Устройство для измерения зазора и толщины объекта

Устройство для измерения зазора и толщины объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике Целью изобретения является расширение сортаментов измеряемых объектов . Для этого в устройстве используется вся площадь фотоприемника как для рабочего , так и для опорного каналов и осуществляется не перемещение объекта а его сканирование.6 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,, Ы„„ 1756759 А1 (я)з G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ; 1., ..:: ....:: 2 (21) 4800706/28 .. : .;::.,:., . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗА(22) 11.05.90,... :: ":. -, 30PA И ТОЛЩИНЫ ОБЪЕКТА (46) 23.08.92. Бюл. М 31 . -::: : .:- . (57) Изобретение атносйтся к измеритель(71) Магнитогорский горно-металлургиче-. - ной технике. Целью изобретения является ский институт им. Г.И.Носова ..-:: расширение сортаментов"измеряемых обь(72) Н,М.Запускалов и В.К.Белов " .:::.". ектов. Для этого в устройстве используется (56) Воронцов Л.Н. Фотоэлектрические сйс-: . вся площадь фотоприемника как для работемы контроля линейййх величин. — М.: Ма-. " чего, так и для опорного каналов и осущестшиностроение, 1965, с.176-177. : : вляется не перемещение объекта, а его

Та же; с.174-175, : . ": :.:. " сканирование. 6 ил.

Изобретение относится к измеритель- ся по шкале, связанной с перемещающимся ной технике, а точнее к фотоэлектрическим: . элементом конденсатора. устройствам, и может быть использовано:: Недостатками дайного устройства являдля бесконтактного измерения зазора, на- ютСя инертность cBSI33HH3$l с двйжением ходящегося в труднодоступных местах объ- подвижного элемента компейсатора до заекта, а также для измерения ширины как данногоравенствасветовыхпотоков, следонеподвижных, так и подвижных объектов, вательно, это устройство нельзя например в йрокатном производстве для " -использоватьдляконтроляобъектов,размеопределения зазора между валками. * -": ры которого изменяются быстрей, чем комИзвестно фотоэлектрическое устройст- пенсатор успеет сравнять световые потоки. во для измерения диаметра проволоки, Возможность контроля только движущихся включающееисточйиксвета,конденсор; мо- объектов, связанная с геометрической не дулятор световых потоков, выполненный в, подвижностью в пространстве рабочего виде эзслойки с электромагнитным вибра-- светового потока, освещающего одну-и ту торби, узел формирования рабочего и опор- " : же часть пространства, т.е, при неподвижного световых потоков.-выполненный в виде: . ном объекте контролирует одну и ту же точку диафрагмы с двумя прямоугольными отвер- " контролируемого объекта. Устройство изместиями, компенсациойное устройство, вы- " ряет величину поглощения и неспособно из полненное в виде микровинта и подвижного м е ря ть вел ич и ну ди а ф р а г м и р о в а н и я элемента, выдвигающегося до тех пор, пока рабочего светового потока, например щене восстановится первоначальное заданное: лей и зазоров. Указанные недостэткй су.каравенство рабочего и опорногосветовых rio- ют сортамент измерений контролируемых токов, т.е, до установки на нуль, объектив; . объектов. направляющий световые потоки на матовую Наиболее близким к заявляемс > y решепластину и фотоприемник, Отсчет измере- нию по своей технической сущное и являетний контролируемой величины производит- ся устройство Д.Д,Вернера для контроля

1756159 диаметра проволоки, включающее источник света, конденсор, фокусирующий на мато вом стекле освещенную площадку, объектив, с помощью которого контролируемая нить в увеличенном масштабе проецируется на окно диафрагмы, Перед диафрагмой помещен узел формирующий рабочий и опорный световые потоки, выполненный в виде диска обтюратора с двумя рядами концентрических отверстий, расположенных в шахматном порядке на радиусах",=сЪв йадающих с положением окон диафрагмы. Кроме того, диск обтюратора выполняет функции модулятора световых потоков, блок обработки электрического сигнала, соединенный своим первым входом с фотоприемником вторым — с ключом и выходом с входом регистрирующего прибора. Диск поочередно открывает то одно, то другое отверстие диафрагмы., Вследствйе этого световой поток моду лируется и на фотоприемник попадает Iiooчередно в соответствии с расположеяием в диске обтюратора рабочий и опорный световые потоки. Серия световых потоков от окна с проекцией нити, т.е, рабочий световой поток меньше, чем от.окна свободного от нити, т.е. опорный световой поток, и тем меньше световой поток, чем толще контролируемая нить, В дальнейшем световой поток преобразуется фотоприемником в электрические сигналы, т,е. большему световому потоку будет соответствовать боль- шая амплитуда тока, Путем сравнения амплитуд токов можно судить о среднем диаметре считываемого отрезка нити. Серии электрических сигналов, пройдя через блок обработки электрических сигналов, разделенные на рабочий и опорный электрические сигналы ключом выполненного в виде прерывателя пбдаются на регистрирующий прибор;

