Устройство для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой

Устройство для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ СТРЕЛОЧНЫХ ПРИБОРОВ С КРУГОВОЙ ШКАЛОЙ , содержащее осветитель, узел образцовых сигналов, считывающую головку с фотоприемниками и блок регистрации , отличающееся тем, что, с целью повышения точности поверки, считывающая головка выполнена в виде сплошного цилиндра, установленного с возможностью вращения соосно с поверяемой шкалой, и оптической системы, содержащей последовательно установленные и оптически связанные объектив, закрепленный в торцовой стенке цилиндра, обращенной к шкале, оптическая ось объектива параллельна оси вращения цилиндра, а плоскость предметов совмещается с поверхностью шкалы, призму Дове, две закрепленные на другой торцовой стенке цилиндра в области плоскости изображений объектива ичелевые диафрагмы, продольные оси которых ориентированы по одному и тому же радиусу цилиндра, проходящему через оптическую ось объектива , одна из диафрагм предназначена для оптического сопряжения с изображением реперного штриха шкалы, а другая - с изображением стрелки, два световода, входные окна которых сопряжены соответственно со щелевыми диафрагмами , выходное окно световода, сопряженного с диафрагмой, предназначенной для сопряжения с изображением стрелки, расположено на оси вращения барабана, а сам световод жестко скреплен с цилиндром, угловые размеры входного окна второго световода меньше углового расстояния между двумя штрихами, смежными с реперным, пересчитанного в плоскость изображений, фотоприемники установлены напротив выходных окон световодов, выходы фотоприемников подключены к блоку регист рации, вьтолненному в виде последова (Л тельно включенных формирователя прямоугольных импульсов, селектора временных положений фронтов импульсов от реперного штриха и стрелки, измерителя временных интервалов и вычислителя . 2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что селектор временных положений фронтов импульса о х от реперного штриха содержит дифференцирующую цепочку, два диодных ог00 СП раничителя, подключенных к дифференцирующей цепочке, два триггера, один из которых подключен счетным входом непосредственно к выходу соответствующего диодного ограничителя, а другой - через инвертор, две схемы совпадения , первые входы которых подключены к одноименным выходам триггеров, а вторые входы - соответстпенио к выходу инвертора и псрпото диодного ограничителя.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) з(5(1 С 01 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3362685/18-28 (22) 10. t2.81 (46) 07.08.84. Бюл. № 29 (72) В.M.Ñèõàðóëèäçå и В.В.Войцицкий (53) 531.715(088.8) (56) 1. Патент ФРГ №- 1068474, кл. 42 в 12/03, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 742703, кл. G 01 В 11/00, 1980 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ

СТРЕЛОЧНЫХ ПРИБОРОВ С КРУГОВОЙ ШКАЛОЙ, содержащее осветитель, узел образцовых сигналов, считывающую головку с фотоприемниками и блок регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поверки, считывающая головка выполнена в виде сплошного цилиндра, установленного с возможностью вращения соосно с поверяемой шкалой, и оптической системы, содержащей последовательно установленные и оптически связанные объектив, закрепленный в торцовой стенке цилиндра, обращенной к шкале, оптическая ось объектива параллельна оси вращения цилиндра, а плоскость предметов совмещается с поверхностью шкалы, призму Лове, две закрепленные на другой торцовой стенке цилиндра в области плоскости изображений объектива щелевые диафрагмы, продольные оси которых ориентированы по одному и тому же радиусу цилиндра, проходящему через оптическую ось объектива, одна из диафрагм предназначена для оптического сопряжения с изображением реперно1о штриха шкалы, а другая — с изображением стрелки, два световода, входные окна которых сопряжены соответственно со щелевыми диафрагмами, выходное окно световода, сопряженного с диафрагмой, предназначенной для сопряжения с изображением стрелки, расположено на оси вращения барабана, а сам световод жестко скреплен с цилиндром, угловые размеры входного окна второго световода меньше углового расстояния между двумя штрихами, смежными с реперным, пересчитанного в плоскость изображений, фотоприемники установлены напротив выходных окон световодов, выходы фотоприемников подключены к блоку регистС! рации, выполненному в виде последовательно включенных формирователя прямо угольных импульсов, селектора временных положений фронтов импульсов от реперного штриха и стрелки, измери- д теля временных интервалов и вычислителя.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что селектор временных положений фронтов импульса от реперного штриха содержит диффе- Ж ренцирующую цепочку, два диодных or- CO раничителя, подключенных к дифферен- QG цирующей цепочке, два триггера, один (,Д из которых подключен счетным входом непосредственно к выходу соответствующего диодного ограничителя, а другой — через инвертор, две схемы совйадения, первые входы которых подключены к одноименным выходам триггеров, а вторые входы — соответственно к выходу инвертора и первогo лиодного ограничителя.

