Оптико-электронное устройство для измерения диаметров нагретых крупногабаритных деталей

Оптико-электронное устройство для измерения диаметров нагретых крупногабаритных деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет обеспечения предварительной установки преобразователя положения кромки детали на номинальный размер и жесткой связи двух зон измерения, соответствующих двум кромкам детали. Излучение от измеряемой нагретой детали 31 поступает через систему зеркал 5 и 6, объектив 7 и светофильтры 8 и 9, с помощью которых измеряется спектральным методом температура детали 31, на блок сканирования, выполненный в виде вибратора 10 с закрепленными на свободном конце фотоприемником 11. Последовательность импульсов ступенчатой формы на выходе фотоприемника содержит информацию о пространственном положении кромок детали 31, получаемую в результате обработки этой последовательности в электронном тракте устройства. Установка на номинальный размер с соблюдением жесткости йвязи двух зон измерения осуществляется с помощью конуса 1, установленного перпендикулярно оси оптического тракта с возможностью перемещения вдоль собственной оси с помощью винтовой передачи и через систему рычагов 2, и планок, связанных с системой зеркал 5 и 6, Показано, что между номинальным диаметром детали 31 и диаметром сечения конуса 1 в плоскости , перпендикулярной erooci, имеет место линейная зависимость, что обеспечивает точность установки в номинал,чем и обеспечивается положительный эффект. 3 ил. Л |4k/ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (л)з 6 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4720167/28 (22) 17.07.89 (46) 15.12.91. Бюл. N 46 (71) Волгоградский политехнический институт (72) А.Н.Шилин, П.П.Бобков (53) 531.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1288505, кл. G 01 В 12/00, 1987. (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВ0 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРОВ НАГРЕТЫ Х КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ (57) Изобоетение относится к контрольноизмерительной технике, Целью изобретения является повышение точности за счет обеспечения предварительной установки преобразователя положения кромки детали на номинальный размер и жесткой связи двух эон измерения, соответствующих двум кромкам детали. Излучение от измеряемой нагретой детали 31 поступает через систему зеркал 5 и 6, объектив 7 и светофильтры 8 и

9, с помощью которых измеряется спектральным методом температура детали 31, Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения и контроля диаметров крупногабаритных нагретых иэделий.

Известно устройство для измерения линейных размеров крупногабаритных деталей, содержащее поворачивающееся визирное устройство, два основания, базисное устройство, шкалу и теодолит, Недостатком такого устройства является ограниченная точность измерения (измерение линейного размера осуществляется только с одной стороны детали). Кроме того, „„SU ÄÄ 1698644 А1 на блок сканирования, выполненный в виде вибратора 10 с закрепленными на свободном конце фотоприемником 11. Последовательность импульсов ступенчатой формы на выходе фотоприемника содержит информацию о пространственном положении кромок детали 31, получаемую в результате обработки этой последовательности в электронном тракте устройства. Установка на номинальный размер с соблюдением жесткости связи двух зон измерения осуществляется с помощью конуса 1, установленного перпендикулярно оси оптического тракта с возможностью перемещения вдоль собственной оси с помощью винтовой передачи и через систему рычагов 2, и планок, связанных с системой зеркал 5 и 6. Показано, что между номинальным диаметром детали

31 и диаметром сечения конуса 1 в плоскости, перпендикулярной егоос1:,имеет место линейная зависимость, что обеспечивает точность установки в номинал, чем и обеспечивается положительный эффект.

3 ил. устройство не позволяет измерять диаметр круглой детали и измерение осуществляется контактно, что не позволяет использовать зто устройство для измерения нагретых изделий.

Известно также устройство, реализующее дистанционный оптический способ измерения днищ больших диаметров, основанный на измерении углов охвата контролируемой детали, содержащее штриховую меру, приспособление для ее установки в центре измеряемой детали и теодолит со стойкоЙ.

