UA114798C2 - Пристрій для визначення положення механічних елементів - Google Patents

Abstract

Винахід належить до пристрою для визначення положення першого механічного елемента (10, 156) і другого механічного елемента (12, 154) відносно один одного і містить перший вимірювальний модуль (14, 114, 214), що встановлюється на першому механічному елементі, і другий вимірювальний модуль (18, 118, 218), що встановлюється на другому механічному елементі, а також блок обробки результатів (22), причому перший вимірювальний модуль оснащений засобами (24, 124, 224) для формування світлового пучка (28, 128, 228), причому другий вимірювальний модуль містить поверхню управління (34, 134, 234) для розсіювання падаючого на поверхню управління світла, камеру (36), а також засоби для відображення поверхні управління на камеру, причому поверхня управління звернена до першого вимірювального модуля, якщо обидва вимірювальні модулі розташовано на відповідних механічних елементах так, щоб на них падав світловий пучок, причому блок обробки результатів виконаний так, що може на підставі графічних даних, що передані камерою, визначити на поверхні управління точку падіння світлового пучка, що посилається з першого вимірювального модуля, а на підставі цього визначити положення першого механічного елемента і другого механічного елемента щодо один одного, і причому камера направлена на сторону поверхні управління, звернену до першого вимірювального модуля.

Description

Винахід належить до пристрою для визначення положення першого і другого механічних елементів щодо один одного і містить перший вимірювальний модуль, що встановлюється на першому механічному елементі, а другий вимірювальний модуль, що встановлюється на другому механічному елементі, а також блок обробки результатів, причому як мінімум один з двох вимірювальних модулів оснащений світловим джерелом для формування світлового променя, точка падіння якого визначається як мінімум на одній поверхні на іншому вимірювальному модулі.

Такого роду пристрій може призначатися, наприклад, для визначення центрування двох валів щодо один одного, для визначення прямолінійності або співвісного розташування отворів при свердленні, для визначення прямолінійності контурів або рівня розташування різних точок однієї поверхні.

Як правило, для визначення центрування валів щодо один одного обчислюється точка падіння світлового променя в декількох положеннях кута повороту, для цього вимірювальні модулі зміщуються уздовж периферійних поверхонь або здійснюється обертання валів з розташованими на периферійних поверхнях вимірювальними модулями.

У заявках ОЕ 33 35 336 А1 описаний пристрій для вимірювання центрування валів, в якому як перший, так і другий вимірювальні модулі посилають світлові промені і містять оптичний детектор, причому кожен світловий промінь направлений на детектор іншого вимірювального модуля.

Пристрій, що працює за таким принципом, для вимірювання центрування валів описаний також в патенті 05 6,873,931 В1, причому кожен вимірювальний модуль оснащений двоосним датчиком прискорення для автоматичного обліку кута повороту вала.

Із заявки ОЕ 38 14 466 А1 відомий пристрій для вимірювання центрування валів, в якому перший вимірювальний модуль посилає світловий промінь, падаючий на два розташованих один за одним в осьовому напрямі двоосних оптичних детекторів другого вимірювального модуля.

Із заявки УМО 03/067187 А1 відомий пристрій для вимірювання центрування валів, в якому перший вимірювальний модуль посилає промінь, що розходиться, падаючий на два розташованих один за одним в осьовому напрямі двоосних оптичних детектори другого

Зо вимірювального модуля.

Із заявки УМО 00/28275 АТ відомий пристрій для вимірювання центрування валів, в якому обидва вимірювальні модулі розташовуються на лицьовій стороні відповідних валів, причому перший вимірювальний модуль посилає світловий промінь, що розходиться, падаючий збоку на три маркувальні штифти, розташовані на рівні другого вимірювального модуля.

У заявці ЕР 2 093 537 А1 описаний пристрій для вимірювання центрування валів, у якому перший вимірювальний модуль посилає світловий промінь, що розходиться, надаючий на два оптичні смугові детектори, встановлені збоку і розташовані паралельно на певній відстані один від одного, причому подовжній напрям детекторів вертикальний відносно до площини розбіжності світлового променя.

У заявці ПР 0543 971 В1 описаний пристрій для визначення центрування отворів при турбінному бурінні або початковій осі, причому світловий промінь, що зображує початкову вісь, направлений на двоосний оптичний детектор, що містить опору, яка розташована на стінці отвору і переміщається уздовж неї по колу, що дозволяє визначати точку падіння лазера для декількох кутів повороту.

У заявці 05 2007/0201040 АІ описаний пристрій для визначення рівня декількох вимірювальних точок однієї площини, причому лазерний промінь, що обертається в горизонтальній площині з постійною кутовою швидкістю, направлений на двоосний оптичний детектор, що дозволяє на підставі вертикальної складової точки падіння визначити висоту вимірювальної точки, а на підставі моменту і періоду горизонтального покриття детектора визначити кут і відстань вимірювальної точки щодо лазерного джерела.

Схожий пристрій описаний в заявці ЕР 1 473 540 А7ї1, причому лазерний промінь направлений на детектор за допомогою пентагональної призми, що обертається, а кут обертання виявляє залежний профіль лінії на підставі якого можна визначити кут вимірювальної точки.

У всіх відмічених тут вимірювальних пристроях проводиться обчислення і оцінка відповідної точки падіння світлового променя на поверхню детектора.

Із заявки СЕ 40 41 723 А1 відомий пристрій для визначення положення вимірювальної точки щодо початкової точки для здійснення управління або контролю свердлення отвору, що виявляє декілька вимірювальних позицій, розташованих в отворі або на головці бура і що мають відповідно по одній камері з маркуванням, причому кожна камера знімає маркування камери, розташованої поряд з нею, або вимірювальну позицію.

