способ измерения трехмерной геометрии чурака (варианты) и устройство для его осуществления (варианты)

Формула изобретения

1. Способ измерения трехмерной геометрии чурака, отличающийся тем, что способ содержит этапы, на которых:

излучают от светоизлучающих устройств, расположенных в нескольких местах, линейные лучи света, которые являются сплошными в продольном направлении чурака, поддерживаемого с возможностью поворота вокруг его продольной оси, и параллельными упомянутой оси, по направлению к упомянутой продольной оси;

снимают через заданные промежутки времени чурак, куда попадают линейные лучи света от упомянутых светоизлучающих устройств, с помощью формирователя изображений;

в компьютере, куда поступает информация об изображениях, снятых упомянутым формирователем изображений через заданные промежутки времени, определяют положения упомянутых линейных лучей света в изображениях и отыскивают информацию о положениях линейных лучей света, определенных выше, в изображениях;

в упомянутом компьютере вычисляют расстояния от точек измерения, определенных через заданные промежутки длины вдоль упомянутой продольной оси чурака, до точек измерения на периферической поверхности упомянутого чурака, куда попадают упомянутые линейные лучи света, за счет выполнения заданных вычислительных операций на основе информации, сохраненной заранее в запоминающей среде, о положениях упомянутых светоизлучающих устройств и формирователя изображений относительно упомянутой продольной оси чурака, а также информации, найденной на упомянутом этапе поиска, о положениях линейных лучей света в упомянутых изображениях; и

в упомянутом компьютере определяют контуры поперечных сечений чурака, перпендикулярно пересекающихся с упомянутой продольной осью, через заданные промежутки длины в продольном направлении чурака на основе ряда информации о расстояниях, полученной с помощью информации об изображениях, снятых многократно через заданные промежутки времени при одном повороте чурака вокруг упомянутой продольной оси посредством упомянутого формирователя изображений.

2. Способ измерения трехмерной геометрии чурака, отличающийся тем, что способ содержит этапы, на которых:

располагают формирователь изображений в заданном положении, находящемся на координатной оси Y в координатном пространстве XYZ, относительно чурака, имеющего возможность поворота вокруг его продольной оси, соответствующей координатной оси Z;

излучают от двух светоизлучающих устройств, расположенных в положениях, составляющих каждое угол + или угол - в направлении координатной оси Х со стороны плоскости YZ, линейные лучи света, которые являются сплошными в продольном направлении чурака и параллельными упомянутой продольной оси, на различные места упомянутого чурака по направлению к упомянутой продольной оси;

снимают через заданные промежутки времени различные места чурака, куда попадают два линейных луча света от двух светоизлучающих устройств, с помощью упомянутого формирователя изображений;

разделяют в компьютере изображения, снятые через заданные промежутки времени с помощью формирователя изображений, каждое поровну на две области - первую и вторую по линии разграничения, параллельной оси Z;

в упомянутом компьютере переворачивают упомянутую первую область в изображении, снятом в какой-то момент, в противоположную сторону симметрично по отношению к упомянутой линии разграничения как оси симметрии и накладывают ее на упомянутую вторую область в изображении, снятом в момент завершения поворота чурака на угол 2 от упомянутого какого-то момента, или наоборот;

определяют в упомянутом компьютере положение упомянутого линейного луча света в упомянутом синтезированном изображении и отыскивают информацию о положении линейного луча света, определенном выше, в упомянутом синтезированном изображении;

вычисляют в упомянутом компьютере расстояния от точек измерения, определенных через заданные промежутки длины вдоль упомянутой продольной оси чурака, до точек измерения на периферической поверхности упомянутого чурака, куда попадают упомянутые линейные лучи света, за счет выполнения вычислительных операций на основе ряда информации, сохраненной заранее в запоминающей среде, о положениях упомянутых светоизлучающих устройств и формирователя изображений относительно упомянутой продольной оси чурака, а также ряда информации, найденной на упомянутом этапе поиска, о положениях линейных лучей света в упомянутых синтезированных изображениях; и

определяют в упомянутом компьютере контуры поперечных сечений чурака, перпендикулярно пересекающихся с упомянутой продольной осью, через заданные промежутки длины в продольном направлении чурака на основе ряда информации о расстояниях, полученных с помощью информации о синтезированных изображениях, образованных из изображений, снятых многократно через заданные промежутки времени при одном повороте чурака вокруг упомянутой продольной оси чурака посредством упомянутого формирователя изображений.

3. Устройство для измерения трехмерной геометрии чурака, отличающееся тем, что

устройство содержит:

а) светоизлучающие устройства, расположенные в нескольких местах, и выполненные с возможностью излучения линейных лучей света, являющихся сплошными в продольном направлении чурака, поддерживаемого с возможностью поворота вокруг его продольной оси, и параллельными упомянутой продольной оси;

б) формирователь изображений, выполненный с возможностью съемки чурака, на который попадают линейные лучи света от упомянутых светоизлучающих устройств;

в) блок запоминания в памяти информации о положениях устройств, являющихся положениями упомянутых светоизлучающих устройств и формирователя изображений относительно упомянутой продольной оси чурака;

г) блок обнаружения положений световых лучей в изображениях, выполненный с возможностью определения положений упомянутых линейных лучей света в изображениях, снятых упомянутым формирователем изображений, а также с возможностью поиска информации об их положениях, определенных выше;

д) блок вычисления расстояний, выполненный с возможностью вычисления расстояний от множества точек измерения, расположенных через заданные промежутки длины вдоль упомянутой продольной оси чурака, до точек измерения на периферической поверхности чурака, на который попадают линейные лучи света, за счет выполнения вычислительных операций на основе информации о положениях устройств, сохраненной в памяти упомянутого блока запоминания в памяти информации о положениях устройств, а также информации о положениях линейных лучей света в изображениях, найденной в результате поиска в упомянутом блоке обнаружения положений световых лучей в изображениях;

е) блок обнаружения контуров поперечных сечений чурака, выполненный с возможностью определения контуров поперечных сечений чурака, перпендикулярно пересекающихся с его продольной осью, через заданные промежутки длины вдоль чурака на основе ряда информации о расстояниях, полученной путем многократного вычисления расстояний в блоке вычисления расстояний с помощью найденной в результате поиска в блоке обнаружения положений световых лучей информации о положениях линейных лучей света в изображениях, снятых посредством упомянутого формирователя изображений при одном повороте чурака вокруг его продольной оси.

4. Устройство для измерения трехмерной геометрии чурака по п.3, отличающееся тем, что оно содержит:

а) блок запоминания значений коррекции, где сохранены заранее занесенные значения коррекции для исправления искажения изображения, вызываемого аберрацией линзы в упомянутом формирователе изображений;

б) блок исправления искажения изображения, выполненный с возможностью исправления искажения изображения, снятого упомянутым формирователем изображений, посредством значений коррекции, сохраненных в памяти упомянутого блока запоминания значений коррекции; и

в) блок обнаружения положений световых лучей в изображениях, выполненный с возможностью определения положений линейных лучей света в изображениях, исправленных в упомянутом блоке исправления искажения изображения, а также поиска информации о положениях, определенных выше, линейных лучей света в упомянутых изображениях.

5. Устройство для измерения трехмерной геометрии чурака по п.3, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, один формирователь изображений, расположенный вдоль упомянутой продольной оси, соответствующей координатной оси Z, на плоскости YZ в координатном пространстве XYZ.

