×
10.11.2015
216.013.8d20

Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО СМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам контроля линейных смещений объектов оптико-электронными методами. Устройство для измерения линейного смещения объекта содержит точечный излучатель, фотоприемную систему, оптически сопряженную с излучателем, включающую оптический фильтр, объектив и фотоприемное устройство, установленное в плоскости изображения объектива и выполненное в виде матричного фотоприемника, соединенного с блоком обработки, а также блок управления излучателем, содержащий канал управления излучателем и микроконтроллер, выходы которого соединены с входом канала управления излучателем. Вход микроконтроллера соединен с блоком обработки, при этом выход канала управления излучателем соединен с входом излучателя, при этом устройство содержит два ретрорефлектора, предназначенных для размещения на контролируемом объекте. Кроме того, точечный излучатель расположен на оптической оси объектива в пределах фотоприемной системы, так что индикатриса его излучения направлена от фотоприемной системы в сторону ретрорефлекторов. Технический результат - снижение энергопотребления излучателем и упрощение обслуживания и эксплуатации устройства в целом. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, к устройствам контроля линейных смещений объектов оптико-электронными методами и может быть использовано для контроля взаимного положения элементов крупногабаритных сооружений, соосных деталей (турбоагрегатов АЭС, направляющих крупногабаритных станков и т.п.), смещения их осей, измерения непараллельности, неплоскостности, неперпендикулярности и величин их прогибов в процессе ремонта, настройки и эксплуатации.

Известны технические решения контроля линейных смещений объектов, основанные на формировании равносигнальной базовой линии. Например, устройство измерения линейного смещения объекта, основанное на прямом методе измерений (пат. РФ, №2252395, МПК G01B 11/00 11/02, опубл. 20.05.2005). Устройство содержит предназначенный для размещения на контролируемом объекте протяженный равнояркий излучатель, установленный на оптической оси прибора с возможностью перемещения в плоскостях, перпендикулярных ей, фотоприемную систему из объектива и фотоприемного устройства с четырьмя чувствительными площадками, границы раздела которых совпадают с координатными осями ОХ и OY и имеют общую точку, которая с центром входного зрачка объектива лежит на оптической оси, образующей базовую линию, от которой ведется отсчет измерения линейных смещений, соединенный с выходами чувствительных площадок блок обработки электрических сигналов для выделения и регистрации сигналов рассогласования с вычислением величины смещения объекта относительно базовой линии. В устройстве на оптической оси прибора дополнительно установлены две квадратные диафрагмы разного размера у входного зрачка излучателя и у входного зрачка объектива фотоприемной системы. Фотоприемное устройство выполнено в виде квадратного приемника, установленного в фокальной плоскости объектива фотоприемной системы. При этом излучатель выполнен в виде осветителя, который представляет собой полую сферу диаметром 40 мм с выходным окном диаметром 10 мм. Выходное окно определяет размер протяженного равнояркого светового источника. Внутренняя поверхность сферы выполнена с диффузно-рассеивающим покрытием (белое, глубокоматовое по OCT3-1898-73) с коэффициентом отражения 0,95. Внутри сферы размещены 8 светодиодов АЛ 119. Светодиоды связаны с источником питания, выполненным в виде генератора переменных напряжений на базе однотактного таймера типа К1006В41. Источник питания подключался к сети = 220 В, 50 Гц.

К существенным недостаткам данного устройства можно отнести высокое потребление энергии излучателем вследствие того, что для работы излучателя необходимо обеспечить питание большого количества светодиодов, неудобство настройки и юстировки системы из-за необходимости совмещения центров диафрагм излучателя, объектива, а также общей точки четырех фоточувствительных площадок фотоприемного устройства с оптической осью объектива и центром входного зрачка. Кроме того, к недостаткам устройства необходимо отнести неудобство эксплуатации системы вследствие необходимости протягивания кабелей питания к излучателю, удаленному от фотоприемной системы и блока обработки.

Известно устройство для измерения линейного смещения объекта (патент РФ №2456542, МПК G01B 11/02, G01S 11/12, опубл. 20.07.2012), выбранное в качестве прототипа. Устройство включает предназначенные для размещения на контролируемом объекте два точечных излучателя, расположенных в одной плоскости на фиксированном расстоянии друг от друга, фотоприемную систему, оптически сопряженную с излучателями, содержащую оптический фильтр, объектив и фотоприемное устройство, установленное в плоскости изображения объектива и выполненное в виде матричного фотоприемника, соединенного с блоком обработки, а также блок управления излучателями, содержащий два канала управления излучателями и микроконтроллер, выходы которого соединены с входами каждого из каналов управления излучателями, а вход микроконтроллера соединен с блоком обработки, при этом выходы каждого канала управления излучателями соединены с входами соответствующих излучателей, плоскость размещения которых параллельна фоточувствительной площадке фотоприемного устройства. В качестве объектива используется телеобъектив с внутренней фокусировкой, а центр матрицы назначается программно.

