Использование Web-камеры для измерения колец и концевых мер на приборе ИЗА-8

Измерение диаметра колец и длины концевых мер на приборе ИЗА-8 (ЛОМО)
(с пользованием Web-камеры Creative NX Ultra)

В основу работы компаратора в режиме перфлектометра положен бесконтактный оптический метод использования высокой отражательной способности измерительных поверхностей объектов контроля при больших углах падения света на эти поверхности. Метод перфлектометра заключается в следующем: первичное изображение S1 (рис.1) щели S перфлектометра строится объективом O1 в предметной плоскости, перпендикулярной к оптической оси перфлектометра; вторичное изображение S2 этой щели строится объективом O2 в плоскости изображений F; если контролируемый объект Р установить так, чтобы предметная плоскость была перпендикулярна к образующим измерительных поверхностей и первичное изображение S1 щели перфлектометра располагалось вблизи измерительной поверхности контролируемого объекта, то часть пучка отразится от этой поверхности и в плоскости изображений F появятся два изображения щели перфлектометра. Одно из них - изображение S2 , формируемое проходящий пучком, будет иметь прежний вид, другое изображение S2', формируемое отраженным пучком, будет искажено отражающей поверхностью, например, при цилиндрической отражающей поверхности это будет дуга кривой 2-го порядка.

Рис.1.

При приближении измерительной поверхности объекта Р к изображению S1 изображение S2' будет приближаться к изображению щели перфлектометра и в момент совмещения поверхности с изображением S1 изображение S2 исчезнет, а изображение S2' займет его место.

После аналогичного совмещения диаметрально противоположной измерительной поверхности изделия Р с изображением S1 щели префлектометра измеряют перемещение объекта Р, которое равно расстоянию между измерительными поверхностями.

Этот метод позволяет измерять наружные и внутренние диаметры и длины хорд изделий типа "цилиндр" или расстояния между измерительными поверхностями изделий типа плоскопараллельных концевых мер длины или скоб.

Программа предназначена для измерения на приборе ИЗА-8 внутренних и внешних диаметров колец и длин концевых мер.

В программе предусмотрено три режима измерений.

1. Измерение диаметра кольца по диаметральному сечению

Для измерения диаметра по диаметральному сечению необходимо выставить кольцо в положение, при котором направление измерения проходит через плоскость его диаметрального сечения. Для юстировки используется интерполяция изображения штриха в форме дуги с помощью регрессии второго порядка и определение угловой координаты центра кривизны для точки измерения. Юстировку производят путем поперечного перемещения кольца, добиваясь значения угловой координаты, близкого к нулю.

2. Измерение диаметра кольца по пяти сечениям

Измерение диаметра кольца проводится для пяти равноотстоящих сечений вблизи диаметра. По результатам измерений вычисляется функция регрессии второго порядка и по максимуму функции определяется значение диаметра. Высокая точность юстировки изображения дуги не требуется.

3. Измерение длины концевой меры

Измерение концевой меры предполагает коррекцию косинусной ошибки при неточной установке меры на рабочем столе (отклонение от перпендикулярности рабочих граней меры по отношению к линии измерения). Отсчеты проводятся в трех точках: два - на одной грани с поперечным сдвигом и один - на противоположной. Вычисленный угол отклонения меры от перпендикулярности учитывается при расчете длины меры.

Рис.2.

Рабочая область программы представлена на рисунке.

В окне расположены кнопки "Реальное/Рабочее" для выбора режима представления изображения, "Включен/Выключен" для анализа изображения, "Включена/Выключена" для юстировки при измерениях диаметра кольца и "Обнулить" для обнуления показаний датчика перемещений. Имеется также выпадающий список для выбора средства измерения "Кольцо/ Мера (концевая)".

В правой части окна имеется шесть закладок для настройки, измерения и отображения информации: "Статическое", "Измерение", "Кольцо", "Протокол", "Графики" и "Настройки".

В режиме изображения "Реальное", поле изображения цветное (для красного светодиода - красное), в режиме "Рабочее" - черно-белое и зеркально отраженное по вертикали.

В поле изображения в режиме изображения "Рабочее" отображаются вертикальная и горизонтальная оси. Положение вертикальной оси задано так, что она разделяет область изображения на две равные части, а положение горизонтальной оси можно изменять с помощью ползунка, находящегося слева от изображения или нажав на левую кнопку мыши на соответствующей строке в области изображения. При юстировке оптической системы желательно добиться, чтобы центральное световое пятно располагалось в центре области изображения, а изображение штрихов должно быть точно ориентировано вдоль вертикальной оси.

Кнопку "Анализ: Включен/Выключен" можно использовать для предварительного просмотра области анализа, которая на изображении обозначается красным прямоугольником.

Кнопку "Юстировка: Включена/Выключена" следует использовать при измерении диаметра кольца по диаметральному сечению. Подробное описание методики измерения диаметра кольца будет описано ниже.

В нижней строке (строка состояния) отображается текущий режим функционирования программы, а также значение яркости самого яркого пикселя в области анализа.

В левом верхнем углу области изображения красными цифрами выводится текущий отсчет датчика перемещений.

В нижней части окна имеются поля для отображения мгновенных значений в процессе измерения. Все величины кроме длины выводятся в условных единицах. В поле "Счетчик" отображаются время текущего измерения (с точностью до секунды) и количество кадров, использованных для расчета.

