| US9412189B2 | 2016-08-09 | |||
| US20120256901A1 | 2012-10-11 | |||
| US7372558B2 | 2008-05-13 | |||
| US20090225333A1 | 2009-09-10 | |||
| US7899598B2 | 2011-03-01 | |||
| US8896844B2 | 2014-11-25 | |||
| US9412189B2 | 2016-08-09 |
| ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ контроля формы труднодоступной поверхности детали с использованием системы контроля, заключающийся в том, что осуществляют подсветку белым светом посредством источника белого света, установленного в системе контроля с обеспечением навигации по траектории доставки исполнительной части системы контроля, и доставку к труднодоступной детали оборудования исполнительной части системы контроля, снабженной миниатюрной стереокамерой, при этом производят передачу излучения белого света по оптоволокну белого света, на выходе из оптоволокна белого света располагают первую линзу для формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля, после завершения доставки исполнительной части системы контроля осуществляют выключение или приглушение белого света и формирование лазерного излучения, передаваемого по оптоволокну лазерного светового потока, при этом на выходе из волокна лазерного светового потока располагают вторую линзу с обеспечением сходимости лазерного потока, с использованием дифракционного оптического элемента, расположенного на расстоянии от второй линзы, обеспечивающим заданную ширину пучка лазерного светового потока, формируют на труднодоступной поверхности детали изображение с мелкими лазерными пятнами интенсивности с обеспечением получения стереоскопического изображения труднодоступной поверхности детали с использованием миниатюрной оптической стереоскопической камеры при проецировании на труднодоступную поверхность детали лазерного изображения с мелкими пятнами интенсивности, полученное стереоскопическое изображение передают в обрабатывающий микроконтроллерный блок, с использованием средств обработки данных микроконтроллерного блока производят восстановление трехмерной труднодоступной поверхности, при этом используют лазерные пятна интенсивности на паре плоских изображений, для 14 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) автоматической идентификации одинаковых точек пространства объектов на стереоизображениях с заданной степенью достоверности. 2. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что обеспечивают доставку к детали оборудования, расположенной внутри оборудования. 3. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что получают стереоизображения с различных ракурсов, и обеспечивают трехмерное восстановление труднодоступной поверхности для различных ракурсов и дополнительное трехмерное восстановление труднодоступной поверхности детали путем совмещения трехмерных моделей, соответствующих парам плоских изображений, полученных с различных ракурсов. 4. Способ по пункту 1 или 2, отличающийся тем, что для выявления несплошностей труднодоступной поверхности детали производят сравнение трехмерной модели, полученной по результатам восстановления с эталонной моделью и, для выявленных несплошностей определяют геометрические параметры несплошности, в частности - площади, длины и ширины и глубины. 5. Способ по пункту 1 или 2, производят сравнение трехмерной модели, полученной по результатам измерений с эталонной моделью и при наличии расхождений определяют величину расхождений: величину износа, эррозионные повреждения, потерю толщины детали, искривление формы, деформация, поверхностные дефекты, отсутствие или частичный обрыв отдельных элементов конструкции, отслоение, излом, прогар, разрушение, наличие коррозионных повреждений, наличие отложений. 6. Способ по пункту 1 или 2, отличающийся тем, что для перемещающейся детали измеряют период перемещения детали относительно исполнительной части системы контроля и осуществляют импульсную подсветку изделия лазерным излучением с установленными периодом следования и длительностью импульсов лазерного излучения с обеспечением избегания смазывания на изображении стереопар. 15 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 7. Способ по пункту 1 или 2, отличающийся тем, что обеспечивают артикуляцию исполнительной части системы контроля с использованием механической передачи перемещения органов управления к исполнительной части системы контроля, при этом механическая передача обеспечивается тросами, выполненными с возможностью передачи углового перемещения исполнительной части системы контроля в двух взаимноортогональных направлениях. 