RU160312U1

RU160312U1 - TELEVISION DEVICE FOR MEASURING GEOMETRIC PARAMETERS OF PROFILE OBJECTS

Info

Publication number: RU160312U1
Application number: RU2015117705/28U
Authority: RU
Inventors: Борис Владимирович Скворцов; Дмитрий Борисович Скворцов; Александра Николаевна Малышева-Стройкова; Андрей Валериевич Черных
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Лазерные измерительные комплексы" (ООО "ЛИК")
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2016-03-10

Abstract

Телевизионное устройство измерения геометрических параметров профильных объектов, содержащее телекамеру, соединенную с устройством обработки и видеоконтрольным устройством, отличающееся тем, что телекамера размещена на платформе с микрометрическими устройствами задания перемещений по трем ортогональным координатам, снабженными датчиками перемещений, выходы которых подключены ко входу устройства обработки.A television device for measuring the geometric parameters of profile objects containing a camera connected to a processing device and a video monitoring device, characterized in that the camera is placed on a platform with micrometric devices for setting displacements along three orthogonal coordinates equipped with displacement sensors whose outputs are connected to the input of the processing device.

Description

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения геометрических размеров труб - внешнего и внутреннего диаметра, толщины стенки, площади поперечного сечения.The device relates to measuring technique and can be used to measure the geometric dimensions of the pipes - external and internal diameter, wall thickness, cross-sectional area.

Известны телевизионные устройства для измерения геометрических параметров объектов, в том числе труб, содержащие телекамеру и устройства обработки, основанные на формировании изображения контролируемого объекта на поверхности ПЗС матрицы телекамеры с дальнейшей передачей данных в ЭВМ и программной обработкой результатов [а.с. SU 1837160, МКИ G01B 21/30, бюлл. №32, 1993; а.с. SU 2052768, МКИ G01B 17/00, бюл. №22, 1995; а.с. SU 1657960, МКИ G01B 21/10, бюл. №23, 1991; а.с. SU 1675664, МКИ G01B 11/02, бюл. №33, 1991; а.с. SU 1716327 МКИ G01B 21/20, бюл. №8, 1992; патент RU №2163395, G06K 9/52, 2000], патент на полезную модель №32261, б.и. №25 от 10.09.2003.Known television devices for measuring the geometric parameters of objects, including pipes, containing a television camera and processing devices based on the formation of an image of a controlled object on the surface of a CCD camera matrix with further data transfer to a computer and software processing of the results [a.s. SU 1837160, MKI G01B 21/30, bull. No. 32, 1993; A.S. SU 2052768, MKI G01B 17/00, bull. No. 22, 1995; A.S. SU 1657960, MKI G01B 21/10, bull. No. 23, 1991; A.S. SU 1675664, MKI G01B 11/02, bull. No. 33, 1991; A.S. SU 1716327 MKI G01B 21/20, bull. No. 8, 1992; RU patent No. 2163395, G06K 9/52, 2000], utility model patent No. 32261, B.I. No. 25 dated 09/10/2003.

Недостатком известных устройств является низкая точность, связанная с оптическими искажениями изображения на границах приемной матрицы, а также зависимостью размера изображения от расстояния объектива телекамеры до контролируемого объекта. Это затрудняет их применение в устройствах оперативного контроля в тех случаях, когда расстояние до контролируемого объекта не известно или не фиксировано.A disadvantage of the known devices is the low accuracy associated with optical image distortion at the boundaries of the receiving matrix, as well as the dependence of the image size on the distance of the camera lens to the controlled object. This makes them difficult to use in operational control devices in cases where the distance to the controlled object is not known or not fixed.

Прототипом заявляемого изобретения является телевизионное устройство, содержащие четыре (шесть) телекамер, сгруппированные парами и разнесенных на фиксированные расстояния по ортогональным координатам и соединенные с видеоконтрольным устройством, выход которого подключен к устройству масштабирования и устройству обработки (патент РФ на полезную модель №73069, б.и. №13 от 10.05.2008)The prototype of the claimed invention is a television device containing four (six) cameras, grouped in pairs and spaced at fixed distances in orthogonal coordinates and connected to a video monitoring device, the output of which is connected to a scaling device and a processing device (RF patent for utility model No. 73069, b. and. No. 13 of 05/10/2008)

Недостатками прототипа является сложность конструкции, связанная с наличием одновременно четырех (шести) телекамер, сложность процедуры измерений, связанная с настройкой на объект, так как расстояние между камерами жестко фиксировано, то габаритный объект может не попадать в зону захвата одновременно всех камер.The disadvantages of the prototype are the design complexity associated with the presence of four (six) cameras at the same time, the complexity of the measurement procedure associated with tuning to the object, since the distance between the cameras is rigidly fixed, the overall object may not fall into the capture zone of all cameras at the same time.

