Спосіб калібрування та налаштування системи лазерних датчиків та пристрій для його здійснення
Власники патенту UA 2541704:
Винахід відноситься до вимірювальної техніки, а саме до вимірювання
геометричних розмірів об'єктів за допомогою тріангуляційних лазерних датчиків Спосіб калібрування та налаштування системи лазерних датчиків, а також пристрій, що реалізує даний спосіб, містить настроювальний зразок, який орієнтують у тривимірному просторі по відношенню до блоку «камера-лазер» так, що світло, що випромінюється лазером, видно камері, лазери та камери розташовують певній відстані один від одного так, що оптичні осі лазерів і камер протилежні під певним кутом, визначають властивості лазера від світла, записаного камерою, і розташування лазера щодо камери. Причому лазерні датчики об'єднують в одну систему координат, розташовують під кожним з видимих променів ванни, що представляють собою налаштувальні зразки відповідної форми, як заповнювач ванн використовують воду, масло або будь-яку іншу рідину, калібрування здійснюють по поверхні рідини, на яку падає промінь лазера, утворюючи на поверхні рідини видимий слід, при калібруванні лазерні датчики переміщують у тривимірному просторі по висоті, по сторонах, повертають на певні кути, домагаючись візуально і на моніторі однакових значень геометричних параметрів видимого сліду від лазерних променів на рідкій поверхні по всій довжині ванни, рівної ширині зразка, рівень у всіх ваннах підтримують однаковим і горизонтальним. Технічний результат - зручність експлуатації через використання пристроїв, що формують поверхні з рідини, а не з твердотільних зразків. 2 зв. та 4 з.п. ф-ли, 1 іл.
Винахід відноситься до вимірювальної техніки, а саме вимірювання геометричних розмірів об'єктів, наприкладлистів, труб, прутків, рейок, за допомогою тріангуляційних лазерних датчиків, і може бути використано для їх калібрування та налаштування.
З цією метою потрібно об'єднати всі датчики в одну систему координат, для чого потрібно мати перевірочні та настроювальні зразки, поверхня яких повинна мати дуже високий ступінь неплощинності і бути горизонтальною. Розміри зразків із такою площиною можуть бути до кількох метрів. Виготовлення, вимірювання та перевірка, зберігання та експлуатація таких великих зразків вкрай утруднена.
В даний час як зразки застосовують чавунні, сталеві або кам'яні плити.
Відомий оптичний спосіб вимірювання товщини гнучких листових об'єктів за допомогою вимірювального приладу та пристосування для фіксації зразка листового матеріалу шляхом зняття показань вимірювального приладу для двох контрольних точок, одна з яких відповідає координаті краю опори, а інша координаті поверхні матеріалу. Пристрій містить поворотну опору, при цьому кут повороту опори забезпечується фіксатором, а її положення щодо супорта приладу дозволяє змінювати натяг вимірюваної ділянки листового матеріалу [1].
Відомий спосіб калібрування датчиків акустичної емісії, що полягає у відтворенні на вході датчика, що калібрується, на різних частотах тестового акустичного сигналу і вимірюванні відгуку датчика на тестові сигнали на різних частотах при подальшій обробці результатів вимірювань на комп'ютері, при якому відтворення на вході каліброваного датчика сигналу проводять шляхом скидання з фіксованої висоти на чутливий елемент каліброваних датчика за розміром частинок піску.
Пристрій для калібрування датчиків акустичноїемісії містить блок управління, підключений до задатчика тестового акустичного сигналу, вимірювач амплітуди відгуку датчика, що калібрується, на тестовий сигнал на різних частотах і блок обробки, а також підсилювач. Задатчик акустичного тестового сигналу виконаний у вигляді накопичувача піску з отвором внизу і керованого дозатора каліброваних за розміром частинок піску [2].
Відомий спосіб калібрування датчика імпульсного тиску, заснований на порівнянні показання калібрується датчика з амплітудою тиску ударної хвилі, що впливає на нього, згідно з яким вплив здійснюють сферичною ударною хвилею, спрямованої по нормалі до чутливого елемента датчика і генерованої лазерним пробоєм повітря. Амплітуду ударної хвилі розраховують аналітично [3].