8. Устройство для контроля формы труднодоступной поверхности детали, содержащее измерительную головку, прикрепленную к гибкому или жесткому средству доставки, линии питания и передачи данных, а также оптоволокно белого света и оптоволокно лазерного светового потока, при этом, на входе оптоволокна белого света размещен управляемый источник белого света, на входе оптоволокна лазерного потока размещен управляемый источник лазерного излучения, на выходе оптоволокна белого света, расположена первая линза, размещенная в измерительной головке, выполненная с возможностью формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля, на выходе оптоволокна лазерного излучения расположена вторая линза, размещенная в измерительной головке, выполненная с возможностью обеспечения сходимости лазерного потока, а также расположенного на расстоянии от второй линзы, обеспечивающего заданную ширину пучка лазерного светового потока, дифракционного оптического элемента, выполненного с возможностью формирования на труднодоступной поверхности детали изображение с мелкими лазерными пятнами интенсивности, в измерительной головке также размещена миниатюрная оптическая стереоскопическая камера с обеспечением получения стереоскопического изображения труднодоступной поверхности детали с использованием при проецировании на труднодоступную поверхность детали лазерного изображения с мелкими пятнами интенсивности, и обрабатывающий микроконтроллерный блок, выполненный с возможностью восстановления трехмерной труднодоступной поверхности 16 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) по изображению со стереокамеры с использованием лазерных пятен интенсивности на паре плоских изображений для автоматической идентификации одинаковых точек пространства объектов на стереоизображениях с заданной степенью достоверности. 9. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что через полость внутри гибкого средства доставки проходят тросы, предназначенные для перемещения подвижной части измерительной головки в двух взаимноортогональных направлениях относительно гибкого средства доставки. 10. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что оно содержит блок управления тросами, выполненный с возможностью обеспечения артикуляции измерительной головки при механической передаче к измерительной головке перемещения органов управления блока управления тросами. 11. Устройство по пункту 8 или 9, отличающееся тем, что в измерительной головке размещена камера с двумя или более оптическими каналами. 12. Устройство по пункту 8 или 9, отличающееся тем, что два оптических канала стереокамеры сдвинуты в пространстве по направлению к друг другу, таким образом, что оптические оси указанных каналов имеют между собой острый угол, с целью приближения стереоскопической области к измерительной головке устройства. 13. Устройство по пункту 8 или 9, отличающееся тем, что в измерительной головке размещены два оптических световода с объективами, изображение с которых передается на две камеры, расположенные снаружи рабочего тела устройства, с целью применения быстродействующих камер, которые не могут быть установлены в измерительную головку устройства из- за габаритных размеров. 14. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что содержит дополнительное волокно для передачи лазерного излучения и 17 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) дополнительный источник лазерного излучения, отличающийся по длине волны от первого, при этом лазерное излучение передается по волокну, имеющему на выходе линзу и дифракционный оптический элемент, создающий на поверхности объекта пятна интенсивности с шагом, таким что среднее расстояние между пятнами больше, чем от первого источника лазерного излучения. 15. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что поле зрения камеры и потоков света направлены под углом к оси измерительной головки, имеющим величину 90 градусов, для изменения направления белого света и лазерного излучения используются оптические призмы или зеркала, для изменения направления визирования стерео или трехканальной камеры применяется поворот оптической оси камер или оптическая призма, либо зеркало. 16. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что устройство включает несколько измерительных головок, находящихся между собой на определенном расстоянии, что используется для оперативного получения изображения протяженного объекта. 17. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что дифракционный элемент создает на поверхности объекта матрицу из квадратов определенной размерности, при этом каждый квадрат имеет уникальный набор лазерных пятен, не повторяющийся в других квадратах, что упрощает обработку полученных изображений и позволяет проводить идентификацию одних и тех же точек пространства объектов на изображениях стерео или трехканальной камеры с большей достоверностью без участия человека. 18. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что оно снабжено узлом подачи зонда, выполненным, например в виде ролика, управляемого электрическим сигналом, который приведен в контакт с внешней оболочкой исполнительной части устройства, и при подаче сигнала исполнительная часть устройства может поступательно перемещаться по направлению вперед/назад посредством вращения ролика. 