Содержание к диссертации
Введение
1 Методы измерения и контроля линейных величин 11
1.1 Контактные методы измерения и контроля линейных величин 12
1.2 Условно-контактные методы измерения и контроля линейных величин 17
1.3 Бесконтактные методы измерения и контроля линейных величин 21
1.4 Постановка задачи 33
2 Физические принципы организации бесконтактного создания численных образов протяженных трехмерных объектов для информационно-измерительных систем 37
2.1 Физические принципы оптоэлектронного метода бесконтактного создания численных образов трехмерных объектов 40
2.2 Метрологическое обеспечение оптоэлектронного метода бесконтактного создания численных образов трехмерных объектов 46
2.2.1 Влияние аберрационных искажений на создаваемый численный образ трехмерного объекта 46
2.2.2 Влияние инструментальных погрешностей измерения угловых величин на создаваемый численный образ трехмерного объекта 51
2.2.3 Влияние квантования распределения непрерывных физических величин на создаваемый численный образ трехмерного объекта 54
2.3 Обоснование выбора источника освещения 56
2.4 Метод создания численных образов протяженных трехмерных объектов 63
2.5 Обоснование выбора оптимальной скорости проведения измерений 66
2.6 Метод многопроекционного сканирования протяженных трехмерных объектов 69
2.7 Компенсирование влияния технологических вибраций, действующих на исследуемый трехмерный объект при проведении измерений 76
2.8 Метод проведения контроля качества изготовления трехмерных объектов при их транспортировке на открытой горизонтальной конвейерной ленте 79
2.9 Выводы 83
3 Экспериментальные методики 86
3.1 Универсальная экспериментальная установка для исследования принципов создания численных образов протяженных трехмерных объектов 86
3.2 Методика управления перемещением границы зон различной освещенности 92
3.3 Методика компенсирования аберрационных искажений в осветительной и регистрирующей системах 93
3.4 Методика расчета трехмерных координат точек поверхности трехмерного объекта 97
3.5 Методика создания численных образов протяженных трехмерных объектов 101
3.6 Методика сопряжения элементов при многопроекционном сканировании протяженных трехмерных объектов 104
3.7 Методика компенсирования влияния технологических вибраций, действующих на исследуемый трехмерный объект при проведении измерений 109
3.8 Методика контроля качества изготовления трехмерных объектов при их транспортировке посредством открытой горизонтальной конвейерной ленты 114
3.9 Выводы 117
4 Исследование метрологических характеристик оптоэлектронного метода бесконтактного создания численных образов протяженных трехмерных объектов для информационно-измерительной системы 119
4.1 Исследование зависимости оптоэлектронного метода бесконтактного создания численных образов протяженных трехмерных объектов от метрологических погрешностей 119
4.2 Исследование зависимости точности создаваемого численного образа протяженного трехмерного объекта от выбора источника освещения 129
4.3 Исследование процесса создания численных образов протяженных трехмерных объектов 134
4.4 Исследование зависимости метода компенсирования от технологических вибраций на исследуемый трехмерный объект
при проведении измерений 140
4.5 Исследование возможностей контроля качества изготовления трехмерных объектов, транспортируемых посредством открытой горизонтальной конвейерной ленты 150
4.6 Выводы 152
Заключение 154
Список литературы
- Бесконтактные методы измерения и контроля линейных величин
- Метрологическое обеспечение оптоэлектронного метода бесконтактного создания численных образов трехмерных объектов
- Методика компенсирования аберрационных искажений в осветительной и регистрирующей системах
- Исследование процесса создания численных образов протяженных трехмерных объектов
Введение к работе
Анализ научно-технических публикаций показывает, что проблема создания численных образов трехмерных объектов чрезвычайно актуальна, прежде всего, из-за больших прикладных возможностей, открывающихся при работе с численными моделями реальных объектов. Например, информационно-измерительные системы создания численных образов трехмерных объектов используются при неразрушающих исследованиях и контроле различных линейных параметров, при проведении операций тиражирования и масштабирования, при изготовлении литьевых форм и штампов уже готовых образцов. [1 ]
