу) - { {Пх, %) - h (Пх, %) ) / D .(7)K (Px, Pu) - {(Px,%) - h (Px,%)) / D. (7)

Результирующее фазовое распределение находят подстановкой О1фугленного до целого значения N(nx, Пу), найденного по формуле (7), в формулу (5).The resulting phase distribution is found by substituting O1 cobbled up to an integer value of N (nx, Pu), found by formula (7), in formula (5).

Оценочное значение h {Пх, %), полученное из (6), нецелесоофазно гфинимать за окончательное, т.к. параметр L (дяина слайда вдоль оси х), находяищйся в знаменателе, весьма велик, и, соответственно, точность измерений низка. Отдельное определение дробной и целой части фазы h (Пх, Пу) позволяет сотфанить точность измерений.The estimated value of h (Px,%), obtained from (6), is inappropriately taken for the final, because the parameter L (the magnitude of the slide along the x axis), located in the denominator, is very large, and, accordingly, the measurement accuracy is low. A separate determination of the fractional and integer part of the phase h (Пх, Пу) allows one to determine the accuracy of measurements.

Далее из упомянутого результирующего фазового распределения получают абсо.шотные координаты точек повфхности объекта 1 с использованием данных предаарительной калифовки.Then, from the above-mentioned resulting phase distribution, the absolute coordinates of the surface points of the object 1 are obtained using the preliminary calibration data.

При калибровке устанавливают связь между координатами х, у, z точек объекта, номфами ячеек изображения, в эти точки попадают, и полными фазами пфиодического растфеделения h в этих точках. В упрощенном случае бесконечно удаленных от объекта 1 слайдопроектора 2 и телекамеры 3 эта связь устанавливается зависимостями:During calibration, a relationship is established between the coordinates x, y, z of the object’s points, the image cell numbers, they fall into these points, and the full phases of the pfiodiological separation of h at these points. In the simplified case of a slide projector 2 and a camera 3 infinitely remote from the object 1, this relationship is established by the dependencies:

X Пх ki,X P ki

Z Пх ks + Пу k4 + h (Пх, Пу) ks.Z Пх ks + Пу k4 + h (Пх, Пу) ks.

Параметры ki - ks определяют при измфениях на тестовом объекте.The parameters ki - ks are determined during measurements on the test object.

Т.к. оптические параметры системы одинаковы при измфениях и калифовке, соотношения (8) используют для получения абсолютных косфдинат точек повфхности объекта 1.Because the optical parameters of the system are the same during measurements and calibration, relations (8) are used to obtain absolute cosfdinates of the surface points of object 1.

Значения различных геометрических характфистик повфхности объекта находят из набора кос динат точек поверхности исследуемого объекта путем вычислений.The values of various geometric characteristics of the surface of an object are found from the set of coordinates of the points on the surface of the object under study by calculation.

Напримф, вычисление площади поверхности осуществляется следующим образом. Точки поверхности, координаты котсфых огфеделены, представляет собой сетку. Эта сетка разбивается сначала на четырехугольники, верщинами котсфых являются близлежаище точки, находящиеся в пределах исследуемого участка повфхности, а затем диагоналями этих четырехугольников - на трезтольники. Из значений координат верщин этих, треугольников огцределяются их площади, которые затем суммируются.For example, the calculation of surface area is as follows. The surface points, the coordinates of the kotfs are delimited, is a grid. This grid is first divided into quadrangles, the vertices of the Kotsshs are the nearest points located within the studied area of the surface, and then the diagonals of these quadrangles are trident. From the coordinates of the vertices of these triangles, their areas are determined, which are then summed.

y nyk2.) y nyk2.)

Claims (6)