18 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 19. Устройство по пункту 9 или 18, отличающееся тем, что перемещение тросов артикуляции выполняется приводами путем подачи на них управляющих сигналов, сигналы генерируются при нажатии оператором на органы управления устройством, 20. Устройство по пункту 9 или 18, отличающееся тем, что артикуляция или подача зонда происходит автоматически, без непосредственных воздействий оператора, путем активирования специальной последовательности сигналов, и подачи их на управляющие приводы, передвигая исполнительную часть устройства по заранее заданной траектории. 21. Устройство по пункту 19, отличающееся тем, что артикуляция или подача зонда происходит автоматически, без непосредственных воздействий оператора, путем активирования специальной последовательности сигналов, и подачи их на управляющие приводы, передвигая исполнительную часть устройства по заранее заданной траектории. 22. Устройство по п.8, отличающееся тем, что отсутствует источник белого света и волокно белого света, при этом навигации осуществляется автоматически по заданной траектории или при свете лазера. 23. Устройство по п.8, отличающееся тем, что вместо волокна белого света для создания подсветки на исполнительной части системы установлены миниатюрные светодиоды белого или иного спектра. 24. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что для детектирования посторонних веществ на объекте контроля на объект направляется белый свет, который при взаимодействии с объектом частично отражается и по энергии отраженного света в узких спектральных интервалах судят о наличии того или иного постороннего вещества на объекте контроля, включая, но не ограничиваясь выполняют обнаружение отложений, солей, масла, продуктов горения. 25. Способ по пункту 24, отличающийся тем, что для получения информации о концентрации постороннего вещества на объекте контроля 19 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) измеряют энергию оптического потока, приходящегося на спектральный интервал отражения посторонних веществ. 26. Способ по пункту 24 или 25, отличающийся тем что на объект контроля направляется свет в узком спектральном интервале, который фиксируют после взаимодействия с посторонним веществом на объекте контроля и по величине оптического потока после взаимодействия с объектом и/или объектом и посторонним веществом судят о наличии постороннего вещества и о его концентрации. 27. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что перед камерой установлен оптический фильтр, имеющий полосу пропускания света в узком спектральном интервале, который соответствует спектру отражения после взаимодействия света с веществом, находящимся на объекте контроля и подвергающийся обнаружению. 28. Устройство по пункту 27, отличающееся тем, что перед камерой устанавливается набор сменных оптических фильтров, которые позволяют варьировать спектральный интервал полученного сигнала. 29. Устройство по пункту 27, отличающееся тем, что перед камерой устанавливается акустооптический фильтр, выполняющий функцию оптического фильтра, с переменным спектральным интервалом пропускания. 30. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что после источника белого света установлен оптический фильтр, имеющий полосу пропускания света в узком спектральном интервале, который соответствует спектру отражения после взаимодействия света с веществом, находящимся на объекте контроля и подвергающийся обнаружению. 31. Устройство по пункту 30, отличающееся тем, что после источника белого света устанавливается набор сменных оптических фильтров, которые позволяют варьировать спектральный интервал полученного сигнала. 32. Устройство по пункту 30, отличающееся тем, что после источника белого света устанавливается акустооптический фильтр, выполняющий 20 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) функцию оптического фильтра, с переменным спектральным интервалом пропускания. 33. Устройство по пункту 8 или 9 или 14 или 15 или 16 или 17 или 18 или 21 или 22 или 23 или 24 или 24 или 27 или 28 или 29 или 30 или 31 или 32, отличающееся тем, что внутри исполнительной части устройства находится инструментальный канал, который может содержать вспомогательные устройства для захвата предметов или проведения операций над ними. 34. Устройство по пункту 8 или 9 или 14 или 15 или 16 или 17 или 18 или 21 или 22 или 23 или 27 или 28 или 29 или 30 или 31 или 32, отличающееся тем, что используются сменные дифракционные оптические элементы с различной плоскостью фокусировки проецируемого изображения, таким образом четкое изображение проецируемого лазерного изображения осуществляется на различных удалениях от торца исполнительной части системы. 35. 8 или 9 или 14 или 15 или 16 или 17 или 18 или 21 или 22 или 23 или 27 или 28 или 29 или 30 или 31 или 32, отличающееся тем, что используется дифракционный оптический элемент с функцией мультифокусности, таким образом четкое изображение проецируемого лазерного изображения осуществляется на различных заранее заданных удалениях от торца исполнительной части системы без замены дифракционных элементов. 36. