Оптико-электронное помехоустойчивое измерительное устройство

Оптико-электронное помехоустойчивое измерительное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет исключения из устройства механических вращающихся элементов. Прерыватель светового потока выполнен в виде вибратора 1, совершающего колебания с помощью гене (Г ратора 2. На свободном конце вибратора закреплен фотоариемник 3, выход которого соединен с входом усилителя 4 фототока. Электронный тракт устройства организован, таким образом, что при синусоидальном законе сканирования статическая характеристика преобразования отклонения размера в длительность импульса имеет зависимость , обратную синусоидальной, но при помощи спектрального преобразования статическая характеристика измерительного устройства становится линейной. Знак координаты смещения границы измеряемого изделия определяется с помощью фазочувствительного фильтра 13 низкой частоты. Таким образом, прерыватель светового потока представляет собой вибрационный сканатор С фотоприемником и лишен вращающихся механических частей, что и обеспечивает достижение положительного эффекта. 2 ил. Л W ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л

Ою аг. /

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 4753486/28 ,(22) 26.10.89 (46) 29.02.92. Бюл. hL 8 . (71) Волгоградский политехнический институт (72) Д.Н.Шилин (53) 531. 7(088. 8) (56) Мирошников М.М. Теоретические.основы оптико-электронных приборов. Л,.: Машиностроение, 1983, с,115-118. (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙ СТВО (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности эа счет исключения из устройства механических вращающихся элементов. Прерыватель светового потока выполнен в виде вибратора 1, совершающего колебания с помощью гейе„„SU „„1716324 А1 ратора 2. На свободном конце вибратора закреплен фотоориемник 3, выход которого соединен с входом усилителя 4 фототока.

Электронный тракт устройства организован. таким образом, что при синусоидальном законе сканирования статическая характеристика преобразования отклонения размера в длительность импульса имеет зависимость, обратную синусоидальной, но при помощи спектрального преобразования статическая характеристика измерительного устройства становится линейной. Знак координаты смещения границы измеряемого изделия определяется с помощью фазочувствительного фильтра 13 низкой частоты.

Таким образом, прерыватель светового потока представляет собой вибрационный сканатор с фотоприемником и лишен вра- 3 щающихся механических частей, что и обеспечивает достижение положительного эффекта. 2 ил, 1716324

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения размеров нагретых изделий, и может быть использовано при контроле проката, поковок и других крупногабаритных изделий при их производстве в нагретом состоянии.

На предприятиях различных отраслей народного хозяйства, выпускающих крупногабаритное оборудование, контроль геометрических параметров основных базовых деталей осуществляется, в основном, с помощью ручных измерительных средств — рулеток, кронциркулей и шаблонов. Все эти средства не обеспечивают необходимой точности и оперативности контроля и не позволяют осуществлять измерение изделий, не прерывая технологического процесса, Ю

Известно оптико-электронное устрой,ство, осуществляющее измерение размеров обечаек s процессе их производства на валковых листогибочных машинах, имеющее указатель отклонения размера детали от номинального и индикатор температуры нагретой детали, Информация о температуре необходима для введения температурной поправки на размер детали при ее остывани и.

Известны оптико-электронные измерительные устройства со сканированием изображения кромки изделия, которые преобразуют положение кромки изделия относительно оптической оси в широтноимпульсный сигнал, длительность которого пропорциональна этому положению. Эти устройства содержат оптическую систему, сканирующее устройство, электронный блок обработки информации с фотопреобразователем и индикатор отклонения размера.

Оптико-электронные измерительные преобразователи с широтно-импульсной модуляций содержат широкополосные усилители фототока и поэтому чувствительны к шумам, следовательно, такие преобразователи работоспособны только при определенном отношении сигнал/шум. Для выделения сигнала на фоне случайных помех целесообразно применение спектрального метода, позволяющего определять скважность импульса по амплитуде гармонической составляющей измеряемого сигнала. Однако непосредственно применить такой метод не представляется возможным, поскольку амплитуда гармонической составляющей определяется не только длительностью, но и амплитудой сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство

20

30

50 для измерения угловых координат точечного источника излучения, содержащее прерыватель светового потока, выполненный в виде двух модуляторов с различными частотами модуляции, избирательный усилитель фототока с блоком автоматической регулировки усиления, настроенным на частоту первого модулятора, и полосовой фильтр, подключенный к усилителю фототока и настроенный на частоту второго модулятора.