Із заявки УМО 2010/042039 А1 відомий пристрій для вимірювання центрування валів, в якому кожен з двох вимірювальних модулів оснащений встановленою на корпусі камерою, причому на зверненій до іншого модуля стороні корпусу розташований оптичний зразок, що знімається камерою, що знаходиться навпроти. На стороні корпусу, що містить зразок, є при цьому отвір, через який відображається зразок, розташований навпроти. При альтернативному виконанні один з двох модулів оснащений лише камерою, але не містить зразка, тоді як інший модуль не має камери, проте містить об'ємний зразок.

У заявці ЕР 1 211 480 А2 описаний пристрій для вимірювання центрування валів, в якому перший вимірювальний модуль оснащений джерелом світла, що направляє світловий промінь на другий вимірювальний модуль, що містить матову пластинку; віддалена від першого вимірювального модуля сторона матової пластинки проектується за допомогою відповідної оптики па детектор зображення, що також є частиною другого вимірювального модуля.

У заявках ЮЕ 101 43 812А1 їі ОБ 101 17 390 Аї1 описаний пристрій для вимірювання центрування валів, у якому перший вимірювальний модуль містить світлове джерело для формування світлового променя, що розходиться, а розташований напроти другий вимірювальний модуль містить оптичну систему часткового віддзеркалення із зворотною матовою пластинкою і камеру, яка за допомогою первинної світлової плями від променя, витікаючого безпосередньо від світлового джерела і за допомогою вторинної світлової плями від променя, відбитого від оптичної системи часткового віддзеркалення, що відображає, і від рефлектора, розташованого на лицьовій стороні першого вимірювального модуля, знімає віддалену від першого вимірювального модуля сторону матової пластинки.

Фірма Венте Камсорік ГМБХ, розташована за адресою: 38108, Брауншвейг, пропонує лазерний приймач випромінювання для механічних вимірювань під маркою І азегТгас.

Задачею даного винаходу є створення пристрою для визначення положення двох механічних елементів щодо один одного, наприклад пристрою для вимірювання центрування валів, яке буде найбільш простим у виконанні, прийнятному за ціною і може бути пристосовано до інтересів замовника. Надалі планується розробка відповідного способу.

У відповідності з даним винаходом ця задача вирішена завдяки пристрою згідно з пунктом формули винаходу 8 і способу згідно з пунктами формули винаходу 23 і 26.

Перевага даного рішення відповідно до винаходу полягає в тому, що замість оптичного детектора, на який падає відбитий світловий пучок, використовується камера і поверхня управління, що проектується на камеру, завдяки чому з'явилася можливість створення найбільш простої системи, пристосованої до потреб споживача. Гак, наприклад, як камера може використовуватися розроблений для кінцевого споживача масовий продукт, такий як фотокамера або смартфон, який можна придбати за прийнятну ціну і який з різних причин може бути вже є в наявності у користувача.

Відповідно до форми виконання винаходу, камера може вільно переміщатися відносно обох вимірювальних модулів, так що їй можна користуватися вручну, щоб забезпечити відображення поверхні управління на камеру. Відповідно до альтернативної форми виконання, камера може бути виконана як частина вимірювального модуля, оснащеного засобами для формування світлового пучка, або розташовуватися на цьому вимірювальному модулі.

Винахід може зокрема застосовуватися для визначення центрування двох валів щодо один одного, для визначення прямолінійності або співвісного розташування отворів при свердленні, для визначення прямолінійності контурів або рівня розташування різних точок однієї поверхні.

Переваги розробки очевидні із залежних пунктів формули винаходу.

Далі приклади винаходу пояснюються за допомогою креслень, що додаються:

Фіг. 1 - вигляд збоку, в дещо аксонометричній проекції першого прикладу пристрою для визначення положення елементів відповідно до винаходу;

Фіг. 2 - фронтальний вигляд поверхні управління пристрою, зображеного на фіг. 1;

Фіг. З - вимірювальний модуль пристрою, оснащений поверхнею управління у момент практичного використання, вигляд в аксонометричній проекції;

Фіг. 4 - схемне зображення можливого процесу коректування аксонометричного спотворення проекції поверхні управління на камеру за допомогою закону випромінювання;

Фіг. 5 - зображений в подовжньому розрізі статор турбіни; вимірюваний за допомогою пристрою згідно з винаходом;

Фіг. б - вимірювальний модуль, що встановлюється на внутрішню стінку пристрою, зображеного на фіг. 5;

Фіг. 7 - приклад використання вимірювального пристрою відповідно до винаходу при вимірюванні рівня;

Фіг. 8 - приклади зображень, знятих за допомогою пристрою, зображеного на Фіг. 7; і

Фіг. 9 - приклад поверхні управління, оснащеної ОВ-кодом;

На Фіг. 1-3 зображений перший приклад пристрою відповідно до винаходу для визначення центрування першого вала 10 (не показаною) машин і другого вала 12 (не показаною) машин, щодо один одного. Пристрій включає перший вимірювальний модуль 14, що містить елемент 16, закріплюваний на периферійній поверхні першого вала 10, і другий вимірювальний модуль 18, що містить елемент 20, закріплюваний на периферійній поверхні другого вала 12.

Обидва вали 10 і 12 розташовуються один за одним, по можливості співвісно базисній осі 26, причому пристрій, що містить вимірювальні модулі 14 і 18, служить для визначення кутового і або паралельного зсуву щодо базисної осі 26 або щодо один одного. Пристрій, як правило, оснащений засобами для відображення результатів кутового або паралельного зсуву (на кресленнях не зображено).

Перший вимірювальний модуль 16 містить світлове джерело для формування світлового променя або світлового пучка 28 і коліматор для формування колімованого світлового пучка 28.

