SU1753269A1 - Способ измерени геометрических размеров прозрачных труб - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности. В способе подсвечивают измер емую трубу с помощью пространственно-ограниченного источника диффузного излучени , при этом положение трубы выбирают таким образом, что каждый из углов при вери/ийе треугольника, образованного лини ми, касательными к внутренней поверхности трубы, пропирающегос  на апертуру источнй к1ТоБразуемую высотой и боковыми сторонами треугольника, не превышает значени  32°. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  прозрачных труб.

Известен способ измерени  геометрических размеров прозрачных труб, заключа- ющийс  в том, что световой поток перемещают по сечению трубы перпендикул рно ее геометрической оси, определ ют смещение пучка в момент изменени  направлени  движени  пучка, прошедшего трубу, и по величине смещени  суд т о внутреннем и внешнем диаметрах трубы.

Недостатком способа  вл етс  невысока  точность измерени , вызванна  косвен- ным методом измерени , а также необходимостью определ ть положение центра пучка, высокой чувствительностью к перемещени м измер емой трубы.

Известен способ измерени  размеров прозрачных труб, заключающийс  в том, что направл ют два параллельных световых пучка на трубу в плоскости, перпендикул рной ее геометрической оси, и регистрируют положение пучков в этой плоскости, причем пучки формируютс  с помощью диафрагмы с непрозрачной шторкой, поперечный размер которой меньше внутреннего диаметра, но больше внутреннего радиуса.

Недостатком сгю соба  вл етс  невысо „. -е -

ка  точность, обусловленна  косвенным методомизмерени ,высокой чувсгвигепьнос1-ь & Г емещ&н л  из е- р емой трубы, а также малый диапазон измер емых величин, определ емый ограничени ми на размер шторки диафрагмы .

Из известных способов наиболее близким  вл етс  способ измерени  диаметров стекл нной трубы, по которому измер емую трубу помещают пёфед Ьсве тителем, представл ющим собой в верхней части нить лампы накаливанй  Та В ШГней - диффузно освещенную поверхность с диафрагмой, кра  которой параЯле льны и симметричны оси трубы, внутренний диаметр измер ют по двум теневым полосам, образующимс  вследствие отражени  краев диафрагмы от внутренней и внешней поверхностей трубы, внешний диаметр измер ют по теневым кра м, образующимс  при освещении трубы нитью лампыЛрезультат измерени 

внешнего диаметра используют дл  коррекции внутреннего диаметра.

Недостатком известного способа  вл етс  низка  точность измерени ,вызванна  косвенным методом коррекции внутреннего диаметра, зависимостью результатов измерени  от смещени  трубы, измерением внутреннего и внешнего диаметра в разных сечени х, эмпирическй1ГЬпределением коэффициентов корректирующего выражени .

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

Дл  достижени  указанной цели в способе , заключающемс  в том, что контролируемую трубу освещают с помощью пространственно ограниченного источника диффузного излучени , формируют ее изображение и определ ют внутренний и внешний диаметр трубы по сформированному изображению, размер источника диффузного излучени  и местоположение контролируемой трубы выбирают таким образом , что каждый из углов при вершине треугольника, образованного лини ми, касательными к внутренней поверхности трубы , опирающегос  на апертуру источника диффузного излучени  и лежащего в плоскости , перпендикул рной оси трубы, образуемый высотой и боковыми сторонами треугольника, не превышает значени  32°, внешний диаметр трубы определ ют по рассто нию между серединами фронтов наружных краев изображени , а внутренний - по рассто нию между серединами фронтов наружных краев светлых полос, наход щихс  у внутренних краев изображени 

На фиг. 1 приведено распределение света изображени  трубы; на фиг. 2 - схема устройства дл  реализации способа.

Внутренний диаметр трубы определ ют по рассто нию между серединами фронтов 1 и 1, а внешний диаметр измер ют по рассто нию между фронтами 2 и 2.

Повышение точности способа достигаетс  тем, что рассто ние между указанными фронтами, используемыми дл  измерени  внутреннего диаметра не зависит от смещени  и размеров трубы, благодар  чему отпадает необходимость в коррекции, а также тем, что измерение внутреннего и внешнего диаметров производ т в одном сечении, вследствие чего устран етс  погрешность, вносима  отклонени ми формы трубы от идеального цилиндра.

Устройство (фиг. 2) содержит лампу 1, рассеиватель 2, диафрагму 3, измер емую трубу 4, объектив 5, линейный фотоприемник 6 с зар довой св зью (ЛФЗС), АЦП 7, тактовый генератор 8, индикатор 9, интерфейс 10, микропроцессор 11, блок 12 пам ти , генератор 13 опроса и микропроцессорную магистраль 14.