6. Устройство для измерения трехмерной геометрии чурака, отличающееся тем, что

устройство содержит:

а) светоизлучающие устройства, расположенные в положениях, составляющих каждое углы + или - в направлении координатной оси Х со стороны плоскости YZ в координатном пространстве XYZ, и выполненные с возможностью излучения двух линейных лучей света, являющихся сплошными в продольном направлении чурака, поддерживаемого с возможностью поворота вокруг продольной оси упомянутого чурака, соответствующей координатной оси Z, и параллельными упомянутой продольной оси;

б) формирователь изображений, расположенный в заданном положении по координатной оси Y и выполненный с возможностью съемки чурака, на который попадают линейные лучи света от упомянутых светоизлучающих устройств;

в) блок запоминания в памяти информации о положениях устройств, являющихся положениями упомянутых светоизлучающих устройств и формирователя изображений относительно упомянутой продольной оси чурака;

г) блок обнаружения положений световых лучей в изображениях, выполненный с возможностью определения положений упомянутых двух линейных лучей света в изображениях, снятых упомянутым формирователем изображений, и поиска информации об их положениях, определенных выше;

д) блок вычисления расстояний, выполненный с возможностью вычисления расстояний от точек измерения, расположенных через заданные промежутки длины вдоль упомянутой продольной оси чурака, до точек измерения на периферической поверхности чурака, на который попадают два линейных луча света, за счет выполнения вычислительных операций на основе информации о положениях устройств, сохраненной в памяти упомянутого блока запоминания в памяти информации о положениях устройств, а также информации о положениях двух линейных лучей света в изображениях, найденной в результате поиска в упомянутом блоке обнаружения положений световых лучей в изображениях;

е) блок обнаружения контуров поперечных сечений чурака, выполненный с возможностью определения контуров поперечных сечений чурака, перпендикулярно пересекающихся с его продольной осью, через заданные промежутки длины вдоль чурака на основе ряда информации о расстояниях, полученной путем многократного вычисления расстояний в упомянутом блоке вычисления расстояний с помощью найденной в результате поиска в упомянутом блоке обнаружения положений световых лучей информации о положениях линейных лучей света в изображениях, снятых многократно посредством упомянутого формирователя изображений при одном повороте чурака вокруг его продольной оси.

7. Устройство для измерения трехмерной геометрии чурака по п.6, отличающееся тем, что оно содержит:

а) блок запоминания значений коррекции, где сохранены заранее занесенные значения коррекции для исправления искажения изображения, вызываемого аберрацией линзы в упомянутом формирователе изображений;

б) блок исправления искажения изображения, выполненный с возможностью исправления искажения изображения, снятого упомянутым формирователем изображений, посредством значений коррекции, сохраненных в памяти упомянутого блока запоминания значений коррекции; и

в) блок обнаружения положений световых лучей в изображениях, выполненный с возможностью определения положений линейных лучей света в изображениях, исправленных в упомянутом блоке исправления искажения изображения, а также поиска информации о положениях, определенных выше, линейных лучей света в упомянутых изображениях.

8. Устройство для измерения трехмерной геометрии чурака по п.6, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, один формирователь изображений, расположенный вдоль упомянутой продольной оси, соответствующей координатной оси Z, на плоскости YZ в координатном пространстве XYZ.

9. Устройство для измерения трехмерной геометрии чурака, отличающееся тем, что устройство содержит:

а) светоизлучающие устройства, расположенные в положениях, составляющих каждое углы + или - в направлении координатной оси Х со стороны плоскости YZ в координатном пространстве XYZ, выполненные с возможностью излучения двух линейных лучей света, являющихся сплошными в продольном направлении чурака, поддерживаемого с возможностью поворота вокруг продольной оси упомянутого чурака, соответствующей координатной оси Z, и параллельными упомянутой продольной оси;

б) формирователь изображений, расположенный в заданном положении по координатной оси Y и выполненный с возможностью синхронизации промежутка времени съемки чурака, на который попадают линейные лучи света от упомянутых светоизлучающих устройств, с промежутком времени, необходимым для поворота упомянутого чурака на угол 2 ;

в) блок запоминания в памяти информации о положениях устройств, являющихся положениями упомянутых светоизлучающих устройств и формирователя изображений относительно упомянутой продольной оси чурака;

г) блок синтеза изображений, выполненный с возможностью:

1) разделять изображения, снятые через заданные промежутки времени упомянутым формирователем изображений, каждое поровну на две области - первую и вторую по линии разграничения, параллельной оси Z;

2) переворачивать упомянутую первую область в изображении, снятом в какой-то момент, в противоположную сторону симметрично по отношению к упомянутой линии разграничения как оси симметрии и накладывать ее на упомянутую вторую область в изображении, снятом в момент завершения поворота чурака на угол 2 от упомянутого какого-то момента, или наоборот;

д) блок обнаружения положений световых лучей в изображениях, выполненный с возможностью определения положения упомянутого линейного луча света в синтезированном изображении и поиска информации о положении линейного луча света, определенном выше, в упомянутом синтезированном изображении;

е) блок вычисления расстояний, выполненный с возможностью вычисления расстояний от точек измерения, расположенных через заданные промежутки длины по упомянутой продольной оси чурака, до точек измерения на периферической поверхности чурака, на который попадают линейные лучи света, за счет выполнения вычислительных операций на основе ряда информации о положениях упомянутых светоизлучающих устройств и формирователя изображений относительно упомянутой продольной оси чурака, заранее сохраненной в памяти блока запоминания в памяти информации о положениях устройств, а также информации о положениях линейных лучей света в упомянутых синтезированных изображениях, найденной в результате поиска в блоке обнаружения положений световых лучей в изображениях;

ж) блок обнаружения контуров поперечных сечений чурака, выполненный с возможностью определения контуров поперечных сечений чурака, перпендикулярно пересекающихся с его продольной осью, через заданные промежутки длины вдоль чурака на основе ряда информации о расстояниях, полученной путем многократного вычисления расстояний в блоке вычисления расстояний с помощью найденной в результате поиска в блоке обнаружения положений световых лучей информации о положениях линейных лучей света в изображениях, снятых многократно посредством упомянутого формирователя изображений при одном повороте чурака вокруг его продольной оси.

10. Устройство для измерения трехмерной геометрии чурака по п.9, отличающееся тем, что оно содержит:

а) блок запоминания значений коррекции, где сохранены заранее занесенные значения коррекции для исправления искажения изображения, вызываемого аберрацией линзы в упомянутом формирователе изображений;

б) блок исправления искажения изображения, выполненный с возможностью исправления искажения изображения, снятого упомянутым формирователем изображений, посредством значений коррекции, сохраненных в памяти упомянутого блока запоминания значений коррекции; и

в) блок обнаружения положений световых лучей в изображениях, выполненный с возможностью определения положений линейных лучей света в изображениях, исправленных в упомянутом блоке исправления искажения изображения, а также поиска информации о положениях, определенных выше, линейных лучей света в упомянутых изображениях.

11. Устройство для измерения трехмерной геометрии чурака по п.9, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, один формирователь изображений, расположенный вдоль упомянутой продольной оси, соответствующей координатной оси Z, на плоскости YZ в координатном пространстве XYZ.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерению трехмерной геометрии чурака, в частности к определению контуров поперечных сечений чурака, перпендикулярно пересекающихся с его продольной осью, путем обнаружения расстояний от продольной оси чурака до множества точек измерения на его периферической поверхности посредством устройства для измерения трехмерной геометрии чурака.

Уровень техники

Как правило, в начальном процессе производства многослойного древесного материала (так называемой фанеры) изготовляют листы шпона из чурака. Листы шпона изготовляют путем лущения вращающегося чурака при помощи специального ножа. Устройством для лущения является лущильный станок. Шпиндели с кулачками на лущильном станке поддерживают оба торца чурака и вращают его, и одновременно с этим суппорт с лущильным ножом перемещается с заданной скоростью по направлению к центру вращения чурака. Таким образом, получается лист шпона с заданной толщиной.

Напомним, что чурак является природным материалом, поэтому его форма не является цилиндрически правильной. Для того чтобы повысить полезный выход шпона из чурака, прежде всего измеряют трехмерную геометрию чурака и с учетом измеренной его геометрии определяют оптимальную ось вращения чурака, позволяющую обеспечить максимально полезный выход шпона из чурака. Кроме того, прежде чем приступить к лущению одного чурака, отдаляют лущильный нож от центра вращения чурака с тем, чтобы при начале вращения чурак не натолкнулся на лущильный нож. Соприкосновение чурака с лущильным ножом при начале вращения может нанести повреждение лущильному ножу и др.

Однако слишком большое расстояние между чураком и суппортом с лущильным ножом при начале лущения требует бесполезной затраты времени для приближения суппорта с лущильным ножом к чураку при начале его лущения, что приводит к снижению производительности. Чтобы свести к минимуму это время, необходимо заранее определить максимальное расстояние от оси вращения чурака до его наружной периферической поверхности (максимальный радиус вращения чурака). То есть, если с учетом упомянутого максимального радиуса заранее перемещают суппорт с лущильным ножом до места ожидания, где расстояние между осью вращения чурака и его наружной периферической поверхностью оптимально для лущения, и начинают вращение чурака, поддерживая его шпинделями, то это может повысить производительность по лущению.

