Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий

Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности зз счет исключения погрешностей, связанных с использованием для исполнительного механизма электромагнитного привода Тепловое излучение от измеряемого изделия, пройдя объектив 1 и отразившись от зеркала 2 вибрационного сканатора, попадает через щелевую диафрагму на фотоприемник 12, на выходе которого формируется последовательность импульсов, несущая полезную информацию о положении границы изделия , получаемого в результате обработки в электронном тракте устройства. Положительный эффект достигается путем выполнения исполнительного механизма в виде консольной биметаллической пластины 9 с закрепленным на ней нагревательным элементом 11, на свободное конце которой жестко закреплена диафрагма. Такая конструкция обладает существенными преимуществами перед электромагнитным приводом, не содержит трущихся деталей и имеет большую постоянную времени 2 ил цл ftfeOS, CJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ьл

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О О !

М

1 р фа (,Д!

i ! ! !

Ф г. 1 (21) 4719305/28 (22) 17.07.89 (46) 15.12.91. Бюл. М 46 (71) Волгоградский политехнический институт (72) А,Н. Шилин (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬИ471070, кл, 6 01 В 21/06, 1989. (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ НАГРЕТЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности зг счет исключения погрешностей, связанных с использованием для исполнительного механизма электромагнитного привода. Тепловое

„„SU „„1698643 Al излучение от измеряемого изделия, пройдя объектив 1 и отразившись от зеркала 2 вибрационного сканатора, попадает через щелевую диафрагму на фотоприемник 12, на выходе которого формируется последовательность импульсов, несущая полезную информацию о положении границы изделия, получаемого в результате обработки в электронном тракте устройства, Положительный эффект достигается путем выполнения исполнительного механизма в виде консольной биметаллической пластины 9 с за репленным на ней нагревательным элементом

11, на свободном конце которой жестко закреплена диафрагма, Такая конструкция обладает существенными преимуществами перед электромагнитным приводом, не содержит трущихся деталей и имеет большую постоянную времени. 2 ил.

1698643

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения геометрических параметров нагреваемых изделий, например проката, поковок и т,п.

В металлургии и машиностроении широко применяются оптико-электронные импульсные сканирующие измерительные устройства контроля размеров нагретых изделий.

Точность измерения указанных устройств зависит от динамического диапазона потока излучения, который зависит, в сво о очередь, от диапазона температур иэделия. Существующие методы уменьшения погрешностей измерений размеров ст изменений потока излучения чувствительны к помехам, Известны адаптивные оптико-электронн н ые помехоустойчивыеу".тройства, параметры котор-,а автоматически устанавливаются в зависимости от поступающей информации как от внешней среды, так и от самого устройства.

Однако эти устройства применены для задач распознавания образов и поэтому применить их для улучшения метрологических характеристик не представляегся возможным.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптикозлектронное устройство для измерения размеров нагретых изделий, содержащее вибрационный сканатор, преобразователь положения кромки нагретого изделия и блок автоматической стабилизации уровня шумов, который состоит из дифференцирующей цепи, ждущего мультивибратора, коммутатора, пикового детектора, выходного преобразователя и электромагнитного привода с успокоителем.

Недостатком известного устройства является ограниченная точность измерений,, которая обусловлена неточностью установки положения маски щелевой диафра мы из-за трения и люфтов в направляющих электромагнитного привода, автоколебательным режимом системы автоматического регулирования размера щели иэ-за гистерезиса и люфтов в электромагнитном приводе, так как блок стабилизации является системой автома-:ического регулирования, что приводит к колебаниям подвижной маски диафрагмы, малой постоянной еремени успокоителя электромагнитного привода по сравнению с теплоемкостью крупногабаритного изделия, что приводит к колебаниям маски щелевой диафрагмы из-эа отклонения температуры по поверхности иэделия, например из-за окалины и т.д, при вращении

1 1»

55 или перемещении в процессе его изготовления.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в оптико-электронном устройстве для измерения размеров нагретых иэделий, содержащем вибрационный сканатор, последовательно соединенные фотоприемник, усилитель с блоком автоматической регулировки усиления, индикатор и блок автоматической стабилизации уровня шумов, состоящий из триггера

Шмитта, дифференцирующей цепи, ждущего мультивибратора, коммутатора, пикового детектора, выходного преобразователя, представляющего собой дифференциальный усилитель с задатчиком уровня шумов, и исполнительного механизма, последний выполнен в виде консольной биметаллической пластины, на свободном конце которой установлена маска щелевой диафрагмы, и нагревательного элемента, закрепленного на пластине и соединенногс с выходным преобразователем, Исполнительный механизм, выполненный на базе биметаллической пластины, не содержит трущихся деталей, что позволяет ему с более высокой точностью регулировать положение маски щелевой диафрагмы, и имеет большую по величине постоянную времени, обусловленную теплоемкостью пластины и г озволяющую уменьшить колебания размера щели из-за непостоянства коэффициента излучательной поверхности нагретого изделия.

Кроме того, выполнение исполнительного механизма в виде биметаллической пластины позволяет повысить надежность устройства и уменьшить его габариты, так как предложенный исполнительный механизм имеет меньшее количество элементов и не соде ржит трущихся деталей.

На фиг,1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — время-импульсная диаграмма, поясняющая его работу.