Недостатком этого устройства является ограниченная точность измерения, так как устройство содержит два вращающихся модулятора, которые являются источниками погрешностей, обусловленных неравномерностью нанесения прорезей на вращающиеся диски, неравномерностью скоростей вращения дисков, технологической погрешностью установки дисков и нелинейной статической характеристикой измерительного преобразователя, обусловленной принципом действия вращающегося модулятора.

Это устройство не может быть использовано для измерения размеров деталей беэ дополнительных изменений, например один из модуляторов должен быть выполнен как сканатор, т.е. размер прорезей диска должен быть меньше размера между ними.

Кроме того, этот преобразователь не позволяет определить знак измеряемой координаты относительно оптической оси.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что

5 оптико-электронное помехоустойчивое измерительное устройство, содержащее прерыватель светового . потока, последовательно соединенные усилитель фототока и блок автоматической регулировки усиления с полосовым фильтром и второй полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, фильтры настроены на различные частоты, снабжено последовательно соединенными двухполу5 периодным выпрямителем и третьим полосовым фильтром и фазочувствительным фильтром низкой частоты, управляющий вход которого соединен с выходом второго и третьего полосовых фильтров, прерыватель светового потока выполнен в виде вибрационного сканатора с фотоприемником, выход которого соединен с входом усилителя фототока, управляющий вход соединен с выходом блока автоматической регулировки

5 усиления, полосовой фильтр которого настроен на частоту сканирования, а второй и третий полосовые фильтры настроены на частоту, вдвое большую.

Указанное отличие позволяет значительно повысить точность измерения, так

1716324 х=

«1 х

35 входами дифференциального усилителя 8, 40

50 как вибрационный сканатор не содержит составляющих погрешностей, присущих вращающимся сканирующим устройствам, особенно обусловленных отклонением скорости вращения. При синусоидальном законе сканирования статическая характеристика преобразователя отклонения размера в длительность импульса имеет зависимость, обратную синусоидальной, а при помощи спектрального преобразования статическая характеристика измерительного устройства становится линейной, что в конечном счете повышает точность измерения. Введение фазочувствительного фильтра низкой частоты позволяет определять знак координаты смещения границы изделия. Кроме того, предлагаемое устройство значительно проще, так как меньше содержит механически подвижных частей, э следовательно, и надежнее.

Нэ фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — время-импульсная диаграмма, поясняющая работу устройства, Прерыватель светового потока представляет собой вибратор 1, совершающий колебания с помощью генератора 2. На свободном конце вибратора 1 закреплен фотоприемник 3, подключенный, в свою очередь, через сопротивление нагрузки Вн к усилителю 4 фототока. Усилитель 4 фототока является избирательным и настроен на полосу пропускания f-2f, где f — частота сканирования, К усилителю 4 фототока подключен блок автоматической регулировки усиления (АРУ), состоящий из электрического полосового фильтра 5, настроенного на частоту 1, фильтра 6 низкой частоты с диодом и задающего элемента 7, которые соединены с который, кроме функции усиления, выполняет также функцию элемента сравнения, Выход дифференциального усилителя 8 соединен с фотоприемником 3. К усилителю 4. фототока подключен электрический полосовой фильтр 9, настроенный на частоту, вдвое большую частоты сканирования — 2f, к которому, в свою очередь, подключен ключ

10. Управляющий вход ключа 10 соединен с генератором 2 через двухполупериодный выпрямитель 11 и электрический,полосовой фильтр 12, настроенный на частоту 2f, и диод V. Выход ключа 10 подключен к фильтру 13 низкой частоты, соединенному, в свою очередь, с индикатором 14.

При работе измерительного устройства вибратор 1 совместно с фотоприемником 3 совершает возвратно-поступательное движение по гармоническому закону Sc<-х- А, cos 2 гх ft, преобразуя пространственное распределение освещенности в плоскости иэображения объектива во временное Uy(t) (диаграмма 15 на фиг. 2). Сигнал с фотопреобразователя Uy(t) имеет прямоугольную форму и длительность этого импульса пропорциональна смещению границы изделия относительно оптической оси

25 т.е. зависимость нелинейная.