Как упомянуто выше, для повышения полезного выхода шпона из чурака и эффективности производства при лущении требуется определение оси вращения чурака и максимального радиуса его вращения. Для определения оси вращения чурака и его максимального радиуса вращения необходимо измерить трехмерную геометрию чурака.

Устройство, предназначенное для выполнения этих измерений, позиционирования шпинделей (положения закрепления чурака между шпинделями) и определения положения отвода суппорта лущильного станка, а также для подачи чурака в лущильный станок, представляет собой центровочно-загрузочное устройство лущильного станка. По известным способам для центровочно-загрузочного устройства с возможностью измерения трехмерной геометрии чурака используется датчик типа механического контакта или бесконтактный датчик, в том числе сверхзвуковой датчик и лазерный датчик смещения и т.п.

По известному способу, изложенному в патентной литературе [1], раскрытой в бюллетене Японского патентного ведомства № 1994-293002, располагается много датчиков обнаружения контактного типа на периферической поверхности чурака вдоль всей его длины. При этом их зоны обнаружения находятся почти вплотную друг к другу вдоль всей длины чурака. Вместе с тем, установлены датчики смещения, предназначенные для измерения расстояний смещения упомянутых датчиков обнаружения, в количестве, соответствующем количеству упомянутых датчиков обнаружения.

При условии, что датчики обнаружения соприкасаются с периферической поверхностью чурака, чурак совершает вращательное движение вокруг его продольной оси. При этом датчики смещения измеряют расстояния смешения датчиков обнаружения, в результате контуры поперечных сечений чурака, перпендикулярно пересекающихся с осью чурака, детектируются во многих зонах обнаружения. Кроме того, в вышеуказанной патентной литературе раскрывается, что вместо датчиков обнаружения контактного типа используются датчики обнаружения бесконтактного типа, располагаемые почти вплотную друг к другу вдоль всей длины чурака.

По известному способу, изложенному в патентной литературе [2], раскрытой в бюллетене Японского патентного ведомства № 2007-90519, много датчиков обнаружения расстояния бесконтактного типа, расположенных раздельно в продольном направлении чурака, замеряют расстояния от продольной оси чурака до его периферической поверхности каждый раз при его вращении на заданный угол вокруг продольной оси.

Кроме того, датчики угла поворота (энкодеры), расположенные относительно рычагов обнаружения контактного типа, установленных рядом друг с другом в продольном направлении чурака и находящихся в контакте с периферической поверхностью чурака, определяют угол поворота каждого рычага, указанного выше. В результате ось вращения чурака определяются на основе данных о расстояниях, полученных с помощью каждого датчика обнаружения расстояния, а также максимальный радиус чурака на основе данных об угле поворота, полученных с помощью каждого датчика угла поворота.

Недостатком известных решений, изложенных в патентной литературе № 1 и 2, является то, что разрешающая способность для измерения трехмерной геометрии (контуров поперечных сечений, перпендикулярно пересекающихся с продольной осью) имеет ограниченность в зависимости от количества датчиков обнаружения, расположенных вдоль чурака, что не дает возможности точного измерения трехмерной геометрии чурака.

Иначе говоря, при использовании вышеупомянутых технологий случается, что сучки, наросты, дырки и т.п., находящиеся за пределами контуров поперечных сечений, подлежащих обнаружению, не обнаруживаются, так как число обнаруживаемых контуров поперечных сечений чурака в его продольном направлении ограничивается из-за причин, упомянутых выше.

Так, геометрическая форма чурака даже в одной зоне обнаружения разнообразная и неправильная в его продольном направлении, но датчик обнаружения контактного типа обладает возможностью соприкосновения только с самой выпуклой поверхностью вокруг чурака. Поэтому упомянутый датчик не имеет возможности обнаружения других частей контуров поперечных сечений чурака, кроме как самой выпуклой поверхности, указанной выше. А также даже использование датчика бесконтактного типа не позволяет определить расстояния до чурака, кроме как в месте, где упомянутый датчик расположен. По этим причинам невозможно получить точную информацию о трехмерной геометрии по всей длине чурака. То есть данные об оси вращении чурака и его максимальном радиусе, полученные по вышеуказанным способам, не являются оптимальными величинами, обеспечивающими повышение полезного выхода шпона и эффективности производства при лущении.

Задача, поставленная в заявляемом изобретении, заключается в решении проблем, перечисленных выше, и ее решение достигается точным измерением трехмерной геометрии чурака по всей его длине (контуры поперечных сечений чурака, перпендикулярно пересекающихся с его продольной осью).

Сущность изобретения

Для того, чтобы решить задачу, поставленную в заявляемом изобретении, от источников света, расположенных в нескольких местах, излучают линейные лучи света, которые являются параллельными продольной оси чурака, по направлению к упомянутой оси. При этом снимают фотографию состояния чурака, куда попадают линейные лучи света, и определяют расстояния от заданных точек измерения, расположенных через заданные промежутки длины на продольной оси, до точек измерения, куда попадают линейные лучи света, на периферической поверхности чурака.

Для этого выполняют вычисление расстояний на основе информации о положениях линейных лучей в изображениях, снятых формирователем изображений, а также информации о местоположениях светоизлучающих устройств и формирователя изображений, расположенных относительно продольной оси чурака.

В предлагаемом изобретении выполняют вычисление расстояний на основе информации об изображениях, снятых многократно при одном повороте чурака вокруг его продольной оси. Затем на основе всей информации о расстояниях, полученной способом, указанным выше, определяют контуры поперечных сечений чурака, перпендикулярно пересекающихся с его продольной осью, через заданные промежутки длины в продольном направлении чурака.

Согласно предлагаемому изобретению в составе технических средств, упомянутых выше, с помощью изображений линейных лучей света, непрерывно излучаемых вдоль чурака, можно найти расстояния, определяющие контуры поперечных сечений чурака, от продольной оси чурака до его периферической поверхности.

Так как линейные лучи света попадают сплошь на всю наружную поверхность чурака, возможно определить точные расстояния от продольной оси чурака до его периферической поверхности через заданные промежутки длины в продольном направлении чурака. В результате этого на основе информации о расстояниях, полученной так, как упомянуто выше, точно образуются контуры поперечных сечений чурака, в частности и его контуры вогнутых и выпуклых поверхностей, которые невозможно определить по известным способам. К тому же линейные лучи света являются сплошными вдоль чурака, благодаря чему укорочение расстояний между точками измерения в продольном направлении чурака позволяет повысить разрешающую способность измерения.

Таким образом, повышаются как точность измерения расстояний от продольной оси чурака до его периферической поверхности, так и разрешающая способность измерения указанного расстояния. Благодаря этому обеспечивается точное измерение трехмерной геометрии чурака (совокупность контуров поперечных сечений чурака, перпендикулярно пересекающихся с его продольной оси) по всей его длине. В результате получаются более верные данные об оси поворота чурака и максимальном радиусе поворота, что приводит к повышению полезного выхода шпона при лущении и эффективности производства.

Краткое описание чертежей

Для ознакомления с наилучшей формой для осуществления изобретения ниже приводится описание одного примера осуществления изобретения со ссылками на чертежи, на которых изображено:

Фигура 1. Блок-схема примера конструкции устройства для измерения трехмерной геометрии;

Фигура 2. Схема примера конструкции центровочно-загрузочного устройства, снабженного устройством для измерения трехмерной геометрии;

Фигура 3. Схемы примера взаиморасположения лазеров и фотокамеры, а также примера изображения, снятого фотокамерой;

Фигура 4. Принципиальная схема измерения трехмерной геометрии чурака;

Фигура 5. Принципиальная схема измерения трехмерной геометрии чурака;

Фигура 6. Схема трехмерной геометрии чурака, образованной на основе информации о контурах его поперечных сечений, найденной в результате поиска в блоке обнаружения контуров поперечных сечений чурака;

Фигура 7. Блок-схема последовательности рабочих процессов устройства для измерения трехмерной геометрии;

Фигура 8. Схема, показывающая примеры осуществления, когда угловое значение и промежуток времени съемки установлены так, чтобы промежуток времени, необходимый для поворота чурака RW на 2 , синхронизировался с промежутком времени съемки;

Фигура 9. Схема, показывающая другой вариант состава компьютера, используемого для устройства для измерения трехмерной геометрии чурака;

Фигура 10. Схема, показывающая процессы синтетической обработки изображений в блоке синтеза изображений;

Фигура 11. Схема, показывающая другой вариант состава компьютера, используемого для устройства для измерения трехмерной геометрии чурака;

Фигура 12. Схема, показывающая один пример способа для определения значения коррекции искажения;

Фигура 13. Схема, показывающая пример съемки чурака с помощью нескольких фотокамер.