Устройство содержит (фиг.1) объектив 1, вибрационный сканатор, состоящий из зеркала 2 срычагом 3,,установленных с возможностью качания вокруг некоторой оси, пружины 4, соединенной с рычагом 3. упоров

5 и генератора 6 с электромагнитом, являющегося источником колебаний зеркала 2, исполнительный механизм, состоящий из гцелевой диафрагмы, выполненной в виде неподвижной и подвижной масок 7 и 8 и установленной в плоскости изображения объектива 1, биметаллической пластины 9, на свободном конце которой закреплена подвижная маска 8, упора 10 и нагревательного элемента 11, закрепленного на биметаллической пластине 9, последовательно соеди1698643

10

50

55 ненные фотоприемник 12, установленный за щелевой диафрагмой, усилитель 13 фототока и блок автоматической стабилизации уровня шумов с выходным преобразователем, состоящий иэ последовательно соединенных триггера 14 Шмитта, вход которого является входом блока, дифференцирующего звена 15 и одновибратора 16, коммутатора 17, вход которого объединен с входом триггера 14 Шмитта, а управляющий вход соединен с выходом одновибратора 16, пиKoBoro детектора 18, вход которого соединен с выходом коммутатора 17, задатчика 19 и дифференциального усилителя 20, входы которого соединены соответственно с выходами пикового детектора 18 и задатчика 19, а выход, являющийся выходом блока, соединен с нагревательным элементом 11, блок автоматической регулировки усиления, состоящий из пикового детектора 21, вход которого является входом блока и соединен с выходом усилителя 13 фототока, задатчика

22 и дифференциального усилителя 23, входы которого соединены соответственно с выходами пикового детектора 21 и задатчика 22, а выход, являющийся выходом блока, соединен с входом фотоприемника 12, и индикатор 24 отклонения размера, входом соединенный с выходом триггера 14 Шмитта.

Устройство работает следующим образом, Зеркало, 2 совершает колебательное движение в диапазоне, ограниченном упорами 5. Рычаг 3 является также участком магнитопровода электромагнита генератора 6.

Изображение кромки изделия совершает колебательное движение относительно щелевой диафрагмы, за которой установлен фотоприемник 12, Таким образом, пространственное распределение освещенности в плоскости изображения объектива 1 преобразуется во временное и на выходе усилителя 13 фототока образуются импульсы напряжения 0ф (диаграмма 25 на фиг.2), Импульсы напряжения с усилителя 13 фототока поступают на пиковый детектор 21 с постоянной времени, превышающей период развертки. С выхода пикового детектора

21 на один из входов дифференциального усилителя 23 поступает постоянное напряжение, равное максимальному напряжению импульса 0ф, На второй входдифференциального усилителя 23 поступает постоянное задающее напряжение с задатчика 22, При измерении температуры изделия изменяется амплитуда импульсов, поступающих на пиковый детектор 21, и отклонение амплитуды от заданной усиливается усилителем 23, который, в свою очередь, изменяет напряжения питания и чувствительность фотоприемника 12 так, чтобы максимальное значение импульса было постоянным 0с 1, Сигнал с усилителя 13 фототока поступает на вход триггера 14

Шмитта с.порогом срабатывания U«p,, с выхода которого прямоугольные импульсы U> с постоянной амплитудой и длительностью, определяемой положением границы изделия относительно оптической оси (диаграмма 26 на фиг.2), поступают на дифференцирующее звено 15. Отрицательный импульс дифференцирующего звена 15, определяемый задним фронтом импульса UT, запускает одновибратор 16 (диаграмма 27 на фиг.2) с длительностью т, Импульс одновибраторз

16 0 с помощью коммутатора 17 "вырезает" из выходного сигнала усилителя 13 фототока промежуток времени, в течение которого на его выходе отсутствует сигнал, а имеются только шумы (диагоамма 28 на фиг.2), Максимальное значение напряжения шумов преобразуется в постоянное напряжение с помощью пикового детектора t8, а затем сравнивается с заданным задатчиком 19 в усилителе 20, Например, если уровень шумов превысит 0 тг, усилитель 20 усиливает эту разницу, и постоянное напряжение поступает на нагревательный элемент 11, который нагревает биметаллическую пластину

9. Пластина 9 при нагревании за счет различных коэффициентов температурного расширения материалов пластины изгибается, увеличивая размер диафрагмы и поток излучения, поступающий на фотоприемник

12, до тех пор, пока уровень шумов не будет превышать Uc>z. Упор ограничивает размер щелевой диафрагмы по минимуму. Таким образом, при работе устройства параметры его автоматически выбираются такими, чтобы было постоянным напряжение импульса фототока UcT1 и отношение сигнал/шум, равное 0.1/0стг.

При использовании оптико-электрон ного измерительного устройства повышается точность измерения обечаек в процессе калибровки, что исключает повторный цикл производства (повторная калибровка связана с дополнительными затратами трудовых и материальных ресурсов), При повышении точности изготовления обечаек повышается также производительность труда при сборке химнефтеаппаратуры, так как уменьшается время, необходимое для индивидуальной подгон ки обечаек п ри их сборке. Кроме того, при повышении точности изготовления улучшаются эксплуатационные характеристики химнефтеаппаратуры, Формула изобретения

Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий, содержащее

1698643

Ф(д /

Сосгавитель G,Ñt !tpHoe

Техред M.ÛÎpÃeíTçë Y GppeKTGp H.KÎpÎëü

Редактор А,Лежнина

Заказ 4385 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комите а по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113Î35, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 производственно-издательский комбина - "Патент"„r. ужropop, ул.l ar=",рина, 101 вибрационный сканатор, последовательно соединенные фотоприемник, усилитель фототока, блок автоматической стабилизации уровня шумов с выходным преобразователем и индикатором, блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, а выход соединен с входом фотопоиемника v; исполнительный механизм с маской щелевой диафрагмы, связанный с выходным преобразователем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, исполнительный механизм выполнен в виде консольной биме5 таллической пластины и закрепленного на ней нагревательного элемента, соединенного с выходным преобразователем, а маска щелевой диафрагмы закреплена на свободном конце пластины.