Недостатками данного устройства являются уменьшение размера фоточувствительного участка поверхности фотоприемника, освещаемого рабочим световым потоком. Это вызвано тем, что обтюратор и диафрагма формйруют потоки поочередно освещающие два различных участка фоточувствительной поверхности.

Один из которых освещается рабочим, а другой опорным световым потоком. Объект измерения контролируется, если размеры его проекции на фоточувствйтельную поверхность меньше. либо равйы размерам фоточувствительной поверхности, В противном случае часть перекрываемого светового потока объектом не будет зарегистрирована фотоприемником, Деление фоточувствительной поверхности фотоприемника на участки сужает сортамент контролируемых объектов в сторону уменьшения размеров, т.к, уменьшается эа счет деления размер фоточувствительной поверхности регистрирующий рабочий световой поток;

Еще более сужает сортамент контролируемых объектов необходимость перемещения их, так как источник света освещает неподвижном объекта будет освещать, а следовательно контролировать один и тот же участок объекта. Кроме того, конструкция устройства не позволяет осуществлять

15 контроль щелей и зазоров, т,е. осуществлять контроль расстояния между непрозрачными телами. В этом случае происходит перекрывание опорного светового потока непрозрачным объектом.

8 рассмотренном устройстве невозможно использовать в качестве источника света лазер. обладающий большой интенсивностью и малыми углами расхождения излучения. Эти свойства необходимы источнику для осуществления контроля на больших расстояниях, в труднодоступных местах измерения, при осуществлении контроля при дневном освещении, Причинами невозможности использования лазера в рассматриваемом устройстве является то, что в процессе работы лазер самопроизвольно меняет пространственное распределение интенсивности по сечению пучка, Указанные недостатки позволяют применять известное устройство лишь для узкого сортамента контролируемых объектов.

Целью изобретения является расширение сортамента измеряемых объектов.

Указанная цель достигается тем, что ус40 тройство для измерения зазора и толщины объекта, содержащее оптические связанные и установленные последовательно по ходу светового луча модулятор световых потокдв узел формирования рабочего и опорного световых потоков и фотоприемник, ключ, регистрирующий прибор и блок обработки сигнала, соединенный первым входом с фотоприемником, вторым — с ключом и выходом — c входом регйстрирующего прибора отличается тем, что оно снабжено блоком регулирования количества замеряемых точек и расстояний между ними, источник света, модулятор светового потока и ключ, а также фотоприемник и узел формирования

55 рабочего и опорного световых потоков предназначенных для размещения соответственно с двух сторон объекта и расположены в одной плоскости, узел формирования рабочего и опорного световых потоков выполнен в виде двух зеркал, расположенных

10 одну и ту же часть пространства, т.е, при

5 1756759 6 симметрично относительно оси фотоприем- 12 требуемой скорости в1 модулятора 4 ника, установленного йо ходу отраженны>г световых потоков может бйть использован от зеркал лучей, зеркала соединены с бло- " понижающий или повышающий редуктор ком регулирования количества замеряемых:". (не показано). Крепление модулятора 4 на точек и расстояния между ними и установ- — 5 платформе 1 и зеркал 10 и 11 на платформе лены с возможностью синхронного проти-", 2 осуществляется посредством подшипнивоположного вращения, модулятор ков 15 (фиг.1). световых потоков выполнен в виде установ-,: . Кроме того; устройство регулирования ленной с возм6жностью вращения отража- количества эамеряемых точек и расстояния ющей плоскости, " ., " .:,10 между ними содержит второй двигатель 16