Подробное описание

На фигуре 1 представлена блок-схема, служащая примером конструкции устройства для измерения трехмерной геометрии. На фигуре 2 показан пример конструкции центровочно-загрузочного устройства лущильного станка, снабженного устройством для измерения трехмерной геометрии.

Как показано на фигуре 2, устройство 100 для измерения трехмерной геометрии, приведенное в упомянутом примере, включает в себя: два лазера 11 и 12 (светоизлучающие устройства), приводимых в действие с помощью привода 10 для лазеров, цифровая фотокамера 20 (формирователь изображений) и компьютер 30. Потом объясним подробности действий вышеуказанных средств, входящих в состав устройства для измерения трехмерной геометрии 100.

Как показано на фигуре 2, центровочно-загрузочное устройство 200 снабжено не только упомянутым устройством 100 для измерения трехмерной геометрии, но и передаточными рычагами 201 качающегося типа с крюками, шпинделями 202 для измерения чурака и устройством 203 для управления передаточными рычагами и шпинделями для измерения чурака. Передаточные рычаги 201 качающегося типа предназначаются для перемещения чурака (RW) от участка между шпинделями 202 для измерения чурака до участка между шпинделями 204 лущильного станка и располагаются на обеих сторонах, чуть дальше отдаленных от обоих торцов чурака (RW) в его продольном направлении.

Кулачки, установленные в шпинделях 202 для измерения чурака, вонзаются в торцы чурака (RW) и поддерживают его. Шпиндели 202 для измерения чурака с кулачками, поддерживающие чурак (RW) по не окончательно установленной оси его вращения, а по временно определенной оси вращения TS (продольной оси, которая является постоянно неподвижной) с тем, чтобы была обеспечена возможность вращения чурака, совершают вращение чурака.

Устройство 203 для управления передаточными рычагами и шпинделями для измерения чурака после получения сигналов управления, выданных с компьютера 30, осуществляет управление действиями передаточных рычагов 201 качающегося типа с крюками и шпинделей 202 для измерения чурака.

Как показано на фигуре 1, лазеры 11 и 12 с двух мест излучают линейные лучи света, сплошные вдоль чурака, который поддерживается так, чтобы он мог вращаться вокруг продольной оси TS, как показано на фигуре 2, а также параллельные продольной оси TS, по направлению к упомянутой оси.

Упомянутые лазеры 11 и 12 представляют собой, например, такие линейные лазеры, как красные полупроводниковые лазеры и т.п.

В рассматриваемом варианте осуществления используются лазеры 11 и 12 как светоизлучающие устройства, но в принципе можно использовать любое светоизлучающее устройство, если оно способно излучать световые лучи, которые могут быть сняты фотокамерой 20.

Фотокамера 20 многократно снимает через заданные промежутки времени чурак RW, на разные места которого попадают два линейных луча света от двух лазеров 11 и 12. Так, фотокамера 20 снимает 32 кадра при одном повороте чурака RW в течение одной секунды вокруг продольной оси TS.

То есть фотокамера 20 снимает чурак RW один раз в течение 1/32 секунды. Но это только один из примеров промежутка времени съемки. В принципе можно использовать фотокамеру 20 с более высокой частотой кадров, способную снимать чурак RW через более короткие промежутки времени, чем 1/32 секунды. Укорочение упомянутого промежутка времени съемки позволяет повысить разрешающую способность при измерении контуров поперечных сечений чурака RW в направлении его поворота.

На фигуре 3 представлено взаиморасположение лазеров 11, 12 и фотокамеры 20, а также один пример изображения, снятого фотокамерой 20. Как показано на фигурах 3,а и 3,b, располагают фотокамеру 20 в положении, отдаленном перпендикулярно вверх на заданное расстояние от продольной оси TS. При этом, допустим, направление, перпендикулярное вверх к продольной оси TS, где расположена фотокамера 20, составляет 0 градусов (базовый угол). Лазеры 11 и 12 располагают в положениях под углами + и соответственно от базового угла в направлении AW поворота чурака RW вокруг продольной оси TS. Любые расстояния от лазеров 11 и 12 до продольной оси TS допускаются, если возможно подвергнуть весь чурак RW излучению лазерных лучей в его продольном направлении.

Таким образом, лазеры 11 и 12 излучают линейные лучи света LB1 и LB2, каждый параллельные продольной оси TS, по направлению к продольной оси TS при условии, что лазеры 11, 12 и фотокамера 20 расположены так, как показано на фигуре 3,а. При этом два линейных луча LB1 и LB2, излученные от двух лазеров 11 и 12, попадают на разные места чурака RW. Если в этот момент фотокамера 20 снимает чурак RW, то получается снятое изображение, такое как показано на фигуре 3,с. Как видно из фигуры 3, с, в виде изображений LBP1 и LBP2 показываются линейный луч света LB1, излученный от расположенного под углом лазера 11, а также линейный луч света LB2, излученный от расположенного под углом + лазера 12.

Как показано на фигуре 1, компьютер 30 включает в свой функциональный состав блок 31 обнаружения положений световых лучей в изображениях, блок 32 запоминания в памяти информации о положениях устройств, блок 33 вычисления расстояний и блок 34 обнаружения контуров поперечных сечений чурака.

Блок 31 обнаружения положений световых лучей в изображениях предназначается для определения положений линейных лучей света (линейных лучей света под углом LB1 и под углом + LB2), снятых фотокамерой 20 в виде изображений LBP1 и LBP2, а также для поиска информации об определенных выше положениях линейных лучей света, снятых в виде упомянутых изображений. (Далее поясним подробности об этом по принципиальным схемам на фигурах 4 и 5).

Блок 32 запоминания в памяти информации о положениях устройств представляет собой запоминающую среду, в которую заранее внесена информация о положениях лазеров 11, 12 и фотокамеры 20 относительно продольной оси TS.

На примере, приведенном здесь, в блоке 32 запоминания информации о положениях устройств заносится в память информация об углах и + в качестве информации о положениях лазеров 11 и 12 относительно продольной оси TS. Положение продольной оси TS зафиксировано и известно, но расстояния от продольной оси TS до лазеров 11 и 12 любые. Поэтому, если информация об углах и + занесена в память, то это уже достаточно в качестве информации, используемой для измерения трехмерной геометрии чурака RW.

Кроме того, в блоке 32 запоминания в памяти информации о положениях устройств заносится в свою память информация о расстоянии от продольной оси TS до фотокамеры 20 как информация о положении фотокамеры 20 относительно продольной оси TS. Говоря конкретнее, в память заносятся информация о расстоянии D от линзы 21 в фотокамере 20 до продольной оси TS, а также информация о расстоянии f от упомянутой линзы до фотоматрицы 22, вмонтированную в фотокамеру 20, как показано на фигуре 5.

Положение продольной оси TS зафиксировано и известно, а направление установленной фотокамеры 20 составляет базовый угол 0 градусов, поэтому, если вышеуказанная информация о расстояниях D и f занесена в память, то это уже достаточно в качестве информации, используемой для измерения трехмерной геометрии чурака RW.

В блоке 33 вычисления расстояний вычисляются расстояния от многих точек измерения, расположенных через заданные промежутки длины по продольной оси TS, до точек измерений, на которые попадают линейные лучи света LB1 и LB2, на периферической поверхности чурака RW.

При этом на основе информации о положениях линейных лучей света в изображениях, найденной в результате поиска в блоке 31 обнаружения положений световых лучей в изображениях, и информации о положениях устройств, сохраненной в памяти блока 32 запоминания информации о положениях устройств, выполняется вычисление расстояний, упомянутое выше, по алгоритму, построенному на основе метода лучевых сечений.

