Автоматический измеритель заданного интервала длины при помощи нониуса

Автоматический измеритель заданного интервала длины при помощи нониуса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области медицинской техники /микрохирургия/, станкостроения, машиностроения /электронно-механические роботы и т.д./.

Уровень техники. Аналоги предлагаемого изобретения:

1 - "Контрольная линейка типа КЛ"

Опубликовано: Линейки измерительные металлические. Методика поверки МИ 2024-89, Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам.

Москва 1990 г. - стр.5

2 - Оптиметр ОВО-1

Опубликовано: Кондашевский В.В.

"Современные широкодиапазонные цифровые устройства для линейных измерений."

Новосибирск 1978 г. - стр.14

3 - Длиномер ИЗВ-2

Опубликовано: Кондашевский В.В.

"Современные широкодиапазонные цифровые устройства для линейных измерений."

Новосибирск 1978 г. - стр.14

4 - Оптико-механическая машина для измерения длины; ИЗМ-11 Опубликовано: Васильева И.И.

"Механические и оптико-механические приборы для линейных измерений."

Ленинград СЗПИ 1978 г. - стр.43

5 - Оптиметр ИКВ-3

Опубликовано: Васильева И.И.

"Механические и оптико-механические примеры для линейных измерений."

Ленинград СЗПИ 1978 г. - стр.27

Наиболее близкий к предлагаемому изобретению аналог под номером: №1.

Совокупность признаков /аналог №1/, сходных с совокупностью существенных признаков изобретения:

1 - длина шкалы

2 - цена деления

3 - предел допустимой погрешности

Совокупность признаков /аналоги №2, 3, 4, 5/, сходных с совокупностью признаков, существенных для изобретения:

1 - минимальная цена деления

2 - диапазон измерений /пределы измерения наружных размеров/

3 - предел основной допустимой погрешности измерения

4 - предел относительной погрешности

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата в аналогах относительно предлагаемого изобретения:

1 - длина шкалы

Измерение длины исследуемых объектов в аналогах ограничивается длиной шкалы контрольной линейки типа КЛ /аналог №1/, равной: 1020 мм, диапазоном измерения оптиметра ОВО-1 /аналог №2/, равным: 0,2 мм, диапазоном измерения длиномера ИЗВ-2 /аналог №3/, равным: 100 мм, пределом измерения наружных длин оптико-механической машины для измерения длин ИЗМ-11 /аналог №4/, равным: 0-2000 мм, пределом измерения наружных размеров ИКВ-3 /аналог №5/, равным: 1-200 мм.

Причиной, препятствующей получению технического результата в аналогах: измерение исследуемых объектов неограниченной длины /20 м и более/, являются нерациональная конструкция приборов измерения, приводящая к большому пределу основной допустимой погрешности, и их значительная стоимость.

Предел основной допустимой погрешности измерения в аналоге №4 /оптико-механическая машина для измерения длины ИЗМ-11/ равна: ± /0,4+4· 10^-3 L мм/мкм, где L - измеренная длина в мм. Таким образом, предел основной допустимой погрешности измерения длины в вышеуказанном аналоге зависит от длины измерения L.

В предлагаемом изобретении предел основной допустимой погрешности измерения длины определяется по формуле дисперсии, опубликованной в книге: Б.В. Гнеденко "Курс теории вероятностей" Москва 1961 г.:

где: - число испытаний

/L_мм=n· Δ _{мин.инт.}[мм]/

δ =α -β

Р=1-q - предельная вероятность появления события E, соответствующего точному нанесению штриха минимального интервала длины линейки;

q - предельная вероятность появления события , соответствующего неточному нанесению штриха минимального интервала длины линейки;

β =1-α - вероятность появления частоты событий , связанных в однородную цепь Маркова /соответствующие точному нанесению штриха минимального интервала длины линейки/;

α - вероятность отклонений от заданной вероятности появления частоты событий Е, связанных в однородную цепь Маркова /соответствующие неточному нанесению штриха минимального интервала длины линейки/.