На фиг,1 изображено предлагаемое ус- меньшей скоростью вращения по сравнетройство. общйй вид; на фиг.2 — кйнемати- ... нию с первым двигателем 12 и соединены с ческая схема предлагаемого устройства; на . зеркалами 10 и 11 узла формирования рабофиг,3 — зпюрййапряжения соответственно : чего-и-опорного световых потоков 7, для на выходе фотодиода (а, на ключе (в), на 15 обеспечения синхронного поворота зеркал входе регистрирующего прибора (с); íà 10 и 11. Синхронйость поворота обесйечена фиг,4- соотношение размера объекта и раз- . двумя шестернями 17 и 18. равного радиумера зеркала узла формйровайия рабочего са R>, введенные в зацейление между сои опорного световых потоков в зависимости бой и шестерней 19, насаженной на вал 20 от расположения объекта; на фиг.5 — .coot- 20 второго двигателя 16;" Шестерня 19 имеет ношение угла поворо-,а ф зеркала, формиру- .- радиус Rz, ющего рабочий поток в завиСимости от Электрический двигатель 16 подключен расположения фотоприемника; на фйг.б - . к источнику пйтания через реостат 21. Конустройство, выполненное на одной плат- тролируемый(измеряемыйобъект)начертеформе, общий вид., ..::,25 же (фиг.1) показан под позицией 22. Ключ 5

Устройство содержйт две платформы 1 выполнен в виде двух фотодиодов первого и 2, установленные в одной плоскости. На 23 и второго 24, расположенных по оси устплатформе 1 установлен источник 3 света, ройства по разные стороныотмодулятора4 модулятор световых потоков 4 и ключ 5. На световых пбтоков. Угол pj угол поворота платформе 2 расположены фатеприемник 6 30 модулятора 4, а угол ф2 -угол поворота зери узел формирования рабочего и опорного кал 10 и 11 за время йоворота модулятора 4 световых потоков 7, Причем ось фотоприем- на угол pj. Под позицией cog (фиг.2) поника 6 принята за ось устройства для изме-. - казана скорость второго двигателя 16. а рения зазора и толщины обьекта, Блок 8 под позицией го1 показайа скорость первообработки сигналов, соединенный свойм 35 го двигателя 12 и скорость Модулятора 4, первым в одом.с фотоприемником 6, вто- под позициейРобозначен радиус шестерен рым входом с ключом 5 и выходом с Регист- 17и18. Шестерня 19с радиусом Rg. передар и рую щим прибором 9, Модулятор ющая вращательный момент от вава 20 двисветовых потоков 4. узел 8 формирования гателя 16 к шестерням 18 и 17. Шестерни рабочего и опорного световых потоков и 40 18,17,19 и двигатель 16 расположены "под фотоприемник 6 установлены последова- платформой 2 (фиг.1); двйгатель 12 — под тельно по ходу светового луча от источника "платформой 1 (фиг.1), последняя также не

3 света. показана на фиг.2.

Модулятор световых потоков 4 выпбл- Предлагаемое устройство снабжено нен в виде отражающей плоскости, вРащаю- 45 концевыми микровыключателями 25 и 26, щейсявокругсвоейоси,узел7формирования упором 27 и ключевым устройством 28 рабочего и опорного светового потоков вы- (фиг.2).Койцевыемикровыключатели25й26 полнен в виде двух вращающихся зеркал 10 -крепятся с обратной-стороны платформы 2. и 11 с возможностью синхронного противо-, Упор 27 крепится на шестеренке 18 между положного их вращения, расположенйых 50 концевыми выклачателями 25 и 26,"на одсимметрично относительно оси фотоприем- - . ной с ними линии, Выходы концевых выклюника 6, устанавливаемого по ходу отражен- чателей соединены со входоМ ключевого ных от зеркал 10,11 лучей. Зеркала 10 и 11 устройства 28, которое вкаачено в цепь писоединены с блоком регулированйя коли- тания электродвигателя 16, Концевые вычества замеряемых точек и расстояния 55 ключатели 25и26и упор27преднаэначены между ними, которое содержит первый - ..дляограниченияуглббповорота р >ф зердвигатель 12, соединенный своим валом 13 кал 10 й11. На фиг. 3 йоказаны графики, где: с осью модулятора 4 посредством соедини- по оси ординат отложено напряжение U, а тельной муфты 14 (фиг,2). При несоответст- по оси абсцисс — время г. Йа графике (а) вии скорости вращения первого двигатвля

1756759 показана эпюра напряжения на выходе фотоприемника 6, Первый пик напряжения соответствует рабочему световому потоку.