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что используется дифракционный оптический элемент с функцией мультифокусности, причем для каждой плоскости фокусировки создается различное и отличимое изображение, таким образом при наличии четкого изображения проецируемого лазерного пэттерна можно по виду изображения провести дифференциацию, расстояния из заранее заданных наборов расстояний, на котором находится поверхность контролируемого объекта от торца исполнительной части устройства. 21 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 37. Способ контроля формы поверхности детали с использованием системы контроля, заключающийся в том, что осуществляют подсветку светом посредством источника света, установленного в системе контроля с обеспечением навигации по траектории доставки исполнительной части системы контроля, и доставку к детали оборудования исполнительной части системы контроля, снабженной миниатюрной видеокамерой при этом производят передачу излучения по оптоволокну, на выходе из оптоволокна располагают линзы, в том числе опционально для формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля, обеспечивают получение видеоизображения поверхности детали с использованием видеокамеры, полученное видеоизображение передают в обрабатывающий микроконтроллерный блок, с использованием средств обработки данных микроконтроллерного блока производят фиксацию видеоизображения, поток видеоизображения подвергаются обработке, с целью выявления граней и поверхностей, формируется матрица проекций, по которой анализируя последовательность во времени или последовательность в различных положениях исполнительной части устройства в пространстве, выполняют нахождение ЗБ-формы исследуемых объектов, анализ отклонений фактических проекций от эталона, нахождение дефектов, обнаружение деталей по заданному эталону и анализ отклонений 3 D-формы от эталона. 38. Устройство для контроля формы труднодоступной поверхности детали, содержащее измерительную головку, прикрепленную к гибкому или жесткому средству доставки, линии питания и передачи данных, а также оптоволокно белого света, при этом, на входе оптоволокна белого света размещен управляемый источник белого света, на выходе оптоволокна белого света, расположена линза, размещенная в измерительной головке, выполненная с возможностью формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля, в измерительной головке также размещена миниатюрная оптическая видеокамера с обеспечением получения видеоизображения труднодоступной поверхности детали, и обрабатывающий 22 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) микроконтроллерный блок, выполненный с возможностью фиксации видеоизображения, обработки потока видеоизображения подвергаются, с целью выявления граней и поверхностей, формирования матрицы проекций, по которой анализируя последовательность во времени или последовательность в различных положениях исполнительной части устройства в пространстве, выполняют нахождение 3 D-формы исследуемых объектов, анализ отклонений фактических проекций от эталона, нахождение дефектов, обнаружение деталей по заданному эталону и анализ отклонений ЗБ-формы от эталона. 23 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) |
ДЕТАЛЕЙ
Группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам контроля формы труднодоступных деталей и объектов, и может быть использовано в энергетике, транспорте, машиностроении, медицине и в других областях для измерения геометрических параметров объектов.
Из уровня техники известны следующие решения.
Известен высокоскоростной трёхмерный способ оптического измерения геометрического размера изготавливаемых деталей (см. патент US 8896844, опубл. 25.11.2014), включающий в себя последовательную подачу деталей так, чтобы движение деталей на пути к точке видеорегистрации, на которой каждая деталь имеет заданное положение и ориентацию для оптического измерения каждой детали, имеющей внешнюю концевую поверхность и внутреннюю концевую поверхность на первом торце детали, при этом корпус каждой детали имеет карман для удержания детали, располагающийся между концевыми поверхностями, проектирование линии излучения, имеющей заданную ориентацию на концевые поверхности, чтобы получить изображения отраженного света от границ детали в виде линий, прямого отражения от концевых поверхностей детали, обнаружение отраженных линий излучения на одну или более плоскостей изображения, чтобы получить электрические сигналы, и обработку электрических сигналов для получения геометрического размера.
Недостатком описанного решения является необходимость поддержания постоянного расстояния и заданного положения между излучателем, изучаемым объектом и устройством фиксации, что недостижимо при осуществлении доступа во внутренние полости технологических объектов по сложной пространственной траектории, а так же невозможность указанного
1
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) изобретения контроля объектов другой формы (в изобретении контролируют гильзы и используют смесь белого света для контроля торцов и лазера для контроля цилиндрической части гильзы).