Полученные численные образы также используются в активно развивающейся области применения вычислительных машин -компьютерном моделировании. Компьютерное моделирование позволяет воспроизводить на численных моделях физические процессы, подобные процессам происходящим в реальных условиях. С помощью моделирования можно построить адекватные расчетные модели, проверить эффективность расчетных конструкционных решений на стадии проектирования реальной конструкции. Наиболее наглядно преимущества компьютерного моделирования проявляются при исследовании сложных систем, численный анализ поведения которых связан с большими трудностями. Компьютерное моделирование позволяет осуществить выбор оптимальной конструкции сложной механической системы еще на ранних стадиях проектирования [2]
Важной особенностью информационно-измерительных систем создания численных образов трехмерных объектов является наличие в их составе блоков или подсистем, предназначенных для проведения измерений линейных размеров. Как отмечается в [3], на сегодняшний день доля измерений линейных размеров и перемещений в промышленности составляет 85-95% от числа всех контролируемых параметров, что наряду с бурным развитием производственных потребностей позволяет назвать исследования в области усовершенствования методов измерения и контроля линейных размеров реальных объектов актуальными. Не менее важным является использование информационно-измерительных систем измерения и контроля линейных размеров в научных экспериментах, например при контроле геометрии раскаленных объектов, при исследовании деформаций объектов в течение длительного времени и т.д.
К числу наиболее важных вопросов организации измерения линейных величин при создания численных образов трехмерных объектов в информационно-измерительных системах можно отнести [4,5]: повышение точности и увеличение быстродействия проводимых измерений; стабилизация характеристик, расширение диапазона изменений измеряемых величин; установление однозначности зависимости выходной величины от входной, определение абсолютных координат поверхности, регулировка смещения характеристики (смещение «нуля»); помехозащищенность информационно-измерительной системы, ее устойчивость к изменениям параметров внешней среды (температуры, влажности, вибрации и т.д.); упрощение процедуры юстировки, повышение надежности, упрощение конструкции, уменьшение габаритов и массы, унификация и взаимозаменяемость, уменьшение сто - обеспечение коммутации составных блоков информационно- измерительной системы с персональным компьютером.
На сегодняшний день все методы создания численных образов реальных объектов сводятся к определению пространственных координат ограниченного множества точек, лежащих на поверхности исследуемого объекта. Наиболее простыми, в техническом исполнении, способами определения координат точек поверхности реального объекта являются контактные методы, обладающие сравнительно невысокой скоростью измерений. Особый интерес представляет группа методов, реализующих бесконтактный сбор информации оптоэлектронными методиками, позволяющий увеличить скорость измерений. Следует отметить еще одно достоинство бесконтактных методов - отсутствие воздействия, приводящего к разрушению контролируемой поверхности. Дистанционность в бесконтактных методах позволяет проводить измерения не нарушая технологического процесса, что делает использование таких методов предпочтительным.
Проблема известных методов создания численных образов реальных объектов состоит в ограниченности диапазона линейных габаритов исследуемых объектов. Использование их применительно к протяженным трехмерным объектам сопровождается возрастанием погрешности измерений, и как следствие, уменьшением разрешающей способности создаваемого численного образа. Возникающие сложности при использовании известных методик создания численных образов трехмерных объектов в реальных условиях затрудняет их применении при проведении измерений вне лаборатории.
Таким образом, задача разработки оптоэлектронного метода бесконтактного создания численных образов протяженных трехмерных объектов для информационно-измерительных систем, способного в реальных условиях осуществлять сбор данных о пространственных координатах точек поверхности исследуемого объекта и обрабатывать входящие данные в реальном масштабе времени является актуальной.
Целью настоящей работы явилась разработка физических принципов и методов реализации бесконтактного способа создания численных образов протяженных трехмерных объектов для информационно-измерительных систем управления и контроля техническими и технологическими процессами.
