RU2262660C1 - Method and device of contact-free optical measurement of object's sizes - Google Patents

Method and device of contact-free optical measurement of object's sizes Download PDF

Info

Publication number
RU2262660C1
RU2262660C1 RU2004104532/28A RU2004104532A RU2262660C1 RU 2262660 C1 RU2262660 C1 RU 2262660C1 RU 2004104532/28 A RU2004104532/28 A RU 2004104532/28A RU 2004104532 A RU2004104532 A RU 2004104532A RU 2262660 C1 RU2262660 C1 RU 2262660C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
photodetector
laser
size
laser radiation
optical scanning
Prior art date
Application number
RU2004104532/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004104532A (en
Inventor
А.З. Венедиктов (RU)
А.З. Венедиктов
В.Н. Демкин (RU)
В.Н. Демкин
Д.С. Доков (RU)
Д.С. Доков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "АГРОЭЛ"
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 Общество с ограниченной ответственностью "АГРОЭЛ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "АГРОЭЛ"
Priority to RU2004104532/28A priority Critical patent/RU2262660C1/en
Publication of RU2004104532A publication Critical patent/RU2004104532A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2262660C1 publication Critical patent/RU2262660C1/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: according to method of contact-free optical measurement the object is placed between laser radiation source and photoreceiver. Power of laser radiation P is measured and compared with preset level of power P0 . Laser radiation is optically scanned into beam of parallel rays at the area where object finds its place and size of object is found from size of shade of object onto photoreceiver while correcting time of exposure from value of difference (P0-P). Device for realizing the method has laser, beam-splitting plate, short-focused cylindrical lens, output cylindrical lens, collimating lens, CCD, data processing unit, photoreceiving threshold unit.
EFFECT: improved precision of measurement.
5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к бесконтактным оптическим средствам измерения геометрических размеров различных объектов.The invention relates to measuring equipment, in particular to non-contact optical means for measuring the geometric dimensions of various objects.

Известен способ бесконтактного оптического измерения размеров объектов, называемый также теневым, который заключается в размещении исследуемого объекта между лазером и многоэлементным фотоприемником, развертке лазерного излучения в пучок параллельных лучей в зоне расположения объекта и определении размера объекта по величине тени, отбрасываемой им на фотоприемник. Устройства, реализующие известный способ, - лазерные теневые измерители - состоят из источника лазерного излучения, системы линз, формирующей из первоначального луча путем оптической развертки пучок параллельных лучей, и многоэлементного фотоприемника, подключенного к блоку обработки информации. Количество незасвеченных пикселов на фотоприемнике на линейке ПЗС определяет размер объекта (1, 2).There is a method of non-contact optical measurement of the size of objects, also called shadow, which consists in placing the object under study between the laser and a multi-element photodetector, scanning the laser radiation in a beam of parallel rays in the area of the object and determining the size of the object by the magnitude of the shadow cast by it on the photodetector. Devices that implement the known method, laser shadow meters, consist of a laser radiation source, a lens system that forms a beam of parallel rays from the initial beam by optical scanning, and a multi-element photodetector connected to the information processing unit. The number of unlit pixels on the photodetector on the CCD line determines the size of the object (1, 2).

Использование оптической развертки позволяет применить для непрерывного считывания информации многоэлементный фотоприемник на линейке ПЗС и осуществить съем информации в течение одного кадра, длительность которого регулируется в широких пределах, вплоть до 0,1 мкс. Это обстоятельство дает возможность использовать лазерные теневые измерители для измерения параметров объектов, движущихся с большой скоростью.The use of optical scanning makes it possible to use a multi-element photodetector on a CCD line for continuous reading of information and to carry out information collection within one frame, the duration of which is adjustable over a wide range, up to 0.1 μs. This circumstance makes it possible to use laser shadow meters to measure the parameters of objects moving at high speed.