Поставлена задача: упростить конструкцию и процедуру измерений, при сохранении точности.The task: to simplify the design and measurement procedure, while maintaining accuracy.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном устройстве, содержащем телекамеру, соединенную через устройство ввода с видеоконтрольным устройством обработки, телекамера закреплена на подвижной платформе с микрометрическими устройствами задания перемещений по трем ортогональным координатам, снабженными датчиками перемещений, выходы которых подключены к устройству обработки.The solution to this problem is achieved by the fact that in the known device containing a camera connected via an input device to a video monitoring processing device, the camera is mounted on a movable platform with micrometric devices for setting displacements along three orthogonal coordinates equipped with displacement sensors, the outputs of which are connected to the processing device.

Это позволяет формировать полное изображение объекта на экране видеоконтрольного устройства с разных позиций, причем точно задавать смещение камеры от исходной позиции по трем координатам, задавать такую величину перемещений, которая достаточна для удержания объекта в кадре при максимальном разрешении, совмещать изображения объекта, определять масштаб по каждой координате изображения, проводить измерения независимо от взаимной ориентации камеры и объекта.This allows you to create a complete image of the object on the screen of the video monitoring device from different positions, moreover, precisely set the camera offset from the initial position in three coordinates, set the amount of displacement that is sufficient to hold the object in the frame at maximum resolution, combine the image of the object, determine the scale for each image coordinate, take measurements regardless of the relative orientation of the camera and the object.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фигуре 1 приведена структурная схема предложенного устройства, а на фигуре 2 изображения контролируемого объекта, получающиеся на экране видеоконтрольного устройства после совмещения изображений при съемке со всех точек.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows the structural diagram of the proposed device, and figure 2 images of the monitored object obtained on the screen of a video monitoring device after combining images when shooting from all points.

Устройство состоит из телекамеры 1, закрепленной на платформе 2, способной перемещаться с помощью микрометрических устройств задания перемещений 3, 4, 5 по координатам X, Y, Z. На координатных направляющих платформы 2 размещены датчики перемещений 6, 7, 8, выходы которых, также как и выход телекамеры 1 подключен к устройству обработки 9, соединенным с видеоконтрольным устройством 10. На фигуре 1 показаны также контролируемый объект S, на который нанесена метка M и измеряемый отрезок BC, длина которого обозначена L.The device consists of a camera 1 mounted on a platform 2, capable of moving using micrometric devices for setting displacements 3, 4, 5 along the coordinates X, Y, Z. On the coordinate guides of platform 2 there are displacement sensors 6, 7, 8, the outputs of which are also as well as the output of the camera 1 is connected to the processing device 9, connected to the video monitoring device 10. Figure 1 also shows a monitored object S, on which is marked M and the measured segment BC, the length of which is indicated by L.

На фигуре 2 координаты µ η определяют точки на плоскости фотоматрицы телекамеры и, следовательно, видеоконтрольного устройства;

,

- проекции отрезков d_x, d_y, d_z на плоскость экрана видеоконтрольного устройства. Индексы в остальных обозначениях S_x, S_y, S_z на совмещенном экране соответствуют изображению внешнего контура при смещении камеры по координатам.In figure 2, the coordinates μ η determine the points on the plane of the photomatrix of the camera and, therefore, the video monitoring device;

,

- projections of the segments d _x , d _y , d _z on the screen plane of the video monitoring device. The indices in the remaining notations S _x , S _y , S _z on the combined screen correspond to the image of the external contour when the camera is shifted along the coordinates.

