Способ измерения геометрических размеров прозрачных труб

(56) Патент ГДР Фкл, 6 01 В 7/12, 19 обе подомощью точника ложение каждый роники АНч, А.К, Есмский232541,86.ЕРЕНИЯ ГПРОЗРАЧНотноситсяехнике. Ц н, В,К. Куле, образо- внутренщегося на ысотой и , не пре(54) СПОСОБ ИЗМ СКИХ РАЗМЕРОВ (57) Изобретение измерительной т ОМ ЕТРИЧЕЫХ ТРУБконтрольноль изобретеь- ля мер которой мно больше внНедостаткая точность,тодомчувствительноряемои трубьмеряемыхограниченияммы. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО К.АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано д измерения прозрачных труб.Известен способ измерения геометрических размеров прозрачных труб, заключающийся в том, что световой поток перемещают по сечению трубы перпендикулярно ее геометрической оси, определяют смещение пучка в момент изменения направления движения пучка, прошедшего трубу, и по величине смещения судят о внутреннем и внешнем диаметрах трубы,Недостатком способа является невысокая точность измерения, вызванная косвенным методом измерения, а также необходимостью определять положение центра пучка, высокой чувствительностью к перемещениям измеряемой трубы.Известен способ измерения размеров прозрачных труб, заключающийся в том, что направляют два параллельных световых пучка на трубу в плоскости. перпендикулярной ее геометрической оси, и регистрируют положение пучков в этой плоскости, причем пучки формируются с помощью диафрагмы с непрозрачной шторкой, поперечный разния - повышение точности. В спосвечивают измеряемую трубу спространственно-ограниченного идиффузного излучения, при этом итрубы выбирают такйм образом, чтиз углов при вершине треугольникванного линиями, касательными кней поверхности трубы, и опираюапертуру источнйка, образуемую вбоковыми сторонами треугольниквышает значения 32. 2 ил. еньше внутреннего диаметра, утреннего радиуса.комСоосбба является невысообусловленная косвенйым ме. измерения, высокой , а также малый диапазон извеличин, определяемый и наразмер шторки диафрагИз известных способов наиболее близким является способ измерения диаметров стеклянной трубы, по которому измеряемую трубу помещают перед"осветителем, представляющим собой в верхней части нить лампы накаливания", а внйжйелй - дйффмузйо освещенную поверхйость с диафрагмой, края которой параЛлельны и симметрйчны оси трубы, внутренний диаметр измеряют по двум теневым полосам. образующимся вследствие отраже:ия краев диафрагмы от внутренней и внешней поверхностей трубы, внешний диаметр измеряют по теневым краям, образующимся при освещении трубы нитью лампы," результат измерения30 35 40 45 50 внешнего диаметра используют для коррекции внутреннего диаметра,Недостатком известного способа является низкая точность измерения, вызваннаякосвенным методом коррекции внутреннего диаметра, зависимостью результатов измерения от смещения трубы,измерениемвнутреннего и внешнего диаметра в разныхсечениях, эмпирическйм определением коэффициентов корректирующего выражения,Цель изобретения - повышение точности измерения,Для достижения укаэанной цели в способе, заключающемся в том, что контролируемую трубу освещают с помощьюпространственно ограниченного источникадиффузного излучения, формируют ее изображение и определяют внутренний ивнешний диаметр трубы по сформированному изображению, размер источника диффузного излучения и местоположениеконтролируемой трубы выбирают таким образом, что каждый из углов при вершинетреугольника, образованного линиями, касательными к внутренней