RU2117248C1 - Digital photometric dimension converter - Google Patents
Digital photometric dimension converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2117248C1 RU2117248C1 RU96113654A RU96113654A RU2117248C1 RU 2117248 C1 RU2117248 C1 RU 2117248C1 RU 96113654 A RU96113654 A RU 96113654A RU 96113654 A RU96113654 A RU 96113654A RU 2117248 C1 RU2117248 C1 RU 2117248C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- inputs
- switch
- commutator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для определения геометрических параметров деталей, и может быть использовано в машиностроении при производстве крупногабаритных деталей. The invention relates to instrumentation, in particular to devices for determining the geometric parameters of parts, and can be used in mechanical engineering in the manufacture of large parts.
Известны оптико-электронные измерительные устройства со сканированием изображения кромки изделия [1, с. 37], которые преобразуют положение кромки детали относительно оптической оси в широтно-импульсный сигнал, длительность которого пропорциональна этому положению. Широтно-импульсное преобразование сигнала используется для исключения влияния различных амплитудных факторов на точность измерения. Кроме того, широтно-импульсный сигнал довольно легко преобразуется в цифровой код. Эти устройства содержат оптическую систему, сканирующее устройство, электронный блок обработки информации с фотопреобразователем и индикатор отклонения размера. Known optoelectronic measuring devices with scanning images of the edges of the product [1, p. 37], which transform the position of the edge of the part relative to the optical axis into a pulse-width signal whose duration is proportional to this position. The pulse-width conversion of the signal is used to exclude the influence of various amplitude factors on the measurement accuracy. In addition, the pulse-width signal is quite easily converted to a digital code. These devices include an optical system, a scanning device, an electronic information processing unit with a photoconverter and a size deviation indicator.
Недостатком этих устройств является сложность механической конструкции блока сканирования, который является источником основных составляющих статической и динамической погрешностей измерения. The disadvantage of these devices is the complexity of the mechanical design of the scanning unit, which is the source of the main components of the static and dynamic measurement errors.
Из известных оптико-электронных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения размеров проката [1, с. 34]. Это устройство содержит объектив, маску с двумя окнами, два фотопреобразователя, установленные напротив окон маски, и электронную схему обработки информации. Через первое окно на первый фотопреобразователь поступает излучение от краевого участка изделия, а через второе окно на второй преобразователь поступает излучения от полного участка поверхности изделия вблизи края. Положение края изделия относительно оптической оси устройства определяется по величине отношения усиленных сигналов с фотопреобразователей. Величина отношения определяется с помощью аналоговой электронной схемы. Использование этого метода измерения позволяет уменьшить влияние изменения интенсивности излучения изделия, которая определяется его температурой, на результат измерения размера. Of the known optoelectronic devices, the closest in technical essence is a device for measuring the size of hire [1, p. 34]. This device contains a lens, a mask with two windows, two photoconverters mounted opposite the mask windows, and an electronic information processing circuit. Through the first window, radiation from the edge portion of the product enters the first photoconverter, and radiation from the full portion of the surface of the article near the edge enters the second converter through the second window. The position of the product edge relative to the optical axis of the device is determined by the magnitude of the ratio of amplified signals from the photoconverters. The magnitude of the relationship is determined using an analog electronic circuit. Using this measurement method allows you to reduce the effect of changes in the radiation intensity of the product, which is determined by its temperature, on the size measurement result.
Данное измерительное устройство имеет невысокий технический уровень, обусловленный сложностью электронной схемы обработки информации и представлением измеренной информации в аналоговой форме. При использовании измерительного устройства с такой схемой обработки информации в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом необходим аналого-цифровой преобразователь, который является источником дополнительной погрешности. This measuring device has a low technical level, due to the complexity of the electronic information processing circuit and the presentation of the measured information in analog form. When using a measuring device with such an information processing scheme as part of an automated process control system, an analog-to-digital converter is necessary, which is a source of additional error.
В этой связи важнейшей задачей является создание нового оптико-электронного измерительного устройства, не содержащего механические подвижные детали и имеющего автоматическую компенсацию влияния на результат измерения размера изделия его температуры и различных внешних факторов и цифровое представление результата измерения. In this regard, the most important task is to create a new optoelectronic measuring device that does not contain mechanical moving parts and has automatic compensation for the effect of the temperature and various external factors on the measurement result of the product and the digital representation of the measurement result.