1698644

Однако зависимость между размером детали и углом установки теодолита не линейна, что требует дополнительных вычислений

g ограничивает точность базирования, а следовательно, и измерения, Устройство позволяет измерять размер детали по величине углового перемещения од одного края до другого, однако в момент перемещения возможна деформация стойки теодолита, а следовательно, и появление ошибки измерения. Кроме того, устройство является . оптическим, результат измерения с которо:-э снимается визуально, что также ограничивает точность измерения. Устройство не может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТГ1), Налболее близким к предлагаемому по технической сущности является фотоэлектрическое устройство для измерения размеров нагретых изделий, содержащее сканирующий блок, фатоприемник, связанный с выходом фотоприемника преобразователь положения кромки контролируемого изделля. блок термокомпенсации, сумматор и блок индикации, Указанное устройство позволяет измерять положение только одного края, поэтому для измерения абсолютного размера детали необходимо перемещение преобразователя до другого края, или необходимо два преобразователя, причем угол перемещения или установки связан нелинейной зависимостью с номинальным размером, что снижает точность измерений, При наличии двух преобразователей необходим дополнитагьный блок слежения, что также увеличиьает погрешность измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Г оставленная цель достигается тем, что оптико-электронное устройство для измере, ния диаметров нагретых крупногабаритных деталей, содержащее блок сканирования, фотоприемник, связанный с выходом фотоприемника преобразователь положения кромки иэделия, содержащий усилитель фототока, блок автоматической регулировки усиления, триггер Шмитта и функциональный преобразователь, соединенный с его выходом, блок термокомпенсации, состоящий из дифференцирующего звена и соединенных последовательно ждущего мультивлбратора, коммутатора и второго функционального преобразователя, сумматор, соединенный с выходами обоих функциональных преобразователей, и блок индикации, соединенный с сумматором, снабжено оптико-механическим блоком задания размера, состоящим из конуса, установленного в направляющих

R0

55 с возможностью осевого перемещения с помощью винтовой передачи, двух рычагов одинаковой длины, охватывающих конус и закрепленных на общей оси, двух планок, установленных на общей оси, расположенной от оси рычагов на расстоянии, равном длине рычага, и соприкасающихся внутренними поверхностями с концами рычагов, пружины, соединяющей свободные концы планок, и двух зеркал, закрепленных неподвижно, и вторым коммутатором, включенным между усилителем фототока и триггером Шмитта, управляющий вход коммутатора соединен с блоком питания вибратора через фазосдвигающую цепь.

Таким образом, введение оптико-механического блока задания размера позволяет повысить точность установки преобразователя на номинальный размер, а следовательно, и точность измерения диаметров крупногабаритных деталей, так как введение конуса с механизмом осевого перемещения и двумя рычагами, охватывающими этот конус. позволяет моделировать схему измерения диаметра методом касательных, в которой задание диаметра осуществляется за счет перемещения конуса, так как в сечении конуса на уровне рычагов образуется окружность переменного диаметра. Установка двух планок в зеркалами. закрепленных на общей оси, расположенной на расстоянии, равном длине рычага, позволяет получить линейную возможность между угловыми перемещениями лучей преобразователя и рычагов, Оптико-механический блок задания размера обеспечивает линейную зависимость между осевым перемещением конуса и номинальным размером иэделия, Кроме того, указанный блок позволяет повысить точность измерения за счет жесткой связи двух зон измерения, поскольку в этом случае вибрации основания устройства не оказывают влияния на точность измерения.