1 1106

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения погрешности показаний стрелочных измерительных приборов с круговой шкалой, например, 5 индикаторов часового типа.

Известны устройства для определения погрешности показаний стрелочных приборов с круговой шкалой, содержащие источник света, считывающую головку в виде вращающегося барабана имеющего на боковой поверхности щелевую диафрагму, фотоприемник, установленный внутри барабана, и привод для регистрации результатов измерений 1).

Недостаток устройства заключается в невысоком быстродействии и низком качестве поверки, обусловленном тем, что поверка индикатора производится со снятым защитным стеклом и со снятой стрелкой.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой, содержащее осветитель, узел образцовых сигналов, счи"тывающую r îëoâêó с фотоприемниками и блок регистрации. В известном уст ройстве считывающая головка, пред30 ставляет собой каретку, установлен-!

,ный на ней узел центрирования, вы полненный в виде подпружиненного в продольном направлении конуса, ось которого совмещена с осью стрелки поверяемого прибора, и узел поиска 5 углового положения стрелки, выполненный в виде установленного вне конуса между источником света и фотоэлементами диска развертки со световыми дорожками, на которых нанесены соот40 ветственно штрихи единичных угловых приращений и штрихи, ограничивающие интервал значений измеряемой величи ны, и диска со щелью, установленного внутри конуса узла центрирования пе45 ред шкалой поверяемого прибора и зак.репленного на одном валу с диском развертки и соосно с узлом центрирования (2).

Известное устройство имеет следую- о щие недостатки: невысока точность поверки из-эа сложной юстировки устройства и низкого отношения сигнал/шум на выходах фотоприемников, обуслов" ленного слабым освещением стрелки во время поверки; поверка может производиться лишь в ограниченном числе фиксированных точек.

Цель изобретения — повышение точ ности поверки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой, содержащем осветитель, узел образцовых сигналов, считывающую головку с фотоприемниками и блок регистрации, считывающая головка выполнена в виде сплошного цилиндра, установленного с возможностью вращения соосно с поверяемой шкалой, и оптической системы, содержащей последовательно установленные и оптически связанные объектив, закрепленный в торцовой стенке цилиндра, обращенной к шкале, оптическая ось объектива парал" лельна оси вращения, а плоскость предметов совмещается с поверхностью шкалы, призму Дове, две закрепленные на другой торцовой стенке цилиндра в области плоскости изображений объектива щелевые диафрагмы, продольные оси которых ориентированы по одному и тому же радиусу цилиндра, проходящему через оптическую ось объектива, одна из диафрагм предназначена для статического сопряжения с иэображением реперного штриха, а другая с изображением стрелки, два световода входные окна которых сопряжены соответственно со щелевыми диафрагмами, выходное окно световода, сопряженного с диафрагмой, предназначенной для сопряжения с .изображением стрелки, расположено на оси вращения барабана, а сам световод жестко скреплен с цилиндром, угловые размеры входного окна второго световода меньше углового расстояния между двумя штрихами, смежными с реперным, перес" читанного в плоскость изображений, фотоприемники установлены напротив выходных окон световодов, выходы фотоприемников подключены к блоку регистрации, выполненному в виде пос" ледовательно включенных формирователя прямоугольных импульсов, селектора временных положений фронтов импульсов от реперного штриха и стрелки, измерителя временных интервалов и вычислителя.

Кроме того, селектор временных положений фронтов импульса от реперного штриха содержит дифференцирующую цепочку, два диодных ограничитея, подключенных к дифференцирующей цепочке, два триггера, один из котоз рых подключен счетным входом непосредственно к выходу соответствующего диодного ограничителя, а другой — через инвертор, две схемы совпадения, первые входы которых под ключены к одноименным выходам тригге ров, а вторые входы — соответственно к выходу инвертора и первого диодног ограничителя.

