Способ определения малых линейных перемещений объектов

(71) Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт им. В. В. Куйбышева(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯМАЛЫХ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙОБЪЕКТОВ, включающий нанесение наповерхность объекта растра, последующее полуэкспонирование объекта до и послеперемещения с получением двойного изображения объекта на один и тот же фото- дематериал и оценку перемещений по полу- Я -ченным на снимке фотоизолиниям, отличающийся тем, что, с целью повышения точ- Ф 11.1ности измерения и упрощения способа,растр, образуют на поверхности объекта,путем проектирования на него когерент- Щ1 рного светового пучка, расходящегося из р//,/,/ /м/В р+се отметка исходной длина волны когер фокусное расстояни заложения темных тоизолиний по мер от центра снимка; отстояния фотоизол г отоизолинии; тного света; камеры; и светлых фое удаления их финий от цент- юав снимка ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЯО 1040332 А точки, совпадающей с главной точкой объектива съемочной камеры, а при обработке на компараторе измеряют заложения светлых и темных фотоизолиний, а также отстояния фотоизолиний от центра снимка, при этом отметки исходной фотоизолинии вычисляют по формулек///;-//// - /5105 20 ремещем осям чке объы фотокамера 1, объ кость камеры (плос нтный излучатель 4 ло 5, фокусирующая а линза 6, поверх оизолинии 8 на объ а снимке,заключается в сле ентныи избы главнаяния совпаближе друг ожно было лают с поого в опраСовпадение очки излуи когер так, что а излуче сь как можнопрактически мшими. Это де вмонтированн и линзы 6. ъектива и т Изобретение относится к инженерной фотограмметрии, в частности к фотограмметрическому определению малых линейных перемешений при исследовании формоизменений поверхности испытательных конструкций, материала, моделей, резервуаров, силосов и пр., и может найти применение при высокоточном исследовании различных испытательных моделей, материалов, конструкций на точность, прочность, упругость, прогиб, термостойкость и т. п.Известен способ получения голографических интерферограмм небольших поверхностей путем экспонирования на одну голограмму волнового фронта до и после перемещения с последующим восстановлением изображения объекта и оценкой перемещения по интерференционным фотоизолиниям (муару), возникающим на изображении 11.Недостаток данного способа - резкое снижение светосилы отраженного от объекта света при увеличении отстояния съемки, из-за чего голографировать можно лишь неудаленные и ограниченные по размеру участки поверхности. Оценка перемещений по светоизолиниям в голографии полностью не решена вследствие отсутствия фиксированной точки при съемке и несовпадения изображения с эмульсионной плоскостью. Интерференционная картина в голографии изменяется при рассматривании изображения через разные участки голограммы.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения малых линейных перемещений объектов путем нанесения растра на поверхность, а затем экспонирования объекта до и после перемещения на одну и ту же фотопластину. Величину малых линейных перемещений оценивают по муаровым изолиниям 2.Известный способ представляет трудности в механическом нанесении растра на рельефную пространственную и большей площади поверхность и не позволяет избежать контакта с объектом, причем измерение перемещений возможно только по одной координате (по отстоянию съемки) . Невозможно практически измерить очень малые перемещения и нанести на поверхность растр с очень малым шагом. На измеряемом снимке трудно найти начальную изолинию муара и порядок светоизолиний в измеряемой точке, вследствие чего точность способа небольшая.Цель изобретения - повышение точности измерения и упрощение способа.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения малых линейных перемещений объектов, включающему нанесение на поверхность объекта растра, последующее полуэкспонирование объекта до и после перемещения с получением двойного изображения объекта на один и тот же фотоматериал и оценку перемещений по полученным на снимке фотоизолиниям, растр образуют на поверхности объекта путем проектирования на него когерентного светового пучка, расходящегося из точки, совпадающей с главной точкой объектива съемочной камеры, а при обработке на компараторе измеряют заложения светлых и,темных фотоизолиний, а также отстояния фотоизолиний от центраснимка, при этом отметки исходной фотоизолинии вычисляют по формуле:М х,с с +с Ь где М - отметка средней фотоизолини и;Я - длина волны когерентного света;- фокусное расстояние камеры;,1,( - заложения темных и светлых фотоизолиний по мере удаления их от центра снимка;.