На защиту выносятся следующие результаты, полученные впервые в настоящей работе:
Разработаны принципы организации и функционирования информационно-измерительной системы на основе Лзптоэлектронного метода теневого сканирования для бесконтактного создания численных образов протяженных трехмерных объектов. Показано, что применение метода создания численных образов протяженных трехмерных объектов позволяет повысить разрешающую способность восстанавливаемой численной модели без изменения параметров информационно-измерительной системы. Разработаны принципы устранения влияния на создаваемый численный образ поперечных низкочастотных технологических вибраций малой амплитуды, действующих на исследуемый объект во время измерений. Предложены и экспериментально опробованы методики проведения всего комплекса необходимых измерений.
Предложен и исследован метод компьютерной корректировки погрешностей восстанавливаемой числовой модели протяженного трехмерного объекта, возникающих в результате аберрационных искажений в используемых оптических системах. Теоретически и экспериментально показано, что при использовании простейшей линейной модели компенсирования можно свести погрешность, вызванную аберрационными искажениями, практически до теоретического предела.
3. Исследован и экспериментально апробирован процесс контроля формы трехмерных объектов при их транспортировке на открытой горизонтальной конвейерной ленте. Показано, что применение статистических методов контроля позволяет снизить время проверки без потери качества контроля.
Практическая ценность работы заключается в том, что представленные в работе исследования позволяют сформулировать принципы организации автоматизированной информационно-измерительной системы для создания совокупности координат точек поверхности протяженных тел. Полученные результаты могут быть использованы для разработки автоматизированных информационно-измерительных систем линейных измерений и контроля.
Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в работах [87-89, 96,97,100,102,106,132-134], докладывались на следующих конференциях:
3d International Students' Congress of Asia-Pacific Region Countries, Vladivostok, Russia, 1999.
Научно-техническая конференция «Молодёжь и научно-технический прогресс», г. Владивосток, 1999 г.
Научно-техническая конференция «Вологдинские чтения», Владивосток, 1999.
13-я международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-2000», Санкт-Петербург, 2000.
International Conference "Photonics ODS'2000", Vinnitsa, Ukraine, 2000.
Г1 Asia-Pacific Conference on Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics, Vladivostok, Russia, 2000.
Научно-техническая конференция «Вологдинские чтения», Владивосток, 2000.
Межвузовская научно-практическая конференция «Сахалинская молодежь и наука», Южно-Сахалинск, 2001.
Научно-техническая конференция «Вологдинские чтения», Владивосток, 2002.
2nd Asia-Pacific Conference on Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics, Vladivostok, Russia, 2002.
Межвузовская научно-практическая конференция «Сахалинская молодежь и наука», Южно-Сахалинск, 2003.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения. Общий объем диссертации составляет 170 страниц, включает 41 рисунок и список литературы из 134 наименований.
Во введении определяется цель исследования, и выдвигаются положения, выносимые на защиту.
В первой главе проводится обзор литературных данных по теме диссертации, обосновывается актуальность выбранной проблемы, и ставятся задачи настоящего исследования.
Во второй главе разрабатываются методы создания численных образов трехмерных объектов. Приводятся результаты теоретических исследований, направленных на разработку принципов организации автоматизированной информационно-измерительной системы для бесконтактного создания численных образов протяженных трехмерных объектов. Описаны классы объектов, численные образы которых могут быть созданы с применением данной информационно-измерительной системы. Приведен метод определения частоты и амплитуды поперечных технологических вибраций исследуемого объекта. Показаны принципы организации классификации трехмерных объектов с использованием предлагаемой автоматизированной информационно-измерительной системы.
В третьей главе приводится описание экспериментальной установки, позволяющей производить весь комплекс работ по созданию численных образов протяженных трехмерных объектов. Также рассматриваются обобщенные алгоритмы компьютерных программ, реализующих методы создания численных образов трехмерных объектов, описание которых проводится в главе 2.
В четвертой главе описываются экспериментальные исследования теоретических положений, лежащих в основе разрабатываемой автоматизированной информационно-измерительной системы.