Второй пик соответствует опорному световому потоку. Третий пик рабочему, четвер- 5 тый пик опорному световому потоку. На графике (в) эпюры напряжений на ключе 5; разделяющие опорные и рабочие световые потоки. На графике (с) эпюра напряжений на выходе электронного блока 8 (в ходе ре- 10 гистрирующего прибора 9) показаны две точки замеров с шагом б (фиг.1). Под позицией Р (фиг.4) показана длина зеркала 10, формирующий рабочий световой полк, t длина йеподвижного контролируемого объ- 15 екта 22; m — расстояние от контролируемого объекта 22 до точки пересечения линии проходящей через оси зеркал 10 и 11 узла формирования рабочего и опорного светового потоков 7, f — расстояние от оси модулятора 20

4 до контролируемого объекта 22.

На фиг.5 показано соотношение угла поворота ф зеркала 10, формирующего рабочий поток в зависимости бт расположения фотоприемника 6. Сплошными 25 стрелками показан ход луча. flop позицией а показан угол между осью устройства и направлением светового потока, Угол уэто угол, под которым освещается фоточувствительная поверхность фотоприемника 6 30 к нормали и оси устройства. Угол ф — это максимальйый угол поворота зеркала 10, формирующего рабочий световой поток к линии, проходящей через оси зеркал 10 и

11. flop позицией 1 показано расстояние от 35 оси модулятора 4 до фотоприемника 6, под

g — расстояние от фотоприемника 6 до точки пересечения линии, проходящей через оси зеркал 10 и 11, Ширина каждого зеркала 10, 11 и 4 должна бйть больше размера светового 40 пятна, создаваемого источником света 3 и отражаемого от их поверхности, Блок 8 обработки сигналов соединен своим первым входом с фотоприемником 6. вторым входом — с ключом 5, а выходом — с регистриру- 45 ющим прибором 9.

Блок 8 обработки сигналов содержит усилитель 29, ключевой блок 30, блок 31 преобразования и вычитатель 32, В блоке обработки сигналов 8 вход усилителя 29 яв- 50 ляется первым входом блока 8 обработки сигналов, Выход усилителя 29 соединен с первым входом ключевого блока 30, второй и третйй входы которого соединены соответственно с фотодиодом 23 и фотодиодом

24 ключа 5, Причем второй и третий вход ключевого блока 30, являются вторым входом блока обработки сигйалов 8. Выход ключевого блока 30 соединен с входом блока 31 преобразования, который выходом соединен с входом вычитателя 32. Выход последнего является выходом блока 8 обработки сигналов и соединен с входом регистрирующего (показывающего) прибора 9. Источник 3 света в заявляемом решении может быть выполнен предпочтительно в виде лазера ЛГН-208Б с диаметром пучка излучения 0,4-0,8 мм на расстоянии 40 мм, позволяющий контролировать размеры объекта не превышающие размеры светового пятна облучаемого контролируемый объект

22. Фотоп риемником 6 может служит кремневый фотодиод ФД-24К с большой площадью фоточувствительного слоя 78 мм .

Лазер 3, контролируемый объект 22, фотоприемник 6, зеркала 4 и 10,11, два фотодиода 23 и 24 ключа 5 размещаются в плоскости параллельной платформам 1 и

2, Максимальный размер контролируемого объекта 22 определяется для лазера

ЛГ Н-208Б, как

0,4 — 0,8 >

40 где У вЂ” размер контролируемого объекта

22;

X — расстояние от лазера 3 до объекта

22, проходимое световым потоком (фиг.5).

Размеры зеркала 4 модулятора выбирают соизмеримые с размерами светового пятна, необходимого для облучения объекта

22, учитывая угол расхождения источника 3.

Размер зеркала 10 формирующий рабочий световой поток определяется из подобия fr+ m треугольников фиг.4 и равно р = у- -, где f — длина неподвижного контролируемого объекта 22, f — расстояние от оси модулятора 4 до контролируемого объекта 22, m— расстояние от контролируемого объекта 22 до точки пересечения линии, проходящей через оси зеркал 10 и 11 узла формирования

7 с осью устройства, р — размер зеркала формирующий рабочий световой поток.

