Патент на изобретение №2310232

(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области систем технического зрения и может быть использовано в строительстве при измерении перемещений изделий, например, в процессе исследования формообразования цилиндрических ребристых оболочек и других подобных изделий. Технический результат – повышение точности измерения деформаций и больших перемещений и упрощение исследования изделий. Способ исследования цилиндрических изделий включает получение видеоизображения с последующей компьютерной обработкой каждого записанного кадра и анализ полученных параметров и характеризуется тем, что источник видеоизображения устанавливают со стороны торца изделия, располагая в пределах угла обзора его поперечного сечения, при этом видеозапись производят из одной неподвижно зафиксированной точки, причем осуществляют видеозапись непрерывно в процессе формирования продольных эллипсоидальных ребер и придания изделию цилиндрической формы, выполняют одновременную компьютерную обработку каждого записанного кадра перемещений и деформаций точек продольных эллипсоидальных ребер и в целом цилиндрического изделия для целей оценки. 6 ил.

Изобретение относится к области систем технического зрения и может быть использовано в строительстве при измерении перемещений и деформаций изделий, например, в процессе исследования формообразования цилиндрических ребристых оболочек и других подобных изделий.

Известен способ исследования изделий с помощью трехточечных или четырехточечных приборов с индикаторами [1]. Прибор имеет неподвижные ножки и один подвижный штифт. Недостатком такого способа является измерение только малых значений перемещений поверхности.

Использование оптических методов позволило исследовать перемещения не в отдельных точках, а на больших участках поверхности [1]. При наличии кривизны исследуемой поверхности на фотопластинке получается искаженное изображение сетки, по которому определяют кривизну в любой точке. Расшифровка результатов производится путем наложения фотографий, соответствующих различным значениям нагрузки, и измерения с помощью стереокомпаратора. Недостатками являются трудоемкость проведения измерений и невозможность фиксирования значительных перемещений изделий с большой кривизной с высокой точностью с одновременным фиксированием формирования продольных эллипсоидальных ребер.

Наиболее близким по технической сущности является способ исследования изделий, включающий получение видеоизображения с последующей компьютерной обработкой каждого записанного кадра, анализ полученных параметров [2]. Недостатками является то, что указанным методом невозможно исследовать перемещения поперечного сечения цилиндрического изделия в процессе его изготовления, а также фиксировать деформирование продольных эллипсоидальных ребер открытой цилиндрической оболочки [3]. Кроме того, для получения необходимых параметров [2] требуется освещать исследуемый объект, вращая его вокруг собственной оси и вдоль продольной оси, а также необходима установка не одной видеокамеры, что усложняет исследования.

Задача изобретения – обеспечить возможность исследования цилиндрических изделий в процессе образования продольных эллипсоидальных ребер и придание изделию цилиндрической формы, а также повысить точность измерения больших перемещений изделий и упростить исследования.

Указанная задача достигается тем, что в способе исследования цилиндрических изделий, снабженных эллипсоидальными продольными ребрами, в процессе их формообразования посредством подачи сжатого воздуха между заготовкой и герметично прикрепленными к ней полосами, включающем получение видеоизображения с последующей компьютерной обработкой каждого записанного кадра, анализ полученных параметров, источник видеоизображения устанавливают со стороны торца изделия, располагая в пределах угла обзора его поперечного сечения, видеозапись производят из одной неподвижно зафиксированной точки, непрерывно в процессе формирования продольных эллипсоидальных ребер и придания изделию цилиндрической формы, при этом компьютерная обработка заключается в том, что с использованием известных программных средств осуществляют покадровую передачу видеоизображения формируемого цилиндрического изделия в компьютер и формируют покадровое компьютерное видеоизображение формируемого цилиндрического изделия; с помощью известных программных средств производят создание на экране компьютера сетки и покадровое совмещение сформированного компьютерного видеоизображения изделия с данной сеткой с образованием поэтапной точечной системой измерения перемещения изделия и перемещения деформаций его продольных эллипсоидальных ребер; с помощью известных программных средств полученные в результате измерения информации заносят в базу данных, обрабатывают и строят поточечные графики зависимостей: и , где – безразмерный параметр давления сжатого воздуха, подаваемого между заготовкой и герметично прикрепленными к ней полосами; B₁ – изменение ширины изделия; r₁ – изменение кривизны изделия; В₂ – изменение ширины ребра; r₂ – изменение кривизны эллипсоидального ребра; полученные графики выводят на экран компьютера в текстовом и графическом виде или распечатывают на бумажном носителе и используют для анализа параметров путем оценки отклонения расчетной величины кривизны изделия и экспериментально полученной и оценки отклонения экспериментально полученного радиуса эллипсоидального ребра от его расчетной величины.

Оригинальность предлагаемого решения заключается в использовании новой методики исследования цилиндрических изделий с использованием видеосъемки и компьютерных технологий в способе фиксирования изменения кривизны (радиуса) изделий и радиуса эллипсоидальных ребер в процессе их формообразования. Подобная совокупность действий, позволяющая определять характер деформирования изделий с продольными ребрами и их форму, неизвестна.