В заключении излагаются основные результаты работы, их научная и практическая значимость, показаны перспективы дальнейших исследований. В приложении приложены акты внедрения результатов диссертационной работы на различных предприятиях и в учебный процесс Сахалинского государственного университета.
Бесконтактные методы измерения и контроля линейных величин
В основе бесконтактных методов измерения и контроля линейных величин лежит применение законов распространения оптического излучения. В зависимости от метода измерения используются различные диапазоны частот падающего света, накладываются условия когерентности и монохроматичности излучения.
Простейшими приборами оптического измерительного устройства являются измерительные проекторы [34-36]. Конструкционные особенности оптической и осветительной систем ограничивают габариты исследуемого объекта, как правило, линейный размер в одном направлении не превышает 50 см. По способу проектирования они делятся на две группы: эпипроекторы и диапроекторы.
По типу измерительные проекторы разделяют на: - подобного изображения, используются для контроля готовых изделий, применение панкратических объективов позволяет решать задачи контроля пропорций изделий; - сведенного изображения, основаны на сравнении изображения контролируемой детали с эталонной, применяются при массовом контроле однотипных деталей; - совмещенного и стереоскопического изображения, применяются для контроля деталей методом сравнения с эталонным изделием. Используя светофильтры, ошибки разного знака можно характеризовать различными цветами; - контактно-проекционные, служат для контроля профиля изделий методом регистрации на экране изображения щупа, перемещение которого связано с изменением размера детали. К недостаткам данных измерительных устройств можно отнести относительную сложность в автоматизации процесса измерений и зависимость точности измерения от качества оптической системы проектора. Известен способ определения габаритов различных объектов волоконно-оптическим способом. В этом случае волоконно-оптический преобразователь фиксирует теневую область, создаваемую изучаемым объектом при его освещении, и с помощью линейных преобразований определяет искомые размеры [37]. Разрешающая способность такого преобразователя определяется шагом дискретизации квантующей линейки световодов (до 25 мкм), наибольший измеряемый размер-числом элементов в волоконно оптической линейке. Основные погрешности метода обуславливаются неточностью аппроксимации изображения края объекта при восстановлении его профиля и остаточными аберрациями проецирующей оптической системы. Одна из модификаций метода в качестве регистрирующего устройства использует фотодиодную линейку.
Лазерные методы определения профиля поверхности по способу обработки измерительной информации делятся на: - метод бегущего луча; - интерферометрический метод; - триангуляционный метод; - метод точной фокусировки; - метод, основанный на эффекте Доплера; - метод последовательного преобразования фазы; - голографический метод.
Принцип действия лазерной системы бегущего луча основан на сканировании объекта тонким лазерным лучом, который перемещается в пространстве по заданной траектории [38]. Наиболее широко распространены системы, в которых управление лучом в пространстве осуществляется с помощью подвижных зеркал или линз. Данные системы работают на просвет и пригодны для изучения объекта с поверхностью несложной формы.
Лазерные измерительные интерферометры [39-41] обычно строят по двухлучевой системе Майкельсона, в одном из плеч которых в качестве объектного зеркала используется поверхность изучаемого объекта. Сущность обработки выходного сигнала системы заключается в определении изменения длительности временного интервала At между началом периода «пилообразной» модуляции и первым нулем выходного интерференционного сигнала, возникающего при изменении разности фаз опорного и измерительного излучений.
Метрологическое обеспечение оптоэлектронного метода бесконтактного создания численных образов трехмерных объектов
Искажения изображений оптической системой (осветительной или регистрирующей) могут быть вызваны различными аберрациями. Дисторсия, сферические аберрации, кривизна поля вносят наибольший вклад в дефекты изображения [90-92]. Известны пути уменьшения влияния этих паразитных явлений с помощью диафрагмирования, специального подбора составных частей оптической системы и т.д. [93,94] Описанные решения в нашем случае неприемлемы, так как ведут к уменьшению либо интенсивности освещения, либо чувствительности регистрирующего устройства или удорожанию системы в целом. В предлагаемой информационно измерительной системе оптические искажения могут влиять на форму тени от края тенесоздающего ножа, получаемую с помощью осветительной системы, и на изображение распределения интенсивности на поверхности исследуемого объекта, при фиксировании его регистрирующей системой.