Расположение фотоприемника 6 определяет величину поворота зеркала 10, формирующего рабочий световой поток и может быть определено(фиг.5) через i — расстояние от оси модулятора 4 до фотоприемника 6, g— расстояние от фотоприемника 6 до точки пересечения линии, проходящей через оси зеркал 10 и 11 yçëà формирования 7 с осью устройства, Зеркало 10 формирующее рабочий световой поток отразит от крайней точки объекта 22 на фотоприемник 6 прь.

У вЂ” Q ф = 2-- это следует из равенства углов падения и отражения к нормали зеркала 10.

1756759

Определим значение а - arctg(P/I+g), у - arctg(P/g). окончательно для ф -1/2(art:tg(P /1+g)-arctg(P/g}. причем ц+И+т. Модулятор 4 световых потоков вымодулятора 4 световых потоков можно использовать повышающий или понижающий редуктор (не показан) передающий вращение от двигателя 12 оси модулятора 4, т,е, полнен в виде зеркала, способного-вра- 5 в = kpsp cog, где kpeg — коэффициент перещаться вокруг своей оси, расположенной дачи редуктора перпендикулярно плоскости 1, проходящей Для вращения зеркал 10 и 11 посредстчерез ось устройства. Узел формирования вом двух одинаковых шестерен 17 и 18 исрабочего и опорного световых потоков 7 вы- . пользуется реверсивный двигатель 16, полнен в виде двух зеркал 10 и 11, способ-:10 аналогичный двигателю 12 и такого же типа ных вращаться вокруг- своих осей, . СД-54 синхронный, но с встроейным редукрасположенных симметрично и перпенди-: тором, который передает валу 20 меньшую кулярно плоскости; проходящей через ось . - скорость вращения устройства. Фотоприемник 6 выполнен в ви- ::" " . Жди < го1, де фотодиода типа ФД-24К, расположейно- 15 Для крепления трех зеркал 4,10 и 11 на го на оси устройства и ориентираванного платформах 1 и 2 используются подшипнифоточувствительной поверхностью в сторо-:, ки. ну, противоположно от модулятора светова- .:- Оптическая ось лазера 3, центры фотого потока 4..:,:, ::,:..-,:. : -, диодов 6,23 и 24 и зеркал 10,11 и 4 лежат в

Ключ 5 выполнен в виде двух фотодио- 20 одной плоскости, параллельной плоскости дав 23,24 типа ФД-8Г, расположенных:на . платформ 1,2. оси устройства и предназйаченных для раз-: Расположение блока обработки сигнаделения электрических рабочего и опорного :.:.: лов 8 не имеет принципиального значения и сигналов. Расположение фотодиодов 23 и может быть размещен как на платформе, не

24 на оси устройства способствует лучшей 25 мешая работе оптической Схемы; так и отработе электронной схемы, так как величи- - дельнйм блоком устройства ны электрических сигналов в цепи ключа 5 Устройство работает следующим обрастановятся соизмеримы, что не приводит к эом; перекосам в электронной схеме и разделя-: - Источник 3 света йаправлен на враща- ет период светового модулятора 4 с по- 30 ющееся зеркало светового модулятора 4, мощью света от модулятора 4 на два меняющего направление светового иэлучеравных полупериода: полупериода для ния в пространстве, При определенных угформирования рабочего светового потока . лах поворота зеркала модулятора 4 свет и полупериода для формирования опорно- проходит через контролируемый объект 22, ro светового потока. 35 который размещается между модулятором 4