Примем значения предельных вероятностей: P=q=0,5. Определим α из уравнения, вытекающего из интегральной теоремы Лапласа при соответствующей функции распределения:

Исходя из неравенства Чебышева для больших чисел, найдем вероятность уклонения измеряемой величины, которое больше чем заданное число α _Z для единицы длины:

После чего получим предел основной допустимой погрешности измерения длины L, мм:

Δ =±/Р_х·Lмм+α _n/,

где α _n - функция от минимального измеряемого интервала длины предлагаемого изобретения, вероятности точности нанесения одного штриха минимального интервала, вероятности точности отсчета штриха. С достаточной степенью точности α _n можно считать равным:

α _n=/0,4÷ 0,5/· Δ _{мин.инт.},

где Δ _{мин.инт.} - минимальный интервал длины измерительного прибора.

Для предлагаемого изобретения:

- Δ _{мин. инт.}=10^-3 мм /с нониусом/

- L=1000 мм

-

Δ =±/1,4· 10^-3. Lмм+0,5 мкм/

- Δ _{мин.инт.}=0,25 мкм /с нониусом/

- L=1000 мм

Δ =±/5· 10^-4 Lмм+0,1 мкм/

Величина предельного отклонения допустимой погрешности при измерении длины Lмм определяется в вышеуказанных расчетах заданной функцией распределения штрихов измерительной линейки.

Предел основной допустимой погрешности при измерении длины Lмм можно рассчитать следующим образом.

Будем измерять длину Lмм линейкой, у которой согласно ГОСТ 427-56:

- минимальный интервал: 0,5 мм

- ширина штрихов: 0,15± 0,05 мм

- отклонения мм подразделения: ≤ 0,05 мм

Затем проводим измерения линейкой с нониусом, у которых минимальный интервал измерения:

1 - линейка с уменьшенным размером 1/10:

2 - линейка с уменьшенным размером 1/40:

Следует заметить, что при допустимых отклонениях штрихов минимального интервала линейки могут существовать три группы интервалов:

1 - с шириной штриха: 0,1 мм± 0,05 мм

2 - с шириной штриха: 0,15 мм± 0,05 мм

3 - с шириной штриха: 0,2 мм± 0,05 мм,

где ± 0,05 мм - максимальное отклоненние от ширины штриха: 0,1÷ 0,2 мм /среднестатистические данные/.

Введем величину среднего отклонения минимального интервала от математического точного значения минимального интервала длины Δ _T: .

Таким образом, существуют 3 /три/ группы интервалов со средним отклонением штриха :

1 - Δ _T - математическое точное значение минимального интервала измерительной линейки.

2 - Δ _T+ - минимальный интервал длины линейки больше точного.

3 - Δ _T- - минимальный интервал длины линейки меньше точного.

Определим длину Lмм как состоящую из суммы n₁ точных значений минимальных интервалов измерительной линейки n₁·Δ _T, n₂ минимальных интервалов длины линейки больше точных: n₂/Δ _T+/, n₃ минимальных интервалов длины линейки меньше точных: n₃/Δ _T-/.

Сумма: n₁+n₂+n₃=n - суммарное число минимальных интервалов измерительной линейки, соответствующее значению заданного числа измеряемой длины Lмм.

Определим средний минимальный интервал измеряемой длины L:

В случае идеальной измерительной линейки /линейка только из точных /Δ _т/ минимальных интервалов длины/ измеренная таким образом заданная точная длина равна:

L_т=n· Δ _т

Таким образом:

L_изм.=n· Δ _ср.=L_т±Δ _укл.

± Δ _укл.=n· Δ _ср.-n· Δ _т

Определим уклонение измеряемой длины от математического точного значения L_т на единичном минимальном интервале длины:

Обозначим:

- вероятность появления минимальных интервалов точных /Δ _т/ на измеряемой длине L.

- вероятность появления минимальных интервалов больше точных /Δ _т+/ на измеряемой длине L.

- вероятность появления минимальных интервалов меньше точных /Δ _т-/ на измеряемой длине L.

Получим:

± Δ _укл.1=Δ _т·/Р₁+Р₂+Р₃-1/+/P₂-Р₃/·

Так как n₁+n₂+n₃=n, то: Р₁+Р₂+Р₃-1=0

Получим:

Δ _укл.1=±/Р₂-P₃/· ,

где: P_x1=± /P₂-Р₃/

=Р_x2·Δ _{мин.инт.}

Δ _укл.1=± Р_Х1·Р_X2·Δ _{мин.инт.},

где: Р_x1 - вероятность совместных событий: появление точного интервала /Δ_т/, появление /Δ_т+/ интервала, появление /Δ_т-/ интервала при измерении в функции нанесения штрихов минимального интервала измерительной линейки.