Техническим результатом заявленного цифрового фотометрического преобразователя размера является повышение точности измерения и удобства пользования этим измерительным устройством поскольку результат измерения представляется в цифровом виде. Наличие цифрового выхода у измерительного устройства позволяет использовать его в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами производства изделий в нагретом состоянии. The technical result of the claimed digital photometric size transducer is to increase the measurement accuracy and ease of use of this measuring device since the measurement result is presented in digital form. The presence of a digital output at the measuring device allows it to be used as part of automated control systems for technological processes of manufacturing products in a heated state.
Указанный технический результат достигается тем, что в цифровом фотометрическом преобразователе размера, содержащем объектив, маску с двумя окнами, два фотопреобразователя и электронную схему обработки информации, схема обработки информации преобразователя выполнена в виде первого коммутатора, два входа которого соединены с двумя фотопреобразователями, а выход соединен с входом усилителя фототока, выход которого подключен к двум входам второго коммутатора, причем один из входов второго коммутатора подключен через инвертор, выход второго коммутатора соединен с интегратором, соединенным с компаратором, подключенным к первому входу триггера, управляющие входы коммутаторов и второй вход триггера подключены к выходу делителя частоты, вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, выход триггера соединен с управляющим входом ключа, соединяющим генератор тактовых импульсов с счетчиком импульсов. The indicated technical result is achieved in that in a digital photometric size converter containing a lens, a mask with two windows, two photoconverters and an electronic information processing circuit, the converter information processing circuit is made in the form of a first switch, two inputs of which are connected to two photoconverters, and the output is connected with the input of the photocurrent amplifier, the output of which is connected to two inputs of the second switch, and one of the inputs of the second switch is connected through an inverter, the output is W The main switch is connected to an integrator connected to the first trigger input, the control inputs of the switches and the second trigger input are connected to the output of the frequency divider, the input of which is connected to the clock generator, the trigger output is connected to the key control input connecting the clock generator to pulse counter.
Указанное отличие позволяет повысить точность измерения размера нагретых изделий поскольку в цифровом фотометрическом преобразователе использован принцип работы аналого-цифрового преобразователя с двухтактным интегрированием, который в сравнении с развертывающим времяимпульсным преобразователем имеет значительно меньшую погрешность преобразования, обусловленную нестабильностью параметров развертывающего элемента и частоты генератора таковых импульсов. This difference makes it possible to increase the accuracy of measuring the size of heated products, since the principle of operation of an analog-to-digital converter with push-pull integration is used in a digital photometric converter, which, in comparison with a time-pulse converter, has a significantly lower conversion error due to the instability of the parameters of the deployment element and the frequency of the pulse generator.
Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного решения, позволило установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого решения по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в форме изобретения. The analysis of the prior art cited by the applicant, including the search by patents and scientific and technical sources of information and the identification of sources containing information about analogues of the claimed solution, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest solution for the totality of features, allowed us to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant's technical result in the claimed object set forth in the form of the invention.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.
Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники. To verify the compliance of the claimed invention with the requirement of "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".
На фиг. 1 изображена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - проекция маски в плоскости измерения; на фиг. 3 - время-импульсная диаграмма, поясняющая работу преобразователя. In FIG. 1 shows a block diagram of a converter; in FIG. 2 - projection of the mask in the measurement plane; in FIG. 3 is a time-pulse diagram explaining the operation of the converter.