поверхйости трубы, опирающегося на апертуру источникадиффузного излучения и лежащего в плоскости, перпендикулярной оси трубы, образуемый высотой и боковыми сторонами треугольника, не превышает значения 32 О. внешний диаметр трубы определяют по расстоянию между серединами фронтов наружных краев изображения, а внутренний - порасстоянию между серединами фронтов наружных краев светлых полос, находящихсяу внутренних краев изображения,На фиг. 1 приведено распределениесвета иэображения трубы; на фиг, 2 - схемаустройства для реализации способа. Внутренний диаметр трубы определяют по расстоянию между серединами фронтов 1 и 1, а внешний диаметр измеряют по расстоянию между фронтами 2 и 2.Повышение точности способа достигается тем, что расстояние между указанными фронтами, используемыми для измерения внутреннего диаметра не зависит от смещения и размеров трубы, благодаря чему отпадает необходимость в коррекции, а также тем, что измерение внутреннего и внешнего диаметров производят в одном сечении, вследствие чего устраняется погрешность,вносимая отклонениями формы трубы от идеального цилиндра,Устройство (фиг. 2) содержит лампу 1,рассеиватель 2, диафрагму 3, измеряемуютрубу 4, объектив 5, линейный фотоприемник 6 с зарядовой связью (ЛФЗС), АЦП 7,тактовый генератор 8, индикатор 9,. интерфейс 10,микропроцессор 11, блок 12 памяти, генератор 13 опроса и микропроцессорную магистраль 14.В устройстве для измерения геометрических размеров стеклянных труб оптически последовательно соединены пространственно ограниченный источник диффузного излучения, представляющий собой лампу 1, рассеиватель 2, диафрагму 3, измеряемую трубу 4, объектив 5, линейный фотоприемник 6, входы которого соединены с генератором 13 опроса, выход - с первым входом АЦП 7, второй вход которого соединен с .выходом генератора 13 опроса, выходы АЦП 7 соединены с первыми входами интерфейса 10, первые выходы которого соединены с индикатором 9, вторые входы и выходы соединены через двунаправленные шины микропроцессорной магистрали 14 с соответствующими входами-выходами микропроцессора 11, блок 12 памяти, генератор 13 опроса, входы микропроцессора 11 соединены с выходами тактового генератора 8.В конкретном выполнении лампа 1 - лампа накаливания с протяженным нитевидным телом свечения, расположенным в плоскости фиг, 2, перпендикулярно оси трубы 4, рассеиватель 2 - матовое стекло, ди афрагма 3 - рамка со щелью, размер которой превосходит максимальный диаметр трубы 4, объектив 5 - высокоразрешающий обьектив Ж, ЛФЗС 6- микросхема К 1200 ЦЛ 1, АЦП 7 - стандартным образом соединеййые микросхемы К 1107 ПВ 1, КР 544 УД 2, К 155 ЛП 10, тактовый генератор 8 - микросхема КР 58 ОГФ 24, индикатор 9 - стандартным образом соединенные цифровой индикатор ИВсветодиоды АЛ 307, дешифратор, К 555 ИДЗ и буферный элементы К 555 ЛНЗ, интерфейс 10 - микросхема КР 5808 В 55 с буферными логическими элементами К 155 ЛП 10, микропроцессор 11 - МС КР 580 ВМ 80 и МС КР 58 ОВК 38, блок 12 памяти собран на микросхемах ОЗУ КР 537 РУ 10 и ПЗУ У 573 РФ 5, генератор 13 опроса - цифровая схема управления линейками фотоприемников, собранная на микросхемах КР 580 ВИ 53, КР 597 САЗ, К 155 ИЕ 5, К 155 ИЕ 4, К 155 РЕЗ, К 155 ТМ 2, К 155 ЛА 11, микропроцессорная магистраль 14 - стандартный набор шин для подключения элементов устройства.