Р_Х2 - вероятность совместных событий частоты появления на единице длины трех групп интервалов со средним отклонением минимального интервала измерительной линейки от математического точного значения минимального интервала длины.

Ищем решение значения вероятности уклонения на единице длины Р_Х как произведение двух вероятностей каждая из которых есть произведение вероятностей трех групп совместных событий, для трех групп штрихов, которые суммируются по правилу сложения несовместных событий.

При равномерном распределении частот повторения событий:

Получим:

Определим вероятность появления точного минимального интервала как отношение: и вероятность появления неточного штриха меньше и больше точного.

Для предлагаемого изобретения:

Получим:

Δ _укл.=±/2,8· 10^-3·Lмм+0,5 мкм/

Δ _укл.=±/2,8· 10^-3·Lмм+0,1 мкм/

Следует заметить, что приведенные в первом доказательстве значения предельных основных допустимых погрешностей измерения длины различны для разных минимальных интервалов измерения в зависимости от функции распределения, соответствующей интегралу, берущемуся в одинаковых пределах относительно единицы длины.

Во втором доказательстве значения предельных основных допустимых погрешностей измерения длины одинаковы для разных минимальных интервалов измерения /различны только α _n/ в соответствии с равномерной функцией распределения и вероятностных законов.

Определим точность измерения длины L при различных способах измерения:

1 - уклонение при измерении линейкой с нониусом для:

- L=1000 мм: Δ _укл.=±2,8 мм

- L=10 м: Δ _укл.=±28 мм

2 - будем измерять длину L как:

L=n₁м+n₂дцм+n₃см+n₄мм+n₅·0,1мм+n₆·0,01мм+n₇·10^-3мм+n₈·10^-4мм+n₉·10^-5мм

Причем штрихи измерительной линейки нанесены со средним квадратичным отклонением результата измерений порядка 1 мкм при уменьшении с помощью фотографирования измерительной линейки в 40 раз и допускаемой погрешности нанесения штриха на измерительной линейке: Точность установки штриха при измерении заданного интервала длины при помощи нониуса после калибровки эталонным прибором не хуже: 10^-7 м÷ 10^-8 м /телевизионный способ точной установки штриха или дифференциальный способ точной установки штриха/.

Получим для L=10,55578913 м:

при Δ _{1-гоштриха}=±0,01 мкм / Δ _{1-гоштриха} – точность установки одного штриха/

уклонение:

Δ _L≤10+5+5+5+7+8+9+1+3/±0,01 мкм ≤ ±0,53 мкм

при Δ _{1-гоштриха}=± 0,1 мкм

Δ _L≤53±0,1 мкм≤ ± 5,3 мкм

при Δ _{1-гоштриха}=± 0,25 мкм

Δ _L≤53±0,25 мкм≤ ±13,25 мкм

при Δ _{1-гоштриха}=≤ ± 1 мкм

Δ _L≤53±1 мкм≤ ±53 мкм

при Δ _{1-гоштриха}=±1,25· 10^-2 мм

Δ _L≤53· ±1,25· 10^-2 мм≤ ± 0,6625 мм

3 - будем измерять длину L при точной установке штриха с поправками относительно эталона для каждого штриха измерительной линейки и для любого сочетания совпадений штрихов основной и нониусной шкал, занесенных в блок памяти поправок электронного блока автоматического измерителя.

Показания электронного табло соответствуют сумме точных значений минимальных интервалов длины в соответствии с калибровкой эталона. Каждый интервал от нуля измерительной линейки соответствует определенной поправке в блоке памяти с точностью: ± 0,01 мкм, не зависящей от точности составных частей суммарного интервала в пределах вышеуказанной точности.

Для осуществления реальной схемы блока памяти поправок /дешевизна, рациональная конструкция, оптимальная потребляемая мощность/ возможен повтор кодов одинаковых интервалов измерительной линейки: 1 мм, 1 см, 1 дцм, 1 м, что приводит к значительно меньшему необходимому объему памяти.