Другий вимірювальний модуль 18 містить поверхню управління 34 і камеру 36 для записування зображень поверхні управління.

Камера 36 містить оптику 35 для відображення поверхні управління 34 на датчик камери (не представлено). Камера 36 може бути, наприклад, розташована збоку під нахилом до поверхні управління 34, щоб не перешкоджати падінню світлового променя, що посилається з вимірювального модуля 18 принаймні в центральній частині поверхні управління 34.

Поверхня управління 34 звернена до першого вимірювального модуля 14, якщо обидва вимірювальні модулі 14 і 18 знаходяться в одному вимірювальному положенні.

У прикладі на Фіг.1 і 2 точка падіння (тобто світлова пляма) світлового пучка 28 на поверхню управління 34, позначена як РУ.

Перший вимірювальний модуль 14 містить корпус 32, який оснащений джерелом світла 24 і відповідною електронікою. Одна з переваг полягає в тому, що джерело світла 24 з таким, що поперемінно включається, що дозволяє утримувати схильність коливанням на низькому рівні.

Зо До того ж, корпус 32 оснащений джерелом струму (батарея або акумулятор) для джерела світла 2,4 і містить систему управління режимом електроживлення. В цілому корпус 32 не повинен по товщині істотно перевищувати кронштейни, передбачені для кріплення на додатковому елементі 16 (не показано на Фіг. 1).

За поверхнею управління 34 (якщо дивитися від першого вимірювального модуля 14) на другому вимірювальному модулі 18 розташований корпус 27, який може включати інклінометр

З1, що дозволяє визначити кут нахилу другого вимірювального модуля 18 і, відповідно, положення кута повороту вала 10, оснащеного другим вимірювальним модулем 18. Такий інклінометр 31 може, наприклад, бути виконаний у формі МЕМ5-інклінометра.

Одна з переваг полягає в можливості направити світловий пучок 28 без проміжного включения елемента, що відображає, безпосередньо на поверхню управління 34 другого вимірювального модуля 18, тобто між світловим джерелом 24 і поверхнею управління не встановлюються ніякі елементи, що відображають.

Згідно з Фіг. 2 поверхня управління 34 містить оптичні марки 50, які наприклад можуть бути виконані у формі хрестиків, що полегшує оцінку записаних камерою 36 зображень поверхні управління 34, для того, щоб оптичні марки 50 були видні і в темноті, може бути використане додаткове джерело світла, наприклад діод 23 на камері 36. Як альтернатива, може бути передбачене чадне підсвічування 25 поверхонь управління 34. При цьому на матову поверхню (зі скла або пластику) можна наклеїти металеву плівку з вирізами, причому в цьому випадку через корпус 32 додатково надходитиме розсіяний білий світ.

Одна з переваг полягає в достатньо рівному виконанні поверхні управління 34. Згідно з

Фіг. 1 ії З камера 36 може бути зміщена убік або розташовуватися в перекинутому положенні щодо поверхні управління 34. При цьому камера 36 може вмонтовуватися внизу на додатковому елементі 16 (який може, наприклад, бути пристроєм натягнення ланцюга). При цьому камера 36 направлена так, щоб забезпечити по можливості повне відображення поверхні управління 34 на датчику камери і не допустити при цьому затінювання світлового пучка 28. При цьому додатково може бути передбачено екрануючий пристрій для розсіяного світла (зображення відсутнє), який можна також використовувати для механічної стабілізації камери 36 і поверхні управління 34.

Камера 36 може бути виконана, наприклад, у вигляді компактної камери, смартфона або бо камери мобільного телефона. Одна з переваг полягає в тому, що оптика 35 є об'єктивом з постійною або змінною фокусною відстанню. Перевагою також є, що роздільна здатність датчика камери складає мінімум 8 мегапікеслів. Камера працює переважно в макродіапазоні.

Якщо камера виконана у вигляді смартфона, то дисплей смартфона може використовуватися як графічний інтерфейс користувача; у інших випадках для навігації може використовуватися додатковий прилад подібного роду, такий як смартфон або планшет. При цьому може також застосовуватися голосове управління з використанням навушників або очікувані в 2013 році окуляри Соодіє Сіавзв5.

Оцінка отриманих за допомогою камери зображень може здійснюватися таким чином: метою оцінки є визначення координат центру точки падіння РМ світлового пучка 28. При цьому спочатку проводиться корекція записаного зображення, тобто виправлення перспективного спотворення, викликаного бічним закиненим положенням камери 36 і спотворень оптичної системи. Це може, наприклад, здійснюватися за допомогою оптичних марок 50, зовнішні координати яких точно відомі. Точка падіння світлового пучка 28 може бути виділена на основу кольору заднього фону, що приводить до скорочення точки за допомогою знаходження центру інерції. Оскільки зовнішні координати оптичних марок точно відомі, можна провести перерахунок в координати пікселя, завдяки чому можна визначити центр точок падіння світлового пучка М/М і РМ в зовнішніх координатах.

Ще однією можливістю є застосування закону випромінювання для обчислення координат точок падіння, як це схематично зображено на Фіг. 4 стосовно точки падіння РМ. При цьому користуються горизонтальною і вертикальною точками сходу в перспективі, позначеними УРН і

МРУ, відповідно.

Можна обчислити середній діаметр точки падіння світлового пучка РМ їі використовувати його для оцінки відстані між світловим джерелом 24 і поверхнею управління 34, тобто між першим вимірювальним модулем 14 і другим вимірювальним модулем 18.

Якщо другий вимірювальний модуль 18, оснащений дисплеєм 33, виявляє кут нахилу, вимірюваний інклінометром 31, то камера 36 має переважно функцію оптичного прочитування

ОСА, що дозволяє визначати величину цього кута. Як альтернатива можлива передача величини кута безпосередньо на камеру 36, що може здійснюватися, наприклад, за допомогою каналу Вінеїооїй.