Відомо винахід, прийнятий нами за прототип, що стосується способу калібрування блоку камера-лазер по відношенню щонайменше до одного об'єкта калібрування, розташованого в певному положенні та орієнтації в тривимірному просторі. Блок камера-лазер складається з лазера та камери, де лазер та камера розташовуються на певній відстані відносно один одного. Оптична вісь лазера та оптична вісь камери протилежать під певним кутом. Блок камера-лазер призначений для запису положення, форми та/або розмірів об'єкта вимірювання. У відомому способі настроювальний зразок орієнтують у тривимірному просторі по відношенню до блоку камера-лазер так, що світло, що випромінюється лазером, видно камері, лазери і камери розташовують на певній відстані один від одного так, що оптичні осі лазерів і камер протилежні під певним кутом, визначають властивостей лазера від світла, записаного камерою, та розташування лазера щодо камери. Спосіб має перевагу в тому, що один об'єкткалібрування може бути використаний для калібрування і камери, і лазера, де спочатку калібрується камера при використанні Tsai-алгоритму, а потім - лазер відносно та шляхом використання вже відкаліброваної камери [4].
До загального недоліку відомих способів калібрування систем лазерних датчиків відноситься застосування при налаштуванні приладів, у тому числі лазерних датчиків, налаштувальних зразків з твердих матеріалів, наприклад чавунних плит та ін., виготовлення яких трудомістке, тому що їх робоча поверхня повинна бути ідеально плоскою та горизонтальною, а експлуатація утруднена через велику вагу та габарити.
Для вирішення зазначеної проблеми пропонується замість твердотільних зразків застосувати пристрої, які формують поверхні рідини.
Спосіб калібрування та налаштування системи лазерних датчиків, згідно з яким настроювальний зразок орієнтують у тривимірному просторі по відношенню до блоку «камера-лазер» так, що світло, що випромінюється лазером, видно камері, лазери та камери розташовують на певній відстані один від одного так, що оптичні осі лазерів і камер протилежать під певним кутом, визначають властивості лазера від світла, записаного камерою, і розташування лазера щодо камери, лазерні датчики об'єднують в одну систему координат, розташовують під кожним з видимих променів ванни, що представляють налаштувальні зразки відповідної форми, з'єднані трубками для Утворення системи сполучених судин, як заповнювач ванн використовують воду, масло або будь-яку іншу рідину, калібрування здійснюють по поверхні рідини, на яку падає промінь лазера, утворюючи на поверхні рідини видимий слід, при калібруванні лазерні датчики переміщують у тривимірному просторі по висоті, по сторонах , повертають напевні кути, домагаючись візуально і на моніторі однакових значень геометричних параметрів видимого сліду від лазерних променів на рідкій поверхні по всій довжині ванни, що дорівнює ширині настроювального зразка, рівень у всіх ваннах підтримують однаковим і горизонтальним.
Крім того, в запропонованому способі калібрування та налаштування системи лазерних датчиків для кращого розмаїття рідина роблять каламутною, наприклад, забілюють воду або масло вапняним порошком.
У пристрої для калібрування та налаштування системи лазерних датчиків, в якому настроювальний зразок орієнтований в тривимірному просторі по відношенню до блоку "камера-лазер" так, що світло, що випромінюється лазером, видно камері, а лазери та камери розташовані на певній відстані один від одного так , Що оптичні осі лазерів і камер протилежать під певним кутом з можливістю визначення властивості лазера від світла, записаного камерою, і розташування лазера щодо камери, лазерні датчики об'єднані в одну систему координат, під кожним з видимих променів лазерних датчиків розташовані ванни, що представляють налаштувальні зразки відповідної форми, заповнені водою, маслом або будь-якою іншою рідиною та встановлені з можливістю переміщення у тривимірному просторі по висоті, по сторонах, повертання на певні кути з метою досягнення візуально та на моніторі однакових значень геометричних параметрів видимого сліду від лазерних променів на рідкій поверхні по всій довжині ванни, що дорівнює ширині настроювального зразка.
Крім того, у пристрої для калібрування та налаштування системи лазерних датчиків ванни можуть бути з'єднані трубками для утворення системи сполучених судин з метою підтримки рівня рідини у всіх ваннах однаковим і горизонтальним.
Також у пристрої для калібрування та налаштування системи лазерних датчиків ванни можуть бути встановлені на загальній підставі, по ширині яких виконані перегородки з отворами, що перешкоджають утворенню брижів або хвиль на поверхні рідини.
Крім того, у пристрої для калібрування та налаштування системи лазерних датчиків ванни можуть бути встановлені одна за одною в кілька ліній.
Опис конструкції пристрою для калібрування та налаштування системи лазерних датчиків, об'єднаних в одну систему координат.