Далее поясним подробности о конкретном методе определения расстояний по вычислительному алгоритму, построенному на основе метода лучевых сечений, вместе с принципиальными схемами на фигурах 4 и 5.

В блоке 34 обнаружения контуров поперечных сечений чурака определяются контуры поперечных сечений чурака RW, перпендикулярно пересекающихся с его продольной осью TS, через заданные промежутки длины вдоль чурака RW.

Это производится на основе информации о расстояниях, полученной путем многократного вычисления расстояний в блоке 33 вычисления расстояний после процесса поиска информации о положениях линейных лучей света в изображениях, снятых фотокамерой 20 при одном повороте чурака RW вокруг продольной оси TS, в блоке 31 обнаружения положений световых лучей в изображениях.

Определение контуров поперечных сечений чурака RW в точках измерения, расположенных через заданные промежутки длины в продольном направлении чурака RW, позволяет найти трехмерную геометрию чурака RW в целом.

Фигуры 4 и 5 - принципиальные схемы по измерению трехмерной геометрии (контуров) чурака RW. Для лучшего понимания схем на фигурах 4 и 5 приведем только один пример, где объясняется принцип измерения контуров поперечных сечений чурака RW (расстояния от продольной оси TS до периферической поверхности чурака RW, куда попадает линейный луч света LB1) посредством линейного луча света LB1, излученного от лазера 11, расположенного под углом .

Принцип измерения контуров поперечных сечений чурака RW (расстояния от продольной оси TS до периферической поверхности чурака RW, куда попадает линейный луч света LB2) один и тот же даже в том случае, если линейный луч света LB2 излучается от лазера 12, расположенного под углом + .

Как показано на фигуре 4,а, чурак RW, лазер 11 и фотокамера 20, снабженная линзой 21 и фотоматрицей 22, располагаются в координатном пространстве XYZ. Если, допустим, направление продольной оси TS является координатной осью Z, то фотокамера 20 располагается в заданном положении по координатной оси Y. То есть, как показано на фигуре 4,b, фотокамера 20 располагается в положении по координатной оси Y, отдаленном на расстояние D между продольной осью TS, являющейся координатной осью Z (точнее говоря, это базовая точка в координатном пространстве XYZ) и линзой 21.

При этом расстояние f от линзы 21 до фотоматрицы 22 определяется в зависимости от работоспособности применяемой фотокамеры 20. Кроме того, фотокамера 20 располагается так, что центр светоприемной поверхности фотоматрицы 22 находится на координатной оси Y, а также упомянутая светоприемная поверхность параллельна плоскости XZ.

Лазер 11 располагается под углом в направлении от оси Y к оси Х в координатном пространстве XYZ. Еще один лазер 12, который не показан на упомянутой фигуре, располагается под углом + в направлении от оси Y к оси X.

Здесь объясняется пример, где лазеры 11 и 12 расположены на плоскости XY. Но если лазеры 11 и 12 располагаются в положениях, откуда линейные лучи света LB1 и LB2 могут попадать на весь чурак RW в его продольном направлении, то расположить упомянутые лазеры на плоскости XY необязательно. (Для этого достаточно расположить упомянутые лазеры в положениях под углами, соответственно, + и в направлении от плоскости YZ к оси X).

На фигуре 4,b показывается взаиморасположение чурака RW, лазера 11, линзы 21 и фотоматрицы 22 на плоскости XY. При этом расстояние от одной точки на продольной оси TS до точки измерения, на которую попадает линейный луч света LB1, на периферической поверхности чурака RW, составляет, допустим, R. А также значение координаты Х в точке измерения, на которую попадает линейный луч света LB1, на периферической поверхности чурака RW составляет xd в координатном пространстве XYZ.

Кроме того, в направлении оси Х значение положения линейного луча света ( ), снятого фотокамерой 20 в виде изображения LBP1, показанного на фигуре 3,с, то есть значение положения линейного луча света, показывающего положение пикселей в направлении оси Х в месте, где изображение линейного луча света ( ) LBP1 образуется с помощью фотоматрицы 22, составляет хр.

При этом на основе теоремы о тригонометрических функциях получается следующая формула:

В результате получается нижеследующая формула:

Теперь можно найти положения (R, ) на плоскости ху в месте, куда попадает линейный луч света LB1, на периферической поверхности чурака RW.

На фигуре 5 показано взаиморасположение чурака RW, линзы 21 и фотоматрицы 22 на плоскости yz. При этом значение координаты Z в точке измерения, на которую попадает линейный луч света LB1, на периферической поверхности чурака RW составляет, допустим, zd на плоскости yz в координатном пространстве XYZ.

В направлении оси Z значение положения линейного луча света ( ), снятого фотокамерой 20 в виде изображения LBP1, то есть значение положения линейного луча света, показывающего положение пикселей в направлении оси Z в месте, где изображение линейного луча света ( ) LBP1 образуется с помощью фотоматрицы 22, составляет zp.

При этом на основе теоремы о тригонометрических функциях получается следующая формула:

Подставив значение расстояния R, полученное по формуле (3), в формулу (4), можно найти положение zd в направлении оси z в месте, куда попадает линейный луч света LB1, на периферической поверхности чурака RW.

В результате определяются положения (R, , zd) в трехмерном пространстве xyz в месте, куда попадает линейный луч света LB1, на периферической поверхности чурака RW.

При вычислении расстояний R от продольной оси TS до положений линейных лучей света LB1 в блоке 33 вычисления расстояний предопределяется множество мест, подлежащих измерению через заданные промежутки длины по продольной оси TS. Поэтому известны положения измерения zd (zd1, zd2...zdn, где n - число мест измерения) в направлении оси Z. Вследствие этого на практике лишь вычисление расстояний R в блоке 33 вычисления расстояний позволяет определить множество положений (R, , zd) в трехмерном пространстве в точках измерения на наружной поверхности чурака RW.

В блоке 33 вычисления расстояний, приведенном в этом варианте осуществления, вычисляются расстояния R (R1, R2 Rn) от точек измерения n, определенных через заданные промежутки длины по продольной оси TS, до точек измерения, куда попадают линейные лучи света LB1, на периферической поверхности чурака RW. Число точек измерения n для определения расстояний R составляет n=1200, если, например, длина чурака RW составляет 3 м. То есть в блоке 33 вычисления расстояний вычисляются 1200 расстояний R в точках измерения, определенных в результате разделения общей длины чурака RW на 1200 частей в продольном направлении упомянутого чурака, на основе одного изображения линейного луча света ( ) LBP1.

Вместе с тем расстояния R вычисляются на основе 32 кадров изображения, снятых фотокамерой 20 при одном повороте чурака RW в течение одной секунды. То есть в блоке 33 вычисления расстояний вычисляются расстояния R по 32 вариантам (1 вариант 1200 точек измерения) на основе 32 кадров изображения линейного луча света ( ) LBP1 в точках измерения, полученных в результате разделения чурака RW на 32 части в направлении его поворота.

На практике в блоке 33 вычисления расстояний, приведенном в этом варианте осуществления, на основе 32 кадров изображения вычисляются не только расстояния R до точек измерения, куда попадают линейные лучи света ( ) LB1, на периферической поверхности чурака RW, но и расстояния R до точек измерения, куда попадают линейные лучи света (+ ) LB2.

Допустим, что устанавливают угловые значения и промежутки времени съемки так, чтобы часть чурака RW (упомянутая часть снимается в виде изображения линейного луча света ( ) LBP1), куда попадает линейный луч света ( ) LB1 при его съемке фотокамерой 20 в какой-то момент, категорически не совпало с частью чурака RW (упомянутая часть снимается в виде изображения линейного луча света (+ ) LBP2), куда попадает линейный луч света (+ ) LB2 при его съемке фотокамерой 20 в другой момент.

При этом в блоке 33 вычисления расстояний вычисляются расстояния R по 64 вариантам (1 вариант 1200 точек измерения) на основе 32 кадров изображения линейного луча света ( ) LBP1 и 32 кадров изображения линейного луча (+ ) LBP2 в точках измерения, полученных в результате разделения чурака RW на 64 части в направлении его поворота.

