Способ визуализации контура поперечного сечения объекта и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01B11/24 G01B11/02 G01B11/16 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области неразрушающего контроля, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других видах производств для контроля размеров (геометрических параметров), заданных в поперечных сечениях различных изделий, в том числе таких сложных, как лопатка турбины, судовой винт, кузов автомобиля, поршневое кольцо, пропеллер, фюзеляж или крыло самолета и может быть также использовано для контроля деформаций контуров попе- речных сечений изделий при изменяющихся атмосферном давлении, температуре, статической и динамической нагрузках.

Цель изобретения - повышение точности визуализации за счет выполнени прямого и обратного преобразований изображения, в результате чего компенсируются искажения изображения пр произвольной взаимной ориентации плоскостей наблюдения и предметной.

На фиг. 1 изображена схема одного из возможных вариантов устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема (развертка) приемного канала; на фиг. 3 - схема второго возможного.варианта .приемного канала; на фиг. 4 - схема осуществления способа; на фиг. 5 - схема совмещения участков в полный контур поперечного сечения.

Схема одного из возможных вариантов устройства, реализующего способ, изображена на фиг. 1. Устройство содержит проекционный канал, состоящий из последовательно установленных лампы 1, конденсора 2, марки 3 и объектива 4. Проекционный канал может иметь также и иную конструкцию, но при этом общим явл яется то, что при любых изменениях размеров поперечного сечения граница свет-тень должна оставаться в плоскости 5 поперечного сечения,

В конструкции на фиг. 1 это достигается тем, что глубина изображаемого пространства объектива 4 заведомо больше любых возможных колебаний размеров поперечного сечения - объекта 6.

Устройство содержит также и приемный канал, выполненный из последовательно установленных объектива 7, дополнительного объектива 8 и экрана 9. Кроме того, приемный канал

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

снабжен зеркальной системой, состоящей из четного числа отражающих поверхностей, расположенных симметрично относительно плоскости, параллельной плоскости 5. В рассматриваемом примере в качестве зеркальной системы использована пентапризма 10 (БП-90 ). Оптические оси проекционного и приемного каналов образуют угол, равный 45 .

На фиг. 1 показаны два проекционных и два приемных канала, позволяющие визуализировать верхний и нижний участки контура поперечного сечения объекта 6,

Для визуализации боковых участков понадобились бы еще два проекционных и два приемных канала, расположенные в плоскости, перпендикулярной чертежу.

Устройство снабжено дополнительным проекционным каналом, состоящим из последовательно установленных лампы 11, конденсора 12, марки 13, i объектива 14.

Марка 13 состоит из прозрачной и непрозрачной зон, прямолинейная граница между которыми расположена в плоскости 5 перпендикулярно оси канала. На марке 13 нанесено образцовое изображение поперечного сечения объекта 6 либо сетка, шкалы и т.п. (не показаны).

На фиг„ 1 пунктирными линиями показан воображаемый ход пучков излучения от невидимых для данного объектива участков объекта 6.

Устройство работает следующим образом.

Конденсор 2 переносит изображение тела накала лампы 1 в плоскость марки 3 Объектив 4 проецирует изображение границы свет-тень в плоскости 5 на объект 60

Объектив 7 формирует промежуточное изображение 14, которое в результате отражения от первой отражающей поверхности 15 зеркальной системы - пентапризма 10 занимает положение 16. Объектив 8 при помощи второй отражающей поверхности зеркальной системы переносит изображение 16 в плоскость экрана 9. Точно также работают проекционный и приемный каналы, изображенные на нижней части фиг. 10

Одновременно проекционный канал, расположенный перпендикулярно экрану 9, проецирует на послс-днии образцовое изображение контура поперечного сечения объекта 6, либо изображение сеток, шкал.

Кроме того, при помощи дополнительного проекционного канала осуществляется наладка устройства, включающая операции по точной установке пентапризм 10.

Последние установлены правильно если при контроле образцового объекта изображения соответствующих участков контура поперечного сечения совместятся с образцовым изображением, перенесенным с марки 13 на экран 9. Изображения образцового контура могут быть и непосредственно нанесены на экран 9. В этом случае соответствующий проекционный канал исключают из конструкции.