Устройство работает следующим образом,При включении питания лампа 1 освещает рассеиватель 2, часть поверхности которого, ограниченная диафрагмой 3, освещает диффузно измеряемую трубу 4, изображения краев диафрагмы отражаются от внешней и внутренней поверхностей трубы, образуя теневую картину, которая проецируется объективом 5 на ЛФЗС 6. Такжепри включении питания в тактовом генераторе 8 формируется сигнал "Сброс", кото-рый. инициализирует микропроцессор 11 и 5интерфейс 10, Далее по сигналам тактовогогенератора 8 микропроцессор 11 начинаетвыполнять программу, содержащуюся вПЗУ блока 12 памяти. Программа измерения диаметров и толщины стенок труб включает в себя загрузку генератора 13 опроса,циклов опроса ЛФЗС 6, оцифровки и вводаамплитуд измеренных сигналов фотоприемников в ОЗУ блока памяти 12 через АЦП 7.Оцифровка входных сигналов ЛФЗС 6 осуществляется в реальном масштабе времени, при этом выходные сигналы ЛФЗС 6поступают в АЦП 7, на управляющий. входкоторого подаются стробирующие сигналыиз генератора 13 опроса, коды амплитуд 20выходных сигналов фотоприемников с выходов АЦП 7 через интерфейс 10 под управлением микропроцессора 11 записываютсяв блок 12 памяти. Между двумя цикламиввода выходных кодов АЦП 7 производится 25сложение текущих амплитуд с накопленными ранее для последующего усреднения.После циклов опроса и усреднения массив чисел аь описывающий выходные сигналы ЛФЗС 6, подвергается медианной 30фильтрации, в процессе которой исключаются провалы отсчетов, вызванные разбросом параметров фотоприемников ифильтрации "скользящим средним" которая сглаживает массив, в результате формируется массив в, Далее производитсявыделение перепадов яркости изображений, причем к-й фотоприемник, находящийся на первом краю, соответствующемвнешней поверхности трубы, определяется 40из условийК 10Ьх МЬк+1М,45Р Ьггде М=20 (1)Фотоприемник к, находящийся нз втором,краю изображения, соответствующем внутренней поверхности трубы, определяетсяиз условий;Е кг+ 10ЬхМЬх+1М,Аналогично ищутся фотоприемники с номерами 1 и 1 ь находящиеся на третьем ичетвертом краях изображения, соответствующих внутренней и внешней поверхноститрубы. Затем в промежутках ,гг, М и г, гопределяются точки ггпгп и 1 гь с минимальной амплитудой в Ьк,пги Ькг, После этогонаходится верхняя граница фронтов 1 и 1краев 2 и 3, эаключенных соответственноМЕЖДУ тОЧКаМИ 1 гпГп. И Магп И тОЧКаМИ ЛОКаЛЬНОГО МаКСИМУМа Мгпах 2, гпахз, ПОСЛЕДНИЕ ОПределя ются по максимуму второйпРоизвоДной. Точка кгпах 2 считаетсЯ точкойперегиба, если в ней выполняются условияВИгпгдх 2 Ь кгпах 2 - 3 Ь 1 ггпах 2 +3- (3)где . - порог обнаружения, . - 5.АГ 1 аЛОГИЧНО НаХОДИтСЯ тОЧКа Ггпахз, Затем определяется средний уровень перепадов яркости указанных фронтовд Ьхгпах 2 + Ьхгп 1 п82Б, Ькгпахз + ЬкгппВЗ2и номера фотоприемников 12 и 3, имеющихамплитуды, удовлетворяющие условиям:Ь 2В 2;Ь 2+1В 2Ь 3Взььв г 1После этого вычисляются расстояние отначала линейки фотоприемников до точек32, 33,. соответствующих положению внут- .ренних поверхностей трубы с учетом линейной апроксимации фронтов 1 и 1, ивнутренний диаметр б:2=2+ Ь + Ь 1 (8)Ь 12+1 - Ьг 2д =Т а (Зз - 32), (10)где Т - период линейки фотоприемников,а - коэффициент умейьшения оптическойсхемы.Для вычисления внешнего диаметратрубы О определяются границй фронтов 2 и2 первого и четвертого крзев изображения,соответствующих наружной поверхноститрубы; верхние:(12)где Ь- максимальная длина наружного краяизображенияНижними границзми являются точки локальных минимумов кеь 1, кгпгп 4, удовлетворяющие условиямЬ(пггпу - Ь кгпв -3- Ь кгпп 1+ 3.,2 Ьггпю - Ь Кгпп 4-3 - Ь кгпв 4+3(13)Дальнейшие операции аналогичны определению внутреннего диаметра; определяют5 10 15 20 ся фотоприемники с номерами и И, удовлетворяющие условиям:1 Ь ( 81;Ь 1-1 В,Р 4)ЬЦ (В 4;Ь 4+84, И 5)Ькгпи 1 + Ьвахгде В --1284 Рб)2и вычисляется внешний диаметр О с учетомлинейной аппроксимации фронтов 2 и 2",В ЬЬ-- Ц117)Я 4 = Ц 4+84 - ЬЦ18)ЬИ+1-Ь 4О =Т П (54 - 51), 19)После этого вычисляются толщины стеноктрубы щ и аг в плоскости наблюдения:.