К существенным недостаткам данного устройства можно отнести высокое потребление энергии излучателями, т.к. для работы устройства требуется несколько излучателей, а также неудобство эксплуатации и обслуживания системы вследствие необходимости либо протягивать кабели питания от фотоприемной системы (блока обработки) к удаленным излучателям, либо производить регулярную замену автономных элементов питания.

Задачей заявляемого устройства является снижение энергопотребления излучателем и упрощение обслуживания и эксплуатации устройства в целом.

Указанная задача решается за счет того, что в устройстве для измерения линейного смещения объекта, включающем точечный излучатель, фотоприемную систему, оптически сопряженную с излучателем, содержащую оптический фильтр, объектив и фотоприемное устройство, установленное в плоскости изображения объектива и выполненное в виде матричного фотоприемника, соединенного с блоком обработки, а также блок управления излучателем, содержащий канал управления излучателем и микроконтроллер, выходы которого соединены с входом канала управления излучателем, а вход микроконтроллера соединен с блоком обработки, при этом выход канала управления излучателем соединен с входом излучателя, новым является то, что устройство содержит два ретрорефлектора, предназначенных для размещения на контролируемом объекте, плоскости входных зрачков которых расположены в одной плоскости и параллельны плоскости фоточувствительной площадки фотоприемного устройства, а центры зрачков расположены на фиксированном расстоянии друг от друга, при этом точечный излучатель расположен на оптической оси объектива в пределах фотоприемной системы, так что индикатриса его излучения направлена от фотоприемной системы в сторону ретрорефлекторов. Кроме того, каждый из излучателей выполнен в виде полупроводникового излучающего диода, излучатель закреплен в отверстии оптического фильтра фотоприемной системы на оптической оси объектива, а ретрорефлекторы выполнены в виде триппель-призм.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена структурная схема устройства, реализующего способ измерения линейного смещения объекта.

Устройство содержит два ретрорефлектора 1 и 2, излучатель 3, расположенный на оптической оси объектива 4, и три блока: блок управления 5 излучателем 3, состоящий из канала управления 6 излучателем 3 и микроконтроллера 7, фотоприемную систему 8, состоящую из последовательно расположенных оптического фильтра 9, объектива 4, фотоприемного устройства 10 и блок обработки электрических сигналов 11.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерения ретрорефлекторы 1 и 2, выполненные в виде, например, триппель-призм, закрепляются на контролируемом объекте, так чтобы плоскости их входных зрачков были параллельны плоскости фоточувствительной площадки фотоприемного устройства 10 и лежали в одной плоскости. При этом необходимо, чтобы оптическое излучение от излучателя 3 после отражения от ретрорефлекторов попадало в поле зрения фотоприемной системы 8, а поле излучения должно быть достаточным, чтобы перекрывать входные зрачки обоих ретрорефлекторов. В режиме ожидания фотоприемная система 8 производит непрерывную съемку лежащей в ее поле зрения части пространства, но полученные при этом кадры не сохраняются и не обрабатываются. Излучатель 3 при этом находится в выключенном состоянии. По сигналу от электронной вычислительной машины 12 в микроконтроллер 7 поступает управляющий сигнал, по которому канал управления 6 излучателем 3 вырабатывает сигнал активации излучателя 3. При необходимости контраст изображения может регулироваться изменением яркости излучателя 3 посредством пересылки необходимых команд в блок управления 5 излучателем 3. Отраженное от ретрорефлекторов 1 и 2 оптическое излучение излучателя 3, пройдя через оптический фильтр 9, отрезающий спектральные составляющие падающего излучения, не соответствующие спектральному диапазону излучателя 3, и объектив 4, формирует в плоскости изображения объектива 4 распределение облученности в виде двух квазиточечных пятен рассеяния. Установленное в той же плоскости фотоприемное устройство 10, выполненное в виде матричного приемника излучения, преобразует оптический сигнал в электрический, который затем поступает на вход блока обработки электрических сигналов 11, где по сигналу от электронной вычислительной машины 12 производится захват видеокадра с изображениями ретрорефлекторов 1 и 2, после чего в блоке обработки электрических сигналов 11 электрический сигнал преобразуется в цифровой вид.