Преобразователь представляет собой объектив 1, в плоскости изображения которого установлена маска 2 с двумя прямоугольными окнами. Проекция маски с окнами и их размерами в плоскости измерения изображена на фиг. 2. Через первое окно (верхнее на фиг. 1) на фотопреобразователь 3 поступает излучение от поверхности полного участка изделия, а через второе окно (нижнее на фиг. 1) на фотопреобразователь 4 поступает излучение от краевого участка изделия. За маской напротив окон установлены фотопреобразователи 3 и 4, подключенные к двум входам первого коммутатора 5, выход которого соединен с входом усилителя фототока 6. Выход усилителя фототока 6 подключен через инвертор 7 к первому входу второго коммутатора 8, а к второму входу коммутатора 8 - непосредственно. Выход второго коммутатора 8 соединен с интегратором 9, выполненном на базе операционного усилителя и соединенном с компаратором 10, представляющим собой триггер Шмитта с нулевым порогом срабатывания, выход которого соединен с первым входом триггера 11. Триггер 11 срабатывает от срезов импульсов, поступающих на его входы. Преобразователь содержит генератор тактовой частоты 12 и соединенный с ним делитель частоты 13. Управляющие входы коммутаторов 5 и 8 и второй вход триггера 11 соединены с выходом делителя частоты 13. Выход триггера 11 в свою очередь подключен к управляющему входу ключа 14, соединяющего генератор тактовых импульсов 12 с счетчиком импульсов 15. The converter is a lens 1, in the image plane of which a mask 2 with two rectangular windows is installed. The projection of the mask with windows and their dimensions in the measurement plane is shown in FIG. 2. Through the first window (the upper one in Fig. 1), the photoconverter 3 receives radiation from the surface of the full portion of the product, and through the second window (the lower one in Fig. 1), the radiation from the edge portion of the product enters the photoconverter 4. Behind the mask opposite the windows there are photoconverters 3 and 4 connected to two inputs of the first switch 5, the output of which is connected to the input of the photocurrent amplifier 6. The output of the photocurrent amplifier 6 is connected through the inverter 7 to the first input of the second switch 8, and directly to the second input of the switch 8 . The output of the second switch 8 is connected to an integrator 9 based on the operational amplifier and connected to a comparator 10, which is a Schmitt trigger with a zero threshold, the output of which is connected to the first input of the trigger 11. The trigger 11 is triggered by sections of pulses arriving at its inputs. The converter includes a clock 12 and a frequency divider 13 connected to it. The control inputs of the switches 5 and 8 and the second input of the trigger 11 are connected to the output of the frequency divider 13. The output of the trigger 11 is in turn connected to the control input of the key 14 connecting the clock 12 with pulse counter 15.
При работе измерительного преобразователя сигнал с генератора тактовых импульсов 12 с частотой f поступает на делитель частоты 13 с коэффициентом деления n. Сигнал с делителя частоты 13, имеющий частоту f/n и период T = n/f (диаграмма 16, фиг. 3), поступает на коммутаторы 5 и 8. В течение работы преобразователя непрерывно на фотопреобразователи 3 и 4 поступают потоки излучения от нагретого изделия, определяемые по следующей формуле
Φ(λ) = τ(λ)L(λ)ΔAAвх/B2, (1)
где
τ(λ) - спектральный коэффициент пропускания среды распространения оптического сигнала;
L λ - спектральная плотность яркости источника излучения;
Aвх - площадь входного зрачка объектива;
Δ A - площадь излучаемой поверхности нагретого изделия;
B - расстояние от преобразователя до излучателя.During operation of the measuring transducer, the signal from the clock generator 12 with a frequency f is supplied to a frequency divider 13 with a division coefficient n. The signal from the frequency divider 13, having a frequency f / n and a period T = n / f (diagram 16, Fig. 3), is supplied to the switches 5 and 8. During the operation of the converter, radiation fluxes from the heated product are continuously transmitted to the photoconverters 3 and 4 defined by the following formula
Φ (λ) = τ (λ) L (λ) ΔAA in / B 2 , (1)
Where
τ (λ) is the spectral transmittance of the propagation medium of the optical signal;
L λ is the spectral density of the brightness of the radiation source;
A I - the area of the entrance pupil of the lens;
Δ A is the surface area of the heated product;
B is the distance from the converter to the emitter.
Площадь излучаемой поверхности потока излучения, поступающего на фотопреобразователь 3, определяется как Δ A3 = ab (фиг. 2), а площадь излучаемой поверхности потока, поступающего на фотопреобразователь 4, определяется как Δ A4 = ax (фиг. 2). Фотопреобразователь, представляющий собой фотодиод и имеющий токовую чувствительность S1, преобразует поток излучения, поступающий на его вход в электрический ток IФ= Φ(λ)S1. В течение промежутка времени T1 = n/2f сигнал с преобразователя 4 через коммутатор 5 поступает на вход усилителя фототока 6 с коэффициентом усиления Kу, на выходе которого образуется электрический сигнал
U4= Φ4(λ)SIRнKу,
где Rн - сопротивление нагрузки фотопреобразователя.The area of the emitted surface of the stream of radiation entering the photoconverter 3 is defined as Δ A 3 = ab (Fig. 2), and the area of the emitted surface of the stream of flow entering the photoconverter 4 is defined as Δ A 4 = ax (Fig. 2). A photoconverter, which is a photodiode and having a current sensitivity S 1 , converts the radiation flux arriving at its input into an electric current I Ф = Φ (λ) S 1 . During the period of time T 1 = n / 2f, the signal from the converter 4 through the switch 5 is fed to the input of the photocurrent amplifier 6 with a gain factor K у , at the output of which an electrical signal is generated
U 4 = Φ 4 (λ) S I R n K y ,
where R n - load resistance of the photoconverter.