Я 1= Т ЮЯг - З 1) 20)ччг =Т а(34 - ЗЗ). Р 1)После выполнения указанных операциймикропроцессор 11 записывает результатыизмерений О, б, и 1, ж в интерфейс 10 черезмагистраль 14 и осуществляет безусловныйпереход в начало программы, Интерфейс 10выводит записанную информацию на индикатор 9.В сравнении с известным предлагаемый способ позволяет повысить точностьизмерении геометрических размеров про-.зрачных труб, Повышение точности способадостигается путем перехода от косвенногоопределения внутреннего диаметра к прямому измерению. При измерении известным способом внешний и внутреннийдиаметры определяются в различных сечениях, что вносит погрешность, обусловленную отклонениями формы трубы,Косвенный метод определения внутреннегодиаметра требует нахождения значенийтрех эмпирических коэффициентов, что делает процедуру калибровки и настройкивесьма громоздкой и малоточной, Отклонение оси измеряемой трубы от плоскостисимметрии щели диафрагмы. также вноситпогрешность в значение внутреннего диаметра, Заявляемый способ позволяет иэмерять внешний и внутренний диаметр прозрачной трубы в одном сечении и вычислять толщину стенок по расстоянию между характерными участками фронтов теневой картины, указанные расстояния не зависят от размеров диафрагмы, положения измеряемой отрубы относительно диафрагмы и от размеров и толщины стенок трубы, что позволяет отказаться от коррегирующих выражений и производить калибровку по одному эталону.Таким образом; предлагаемый способ в сравнении с известным позволяет существенно в 10-40 раз (для различных измеряемых диапазонов), повысить точность измерения, устойчивость к смещениям измеряемого объекта, упростить и повысить точность калибровки, что, в свою очередь, позволяет создать высокоточный измеритель для применения непосредственно в производственных условиях,Формула изобретения Способ измерения геометрических размеров прозрачных труб, заключающийся в освещении контролируемой трубы с помощью пространственно ограниченного источника диффузного излучения, формировании иэображения контролируемой трубы и определении внутреннего и внешнего диаметров трубы по сформированному изображению, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, размер источника диффузного излучения и местоположение контролируемой трубы выбирают так, что каждый иэ углов при вершине треугольника, образованного линиями, касательными к внутренней поверхности трубы, опирающегося на апертуру источника диффузного излучения и лежащего в плоскости, перпендикулярной к оси трубы, образуемый высотой и боковыми сторонами треугольника, не превышают значения 32 О, внешний диаметр трубы определяют по расстоянию между серединами фронтов наружных краев изображения, а внутренний - по расстоянию между серединами фронтов наружных краев светлых полос, находящихся у внутренних краев изображения.1753269 2 Г,2 ректор Т, Ващков ор О. Головач жгород, ул.Гагарина, 10 Производственно-издательский комбинат "Патен аз 2759 ВНИИП Составитель В. ДубровскиТехред М.Моргентал Тираж осударственного комитета по изобре 113035, Москва, Ж, РаушПодписноеям и открытиям при ГКНТ СССРнаб., 4/б