На фиг.1 – кинематическая схема способа исследования цилиндрических изделий с продольными ребрами;

на фиг.2, а – изделие до формообразования; 2, б – сформированное изделие;

на фиг.3 – покадровая обработка видеофайла (последовательность создания формы продольных эллипсоидальных ребер и цилиндрической формы изделия);

на фиг.4 – сеточный метод покадровой обработки видеофайлов: а – изображение на компьютере, б – перемещение одной точки изделия (1 – восьмой кадр, 2 – пятнадцатый кадр);

на фиг.5 – сформированное изделие с кривизной r₁ и эллипсоидальными ребрами с радиусом эллипса r₂;

на фиг.6 – пример представления полученной информации в виде графиков.

На фигурах обозначено:

1 – изделие; 2 – установка; 3 – источник видеоизображения (видеокамера); 4 – кабель передачи видеоизображения; 5 – компьютерное видеоизображение; 6 – торец изделия; 7 – продольные эллипсоидальные ребра; 8 – сетка; – безразмерный параметр давления сжатого воздуха; B₁ – изменение ширины изделия; r₁ – изменение кривизны изделия; В₂ – изменение ширины ребра; r₂ – изменение кривизны эллипсоидального ребра.

Способ исследования цилиндрических изделий, снабженных эллипсоидальными продольными ребрами, в процессе их формообразования посредством подачи сжатого воздуха между заготовкой и герметично прикрепленными к ней полосами включает получение видеоизображения с последующей компьютерной обработкой каждого записанного кадра, анализ полученных параметров (фиг.1-6).

Источник видеоизображения 3 устанавливают со стороны торца 6 изделия 1, располагая в пределах угла обзора а его поперечного сечения (фиг.1). Видеозапись производят из одной неподвижно зафиксированной точки, причем осуществляют видеозапись непрерывно в процессе формирования продольных эллипсоидальных ребер 7 и придания изделию цилиндрической формы.

Выполняют компьютерную обработку, которая заключается в том, что с использованием известных программных средств осуществляют покадровую передачу видеоизображения формируемого цилиндрического изделия 1 в компьютер и формируют покадровое компьютерное видеоизображение 5 формируемого цилиндрического изделия 1.

С помощью известных программных средств производят создание на экране компьютера сетки 8 и покадровое совмещение сформированного компьютерного видеоизображения 5 изделия 1 с данной сеткой 8 с образованием поэтапной точечной системой измерения перемещения изделия 1 и перемещения деформаций его продольных эллипсоидальных ребер 7.

С помощью известных программных средств полученные в результате измерения информации заносят в базу данных, обрабатывают и строят поточечные графики зависимостей: и (фиг.6).

Полученные графики выводят на экран компьютера в текстовом и графическом виде или распечатывают на бумажном носителе и используют для анализа параметров путем оценки отклонения расчетной величины кривизны изделия и экспериментально полученной и оценки отклонения экспериментально полученного радиуса эллипсоидального ребра от его расчетной величины.

Пример практической реализации способа исследования цилиндрических изделий, снабженных эллипсоидальными продольными ребрами, в процессе их формообразования посредством подачи сжатого воздуха между заготовкой и герметично прикрепленными к ней полосами.

1. Изделие 1 устанавливают в специально сконструированной установке 2. Источник видеоизображения (видеокамеру) 3 закрепляют на держателе со стороны торца изделия 1, располагая в пределах угла обзора его поперечного сечения для регистрации видеокамерой 3 процесса формообразования изделия 1. При этом видеозапись производят из одной неподвижно зафиксированной точки, причем осуществляют видеозапись непрерывно в процессе формирования продольных эллипсоидальных ребер и придания изделию цилиндрической формы (фиг.1).

2. Производят подачу давления сжатого воздуха между заготовкой и герметично прикрепленными к ней полосами с одновременным фиксированием изменения перемещений цилиндрического изделия 1 и деформаций продольных эллипсоидальных ребер 7 с помощью цифровой видеокамеры 3 (фиг.1 и 2). Причем осуществляют видеозапись непрерывно в процессе формирования цилиндрической формы изделия.

3. Видеоинформация из цифровой видеокамеры 3 передается в компьютер с помощью кабеля передачи видеоизображения 4 через разъем IEEE 1394, предназначенный для подключения к компьютеру современного высокоскоростного последовательного цифрового устройства (видеокамеры). Цифровое устройство обнаруживается операционной системой Windows ХР, которая сообщает о его готовности к работе и передаче видеоматериалов со скоростью 30 кадров в секунду (фиг.1).

4. С помощью программы Ulead GIF Animator комплекса Ulead Systems, функционирующего в среде Windows ХР, анализируют введенное в компьютер видеоизображение по процедуре формирования продольных эллипсоидальных ребер 7 и придания изделию 1 цилиндрической формы. Осуществляют открытие файла формата AVI, который предоставляет возможность выбора обрабатываемой области, и производят покадровую пороговую обработку видеофайла. При этом раскадровку изображения выполняют с точностью до 0,01 с (фиг.3).