В блоке 34 обнаружения контуров поперечных сечений чурака (один контур определяется на основе информации о расстояниях в 64 точках измерения в направлении поворота чурака RW) обнаруживаются контуры поперечных сечений чурака RW, разделенного на 1200 частей в его продольном направлении. Благодаря этому получается трехмерная геометрия чурака RW в целом. На фигуре 6 представлены примеры трехмерного изображения контуров поперечных сечений чурака RW, обнаруженных в блоке 34 обнаружения контуров поперечных сечений чурака, на дисплее ПК, не показанном на упомянутой фигуре. Как показано на фигуре 6, почти точно изображается трехмерная геометрия чурака RW с разнообразными вогнутыми и выпуклыми частями.

Фигура 7 - блок-схема последовательности рабочих процессов устройства для измерения трехмерной геометрии, приведенного в этом примере осуществления. Согласно блок-схеме, показанной на фигуре 7, чурак RW, подвешенный на крюки, перемещается посредством подъемного устройства, не показанного на фигурах, к шпинделям 202 для измерения чурака. Одновременно с этим шпиндели 202 для измерения чурака приближаются к чураку RW, затем чурак RW зажимается кулачками в упомянутых шпинделях до такой степени, что упомянутый чурак может вращаться вокруг продольной оси TS (процесс S1).

Вслед за тем компьютер 30 передает сигнал управления шпинделям 202 для измерения чурака, чтобы чурак RW начал вращаться вокруг продольной оси TS (процесс S2).

Лазеры 11 и 12, после начала вращения чурака RW, излучают линейные лучи света LB1 и LB2, параллельные продольной оси TS, по направлению к продольной оси TS (процесс S3). Одновременно с этим фотокамера 20 снимает чурак RW, на периферическую поверхность которого попадают линейные лучи света LB1 и LB2, излученные от лазеров 11 и 12, в результате получается одно снятое изображение (процесс S4). И информация об упомянутом изображении поступает в компьютер 30.

В блоке 31 обнаружения положений световых лучей в изображениях, входящих в состав компьютера 30, в который поступает информация о снятом изображении, упомянутом выше, определяются положения линейных лучей света, снятых в виде упомянутых изображений LBP1 (- ) и LBP2 (+ ), путем обработки информации об изображениях. В результате в упомянутом блоке отыскивается информация хр об определенных выше положениях световых лучей, снятых в виде упомянутых изображений (процесс S5).

В блоке 33 вычисления расстояний вычисляются расстояния R (R1, R2, Rn) от точек измерения, определенных через заданные промежутки длины по продольной оси TS, до точек измерения, куда попадают линейные лучи света LB1 и LB2, на периферической поверхности чурака RW (процесс S6).

При этом осуществляются вычислительные операции по формуле (3), упомянутой выше, на основе информации, сохраненной в памяти блока 32 запоминания в памяти информации о положениях устройств, о положениях устройств (под углами + и ) значит о взаиморасположении лазеров 11, 12 и продольной оси TS, и информации, сохраненной в памяти упомянутого блока, о положениях устройств (D, ), значит, о взаиморасположении фотокамеры 20 и продольной оси TS, а также на основе информации о положениях световых лучей в изображениях (хр), найденной в результате поиска в блоке 31 обнаружения положений световых лучей в изображениях в процессе S5.

Информация о расстояниях R, вычисленных в блоке 33 вычисления расстояний, временно сохраняется в памяти, не показанной на фигурах (процесс S7).

Затем компьютер 30 определяет, завершен ли один поворот чурака RW с момента начала съемки в процессе S4. Это процесс S8. Если его один поворот еще не завершен, то работа возвращается к процессу S4. При этом съемка осуществляется по истечении заданного времени с момента предыдущей съемки.

В результате получаются снятые изображения положений на периферической поверхности чурака RW, на которые попадают линейные лучи света LB1 и LB2, но которые отличаются от положений, снятых в предыдущий раз. Информация о снятых изображениях поступает через фотокамеру 20 в компьютер 30. Таким же образом, за счет операций, проводимых в процессах от S5 по S7, расстояния R (R1, R2 Rn) вычисляются также на основе информации об снова снятых изображениях, в результате вычисленные расстояния R сохраняются временно в памяти, не показанной на фигурах.

В том случае если компьютером 30 определено, что завершен один поворот чурака RW, то он выдает сигнал управления шпинделям 202 для измерения чурака, чтобы остановить вращение чурака RW вокруг продольной оси TS (процесс S9). Вслед затем лазеры 11 и 12 прекращают излучение линейных лучей LB1 и LB2 (процесс S10).

Наконец в блоке 34 обнаружения контуров поперечных сечений чурака определяются контуры поперечных сечений чурака RW, перпендикулярно пересекающихся с продольной осью TS, в точках измерения, определенных через заданные промежутки длины в продольном направлении чурака RW, на основе множества информации о расстояниях R, сохраненной временно в памяти (процесс S11).

При этом упомянутое множество информации о расстояниях R получается так, что в блоке 33 вычисления расстояний осуществляется вычисление расстояний на основе информации, найденной в результате поиска в блоке 31 обнаружения положений световых лучей в изображениях, о положениях световых лучей в изображениях, снятых многократно фотокамерой 20 через заданные промежутки времени в течение одного поворота чурака RW.

Как объяснено подробно выше, в этом примере осуществления на основе информации о снятых фотокамерой изображениях линейных лучей света LB1 и LB2, излученных непрерывно вдоль чурака RW, получаются расстояния R, определяющие контуры поперечных сечений чурака RW, от продольной оси TS до периферической поверхности чурака RW.

Поскольку линейные лучи света LB1 и LB2, попадающие на чурак RW, соприкасаются сплошь и полностью с любыми точками периферической поверхности чурака RW, получаются точные расстояния от продольной оси TS до периферической поверхности чурака RW.

К тому же линейные лучи света LB1 и LB2 являются сплошными вдоль чурака RW, поэтому укорочение промежутков между точками измерения для вычисления расстояний R в продольном направлении чурака RW позволяет повысить разрешающую способность для измерения в продольном направлении чурака RW. Укорочение промежутков между точками измерения для вычисления расстояний R реализуется без труда путем обработки информации об изображениях в компьютере 30.

А также в этом варианте осуществления два лазера 11 и 12 излучают линейные лучи света LB1 и LB2 на два места чурака RW, и на основе одного снятого изображения определяются расстояния R от продольной оси TS чурака RW до двух положений линейных лучей света LB1 и LB2.

Если устанавливают угловые значения и промежутки времени съемки так, чтобы часть чурака RW, снимаемая фотокамерой 20 в какой-то момент в виде изображения линейного луча света (- ) LBP1, не совпала с частью чурака RW, снимаемой фотокамерой 20 в другой момент в виде изображения линейного луча света (+ ) LBP2 (то есть чтобы промежуток времени, необходимый для поворота чурака RW на 2 не согласовался с промежутком времени съемки), то это позволяет повысить разрешающую способность для измерения в направлении поворота чурака RW в два раза выше, по сравнению с применением одного лазера, даже при использовании фотокамеры 20 с одинаковыми промежутками времени съемки.

Таким образом, способ, приведенный в этом варианте осуществления, позволяет повысить точность измерения расстояний R от продольной оси TS до периферической поверхности чурака RW, а также разрешающую способность для измерения расстояний R как в продольном направлении чурака RW, так и в направлении его поворота.

Благодаря этому обеспечивается более точное измерение трехмерной геометрии чурака RW (совокупность контуров поперечных сечений чурака, перпендикулярно пересекающихся с продольной осью TS). В результате получаются более точные значения оси поворота чурака RW и максимального радиуса его поворота, что приводит к повышению полезного выхода шпона при лущении и эффективности производства в целом.

Ниже приведены варианты осуществления предлагаемого изобретения:

1. В примере, указанном выше, объясняется, что два лазера 11 и 12 одновременно излучают линейные лучи света LB1 и LB2 на два места на периферической поверхности чурака RW, но в принципе можно использовать лазеры в количестве m штук (m составляет 3 и более).

В этом примере осуществления лазеры в количестве m штук излучают линейные лучи света LB1, LB2 LBm на места m на периферической поверхности чурака RW. Если увеличивается число линейных лучей света, излучаемых на чурак RW, и вычисляются расстояния R на основе информации об их снятых изображениях, то это может повысить разрешающую способность для измерения расстояний R (контуров) в направлении поворота чурака RW.

2. Изобретение не ограничивается описанным выше примером осуществления, где промежуток времени, необходимый для поворота чурака RW на угол 2 , и промежуток времени съемки фотокамерой 20 не синхронизируются.

