Компьютеризированный контактный интерферометр Уверского ИКПВ-К для поверки концевых мер длины.

Цель работы: знакомство с компьютеризированным контактным интерферометром.

Рис. 3.1 Общий вид контактного интерферометра ИКПВ-К

Контактный интерферометр Уверского предназначен для поверки концевых мер длины 3 и 4-го (ИКПВ-К2 – 2-го) разряда. Общий вид интерферометра представлен на рис. 3.1. На основании стойки установлен столик, на котором размещаются поверяемая и образцовая концевые меры длины. На стойке в подвижном держателе устанавливается на нужной высоте блок интерферометра. На окуляре интерферометра установлена камера с ПЗС-матрицей, связанная с компьютером.

Таблица 3.1 Основные метрологические характеристики ИКПВ-К и ИКПВ-К2:

Оптическая схема интерферометра представлена на рис. 3.2. Белый свет от источника 1 поступает на светоделительный элемент 2. Часть луча отражается от неподвижного зеркала 3. Другая часть луча отражается от поворотного зеркала 4, связанного с измерительным наконечником 5, контактирующим с измеряемой КМД 6. Оба луча приходят в кляр с установленной камерой 7, где формируется интерференционная картина.

На рис. 3.3. представлен общий вид интерфейса программы для работы с контактным интерферометром.

Рис. 3.2. Оптическая схема контактного интерферометра.

Рис. 3.3. Оптическая схема контактного интерферометра.

Порядок выполнения работы:

1. Установить поверяемую и образцовую КМД на столик интерферометра.

2. Подвести центр образцовой КМД под измерительный наконечник (0н). Нажать кнопку «Отсчёт».

3. Подвести центр поверяемой КМД под измерительный наконечник (С1). Нажать кнопку «Отсчёт».

4. Подвести левый нижний угол поверяемой КМД под измерительный наконечник (a). Нажать кнопку «Отсчёт».

5. Подвести левый верхний угол поверяемой КМД под измерительный наконечник (b). Нажать кнопку «Отсчёт».

6. Подвести правый нижний угол поверяемой КМД под измерительный наконечник (d). Нажать кнопку «Отсчёт».

7. Подвести правый верхний угол поверяемой КМД под измерительный наконечник (e). Нажать кнопку «Отсчёт».

8. Подвести центр поверяемой КМД под измерительный наконечник (С2). Нажать кнопку «Отсчёт».

9. Подвести центр образцовой КМД под измерительный наконечник (0к). Нажать кнопку «Отсчёт».

10. Нажать кнопку «Отсчёт». Установить следующую пару КМД на столик.

11. Записать результаты измерений в файл протокола.

В файле CSV протокола поверки заголовки полей соответствуют следующим измеренным параметрам:

0н, 0к, С1, С2, a, b, d, e – результаты измерений в соответствующих точках концевых мер;

0ср – среднее между результатами 0н, 0к;

Сср – среднее между результатами С1, С2;

h – Отклонение от плоскопараллельности;

DLобр – отклонение серединной длины;

DLN – отклонение номинальной длины;

DLобр – погрешность размера образцовой меры (берётся из файла данных об образцовом наборе);

DLпов – погрешность размера поверяемой меры (высчитывается на основе результатов измерений);

Lпов – действительный размер поверяемой меры.

Лабораторная работа № 3

«Фотограмметрическая информационно-измерительная система»

Фотограмметрические системы являются современным средством бесконтактных координатных измерений пространственных объектов. Измерение основано на обработке результатов съёмки изображения при помощи двух камер.

Рис. 4.1. Схематическое изображение фотограмметрической системы с двумя камерами..

Пусть из двух точек пространства S1 и S2 (рис.16) получена пара перекрывающихся снимков Р1 и Р2. Точки поверхности А и В изображаются на левом снимке Р1 в виде точек а1 и b1, а на правом Р2 — в виде точек а2 и b2.

Если снимки Р1 и Р2 установить в то положение, которое они занимали во время съемки и из точек S1 и S2 провести проекционные лучи, то связки лучей, существовавшие в момент фотографирования, окажутся восстановленными, и в пересечении соответственных лучей S1a1 и S2a2, S1b1 и S2b2 возникает пространственная (стереоскопическая) модель объекта в виде двух точек (А и В) в трехмерном пространстве, подобная сфотографированному объекту в рабочем пространстве.

Рис. 4.2. Пространственная (стереоскопическая) модель.

Два смежных перекрывающихся снимка, на которых в один момент времени засняты исследуемые объекты с разных ракурсов, образуют стереопару. Наблюдение и исследование пары снимков позволяет построить в памяти компьютера трехмерную модель объекта. Модель представляет собой " облако точек" - набор координат точек, образуемых пересечением проектирующих лучей с поверхностью объекта.

Пара точек т' и т " на изображениях, соответствующая одной точке М, называется сопряженными точками. Точки С и С" являются центрами проекций каждой из двух камер.

Рис. 4.3. Изображения сопряженных точек

Первой и наиболее трудоемкой задачей, возникающей при фотограмметрической обработке пары снимков, является поиск на изображениях сопряженных точек. Данная операция может осуществляться как вручную, так и в автоматическом или полуавтоматическом режимах. В автоматическом режиме в программное обеспечение встраивается коррелятор, что в значительной степени усложняет программное обеспечение и, как правило, увеличивает время, затрачиваемое на обработку пар снимков. На аналогичном принципе работает человеческое зрение, при этом роль мозг выполняет роль коррелятора, обрабатывающего изображения с оптических рецепторов.