Напряжение с выхода усилителя фототока 6 через второй коммутатор 8 поступает на вход интегратора 9 с постоянной времени Tи, на выходе которого образуется линейно возрастающее напряжение (диаграмма 17, фиг. 3). Напряжение на выходе интегратора 9 в конце промежутка времени T1 определяется с помощью выражения
В момент времени T1 происходит переключение коммутаторов 5 и 8 и установка триггера 11 в единичное состояние. В течении промежутка времени T1 = T усилителем фототока 6 усиливается сигнал с фотопреобразователя 3 и сигнал с усилителя 6 через инвертор 7 поступает на вход интегратора 9, на выходе которого образуется линейно убывающее напряжение (диаграмма 17, фиг. 3).The voltage from the output of the amplifier of the photocurrent 6 through the second switch 8 is supplied to the input of the integrator 9 with a time constant T and , at the output of which a linearly increasing voltage is generated (diagram 17, Fig. 3). The voltage at the output of the integrator 9 at the end of the period of time T 1 is determined using the expression
At time T 1 , the switches 5 and 8 are switched and the trigger 11 is set to a single state. During the period of time T 1 = T, the signal from the photoconverter 3 is amplified by the amplifier of the photocurrent 6 and the signal from the amplifier 6 is fed through the inverter 7 to the input of the integrator 9, the output of which is a linearly decreasing voltage (diagram 17, Fig. 3).
В момент равенства нулю напряжения на выходе интегратора 9 срабатывает компаратор 10, который переводит триггер 11 в нулевое состояние, Обозначив промежуток времени от начала второго такта до момента срабатывания компаратора 10, т.е. промежуток времени в течение которого триггер 11 находится в единичном состоянии, через переменную T2, выразим напряжение на выходе интегратора в момент срабатывания компаратора 10 U4T1 - U3T2 = 0. Откуда T2 = T1U4/U3 = T1Ф4/Ф3 = T1 Δ A4/ Δ A3 = T1x/b, т. е. длительность импульса на выходе триггера 11 (диаграмма 18, фиг. 3) пропорциональна положению границы нагретого изделия относительно оптической оси объектива 1 преобразователя. Напряжение с выхода триггера 11 на время T2 открывает ключ 14 и в течение этого времени счетчик импульсов 15 считает импульсы, поступающие от генератора тактовых импульсов 12. Количество поступивших на счетчик импульсов за время T2 определяется выражением N = T2f = T1fx/b = nx/(2b), из которого следует, что медленные в сравнении с частотой f/n изменения частоты тактовых импульсов и параметров интегратора 9 не оказывают влияния на точность измерения размера. Кроме того, во всем рабочем диапазоне измерения размера момент срабатывания компаратора 10 не выходит за пределы промежутка времени T - T1, поскольку напряжение U3 больше напряжения U4. На точность измерения не оказывает влияния нестабильность параметров усилителя фототока 6, поскольку один усилитель с помощью коммутаторов 5 и 8 усиливает сигналы с двух фотопреобразователей 3 и 4.
When the voltage at the output of the integrator 9 is zero, the comparator 10 is activated, which puts the trigger 11 in the zero state, designating the time interval from the beginning of the second clock to the moment the comparator 10 is triggered, i.e. the period of time during which the trigger 11 is in a single state, through the variable T 2 , we express the voltage at the output of the integrator at the moment the comparator 10 U 4 T 1 - U 3 T 2 = 0. Where does T 2 = T 1 U 4 / U 3 = T 1 Ф 4 / Ф 3 = T 1 Δ A 4 / Δ A 3 = T 1 x / b, i.e., the pulse duration at the output of trigger 11 (diagram 18, Fig. 3) is proportional to the position of the boundary of the heated product relative to the optical axis of the lens 1 of the Converter. The voltage from the output of the trigger 11 for the time T 2 opens the switch 14 and during this time the pulse counter 15 counts the pulses from the clock generator 12. The number of pulses received in the counter during the time T 2 is determined by the expression N = T 2 f = T 1 fx / b = nx / (2b), from which it follows that slow in comparison with the frequency f / n changes in the frequency of the clock pulses and the parameters of the integrator 9 do not affect the accuracy of the size measurement. In addition, in the entire operating range of the size measurement, the response time of the comparator 10 does not go beyond the time interval T - T 1 , since the voltage U 3 is greater than the voltage U 4 . The measurement accuracy is not affected by the instability of the parameters of the photocurrent amplifier 6, since one amplifier amplifies the signals from two photoconverters 3 and 4 using switches 5 and 8.