На фиг. 2 изображена принципиаль - ная схема (развертка) приемного канала предлагаемого устройства. Приемный канал состоит из последовательно установленных вдоль оси 17 (фиг. 1) объектива 7, дополнительног объектива 8 и экрана 9. При этом главные плоскости 18 и 19 объектива 7 пересекают его предметную плоскост 5 и его плоскость 20 изображения на одной и той же высоте h. В результате ось объектива 7 образует с осью 17 угол (Ь.

Предметная плоскость дополнительного объектива 8 совмещена с плоскостью 20 изображения объектива 7. При этом объектив 8 установлен симметрично объективу 7, а экран 9 симметрично поперечному сечению объекта 6 относительно плоскости 20.

Приемный канал работает следующим образом.

Из предметной плоскости 5 объекти 7 переносит в плоскость 20 резкое искаженное изображение одного из . участков контура поперечного сечения объекта 6, а объектив 8 переносит изображение на экран 9. Таким обра-, зом, осуществляется прямое и обрат- ное преобразования изображения, в результате которого на экране 9 получается точное изображение одного из участков контура.

На фиг. 3 изображен второй вари- ант конструкции приемного канала, в котором вместо пентапризмы 10 установлена призма 21 Волластона. Последняя иначе, чем пентапризма форми5 0

5 о

5

0

5 «

g

рует промежуточное изображение в плоскости, параллельной плоскости 5.

В обоих вариантах конструкции (фиг. 1, 3) угол of выбран равным, например, 45е.

При использовании излучения идеально диффузно отражаемого объектом 6 угол с(, равный 45°, обеспечивает минимальные потери энергии.

С другой.стороны угол 45° позволяет в качестве зеркальной системы использовать стандартные призмы, например пентаприэму (БП-900), приз-. му Волластона.

Для пояснения сущности предлагаемого способа на фиг. 4 схематически изображен пучок 22 излучения. Поскольку объект 6 имеет вполне определенные свойства, то для обеспечения диффузности изменяют (подбирают) характеристики используемого излучения: длину волны, состояние поляризации (или наносят слой специального покрытия).

Пусть контур поперечного сечения 23, который необходимо визуализировать, расположен в плоскости 5.

Тогда пучок 22 ограничивают плоскостью 5о На фиг. 4 это показано за счет того, что пучок 22 изображен в виде полуцилиндра, ограниченного плоскостью 5о Практическая реализация такого ограничения описана выше.

В результате проецирования пучка 22 на объекте 6 образуется граница 24 свет-тень. Для наглядности на фиг. 4 области, освещенные пучком 22, заштрихованы.

Граница 24 представляет собой один из участков линии пересечения плоскости 5 с объектом 6, так как она одновременно принадлежит и объекту, 6 и плоскости 5.

Участок 24 контура поперечного сечения наблюдают под острым углом d к плоскости 5. На фиг. 4 угол / показан между осями 17 и 25.

В соответствии с предлагаемым способом в плоскости 20 (фиг. 2) бис- секторной относительно плоскости 5 и плоскости 26 наблюдения, а также перпендикулярной направлению наблюдения (оси 17), формируют промежуточ-% ное изображение 27. На фиг. 4 показано, что плоскости 5, 20 и 26 образуют одинаковые углы if.

Промежуточное изображение 27 в плоскости 20 формируют при помощи

схематически показанного объектива 7 а изображение 28 в плоскости 26 наблюдения - при помощи объектива 8„

Поскольку поперечное сечение 23 (или его участок) необходимо наблюдать под острым углом сЈ к плоскости 5 поперечного сечения, то в плоскости 20, наклоненной к плоскости 5 и оптически сопряженной с ней изображение будет всегда искажено. Вследствие этого изменения размеров в поперечном сечении объекта 6 будет нелинейно связано с изменением размеров изображения, что снижает точ-v ность контроля. Поэтому вначале получают искаженное изображение 279 а затем компенсируют все искажения в результате обратного преобразования изображения 27 в изображение 280 Прямое и обратное преобразования изображения вдоль направления 17, наклоненного к предметной плоскости 5 под острым углом d, получают за счет того, что промежуточное изображение 27 формируют в плоскости 20, биссекторной относительно плоскостей предметной 5 и наблюдения 26, т.е. в плоскости симметрии для упомянутых плоскостей.