В качестве прототипа заявляемого технического решения выбран способ бесконтактного оптического измерения размеров объектов, заключающийся в размещении исследуемого объекта между лазером и фотоприемником, оптической развертке лазерного излучения в пучок параллельных лучей в зоне расположения объекта и определении размера объекта по величине тени от объекта на фотоприемнике. Устройство, реализующее известный способ, состоит из источника лазерного излучения, линзовой системы оптической развертки, многоэлементной фотодиодной линейки, схемы обработки информации и компьютера (3).As a prototype of the claimed technical solution, the method of non-contact optical measurement of the size of objects is selected, which consists in placing the object under study between the laser and the photodetector, optical scanning of laser radiation in a beam of parallel rays in the area of the object and determining the size of the object by the magnitude of the shadow of the object on the photodetector. A device that implements the known method consists of a laser radiation source, a lens optical scanning system, a multi-element photodiode array, an information processing circuit and a computer (3).

Недостатки известного способа и устройства, с помощью которого реализуется способ, обусловлены следующим. Точность измерения при использовании известного способа зависит, прежде всего, от точности определения границ контура исследуемого объекта. Дифракционные эффекты приводят к тому, что переход от света к тени на поверхности фотоприемника характеризуется определенной протяженностью, которая для используемых на практике фотоприемников на линейке ПЗС составляет, как правило, несколько пикселов. Размытость границы между светом и тенью снижает точность определения размеров объекта, причем влияние этого фактора будет тем больше, чем меньше размер объекта.The disadvantages of the known method and device with which the method is implemented are due to the following. The measurement accuracy when using the known method depends, first of all, on the accuracy of determining the boundaries of the contour of the investigated object. Diffraction effects lead to the fact that the transition from light to shadow on the surface of the photodetector is characterized by a certain extent, which for practical photodetectors on the CCD line is usually a few pixels. The blurring of the border between light and shadow reduces the accuracy of determining the size of an object, and the influence of this factor will be greater, the smaller the size of the object.

Как было показано выше, размер объекта определяется количеством незасвеченных (затемненных) пикселов на линейке ПЗС. Затемненным считается пиксел, видеосигнал с которого меньше определенного порога.As shown above, the size of the object is determined by the number of unlit (darkened) pixels on the CCD line. A pixel is considered darkened, the video signal from which is less than a certain threshold.

Можно показать, что размер детали будет определяться количеством пикселов, на которых напряжение Ut больше порогового Uпор It can be shown that the detail size will be determined by the number of pixels at which the voltage U t is greater than the threshold U pore

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где Еmax - максимальная мощность лазерного излучения;where E max - the maximum power of laser radiation;

r - текущий радиус лазерного пучка на линейке ПЗС;r is the current radius of the laser beam on the CCD line;

rо - радиус лазерного пучка в точке с плотностью мощности излучения в е2 раз меньшей, по сравнению с интенсивностью в центре;r o is the radius of the laser beam at a point with a radiation power density e 2 times less than the intensity in the center;

Тэкс - время экспозиции;T ex - exposure time;

RC - параметр, характерный для конкретной линейки ПЗС.RC is a parameter specific to a particular CCD line.

Из выражения (1) следует, что размер объекта зависит как от мощности лазерного излучения, так и от времени экспозиции.From the expression (1) it follows that the size of the object depends both on the power of the laser radiation and on the exposure time.

За время экспозиции число пикселов, на которых Ut≥Uпор, будет определяться мощностью лазерного излучения, так как освещенность каждого пиксела и, следовательно, скорость нарастания заряда на нем зависит от мощности лазерного излучения. Как следствие, определяемый размер объекта будет зависеть от величины мощности лазерного излучения. Поэтому в известном лазерном измерителе при флуктуациях мощности точность определения размера объекта снижается.During the exposure, the number of pixels at which U t ≥U then will be determined by the power of the laser radiation, since the illumination of each pixel and, therefore, the rate of rise of the charge on it depends on the power of the laser radiation. As a result, the determined size of the object will depend on the magnitude of the laser radiation power. Therefore, in a known laser meter with power fluctuations, the accuracy of determining the size of an object is reduced.

Задача, решаемая изобретением, - повышение точности измерений.The problem solved by the invention is to increase the accuracy of measurements.