Сущность работы устройства состоит в том, что на измеряемом объекте S, в частности на той плоскости, которая подлежит геометрическому контролю, делается произвольная метка (точка M, фиг. 1) Это может быть не метка, а характерная точка объекта, например угол или элемент товарного знака.. Затем делается четыре снимка объекта при разных положениях камеры. Первый снимок делается при нулевом смещении координатной платформы относительно начала координат, второй и последующий снимки при смещении камеры по координатам на известные величины относительно начала координат d_x, d_y, d_z.The essence of the device’s operation is that on the measured object S, in particular on the plane that is subject to geometric control, an arbitrary mark is made (point M, Fig. 1) This may not be a mark, but a characteristic point of the object, for example, an angle or an element trademark .. Then four pictures of the object are taken at different positions of the camera. The first picture is taken at a zero offset of the coordinate platform relative to the origin, the second and subsequent pictures when the camera is displaced in coordinates by known values relative to the origin d _x , d _y , d _z .

Четыре снимка будет проектироваться на разные точки экрана видеоконтрольного устройства 10, которые при совмещении изображений на одном экране будут иметь вид, показанный на фиг. 2, где S, S_x, S_y, S_z - внешний контур контролируемой поверхности в начальной позиции и при смещении камеры по координатам соответственно; M, M_x, M_y, M_z - изображения метки на экране в начальной позиции и при смещении камеры по координатам.Four images will be designed for different points on the screen of the video monitoring device 10, which, when combining images on one screen, will have the form shown in FIG. 2, where S, S _x , S _y , S _z is the external contour of the surface being monitored in the initial position and when the camera is shifted along the coordinates, respectively; M, M _x , M _y , M _z - images of the mark on the screen in the initial position and when the camera is shifted along the coordinates.

При совмещении изображений всех четырех снимков на одном экране расстояния между точками

,

, будут соответствовать заранее известным величинам d_x, d_y, d_z измеренных при перемещении координатного стола.When combining images of all four pictures on one screen, the distance between the points

,

will correspond to the previously known values of d _x , d _y , d _z measured when moving the coordinate table.

Таким образом, независимо от расстояния от камеры до объекта и смещения оптической оси телекамеры от центра фигуры и плоскости измеряемого отрезка ВС, определяя на экране длину отрезков

,

и соотнося ее реальными с размерами d_x, d_y, d_z можно определить цену деления одного пиксела экрана (масштаб) отдельно по координатам x, y, z по формулам:Thus, regardless of the distance from the camera to the object and the displacement of the optical axis of the camera from the center of the figure and the plane of the measured segment of the aircraft, determining the length of the segments on the screen

,

and correlating it with the real dimensions d _x , d _y , d _z, you can determine the division price of one pixel of the screen (scale) separately by the x, y, z coordinates using the formulas:

,

Где

,

Where

,

Тогда проекции измеряемого отрезка BC по координатам x, y, z можно определить по первоначальному изображению, полученному без смещения телекамерыThen the projections of the measured segment BC by the coordinates x, y, z can be determined from the original image obtained without moving the camera

,

где α - полный угол захвата изображения камеры. Окончательно длина отрезка будет определяться по формулеwhere α is the total angle of image capture of the camera. Finally, the length of the segment will be determined by the formula

Вычисления производятся в устройстве 9 по программе выполняющей обработку изображения с учетом данных о величине перемещений камеры по координатам, измеряемых соответствующими датчиками 6, 7, 8.The calculations are made in the device 9 according to the program that performs image processing taking into account data on the magnitude of the movement of the camera in coordinates measured by the corresponding sensors 6, 7, 8.

Изобретение позволяет практически полностью устраниться от влияния перекосов контролируемого объекта относительно оптической оси камеры. При этом, если камерой захватывается все изображение объекта, устройство обработки можно запрограммировать не только на измерение каких-то размеров, но и проводить анализ формы, вычислять центр тяжести, момент сопротивления и т.д. Устройство позволяет значительно повысить точность оперативных измерений геометрических параметров объектов, сделав их независимыми от взаимного расположения телекамеры и контролируемого объекта при использовании в широком диапазоне измерений.The invention allows to almost completely eliminate the influence of distortions of the controlled object relative to the optical axis of the camera. Moreover, if the camera captures the entire image of the object, the processing device can be programmed not only to measure some size, but also to analyze the shape, calculate the center of gravity, the moment of resistance, etc. The device can significantly improve the accuracy of operational measurements of the geometric parameters of objects, making them independent of the relative position of the camera and the controlled object when used in a wide range of measurements.

Claims

A television device for measuring the geometric parameters of profile objects containing a camera connected to a processing device and a video monitoring device, characterized in that the camera is placed on a platform with micrometric devices for setting displacements along three orthogonal coordinates equipped with displacement sensors whose outputs are connected to the input of the processing device.