В отличие от примера, упомянутого выше, в этом примере осуществления осуществляют нижеследующее:

Устанавливают угловое значение поворота и промежуток времени съемки так, что часть чурака RW, на которую попадает под углом линейный луч света LB1 и которая снимается фотокамерой 20 в момент начала поворота чурака RW на 2 , совпадает с частью чурака RW, на которую попадает под углом + линейный луч света LB2 в момент завершения поворота чурака RW на угол 2 . (То есть промежуток времени, необходимый для поворота чурака на угол 2 , синхронизируется с промежутком времени съемки фотокамерой 20).

На фигуре 8 показан вариант осуществления, где угловое значение поворота и промежуток времени съемки установлены так, чтобы промежуток времени, необходимый для поворота чурака RW на угол 2 , синхронизировался с промежутком времени съемки фотокамерой 20.

На фигуре 8,а представлена ситуация в какой-то момент поворота чурака RW (момент угла поворота чурака RW - ). Как показано на фигуре 8,а, нарост существует поблизости от положения измерения на поверхности чурака RW, куда попадает линейный луч света под углом от лазера 11. Если смотреть со стороны фотокамеры 20, часть линейного луча света LB1 скрывается за тенью нароста, что не дает возможности съемки упомянутой части линейного луча LB1.

На фигуре 8,с представлено снятое фотокамерой 20 изображение ситуации, представленной на фигуре 8,а. Как показано на фигуре 8,с, часть линейного луча света под углом LB1 не изображается в месте, где находится нарост на чураке RW.

А на фигуре 8,b показывается положение чурака RW в момент завершения его поворота на угол 2 (момент угла поворота чурака RW - +2 ) от положения, показанного на фигуре 8,а. Как показано на фигуре 8,b, вблизи от положения измерения на поверхности чурака RW, куда попадает под углом + линейный луч света LB2, излученный от лазера 12, находится нарост, такой же, как показано на фигуре 8,а. Однако на фигуре 8,b линейный луч света LB2 не скрывается за тенью нароста, так как угол нароста, видимого со стороны фотокамеры 20, изменяется, что позволяет снять полностью без разрыва линейный луч света LB2. На фигуре 8,d показывается снятое фотокамерой 20 изображение положения, показанного на фигуре 8,b. Как показано на фигуре 8,d, линейный луч света (+ ) LB2 изображается сплошь без разрыва даже в месте нароста.

Если установить угловое значение поворота и промежуток времени съемки так, чтобы промежуток времени, необходимый для поворота чурака RW на угол 2 , синхронизировался с промежутком времени съемки фотокамерой 20, то можно снять линейный луч света LB2, излученный под углом + на выпуклое и вогнутое места на чураке RW, даже при условии, что фотокамера 20 не может снять сплошной и линейный луч света LB1, излученный под углом , из-за того, что упомянутый луч света скрывается за тенью выпуклого и вогнутого мест на чураке RW. Об этом можно сказать и в противоположном случае.

Исходя из сказанного выше, осуществляют вычисление расстояния R на основе одного из двух изображений линейных лучей света: изображение линейного луча света ( ) LBP1, снятого при угле поворота чурака RW , и изображение линейного луча света (+ ) LBP2, снятого при угле поворота чурака RW +2 .

При этом выбирают одно из двух изображений, где линейный луч света сплошной без разрыва в продольном направлении чурака RW в целом. Если в обоих изображениях линейные лучи света сплошные без разрыва, то выбирают любое из двух. Вычисление расстояний R, осуществленное методом, упомянутым выше, позволяет измерить контуры поперечных сечений чурака RW даже с выпуклой и вогнутой частями.

В данном случае разрешающая способность для измерения в направлении поворота снижается. Но если сделать промежутки времени съемки фотокамерой 20 как можно короче, то можно компенсировать снижение разрешающей способности для измерения.

3. Как упомянуто выше, объясняется только пример, где лазер 11 располагается в положении, направленном под углом , а также лазер 12 в положении, направленном под углом + , но это расположение необязательно. В этом примере располагают лазер 11 в направлении под углом , а лазер 12 в направлении под углом + , отличающимся от угла + . И устанавливают промежуток времени съемки фотокамерой 20 и угловые значения поворота и так, чтобы промежуток времени, необходимый для поворота чурака RW на угол + , синхронизировался с промежутком времени съемки фотокамерой 20.

При этом часть чурака RW, на которую попадает линейный луч света LB1, направленный под углом и которая снимается фотокамерой, снова снимается в момент завершения поворота чурака RW на угол + , подвергаясь излучению линейного луча света, направленного под углом + .

В результате можно снять сплошной, по меньшей мере, один линейный луч света без разрыва так же, как показано на фигуре 8, даже если один из двух линейных лучей света, направленных под углом или + , не может быть снят полностью фотокамерой 20 из-за того, что его часть скрывается за тенью нароста на чураке RW.

4. Как упомянуто выше, прежде всего устанавливают угловое значение и промежуток времени съемки фотокамерой 20 так, чтобы промежуток времени, необходимый для поворота чурака RW на угол 2 , синхронизировался с промежутком времени съемки указанной фотокамерой. Но в этом примере осуществления не выбирают одно из двух изображений линейных лучей света LBP1 (- ) и LBP2 (+ ), а осуществляют синтез обоих изображений.

На фигуре 9 представлен пример другого состава компьютера 30, используемого для устройства 100 для измерения трехмерной геометрии. Как показано на фигуре 9, компьютер 30, помимо блоков, показанных на фигуре 1, дополнительно включает в себя блок 35 синтеза изображений.

В блоке 35 синтеза изображений разделяют каждое изображение, снятое фотокамерой 20, поровну на две области - первую и вторую по линии разграничения, параллельной оси Z.

При этом используют первую область в одном изображении, снятом в какой-то момент, а также вторую область в другом изображении, снятом в момент завершения поворота чурака RW на угол 2 от упомянутого какого-то момента. И переворачивают первую область в одном изображении, указанном выше, в противоположную сторону симметрично по отношению к упомянутой линии разграничения как оси симметрии и накладывают ее на вторую область в другом изображении, или наоборот.

Таким образом, осуществляют синтез двух изображений. То, что здесь подразумевается под «синтезом», является накладкой двух слоев изображений друг на друга.

На фигуре 10 представлены процессы синтеза изображений в блоке 35 синтеза изображений. На фигуре 10,а показано множество изображений РСТ, снятых фотокамерой 20 при одном повороте чурака RW вокруг продольной оси TS. Здесь также показываются изображение РСТ1, снятое в какой-то момент, а также изображение РСТ2, снятое в момент завершения поворота чурака RW на угол 2 от упомянутого какого-то момента. Кроме того, на этой фигуре показывается ситуация, когда изображения РСТ1 и РСТ2 каждое разделены поровну на две области по линии разграничения, параллельной оси Z.

На фигуре 10,а показывается первая область AR1 в изображении РСТ1, а также вторая область AR2 в изображении РСТ2.

В блоке 35 синтеза изображений переворачивают первую область AR1 (нижнюю половину, показанную наклонными линиями) в изображении РСТ1, снятом в какой-то момент, в противоположную сторону симметрично по отношению к линии разграничения, параллельной оси Z, как оси симметрии, и накладывают ее на вторую область AR2 (верхнюю половину, показанную наклонными линиями) в изображении РСТ2, снятом в момент завершения поворота чурака RW на угол 2 от упомянутого какого-то момента, с тем чтобы образовать синтезированное изображение.

На фигуре 10,d показывается изображение, синтезированное таким образом, как упомянуто выше, на основе изображений, показанных на фигурах 10,b и 10,с. При этом в принципе можно осуществить синтез изображений противоположным способом, то есть перевернуть вторую область AR2 в изображении РСТ2 в противоположную сторону и наложить ее на первую область AR1 в изображении РСТ1.

Например, допустим, что, как показано на фигуре 8,с, изображение РСТ1, снятое в какой-то момент, является изображением линейного луча света (- ) LBP1 с разрывом из-за наличия нароста на чураке RW. А также изображение РСТ2, снятое в момент завершения поворота чурака RW на угол 2 от указанного какого-то момента, является, допустим, изображением, таким как показано на фигуре 8,d. Используя упомянутые два изображения, осуществляют синтез нижней половины изображения (первой области AR1), показанного на фигуре 8,с, и верхней половины изображения (второй области AR2), показанного на фигуре 8,d.