Для устранения вышеперечисленных искажений разработана методика численного компенсирования аберрационных искажений, состоящая в проведении предварительных, независимых друг от друга, поверок оптической и регистрирующей систем.
Калибровка регистрирующего устройства заключается в фиксировании тестовой картины, выполненной в виде периодической сетки с квадратными ячейками, внутри которых не происходит качественных изменений оптических дефектов, т.е. характер искажения можно линейно интерполировать. Шаг сетки выбирается произвольно в зависимости от поставленной задачи и качества изготовления оптической схемы регистрирующего устройства.
В результате поверки регистрирующего устройства (для упрощеніь дальнейшего описания рассмотрим регистрирующую систему, имеющую 7 уровней квантования, и тестовую картину, состоящую только из горизонтальных полос) эталонной матрицы А, описывающей тестовую картину не подверженную аберрационным искажениям, сопоставляется матрица реального расположения тестовых полос А , индивидуальная для каждого регистрирующего устройства при фиксированном коэффициенте масштабирования изображения /у. Дальнейшие примеры показаны для случая симметричной бочкообразной дисторсии. где 2у-элемент матрицы, хранящий информацию о распределении интенсивности в точке с координатами (/л-і, /л-j), /л- коэффициент масштабирования. В случае а -1, через соответствующую точку проходит тестовая линия, если atJ=0 - нет. Так как тестовая картина представляет собой набор точек, интенсивность которых может принимать только два значения, подобное представление дает исчерпывающую информацию о виде тестовой картины.
Основная задача заключается в создании правила перехода от матрицы А , определяющей расположение тестовых линий, к эталонной матрицей.
Для решения этой проблемы предлагается создать матрицу перехода Mh которая позволила бы воссоздать вид матрицы А, основываясь на виде матрицы А . Данная операция происходит в три этапа. Первоначально определим матрицу М/, следующим образом:
Положительные элементы матрицы М)1] показывают местоположение точек тестовой линии, искаженной регистрирующей системой, отрицательные - положение точек эталонных линий. Нулевые значения элементов матрицы обозначают места, где искажения не вносят существенный вклад в изображение.
Пересечение тестовых линий всего поля регистрации, позволяет сопоставить каждому положительному элементу отрицательный и тем самым, определить величину смещения конкретной точки, вызванного аберрационными искажениями. В результате подобного анализа матрица М\ ] примет следующий вид: М - = (о 0 J 1 1 0 ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ,0 0 -1 -1 -1 0 о, (2.13.) Здесь, элементы матрицы показывают расстояние зарегистрированной точки до эталонного положения в вертикальном направлении. Абсолютная величина значения элемента матрицы определяет величину смещения, знак-направление (в приведенном примере, за положительное направление принято направление увеличения номера строки матрицы). При создании тестовой картины принималось во внимание, что изменение искажений между соседними тестовыми линиями носит линейный характер, поэтому на заключительном этапе происходит перерасчет значений элементов матрицы М)2), находящихся между эталонными тестовыми линиями, т.е. окончательно матрица М/ примет вид: о (Л 0.66 о о 0.33 о о о о г0 0 1 1 1 О 0 0.66 0.66 О 0 0.33 0.33 М, - М)}) = 0 0 0 0 0 0 0. (2.14.) О 0 -0.33 -0.33 -0.33 О О О 0 -0.66 -0.66 -0.66 о о уО 0 -1 -1 -1 0 0/ Количество знаков в десятичной части определяется требованиями к точности в поставленной задаче. Матрица М2, хранящая информацию об искажениях вертикальной тестовой сетки, создается аналогичным образом.