Известен способ для автоматического обнаружения известного параметра измеряемого объекта на исследуемом объекта с использованием системы видеоконтроля, выбранный в качестве прототипа (см. патент US 9412189, опубл. 09.08.2016), включающий в себя отображение на дисплее исследуемого объекта, обнаружение известного параметра измеряемого объекта на исследуемом объекте с использованием центрального процессора, отображение на дисплее набора доступных типов измерений, содержащий тип измерения, связанный с обнаруженным известным параметром измеряемого объекта с использованием центрального процессора, получение выбора типа измерения, связанного с обнаруженным известным параметром измеряемого объекта, автоматическое позиционирование множества маркеров измерения на изображении на дисплее с использованием центрального процессора, причём позиции множества маркеров измерения основаны на выбранном типе измерения, связанного с обнаруженным известным параметром измеряемого объекта, и отображение на дисплее величины параметра измеряемого объекта, рассчитанного центральным процессором с использованием позиций множества маркеров измерений. Недостатком указанного изобретения является необходимость последовательного проецирования на объект трех изображений различной конфигурации, что осложняет обработку и снижает производительность контроля и не позволяет проводить контроль вращающихся или движущихся элементов (вращающихся со скоростью более 2 об/мин).
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности и производительности контроля формы труднодоступных деталей, а также в осуществлении возможности
2
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) контроля вращающихся и движущихся объектов и измерения геометрических параметров формы объекта, в частности несплошностей.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности, достоверности и производительности выполнения измерений, относящихся к определению формы и дефектов деталей, установленных в полостях, а также формы внутренних полостей изделий и поверхностных несплошностей. Кроме этого, изобретение может быть использовано и для контроля внешней формы изделий, в том числе, вращающихся изделий или изделий, совершающих периодические перемещения.
Технический результат, достигаемый при реализации способа достигается за счет того, что в способе определения формы изделия осуществляют подсветку белым светом посредством источника белого света, установленного в системе контроля, с обеспечением навигации по траектории доставки исполнительной части системы контроля и доставку к труднодоступной детали оборудования исполнительной части системы контроля, снабженной миниатюрной стереокамерой, при этом производят передачу излучения белого света по оптоволокну белого света, на выходе из оптоволокна белого света располагают первую линзу для формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля, после завершения доставки исполнительной части системы контроля осуществляют выключение или приглушение белого света и формирование лазерного излучения, передаваемого по оптоволокну лазерного светового потока, при этом на выходе из волокна лазерного светового потока располагают вторую линзу с обеспечением сходимости лазерного потока, обеспечивающей заданную ширину пучка лазерного светового потока, с использованием дифракционного оптического элемента, расположенного на расстоянии от второй линзы, формируют на труднодоступной поверхности детали изображение с мелкими лазерными пятнами интенсивности с обеспечением з
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) получения стереоскопического изображения труднодоступной поверхности детали с использованием миниатюрной оптической стереоскопической камеры при проецировании на труднодоступную поверхность детали лазерного изображения с мелкими пятнами интенсивности, полученное стереоскопическое изображение передают в обрабатывающий микроконтроллерный блок, с использованием средств обработки данных микроконтроллерного блока производят восстановление трехмерной труднодоступной поверхности, при этом используют лазерные пятна интенсивности на паре плоских изображений, для автоматической идентификации одинаковых точек пространства объектов на стереоизображениях с заданной степенью достоверности.
В частном случае реализации способа обеспечивают доставку к детали оборудования, расположенной внутри оборудования.
В частном случае реализации способа получают стереоизображения с различных ракурсов, и обеспечивают трехмерное восстановление труднодоступной поверхности для различных ракурсов и дополнительное трехмерное восстановление труднодоступной поверхности детали путем совмещения трехмерных моделей, соответствующих парам плоских изображений, полученных с различных ракурсов.
В частном случае реализации способа для выявления несплошностей труднодоступной поверхности детали производят сравнение трехмерной модели, полученной по результатам восстановления с эталонной моделью и, для выявленных несплошностей определяют геометрические параметры несплошности, в частности - площади, длины и ширины и глубины.
