Спосіб детекції та моделювання просторових об’єктів на поверхні

Реферат: Спосіб детекції та моделювання просторових об'єктів на поверхні полягає у тому, що поверхню досліджуваного зразка поміщають горизонтально під об'єктив біологічного мікроскопа, освітлюють збоку та фотографують зверху крізь окуляр за умови, що освітлення здійснюють у двох напрямках, перпендикулярних один до одного, при цьому одержують чотири цифрових фотографії послідовно при невеликому та суттєво більшому збільшенні - у кожному випадку при одному ввімкненому освітлювачі, при тому фотографування крупним планом (збільшення у 200 разів) здійснюється при боковому освітленні під малим кутом до досліджуваної поверхні, а при фотографуванні більш дрібним планом (збільшення у 40 разів) бокове освітлення здійснюється під кутом, близьким до 45 градусів, після чого одержані 4 зображення з застосуванням електронно-обчислювальної техніки піддаються обробці для монохромного чорно-білого представлення. Монохромне чорно-біле представлення знімка без відтінків сірого за умови наближеності до рівності загальної площі білого та чорного піддають скануванню у напрямку освітлення з визначенням у пікселях величин характерного середнього розміру та середньої площі множини білих полів та порівнянню з такими ж величинами на відповідних фотографіях еталонного комплекту зразків шорсткості з визначенням середньої вірогідності співпадання, на основі чого вибирають комплект з найближчими показниками характерного розміру та середньої площі множини білих полів, по якому встановлюють основні параметри шорсткості досліджуваної поверхні. UA 104858 U (12) UA 104858 U UA 104858 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області вимірювання фізико-механічних характеристик, зокрема визначення характеристик поверхні (рельєфу, шорсткості) з використанням оптичних засобів. Відомий спосіб вимірювання чистоти обробки поверхні [1], який полягає у тому, що світловий потік спрямовують на поверхню, що контролюється, та реєструють відбитий світловий потік. При цьому повертають контрольовану поверхню, навколо осі, перпендикулярної площині падіння світлового пучка; реєструють кут нахилу, при якому відбитий світловий потік є максимальним. Після цього реєструють кути нахилу і за різницею величин цих кутів за допомогою градуювальних кривих визначають чистоту обробки поверхні. Також відомий спосіб вимірювання шорсткості надгладких поверхонь [2], який полягає у тому, що освітлюють поверхню під гострим кутом; визначають інтенсивність випромінювання, відбитого від поверхні виробу в напрямку, відмінному від дзеркального; за співвідношенням інтенсивностей встановлюють середньоквадратичне відхилення висот мікронерівностей а також освітлюють поверхню по нормалі до неї, вимірюють інтенсивності випромінювання, що відбито у двох напрямках, відмінних від дзеркального та по співвідношенням інтенсивностей визначають середньоквадратичні відхилення та інтервал кореляції висот нерівностей. Складність вимірювань, потреба у спеціальних вартісних приладах та невисока точність обмежують застосування викладених способів. Найближчим аналогом є спосіб вимірювання шорсткості поверхні [3], який полягає у тому, що досліджувану поверхню поміщають під об'єктив металографічного мікроскопа та освітлюють з боку під гострим кутом з приблизно з тією ж інтенсивністю, що й спрямоване по нормалі до поверхні металографічне освітлення, при тому освітлення здійснюють у двох напрямках, перпендикулярних один до одного, при цьому за допомогою відеокамери одержують шість цифрових фотографій за умови, що фотографують послідовно при невеликому та дуже великому збільшенні, у кожному випадку при одному ввімкненому освітлювачі здійснюють порівняння одержаного комплекту знімків з еталонними комплектами, із застосуванням персональних комп'ютерів. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення точності вимірювання шорсткості поверхні та спрощення процедури вимірювання. Поставлена задача вирішується тим, що досліджувану горизонтальну поверхню поміщають під об'єктив біологічного мікроскопа, освітлюють збоку та фотографують зверху крізь окуляр за умови, що освітлення здійснюють у двох напрямках, перпендикулярних один до одного, при цьому одержують чотири цифрових фотографії послідовно при невеликому та дуже великому збільшенні, у кожному випадку при одному ввімкненому освітлювачі (наприклад, одержують мікрофотографії шорсткої поверхні при збільшенні у 200 та 40 разів), при тому фотографування крупним планом (збільшення у 200 разів) здійснюється при боковому освітленні під малим кутом до досліджуваної поверхні, а при фотографуванні більш дрібним планом (збільшення у 40 разів) бокове освітлення здійснюється під кутом, близьким до 45 градусів. На графічних зображеннях показано комплект фотографій стосовно обточування циліндричної поверхні стального зразка, Ra 2,5 при напрямку освітлення та збільшенні: а) – поперек напрямку руху заготовки відносно різця, х40; б) - уздовж напрямку руху заготовки відносно різця, х40; в) – поперек напрямку руху