Разделение сигналов можно осуществ- и зеркалом 10. формирующим рабочий свелять и механическим путем, предложенным: товой поток. Таким образом, освещается зеркало 10, формирующее рабочий световой йоток, которое тоже выполйена с воэв прототипе, насадив прерыватель на ось зеркала 4 модулятора световых потоков. Но при работе во время разрыва контакта йе- 40 можностью вращения и в момент го в виде-вращающихся зеркал 10 и 11, ленными направленийми света;"это следуСинхронный двигатель 12 типа СД-54 с . ет из законов геометрической оптики и большей скоростью вращения соединен айпаратуры фотоприемника 6. Причем в своим валом 13 с осью модулятора свето- 55 процессе вращению каждйй раз зеркало ваго потока 4 приводя его во вращение - 10 отражает на фотоприемник 6 световой посредством соединительной муфты 14,. поток приугле Р отличноеотпредыдущего при несоответствии скорости вращения угла p+> на величину pj иначе !ф -ф+11 = двигателя 12 требуемой скорости вращения = д, где щ — yran поворота зеркала 10 за иэбежно возникает искра, которая создает: освещения светом раСпаложено под oripeпомехи в блоки 8 обработки сигналов. Кра- деленным углом ф:к линии, проходящей ме того, низкая надежность ввиду скольже-" через оси зеркал 10 и 11. В зависимости от ния контактов делает испольэовайие его: положения зеркала 10, фотоприемник 6 ос- нежелательным, Устройство регулированйй 45 вещается не всеми направлениями света, количества замеряемых точек и расстояния: осветившие зеркало 10 формйрующее рабомежду ними выполнено в виде реостата 21, чий световой ; a ëèøü определенной двух двигателей 12 и 16, соединенных соот- направленности. Изменяя в процессе враветственно с модулятором световых иота--:.;цение зеркала 10 угол: ф, происходит кажков 4 и с узлом формирования рабочего й" 50 дый раэ освещениЕ" фотоприемника 6 опорного светового потоков 7, выполненно- различными каждый: раэ строго опреде1756759

5Q время одного оборота модулятора 4, т.е. (фиг.1).

Оценочное максимальное значение ф

= tp в аналитическом виде записано, исходя из фиг.5. Таким образом, происходит эа счет изменения угла поворота зеркала 10 изменение пространственного йоложения сканирующего светового потока; в данном случае это направление светового потока, которое должно осветить фотоприемник 6.

Аналогичным образом происходит формирование опорного светового потока, при освещении зеркалом 4 модулятора зеркала 11 формирующее опорный световой поток, который каждый раз при его освещении выделяет в зависимости от его расположения иэ всех направлений света, созданным вращающимся зеркалом 4 модулятора, так же определенное направление. описываемое законами геометрической оптики. Причем исходя из симметричного раСположения, относительно оси устройства двух зеркал 10 и 11 следует симметричность двух световых потоков — рабочего и опорного, освещаемых фотоприемник 6.

Таким образом, вращающееся зеркало модулятора 4 освещает зеркало 10, формирующее рабочий световой поток и контролируемый объект 22, расположенный перед ним. Зеркало 10 формирующее рабочий световой поток, в зависимости от величины угла ф отражает на фотоприемник

6 излучение определенной направленности, в свою очередь фотоприемник 6 в зависимости от величины светового потока вырабатывает электрический сигнал, который запоминается блоком 8 обработки сигнала, Далее, вращаясь. модулятор 4 освещает первый фотодиод 23 ключа 5. которым переключает электронный блок 8 на прием опорного электрического сигнала. Опорный электрический сигнал возникает в тот момент, когда зеркало модулятора 4 осветит определенный участок зеркала 11, формирующий опорный световой сигнал, зависящий от положения зеркала 11;

Таким образом, получается опорный электрический сигнал, с которым будет сравнен в блоке обработки сигналов с рабочим электрическим сйгналом путем деления или вычитания. Результат сравнения в виде электрического сигнала подается на регистрирующий (показывающий) прибор 9. Таким образом, произведен контроль одной точки.

Вращаясь, модулятор 4 осветит второй ключевой 24 фотодиод, который преобразует свет источника в электрический сигнал.

Этот электрический сигнал приведет блок обработки сигналов 8 в исходное положение и очистит память (фиг,3). Продолжая вращение, зеркало модулятора 4 вновь осветит зеркало 10, формирующее рабочий световой поток, но эа это время зеркала 10 и 11 узла формирования 7 повернутся на некоторый угол ф и фотоприемник 6 осветится светом, проведшим через другой уча-. сток койтролируемого объекта 22, в соответствии с величиной светового потока . которого будет электрический сигнал фотоприемника 6. Этот сигнал запомйится блоком 8 обработки сигналов.