Таким образом, для L=10,55578913 м:

где i=3-5

Сумма: соответствует числу минимальных интервалов измерительной линейки, которое в сумме с дает измеряемую величину L:

L=L_т+L_пoпp.

При Δ _укл.=±0,01 мкм каждого штриха L в соответствии с эталоном /т.е. поправок блока памяти/:

Δ _L=53· ± 0,01 мкм+Δ _укл.L_попр.+α _n

Следует заметить, что L_попр. не может быть больше в нашем примере чем 0,07-0,1 мм, т.к. штрихи с поправками из блока памяти поправок /каждый из 53-х/ могут быть смещены максимально на 1,25· 10^-3 мм с учетом уменьшения отклонения смещения /Δ _см=0,05 мм/ штриха измерительной линейки в 1/40 раз: , суммарная длина которых и определяет поправочную длину L_попр.: 53· 1,25· 10^-3 мм=0,07-0,1 мм

Определим:

Δ _укл. L_попр.=Р_х·L_пoпp.

При: Δ _{укл.1-го штриха}=±0,01 мкм с учетом уменьшения ширины и смещения штрихов измерительной линейки: 0,1 мм, 0,15 мм, 0,2 мм в 40 раз. Повторение кодов определенных интервалов измерительной линейки предопределяет точность штрихов при существующих смещениях: ± 0,01 мкм. Получим:

Р_х=/0,992· 4· 10^-3.4· 10^-3+0,995· 2,65· 10^-3·2,65· 10^-3+0,996· 1,99· 10^-3·1,99· 10^-3 /· /1/3/³=9,916· 10^-7

Δ _укл. L_пoпp.=9,916· 10^-7·0,1 мм=0,99· 10^-4 мкм

Δ _L=± /0,53 мкм+0,99· 10^-4 мкм+0,1 мкм/=± 0,6301 мкм

Таким образом, уклонение L_попр. порядка 1-го мм дает значения на порядок меньше, чем уклонений точных интервалов, в силу чего нет необходимости заводить в блок памяти поправок значения всех интервалов L измерительной линейки /справедливо для определенной выбранной точности измерения/.

4 - Будем измерять L при точной установке штрихов с поправками относительно эталона для каждого штриха измерительной линейки, занесенные в схему памяти электронного измерительного блока, /показания электронного табло соответствуют сумме минимальных интервалов с поправками/.

Примем Δ _укл.=±0,01 мкм для каждого штриха, соответствующего минимальному интервалу измерительной линейки.

Для L=10,55578913 м:

Δ _укл.=±/P_хL+0,1 мкм /, где Р_х=9,916· 10^-7

Δ _укл.L=±/10,55578913 м· 9,916· 10^-7+0,1 мкм/=±0,0106 мм=±10,6 мкм

5 - Будем измерять L при точной установке штриха с поправками относительно эталона /например, Δ _укл.=± 0,01 мкм/ для каждого штриха измерительной линейки, занесенными в схему памяти электронного измерительного блока.

Для предлагаемого изобретения:

Δ _укл.=± 0,01 мкм для любого L_n измерительной линейки, т.е. для любого L_n существуют n_x минимальных интервалов измерительной линейки с уклонением Δ _укл.=1/2 /Δ _{мин.инт.}/например, Δ _укл.=±0,1 мкм/, которое суммируется со значением уклонения для литого L_n.

Значения электронного табло соответствуют точному значению измеряемой величины L, занесенному в схему памяти.

Для L=10,55578913 м: Δ _L=±/0,1 мкм+0,01 мкм/=± 0,11 мкм

Следует отметить, что данный способ измерения требует большого объема электронной памяти.

Приведем некоторые данные существующих в настоящее время эталонов измерения:

1 - "Новые приборы для точных линейных измерений." М.М.Кемпинский, Ленинград, 1962 г.

- измерения с ценой деления: 0,1÷ 0,01 мкм

2 - "Разработка и исследование измерительных систем для точных измерений координатных точек изделия." Ф.М.Данелевич, Ленинград, 1978 г.

- авторское свидетельство №206123: фотоэлектронное отсчетное устройство с погрешностью отсчета до ±0,3 мкм.