заготовки відносно різця, х200; г) - уздовж напрямку руху заготовки відносно різця, х200. Далі одержані 4 зображення з застосуванням електронно-обчислювальної техніки піддаються обробці для монохромного чорно-білого представлення [4]. При тому виконуються два варіанти такої обробки: для визначення основних параметрів шорсткості поверхні одержують комплект з 4 знімків без відтінків сірого, а для побудови 3D моделі рельєфу поверхні одержують ще один комплект з 4 тих самих знімків, але вже з відтінками сірого. Визначення основних параметрів шорсткості поверхні здійснюється наступним чином. Монохромні знімки без відтінків сірого піддають скануванню у напрямку освітлення кожного з визначенням у пікселях середнього характерного розміру та площі білих полів. Одержані величини для кожної фотографії порівнюють з характерним розміром та площею (у пікселях) білих полів на відповідних фотографіях еталонного зразка, узятого з бази даних, одержаної фотографуванням описаним способом набору зразків, що мають стандартні значення параметрів шорсткості [5]. При кожному порівнянні визначають середню вірогідність схожості виміряного та кожного з стандартних комплектів, на основі чого обирають комплект з найближчим показниками ширини білих полів та їх кроків, по яких встановлюють основні (Ra, Rz) параметри шорсткості досліджуваної поверхні. Процедура побудови 3D моделі рельєфу поверхні здійснюється наступними чином. 1 UA 104858 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Для кожного знімка комплекту фотографій монохромного чорно-білого з відтінками сірого представлення виконується множина яскравісних [6] зрізів, з яких формують 3D модель поверхні та далі визначають висоту а також інші характеристики нерівностей та інших об'єктів на досліджуваній поверхні. Для практичного застосування способу розроблено комплекти фотографій різних видів обробки та відповідні програми для визначення характеристик шорсткості та побудови 3D моделі поверхні. Перевагою способу є підвищена точність та спрощення процедури визначення параметрів шорсткості за умови автоматизації процесу порівняння досліджуваної поверхні зі стандартними за допомогою електронно-обчислювальної техніки. Джерела інформації: 1. Яковлев В.В., Ярцева С.Е. Способ определения чистоты обработки поверхности. А.с. 508670, МКл G 01 B 11/30, 29.09.1972, Б.И. № 12, 1976 г. 2. Обрадович К.А., Солодухо Ф.М. Способ измерения шероховатости сверхгладких поверхностей. А.с. 815492, МКл G01B 11/30, 03.04.1979, Б.И. № 11, 1981 г. 3. Павленко П.М., Чередніков О.М. Спосіб вимірювання шорсткості поверхні. Деклараційний патент на корисну модель № 80017, МПК G01B 11/30, заявл.22.11.2012, опубл.13.05.2013, бюл. № 9. 4. Ігнатенков М.О. Монохромне представлення поверхні та побудова "цифрової карти" для визначення її характеристик. Вісник Чернігівського державного технологічного університету. Чернігів: ЧДТУ, 2О12. - № 4 (61), С. 180-183. 5. ГОСТ 9378-93. Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия. Межгосударственный стандарт. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб детекції та моделювання просторових об'єктів на поверхні, який полягає у тому, що поверхню досліджуваного зразка поміщають горизонтально під об'єктив біологічного мікроскопа, освітлюють збоку та фотографують зверху крізь окуляр за умови, що освітлення здійснюють у двох напрямках, перпендикулярних один до одного, при цьому одержують чотири цифрових фотографії послідовно при невеликому та суттєво більшому збільшенні - у кожному випадку при одному ввімкненому освітлювачі, при тому фотографування крупним планом (збільшення у 200 разів) здійснюється при боковому освітленні під малим кутом до досліджуваної поверхні, а при фотографуванні більш дрібним планом (збільшення у 40 разів) бокове освітлення здійснюється під кутом, близьким до 45 градусів, після чого одержані 4 зображення з застосуванням електронно-обчислювальної техніки піддаються обробці для монохромного чорно-білого представлення, який відрізняється тим, що монохромне чорно-біле представлення знімка без відтінків сірого за умови наближеності до рівності загальної площі білого та чорного піддають скануванню у напрямку освітлення з визначенням у пікселях величин характерного середнього розміру та середньої площі множини білих полів та порівнянню з такими ж величинами на відповідних фотографіях еталонного комплекту зразків шорсткості з визначенням середньої вірогідності співпадання, на основі чого вибирають комплект з найближчими показниками характерного розміру та середньої площі множини білих полів, по якому встановлюють основні параметри шорсткості досліджуваної поверхні. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що монохромне чорно-біле представлення поверхні досліджуваного зразка здійснюють з відтінками сірого і для кожного знімка виконують множину яскравісних зрізів, з яких формують 3D модель поверхні та далі визначають висоту, а також інші характеристики об'єктів на досліджуваній поверхні. 2 UA 104858 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3