Зо Якщо камерою 36 є смартфон, то, як правило, вбудований в нього інклінометр 29 може використовуватися для визначення кута нахилу. Оцінка зображень може здійснюватися в блоці обробки результатів, схематично представленому в пункті 22, який може бути частиною камери, особливо, якщо мова йде про смартфон, який вже за визначенням має високу обчислювальну потужність.

Перед початком вимірювання проводиться юстирування вимірювальних модулів 14 і 18 щодо один одного, що забезпечує падіння світлового пучка 28 приблизно на середину поверхні управління 34. Для цієї мети перший вимірювальний модуль 14 може бути оснащений пристроєм регулювання по висоті (не представлено) для регулювання положення першого вимірювального модуля 14 в поперечному напрямі щодо вала 10, а також пристроєм регулювання кута, використовуваним для перекидання першого вимірювального модуля 14 щодо поперечного напряму вала 10 і для переміщення першого вимірювального модуля 14 в поперечному напрямі. Після проведеного юстирування обох вимірювальних модулів 14 і 18 щодо один одного на підставі позиції падіння світлового пучка 28 можна зробити висновок про розузгодження обох валів 10 і 12 щодо один одного, якщо обидва вали 10 і 12 з розташованими на них вимірювальними модулями 14 і 18 обертаються навколо осі 26, причому переміщення відповідної точки падіння простежується і оцінюється залежно від куга повороту (який у свою чергу визначається за допомогою функції інклінометра) в принципі відомим способом. Це дозволяє зробити висновки про вертикальний зсув, горизонтальний зсув і кутовий зсув валів 10 і 12 (такий метод описаний наприклад в заявках ЕР 1 211 480 Л2 і М/О 98/33039).

Зазвичай під час вимірювання центрування і під час юстирування валів камера повинна з достатньо високою інтенсивністю здійснювати запис і оцінку зображень поверхні управління 34, причому в секунду може створюватися і оброблятися близько п'яти зображень. Якщо як камера виступає смартфон, то створення і оцінка зображень може здійснюватися у формі відповідних застосувань.

Як альтернатива безперервного запису зображень може бути вибраний такий режим запису, при якому процес створення зображень протікає залежно від актуального кута нахилу, наприклад завжди при зміні значення кута на певну величину, наприклад на 17.

Пристрій для центрування може як опція містити навушники Війегюоїй, які оператор може носити при юстируванні валів і які використовуються для безпровідного прийому актуальних 60 значень зсуву, що виявляються блоком обробки результатів 22 камери 36, представленою смартфоном, таким чипом, забезпечується акустична передача відповідних даних операторові, зайнятому юстируванням валів. Це є перевагою, оскільки під час юстирування операторові важко читати показання на дисплеї смартфона 36. При цьому навушники можуть також використовуватися для здійснення голосового управління по каналу Віпеюоїй смартфона 36.

Як альтернатива оператор може використовувати другий смартфон або планшет для забезпечення зручнішого способу прочитання інформації з дисплея, виступаючого в ролі камери смартфона 36, за допомогою каналу Вішеїооїй (наприклад, за допомогою видаленого адміністрування з мовним введенням команд ММС), причому за допомогою сенсорної навігації смартфоном 36 можна також управляти з другого смартфона або планшета, див. також заявку

МО 97/36146.

Як правило, поверхня, що відображається, має розміри 40 ммх40 мм; в цьому випадку один піксель, відповідає приблизно 20 ут, якщо дозвіл камери складає 8 мегапікселів (що відповідає вертикальній розділовій здатності близько 2500 пікселів). При використанні компактної камери, наприклад в 16 мегапікселів, може бути досягнута розділова здатність приблизно в 7 нт.

В принципі можна також використовувати камеру із спеціальною оптикою, у випадку із смартфоном може застосовуватися передвключена лупа. Дані вимірювань поверхні управління 34, що підлягають відображенню, можуть бути скорочені до розмірів 20х20 або 30х30 мм.

При цьому цілююм можлива безпровідна передача зображень камери (наприклад, за допомогою М/І-РІ) наприклад, на якусь мобільну платформу. Для цього можна використовувати спеціальну 50-карту.

Відповідно до зміни форми виконання, зображеної на Фіг. 1-3, камера 3б може бути виконана у вигляді "вільної камери", рухомої відносно обох вимірювальних модулів 14 і 18, оператор для здійснення запису зображень поверхні управління 34 може тримати її в руках або поставити на штатив. При цьому камера або працює в макродіапазоні. або розташовується на відповідній відстані від поверхні управління 34 для проведення запису, або, там де це неможливо, а також у разі інших побажань, камера може використовуватися з телеоб'єктивом, що дозволяє записувати зображення з відстані більш одного метра.

В принципі камеру можна також використовувати в тих випадках, коли вона для запису зображень вмонтовувана на першому вимірювальному модулі 14 і пов'язана з ним таким чином,

Зо що після проведення вимірювання центрування або юстирування можливий її демонтаж і використання для інших цілей. Перевагою це є особливо в тих випадках, коли в ролі камери виступає смартфон.

В принципі використання смартфона як камери має ряд переваг. Такого роду прилади дуже легко адаптувати до нових умов експлуатації, і вони мають високу продуктивність, що стосується програмування і створення графічного інтерфейсу користувача; зокрема є функції розпізнавання жестів, включення клавіатури і локалізації.