Далее, вращаясь модулятор освещает первый фотодиод 23 ключа 5 и блок 8 обработки сигнала снова переключится на прием опорного электрического сигнала. Зеркало

11, формирующее опорный световой поток, за это время повернется на угол, близкий к углу поворота зеркала 10, причем при освещении зеркала 11 произойдет освещение фотоприемника 6 от участков зеркала 11, формирующего опорный световой поток, которые симметричны относительно оси устройства, участкам зеркала 10, формирующего рабочий световой поток. Фотоприемник 6 преобразует опорный световой поток в опорный электрический сигнал, с которым в блоке 8 обработки сигнала сравнится с рабочим электрическим сигналом, Результат сравнения в виде электрического сигнала на выходе блока 8 обработки электронного сигнала подается на регистрирующий прибор 9. Таким образом, произойдет контроль второй точки, После этого модулятор 4 осветит второй ключевой фотодиод 24, который приведет в готовность к замерам следующей точки и так далее, пока объект 22 не проконтролируется по всей длине.

Принцип работы устройства регулирования количества замеряемых точек и расстоя ний между ними основан на обеспечении соответствующего соотноше- . ния скоростей вращения модулятора 4 си1 и скорости вращения двух синхронно вращающихся зеркал 10 и 11 узла формирования

Для получения различных точек объекта, т.е. изменения расположения сканирующего светового потока в пространстве необходим поворот зеркал 10 и 11 узла 7 формирования. Этот угол поворота pz происходит за время одного оборота зеркала 4 модулятора. Тогда — — К. rpz = ф1/К .

О 11 Ю1 (Щ Щ

Устройство регулирования 12,16 и 21 изменяет величину К, Расстояние между замеряемыми точками 0, будет определять скорость в2 и аналитически запишется, как а2 = = (агсщ (d/f) — arcing

Щ1 d Al+

4z gf . Это

14 1

1756759 соотношение получено следующим обрезом (фиг,4 и 5) из подобия треугольников имеем р

m+f причем I=d, тогда,5

Я «б

m+f

В соотношении ф - 1/2(агссд(Р/I +

+g)-агсщ(Р/g)) примем ф- а.

Решим систему уравнений .. 10 ф = 1/2 (arctg (р/! + g) - arctg )р/g)); б

m+f f

15 р 1/2 (arctg (d m+ (+g

- arctg (), 20 так как m+f=i+ g а = 1/2(arctg(d/f)бm+ N1 Ф1

- arctg () из соотношения — = g Щ Щ имеем

"25

= 1/2 (arctg (d/f) - arctg ();

dm+

ej 2 farctg (d/f) arctg (1 )

dm+

30 так как рассматриваем шаг d за один оборот модулятора 4, то р1 =2л ,„„+ 35 щ = = (arctg (d/f) - arctg (4д fg т,е, задавая шаг дискредитации d определяем какую скорость в должно иметь зеркало 10, формирующее рабочий световой поток. Число замеряемых точек N для неподвижного контролируемого объекта с длиной определится как N=I/d (фиг.1). Из показанных соотношений в зависимости от конкретно решаемой задачи и требований, предъявляемых к объекту выбирают соответствующее значение К.

Изменяя сопротивление реостата 21 пу-тем перемещения ползунка реостата вдоль шкалы отградуированной в расстояниях между заме ряемыми точками d, т.е. задавая величину d, мы. задаем скорость вращения зеркал узла формирования рабочего и опор- ного световых потоков 10 и 11 cd2. По указанному соотношению выведенного из геометрических и кинематических, описанных равенств, Изменяя таким образом сопротивление в электрической цепи реостата 21 можно

I изменять скорость вращения двигатель 16 и тем самым изменять скорость вращения зеркал са - k вдв, где k - Rg/Rt, где Rz— радиус шестеренки 19, насаженной на вал двигателя 16.

Для уменьшения времени на холостое вращение зеркал 10 и 11 узла 7 формирования устанавливаются концевые микровыключатели 25 и 26 ограничивающие угол поворота зеркал 10 и 11 узла 7 формирования, а соответственно и шестеренок 17 и I8 и упора 27, насаженного на шестеренку 18 в пределах угла уЪ ф (фиг.2). Концевые микровыключатели при нажатии на них упором 27 срабатывают и в соединенном с ними ключевом блоке 28 происходит изменение полярности питающей двигатель 16. Таким образом происходит возвратно-поступательное движение зеркал 10 и 11 и сканирование световым потоком неподвижного объекта 22. . Сигналы с фотоприемника 6 усиливаются в усилителе 29 (фиг.б) и поступают на ключевой блок 30, который разделяет сигналы от рабочего и опорного световых потоков (фиг.3а,в). Для работы ключевого блока 30 используются два ключевых фотодиода 23 и