Введение второго коммутатора позволяет получить последовательность импульсов одинаковой формы, что обеспечивает работоспособность электронной схемы обработки измерительной информации, йа фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1; на фиг.З вЂ” время-импульсная диаграмма, поясняющая работу устройства, Устройство содержит (фиг.1) оптико-механический блок задания размера, состоящий иэ конуса 1, установлен;oro перпендикулярно оптической оси блока с возможностью осевого перемещения, двух рычагов 2 одинаковой длины, установленных на общей оси, перпендикулярной оптической оси блока, и касающихся поверхности конуса в плоско1698644 (2 сти его поперечного сечения, двух планок 3, установленных на общей оси, перпендикулярной оптической оси блока и расположенной от оси рычагов 2 на расстоянии, равном длине рычага 2, и соприкасающихся внутренними поверхностями с концами рычагов

2, стягивающей пружины 4, соединяющей свободные концы планок 3, двух зеркал 5, закрепленных на наружной поверхности планок 3 в плоскостях, проходящих чеоез их ось, двух зеркал 6, закрепленных неподвижно по обе стороны от оптической оси блока и симметрично ей, и расположенных по ходу излучения, отраженного зеркалами 5 и 6, объектива 7, установленного так, что его главная оптическая ось совпадает с оптической осью блока, двух светофильтров 8 и 9 с различными длинами волн пропускания, установленных,в плоскости, перпендикулярной оптической оси блока, блок сканирования, состоящий из вибратора 10 с фотоприемником 11, закрепленным на его свободном конце и оптически сопряженным с блоком задания размера, ограничительных упоров

12 и электромагнита 13, вход которого является управляющим входом блока, преобразователь положения кромки детали, состоящий из усилителя 14 фототока, вход которого соединен с выходом фотоприемника 11, блока 15 автоматической регулировки усиления (блока 15 АРУ), выход которого соединен с входом фотоприемника 11, а вход — с выходом усилителя 14 фототока, соединенных последовательно коммутатора 16, триггера 17 Шмитта. блока

18 термокомпенсации, вторым входом соединенного с выходом усилителя 14 фототока, сумматора 19 и блока 20 индикации, функционального преобразователя 21, входом соединенного с выходом триггера 17

Шмитта, а выходом — с вторым входом сумматора 19, генератора 22, выход которого соединен с управляющим входом блока сканирования, и фазосдвигающего элемента

23, вход которого соединен с выходом генератора 22, а выход — с управляющим входом коммутатора 16, вход которого соединен с выходом усилителя 14 фототока.

Блок 15 АРУ состоит из последователь.но соединенных пикового детектора 24, вход которого является входом блока, и дифференциального усилителя 25, выход которого является выходом блока. Блок 18 термокомпенсации состоит из последовательно соединенных дифференцирующего звена 26, вход которого является входом блока, ждущего мультивибратора 27, коммутатора 28, второй вход которого является вторым входом блока. и функционального

55 преобразователя 29, выход которого является выходом блока.

Светофильтры 8 и 9 предназначены для получения информации о температуре измеряемой детали. Зеркала 5 и 6 предназначены для направления излучения от нагретой измеряемой детали в объектив 7, Углы между рычагами 2 и между планками 3 являются соответственно центральными и вписанными углами окружности, образованной траекторией движения свободных концов рычагов 2. Конус 1, установленный с возможностью перемещения с помощью винтовой передачи 30 (фиг.2), позволяет в сечении в плоскости рычагов 2 задавать окружность заранее выбранного размера йь

Устройство работает следующим образом, При настройке оптико-механического блока задания размера на номинальный размер измеряемого изделия 31 осуществляется осевое перемещение конуса 1, которое определяется выражением

s= t, (1)

360 где 1 — шаг резьбы винтовой передачи; р- угол поворота винта.

Комус 1, в свою очередь, раздвигает рычаги 2 на угол

0: мин + - -g я

- = ЗГИ!П где ф- угол конуса;

Н - расстояние между осями конуса 1 и рычагов 2;

R pp минимальный радиус конуса.