Надалі оператор, зайнятий вимірюванням центрування, може використовувати прилад, правила експлуатації якого йому і без того вже знайомі. До того ж, смартфони мають велику кількість портів, наприклад в області банка даних по технічному обслуговуванню; зокрема важливу роль грають безпровідні порти, які можуть використовуватися для підключення інших мобільних операційних платформ, навушників (з відлунням і шумозаглушенням). окулярів

Сюоодіє СПІав5, вібропоясу і т.п. У решті смартфон може використовуватися в своїй звичайній функції, якщо в даний момент за його допомогою не проводиться вимірювання центрування.

Вимірювальні модулі 10 ї 12 можуть використовуватися не тільки для центрування валів, але і для інших способів визначення положення об'єктів.

На Фіг. 5 і б показаний приклад того, як перший вимірювальний модуль, 114 і другий вимірювальний модуль 118 для вимірювання вирівнювання частин статора турбіни 152, а саме кілець направляючого апарата щодо підшипників ротора турбіни 156, юстируються так, щоб центральні осі вигину циліндрових стінок 158 середніх отворів 160 кілець направляючого апарата 154 і центральні осі вигину циліндрової опорної поверхні підшипника 162 підшипників ротора турбіни 156 розташовувалися один за одним в одну лінію. Для цього перший вимірювальний модуль 114 розташований на показаному на Фіг. 5 справа підшипнику ротора 156 таким чином, що сформований світловим джерелом 124 світловий пучок 128 посилається приблизно паралельно остаточній осі обертання ротора 164, яку ще належить точно встановити, і проходить через вимірювальний простір, що утворюється стінками отворів 158 кілець направляючого апарата 154.

Другий вимірювальний модуль 118 за допомогою деталі розпору 120 пов'язаний з опорою 121, яка розташована на внутрішній стінці 138 середнього отвору 160 одного з кілець направляючого апарата 154 таким чином, що світловий промінь 128 надає на поверхню бо управління 134 другого вимірювального модуля 118. Другий вимірювальний модуль може бути виконаний подібно до того, як другий вимірювальний модуль 118 на фіг. 1-3 з розташованою збоку камерою, що дозволить записувати зображення поверхні управління 134 з метою визначення положення точки падіння РМ світлового променя 128. Передбачена стійка і рухома опора 121, що спирається на стінку 158, причому другий вимірювальний модуль 118 може переміщатися по колу, що дозволяє записувати зображення поверхні управління 134 при різних кутах повороту другого вимірювального модуля 118. Для цих цілей опора 121 виконана таким чином, що її можна встановлювати в тій або іншій вимірювальній позиції щодо стінки 158, наприклад, за рахунок її виконання у вигляді магнітного кріплення. В основному другий вимірювальний модуль 118 оснащений інклінометром 131 для визначення кута повороту.

Шляхом визначення точки падіння світлового пучка 128 для як мінімум трьох різних кутів повороту можна визначити вирівнювання внутрішньої стінки 158 щодо світлового променя 128 і щодо початкової осі підшипників ротора 156; такий метод описаний, наприклад, в заявці ЕР 0 543 971 В1.

На Фіг. 7 показано альтернативне застосування пристрою для визначення положення об'єкту, у якого перший вимірювальний модуль 214 і другий вимірювальний модуль 218 використовуються для вимірювання рівня вимірювальних точок на поверхні, що підлягає вимірюванню. Перший вимірювальний модуль 214 виконаний таким чином, що може формувати обертальний навколо вертикальної осі в горизонтальній площині світловий промінь 228, який, як правило, рухається по своїй траєкторії з постійною кутовою швидкістю і періодично перекриває поверхню управління другого вимірювального модуля 218, головним чином в горизонтальному напрямі. Тут другий вимірювальний модуль 218 також може бути оснащений розташованою збоку камерою 36, подібно до того, як і вимірювальний модуль 18 на Фіг. 1-3 або вимірювальний модуль 118 на Фіг. 5.

Для такого вимірювання записується як мінімум одне зображення поверхні, управління 234, яке оцінюється з урахуванням точки падіння світлового променя 228, що дозволяє визначати різницю рівня відносно до попередніх вимірювальних позицій, при яких другий вимірювальний модуль 218 або опора 220 вимірювального модуля 218 позиціонувалися у іншому місці вимірюваної поверхні (на Фіг. 7 перша вимірювальна позиція позначена буквою А, а друга вимірювальна позиція позначена буквою В).

Зо На Фіг. 8 схематично показано, як точка падіння світлового променя 228 перекриває поверхню управління 234 в горизонтальному напрямі. При цьому у момент часу ПИ, відповідний куту повороту 21 відбувається падіння світлового променя 228 в точці А 1 на лівому краю поверхні управління 234, потім ця точка переміщається смугою 235 в горизонтальному напрямі по поверхні управління 234, а у момент часу Ї2, відповідний куту повороту б2, покидає поверхню управління 234 в точці А2. Якщо швидкість обертання м/ світлового променя 228 зберігається постійною, то виходить хороша кореляція між часом і кутом повороту.

Якщо поверхня управління 234 записується за допомогою камери 236, можуть вийти різні варіанти зображень, які залежать від моменту запису і тривалості освітлення. Якщо період освітлення достатньо тривалий щодо швидкості обертання м/, то на зображенні буде головним чином видна горизонтальна межа, довжина якої, якщо вона не перекриває всього діапазону зображення, залежить від часу освітлення і швидкості обертання м. При коротших періодах освітлення виходить швидше точка, круг або горизонтальний еліпс.

Далі іде опис можливих режимів запису.