В этом процессе синтезируются два изображения (линейные лучи света (- ) LBP1 на фигуре 8,с и (+ ) LBP2 на фигуре 8,d), в результате получается изображение со сплошным линейным лучом света без разрыва в продольном направлении чурака RW таким образом, как показано на фигуре 10,d.

В блоке 31 обнаружения положений световых лучей в изображениях определяются положения линейных лучей света в синтезированном изображении, полученном синтетическим способом в блоке 35 синтеза изображений, и отыскивается информация о положениях линейных лучей света, определенных выше, в синтезированном изображении.

Так как линейный луч света LB1, излученный под углом (- ), как показано на фигуре 8,а, скрывается за тенью вогнутой и выпуклой частей чурака RW, невозможно снять его полностью фотокамерой 20.

Но в способе, приведенном выше, можно получить синтезированное изображение, где отображается сплошной линейный луч света без разрыва в продольном направлении чурака RW, посредством снятого фотокамерой изображения линейного луча света LB2, излученного под углом (+ ) на вогнутую и выпуклую части на чураке RW, как показано на фигуре 8,b. То есть можно измерить и контуры частей чурака RW, скрываемых за тенью его вогнутой и выпуклой частей. К тому же благодаря синтезу двух изображений повышается эффективность излучения, как будто используются лазеры с увеличенной в два раза интенсивностью. Для блока 31 обнаружения положения световых лучей в изображениях это позволяет облегчить поиск информации о положениях линейных лучей света.

5. В варианте осуществления, приведенном выше, фотокамера 20 используется для съемки линейных лучей света LB1 и LB2, но не исключается возможность возникновения искажения изображения из-за аберрации линзы 21 в фотокамере 20. Использование искаженного изображения не позволяет точно измерить расстояния R. Поэтому, желательно, исправить искажение изображения, снятого фотокамерой 20, затем на основе исправленного изображения измерить расстояния R.

На фигуре 11 показывается пример состава компьютера 30, используемого в этом примере осуществления. Как показано на фигуре 11, в компьютере 30, кроме его состава, показанного на фигуре 1, используются дополнительно блок 36 запоминания значений коррекции и блок 37 исправления искажения изображения.

Блок 36 запоминания значений коррекции представляет собой запоминающую среду, где уже сохраняются заранее занесенные значения коррекции, необходимые для исправления искажения снятого изображения, вызываемого аберрацией линзы 21 в фотокамере 20.

Значения коррекции, заносимые в память блока 36 запоминания значений коррекции, получаются, например, следующим путем. На фигуре 12 показывается один пример способа для определения значений коррекции искажения.

Как показано на фигуре 12, располагают базовую мерную плоскость 40, построенную в виде шахматной текстуры, так, чтобы одна из четырех сторон базовой мерной плоскости 40 совпала с осью Z (продольной осью TS). Затем снимают фотокамерой 20 базовую мерную плоскость 40 с сеточными линиями, расположенную таким образом, как упомянуто выше. При этом снятое фотокамерой изображение искажено из-за аберрации линзы 21. То есть прямые линии, построенные на базовой мерной плоскости 40, изображаются с искажениями. С учетом этого, например, устройство для обработки изображения (не показанное на фигуре 12) определяет значения коррекции искажения, необходимые для выпрямления искаженных линий, и заносит определенные выше значения коррекции в память блока 36 запоминания значений коррекции.

В блоке 37 исправления искажения изображения искажение изображения (искаженное изображение), снятого фотокамерой 20, исправляется посредством значений коррекции, сохраненных в памяти блока 36 запоминания значений коррекции. В блоке 31 обнаружения положений световых лучей в изображениях определяются положения линейных лучей света LB1 и LB2 в изображениях, исправленных в блоке 37 исправления искажения изображения, и отыскивается информация о положениях линейных лучей света, определенных выше, в изображениях.

Таким образом, влияние аберрации линзы 21 в фотокамере 20 исключается, в результате правильные контуры поперечных сечений чурака RW получаются с помощью изображений линейных лучей света LBP1 и LBP2, снятых фотокамерой 20.

6. На примере, упомянутом выше, поясняется способ исправления искажения снятого фотокамерой изображения, как показано на фигуре 11, но вместо того, чтобы исправить искажение изображения, можно использовать несколько фотокамер 20. В этом примере осуществления, например, располагают две фотокамеры 20 вдоль оси Z таким образом, как показано на фигуре 13. Две фотокамеры 20 снимают чурак RW, куда попадают линейные лучи света LB1 и LB2, излученные от лазеров 11 и 12, разделяя область съемки чурака RW на две части в его продольном направлении.

Как правило, отношение ширины чурака RW к высоте характеризуется тем, что отношение его ширины к высоте больше по сравнению с отношением ширины к высоте изображения, образованного на фотоматрице 22 для фотокамеры 20. Значит, длина в продольном направлении чурака RW гораздо больше по сравнению с длиной в его поперечном направлении.

По этой причине, чем ближе к крайней части изображения, образованного на фотоматрице 22, в направлении оси Z, тем больше происходит искажение изображения, если располагают только одну фотокамеру 20 около центра в продольном направлении чурака RW и снимают его с помощью упомянутой фотокамеры. Но если располагают две фотокамеры 20 в продольном направлении чурака RW (в направлении оси Z), как показано на фигуре 13, и снимают чурак RW посредством упомянутых двух фотокамер 20, то можно сдерживать возникновение искажения изображения.

В принципе использование нескольких фотокамер 20 приносит следующие преимущества. Отношение ширины к высоте изображения, образованного на фотоматрице 22 для фотокамеры 20, составляет в большинстве случаев 4:3, но отношение ширины к высоте чурака RW больше, чем отношение, упомянутое выше.

Если снимают один чурак RW только одной фотокамерой 20, то фактически активная площадь изображения, где чурак RW может быть изображен правильно, составляет очень маленькую часть общей активной площади изображения, образованного на фотоматрице 22, что приводит к увеличению неактивной площади изображения. В результате требуется лишнее время для передачи информации об изображениях, образованных на неактивной площади, от фотокамеры 20 к компьютеру 30. А также разрешающая способность снижается, так как возможность одной фотоматрицы, относящейся к активной площади изображения, имеет ограниченность.

В отличие от этого способа использование нескольких фотокамер 20 в продольном направлении чурака RW и осуществление ими съемки приводят к увеличению доли активной площади изображения для каждой фотокамеры 20, за счет чего проблемы, упомянутые выше, разрешаются.

Между тем, при этом лучше исправить искажение изображений с помощью базовой мерной плоскости 40 с сеточными линиями, с тем, чтобы получить более правильную информацию об изображениях целого чурака RW путем точного регулирования положений изображений отдельных частей чурака RW, снятых несколькими фотокамерами 20.

7. В примере, приведенном выше, поясняется способ с двумя лазерами 11 и 12 в качестве светоизлучающих устройств, но в принципе можно использовать только один лазер. Впрочем, чтобы стало возможным снять линейные лучи света, которые скрываются за тенью вогнутой и выпуклой частей на чураке RW, как показано на фигуре 8, более желательно осуществлять съемку чурака RW в его нескольких местах, куда попадают линейные лучи света. Для этого устанавливают механизм передвижения лазера. Посредством упомянутого механизма перемещают один лазер от положения к положению + , или наоборот, и заставляют его в порядке очереди излучать линейный луч света. При этом вращают чурак RW на два поворота и делают его съемку в различных местах, куда попадают линейные лучи света (при первом повороте в направлении , при втором повороте в направлении + ), или снижают скорость поворота чурака RW в два раза, перемещают лазер к положению или + и вовремя снимают фотокамерой упомянутый чурак.

Ссылочные обозначения:

11 и 12 - лазеры;

20 - фотокамера;

30 - компьютер;

31 - блок обнаружения положений световых лучей в изображениях;

32 - блок запоминания в памяти информации о положениях устройств;

33 - блок вычисления расстояний;

34 - блок обнаружения контуров поперечных сечений чурака;

35 - блок синтеза изображений;

36 - блок запоминания значений коррекции;

37 - блок исправления искажения изображения.