Настройки в области "Юстировка кольца" используются для режима "Измерение диаметра кольца по диаметральному сечению". Шаг - интервал между опорными точками по вертикальной оси. Шаг выбирается так, чтобы в режиме "Юстировка/Включена" розовые перекрестия, обозначающие опорные точки, располагались на изображениях штрихов. Следует учесть что число опорных точек - пять, а третья из них располагается на горизонтальной оси. Таким образом, при измерениях в этом режиме строго необходимо, чтобы горизонтальная ось проходила через центр центрального пятна изображения.

Поправка вводится для компенсации отклонения от параллельности между строками чувствительных элементов ПЗС-матрицы и линией измерения (направлением продольного перемещения измерительного столика).

В окне "Калибровка" по результатам многократных измерений концевых мер вводится калибровочных коэффициент.

В программе предусмотрена возможность ввода поправки калибровочного коэффициента. При измерении кольца большого диаметра производится измерение концевой меры с номинальной длиной, соответствующей диаметру кольца. Ввод результатов измерений в поле "Корректировка коэффициента" позволяет получить поправку и автоматически ввести ее в калибровочный коэффициент.

Цикл измерений мер и колец производится с использование закладки "Измерение". Закладка обеспечивает проведение необходимых промежуточных измерений для единичного измерения расстояния между двумя поверхностями (концевой меры или кольца).

Программа позволяет измерять координаты поверхностей в положениях Металл - Слева и Металл - Справа.

Для этого кнопкой "Получить отсчет" определяются последовательно две координаты динамического изображения с обеих сторон от края детали. По парам отсчетов с помощью кнопок "Слева" и "Справа" производится расчет координаты края по датчику. Размер детали вычисляется как разность координат обоих краев детали при нажатии кнопки "Диаметр". (При измерении концевой меры - кнопки "Длина").

Все координаты динамических изображений по камере и датчику перемещений фиксируются в списках. При нажатии кнопки "Новое измерение" все поля и списки очищаются.

Методика измерений

Измерение диаметра кольца по диаметральному сечению.
Необходимо выбрать в списке "Средство измерения" - значение "Кольцо".

Для измерения диаметра по диаметральному сечению необходимо добиться такого положения кольца, чтобы оптическая ось лежала в плоскости его диаметрального сечения. При этом требуется высокая точность юстировки изображения дуги.

Юстировка может выполняться визуально по симметричному расположению верхней и нижней дуги либо с помощью нуль-индикатора. Для вывода значения нуль-индикатора необходимо нажать кнопку "Юстировка: Включена/Выключена". Если настройки верны, в режиме юстировки на изображении штрихов появляются пять перекрестий розового цвета, а в правом верхнем углу поля изображения - значение нуль-индикатора.

Рис.3.

Измерение диаметра кольца по пяти сечениям

Необходимо выбрать в списке "Средство измерения" - значение "Кольцо".
Для измерения диаметра кольца по пяти сечениям используется закладка "Кольцо".

Этот метод предусматривает измерение диаметра кольца по пяти сечениям для точной оценки размера сечения, проходящего через диаметр. По результатам измерения строится регрессия второго порядка и по максимуму функции определяется значение диаметра. Случайная погрешность измерения уменьшается в этом случае в 2,2 раза. Высокая точность юстировки изображения дуги не требуется.

Последовательность операций:

1) В окно "Номинальный диаметр" ввести значение номинального диаметра кольца, в окно "Начальная координата" ввести начальный отсчет на измерительном барабане.

2) Нажать кнопку "Ввести". На кнопках в столбце "Координата кольца" появятся значения отсчетов на барабане поперечного перемещения для всех 5 измерений. Кнопки последовательно становятся доступными для нажатия по мере записи диаметров.

3) Установить координату кольца в соответствии с надписью на последней доступной кнопке. Перейти в закладку "Измерение" и произвести цикл измерений.

4) Вернуться в закладку "Кольцо" и нажать кнопку с измеренной координатой сечения кольца. В столбце "Рассчитанный диаметр, мм" отображается измеренное значение.

5) Повторить цикл для всех 5 измерений.

6) Нажать кнопку "Диаметр". Вместе с результатом измерений появляется также значение "Координаты кольца, где размер максимален". Это значение может при необходимости использоваться для контрольного измерения диаметра. Кнопка с галкой рядом с результатом позволяет записать измеренное значение в протокол.

Рис.4.

На рисунке приведено состояние поля изображения и измерительной панели после измерения 1 хорды.

Рис.5.

На рисунке приведено состояние поля изображения и измерительной панели после измерения 5 хорды.

На закладке "Графики" отображаются графики регрессии второго порядка по результатам пяти измерений. Качество измерений можно оценить визуально по точности совпадений отдельных измерений с плавной кривой.

Рис.6.

Измерение длины концевой меры

Необходимо выбрать в списке "Средство измерения" - значение "Мера".

Программа позволяет производить измерение концевой меры при неточной ее установке на рабочем столе (отклонение от перпендикулярности рабочих граней меры по отношению к линии измерения) в соответствии с рисунком.

Измерения проводятся в трех точках, обозначенных 1, 2, 3. При измерении в точке 2 необходимо сместить меру относительно положения 1 на величину b (по умолчанию 10 мм -полный ход барабана поперечного перемещения). (Величина b задается в поле сдвиг на закладке "Измерение") Зная значение b и разность координат d в точках 1 и 2, можно определить величину угла a отклонения граней меры от перпендикуляра.

Если разность координат между точками 2 и 3 равна La, то расчетное значение длины меры можно определить по формуле.

При измерении концевых мер в поле "Результаты измерения" используется три кнопки: "Слева", "Слева со сдвигом" и "Справа", которые соответствуют измерениям в точках 1, 2 и 3.

В поле расчетного значения длины меры выводится также измеренное значение угла разворота меры по отношению к линии измерения.

наверх