В частном случае реализации способа производят сравнение трехмерной модели, полученной по результатам моделирования с эталонной моделью и при наличии расхождений определяют износ или потерю толщины детали, соответствующие значению расхождений.
4
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) В частном случае реализации способа для перемещающейся детали измеряют период вращения или скорость перемещения детали относительно исполнительной части системы контроля и осуществляют импульсную подсветку изделия лазерным излучением с установленными периодом следования и длительностью импульсов лазерного излучения с обеспечением избегания смазывания на изображении стереопар.
В частном случае реализации способа обеспечивают артикуляцию исполнительной части системы контроля с использованием механической передачи перемещения органов управления к исполнительной части системы контроля, при этом механическая передача обеспечивается тросами, выполненными с возможностью передачи углового перемещения исполнительной части системы контроля в двух взаимноортогональных направлениях.
Заявленный технический результат также достигается за счет конструкции устройства для контроля формы труднодоступных деталей, содержащего измерительную головку, прикрепленную к гибкому средству доставки, линии питания и передачи данных, а также оптоволокно белого света и оптоволокно лазерного светового потока, при этом, на входе оптоволокна белого света размещен управляемый источник белого света, на входе оптоволокна лазерного потока размещен управляемый источник лазерного излучения, на выходе оптоволокна белого света, расположена первая линза, размещенная в измерительной головке, выполненная с возможностью формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля, на выходе оптоволокна лазерного излучения расположена вторая линза, размещенная в измерительной головке, выполненная с возможностью обеспечения сходимости лазерного потока, обеспечивающей заданную ширину пучка лазерного светового потока, а также расположенный на расстоянии от второй линзы дифракционный оптический элемента выполненный с возможностью формирования на труднодоступной
5
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) поверхности детали изображение с мелкими лазерными пятнами интенсивности, в измерительной головке также размещена миниатюрная оптическая стереоскопическая камера с обеспечением получения стереоскопического изображения труднодоступной поверхности детали с использованием при проецировании на труднодоступную поверхность детали лазерного изображения с мелкими пятнами интенсивности, и обрабатывающий микроконтроллерный блок, выполненный с возможностью восстановления трехмерной труднодоступной поверхности по изображению со стереокамеры с использованием лазерных пятен интенсивности на паре плоских изображений для автоматической идентификации одинаковых точек пространства объектов на стереоизображениях с заданной степенью достоверности.
В частном случае реализации изобретения через полость внутри гибкого средства доставки проходят тросы, предназначенные для перемещения подвижной части измерительной головки в двух взаимноортогональных направлениях относительно гибкого средства доставки.
В частном случае реализации изобретения устройство содержит блок управления тросами, выполненный с возможностью обеспечения артикуляции измерительной головки при механической передаче к измерительной головке перемещения органов управления блока управления тросами.
Далее решение поясняется ссылками на фигуру, на которой приведена схема устройства для контроля формы труднодоступных деталей.
Устройство содержит измерительную головку, прикрепленную к гибкому средству доставки, через полость внутри которого проходят тросы 7, предназначенные для перемещения подвижной части измерительной головки в двух взаимноортогональных направлениях относительно гибкого средства доставки, линии питания 13 и передачи видео- данных 14.
6
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Оптическое волокно для передачи белого 12 света и линзы для белого света, а также блок освещения 2 белого света составляют канал освещения белого света. Оптическое волокно для передачи лазера 11, дифракционный оптический элемент (ДОЭ) 9, линза для лазерной подсветки 10 и лазерный осветитель 3, работающий в импульсном или непрерывном режиме составляют канал структурированной лазерной подсветки. Тросы артикуляции 7 и пульт управления 5 артикуляцией составляют систему артикуляции.
Освещаемый лазерным излучением дифракционный элемент создает на поверхности объекта изображение множества мелких лазерных пятен, что упрощает обработку полученных изображений и позволяет проводить идентификацию одних и тех же точек пространства объектов на изображениях стерео или трехканальной камеры без участия человека.
Блок освещения состоит из источника белого света и полупроводникового лазера. Световые потоки лазера и лампы белого света направляются в раздельные оптические волокна. На входе оптоволокна белого света 12 размещен управляемый источник белого света 2, на входе оптоволокна лазерного потока 11 размещен управляемый источник лазерного излучения 3. На выходе оптоволокна белого света 12 расположена первая линза 8, размещенная в измерительной головке для придания световому потоку необходимую направленность.