В устройстве дл  измерени  геометри5 ческих размеров стекл нных труб оптически последовательно соединены пространственно ограниченный источник диффузного излучени , представл ющий собой лампу 1, рассеиватель 2, диафрагму 3, измер емую

0 трубу 4, объектив 5, линейный фотоприемник 6, входы которого соединены с генератором 13 опроса, выход - с первым входом АЦП 7, второй вход которого соединен с выходом генератора 13 опроса, выходы АЦП

5 7 соединены с первыми входами интерфейса 10, первые выходы которого соединены с индикатором 9, вторые входы и выходы соединены через двунаправленные шины микропроцессорной магистрали 14 с

0 соответствующими входами-выходами микропроцессора 11, блок 12 пам ти, генератор

13опроса, входы микропроцессора 11 соединены с выходами тактоврго генератора 8.

В конкретном выполнении лампа 1 5 лампа накаливани  с прот женным нитевидным телом свечени , расположенным в плоскости фиг 2, перпендикул рно оси трубы 4, рассеиватель 2 - матовое стекло, ди- афрагма 3 - рамка со щелью, размер

0 которой превосходит максимальный диаметр трубы 4, объектив 5 - высокоразрешающий объектив Ж-53, ЛФЗС 6 - микросхема К1200ЦЛ, АЦП 7 - стандартным образом соединенные микросхемы К1107ПВ1,

5 КР544УД2, К155ЛП10, тактовый генератор 8 - микросхема КР580ГФ24, индикатор 9 - стандартным образом соединенные цифровой индикатор ИВ-27, светодиоды АЛ307, дешифратор К555ИДЗ и буферный элемен0 ты К555ЛНЗ, интерфейс 10 - микросхема КР580ВВ55 с буферными логическими элементами К155ЛП10, микропроцессор 11 - МС КР580ВМ80 и МС KP58QBK38, блок 12 пам ти собран на микросхемах ОЗУ

5 КР537РУ10 и ПЗУ У573РФ5, генератор 13 опроса - цифрова  схема управлени  линейками фотоприемников, собранна  на микросхемах КР580ВИ53, КР597САЗ, К155ИЕ5, К155ИЕ4, К155РЕЗ, К155ТМ2,

0 К155ЛА11, микропроцессорна  магистраль

14- стандартный набор шин дл  подключени  элементов устройства.

Устройство работает следующим образом .

5 При включении питани  лампа 1 освещает рассеиватель 2, часть поверхности которого , ограниченна  диафрагмой 3, освещает диффузно измер емую трубу 4, изображени  краев диафрагмы отражаютс 

от внешней и внутренней поверхностей трубы , образу  теневую картину, котора  проецируетс  объективом 5 на ЛФЗС б. Также при включении питани  в тактовом генераторе 8 формируетс  сигнал Сброс, который инициализирует микропроцессор 11 и интерфейс 10. Далее по сигналам тактового генератора 8 микропроцессор 11 начинает выполн ть программу, содержащуюс  в ПЗУ блока 12 пам ти. Программа измерени  диаметров и толщины стенок труб включает в себ  загрузку генератора 13 опроса, циклов опроса ЛФЗС б, оцифровки и ввода амплитуд измеренных сигналов фотоприемников в ОЗУ блока пам ти 12 через АЦП I, Оцифровка входных сигналов ЛФЗС 6 осуществл етс  в реальном масштабе времени , при этом выходные сигналы ЛФЗС 6 поступают в АЦП 7, на управл ющий вход которого подаютс  стробирующие сигналы из генератора 13 опроса, коды амплитуд выходных сигналов фотоприемников с выходов АЦП 7 через интерфейс 10 под управлением микропроцессора 11 записываютс  в блок 12 пам ти. Между двум  циклами ввода выходных кодов АЦП 7 производитс  сложение текущих амплитуд с накопленными ранее дл  последующего усреднени .

После циклов опроса и усреднени  массив чисел а, описывающий выходные сигналы ЛФЗС 6, подвергаетс  медианной фильтрации, в процессе которой исключаютс  провалы отсчетов, вызванные разбросом параметров фотоприемников и фильтрации скольз щим средним, котора  сглаживает массив, в результате формируетс  массив BJ. Далее производитс  выделение перепадов  ркости изображений , причем к-й фотоприемник, наход щийс  на первом краю, соответствующем внешней поверхности трубы, определ етс  из условий

|К 10

Ьк М

Ьк+1 М, 9

2ь,

гдеМ- - -(1)

Фотоприемник к, наход щийс  на втором краю изображени , соответствующем внутренней поверхности трубы, определ етс  из условий;

f 10

J Ьк М

I Ьк+1 М,

Аналогично ищутс  фотоприемники с номерами и к , наход щиес  на третьем и четвертом кра х изображени , соответствующих внутренней и внешней поверхности трубы.

0

Затем в промежутках k, k и k , k определ ютс  точки kmin и kmin с минимальной амплитудой в bkmin и bk&in. После этого находитс  верхн   граница фронтов 1 и 1 краев 2 и 3, заключенных соответственно между точками kmin и kmin и точками локального максимума kmax2. kmax3, последние определ ютс  по максимуму второй производной. Точка kmax2 считаетс  точкой перегиба, если в ней выполн ютс  услови 

I2bkmax2 Ь kmax2-3 Ь kmax2 +3 I L, (3)

где L - порог обнаружени , L - 5.