Методика компенсирования аберрационных искажений в осветительной и регистрирующей системах
В качестве регистрирующего устройства используется стандартная видеокамера с чувствительным элементом в виде ПЗС-матрицы размером 512x512 пикселей [120]. Частота записи данного устройства составляет 24 кадра в секунду. При проведении измерений изменение общей освещенности фиксируемого изображения приводило к включению функции автоматического фокусирования, что в свою очередь приводило к изменению размеров фиксируемого изображения и, как следствие, параметра /и в выражении (2.2). Из-за данного явления функция автоматического фокусирования была отключена. Видеокамера расположена на расстоянии 2 м от поверхности «нулевого уровня», причем соблюдалось условие оптимальной регистрации, обозначенное выражением (2.25). Аппаратное, масштабирование позволяет изменять размеры исследуемой зоны в пределах-от 0,5 м до 5 м.
Коммутация с персональным компьютером обеспечивается посредством платы сопряжения с имеющимся видеовходом. Интенсивность изображения квантуется по 255 уровням серого цвета. Разрешение получаемой картины составляет 512x512 пикселей, что позволяет не прибегать к функциям интерполяции изображения, приводящим к потерям качества.
В качестве поверхности «нулевого уровня» используется плоская горизонтальная плита с размерами, заведомо превышающими размеры изучаемых трехмерных объектов.
Для проведения серии опытов, направленных на исследование влияния внешних механических вибраций на результат восстановления, на поверхности «нулевого уровня» устанавливалась подвижная плоскость, способная перемещаться ортогонально поверхности «нулевого уровня». Движение подвижной плоскости в направлении к поверхности «нулевого уровня» по направляющим осуществлялось с помощью электромагнитов закрепленных на них, обратное движение обеспечивалось упругими силами пружин, находящихся на направляющих. Передвижение подвижной плоскости управлялось с помощью персонального компьютера. Подобная система обеспечивала амплитуду колебаний до 5 сантиметров с частотой до 20 Гц.
При проведении опытов, направленных на интеграцию информационно-измерительной системы в технологический цикл с открытой транспортировкой образцов, поверхность «нулевого уровня» заменялась подвижной горизонтальной лентой с нанесенными на ней контрольными метками на расстоянии 2 см друг от друга.
Методика управления шаговым двигателем предназначена для автоматизированного управления движением тенесоздающего ножа. Как было описано в п. 3.1. тенесоздающий нож посредством червячной передачи соединен шаговым двигателем, тем самым, ставя в пропорциональное соотношение скорость движения ножа и частоту вращения ротора двигателя, направление перемещения ножа и направление вращения ротора двигателя. Задача представленной программы состоит в подаче управляющих сигналов на вход драйвера управления шаговым двигателем, сформированных на основе параметров обозначенных пользователем. Коммутация с драйвером производится посредством стандартного СОМ-порта последовательного доступа (адрес $038F). Приведенная программа работает в режиме фоновой обработки событий, т.е. оперативно реагирует на изменения, внесенные в установки вращения.
Блок-схема алгоритма программы управления шаговым двигателем представлена на рис. 3.4. Последовательность основных действий программы выглядит следующим образом.
Первоначально параметры вращения имеют значения соответствующие неинвертированному вращению ротора (движению тенесоздающего ножа вперед) при частоте вращения двигателя 300 Гц и состоянию ожидания запуска шагового двигателя. После запуска вращения двигателя параллельно управлению вращением производится отслеживание изменения параметров инвертирования вращения, изменения частоты вращения ротора. Внесенные изменения вступают в силу при следующем такте работы двигателя. По окончанию работы программы вращение ротора двигателя останавливается автоматически.
Методика, численной компенсации аберрационных искажений предназначена для составления матрицы смещения, получаемой с помощью предварительной калибровки систем [121,122]. Теоретическое обоснование действий данной программы описывается в п.2.2.1.
Суть калибровочного процесса регистрирующего устройства заключается в анализе зафиксированной тестовой картины, выполненной в виде набора периодических параллельных линий. Калибровка осветительной системы сводится к устранению кривизны края тенесоздающего ножа при его движении по «нулевой» поверхности
Исследование процесса создания численных образов протяженных трехмерных объектов
В данном пункте рассматриваются вопросы экспериментальной проверки величины точности восстановления от различных параметров [102,134], обозначенных в п. 2.4-2.6.