Линза 8 выполнена с возможностью формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля. На выходе оптоволокна лазерного излучения расположена вторая линза 10, размещенная в измерительной головке, выполненная с возможностью обеспечения необходимой сходимости лазерного потока, обеспечивающей заданную ширину пучка лазерного светового потока, а также расположенный на обеспечивающем требуемую ширину пучка расстоянии от второй линзы 10 дифракционный оптический элемент (ДОЭ) 9, выполненный с возможностью
7
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) формирования на труднодоступной поверхности детали изображение с мелкими лазерными пятнами интенсивности.
В измерительной головке также размещена миниатюрная оптическая стереоскопическая камера 1 с обеспечением получения стереоскопического изображения труднодоступной поверхности детали с использованием при проецировании на труднодоступную поверхность детали лазерного изображения с мелкими пятнами интенсивности. Стереокамера состоит из двух видеокамер, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, которые могут иметь два отдельных объектива, две отдельные видеоматрицы, блок получения и передачи сигналов (может быть общий или раздельный для каждой камеры), проводов для передачи полученного сигнала видеоизображения по гибкому средству доставки. Также камеры могут иметь один объектив, и одну видеоматрицу, с искусственным разделением двух оптических потоков с помощью оптической системы, например - бипризмы.
Два оптических канала стереокамеры могут быть сдвинуты в пространстве по направлению к друг другу, таким образом, что оптические оси указанных каналов имеют между собой острый угол, с целью приближения стереоскопической области к измерительной головке устройства.
Вместо стереокамеры может использоваться камера с двумя или более оптическими каналами.
Также вместо камеры могут использоваться два оптических световода с объективами, изображение с который передается на две камеры, расположенные снаружи рабочего тела устройства, с целью применения быстродействующих камер, которые не могут быть установлена в измерительную головку устройства из-за габаритных размеров.
Устройство также может содержать дополнительное волокно для передачи лазерного излучения и дополнительный источник лазерного излучения, отличающийся по длине волны от первого, при этом лазерное
8
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) излучение передается по волокну, имеющему на выходе линзу и дифракционный оптический элемент, создающий на поверхности объекта пятна интенсивности с шагом, таким что среднее расстояние между пятнами больше, чем от первого источника лазерного излучения, что позволяет в каждой отдельной области поверхности объекта получить уникальное изображение и проводить идентификацию одних и тех же точек пространства объектов на изображениях стерео или трехканальной камеры с большей достоверностью без участия человека.
В частном случае поле зрения камеры и потоков света направлены не параллельно оси измерительной головки, а под углом, в наиболее часто используемом случае, имеющим величину 90 градусов, для изменения направления белого света и лазерного излучения используются оптические призмы или зеркала, для изменения направления визирования стерео или трехканальной камеры применяется поворот оптической оси камер или оптическая призма, либо зеркало.
В частном случае реализации изобретения дифракционный элемент создает на поверхности объекта матрицу из квадратов определенной размерности, при этом каждый квадрат имеет уникальный набор лазерных пятен, не повторяющийся в других квадратах, что упрощает обработку полученных изображений и позволяет проводить идентификацию одних и тех же точек пространства объектов на изображениях стерео или трехканальной камеры с большей достоверностью без участия человека.
Устройство в частном случае реализации включает несколько измерительных головок, находящихся между собой на определенном расстоянии, что используется для оперативного получения изображения протяженного объекта.
Устройство контроля также включает обрабатывающий микроконтроллерный блок 6, выполненный с возможностью восстановления трехмерной труднодоступной поверхности по изображению со стереокамеры
9
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) с использованием лазерных пятен интенсивности на паре плоских изображений для автоматической идентификации одинаковых точек пространства объектов на стереоизображениях с заданной степенью достоверности.