На фиг. 1 изображена блок-схема у тройства для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой; на фиг. 2— оптико-кинематическая схема считыва" ющей головки; на фиг. 3 — блок-схем селектора временных положений фронто импульсов от реперного штриха; на фиг. 4 — эпюры выходных сигналов отдельных элементов (индексы соответствуют номерам элементов).

Устройство для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой (фиг. 1) содержит узел 1 образцовых сигналов, считывающую головку 2 и подключенный к ее выходу блок регистрации, содержащий последовательно соединенные формирователь 3 прямоугольных сигнал селектор 4 временных положений фронтов импульсов от реперного штриха и стрелки, измеритель 5 временных интервалов, и вычислительное устройств

6, а также генератор 7 счетных импул сов, подключенный к измерителю 5 вре менных интервалов, и устройство 8 ци ровой индикации и цифропечатающее устройство 9, подключенные к выходу вычислительного устройства 6.

Узел 1 образцовых сигналов может быть выполнен в виде механизма, обес печивающего последовательную установ ку на измерительную позицию блоков концевых мер заданной длины для пере мещения измерительного стержня повер емого индикатора по определенной про рамме, либо в виде механизма для пер мещения измерительного стержня, с подвижным элементом которого связан датчик линейных перемещений.

Считывающая головка 2 вместе с уз лом 1 образцовых сигналов измеритель ного стержня установлена на основани t0 (фиг. 2). Считывающая головка сос тоит из цилиндра 11, приводимого в равномерное вращение от синхронного электродвигателя 12, например, с помощью фрикционного колеса 13, насаженного на вал электродвигателя 12., неподвижного барабана 14, установлен ного соосно с цилиндром 11 и сопряженного с ним посредством подшипни-, 1106985 ков 15, осветителя 16, например софитного, укрепленного на неподвижном барабане 14 соосно ему, узла центрирования, например, в виде центрирующей втулки 17, один конец которой насажен на неподвижный барабан 14 а

t во второй до упора вставляется пове ряемый прибор 18. Центрирующая втулка

17 имеет. прорези для прохода измери-: с-„ тельного стержня поверяемого прибора

18 и направляющую с ответной частью на неподвижном барабане 14 для обеспечения вертикальности расположения иза мерительного стержня поверяемого прив бора 18,а также вентиляционные вырезы.

Цилиндр 11 выполнен сплошным за исключением канала для размещения оп тической системы, что позволяет повысить равномерность его вращения.

На торцовой стенке цилиндра 11, обращенной к шкале поверяемого прибора 18, выполнено резьбовое отверстие для установки объектива 19, оптическая ось которого параллельна оси вращения цилиндра, а предметная плосов, кость совпадает с плоскостью поверхности шкалы. Увеличение объектива выбирается порядка 1". На другой стенке цилиндра 11 в плоскости изобо ражений объектива 19 расположены две

30 ь- щелевые диафрагмы 20 и 21. При этом диафрагма 21 состоит от диафрагмы 20

Ф- по ходу лучей на величину номинального превышения стрелки над плоскостью шкалы прибора, пересчитанного в

35 плоскость иэображений.Их продольные оси направлены по одному и тому же радиусу торцовой стенки цилиндра 11.

Ширина диаграммы 20 устанавливается порядка4ширины изображения штриха

40 шкалы, а диафрагмы 2! — порядка шля- рины изображения ограниченной ею

r- части стрелки. Между объективом 19 е- и щелевыми диафрагмами 20 и 21 по направлению оптической оси объекти45 ва 19 расположена призма Дове 22, которая переворачивает на 180 изображение, даваемое объективом 19.

В непосредственной близости от и задней стенки цилиндра 11 расположено

-50 входное окно световода 23, например из стекловолокна, имеющее прямоугольную форму с центром, удаленным от оси вращения цилиндра 11 на расстояние, равное удалению центра щелевой диафрагмы 20 от оси вращения. Световод 23 крепится к неподвижному барабану 14 таким образом, что его середина располагается напротив изображе1106985 Ь виде транзисторных ключей), выделяющими импульсы разной полярности; выход ограничителя 28 соединен со счетным входом триггера 30, а выход ограничителя 29 через инвертор 31 со счетным входом триггера 32, одноименные выходы триггеров 30 и 32 соединены с одними иэ входов схем 33 и 34 совпадения соответственно, к вторым

10 входам последних подключены соответственно выходы инвертора 31 и ограничителя 28.