Величина смещения контролируемого объекта Χ, Υ определяется из соотношения: Х=x′·М и Y=y′·M, где - масштабный коэффициент М, вычисляемый автоматически для каждой дистанции, В - длина базового отрезка в пространстве предметов, равная расстоянию между центрами входных зрачков ретрорефлекторов 1 и 2, известная с большой точностью, где x′, y′ - координаты центра отрезка между пятнами рассеяния, x1, x2 - горизонтальные координаты энергетических центров тяжести первого и второго пятен рассеяния соответственно, y1, y2 - вертикальные координаты энергетических центров тяжести первого и второго пятен рассеяния соответственно.

Работа с цифровым электрическим сигналом позволяет вводить в алгоритм работы электронной вычислительной машины 12 алгоритмические поправки, компенсирующие влияние различных погрешностей.

Необходимые для работы устройства напряжения питания вырабатываются блоком питания (не показан).

Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

- меньшее энергопотребление, в связи с тем, что используется только один точечный излучатель;

- отсутствие необходимости протягивания кабелей к контролируемому объекту для питания излучателей или замены элементов питания, поскольку активные излучатели на контролируемом объекте в данном случае заменены на пассивные ретрорефлекторы. Это обуславливает упрощение эксплуатации и обслуживания устройства.

Пример конкретного исполнения.

Ретрорефлекторы выполнены в виде триппель-призм, установленных в держателе таким образом, чтобы входные грани триппель-призм лежали в одной плоскости, а расстояние между их вершинами было строго фиксировано. Держатель с триппель-призмами закрепляется на контролируемом объекте таким образом, чтобы обеспечить параллельность входных граней триппель-призм плоскости фоточувствительной площадки фотоприемного устройства. Излучатель, выполненный в виде полупроводникового излучающего диода, закрепляется в отверстии по центру защитного стекла фотоприемной системы или по центру оптического фильтра, установленного соосно с объективом. Блок управления излучателем выполнен единой платой с размещенным на ней микроконтроллером и каналом управления излучателем, который состоит из инвертора и усилителя, выполняющих широтно-импульсную модуляцию для управления яркостью излучателя. Спектральная полоса пропускания оптического фильтра фотоприемной системы согласована со спектральной характеристикой полупроводникового излучающего диода. В качестве объектива используется телеобъектив с внутренней фокусировкой, который позволяет сохранять положение плоскости резкого изображения и сохранить прямолинейность базовой линии системы при перефокусировке на разноудаленные дистанции. Фотоприемное устройство выполнено в виде КМОП матрицы, причем центр матрицы назначается в процессе калибровки программно. Это значительно упрощает процесс калибровки, юстировки и освобождает от необходимости точных механизмов юстировки матрицы. Блок обработки электрических сигналов выполнен единой платой с оперативным запоминающим устройством, платой формирователя адреса и микроконтроллером, выполняющим согласование работы вышеперечисленных компонентов блока обработки электрических сигналов и необходимые вычисления. Электронная вычислительная машина выполнена в виде персонального компьютера.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает, наряду со снижением энергопотребления, повышение эргономичности при настройке и эксплуатации.


УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО СМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 23.
10.09.2013
№216.012.6895

Способ определения пространственного положения объекта и устройство для его осуществления

Изобретение позволяет проводить мониторинг состояния техногенных конструкций для предотвращения их разрушения. При реализации способа в контролируемых точках объекта закрепляют контрольные метки, излучение от которых формирует распределение облученности в плоскости изображения фотоприемного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492420
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.09.2013
№216.012.70ac

Многоэлементный цветной источник излучения

Изобретение относится к светодиодным осветительным устройствам, а именно к многоэлементным цветным источникам излучения, используемым для решения задач колориметрии в устройствах технического зрения. Многоэлементный цветной источник излучения содержит множество светодиодных источников света...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494495
Дата охранного документа: 27.09.2013
20.03.2014
№216.012.acf1

Устройство для измерения параметров и характеристик источников излучения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и аттестации пространственных, спектральных и цветовых (для источников излучения видимого диапазона длин волн) параметров и характеристик источников излучения, например светодиодов, инфракрасных и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509988
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.07.2014
№216.012.de07

Центрифуга

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытаний и градуировок акселерометрических датчиков и другой навигационной аппаратуры, определяющей параметры движения различных по назначению объектов. Центрифуга содержит платформу в виде консольной балки с площадкой для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522625
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.02.2015
№216.013.234c

Способ оценки степени обогатимости минерального сырья оптическим методом и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для предварительной оценки обогатимости руд твердых полезных ископаемых и определения параметров их селекции. Согласно способу определяют полезность и зоны различения каждого минерального объекта из партии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540489
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.03.2015
№216.013.2faa