3 - "Средства измерения линейных размеров и углов." М.И.Меклер, ЦНИИТИ, Москва, 1964 г. Англия: фирма " Ferranti ":

Метод контроля перемещения с помощью муаровых полос, создаваемых дифракционными решетками.

- Изготовление деталей с ценой деления: 0,1 и 0,01 мкм

Таким образом, предлагаемое изобретение позволит измерять линейные размеры неограниченной длины со значительно меньшей величиной уклонения от точного значения заданного интервала длины относительно аналогов, что приводит к переходу в квалитет с большей точностью.

Практически точность измерения зависит только от эталона.

В предлагаемом изобретении возможно измерение длин исследуемых объектов: 20 м и более с требуемой точностью 0,005% длины и меньшего числа процентов при незначительной относительной стоимости измерительного прибора и малым значением потребляемой энергии относительно аналогов.

Переход на обработку изделий с большей точностью или переход в квалитет с большей точностью /на один и более/ на большинстве предприятий промышленности приводит к значительной экономии металла и снижению стоимости изделий /например, допуск: ±0,1÷ ± 0,01 мкм соответствует 02÷ 03 квалитету/.

2 - цена деления

Невозможно осуществить высокую точность измерения при большой цене деления измерительного устройства.

В аналогах цена деления: 1 /аналог №1/ - 0,2 и 1,0 мм

2 - 0,001 мм

3 - 0,001 мм

4 - 0,001 мм, 0,1 мм, 100 мм

5 - 0,001 мм

Минимальная цена деления - в предлагаемом изобретении: 2 мкм, 1 мкм, 0,5 мкм, 0,25 мкм и менее, обеспечивающие большую точность измерения, чем в аналогах. Кроме того, в предлагаемом изобретении может быть цена делений: 1 м, 1 дцм, 1 см, 1 мм, 0,1 мм, 0,01 мм, 10^-3 мм /I мкм./. Следует заметить, что вышеуказанные цены деления: от 1 мкм до 0,25 мкм и менее являются условной ценой делений при измерении заданного интервала длины при помощи нониуса.

3 - предел допустимой погрешности

Невозможно обеспечить высокую точность измерения при большом пределе допустимой погрешности.

В аналогах предел допустимой погрешности:

1 - ± 0,06 мм и ± 0,08 мм

2 -

3 -

4 - ± /0,4 мкм +4· 10^-3 L мм/мкм

5 - ±0,3 мкм

Предел допустимой погрешности в предлагаемом изобретении для разных способов измерений:

1 - Вероятностный способ определения уклонения

Δ _укл.=±/2,8· 10^-3·L мм+0,1 мкм/

L=1000 мм : Δ _укл.=±2,8 мм

L=10 м : Δ _укл.=±28 мм

2 - Способ определения уклонения при переменной цене деления.

Для L=10,55578913 м:

Δ укл.≤ ± 0,53 мкм при =± 0,01 мкм

Δ _укл.≤±5,3 мкм при =± 0,1 мкм

Δ _укл.≤± 13,25 мкм при =± 0,25 мкм

Δ _укл.≤± 1,53 мкм при =± 1 мкм

Δ _укл.≤± 0,6625 мм при =± 1,25· 10^-2 мм

3 - Способ определения уклонения с точной установкой штриха и электронной памятью поправок для литого последовательного числа L_n интервалов измерительной линейки при измерении заданного интервала длинм при помощи нониуса.

Для L=10,55578913 м:

Δ _Lукл.=± 0,6301 мкм при =± 0,01 мкм

4 - Способ определения уклонений c точной установкой штриха и электронной памятью поправок для каждого минимального интервала измерительной линейки с нониусом.

Для L=10,55578913 м:

Δ _{L укл.}=± /9,916· 10^-7 L_мм+0,1 мкм/

Δ _Lукл.=± 10,6 мкм

5 - Способ определения уклонения с точной установкой штриха и электронной памятью поправок для любого интервала измерительной линейки с нониусом в любом сочетании.

Δ _{L укл.}=± 0,11 мкм для любого L_n /10÷ 20 м и более/, ограниченное точностью образцового прибора, минимальным интервалом длины измерительной линейки и точностью установки штриха измерительной линейки.