Для осуществления способа контроля поверхности детали оборудования, расположенной внутри оборудования, производят доставку внутрь контролируемого оборудования эндоскопа с миниатюрной камерой с возможностью управления рабочей частью системы посредством механической артикуляции. Для навигации системы по траектории используется освещение белого света, которое передается по оптическому волокну. На выходе из волокна белого света располагается линза для формирования заданной индикатрисы освещенности объекта контроля. Артикуляция устройства осуществляется путем поворота ручки (механической системы артикуляции) 4 на пульте управления артикуляцией 5, при этом вращение вызывает перемещение тросов, таким образом, рабочая часть системы может изгибаться в двух взаимоортогональных направлениях (или одном направлении, или может отсутствовать). Затем осуществляют выключение или приглушение белого света для формирования требуемого для выполнения измерений излучения с использованием лазера. На выходе из волокна лазерного светового потока располагается линза для придания потоку необходимую сходимость, на обеспечивающим требуемую ширину пучка расстоянии от линзы расположен дифракционный оптический элемент для формирования на поверхности объекта контроля изображения с мелкими пятнами интенсивности.
Алгоритм восстановления трехмерной модели по стерео снимкам заключается в том, что предварительно камеру калибруют и получают информацию о ее параметрах. Затем получают два стереокадра, сформированные калиброванной камерой. После чего восстанавливают
10
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) трехмерную наблюдаемую сцену оперируя стереоизображениями и параметрами камеры.
Таким образом, поверхность внутреннего пространства оборудования, включающая поверхность детали и ее несплошности осматривается миниатюрной оптической камерой, формирующей стереоизображение, при этом на деталь проецируется лазерное изображение с мелкими пятнами интенсивности. Изображение, сформированное камерой, передается в компьютер или обрабатывающий блок. Используя цифровое изображение поверхности детали и спроецированное на нее лазерное изображение с пятнами интенсивности, компьютерная программа проводит восстановление трехмерной поверхности по стереоизображению, причем лазерные пятна интенсивности на изображениях правой и левой стереопар используются для автоматической идентификации одинаковых точек, при этом не требуется вмешательство оператора.
В случае наблюдения поверхностей деталей стереокамерой с разных ракурсов программа также выполняет дополнительное совмещение трехмерных моделей, соответствующих парам плоских изображений, полученных с различных ракурсов трехмерной сцены для получения общей картины.
По восстановленной поверхности производят измерения параметров формы объектов или сравнивают с параметрами эталонной модели с последующим расчетом отклонений, при этом, в случае выявления несплошности, проводится измерение геометрических параметров несплошности, в частности - площади, длины и ширины, глубины, так же могут быть измерены параметры геометрической формы деталей для установления износа и потери толщины.
В случае исследования перемещающейся детали измеряют период перемещения детали относительно исполнительной части системы контроля и и
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) осуществляют импульсную подсветку изделия лазерным излучением с установленными периодом следования и длительностью импульсов лазерного излучения посредством регулятора времени импульса и частоты следования импульсов лазера с целью избегания смазывания на изображении стереопар.
Для проведения измерений параметров несплошности деталей может быть использована компьютерная программа обработки и анализа изображений, которая позволяет:
- получить изображение с оптической системы камеры и записать его на жесткий диск компьютера;
- провести восстановление трехмерной поверхности объекта по имеющемуся цифровому стереоизображению объекта по спроецированным на ее поверхность лазерным пятнам интенсивности;
- в случае наблюдения поверхностей деталей стереокамерой с разных ракурсов программа выполняет совмещение восстановленных поверхностей трехмерной сцены для получения общей картины;
- автоматически выделить дефектные области на поверхности детали или зоны интереса;
- рассчитать геометрические параметры - в частности длину, ширину, глубину дефектов или объекта.
Результаты выводятся в виде таблицы и сохраняются на жесткий диск.
Внедрение способа контроля формы и измерения параметров несплошностей труднодоступных деталей оборудования, в частности лопаток турбин или компрессоров, дает возможность выйти на новый уровень ведения эксплуатации оборудования, позволяющий сократить время контроля, уменьшить количество поломок и простоев по причине повреждения труднодоступных деталей оборудования в процессе эксплуатации, проводить
12
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) контроль при вращающемся роторе, что дает резкий выигрыш в производительности контроля.
13
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Next Patent: OXIME-CONTAINING POLYMER