Высокоточные координатно-измерительные системы: оптико-электронные ко-ординатно-измерительные системы

Введение
Актуальность. Сегодня широкое применение приобретают современные технологии координатных измерений, поскольку во время измерения деталей могут возникать определенные трудности. Постоянное усложнение конфигурации, повышение требований к их качеству и точности привело к тому, что контроль геометрических параметров с использованием устаревших средств требует больших затрат для изготовления соответствующего оснащения, а зачастую и просто невозможен.
Решение многих актуальных задач в науке и промышленности требует разработки и создания высокоэффективных бесконтактных оптико-электронных измерительных систем с высоким разрешением и быстродействием. Создание новых методов обработки изображений и разного рода сенсоров позволило разработать высокоточные оптико-электронные координатно-измерительные системы для измерения геометрических параметров. В связи с этим вопросы изучения данных систем являются весьма актуальными.
Цель данной работы заключается в изучении оптико-электронных координатно-измерительных систем. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- изучен имеющийся материал по тематике исследования;
- проанализирован принцип действия оптико-электронных координатно-измерительных систем, классификация;
- рассмотрен пример оптико-электронной координатно-измерительной системы.
В ходе выполнения данных задач применялись такие методы исследования, как анализ, синтез, описание и обобщение.
В качестве объекта исследования выступают высокоточные координатно-измерительные системы, а предметом исследования являются оптико-электронные координатно-измерительные системы.
1 Принцип действия оптико-электронных координатно-измерительных систем, существующие классификации
Принцип координатных измерений заключается в измерении сложных форм, размеров и места нахождения элементов деталей и сводится к определению и математической оценки пространственных координат отдельных точек.
Координатно-измерительные системы по способу сканирования первичного изображения делятся на точечное, пошаговое и плоскостное сканирование. Точечное сканирование считается наиболее информативным, однако его недостатком по сравнению с другими является длительное время обработки, поскольку сканируется каждый пиксель изображения.
По способу пространственного представления измеряемых объектов различают одномерные, двумерные и трехмерные координатно-измерительные системы. Наиболее распространены двумерные системы. Однако с развитием компьютерной техники и программного обеспечения все большую роль играют трехмерные системы, которые дают больше информации о предмете измерения.
По способу управления координатно-измерительные системы можно разделить на традиционные (с ручным управлением), автоматизированные и анализирующие. В системе с ручным управлением оператор влияет на результат измерения путем визуального приближения измерительных точек, то есть осуществляется субъектное измерение. Основное назначение автоматизированных методов - это автоматизация простых повторяющихся операций. Системы, анализирующие, позволяют самостоятельно перемещать и фокусировать препарат, выбирать траекторию просмотра, контролировать качество освещения и окраску, находить и записывать в базу данных изображения объектов заданных типов

.
По методам наблюдения можно выделить такие координатно-измерительные системы, как поляризационные, люминесцентные, фазового контраста, интерференционного контраста, отраженного и проходящего света.
По направленности светового потока можно разделить координатно-измерительные системы на прямые и инвертированные. Инвертированные отличаются тем, что объектив в них располагается под наблюдаемым предметом, а конденсор - сверху.
По способу представления данных координатно-измерительные системы можно разделить на системы отображения, регистрации и сравнения. Системы отображения не имеют возможности записи и последующей обработки данных, что предусмотрено в регистрирующих системах. Системы сравнения имеют базы данных, которые обеспечивают сохранение и быстрое сравнение полученных данных с имеющимися.
По длине волны координатно-измерительные системы могут быть рентгеновскими, инфракрасными, ультрафиолетовыми и лазерными.
По виду фокусировки координатно-измерительные системы делятся на две группы - ручные и автоматические. Особенностью автоматической системы является отсутствие человеческого фактора при оценке степени резкости изображения. Реализации систем автофокусировки дает возможность выделить два основных типа - активный и пассивный. Система активной автофокусировки измеряет расстояние до объекта с помощью светового импульса и автоматически фокусируется на него. Однако она определяет расстояние только до ближайшего объекта. Принцип действия пассивных систем основан на определении контраста изображения или разности фаз падающего и отраженного лучей, именно поэтому они делятся на контрастные и фазовые. Принцип фазового автофокуса заключается в определении расстояния между отраженными световыми потоками от различных точек. Различают горизонтальные и вертикальные системы фазового автофокуса.
По физическому принципу измерения выделяют две группы координатно-измерительных систем - динамические и статические. Динамические системы определяют точку измерения и после ее нахождения создают сигнал, по которому измерительная система определяет координаты точки в пространстве. Для определения координат в триггерных системах необходимым является перемещение вдоль осей, а в статическом режиме определения координат точки возможно даже тогда, когда координатно-измерительные системы являются неподвижными.
По способу взаимодействия различают контактные, бесконтактные и прерывисто-контактные координатно-измерительные системы [1].
2 Характеристика оптико-электронной координатно-измерительной системы, сфера ее использования
Координатомеры применяют для фиксации проволоки обратного отвеса. Используют переносные координатомеры (оптико-механические) на стадии строительства и стационарные (оптико-электронные) на основе видеоизмерений во время эксплуатации.
Видеокоординатомер (ВКМ) предназначен для бесконтактного измерения положения струны прямого или обратного отвеса в системах мониторинга плановых деформаций сооружений