Указанная задача решается тем, что в способе бесконтактного оптического измерения размеров объектов, заключающемся в размещении объекта между источником лазерного излучения и фотоприемником, оптической развертке лазерного излучения в пучок параллельных лучей в зоне расположения объекта и определении размера объекта по величине тени от объекта на фотоприемнике, измеряют мощность лазерного излучения Р, сравнивают ее с заданным уровнем Ро и по величине (Ро-Р) осуществляют корректировку времени экспозиции фотоприемника. Устройство для осуществления способа, содержащее источник лазерного луча, средства оптической развертки лазерного луча, фотоприемник, подключенный к первому входу блока обработки информации, и объект, расположенный между источником лазерного луча и фотоприемником, снабжено светоделителем, размещенным между источником лазерного луча и средствами оптической развертки, и фотоприемным пороговым устройством, выход которого подсоединен ко второму входу блока обработки информации. Средства оптической развертки лазерного луча выполнены в виде цилиндрических линз, а светоделитель - в виде полупрозрачной пластины.This problem is solved by the fact that in the method of non-contact optical measurement of the size of objects, which consists in placing an object between a laser source and a photodetector, optical scanning of laser radiation in a beam of parallel rays in the area of the object and determining the size of the object by the magnitude of the shadow of the object on the photodetector, measure the laser radiation power P, compare it with a given level of P about and in magnitude (P about -P) adjust the exposure time of the photodetector. A device for implementing the method, comprising a laser beam source, means for optical scanning of the laser beam, a photodetector connected to the first input of the information processing unit, and an object located between the laser beam source and the photodetector, equipped with a beam splitter located between the laser beam source and optical scanning means, and a photodetector threshold device, the output of which is connected to the second input of the information processing unit. The means of optical scanning of the laser beam are made in the form of cylindrical lenses, and the beam splitter is in the form of a translucent plate.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где схематически изображено устройство, с помощью которого реализуется заявляемый способ. Оно включает лазер 1, светоделительную полупрозрачную пластину 2, средства оптической развертки лазерного луча, состоящие из короткофокусной цилиндрической линзы 3 и выходной цилиндрической линзы 4, коллимирующую линзу 5, фотоприемник на линейке ПЗС 6, соединенный с первым входом блока обработки информации 7, и фотоприемное пороговое устройство 8, подключенное ко второму входу блока 7 и представляющее собой фотоприемник со схемой сравнения. Светоделительная пластина 2 и фотоприемное пороговое устройство 8 образуют канал корректировки времени экспозиции. Светоделительная пластина 2 расположена под углом к траектории луча лазера 1 для того, чтобы обеспечить отвод части мощности излучения на фотоприемное пороговое устройство 8. Измеряемый объект 9 размещается между линзами 4 и 5.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a device with which the inventive method is implemented. It includes a laser 1, a beam-splitting translucent plate 2, means for optical scanning of a laser beam, consisting of a short-focus cylindrical lens 3 and an output cylindrical lens 4, a collimating lens 5, a photodetector on a CCD line 6 connected to the first input of the information processing unit 7, and a photodetector threshold device 8 connected to the second input of block 7 and representing a photodetector with a comparison circuit. The beam splitter plate 2 and the photodetector threshold device 8 form a channel for adjusting the exposure time. The beam splitter plate 2 is located at an angle to the path of the laser beam 1 in order to ensure the removal of part of the radiation power to the photodetector threshold device 8. The measured object 9 is placed between the lenses 4 and 5.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Излучение лазера 1 попадает на светоделительную пластину 2. Часть излучения отклоняется пластиной 2 на фотоприемное пороговое устройство 8, а остальная часть проходит в оптическую систему линз 3 и 4, осуществляющих развертку излучения в пучок параллельных лучей. В результате исследуемый объект 9 засвечивается плоским лучом и на фотоприемнике 6 формируется изображение объекта, соответствующее тени, отбрасываемой объектом 9 на поверхность фотоприемника 6. В блоке 7 происходит обработка сигнала изображения и определение размера объекта 9. В пороговом устройстве 8 осуществляется сравнение части мощности лазерного излучения, поступившей на устройство 8, с пороговой величиной, соответствующей заданной мощности излучения. Если величина мощности отлична от заданной, на выходе порогового устройства 8 будет формироваться разностный сигнал, поступающий на второй вход блока 7. В соответствии с величиной поступившего сигнала блок 7 осуществляет корректировку времени экспозиции фотоприемника 6. Если фактическая мощность лазерного излучения больше заданной, блок 7 уменьшает время экспозиции, если меньше - увеличивает.The inventive method is as follows. The radiation from the laser 1 hits the beam splitter plate 2. Part of the radiation is deflected by the plate 2 to the photodetector threshold device 8, and the rest passes into the optical system of lenses 3 and 4, which scan the radiation into a beam of parallel rays. As a result, the studied object 9 is illuminated by a flat beam and an image of the object is formed on the photodetector 6 corresponding to the shadow cast by the object 9 on the surface of the photodetector 6. In block 7, the image signal is processed and the size of the object 9 is determined. In the threshold device 8, a part of the laser radiation power is compared received by the device 8, with a threshold value corresponding to a given radiation power. If the power value is different from the set value, a differential signal will be generated at the output of the threshold device 8 and fed to the second input of block 7. In accordance with the value of the received signal, block 7 adjusts the exposure time of the photodetector 6. If the actual laser radiation power is greater than the set value, block 7 reduces exposure time, if less - increases.