Згідно з першим варіантом камера 36 може працювати в (так званому) відеорежимі, причому камера через регулярні відрізки часу, тобто з певною кадровою частотою, записує зображення, причому оцінці піддаються лише ті зображення, у яких точка падіння світлового променя 228 лежить в заданому діапазоні поверхні управління 234 (цей діапазон позначений на Фіг. 8 цифрою 237). У прикладі на Фіг. 8 дана умова, виконана для точки падіння АЗ, проте не виконана для точки падіння А4. При цьому заданий діапазон лежить, як правило, в середині осі

Х поверхні управління 234. У зображень, де точка падіння знаходиться в діапазоні 237, оцінці піддається координата У точки падіння, що дозволяє набути значення вертикального рівня вимірювальної позиції. Така оцінка координати М точки падіння може проводитися і в тих випадках, коли точка падіння на зображенні змащена в горизонтальному напрямі, причому тут можна додатково набути значення нівелювального кута поверхні управління 234, яка відповідає відхиленню "штриха" щодо горизонталі.

При альтернативному режимі запису камера не знаходиться у відеорежимі, а має функцію трігера, дозволяючи камері 36 записувати зображення поверхні управління 234 лише в тих випадках, коли точка падіння світлового променя 228 лежить в заданому діапазоні, наприклад в діапазоні 237 поверхні управління 234. Таким чином, можна уникнути складнощів, пов'язаних з цілеспрямованим вибором певного зображення після здійснення запису, як це має місце при описаному першим режимі запису.

Крім того, камера Зб може з'єднуватися з першим вимірювальним модулем 214 за допомогою безпровідного каналу передачі даних (наприклад каналу Вішйеїосій), що забезпечує передачу даних про частоту обертання і вугілля повороту світлового променя 228 від першого вимірювального модуля 214 на камеру 36, причому камера за допомогою цього безпровідного каналу передачі даних може при необхідності управляти частотою обертання світлового променя 228. Подібний канал передачі даних, відповідно до першого прикладу, дозволяє камері записувати зображення з певною кадровою частотою (тобто в так званому відеорежимі), а частоту обертання за допомогою каналу передачі даних від камери можна налаштувати так, щоб два із записаних зображень (як правило, два записаних один за одним зображення) показували найбільш зміщені щодо один одного в горизонтальному напрямі точки падіння світлового променя 228 на поверхню управління 234 (ця умова виконана наприклад для зображень з точками падіння Аї і А2, представлених на Фіг. 8). При цьому визначається горизонтальна відстань між двома точками падіння, а на підставі кадрової частоти, частоти обертання і горизонтальної відстані обох точок падіння можна обчислити (поперечне) відстань між другим вимірювальним модулем 218 і першим вимірювальним модулем 214. При цьому, якщо точка падіння змазана, може бути обчислена лінія якнайкращої відповідності, а із за допомогою розрахунку центрування можна визначити горизонтальну відстань між точками падіння.

Якщо відстань між другим вимірювальним модулем 218 і першим вимірювальним модулем 214 істотно перевищує відстань між двома точками падіння, то горизонтальна відстань між точками падіння приблизно відповідає довжині дуги; кут повороту б може бути точно визначений на підставі заданої частоти обертання м/ світлового променя 228 і зворотної кадрової частоти камери Зб, що дозволить також обчислити радіус, тобто відстань між світловим джерелом 224 і поверхні, що управляє, 234. Оскільки кут повороту Є передасться з першого вимірювального модуля 214 на камеру 36, відносне кутове положення поверхні управління 234 є відомим, що дозволяє визначити як кутове положення вимірювальної позиції, так і її віддаленість від першого вимірювального модуля 214 разом з рівнем вимірювальної

Зо позиції.

У ще одному альтернативному варіанті виконання можливий запис зображення із змащеною точкою падіння, що досягається за допомогою цілеспрямованого вибору часу освітлення і частоти обертання, причому обчислюється горизонтальна довжина змазування, а на підставі часу освітлення зображення і частоти обертання світлового променя 228 обчислюється відстань між другим вимірювальним модулем 218 і першим вимірювальним модулем 214.

При ще одній видозміні пристрою, показаній на Фіг. 1-3, пристрій, показаний на фіг. 1-3, викопано для визначення прямолінійності тіла. При цьому вимірювальні модулі 18 і 22 замість елементів 20, які слугують для закріплення на відповідній периферійній поверхні валів 10 і 14, містять елементи для площинного кріплення з геометричним замиканням на вимірюваній поверхні тіла.

Відхилення від прямоти вимірюваної поверхні тіла ведуть при цьому до зсуву або до провертання вимірювальних модулів 18 і 22 щодо один одного, що веде до відповідного зсуву точки падіння світлового променя 28 на поверхні управління 34, на підставі чого можна визначити відхилення від прямоти вимірюваної поверхні. Вимірювальні модулі можуть переміщатися по вимірюваній поверхні, що дозволяє зміряти всю її площу.

Відповідно до форми виконання винаходу поверхня управління може бути оснащена декількома, як правило, розподіленими по поверхні управління залежно від поля зображення, двомірними оптичними кодами, наприклад кодами ОРЕ, нанесеними на поверхню управління і службовцями для кодування інформації/даних про поверхню управління або про вимірювальні модулі, оснащеними поверхнею управління. Мова тут може йти, наприклад, про серійний номер вимірювального модуля, габаритах поверхні управління по напрямах Х і М (наприклад, в мм), коефіцієнтах корекції, що мають відношення до точності або до погрішностей друкуючого пристрою, використовуваного для нанесення на поверхню управління (наприклад, подовження або стиснення по напрямах Х і М) до кількості код на поверхні управління, до положення відповідних кодів в полі зображення (помер рядка, помер колонки), а також до відстані тим часом або іншим кодом і початком координат поверхні управління (наприклад, в нт).