отстояния фотоизолиний от центра снимка.Пространственное линейное пе ние распределяют по координатны с центром координат в главной то ектива съемочной камеры.Двойное полуэкспонирование производят на фотоэмульсию, чувствительную к данному когерентному свету, с разрешением 2000 лин/мм и более.На фиг. 1 показана принципиальная схема реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - фотоснимок с получившимися на нем при съемке и проявлении фотоизолиниями,На фиг. 1 обозначенектив 2, фокальная плоскость снимка) 3, когереотклоняющее свет зеркана зеркало пучок светность объектива 7, фотекте фотоизолинии 9 нТехнология способадующем.Съемочную камерулучатель 4 монтируют.точка объеКтива и точдали или находилик другу,.чтобы ихсчитать совпадаюмощью зеркала 5,ву объектива 2,главной точки обчения - необходимое условие при дальнейшей обработке снимка. Фотокамеру 1 устанавливают примерно нормально к испытуемой поверхности объекта 7, Производят две полуэкспозиции освещенного объекта расходящимся из точки 5 когерентным светом до и после его перемещения на один и тот же снимок 3. Расходящийся пучок света создается линзой 6, которая фокусирует точку излучения на отклоняюшее зеркало 5. Экспонирование 5 1 Овыполняют на эмульсию с разрешением, соизмеримым с длиной волны когерентного света, и чувствительную к нему. При проявлении на снимке появятся фотоизолинии 9,фотоизолиний. В предлагаемом способе эта задача решается аналитически.Для определения конкретной фотоизолинии на снимке выбирают три соседние темные и между ними две светлые фотоизолинии (фиг. 1), так, чтобы их заложения были на одной прямой, направленной к главной точке снимка. На компараторе измеряют заложения и отстояния этих фотоизолиний от центра снимка. Полученные данные подставляют в формулу (1) 20 25 и вычисляют отметку средней темной изэтих фотоизолиний. Формула (1) выведена при анализе простра нственных световых гиперболоидов, возникающих при интерференции света от двух когерентных источников.Найдя пространственное смещение точек (отметку). фотоизолинии, по разнице двух последних обратных компонент (выражение а) в формуле (1) определяют направление возрастания или убывания отметок фотоизолиний. Если первая обратная компонента больше второй, то отметки увеличиваются к центру снимка, и наоборот, если первая обратная компонента меньше второй, то отметки уменьшаются к центру 40 снимка.Все-остальные фотоизолинии определяют последовательным прибавлением или вычитанием длины волны когерентного света (сечение фотоизолиний). -Таким образом, 4 по всему полю изображения объекта на снимке получают пространственное смешение поверхности при деформации в фотоизолиниях, подобное изображению рельефа на топографической карте в горизонталях.50Пространственное смещение любой точкиповерхности объекта распределяют по координатным осям с началом координат в главной точке объектива камеры. Для этого на снимке производят дополнительные измерения заложений и отстояний одной тем-. ной и двух светлых смежных фотоизолиний, ориентированных к центру снимка О, между характеризующие перемещения. В известных способах большую трудность вызыва 15 ет расшифровка (или нахождение отметок) которыми лежит конкретно выбранная точка (например, на фиг. 2 точка 1). Находят 1 угол между вектором перемещения и плоскостью снимка где е - берут из формулы (1);(;- заложения темных и светлых фотоизолиний, между которыми находится точка;,р-отстояния этих фотоизолиний отцентра снимка;6 - отстояние точки от центра снимка.Знак перед вторым членом формулыопределяют из анализа фотоизолиний.Если порядок фотоизолиний увеличивается к центру снимка, знак минус, если порядок фотоизолиний уменьшается к центру снимка, знак плюс.Затем находят угол разворота вектораперемещения (или заложения фотоизолиний в плоскости снимкаУ - агс 1 - ГЗ)хгде (х,( проекция заложения фотоизолиний, между которыми находится точка, на координатные оси снимка.После нахождения углов ориентации вектора перемешения его распределяют по координатным осям:по оси У п - ф зп,по оси Х п = й соках;Юпо оси Х п = й сов з 1 пКгде Я - величина пространственного смешения точки, определенная по фотоизолиниям на снимке.Пример 1. Для проверки способа былвзят плоский предмет, который укрепили на пространственном координатомере, позволявший искусственно перемешать предмет в пространстве и определять величину перемещения по шкалам, Такой предмет экспонировался в когерентном свете дважды расходящимся от объектива камеры пучка до и после перемещения на одну и ту же фотопластину МИ КРАТ-ЛОИ. На снимке (фиг. 2) после проявления появились фотоизолинии, параметры которых измерялись на компараторе с точностью измерения О 00 мм. Около точки А на снимке выбирались три темных и две находяшиеся между ними светлые изолинии.