Концы рычагов" перемещаются по дуге окружности радиуса, равного длине рычага, причем осевое перемещечие конуса S линейно связано с радиусом сечения конуса: R ==-Рмин+ Ящф Концы рычагов 2, в свою очередь, раздвигают планки 3, концы которых соединены пружиной 4. Расстояние между осями рычагов 2 и планок 3 равно дл не рычагов 2, поэтому траектория точек соприкосновения планок 3 и рычагов 2 есть окружность, à yron между планками 3 является вписанным в эту окружност,. и равен половине угла а/2.между рычагами

2. На планках 3 закреплены зеркала 5. При повороте каждого зеркала 5, закрепленного на планке 3, на угол а /4, угол между падающим и отраженным лучами увеличится на два таких угла, т,е. на а /2. Полный угол охвата изделия номинальчого размера Rqp будет равен а, таким образом, существует линейная зависимость между углом между рычагами 2 и углом охвата изделия 31, следовательно, и между номинальным размером изделия Яя и радиусом сечения

1698644 конУса R17GK)K8 имев м8сто лине!11!ЯЯ завйСИМОСТЬ, TBK KGK а 2 Ар 2 А, DI(pp!=2AsIfI-,y = =— 1-7 — !"."} =: — — (1 !!!!1+5;g 1/ "

Н I3

ГД8 A — РЯССтОЯНИ8 QT (СИ Дет У}И 31 ДО

Обьек1 ивЯ у, ВВЛИЧИНЯ Hf, а СЛСДОВЯ18ЛЬНО, И !(пои устанавлива}отсй с помо(}льк2 ви}lтОВОЙ передачи 30 (ф} Г,2), .когорзя м(321<87 быть пр3градуирована непосредс вен! 0 в R« .. 1г3

Л()И рабОТЕ УСтройств- .G I2IIOr2GTQO 1(:: С фотоприем!}ико;",1 11 совепуца.т колебате,i

НОЕ Дви}КЕ}-! - :Е С (! I Г}З!1ИЧ811ИВМ . i;,N, II0800r3GG простоансTGRHH08 Г}Я(,п ::8:I!-,}1 =.,: 18 Осве!. }81но(ти в пу}(}с!опст.,»:;.зг! "1 у -, .- .лд .1 .-». fir pG 1

«Ъ"

БО ВреМВННQВ }узиагpа }Ма Я, .ОЫ: ..1;, 113ЯЗОСДБЫГа!01 ций -! }}8 мент?:3 0!3 3!30 i 18т !10лучить .,-ин :, 0идальный cи}нял, пол<22}:.!< и ri ьнь!и полупери()q

KQT0P0f0 сОВ! IGДЯет с Одним IBrII3GGf!811!1811 сканирования:1 поргому Открывает через 20 коммутато 2 1! 6 выход усиугителя 14 фстотока (диаграмма 3,. фиг.3). Таким ОГ3рязо!.1, н,-., ВГО

Выходе получается последовательность импульсов фототОкя с Одиняковьlì че(38дова— нием ступенеЙ (д iGTQGf. Ма 13,

Импульсы напряжения с усилителя 4 фотОто кя Гьо ступ а i07 на г}, !<О вь} Й детектор

24, СО(!ержа}дий Г .,-! !е- » c:в;;ремене 4 разряДа, !1Ревыв}Я!(3В}1,1м пзР(3Д I3G -1веРтк}<, . ВыХОДЯ Гlико: ОГО }1".;78 .70: Я 24 на (2Дие ВХОД дд дифференциал ьHQ! О усип ГГ8ля ?,2 пОстуг;G8Т ПОСТОЯ Н 108 НЯП}3Я -<ен}18, PGGH08 М ЭКСИмальному импульсу, а ня другой вход

Гlодается пс!-тая нное напоя21;ение, с которым сравнивается Hапрях(е}-}ие Г!иково! Оде- 35 тектора 24, С Выхода Д}иффс}1енциального усилителя 25 напряжение поступаer на фотопР}!емн}1к I, !}м810(Ц}!Й соГ!ОотиВУ)ение на рузки 1<1!<12. При изменении тем(}ера1 уры изделия изменяетсй ампу}итуда импуу}ьсов, по ILI ступа 10 Щих и а и и ковь} и д}ете}ГГ(2 р 24, Д}, !го(!1, ренциальный усилитель 25 изменя-..:т . Няп1яжение питзн!1я и со(утветственно чувстВительность фОГОГIp}(8!iriHIr!KG I 1 TBK !736! I значение наппяжения BTQ".20Й ступени им- 4;! пульса было постояв}}ым, Иапря2кение ICQG!1й ступени имг}ул,cG при стабилизированном значении Второй