Способ записи оптической информации в стекле

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано для записи и хранения оптической информации в виде текста, изображений, штрих-кодов и цифровой битовой информации. Целью изобретения является увеличение скорости записи оптической информации в стекле и упрощение состава стекла....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543670
Дата охранного документа: 10.03.2015
10.04.2015
№216.013.3d3b

Способ измерения параметров и характеристик источников излучения

Изобретение относится к измерительной технике и касается способа измерения параметров и характеристик источников излучения. При реализации способа приемник оптического излучения размещают с возможностью перемещения по трем координатам в облучаемой зоне исследуемого источника излучения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547163
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.06.2015
№216.013.5a11

Дифракционный способ измерения угловых перемещений и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к оптическим устройствам для измерения малых угловых перемещений объекта. Дифракционный способ измерения угловых перемещений состоит в том, что объект с установленным на нем отражателем освещают излучением лазера и направляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554598
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.5a14

Способ измерения наклонной дальности и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству определения наклонной дальности до цели. Сущность изобретения состоит в том, что при посылке лазерного излучения в направлении цели верхний край поля излучения передающего канала, включающего передающую оптическую систему и излучатель, совмещают с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554601
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.07.2015
№216.013.5ebb

Голографический коллиматорный прицел

Изобретение относится к коллиматорным оптическим прицелам для легкого стрелкового оружия и предназначено для формирования прицельного знака в бесконечности с помощью голограммного оптического элемента. Голографический коллиматорный содержит последовательно установленные на оптической оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555792
Дата охранного документа: 10.07.2015
Показаны записи 1-10 из 31.
10.09.2013
№216.012.6895

Способ определения пространственного положения объекта и устройство для его осуществления

Изобретение позволяет проводить мониторинг состояния техногенных конструкций для предотвращения их разрушения. При реализации способа в контролируемых точках объекта закрепляют контрольные метки, излучение от которых формирует распределение облученности в плоскости изображения фотоприемного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492420
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.09.2013
№216.012.70ac

Многоэлементный цветной источник излучения

Изобретение относится к светодиодным осветительным устройствам, а именно к многоэлементным цветным источникам излучения, используемым для решения задач колориметрии в устройствах технического зрения. Многоэлементный цветной источник излучения содержит множество светодиодных источников света...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494495
Дата охранного документа: 27.09.2013
20.03.2014
№216.012.acf1

Устройство для измерения параметров и характеристик источников излучения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и аттестации пространственных, спектральных и цветовых (для источников излучения видимого диапазона длин волн) параметров и характеристик источников излучения, например светодиодов, инфракрасных и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509988
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.07.2014
№216.012.de07

Центрифуга

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытаний и градуировок акселерометрических датчиков и другой навигационной аппаратуры, определяющей параметры движения различных по назначению объектов. Центрифуга содержит платформу в виде консольной балки с площадкой для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522625
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.02.2015
№216.013.234c

Способ оценки степени обогатимости минерального сырья оптическим методом и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для предварительной оценки обогатимости руд твердых полезных ископаемых и определения параметров их селекции. Согласно способу определяют полезность и зоны различения каждого минерального объекта из партии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540489
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.03.2015
№216.013.2faa

Способ записи оптической информации в стекле

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано для записи и хранения оптической информации в виде текста, изображений, штрих-кодов и цифровой битовой информации. Целью изобретения является увеличение скорости записи оптической информации в стекле и упрощение состава стекла....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543670
Дата охранного документа: 10.03.2015
10.04.2015
№216.013.3d3b

Способ измерения параметров и характеристик источников излучения

Изобретение относится к измерительной технике и касается способа измерения параметров и характеристик источников излучения. При реализации способа приемник оптического излучения размещают с возможностью перемещения по трем координатам в облучаемой зоне исследуемого источника излучения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547163
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.06.2015
№216.013.5a11

Дифракционный способ измерения угловых перемещений и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к оптическим устройствам для измерения малых угловых перемещений объекта. Дифракционный способ измерения угловых перемещений состоит в том, что объект с установленным на нем отражателем освещают излучением лазера и направляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554598
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.5a14

Способ измерения наклонной дальности и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству определения наклонной дальности до цели. Сущность изобретения состоит в том, что при посылке лазерного излучения в направлении цели верхний край поля излучения передающего канала, включающего передающую оптическую систему и излучатель, совмещают с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554601
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.07.2015
№216.013.5ebb

Голографический коллиматорный прицел

Изобретение относится к коллиматорным оптическим прицелам для легкого стрелкового оружия и предназначено для формирования прицельного знака в бесконечности с помощью голограммного оптического элемента. Голографический коллиматорный содержит последовательно установленные на оптической оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555792
Дата охранного документа: 10.07.2015
+ добавить свой РИД