Окремі коди можуть розташовуватися, межуючись один з одним, що дозволяє покрити всю поверхню управління, як показано, наприклад на Фіг. 9, де зображено 4 коди: бОА, 608, 60С, 600, Кількість і роздільна здатність кодів повинні бути оптимізовані відповідно до роздільної здатності друкуючого пристрою і камери. Замість кодів ОА можна використовувати інші пропрієтарні графічні коди.

Наявність графічних кодів на поверхні управління має наступні переваги: Не обов'язково фотографувати всю поверхню відбивача разом із захисним контуром, що полегшує роботу користувача. Існує можливість реконструкції кодів в цілях створення необхідного зображення, що забезпечує достатню кількість точок для лінеаризації зображення поверхні управління (внутрішні і зовнішні параметри). Завдяки певним маркам, коди на поверхні управління можуть бути ідентифіковані як такі. Можлива вища точність при визначенні позиції падіння. Може бути проведена корекція поверхні управління з урахуванням точності використовуваного для нанесення друкуючого пристрою.

Claims (33)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Пристрій для визначення положення першого механічного елемента (10, 156) і другого механічного елемента (12, 154) відносно один одного, що містить перший вимірювальний модуль (14, 114, 214) що встановлений на першому механічному елементі, і другий вимірювальний модуль (18, 118, 218), що встановлений на другому механічному елементі, а також блок обробки результатів вимірювання (22), причому перший вимірювальний модуль оснащений засобами (24, 124, 224) для формування світлового пучка (28, 128, 228), при цьому другий вимірювальний модуль містить поверхню управління (34, 134, 234) для розсіювання падаючого на поверхню управління світла, камеру (36), а також засоби для відображення поверхні управління на камеру, причому поверхня управління звернена до першого вимірювального модуля, якщо вимірювальні модулі розміщені на відповідних механічних елементах так, щоб на них падав світловий пучок, при цьому на підставі графічних даних, що передані камерою, блок обробки результатів вимірювання виконаний з можливістю визначення на поверхні управління точки падіння світлового пучка, посланого першим вимірювальним модулем, та виходячи з цього визначити положення першого і другого механічних елементів відносно один одного, Зо причому камера направлена на сторону поверхні управління, звернену до першого вимірювального модуля.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що камера (36) зміщена у бік відносно поверхні управління (34, 134, 234).

З. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що камера (36) перекинута у бік відносно поверхні управління (34, 134, 234).

4. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що другий вимірювальний модуль (18, 118, 218) оснащений засобами для знімного закріплення камери (36).

5. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що засоби відображення поверхні управління (34, 134, 234) на камеру (36) представлені об'єктивом з фіксованим фокусом відстані.

б. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що камера (36) оснащена засобами для освітлення поверхні управління (34, 134, 234).

7. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що камера (36) вмонтована на захисній ширмі, що створює екрануючий пристрій для розсіяного світла.

8. Пристрій для визначення положення першого механічного елемента (10, 156) ії другого механічного елемента (12, 154) відносно один одного, що містить перший вимірювальний модуль (14, 114, 214), що встановлений на першому механічному елементі, і другий вимірювальний модуль (18, 118, 218), що встановлений на другому механічному елементі, а також камеру (36) і блок обробки результатів (22), причому перший вимірювальний модуль оснащений засобами (24, 124, 224) для формування світлового пучка (28, 128, 228), при цьому другий вимірювальний модуль містить поверхню управління (34, 134, 234) для розсіювання падаючого на поверхню управління світла, причому поверхня управління звернена до першого вимірювального модуля, якщо вимірювальні модулі розміщені на відповідних механічних елементах так, щоб на них падав світловий пучок, при цьому камера виконана з можливістю руху відносно обох вимірювальних модулів і оснащена засобами для відображення поверхні управління на камеру, при цьому на підставі графічних даних, що передані камерою, блок обробки результатів бо вимірювання виконаний з можливістю визначення на поверхні управління точки падіння світлового пучка, посланого першим вимірювальним модулем, та виходячи з цього визначити положення першого і другого механічних елементів відносно один одного, і причому камера виконана з можливістю направлення на сторону поверхні управління, звернену до першого вимірювального модуля.

9. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що поверхня управління (34, 134, 234) оснащена оптичними марками (50).

10. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що блок обробки результатів вимірювання (22) виконаний з можливістю проведення корекції графічних зображень, що передані камерою, з урахуванням її перекинутого положення відносно до поверхні управління (34, 134, 234).

11. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що поверхня управління (34, 134, 234) є в основному рівною.

12. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що другий вимірювальний модуль (18, 118, 218) має заднє підсвічування (25) для поверхні управління (34, 134, 234).

13. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що як камера (36) виступає смартфон.

14. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що як перший механічний елемент виступає перший вал (10), а як другий механічний елемент виступає другий вал (12), причому вимірювальний модуль (14) розташований на периферійній поверхні першого вала, а другий вимірювальний модуль (18) розташований на периферійній поверхні другого вала.

15. Пристрій за п. 14, який відрізняється тим, що на підставі графічних даних, записаних при різних положеннях куга повороту валів (10 ї 12), блок обробки результатів виконаний з можливістю визначення кутового зсуву, а також вертикального і горизонтального зсувів валів.

16. Пристрій за п. 14 або 15, який відрізняється тим, що камера (36) містить інклінометр (29).

17. Пристрій за будь-яким з пп. 1-13, який відрізняється тим, що засоби (214) для формування світлового пучка (228) виконані з можливістю формування світлового пучка, що обертається навколо вертикальної осі (7), в горизонтальній площині. Зо

18. Пристрій за п. 17, який відрізняється тим, що на підставі графічних даних блок обробки результатів вимірювання (22) виконаний з можливістю визначення відмінностей в рівні по вертикалі між першим і другим механічними елементами.