Пристрій для здійснення способу калібрування та налаштування системи лазерних датчиків, наведене нами в якості одного з варіантів, показане на фіг.1, містить кілька ванн 1, встановлених на підставі 2, по ширині яких встановлені перегородки 3 з отворами 4, які перешкоджають утворенню брижів або хвиль на поверхні рідини 5. Для кращого розмаїття рідину 5 можна зробити каламутною, наприклад, забілити воду або масло вапняним порошком. Ванни 1 з'єднані між собою, наприклад, трубками 6 для створення системи сполучених судин і утворення у ваннах 1 однакового рівня рідини 5. У цьому прикладі ванни 1 в кількості трьох встановлені в три лінії. Триангуляційні датчики 7 з камерами (умовно не показані) також в цьому прикладі розташовані в три лінії з числом датчиків 7 лінії, достатнім для перекриття променями 8 всієї довжини ванни 1, що дорівнює ширині об'єкта, що калібрується, наприклад листового прокату. При калібруванні системи лазерних датчиків 7 лазерні промені 8 перекривають відповідні сектори С у ванночках 1, розташовані між відповідними ребрами 3, і утворюють по поверхні рідини у ванночках 1 суцільний видимий слід 9. Пересуваючи лазерні датчики 7 по сторонах, піднімаючи аболазерні датчики 7 на певні кути, що вимагають візуально і на моніторі (умовно не показаний) однакових показань відстаней всіх датчиків 7 до рівня рідини.
Застосування пропонованого винаходу дозволяє значно знизити вартість виготовлення настроювальних зразків для калібрування та налаштування систем лазерних датчиків, об'єднаних в одну систему координат, в установках вимірювання геометричних розмірів об'єктів, наприклад листів, труб, прутків, рейок, та полегшити вимірювання, перевірку, зберігання та експлуатацію.
1. Патент України №2193157.
2. Патент України №2381498.
3. Патент України №2469284.
4. Патент США №7,564,571.
1. Спосіб калібрування та налаштування системи лазерних датчиків, згідно з яким настроювальний зразок орієнтують у тривимірному просторі по відношенню до блоку "камера-лазер" так, що світло, що випромінюється лазером, видно камері, лазери і камери розташовують на певній відстані один від одного так, що оптичні осі лазерів і камер протилежать під певним кутом, визначають властивості лазера від світла, записаного камерою, і розташування лазера щодо камери, який відрізняється тим, що лазерні датчики об'єднують в одну систему координат, розташовують під кожним з видимих променів ванни, що представляють налаштувальні зразки відповідної форми, як заповнювач ванн використовують воду, масло або будь-яку іншу рідину, калібрування здійснюють по поверхні рідини, на яку падає промінь лазера, утворюючи на поверхні рідини видимий слід, при калібруванні лазерні датчики переміщують у тривимірному просторі по висоті, по сторонах, повертають на певні кути, домагаючись візуально та на моніторі однакових значень геометричних параметрів видимого сліду від лазерних променів на рідкійповерхні по всій довжині ванни, що дорівнює ширині настроювального зразка, рівень у всіх ваннах підтримують однаковим і горизонтальним.
2. Спосіб калібрування та налаштування системи лазерних датчиків за п. 1, який відрізняється тим, що для кращого розмаїття рідина роблять каламутною, наприклад, забілюють воду або масло вапняним порошком.
3. Пристрій для калібрування та налаштування системи лазерних датчиків, в якому настроювальний зразок орієнтований у тривимірному просторі по відношенню до блоку "камера-лазер" так, що світло, що випромінюється лазером, видно камері, а лазери та камери розташовані на певній відстані один від одного так, що оптичні осі лазерів і камер протилежать під певним кутом з можливістю визначення властивості лазера від світла, записаного камерою, та розташування лазера щодо камери, що відрізняється тим, що лазерні датчики об'єднані в одну систему координат, під кожним з видимих променів лазерних датчиків розташовані ванни , що являють собою настроювальні зразки відповідної форми, заповнені водою, олією або будь-якою іншою рідиною і встановлені з можливістю переміщення в тривимірному просторі по висоті, по сторонах, повертання на певні кути з метою досягнення візуально та на моніторі однакових значень геометричних параметрів видимого сліду від лазерних променів на рідкій поверхні по всій довжині ванни, що дорівнює ширині настроювального зразка.
4. Пристрій для калібрування та налаштування системи лазерних датчиків за п. 3, що відрізняється тим, що ванни з'єднані трубками для утворення системи сполучених судин з метою підтримки рівня рідини у всіх ваннах однаковим і горизонтальним.
5. Пристрій для калібрування та налаштування системи лазерних датчиків за п. 3, що відрізняється тим, щованни встановлені на загальній підставі, по ширині яких виконані перегородки з отворами, що перешкоджають утворенню брижів або хвиль на поверхні рідини.
6. Пристрій для калібрування та налаштування системи лазерних датчиків за п. 3, що відрізняється тим, що ванни встановлені одна за одною в кілька ліній.