Данные допустимые предельные погрешности обеспечивают большую точность измерения, чем в аналогах.

4 - Диапазон измерений /пределы измерений наружных размеров/

Приведенные аналоги отличаются малыми диапазонами измерения и малыми пределами измерений наружных размеров.

В аналогах диапазон измерений /пределы измерений наружных размеров/:

1 -

2 - 0,2 мм

3 - 100 мм

4 - 0÷ 2000 мм

5 - 0÷ 200 мм

В предлагаемом изобретении диапазон измерений /пределы измерений наружных размеров/ возможен в пределах 0÷ /10÷ 20/ м и более с автоматическим переключением диапазона измерений в электронном блоке, что значительно лучше, чем в аналогах.

5 - Пределы относительной погрешности.

Предел относительной погрешности определяет точность измерения.

В аналогах пределы относительной погрешности:

1 -

2 - 3· 10^-3

3 - 1,5· 10^-5

4 -

5 -

В предлагаемом изобретении предел относительной погрешности:

что значительно лучше, чем в аналогах.

Сущность изобретения

Существенные признаки предлагаемого изобретения, обеспечивающие соответствующий технический результат:

1 - длина шкалы

Длина шкалы в предлагаемом изобретении определяется длиной шкалы измерительной линейки, которая может быть в пределах:

0÷ /10÷ 20/ м и более.

Данный параметр предлагаемого изобретения обеспечивает технический результат: измерение заданной длины 0÷ /10÷ 20/ м с необходимой точностью: Δ _укл.=± /0,11 мкм ÷ 53 мкм/ и менее в функции длины измерения.

2 - цена деления

Цена деления в предлагаемом изобретении определяет точность измерения.

Чем меньше цена деления, тем более высокая точность измерения: в предлагаемом изобретении Δ_{мин.инт.}=0,25 мкм, который определяет точность измерения: Δ _укл.=±0,11 мкм при определенном /5/ способе измерения.

Данный параметр предлагаемого изобретения обеспечивает технический результат: измерение заданной длины с необходимой точностью:

Δ _укл.=±0,11 мкм. Следует заметить, что цены деления предлагаемого изобретения: от 1 мкм до 0,25 мкм и менее являются условной ценой деления при измерении заданного интервала длины при помощи нониуса.

3 - предел допустимой погрешности

Предел допустимой погрешности в предлагаемом изобретении определяет точность измерения.

Чем меньше предел допустимой погрешности, тем больше точность измерения: в предлагаемом изобретении минимальный предел допустимой погрешности определяется точностью эталонного прибора и минимальным интервалом длины измерительной линейки: Δ _L=± 0,11 мкм при определенном /5/ способе измерения.

Данный параметр предлагаемого изобретения обеспечивает технический результат: измерение заданной длины с необходимой точностью:

Δ _L=± 0,11 мкм

4 - диапазон измерений /пределы измерений наружных размеров/

Диапазон измерений /пределы измерений наружных размеров/ в предлагаемом изобретении определяет универсальность измерительного прибора.

Чем больше диапазон измерений /пределы измерений наружных размеров/, тем более универсален измерительный прибор.

Данный параметр предлагаемого изобретения обеспечивает технический результат: измерение заданной длины с необходимой точностью в пределах 0÷ /10÷ 20/ м и более.

5 - предел относительной погрешности

Предел относительной погрешности в предлагаемом изобретении определяет точность измерения.

Чем меньше предел относительной погрешности, тем более высокая точность измерения.

Данный параметр предлагаемого изобретения обеспечивает технический результат: измерение заданной /предельной/ длины с необходимой точностью, определяемой пределом относительной погрешности:

γ =/2,5÷ 3,8/· 10^-8

Перечень чертежей предлагаемого изобретения: "Автоматический измеритель заданного интервала длины при помощи нониуса".

1 - фиг.1. Упрощенная блок-схема отсчета штрихов интервалов измерительной линейки.

На фиг.1 изображено: 1 - блок фотоэлементов; 2 - оптический блок; 3 - основная шкала измерительной линейки; 4 - счетчик числа штрихов измерительной линейки; 5 - осветительная лампа.