Результат измерения размера может быть непосредственно введен в ЭВМ без дополнительного аналого-цифрового преобразования. The result of the size measurement can be directly entered into the computer without additional analog-to-digital conversion.
Применение данного цифрового фотометрического преобразователя позволяет повысить точность измерения размеров изделий, изготавливаемых в нагретом состоянии. Кроме того, разработанный преобразователь может быть использован в качестве фотометра для физико-химических исследований различных прозрачных веществ. The use of this digital photometric converter can improve the accuracy of measuring the dimensions of products manufactured in a heated state. In addition, the developed converter can be used as a photometer for physicochemical studies of various transparent substances.
Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности:
цифровой фотометрический преобразователь размера, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для использования в высокотемпературных технологических процессах;
для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и прилагаемыми чертежами;
цифровой фотометрический преобразователь размера, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the foregoing indicates that when using the claimed invention the following combination:
a digital photometric size transducer embodying the claimed invention in its implementation, is intended for use in high temperature processes;
for the claimed invention in the form described in the claims, the possibility of its implementation in accordance with the description and the attached drawings is confirmed;
a digital photometric size transducer embodying the claimed invention in its implementation is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96113654A RU2117248C1 (en) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | Digital photometric dimension converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96113654A RU2117248C1 (en) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | Digital photometric dimension converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2117248C1 true RU2117248C1 (en) | 1998-08-10 |
| RU96113654A RU96113654A (en) | 1998-10-27 |
Family
ID=20182900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96113654A RU2117248C1 (en) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | Digital photometric dimension converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2117248C1 (en) |
-
1996
- 1996-06-26 RU RU96113654A patent/RU2117248C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Зарезанков Г.Х. Фотоэлектронные приборы автоматического контроля размеров проката. - М.: Металлургиздат, 1962, с.34. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0213735B2 (en) | ||
| FR2363789A1 (en) | PERFECTED TRICHROMATIC COLORIMETER | |
| GB1430426A (en) | Apparatus and methods for measuring the distance between reflective surfaces eg of transparent material | |
| KR970705742A (en) | AUTOMATIC GAIN CONTROL FOR INFRARED RADIATION PYROMETER | |
| JP2604754B2 (en) | Spectrophotometer | |
| JPS55112585A (en) | Photo detection unit of moving object | |
| US4201472A (en) | Apparatus for converting light signals into digital electrical signals | |
| US4087690A (en) | Spurious radiation compensation in infrared analyzers | |
| UST102104I4 (en) | Scanning optical system adapted for linewidth measurement in semiconductor devices | |
| RU2117248C1 (en) | Digital photometric dimension converter | |
| RU2123663C1 (en) | Digital optico-electron dimension converter | |
| RU2125251C1 (en) | Digital energy pyrometer | |
| NO913936D0 (en) | MEASURING DETECTOR ELIMINATING INSIDE THE RANGE OF SENSITIVITY | |
| JPH05264352A (en) | Spectorophotometer | |
| RU2117247C1 (en) | Frequency-pulse opticoelectronic dimension converter | |
| JPS57151807A (en) | Distance measuring device | |
| JPS5739306A (en) | Shape detector | |
| RU2077706C1 (en) | Digital pyrometer of spectral ratio | |
| JPS55124002A (en) | Optical position detector | |
| JP2954605B2 (en) | Reflective optical gap sensor | |
| SU1539528A1 (en) | Method and apparatus for checking thickness of coating layer | |
| JPS55117945A (en) | Defect detection unit | |
| JPH0537230Y2 (en) | ||
| SU972341A1 (en) | Photometer | |
| RU2108554C1 (en) | Digital pyrometer of spectral ratio |