СТУПЕНИ ЗЯВИСИТ 07 78МПВРЯТУР}.} ИЯ пг ЛИЯ 3

Сигнал -,. усилителя 14 фототека посту.1;87 на 5О вход тригтера 17 Ими. .-Га уровнем -;рабатыВания } упо}2, с выхода которого г!}3лмоутоу}ьные

ИМпул Ь(Ы (Посто:11 Н Оь31,«:.1ПЛ !1!» и ОИ р П8 28менной ДГ1ительностыо }дня! рам! }О !,

31 ОТ ОПТИЧВСКОЙ OCN, rI!3С Pr fi QT На SK(2iy п3УH" кциональн(3ГО преоб3Гуа .Пвател!11 21 Фу iK!ъиоНЯЛЬН1 1 . "1 80pi2GGQCß Ãåï ii 1 ПОЮ«; rip т,r(т

ДЛИ ЕЛЬН(2С rl И}:PiiiiЬСG Pq 1- «(q"Qg iqI10 сGI1Pn.. у«е н и -, и «<3 по р 1 i 01 "1 1„1 ч, 1 (21 }< A (1 }! 3 и 1,1 (; и 3 3" мера Оаг номинального, (.ИГ}!Яу! с т::. 1:; !. 1 у шмитта дифферен}!Ы}3уется по I!Згуед; 8 :у фронту с Г!Омо}дь}0 диффе!3енциру!Оше! о звена 26 и подается ня вход:K };rLI(8r0 мульти вибратора 27 с ду!}(1.с, у!ь,-:ость}о Г }диаграм;.ча д, фиг,З), которыи чер,". комьутатср 28

ВЦГ18ааат ПЕОЕДНК3!О ЦЗС i:. ИМГПгяь „G <Ьотото;-<а С;!ВР8М8ННОЙ Gi irIУ!И.П D;3!ri, KQòC!PGfI

l30I iCiii1l}lОНЯЛЬНЯ, = . :;fI8U(Ii}ур8 i GÄ8!I".Ë а1

«пИЯгpB":-.!fi!B 8,

: ЗМег2 У ИЗ ЦВЛ!;1Я .., 8 С- "Го "}ii;:.:,:Я СИГНЯГ1, 1 10 I1 Q 1 I (!0 1,Я у! Ь1 н Ц i/ !,<",!,,, р з", Ч 0 Н с!! 1 0 !1 p B В:- .= йБ Г1 307 iri"!.—:т НР rÄ: Р:"ьФ;!Tr!I; °" 1- 8..11!г! Ьтат и.1. е р е " и л, Г1 р и во .! = н и ! . . : .,! О J:; ауl ь и Qadi! д и ка !.! и и, ПУ3и в} I8Ä08I Ivi}< ог! :, . ко-зле:< 130!-!1сГО Ус- !30лствя для измерены, . ;Ия; втрое д м}}1

}ы} техноу!Оги -!вский ци!Ь}!., TGK кGK достига87С! уДОСТЯТОЧ 11ЯЛ ТО !IQC74 !1ЗМ8 28НИ1«1, И

РЯЗМЕР ИЗДЕЛИЯ В ПРегеЛЯХ ДОПУСКЯ СООтВЕ1ствует номинально!}у. }(!рсмс того, с повыШ 8 Н И 8 М Т 0 Ч Н 0 С 7 Ы ";;! Г 0 Т 0 3 Л 8 Н И Я,(1, I-I И !Ц

Пзвы}ва!Отса Про:.I380!;È78r-,üi:i-., f:TI- с бооочi- .Ы;(И .4QHTG2I

ii«10fiНЫ8 Г}ОКЯЗЯТЕЛИ Х}1»1.! V18ЯППйратуpb,, (13 0 р м у л а и з Q б }3 i,! и я

Оптико-электронное ус7!3 кс-!(10 для из-! «18(ения ДиамеТГ2ОВ Н! ЯГ 3 .! . Ь*! . i 1>rii i IQÃGIÇG" !