2 - фиг.2. Блок-схема оптического блока автоматического измерителя. На фиг.2 изображено: 3 - основная акала измерительной линейки; 6 - оптический блок основной шкалы; 7 - оптический блок нониусной шкалы; 8 - передвижная каретка; 9 - обрабатываемая деталь; 10 - нониусная шкала; 11 - блок фотоэлементов.

3 - фиг.3. Блок-схема электронного блока автоматического измерителя.

На фиг.3 изображено: 6 - оптический блок основной шкалы; 7 - оптический блок нониусной шкалы; 11 - блок фотоэлементов; 12 - счетчик числа штрихов основной шкалы; 13 - блок совпадений заданного номера штриха основной шкалы и точного линейного значения данного штриха; 14 - блок определения точного линейного значения заданного номера штриха основной шкалы; 15 - счетчик числа штрихов нониусной шкалы; 16 - блок совпадений заданного номера штриха нониусной шкалы и точного линейного значения данного штриха; 17 - блок определения точного линейного значения заданного номера штриха нониусной шкалы; 18 - блок останова передвижной каретки; 19 - блок памяти поправок; 20 - электронное табло; 21 - импульсный усилитель; 22 - блок алгебраического суммирования.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Способ измерения заданного интервала длины в предлагаемом изобретении ясен из упрощенной блок-схемы отсчета штрихов интервалов измерительной линейки /фиг.1/. Соответствующая длина измеряется при отсчете штрихов основной шкалы измерительной линейки /3/ счетчиком числа штрихов измерительной линейки /4/, который передвигается относительно измерительной линейки вместе с блоком фотоэлементов /I/ и оптическим блоком /2/. Осветительная лампа /5/ служит для подсветки штрихов измерительной линейки.

Шкала измерительной линейки подучена путем фотографирования эталонной линейки /минимальный интервал измерения: Δ =0,5 мм/ с коэффициентом уменьшения в 10 раз и 40 раз. Например, 10 см эталонной линейки при уменьшении в 10 раз будут выглядеть на фотографии этой линейки как 1 см, 1 см - как 1 мм с 20-ю делениями через минимальный интервал измерения: 0,05 им. Таким образом, минимальный интервал шкалы такой линейки будет равен:

- при уменьшении в 10 раз: Δ 1/10=0,05 мм

- при уменьшении в 40 раз: Δ 1/40=0,0125 мм.

Увеличение изображения шкалы оптическим блоком в 100÷ 1000 раз обеспечивает экранирование светового потока, идущего от осветительной дампы /5/ на фотоэлемент блока фотоэлементов, линейным размером штриха. При прохождении n-го штриха измерительной линейки оптическим блоком появляется импульс тока в блоке фотоэлементов. Таким образом, происходит отсчет заданной длины, соответствующей n_x штрихам измерительной линейки: l_x=n_x·Δ_{мин.инт.} Число штрихов n_х отсчитывается счетчиком числа штрихов измерительной линейки.

Оптический блок проектирует световой поток на значительную поверхность блока фотоэлементов, в котором расположен фотоэлемент с большой рабочей площадью восприятия светового потока, создающий импульсный сигнал напряжением U_c≥3 В, что достаточно для уверенного счета минимальных интервалов длины измерительной линейки. Вышеуказанное напряжение полезного сигнала значительно больше напряжений внешних помех и соответствует общепринятым нормам по помехозащищенности.

Способ измерения заданного интервала длины при помощи нониуса ясен из блок-схемы оптического блока автоматического измерителя /фиг.2/.

Определим точность измерения при помощи нониуса /а25, a50/ при уменьшении эталонной измерительной линейки и шкалы нониуса с помощью фотографирования в 10 раз:

- при числе делений нониуса: n=25 и минимальном интервале измерительной линейки: Δ 1/10=0,05 мм

- при числе делений нониуса: n=50 /Δ 1/10=0,05 мм/

Определим точность измерения при помощи нониуса /а25, а50/ при уменьшении эталонной измерительной линейки и шкалы нониуса с помощью фотографирования в 40 раз:

- при числе делений нониуса: n=25 и минимальном интервале измерительной линейки: Δ 1/40=1,25· 10^-2 мм

- при числе делений нониуса: n=50 /Δ 1/40=1,25· 10^-2 мм/

Автоматическое измерение заданной длины l_х при помощи нониуса происходит следующим образом:

- оптический блок основной шкалы /6/ и оптический блок нониусной шкалы /7/, механически связанные друг с другом, устанавливаются в "0" /ноль/ нониусной шкалы /10/. Передвижение - относительно передвижной каретки /8/ - фиг.2.