При проведении эксперимента, направленного на восстановление профиля поверхности с погрешностью заведомо меньше, чем условие (2.6), была использована установка, описанной в п. 3.1. В качестве исследуемого объекта была выбрана комбинация двух рядом стоящих параллелепипедов размерами 450x120x50 мм. При размещении объектов на поверхности «нулевого» уровня они был ориентирован по осям координат и установлены параллельно друг другу. При проведении измерений были выбраны оптимальные углы системы, описанные выражением (2.25). Измерения, основанные на исследовании всей зоны размещения объектов, дают возможность создания численного образа с разрешающей способностью 2.5 мм. При применении метода создания численных образов протяженных трехмерных объектов разрешающая способность составила 0.5 мм. При этом ширина зоны сшивки составила 5 мм, что соответствует А = 10. Обработка полученных данных осуществлялось с применением методики расчета трехмерных координат точек поверхности трехмерного объекта, описанной в п. 3.4.
Приведенные результаты показывают, что метод создания численных образов протяженных трехмерных объектов позволяет проводить измерения с более высокой точностью, чем точность, определяемая выражением (2.6).
Экспериментальная проверка влияния скорости движения границы зон различной освещенности по поверхности исследуемого объекта на точность создаваемого численного образа, теоретически рассмотренного в п. 2.5, проводилась на установке, описанной в п. 3.1. Скорость регулировалась способом, описанным в п. 3.2. Перед проведением измерений была произведена поверка оптических систем. При обработке полученных данных использовалась методика расчета трехмерных координат точек поверхности трехмерного объекта, описанная в п. 3.4. При проведении измерений были выбраны оптимальные углы системы, описанные выражением (2.25). В качестве исследуемого объекта был выбран цилиндр, ориентированный главной осью параллельно оси Y, с радиусом основания 10 см. Исследования проводились в той части цилиндра, которая удовлетворяла условию (2.64). Расчетная погрешность восстановления составила 2%, при разрешающей способности числовой модели 0.5 мм.
Результаты эксперимента показывают, что при высоких скоростях, вследствие эффекта «размывания границы» точность восстановления высоты в опорных точках уменьшается. При средних скоростях, точность восстановления в опорных точках находится в пределах расчетной, и их использование оправдано, если система настроена на разрешающую способность меньше, чем требуемая.
Экспериментальная проверка влияния величины угла освещения на восстановление глубины глухого отверстия, теоретически рассмотренное в п. 2.6, проводилась на установке, описанной в п. 3.1. Перед проведением измерений была проведена поверка оптических систем. При обработке полученных данных использовалась методика расчета трехмерных координат точек поверхности трехмерного объекта, описанная в п. 3.4. При проведении измерений были выбраны оптимальные углы регистрации и наклона исследуемого отверстия, описанные выражением (2.25). В качестве исследуемого объекта был выбран прямоугольный параллелепипед размером 450x120x50 мм с глухим отверстием прямоугольной формы 30x30x30 мм, ориентированный по осям координат. Расчетная погрешность восстановления составила 2%, при разрешающей способности числовой модели 0.25 мм. Результаты восстановления глубины отверстия от угла освещения представлены на рис. 4.11.
При проведении многопроеционного сканирования протяженного трехмерного объекта, направленного на устранения влияния «теневых» зон, теоретически рассмотренного в п. 2.7, использовалась установка, схема которой описана в п. 3.1. В качестве исследуемого объекта была выбрана комбинация двух рядом стоящих параллелепипедов размерами 450x120x100 мм и 150x60x50 мм. При размещении тестовых объектов на поверхности «нулевого» уровня они были ориентированы вдоль оси Y и установлены параллельно друг другу на расстоянии 60 мм. При проведении измерений были выбраны оптимальные углы регистрации и наклона исследуемого отверстия, описанные выражением (2.25). Параметры измерительной системы позволяли восстанавливать объекты с разрешающей способностью 0.5 мм.