3итн ы)(Деталей, СОДер2ка}1!80 блок с}: Янирования с фотопр}}8, I-;."..!<áfrl, преобраЗОВЯТел Ь ПОЛО3кен!/!Л КГ2СМКР У ЗТЯЛ}1, СОСТОЯ

"<ий из Усилителя .I2" 0:У(2;:::= :, Вход .<<370РОГО соединен с выходом ф010!1!2!18}ii- /;:.;-ч блока

-G!ВПЗМЯТЫ-!8СКОИ РЕГ(УУ}110 "П"" !Г ИЛ НИР ВЫ к 3д которого соединен с вход(1. :; фотоп рием.-:!1i

I" рИ! ВОЯ 1 }МИ р Я =1у}О! -:: 18 -;;! !р::. .С «ц}у!

ВТООЬ};.9 ",З„ХОДОМ I;0 "; 1}1Н !ПВ:" П < В}- .,i3 ° !3fr;

1 }}ЛИТРЬЯ Фотот(1 а "ИМ11 3 2Я " i -rl .Ф"-" И!

ДИКЯЦИИ, фi Hi:LINQIiBr l! Qii 0 !1-," 2.3(1!3ЯЗОГЯТВЛЯ, ВХОД QTQ}30rО ", iGÄIrIH8Н (; ВЬ}ХОДОМ т(3иГГера Имиття, а Вь ход Втб!эьlй входОм

"/Му(ВТОРЯ, ГЕНЕРатора, Rь}хо ко . Гу<}ГО СОЕ ,".,:;1:-18Н с управля;0(п}ll,:, входе}.,"„: - сха!!и:-.ОВЯ НЫЛ, И ф "ЗО!;,.II-G,Qi},:,8" ЗЛ=„-Р::, -;Нта

ВХОД К01 О!3 ОГО СОБД :11 К HС,""::Ь! Уду,: . "Вне;3Ятйря, 0 т л и ч а к3 в} е 0 с я 78!и, ч10, ". !.}ель!О повь!Щения точносты, !I!О с!(а02<8}! 1 ОГ!7ыкоод -.,Х Н Чр}К}, ii (1 1СК01« П 1:;iiln ., рь!1 рI

С ГОВО(ИМ ИЗ КО(IУCG, . «;78:ОВУI ."Пцо! О

П8011СНДИ! Уr. Я,3} IQ (11: Г" -180: . .lC}1 ЗЛОКЯ C

1698644

10 рычагов одинаковой длины, установленных на общей оси, перпендикулярной оптической оси блока, и касающихся поверхности конуса в плоскости его поперечного сечения, двух планок, установленных на общей оси; перпендикулярной оптической оси блока и расположенной от оси рычагов на расстоянии, равном длйне рычага, и соприкасающихся внутренними поверхностями с концами рычагов, пружины, соединяющей свободные концы планок, двух зеркал, эакрепленных на наружной поверхности планок в плоскостях, проходящих через их ось, и двух зеркал, закрепленных неподвижно по обе стороны от оптической оси блока и

5 симметрично ей, а преобразователь положения кромки детали Bblëîëíåí с коммутатором, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, выход соединен с входом триггера Шмитта, а управляющий вход

10 соединен с выходом фазосдвигающего элемента.

1698644

Редактор А.Лежнина

Заказ 4385 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретенияи и открытиям при ГКНТ СССР

113(33!i, Москва, Ж-35, Рауиская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент",;-, /жгород, ул. Гагарина, 191

Usj

6 Ug ((Составитель Q.Смирнов

Тзхред М.Моргентал Корректор Н.Король