Схема фиксации фронтов импульсов от стрелки состоит из тех же элементов., за исключением триггероМ и схем совпадения.

Выходы обеих схем селекции подключены к входам измерителя 5 временных интервалов. Последний состоит из трех счетчиков импульсов со схемами их запуска и остановки, которые обеспечивают подсчет количества импульсов от генератора 7 за промежутки времени, соответственно между 1-м и (и+1)-м д импульсами от переднего (или заднего) фронта импульса от реперного штриха, где n — число периодов усреднения результатов измерения, а также между передними и задними фронтами импульсов от реперного штриха и стрелки эа те же и периодов усреднения.

Вычислительное устройство б рассчитывает погрешность показания индикатора в каждой поверяемой точке по формуле:

В = (Л-В) CD-Е, где о

j=1 где

45 и

М,N

1 i

Noj ния реперного штриха шкалы поверяемо

ro прибора. Высота входного окна све товода 23 примерно равна высоте щелевой диафрагмы 20, а ширина выбирается меньшей расстояния между смежнь ми к реперному изображению штрихов шкалы, чтобы предотвратить попадание в световод 23 световых потоков от этих изображений. (По существу входное окно световода 23 выполняет роль неподвижной щелевой диафрагмы).

К задней стенке цилиндра 11 крепится вращающийся вместе с последним блок световода 24, входное окно которого расположено напротив щелевой диафраг мы 21 и имеет размеры, достаточные для захвата всего световода потока, проходящего через диафрагму 21. Све" товод 24 изогнут таким образом, что центр симметрии его выходного окна лежит на оси вращения цилиндра

За выходными окнами световодов

23 и 24 расположены соо-ветственно фотоприемники 25 и 26, Формирователь 3 прямоугольных сигналов состоит из подключенных к выходам фотоприемников считывающей головки двух цепочек из последова" тельно включенных истокового (эмиттерного, катодного) повторителя, усилителя и порогового устройства, например, триггера Шмитта. При этом порог срабатывания порогового устройства цепочки для обработки сигна" ла от стрелки выбирается достаточно большим, чтобы осуществить ампли35 тудную селекцию импульса от стрелки от паразитных сигналов, которые могут возникнуть от частей цифр циферблата, попадающих в поле зрения

40 соответствующего фотоприемника. Пос кольку амплитуды сигналов пропорциональны максимальным площадям затемненных участков, попадающим через диафрагму в поле зрения фотоприемника, то сигнал от стрелки будет в несколько раэ превосходить по амплитуде паразитные.

Селектор 4 временных положений фронтов импульсов выполнен из двух схем фиксации фронтов импульсов от

50 нулевого штриха и стрелки (фиг.3). Первая из них состоит из дифференцирующей цепочки 2?, на вход которой включен выход формирователя прямоугольного сигнала от фотоприемника 25, а выход соединен с входом двух диодных ограничителей

28 и 29 с усилителями (например, в номер периода измерения; количество периодов измерения; количества счетных импульсов, соответствующие временному интервалу соответственно между передними и задними фронтами импульсов от реперного штриха и стрелки при

i-м обороте; количество счетных импульсов, соответствующее 1-му обороту; дробная часть отношения ве- личины образцового переме1106985 щения измерительного стержня поверяемого индикатора к номинальному значению перемещения, соответствующего одному обороту стрелки; 5

С вЂ” количество делений шкалы;

D — цена деления шкалы (например, в микрометрах);

E — номинальное значение величины перемещения измерительно-10 го стержня, соответствующее угловому смещению реперного штриха от нулевого, мкм.

Напрнмер, для индикатора часовогО типа по ГОСТ 577-68 задано образцовое 1 перемещение 1,80 мм, значение А получилось равным 0,852, С = 100 D =

10 мкм, за реперный штрих принят 95-й

l т. е. Е = 50 мкм. Так как 1 оборот стрелки соответствует номинально 20

1 мм, то В = 0,800, и следовательно погрешность показаний в этой точке и =(0852-0,800) 100.10-50 = 2 мкм.

Генератор 7 счетных импульсов генерирует импульсы с частотой. повторения, равной (2) где rn — - число оборотов цилиндра 11 считывающей головки за 1 с.

k — цена 1 импульса, мкм.