Аналогично находитс  точка kmax3. Затем определ етс  средний уровень перепадов  ркости указанных фронтов

bkmax2 + bkmin ./ й

9 V4 )

5

0

5

0

5

0

5

В - bkmax3 + bkmin

(5)

{

и номера фотоприемников г и з, имеющих

амплитуды, удовлетвор ющие услови м:

Jbi2 B2;/f)

Jbto-H B2;

, ,

Ь |3 - 1 В3(

После этого вычисл ютс  рассто ние от начала линейки фотоприемников до точек S2, 83, соответствующих положению внутренних поверхностей трубы с учетом линейной апроксимации фронтов 1 и 1, и внутренний диаметр d:

... ;(8)

Зз зb 2 + 1 Ь(2 Бз - bi3

(9)

b 13 - 1 big d T- a (S3 - 82),(10)

где Т - период линейки фотоприемников, а- коэффициент уменьшени  оптической схемы.L . .

Дл  вычислени  внешнего диаметра трубы D определ ютс  границы фронтов 2 и 2 первого и четвертого краев изображени , соответствующих наружной поверхности трубы;верхние: Д 7 Д

kmaxt - К -

(11) kmax4 K +,(12)

где Д- максимальна  длина наружного кра  изображени 

Нижними границами  вл ютс  точки локальных минимумов kmint, kmin4, удовлетвор ющие услови м

- I2bkmmf Ь kmini - 3- - Ь kmlnl +3 I L ; I 2 Ь(т1п4 Ь kmln4 - 3 Ь kmln4 +3 I L . (13)

Дальнейшие операции аналогичны определению внутреннего диаметра; определ ют (14)

с  фотоприемники с номерами h и Ц, удовлетвор ющие услови м: Ьи Bi ;

.

ОЦ+1

оbkminl + bkmaxl .

где в 1 ,

В4

bkmax4 +

(16)

и вычисл етс  внешний диаметр D с учетом линейной аппроксимации фронтов 2-м 2 :

с iBi-Ьц

Sl il- U.. .и...07)

84 4 +

Ьц-1 - Ьц В4 Ьц

(18)

Ь (4 + 1 Ь|4

D T-a(S4-St).(19)

После этого вычисл ютс  толщины стенок трубы wi и W2   плоскости наблюдени :

wi T-a(S2-Si);(20)

w2 T-a(S4-S3}.(21)

После выполнени  указанных операций микропроцессор 11 -записывает результаты измерений D, d, wi, W2 в интерфейс 10 через магистраль 14 и осуществл ет безусловный переход в начало программы. Интерфейс 10 выводит записанную информацию на индикатор 9.

В сравнении с известным предлагаемый способ позвол ет повысить точность измерени  геометрических размеров прозрачных труб. Повышение точности способа достигаетс  путем перехода от косвенного определени  внутреннего диаметра к пр мому измерению. При измерении известным способом внешний и внутренний диаметры определ ютс  в различных сечени х , что вносит погрешность, обусловленную отклонени ми формы трубы. Косвенный метод определени  внутреннего диаметра требует нахождени  значений трех эмпирических коэффициентов, что делает процедуру калибровки и настройки весьма громоздкой и малоточной. Отклонение оси измер емой трубы- от плоскости симметрии щели диафрагмы, также вносит погрешность в значение внутреннего диаметра .-За вл емый способ позвол ет измер ть внешний и внутренний диаметр прозрачной трубы в одном сечении и вычисл ть толщину стенок по рассто нию между характерными участками фронтов теневой

картины, Указанные рассто ни  не завис т от размеров диафрагмы, положени  измер емой трубы относительно диафрагмы и от размеров и толщины стенок трубы, что позвол ет отказатьс  от коррегирующих выражений и производить калибровку по одному эталону.

Таким образом, предлагаемый способ в сравнении с известным позвол ет существенно в 10-40 раз (дл  различных измер емых диапазонов), повысить точность измерени , устойчивость к смещени м измер емого объекта, упростить и повысить точность калибровки, что, в свою очередь, позвол ет создать высокоточный измеритель дл  применени  непосредственно в производственных услови х.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ измерени  геометрических размеров прозрачных труб, заключающийс  в освещении контролируемой трубы с помощью пространственно ограниченного ис- точника диффузного излучени , формировании изображени  контролируемой трубы и определении внутреннего и внешнего диаметров трубы по сформированному изображению, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности, размер источника диффузного излучени  и

   местоположение контролируемой трубы выбирают так, что каждый из углов при вершине треугольника, образованного лини ми, касательными к внутренней поверхности трубы, опирающегос  из апертуру источника диффузного излучени  и лежащего в плоскости , перпендикул рной к оси трубы, образуемый высотой и боковыми сторонами треугольника, не превышают значени  32°, внешний диаметр трубы определ ют по рассто нию между серединами фронтов наружных краев изображени , а внутренний - по рассто нию между серединами фронтов наружных краев светлых полос, наход щихс  у внутренних краев изображени .

   Фиг. I

   2У М. g

   /2

   №/г. 2

   fiL