5. Создают сетку 8 на компьютере с помощью графической программы CorelDRAW Graphics Suite 12. Нанесение сетки 8 производят с заданными требованиями точности измерения перемещений и деформаций (с точностью до 0,001 мм). Затем совмещают покадровое компьютерное видеоизображение 5 сформированного цилиндрического изделия 1 с сеткой 8. Причем видеоизображение 5 помещают таким образом, чтобы оно находилось в пределах заданной сетки 8, образуя при этом высокоточную поэтапную точечную систему измерения перемещений изделия и перемещений и деформаций продольных эллипсоидальных ребер (фиг.4 и 5).

6. Обработанную информацию из программы CorelDRAW Graphics Suite 12 заносят в базу данных программы Excel, в которой обрабатывают и строят поточечные графики (фиг.6) и выводят на компьютер в текстовом и графическом виде или распечатывают на бумажном носителе и используют для анализа параметров путем оценки отклонения расчетной величины кривизны изделия и экспериментально полученной и оценки отклонения экспериментально полученного радиуса эллипсоидального ребра от его расчетной величины.

7. На фиг.6, а приведены поточечные графики зависимости , из которых видно небольшое отклонение расчетной величины кривизны изделия и экспериментально полученной, при этом отклонение на каждой ступени составляет не более 1%. В процессе исследования были установлены качественная и количественная картины формирования продольных эллипсоидальных ребер 7 и цилиндрического изделия 1 в целом.

8. Графики зависимости приведены на фиг.6, б. Анализ показал, что имеется небольшое отклонение экспериментально полученного радиуса эллипса продольного ребра от его расчетной величины, при этом отклонение на ступени составляет не более 0,5%.

Сравнивая результаты перемещений, например точек А и Б, можно судить о степени синхронности движения элементов изделия. Несмотря на то, что симметрично расположенные точки имеют несколько различные значения деформаций (фиг.6, в), по полученным данным можно судить о форме синхронного образования кривизны изделия 1 и эллипсоидальных ребер 7 на каждой ступени подачи сжатого воздуха.

Данный способ позволяет исследовать цилиндрические изделия, снабженные эллипсоидальными продольными ребрами, в процессе их формообразования посредствам подачи сжатого воздуха между заготовкой и герметично прикрепленными к ней полосами эллипсоидальных ребер и придания изделиям цилиндрической формы. Использование видеосъемки и компьютерных технологий позволяет (с помощью известных программных средств) повысить точность измерения деформаций и больших перемещений и упростить исследования цилиндрических изделий, снабженных эллипсоидальными продольными ребрами.

Источники информации

1. Финк К., Рорбах X. Напряжения и деформации. Под ред. Пригоровского Н.И. – М.: Гос. науч.-техн. изд-во маш. лит-ры. – 1961. С.520-524.

2. Патент №2233475 С2. Способ оптико-телевизионного распознавания и считывания маркировочных символов на поверхности труб. 2004.

3. Колкунов Н.В. Основы расчета упругих оболочек. М.: Высш. школа, 1972.

Формула изобретения

Способ исследования цилиндрических изделий, снабженных эллипсоидальными продольными ребрами, в процессе их формообразования посредством подачи сжатого воздуха между заготовкой и герметично прикрепленными к ней полосами, включающий получение видеоизображения с последующей компьютерной обработкой каждого записанного кадра, анализ полученных параметров, отличающийся тем, что источник видеоизображения устанавливают со стороны торца изделия, располагая в пределах угла обзора его поперечного сечения, видеозапись производят из одной неподвижно зафиксированной точки непрерывно в процессе формирования продольных эллипсоидальных ребер и придания изделию цилиндрической формы, при этом компьютерная обработка заключается в том, что с использованием известных программных средств осуществляют покадровую передачу видеоизображения формируемого цилиндрического изделия в компьютер и формируют покадровое компьютерное видеоизображение формируемого цилиндрического изделия; с помощью известных программных средств производят создание на экране компьютера сетки и покадровое совмещение сформированного компьютерного видеоизображения изделия с данной сеткой с образованием «поэтапной точечной системы измерения перемещений изделия и перемещений и деформаций его продольных эллипсоидальных ребер»; с помощью известных программных средств полученную в результате измерений информацию заносят в базу данных, обрабатывают и строят поточечные графики зависимостей: и , где – безразмерный параметр давления сжатого воздуха, подаваемого между заготовкой и герметично прикрепленными к ней полосами; B₁ – изменение ширины изделия, r₁ – изменение кривизны изделия, В₂ – изменение ширины ребра, r₂ – изменение кривизны эллипсоидального ребра; полученные графики выводят на экран компьютера в текстовом и графическом виде или распечатывают на бумажном носителе и используют для анализа параметров путем оценки отклонения расчетной величины кривизны изделия и экспериментально полученной и оценки отклонения экспериментально полученного радиуса эллипса продольного ребра от его расчетной величины.

РИСУНКИ