19. Пристрій за будь-яким з пп. 1-13, який відрізняється тим, що перший (14, 114, 214) і/або другий (18, 118, 218) вимірювальний модуль виконані для переміщення вздовж кромки або поверхні першого або другого механічного елемента, і причому блок обробки результатів виконаний так, що дозволяє за допомогою графічних даних, отриманих на підставі різних положень вимірювальних модулів вздовж кромки або поверхні, визначити прямолінійність кромки або поверхні першого або другого механічного елемента.

20. Пристрій за будь-яким з пп. 1-13, який відрізняється тим, що другий механічний елемент містить увігнуту циліндрову поверхню тіла (158), причому другий вимірювальний модуль (218) призначений для переміщення по окружному напряму поверхні тіла для отримання графічних даних в різних положеннях кута повороту другого вимірювального модуля, і причому блок обробки результатів (22) виконаний так, що дозволяє на підставі графічних даних визначити кутовий зсув, а також вертикальний і горизонтальний зсуви поверхні тіла відносно основного напряму, заданого світловим пучком (228).

21. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що поверхня управління (34, 134, 234) виконана непрозорою для світлового пучка (28, 128, 228).

22. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що поверхня управління (34, 134, 234) оснащена декількома розподіленими по поверхні управління графічними кодами (60А, 6ОВ, 6ОС, 600), які служать для кодування даних, що мають відношення до поверхні управління і/або до вимірювального модуля, оснащеного поверхнею управління.

23. Спосіб визначення положення першого механічного елемента (10, 156) і другого механічного елемента (12, 154) відносно один одного, причому перший вимірювальний модуль (14, 114, 214) розташовують на першому механічному елементі, а другий вимірювальний модуль (18, 118, 218) розташовують на другому механічному елементі, формують за допомогою першого вимірювального модуля світловий пучок (28, 128, 228) і направляють на поверхню управління другого вимірювального модуля,

проводять позиціонування камери (36) і запис щонайменше одного зображення поверхні управління, і оцінюють щонайменше одне зображення, що дозволяє визначити на поверхні управління точку падіння (РУ) світлового пучка, відбитого системою відбивачів, і на підставі цього визначають положення першого і другого механічних елементів відносно один одного.

24. Спосіб за п. 23, який відрізняється тим, що камеру (36) направляють на звернену до першого вимірювального модуля (14, 114, 214) сторону поверхні управління (34, 134, 234).

25. Спосіб за п. 23, який відрізняється тим, що поверхню управління (34, 134, 234) виконують у вигляді матової пластинки, і камеру (36) направляють на віддалену від першого вимірювального модуля (14, 114, 214) сторону матової пластинки (34, 134, 234).

26. Спосіб визначення положення першого механічного елемента (10, 156) і другого механічного елемента (12, 154) відносно один одного, причому перший вимірювальний модуль (14, 114, 214) встановлюють на перший механічний елемент, а другий вимірювальний модуль (18, 118, 218) встановлюють на другий механічний елемент, за допомогою першого вимірювального модуля формують світловий пучок (28, 128, 228) і направляють його на звернену до першого вимірювального модуля сторону поверхні управління (34, 134. 234) другого вимірювального модуля, за допомогою камери (36), розташованої на другому вимірювальному модулі і направленої на поверхню управління, записують щонайменше одне зображення поверхні управління, і проводять оцінку щонайменше одного зображення, що дозволяє визначити на поверхні управління точку падіння (РУ, АТ, А2, АЗ; А4) світлового пучка, і на підставі цього визначають положення першого і другого механічних елементів відносно один одного.

27. Спосіб за п. 26, який відрізняється тим, що світловий пучок (228), що обертається навколо вертикальної осі (7), формують в горизонтальній площині, та на підставі графічних даних визначають різницю рівня по вертикалі між першим і другим механічними елементами.

28. Спосіб за п. 27, який відрізняється тим, що камера (36) працює в режимі, що дозволяє записувати через рівні проміжки часу зображення поверхні управління, причому оцінці піддають лише ті зображення, у яких точка падіння (АЗ) світлового пучка лежить в заданому діапазоні (237) поверхні управління. Зо

29. Спосіб за п. 27, який відрізняється тим, що камера (36) має функцію тригера, що дозволяє камері записувати зображення поверхні управління (234) лише в тих випадках, коли точка падіння (АЗ) світлового променя (228) лежить в заданому діапазоні (237) поверхні управління.

30. Спосіб за пп. 27-29, який відрізняється тим, що камера (36) пов'язана з першим вимірювальним модулем (214) за допомогою безпровідного каналу передачі даних, що забезпечує передачу з першого вимірювального модуля на камеру (36) даних про частоту обертання і кут повороту.

З1. Спосіб за п. 30, який відрізняється тим, що камера (36) може управляти частотою обертання світлового пучка за допомогою безпровідного каналу передачі даних.

32. Спосіб за п. 31, який відрізняється тим, що камера (36) записує зображення з певною кадровою частотою, а частота обертання каналу передачі даних від камери настроєна так, що два із записаних зображень показують найбільш зміщені відносно один одного в горизонтальному напрямі точки падіння (Ат, Аг) світлового пучка на поверхню управління, причому визначають горизонтальну відстань між двома точками падіння, а на підставі кадрової частоти, частоти обертання і горизонтальної відстані між обома точками падіння обчислюють відстань між другим вимірювальним модулем і першим вимірювальним модулем.

33. Спосіб за п. 30, який відрізняється тим, що на підставі зображення з камери (36), при якому точка падіння світлового пучка (228) представлена в змазаному вигляді, визначають горизонтальну протяжність змазання, і на підставі цього за допомогою часу освітлення зображення і частоти обертання світлового променя обчислюють відстань між другим вимірювальним модулем (218) і першим вимірювальним модулем (214).