Как следствие, регулировка времени заряда пикселов даже в условиях флуктуации мощности лазерного излучения обеспечивает высокую точность измерений.As a result, adjusting the charge time of the pixels even in the presence of fluctuations in the laser radiation power ensures high measurement accuracy.

Таким образом, заявляемые способ и устройство за счет корректировки времени экспозиции в зависимости от мощности лазерного излучения обеспечивают - по сравнению с устройством-прототипом - повышение точности измерения размеров объектов.Thus, the inventive method and device by adjusting the exposure time depending on the power of the laser radiation provide - compared with the prototype device - improving the accuracy of measuring the size of objects.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. А.З.Венедиктов, В.Н.Демкин, Д.С.Доков, А.В.Комаров. Применение лазерных методов для контроля параметров автосцепки и пружин. Новые технологии - железнодорожному транспорту. Сборник научных статей с международным участием, часть 4. Омск 2000, с.232-233.1. A.Z. Venediktov, V.N. Demkin, D.S. Dokov, A.V. Komarov. The use of laser methods to control the parameters of automatic couplers and springs. New technologies for rail transport. Collection of scientific articles with international participation, part 4. Omsk 2000, p.232-233.

2. V.N.Demrin, D.S.Dokov, V.N.Tereshkin, A.Z.Venediktov. Optical control of geometrical dimensions for railway cars automatic coupling. Third Internat. Workshop on New Approaches to High-Tech: Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science and Engineering. Proceedings of SPAS, Vol. 3. 7-11 June 1999, St. Petersburg, p. А17.2. V.N. Demrin, D.S. Dokov, V.N. Tereshkin, A.Z. Venediktov. Optical control of geometrical dimensions for railway cars automatic coupling. Third Internat. Workshop on New Approaches to High-Tech: Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science and Engineering. Proceedings of SPAS, Vol. 3. 7-11 June 1999, St. Petersburg, p. A17.

3. В.В.Анциферов, М.В.Муравьев. Бесконтактный лазерный измеритель геометрических размеров роликов подшипников. Новые технологии - железнодорожному транспорту. Сборник научных статей с международным участием, часть 4. Омск 2000, с.210-213 (прототип).3. V.V. Antsiferov, M.V. Muraviev. Non-contact laser measuring instrument of geometrical sizes of bearings rollers. New technologies for rail transport. Collection of scientific articles with international participation, part 4. Omsk 2000, p.210-213 (prototype).

Claims (4)