1. Устройство для определения геометрических характеристик поверхности объекта, содержащее проектор для формирования распределения освещенности на поверхности объекта, состоящий из источника света, проекционной оптической системы и держателя, предназначенного для закрепления и прецизионного перемещения пропускающих свет пластин, которые имеют заданное распределение коэффициента поглощения света, средство для регистрации изображения поверхности объекта, состоящее из объектива и матрицы светочувствительных элементов, и средство для обработки информации с упомянутой матрицы светочувствительных элементов, отличающееся тем, что имеются две упомянутые пропускающие свет пластины, причем распределение коэффициента поглощения света одной из упомянутых пластин представляет собой набор полос, интенсивность которых меняется по синусоидальному закону, а распределение коэффициента поглощения света второй из упомянутых пластин задано таким образом, что позволяет для каждой точки поверхности объекта определить номер проецируемой в эту точку полосы из упомянутого набора полос.1. A device for determining the geometric characteristics of the surface of an object, comprising a projector for generating a distribution of illumination on the surface of an object, consisting of a light source, a projection optical system and a holder for fixing and precision moving light transmitting plates that have a given distribution of light absorption coefficient, means for registering an image of the surface of an object, consisting of a lens and a matrix of photosensitive elements, and means d I process information from said matrix of photosensitive elements, characterized in that there are two said light transmitting plates, the distribution of the light absorption coefficient of one of the said plates being a set of bands whose intensity varies according to a sinusoidal law, and the distribution of the light absorption coefficient of the second of the said plates is set in such a way that allows for each point on the surface of the object to determine the number of the strip projected to this point from the said set bands. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средство для определения площади поверхности объекта. 2. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises means for determining the surface area of the object. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упомянутое средство для определения площади поверхности объекта состоит из ЭВМ со специальным программным модулем. 3. The device according to claim 2, characterized in that the said means for determining the surface area of the object consists of a computer with a special software module. 4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что вторая пропускающая свет пластина имеет распределение коэффициента поглощения в форме ступенчатой функции k N, где k - некоторый известный коэффициент, N - номер полосы. 4. The device according to claims 1 to 3, characterized in that the second light-transmitting plate has an absorption coefficient distribution in the form of a step function k N, where k is a certain known coefficient, N is the strip number. 5. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что вторая пропускающая свет пластина имеет распределение коэффициента поглощении в форме f(φ), где φ - фаза, f - монотонная непрерывная функция, производная которой не принимает нулевого значения. 5. The device according to claims 1 to 3, characterized in that the second light-transmitting plate has an absorption coefficient distribution in the form f (φ), where φ is the phase, f is a monotonic continuous function, the derivative of which does not take a zero value. 6. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что средство для обработки информации с упомянутой матрицы светочувствительных элементов состоит из ЭВМ и контроллера ввода изображений в ЭВМ.
Figure 00000001
6. The device according to claims 1-5, characterized in that the means for processing information from said matrix of photosensitive elements consists of a computer and a controller for inputting images into the computer.
Figure 00000001
RU99127369/20U 1999-12-29 1999-12-29 DEVICE FOR DETERMINING THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF THE SURFACE OF THE OBJECT RU14283U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99127369/20U RU14283U1 (en) 1999-12-29 1999-12-29 DEVICE FOR DETERMINING THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF THE SURFACE OF THE OBJECT

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99127369/20U RU14283U1 (en) 1999-12-29 1999-12-29 DEVICE FOR DETERMINING THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF THE SURFACE OF THE OBJECT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU14283U1 true RU14283U1 (en) 2000-07-10

Family

ID=48275322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99127369/20U RU14283U1 (en) 1999-12-29 1999-12-29 DEVICE FOR DETERMINING THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF THE SURFACE OF THE OBJECT

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU14283U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2183544B1 (en) Non-contact measurement apparatus and method
Reid et al. Absolute and comparative measurements of three-dimensional shape by phase measuring moiré topography
Bergmann New approach for automatic surface reconstruction with coded light
US7414732B2 (en) Method and device for determining the 3D profile of an object
JPH02228511A (en) Method and apparatus for measuring surface of object using protrusion of band pattern
CA2253085A1 (en) Methods and system for measuring three dimensional spatial coordinates and for external camera calibration necessary for that measurement
US6876458B2 (en) Method and device for determining the absolute coordinates of an object
RU2148793C1 (en) Process measuring form and spatial position of surface of object
JP2004309240A (en) Three-dimensional shape measuring apparatus
Zhang et al. Four-pattern, phase-step non-sensitive phase shifting method based on Carré algorithm
JP3435019B2 (en) Lens characteristic measuring device and lens characteristic measuring method
Mueller Fast three-dimensional form measurement system
RU14283U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF THE SURFACE OF THE OBJECT
JP2005106491A (en) System for measuring three-dimensional shape of head part
Hahn et al. Digital Hammurabi: design and development of a 3D scanner for cuneiform tablets
JP3880882B2 (en) Surface shape measuring method and apparatus
Kowarschik et al. Adaptive optical 3D measurement with structured light
Franke et al. 3D precision surface measurement by dynamic structured light
CN117387523A (en) Three-dimensional measurement method and device based on structured light, electronic equipment and storage medium
Su et al. 3D shape reconstruction using multiple projections: a method to eliminate shadowing for projected fringe profilometry
Chang et al. Electronic fringe projection for profiling large surfaces
Kujawińska Hybrid methods of acquisition and analysis of 3D shape information
Michniewicz Measuring corrosion using field-shifting moire interferometry
Hull-Allen et al. Shape measurement using high-density phase-shifted projected fringes
Gai et al. Fringe image processing based on structured light series