СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕК ПОВЕРХНОСТЕЙ ИССЛЕДУЕМЫХ ТЕЛ ЩУПОМ Российский патент 1997 года по МПК G01B11/03 G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении координат как наружных поверхностей, так и внутренних полостей.

Известен способ дистанционного контроля размеров деталей, заключающийся в том, что сканируют зону контроля пучком оптического излучения, преобразуют сигнал в электрический и по изменению информационного признака судят о контролируемом параметре [1] Недостатком этого способа является измерение только одной координаты точек поверхности, а наличие на щупе только одного приемника оптического излучения делает невозможным определение пространственной ориентации щупа в процессе измерения, что приводит к ошибкам при отклонении щупа от первоначального положения.

Известен способ измерений, заложенный в локационном датчике [2] где в области пространственных измерений формируют информационное поле, т.е. устанавливают однозначное соответствие между элементами измерительного устройства и определенными участками пространства в его поле зрения таким образом, что наличие объекта наблюдения в конкретной точке пространства сопровождается приемом или передачей излучения строго соответственно пространственно-временным связям этой области информационного поля и измерительного устройства.

Наиболее близким является способ определения координат точек поверхностей исследуемых тел, основанный на размещении исследуемого тела в зоне измерений, перемещении держателя со щупом до контакта с поверхностью исследуемого тела в выбранной точке [3] По известным координатам положения держателя и положения щупа относительно держателя рассчитывают координату выбранной точки на поверхности тела.

Этот способ требует применения высокоточных регистрирующих устройство позволяющих определять координаты как держателя, так и щупа относительно держателя. Необходимость определения координат держателя ограничивает зону измерений и, соответственно, накладывает ограничения на размеры исследуемых тел.

Предлагаемый способ позволяет отказаться от определения с высокой точностью положения держателя в зоне измерения и щупа относительно держателя. Следовательно, в этом способе держатель со щупом может перемещаться в зоне измерений свободно. Технический эффект проявляется в том, что снимаются предварительные ограничения на размеры зоны измерений и, соответственно, исследуемых тел, и нет необходимости определения координат держателя.

Для этого в предлагаемом способе определения координат точек поверхностей исследуемых тел свободным щупом, основанном на размещении исследуемого тела в зоне измерений и перемещении держателя со щупом до контакта с поверхностью исследуемого тела в выбранной точке, предварительно на щупе устанавливают точечные оптические устройства связи, обращенные входными зрачками в направлении измерительной аппаратуры и связывающие излучатель с приемной частью, сканируют оптическим лучом зону измерений таким образом, что в каждой точке зоны измерений оптический луч промодулирован кодовой комбинацией, соответствующей пространственно-временным связям этой точки зоны и измерительного устройства, и после фиксации контакта щупа с поверхностью исследуемого тела определяют координаты точечных оптических устройств связи, по которым рассчитывают координаты выбранной точки касания.

Точность определения координат точки касания зависит от погрешностей измерения координат точечных оптических устройств, которые в свою очередь, зависят от шумов измерительной системы, числа уровней квантования зоны измерения, размеров зоны измерения, разрешающей способности устройства формирования зоны измерения.

Так как в предлагаемом способе определения координат точек поверхности свободным щупом ошибки измерения координат точечных оптических устройств носят в основном статистический характер, то при измерении могут определяться как мгновенные значения координат, так и их статистические характеристики (средние арифметические значения координат, среднеквадратическое отклонение координат, среднеквадратическое отклонение среднего значения координат точечных оптических устройств и т.п.).

На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации способа. В зоне измерений 1 установлено исследуемое тело 2 и подвижный держатель 3 со щупом 4. На щупе размещены контактное устройство 5 и точечные оптические устройства связи 6. Положение устройств 6 строго определено относительно точки касания щупа 4. На периферии зоны измерения 1 размещается устройство формирования зоны измерений 7. Прием сигналов и обработка их осуществляется устройством декодирования 8, откуда сигнал поступает в вычислительное устройство 9, где проводится обработка поступившей информации, т.е. вычисление координат точечных оптических устройств связи 6 и последующий расчет координат контактной точки щупа 4. Результаты поступают на устройство отображения (УО).

Определение координат точек поверхностей исследуемого тела осуществляется следующим образом.

В зоне измерений 1 размещают исследуемое тело 2. Подводят держатель 3 со щупом 4, обеспечивая контакт щупа 4 с поверхностью тела 2 в выбранной точке. При этом точечные оптические устройства связи 6 должны взаимодействовать с устройством формирования зоны измерения 7. Сигналы, принятые точечными оптическими устройствами связи 6, поступают и расшифровываются в устройстве декодирования 8, откуда их направляют в вычислительное устройство 9. По полученным координатам точечных оптических устройств связи 6 рассчитывается координата контактной точки щупа 4 и, следовательно, соответствующая координата выбранной точки поверхности исследуемого тела 2.

По координатам точечных оптических устройств связи наиболее просто определяются координаты точки касания щупа для случая расположения щупа в плоскости измерения, перпендикулярной оптической оси излучателя устройства формирования зоны измерений. Тогда, если Х₁ и У₁ координаты первого точечного оптического устройства связи, а Х₂ и У₂ - соответственно второго, l расстояние между первым и вторым точечными оптическими устройствами связи, d расстояние между вторым точечным оптическим устройством связи и концевой точкой щупа (точка касания), то при расположении точки касания, первого и второго точечных оптических устройств связи на одной осевой линии (первое между концевой точкой щупа и вторым) из геометрических построений имеем для координаты Х:
(Х₂ Х₁)/(Х₂ Х_k) l/d
откуда Х_k координата Х точки касания щупа может быть определена по формуле
Х_k сХ₁ (с 1) Х₂,
где с d/l
Аналогично У_k координата У точки касания щупа может быть определена по формуле
У_k сУ₁ (с 1) У₂.

Несколько сложнее определяются координаты точки касания щупа Х_k, У_k, Z_k для случая положения щупа в трехмерной системе координат. Так, в случае формирования зоны измерений двумя взаимно перпендикулярными параллельными пучками. Формулы расчета получаются из аналогичных геометрических соотношений.

Технический эффект предложенного способа проявляются в том, что можно, отказавшись от необходимости с высокой точностью определять координаты подвижного держателя, определять координаты точек объекта, в том числе и в скрытых полостях, поверхность которых частично не видна. Так как точечные оптические устройства связи закреплена на щупе, то отпадает необходимость в сложном и точном механизме перемещения щупа относительно подвижного держателя и самого держателя.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при обмере как наружных поверхностей, так и внутренних полостей. Технический эффект предложенного способа проявляется в том, что существенно снижаются требования к точности перемещения щупа, обеспечивая улучшение эксплуатационных характеристик. Для этого предварительно на щупе устанавливают точечные оптические устройства связи и формируют в зоне измерений дискретное пространство, в котором после фиксации контакта щупа с поверхностью исследуемого тела определяют координат точечных оптических устройств связи, по которым рассчитывают координаты выбранной точки касания. 1 ил.

Способ измерения координат точек поверхностей исследуемых тел щупом, заключающийся в том, что размещают исследуемое тело в зоне измерения, перемещают держатель с щупом до контакта с поверхностью исследуемого тела в выбранной точке и определяют координаты точки поверхности тела, отличающийся тем, что предварительно на щупе устанавливают точечные оптические приемные устройства, которые оптически сопрягают с формирователем дискретного поля, после фиксации контакта щупа с поверхностью исследуемого тела по сигналам с точечных оптических приемных устройств определяют их координаты, а координаты точки поверхности тела рассчитывают по полученным значениям координат точечных оптических приемных устройств.