Назначение и принципы построения устройств 8 и 9 общеизвестны.

Устройство для поверки стрелочных 3S приборов с круговой шкалой работает следующим образом.

Поверяемый прибор 18 устанавливается в центрирующую втулку 17, а последняя одевается на барабан 14. 4О

Запускается электродвигатель 12, который с помощью фрикционного колеса

13 приводит во вращение цилиндр l1 зажигаются лампы осветителя 16.

Перед поверкой производится уста- 45 новка нулевого показания поверяемого прибора. Для этого с помощью узла образцовых сигналов перемещают измерительный стержень поверяемого прибора до тех пор, пока на табло 50 устройства цифровой индикации не появится нулевое показание. При этом предварительно в вычислительное устройство вводят величину Е, т. е. величину смещения реперного штриха от 55 нулевого в мкм.

При пересечении щелевыми диафрагмами 20 и 21 соответственно изобра- . жений нулевого штриха и стрелки на

1 выходах фотоприемников 25 и 26 появ-. ляются импульсы (фиг.4 U u U )

25 26 которые в формирователе 3 прямоугольных сигналов преобразуются в прямоугольную форму (U и U ). Из этих сигналов селектором 4 временных положений фронтов импульсов вырабатываются кратковременные импульсы, со" ответствующие передним и задним фронтам импульсов от реперного штриха (U, и U+) и стрелки (U" и U ") .. Эти

4 импульсы используются в измерителе 5 временных интервалов в качестве стартстопных для определения количества счетных импульсов генератора

7 (U ), укладывающихся во временные интервалы соответственно между передними (U< — N„.) и задними (U5

"1

Ы >.) фронтами импульсов от реперного

1 штриха и стрелки, а также между двумя последовательными короткими импульсами от передних (или задних) фронтов импульсов от реперного штриха поверяемого прибора (U -N ). Чис5 01 ла N<., N3. и N<. могут определяться за любое заданное и число периодов усреднения (оборотов цилиндра 11).

Далее зти числа вводятся в вычислительное устройство 6, которое рассчитывает по формуле (1) погрешность показаний индикатора в каждой поверяемой точке. Эти значения высвечиI ваются на табло устройства 8 цифровой индикации и печатаются на бумажной ленте цифропечатающим устройством 9.

Описанный цикл повторяется для каждой точки пОверки после перемещения измерительного стержня поверяемого прибора в соответствующее положение посредством узла образцовых сигналов.!

Фиксация временных положений фронтов импульсов от реперного штриха производится следующим образом.

Соответствующий сигнал от формирователя прямоугольных сигналов (U )

1 подается на вход дифференцирующеи цепочки 27. Полученные кратковременные импульсы раэнои полярности (U27 ) деляются по полярности и формйруются диодными ограничителями 28 (U28) и

29 (U ) с усилителями. Выделенные

2з ограничителем 28 импульсы подаются на счетный вход триггера 30, а ограничителем 29 после изменения полярности инвертором 31 (U ) — на счетный

10 положений нулевого штриха и стрелки в пространстве изображений объектива существенно улучшены условия освещения циферблата поверяемого прибора, что повышает точность фиксации этих yr« ловых положений, а следовательно, и точность поверки. Кроме того, фиксация положений нулевого штриха и стрелки прибора с целью определения углового положения стрелки помимо повышения точности измерения позволяет производить поверку прибора в любых точках его Шкалы, что также повышает точность и качество поверки.

1106985 вход триггера 32. Триггеры 30 и 32 вырабатывают прямоугольные селекторные импульсы ((Uçî " "з) которые подаются соответственно на входы схем 33 и 34 совпадения (U> и U +). .На другие входы схем 33 и 34 совпадения подаются соответственно импульсы с инвертора 31 и ограничит ля 28. В результате на выходах схем 33 и 34 выделяются импульсы, соответствующие пе"." реднему и заднему фронтам импульса от реперного штриха соответственно.

В предлагаемом устройстве благо-. даря размещению анализаторов угловых

Il06985

Ь

6а и,, (/ иб

Иб и б и б

Up фиа Ф

Составитель С.Грачев

Редактор Е.Папп Техред Ж. Кастелевич Корректор О. Тигор

Заказ 5743/27 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4