В полуавтоматическом режиме поверхность объекта подсвечивается специальным образом (обычно структурированным светом) в целях упрощения процедуры, ответственной за распознавание изображений при поиске сопряженных точек.

В ручном режиме точки либо отмечаются оператором непосредственно на стереопаре, либо на сам объект измерения наклеиваются маркеры, которые распознаются системой как сопряжённые точки.

Рис. 4.4. Пример объекта измерения (ротор рудодроббилки) с маркерами для распознавания сопряжённых точек.

Вычисление координат трехмерных точек, принадлежащих поверхности объекта измерений возможно лишь при совместной обработке пары перекрывающихся между собой снимков, исходя из элементов ориентирования камер - координат центра проекции (фокуса объектива) и направления главной оптической оси, заданного направляющими косинусами. Элементы ориентирования задаются:

- по результатам калибровки (в случае если параметры камер не меняются после калибровки);

- при помощи опорных точек (Если камера перемещается по жёсткой траектории);

- при помощи системы навигации (на основе акселерометров, лазерных гироскопов либо спутниковой), отслеживающей перемещение камер в пространстве и позволяющей выявлять текущие параметры ориентирования камер.

Рис. 4.5. Основное окно программы для работы с фотограмметрической системой.

а) б)

Рис. 4.6. Диалоговые окна открытия файла результата (a) и файла фрагмента (б).

Назначение основных кнопок панели инструментов:

1. Получить снимки с камер;
2. Начать сканирование;
3. Остановить сканирование;
4. Считать файл конфигурации;
5. Задать шаг сканирования, в пикселях;
6. Сдвинуть сканирующую полосу на 10 пикселей влево;
7. Сдвинуть сканирующую полосу на 1 пиксель влево;
8. Сдвинуть сканирующую полосу на 1 пиксель вправо;
9. Сдвинуть сканирующую полосу на 10 пикселей вправо;
10. Включить подсветку на полную яркость;
11. Повернуть столик на 10° по часовой стрелке;
12. Повернуть столик на 10° против часовой стрелки;
13. Построить 3D-модель объекта;
14. Открыть 3D-модель объекта в редакторе X-Editor;
15. Объединить несколько 3D-моделей в одну;
16. Экспортировать 3D-модель.

Порядок выполнения работы.

1. Провести самокалибровку системы;
2. Провести измерение объекта с четырёх сторон

1) Создать на жестком диске отдельную папку, в которой создать подпапки с названиями «1», «2», «3», «4», «5».

2) Установить объект на столик системы.

3) Стереть с обоих окон программы имеющиеся маркеры кнопкой Del

4) Получить снимки с обеих камер кнопкой 1;

5) Добавить на каждое окно по 4 маркера, ограничивающих объект, кнопкой Ins

6) Установить шаг сканирования равным 1 с помощью кнопки 5;

7) Установить сканирующую полосу вблизи объекта измерения кнопками 6 – 8

8) Запустить сканирование кнопкой 2, выбрав одну из созданных в п.1 папок для сохранения результата. После того, как сканирующая полоса перестанет освещать объект, можно остановить сканирование кнопкой 3;

9) Построить 3D-модель объекта кнопкой 13;

10) Открыть 3D-модель в редакторе X-Editor кнопкой 14, проверить модель визуально, после чего закрыть редактор.

11) Повернуть объект на 90°, 9 раз нажав на кнопку 12; важно перед каждым нажатием дождаться, пока стол не закончит поворот.

12) Повторить пп. 7 – 11 3 раза, каждый раз сохраняя результат в соответствующие папки. В итоге должны получиться 4 результата измерения в разных папках.

1. Объединить результаты измерения в единую модель и произвести выгрузку.

1) Начать процедуру объединения кнопкой 15.

2) Открыв в диалоговом окне папку «5», ввести имя файла с результатом объединения (см. рис. 2а).

3) Последовательно выбрать диалоговых окнах файлы во всех папках с результатами измерений, после чего нажать кнопку «Отмена» (см рис. 2б).

4) Экспортировать модель в набор точек кнопкой 16, отметив в диалоговом окне формат X.

1. Обработать результаты измерения в соответствии с заданием.

Задание 1. По результатам измерения цилиндрической поверхности подобрать параметры уравнения для её оси.

В качестве критерия выбрать квадрат расстояния от точек физической модели до оси цилиндра.

Цилиндр задаётся семью параметрами (R, A, B, C, a, b, c): радиус цилиндра R и 6 параметров оси - прямой, проходящая через некоторую точку M (A, B, C) с направляющим вектором r (a, b, c). Задача состоит в подборе таких параметров R, A, B, C, a, b, c, чтобы расстояния d от точек на поверхности цилиндра до оси были наиболее близки к радиусу R, то есть .

Параметры следует искать аналогично лабораторной работе №1.

Расстояние от точки (x, y, z) до оси определяется как .

Задание 2. Аналогично заданию 1 определить параметры оси для каждой из четырёх моделей объекта и сделать вывод об их совпадении.