Измерялись заложения и отстояния этих фотоизолиний, ориентированные на главную точку снимка О. Получили, мм:Отстояния Заложенияо = 53585 1 о = 07051 = 54,290 1 тп= 0,710Й = 55,000 1 а = 0,700 Г = 300 н = 55,700 (р = 0,700 Я = 0,0006328 Йр= 56,4005Эти данные подставляют в формулу (1) вычисляют отметку ередней из трех выбранных темных фотоизолиний Ц а = с-а = = 0,5342294 в ,5156054 = 0,08624.В этой отметке содержится = 29,4 длин волн.Порядок темных фотоизолииий кратен половинам длин волн, а светлых - целым длинам волн. Уточняют порядок искомой фотоизолинии, который равен 29,5 длин волн.оПосле уточнения порядка получили Ма= = 29,5 0,0006328 = 0,086676. Полученная отметка теперь кратна длине волны света, ее пишут на фотоизолинии, При вычислении было замечено, что первая обратная компонента (выражение а) в формуле (1) меньше второй, поэтому отметки увеличиваются к центру снимка. Все остальные фотоизолинии определяют последовательным прибавлением (вычитанием) длины волны света. зоПространственную величину перемещения, например точки 1 И = 0,0106412- -10,6 мк, распределяют по координатным осям. На снимке измеряют дополнительно заложения и отстояния одной темной и двух светлых фотоизолиний около точки С, между которымй находится точка 1, ориентирован.ных к центру снимка. Получают, мм:Отстояния Заложения Остояние точ 1= 36,100 (п = 0,850 ки 1 от точки 0 1 = 36,950 (о= 0.800 Ь = 39,600 зо 1 и -- 37,750 Проекции заложен ий фотоизолиний ь точке 1 на координатныеоси снимка 35 Ь = 46.12Значение е берут из формулы (1).Из выражения (2) находят = 7027 + + 729 = 7756Из выражения (3) находят = 1221 40 Подставляя эти данные в формулы (4)получают, мк:по отстоянию У п= 0,0106412 0,97791== 0,0004757=0,5Полученные величины перемещений проверялись по шкалам пространственного координатомера. Результаты совпадали. 50Пример 2. На том же снимке выбирали произвольно еще три темные и две светлые изолинии около точки В. Измеряли заложения и отстояния их, ориентированные на главную точку снимка. Получили, мм:Отстояния Заложенияо = 83,596 1 о = 0,5501= 84,140 1 щ -- 0,556Ф = 84 700 1 о = 0 550= 300Ь = 84,2501 = 85,800Эти данные подставляют в формулу (1) вычисляют отметку средней из трех выбранных темных фотоизолиний И = с-а = = 0,5258672 в ,4916244 = 0,0342430, В этой отметке содержится,lд= 54,1 длин волн. Уточняют порядок искомой фотоизолинии, который равен 54,5 длин волн.После уточнения порядкаЯв -- 54,5 Х Х 0,0006328 = 0,0344876. Полученную отметку пишут на средней фотоизолинии она совпала с отметкой этой фотоизолинии, которую получили из первого примера, вычисляя отметкифотоизолиний, отправляясь от точки А. 0 5500 0006328 Пространственная величина смещения точки 2 на снимкеЯг = 0,0234136=23,4 мк. Ее распределяют по координатным осям.На снимке дополнительно измеряют заложения отстояния одной темной и двух белых фотоизолиний около точки Д, между которыми находится точка 2, ориентированных к центру снимка. Получили, мм: Отстояния Заложения Отстояние точЬ= 62,650 Ьл = 0,550 ки 2 от цент- Ь = 63,200 (и = 0,600 ра 0Вг= 73,000 Вп -- 63,800 Проекции заложений фотоизолиний в точке 2 на координатные оси снимка1 х = 63,00( = 2,00Значение Е берут из формулы (1). Из выражения (2) находят Ъ= 7057 + 1341 =8438 Из выражения (3) находят Ф= 149Подставляя эти данные в формулы (4), получают, мкпо осиУ п = 0,02341360,99562 = 0,023311 - 23,3по оси Х п = 0,023436.0,09353 0,9995 = = 0,0021887 2,2по осиХ п = 0,0234136 0,09353 0,0317 = = 0,0000694 ж 0,07В известных способах распределение величины перемещений на три пространственные координаты невозможно. Предлагаемый способ высокоточен, нагля-. ден, прост в применении. Точность измереия согласно предлагаемому способу (в=0,0006 мм) по сравнению с прототипом (т:Ю, мм) увеличивается в 150 раз за счет применения при съемке когерентного света, который является световым растром с шагом равным длине волн, фиксация в пространстве точки съемки, что позволило расшифровать фотоизолинии и более тщательного измерения снимка на компараторе.Основным преимуществом предлагаемого способа является бесконтактное измерение недоступных или исчезающих объектов, ибо световой растр проектируется на объект из точки объектива расходящимся пучком когерентного света и маркировка точек на поверхности объекта не требуется.4 Редактор Л. Лежнина Заказ 6914/44 Т ИИПИ Государепо дела м изоб 35, Москва, Ж - ППП Патеп,ставитель В. Васильред И. Вересаж 662венного комитетаетений и открыт5, Раушская набУжгород, ул. Корр ПодСССР ийд. 4 Проектиа тор Л. Бокшасное