Затем при помощи передвижного механизма передвижной каретки блоки /6, 7 - фиг.2/ вместе с кареткой устанавливаются в "0" /ноль/ основной шкалы измерительной линейки /3/ или на любой штрих основной шкалы при помощи блоков определения точного линейного значения заданного номера штрихов основной и нониусной шкал /блоки 14, 17 - фиг.3/.

Световые импульсы, появляющиеся в оптических блоках при прохождении штрихов основной и нониусной шкал, поступают на блок фотоэлементов /11 - фиг.2, 3/.

Заданная линейная длина l_x соответствует, например, длине обработки определенным инструментом обрабатываемой детали /9/ - фиг.2.

- начинается отсчет штрихов основной шкалы в соответствии с заданным кодом числа необходимого отсчета штрихов в счетчике числа штрихов основной шкалы /12/ - фиг.3 /вход "а"/.

Сигналы, идущие с оптического блока основной шкалы /6/, попадают через блок фотоэлементов /11/ на блоки /12, 14/ - фиг.3.

При совпадении сигналов конец счета N_х штрихов основной шкалы и точного линейного значения штриха N_x в блоке совпадений заданного номера штриха основной шкалы и точного линейного значения данного штриха /13/ - фиг.3 на выходе вышеуказанного блока совпадений появляется сигнал "с" /фиг.3/, который разрешает счет заданного числа n_х штрихов нониусной шкалы в соответствии с заданным кодом /вход "в"/ в блоке счетчика числа штрихов нониусной шкалы /15/ - фиг.3 и дает разрешение на движение передвижной каретки /8/ с малой скоростью /меньшей, чем скорость при отсчете штрихов основной шкалы/. Кроме того, сигнал "с" поступает на блок останова передвижной каретки /18/ - фиг.3.

Возможен режим работы, при котором переключение на меньшую скорость передвижения передвижной каретки происходит, например, при N_x-1 штрихе.

- начинается отсчет заданного числа n_x штрихов нониусной шкалы, при этом соответствующим механизмом передвигаются блоки /6, 7/ - фиг.2 относительно передвижной каретки в соответствующий штрих нониусной шкалы /n_x/ по сигналу "с".

Сигналы, идущие с оптического блока нониусной шкалы /7/, попадают через блок фотоэлементов /11/ на блоки: счетчик числа штрихов нониусной шкалы /15/ и блок определения точного линейного значения заданного номера штриха нониусной шкалы /17/ - см. фиг.3.

При совпадении сигналов конец счета n_x- заданного числа штрихов нониусной шкалы и точного линейного значения штриха n_x в блоке совпадений заданного номера штриха нониусной шкалы и точного линейного значения данного штриха /16/ - фиг.3 на выходе выше указанного блока совпадений появляется сигнал "d ", который дает разрешение на движение передвижной каретки совместно с блоками /6, 7/ - фиг.2 с малой скоростью до совпадения заданного номера штриха n_x нониусной шкалы с соответствующим номером штриха основной шкалы измерительной линейки.

Так как оптические блоки основной и нониусной шкал /блоки 6, 7 - фиг.2/ находятся на одной оси, то при точном определении штрихов основной и нониусной шкал фиксируется совпадение заданного номера штриха n_x нониусной шкалы с соответствующим номером штриха основной шкалы. При разрешающем сигнале конец счета N_x /сигнал "c"/, конец счета n_x /сигнал "d "/, занесенные в схему памяти блока останова передвижной каретки /18/, положительном потенциале входа блока /13/, воспринимающего импульсные сигналы от блока /12/, вышеуказанный положительный потенциал остается положительным при помощи схемы памяти блока /13/, определяется блоком /14/ точное линейное значение соответствующего штриха основной шкалы, соответствующее вышеуказанному совпадению штрихов основной и нониусной шкал. При этом появляется на выходе бл