24. Поток от источника света 3 направляется модулятором 4 на фотодиод 23 в тот момент времени, когда фотоприемник 6 уже был освещен рабочим световым потоком от зеркала 10, а опорным световым потоком от зеркала 11 еще нет. С выхода фотодиода 23 поступает электрический сигнал в ключевой блок 30. Таким образом происходит разделение рабочего от опорного сигнала, Сигналы фотодиода 23 управляют ключевым блоком 30, с одного выхода которого снимают сигналы пропорциональные рабочему световому потоку, а с другого пропорциональные опорному световому потоку. Далее эти сигналы поступают на блок 31 преобразования импульсных сигналов в постоянные и подаются на два входа вычитателя 32, напряжение на выходе которого пропорционально величине поглощения или диафрагмирования рабочего потока измеряемого контролируемым объектом (фиг,Зс).

После осуществления замера одной точки происходит освещение ключевого фотодиода 24, который возвращает блок обработки сигналов в исходное положение.

Предлагаемое устройство обеспечивает преимущества по сравнению с известным, а именно выполнение источника света в виде лазера позволит разносить узлы устройства. что приведет к расширению сортамента контролируемых объектов.

1756759 б овленные последовательно

Использование вращающегося зеркала эанные и установленные в качестве модулятора световых потоков по- по ходу св тового лу в ro луча модулятор световых эволит освещать весь объект по его длине, потоков узел фо л формирования рабочего и что позволит койтролировать неподвижные опорного световы объекты. ветовых потоков и фотоприем5 ник, ключ, регистрирующий прибор и блок

Использование узла формйрования ра- обработки сигнала, соединенный первым бочего и опорного световых потоков, выпол- входом с фотоприе отоприемником, вторым — с клюненного в виде двух вращающихся зеркал, чоми выходом-с в д м — с входом регистрирующего ми Ф и позволит контролировать объекты диафраг- прибора, о т л и ч а ю ч а ю щ е е с я тем, что. с миру щие световой поток, неподвижные. 10 целью расширения сор

И ния сортаментов измеряеспользование фотоприемника, распо- мых объектов оно б б в, но сна жено локом регуложенноro фоточувствйтельной поверхноСтью лирования коли л чества замеряемых точек и в противоположную сторону от модулятора расстояния меж ия между ними, источник света, световых потоков, уменьшит помехи, увели- модулятор свето ветоsor ., потока и ключ, а такчМт чувствительность и точность, что расши- 15 же фотоприемн ф мник и узел формированйя рарит сортамент объектов измерения..: . бочего и опорного

И и порйого каналов предназначены ния соответственно с двух стоспользование устройства ;цля регули- " для размещения соотв т — рованию количества замеряемых точек и рон объекта и распол сположены с одной плоскорасстояния между ними, позволит пере- сти узел форм л формирования рабочего и страивать на различный сортамен г контра- 20 опорного свет ветовых потоков выполнен в вил, расположенных симметричлируемых объектов, 8 целом "заявляемое де двух зеркал расп л решение обеспечивает расширение сорта- но относительно ф мента объектов измерения по сравнению с устанавливае о тельно оси отоприемника, вливаемого bio ходу отраженных от прототипом, так как позволяет контролиро- зеркал луче л чеи, зеркала соединены с блоком т, . вания количества эамеряемых товать объекты на больших расстояниях, в 25 регмлировани труднодоступных местах; а также объекты чек и расстояния ме таяния между ними и установлены различных габаритов как подвижные, так и с воэможнос ожностью синхронного противопонеподвижные объекты по всей длине, наря- ложного враще ения, модулятор световых поду с толщиной объекта заявляемым решени- токов выполне: лнен в виде установленной с ем"может быть замерен и зазор объекта. 30 возможностью в. а ения от р е т н и я плоскости, рабочая поверхность которой жна ра очеи поверхности фостройство для измерения зазора и тол- противоположна б щины объекта, содержащее оптические свя- топ риемника.

1756759

1756759

1756759

Составитель H. Запускалов

Теехред M.Ìîðãåíòàë: Корректор А; Долинич

Редактор М, Бланар,Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 3082 Тираж - :. :: : Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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