На фиг. 5 изображена плоскость, заданная треугольником ABC на фиг.4. При этом поперечное сечение 23 (фиг. 4) условно изображено в виде стрелки 23 (фиг. 5).

Для получения изображения полного контура поперечного сечения необходимо пространственно совместить все плоскости наблюдения всех участков и все изображения участков поперечного сечения.

Для этого в плоскости чертежа (фиг. 5) выбирают произвольную прямую 29 (также фиг, 1 и 3), параллельную плоскости 59 и оборачивают относительно нее (как оси симметрии) на 180° промежуточное изображение 27. Аналогично оборачивают на 180° относительно прямой 29 и направление 17 наблюдения. Б результате промежуточное изображение займет положение 30, направление 17 наблюдения положение 31, плоскость 26 (также фиг 4) - положение 33, наблюдаемое изображение 28 - положение 34 на экране 9, а объектив 8 - положение 35 Формула изобретения

1 о Способ визуализации контура поперечного сечения объекта, заключаю™

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

шийся в том, что проецируют на поверхность объекта пучок излучения ограниченный плоскостью поперечного сечения, наблюдают линию пересечения поверхности объекта с плоскостью, образованной излучением, под острым углом к ней и получают изображение контура поперечного сечения объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности визуализации sформируют промежуточное изображение каждого участка контура в плоскости, биссекторной относительно г плоскости поперечного сечения в плоскости наблюдения, перпендикулярно направлению наблюдения.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что промежуточное изображение каждого участка оборачивают на 180° относительно прямой, пересекающей направление хода лучей и параллельной визуализируемому поперечному сечению, и совмещают . плоскости наблюдения и изображения всех участков в изображение полного контура поперечного сечения.

3.Устройство для визуализации контура поперечного сечения объекта, содержащее по меньшей мере один проекционный канал, включающий последовательно установленные источник излучения и узел для формирования изображения на линии на объекте , и по меньшей мере один приемный канал, располагаемый под острым углом к плоскости поперечного сечения объекта и включающий объектив и регистратор, отличающееся тем, что оно снабжено вторым объективом, установленным в приемном канале между первым объективом и регистратором симметрично первому объективу относительно его плоскости изображения,

и зеркальной системой, состоящей из четного числа отражающих поверхностей, располагаемых симметрично относительно плоскости, параллельной визуализируемому поперечному сечению, а главные плоскости первого объектива пересекают плоскость поперечного сечения и плоскость изображения на одной и .г той же высоте,

4.Устройство по п. 3} отличающееся тем, что зеркальная система выполнена в виде пентапризмы или призмы Волластона.

С.

15

Фи,а.1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к неразрушающему контролю, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других видах производств для контроля размеров (геометрических параметров), заданных в поперечных сечениях различных изделий, в том числе таких сложных, как лопатка турбины, судовой винт, кузов автомобиля. Изобретение может быть также использовано для контроля деформаций контуров поперечных сечений изделий при изменяющихся атмосферном давлении, температуре, статической и динамической нагрузке. Целью изобретения является повышение точности визуализации за счет выполнения прямого и обратного преобразования изображения. В результате компенсируются искажения изображения при произвольной взаимной ориентации плоскостей наблюдения и предметной. На поверхность объекта проецируют пучок излучения, ограниченный плоскостью поперечного сечения, и наблюдают линию пересечения поверхности объекта с плоскостью, образованной излучением, под острым углом к ней, предварительно формируя промежуточное изображение каждого участка контура в плоскости, биссекторной относительно плоскости поперечного сечения и плоскости наблюдения, перпендикулярно направлению наблюдения. Для совмещения в плоскости наблюдения изображений всех участков в изображение полного контура поперечного сечения изображение каждого участка оборачивают на 180° относительно прямой, пересекающей направление хода лучей и параллельной визуализуемому поперечному сечению. Устройство содержит проекционный канал, состо

соловьев виктор григорьевич+7545335метноD oF меаSURING DIнеDRаL aNGLeS oF рRISмS11 111024 москва11 125083 москва, петровско-разумовская аллея 18-25

11 117485 москва, профсоюзная 102-112Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля углов оптических призм. Целью изобретения является повышение точности контроля за счет усреднения погрешности лимба в пределах 360°. На бази

loosesi

Ъ епф

9Z

i roses i

6 Я Г if zit

3I ЪЧВ

Фиг 5