Амплитуда импульса напряжения на сопротивлении нагрузки RH - Uy(t) зависит от температуры изделия. Усилитель 4 фототока являясь избирательным за счет введения частотно-зависимой отрицательной обратной связи, усиливает только две гармонические составляющие сигнала с частотами f u

2f. Полосовой электрический фильтр 5, настроенный на основную гармоническую со- ставляющую, осуществляет отрицательную обратную связь на частоте f и составляющая сигнала этой частоты поступает на фильтр 6 низкой частоты с диодом, осуществляющий преобразование синусоидального сигнала в постоянное напряжение, которое далее поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 8. На второй неинвертирующий вход усилителя 8 поступает сигнал с задающего элемента 7. Если напряжение с фильтра 6 низкой частоты отличается от напряжения задающего элемента 7, то разность напряжений усиливается усилителем 8, выходное напряжение которого изменяет чувствительность фотоприемника 3 таким образом, чтобы амплитуда основной гармонической составляющей на выходе усилителя фототока оставалась постоянное и равной заданной. Таким образом, блок АРУ обеспечивает на выходе усилителя 4 фототока постоянную амплитуду основной гармонической составляющей (диаграмма 16 на фиг. 2). Величина этой ам-, плитуды определяется с помощью интеграла Фурье в х

4 у%п 2 х

V

2 где ю = 2л1 — круговая .частота основной гармонической составляющей;

Ку — коэффициент усиления усилителя 4 фототока.

Сигнал с усилителя 4 фототока поступает на полосовой электрический фильтр 9, 1716324

Vzm враг

К = — =соз

%m 2

25 настроенный на частоту 2f. Величина амплитуды этой гармонической составляющей на выходе фильтра 9 (диаграмма 17 на фиг.

2) также определяется с помощью интеграла

Фурье и Т з!п(— ) V)m —

Отношение амплитуд гармонических составляющих не зависит от величины амплитуды импульса напряжения на входе усилителя 4 фототока U, а определяется только величиной длительности импульса t, которая, в свою очередь, определяется отклонением размера детали. Выразив отношение амплитуд К через проекцию отклонения размера х, получим выражение

K = cos — (— at ccos — ) = д в1 2 х х

2 N А А

Таким образом, величина отношения К зависит линейно от величины проекции отклонения размера при нелинейном законе сканирования. Поскольку амплитуда первой гармонической составляющей сигнала U> постоянна, то величина отношения определяется по амплитуде второй гармонической составляющей Uz = U(t) с частотой 2f.

Опорный сигнал преобразуется от синусоидального сигнала частоты f источника питания сканатора с помощью двухполупериодного выпрямителя 11, полосового электрического фильтра 12, настроенного на частоту 2f. Опорное напряжение с помощью диода V управляет ключом tO (диаграмма 17 на фиг. 2), который открыт только в течение одного полупериода опорного напряжения, что позволяет на выходе ключа получать пульсирующий сигнал(диаграмма 18 на фиг. 2), полярность которого определяется фазой второй гармонической

50 составляющей, которая, в свою очередь, зависит от скважности импульса на входе усилителя фототока Оф(т). Сигнал с выхода ключа 10 поступает на фильтр 13 низеой частоты, а постоянное напряжение с этого фильтра подается на индикатор 14. Полярность напряжения на выходе фильтра 13 низкой частоты определяется положением границы изделия относительно оптической оси измерительного устройства.

При внедрении оптико-электронного помехоустойчивого измерительного устройства для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей химнефтеаппаратуры повышается точность измерения, особенно при измерении остывшей детали на заключительном этапе технологического процесса. При повышении точности производства деталей исключается брак, а следовательно, и повторный технологический .цикл, связанный с исправлением формы детали, Кроме того, при повышении точности производства деталей повышается производительность сборочных и монтажных. работ при сборке химнефтеаппаратуры.

Формула изобретения

Оптико-электронное помехоустойчивое измерительное устройство, содержащее прерыватель светового потока, последовательно соединенные усилитель фототока и блок автоматической регулировки усиления с первым полосовым фильтром и второй полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом усилителя: фототока, фильтры настроены на различные частоты, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет исключения движущихся механических узлов, оно снабжено последовательно соединенными двухполупериодным выпрямителем и третьим полосовым фильтром и фазочувствительным фильтром низкой частоты, управляющий вход которого соединен с выходами второго и третьего полосовых фильтров, прерыватель светового потока выполнен в виде вибрационного сканатора с фотоприемником, выход которого соединен с входом усилителя фототока. управляющий вход — с выходом блока автоматической регулировки усиления, полосовой фильтр которого настроен на частоту сканирования, а второй и третий полосовые фильтры настроены на частоту, вдвое большую.1716324

Редактор А.Лежнина

Составитель А.Шилин

Техред M.Mîðãeíòàë

Корректор M.Øàðoøè Заказ 604 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-ЗЬ, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101