1. Способ бесконтактного измерения размеров объектов, заключающийся в размещении объекта между источником лазерного излучения и фотоприемником, оптической развертке лазерного излучения в пучок параллельных лучей в зоне расположения объекта, и определении размера объекта по величине тени от объекта на фотоприемнике, отличающийся тем, что измеряют мощность лазерного излучения Р, сравнивают ее с заданным уровнем Ро и по величине (Ро-Р) осуществляют корректировку времени экспозиции фотоприемника.1. The method of non-contact measurement of the size of objects, which consists in placing the object between the laser radiation source and the photodetector, optical scanning of the laser radiation in a beam of parallel rays in the area of the object, and determining the size of the object by the magnitude of the shadow from the object on the photodetector, characterized in that the power is measured laser radiation P, compare it with a given level of P about and the magnitude (P about -P) carry out the adjustment of the exposure time of the photodetector. 2. Устройство для бесконтактного оптического измерения размеров объектов, содержащее источник лазерного луча, средства оптической развертки лазерного луча, фотоприемник, подключенный к первому входу блока обработки информации, и объект, расположенный между средствами оптической развертки лазерного луча и фотоприемником, отличающееся тем, что оно снабжено светоделителем, размещенным между источником оптического излучения и средствами оптической развертки и оптически связанным с фотоприемным пороговым устройством, выход которого подсоединен ко второму входу блока обработки информации.2. A device for non-contact optical measurement of the size of objects, containing a laser beam source, means for optical scanning of the laser beam, a photodetector connected to the first input of the information processing unit, and an object located between the means of optical scanning of the laser beam and the photodetector, characterized in that it is provided a beam splitter located between the optical radiation source and optical scanning means and optically coupled to a photodetector threshold device, the output of which is below connected to the second input of the information processing unit. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средства оптической развертки лазерного луча выполнены в виде цилиндрических линз.3. The device according to claim 2, characterized in that the optical scan means of the laser beam are made in the form of cylindrical lenses. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что светоделитель выполнен в виде полупрозрачной пластины.4. The device according to claim 2, characterized in that the beam splitter is made in the form of a translucent plate.
RU2004104532/28A 2004-02-16 2004-02-16 Method and device of contact-free optical measurement of object's sizes RU2262660C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004104532/28A RU2262660C1 (en) 2004-02-16 2004-02-16 Method and device of contact-free optical measurement of object's sizes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004104532/28A RU2262660C1 (en) 2004-02-16 2004-02-16 Method and device of contact-free optical measurement of object's sizes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004104532A RU2004104532A (en) 2005-07-27
RU2262660C1 true RU2262660C1 (en) 2005-10-20

Family

ID=35843286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004104532/28A RU2262660C1 (en) 2004-02-16 2004-02-16 Method and device of contact-free optical measurement of object's sizes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2262660C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2443974C2 (en) * 2008-12-01 2012-02-27 Игорь Павлович Иерусалимов Apparatus for contactless measurement of diameter of articles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2443974C2 (en) * 2008-12-01 2012-02-27 Игорь Павлович Иерусалимов Apparatus for contactless measurement of diameter of articles

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004104532A (en) 2005-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6640014B1 (en) Automatic on-the-fly focusing for continuous image acquisition in high-resolution microscopy
EP2993463B1 (en) Fluorescence imaging autofocus systems and methods
CN112469361B (en) Apparatus, method and system for generating dynamic projection patterns in confocal cameras
CN101178369B (en) Industry ray detection negative film digitalizer
SE412286B (en) SET AND DEVICE FOR PHOTOELECTRIC DIMENSION OF WIDES OR SIMILAR GEOMETRICALLY DETERMINED FORMS
JPH0585845B2 (en)
CN104126114A (en) High speed autofocus system
CN106052585A (en) Surface shape detection device and detection method
CN106767545A (en) A kind of high accuracy high-space resolution angel measuring instrument and angle measurement method
CN106461572A (en) Non-imaging coherent line scanner systems and methods for optical inspection
JPS593682B2 (en) Method and device for inspecting width and parallelism of printing margins
EP1020719B1 (en) Apparatus and method for determining the optical distortion of a transparent substrate
RU2262660C1 (en) Method and device of contact-free optical measurement of object's sizes
UST102104I4 (en) Scanning optical system adapted for linewidth measurement in semiconductor devices
CN104880913A (en) Focusing-leveling system for increasing process adaptability
CN207923419U (en) A kind of parallel optical detection device and system
JPS61250506A (en) Alignment compensator
CN101320218B (en) Three scanning type silicon slice focusing and leveling measurement apparatus, system and method
CN104808447B (en) A kind of vertical position measurement device
EP0717291B1 (en) Method of measuring the focus dimension of a X-ray tube
JPS6288906A (en) Measuring method for solid shape
CN210863102U (en) Image plane spherical aberration distribution testing device of self-focusing lens
RU2383855C2 (en) Method for measurement of small objects sizes with help of zoom and device for its realisation
JP2001083098A (en) Optical surface inspection mechanism and device
SU1642326A1 (en) Method of analysis of distribution of parameters of scattering particles

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060217

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060217

RZ4A Other changes in the information about an invention