PL104063B1 - Uklad elektrooptyczny dla kontroli wymiarow obrabianych przedmiotow - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest uklad elektroop¬ tyczny dla kontroli wymiarów obrabianych przed¬ miotów.

Zastosowanie nowoczesnej technologii umozliwia produkcje i montaz czesci z nadzwyczaj duza szybkoscia, dochodzaca nawet do tysiecy sztuk na minute. Jednakze nie ma mozliwosci automatycz¬ nego i dokladnego mierzenia czesci przy tych szybkosciach wytwarzania dla okreslenia czy wy¬ miary wyprodukowanych przedmiotów mieszcza sie w zadanych tolerancjach.

Dlatego powszechnie nie stosuje sie pomiaru kazdej poszczególnej czesci lub ich zespolów, lecz kontroluje sie próbki pobrane z linii produkcyj¬ nej. Jednakze osiagalne przy tym szybkosci sprawdzania sa niedostateczne w przypadku kiedy jednostkowa produkcja jest bardzo duza. A nawet wtedy, kiedy szybkosc sprawdzania próbki jest za¬ dawalajaca, nie ma pewnosci, czy kazda bez wy¬ jatku czesc posiada wszystkie prawidlowe wymia¬ ry.

W takich sytuacjach, gdzie czesc wytwarzana, przeznaczona jest do wykonywania odpowiedniej funkcji, kontrola indywidualna jest konieczna.

Tradycyjne przyrzady pomiarowe do mierzenia produkowanych czesci, takie jak mikrometry, wy- sokcsciomierze i czujniki zegarowe wymagaja bez¬ posredniego styku z przedmiotem obrabianym. Pro¬ ces mierzenia musi byc dokonywany przez wy¬ kwalifikowanego pracownika i 'jest czesto trudny i czasochlonny. Powszechnie stosowany pomiaro¬ wy komparator optyczny, który zarys przedmiotu rzutuje na ekran, wymaga równiez wykwalifiko¬ wanej obslugi a pomiar obciazony jest bledami, wynikajacymi ze zmeczenia oka pracownika obslu¬ gujacego, niedokladnej oceny i innych czynników.

Szybkosc pomiaru za pomoca komparatora optycz¬ nego ograniczona jest zdolnoscia spostrzegania i oceny obrazu przez pracownika dokonujacego po¬ miaru na ekranie w stosunku do zadanego zarysu.

Aby usprawnic proces mierzenia zastosowano urzadzenia do bezstykowego elektronicznego anali¬ zowania, z których wiele zawiera elektrooptyczne uklady takie jak lampa widikonowa lub dysektor obrazu.

Lampy widikonowe, zawieraja czula katode, sa przystosowane do analizowania obrazu przedmiotu rzutowanego na nia i wytworzenia wyjsciowego sygnalu elektrycznego reprezentujacego ^obraz przedmiotu badanego.

Zalety stosowania elektronicznych ukladów ana¬ lizujacych sa nastepujace: 1. Informacje 'o wymiarach mozna otrzymac w miejscu odleglym od przedmiotu mierzonego bez potrzeby dokonywania bezposredniego z nim stvku. 2. Mozna dokonywac pomiarów pewnych wymia¬ rów czesci, które sa trudno dostepne. 3 Poszczególne wymiary moga byc mierzone przy bardzo duzych szybkosciach. 104 063/ 104 063 3 4. Poniewaz nie ma potrzeby fizycznego przesu¬ wania przedmiotu przy wykonywaniu pomia¬ rów to praktycznie miedzy kolejnymi pomiara¬ mi nie ma zadnej zwloki. Szybkosc przelacza¬ nia promienia wybieranego od jednego poloze¬ nia wspólrzednych do sasiedniego, ograniczona jest tylko czasem reakcji elektronicznego ukla¬ du analizujacego i jest zwykle rzedu kilku mi¬ krosekund.

. Dokladnosc pomiaru wyrazana w procentach pelnego zakresu pomiarowego, jest niezalezna od wymiaru czesci mierzonej. Kompensacja zmiennosci wymiarów przedmiotów, dokonywa¬ na jest przez zmiane powiekszenia ukladu optycznego, który rzutuje obraz przedmiotu.

Mimo istnienia elektronicznych ukladów analizu¬ jacych nadajacych sie do mierzenia czesci obro¬ bionych maszynowo, uklady te nie byly zbyt sze¬ roko stosowane ze wzgledu na zbyt mala doklad¬ nosc, zwlaszcza przy wykonywaniu dokladnych pomiarów. Glówna przyczyna tego stanu jest to, ze istniejace uklady nie posiadaja kompensacji znieksztalcen wystepujacych w obwodach elektro¬ nicznych oraz nieliniowosci w ukladach odchyla¬ nia i ukladach optycznych.

Idealny uklad analizujacy to taki, w którym nie ma znieksztalcen optycznych i którego parametry odchylania sa liniowe oraz w którym skale czasu mozna dzielic na nieskonczenie male odcinki bez obawy o wplyw szumów ukladu i innych zmien¬ nych na dokladnosc pomiaru.

Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjedno¬ czonych Ameryki Nr 3 854 822 uklad, w którym wyzej wymienione wady sa wyeliminowane, w wy¬ niku czego uklad zdolny jest do mierzenia wymia¬ rów czesci z duza dokladnoscia. W ukladzie tym pomiar dokonywany jest za pomoca techniki spraw¬ dzianu elektronicznego, w której elektroniczny uklad analizujacy okresla odleglosc pomiedzy prze¬ ciwleglymi krawedziami przedmiotu w sposób ana¬ logiczny do mechanicznego mierzenia za pomoca sprawdzianu dwuszczekowego, gdzie szczeki obej¬ muja przeciwlegle krawedzie badanego przedmiotu.

Gelem wynalazku jest opracowanie elektroop- tycznego ukladu analizujacego do mierzenia za po¬ moca techniki koordynograficznej wymiarów cze¬ sci lub ich zespolów i który pozwala na wyzszy stopien statystycznego usredniania informacji wi¬ zyjnej bez zmniejszania szybkosci roboczej ukla¬ du. W technice, w której—uklad analizujacy jest wykorzystywany jako sprawdzian, tor wybierania przechodzi przez duza czesc obrazu, w której nie istnieja zadne dane metrologiczne.

Istota wynalazku polega na tym, ze zespól ana¬ lizujacy ze swiatloczula powierzchnia czolowa do rzutowania zarysu badanego przedmiotu na te po^ wierzchnie w celu wytworzenia na niej obrazu przedmiotu, jest roboczo sprzezony z zespolem od¬ chylania, który wytwarza napiecie wybierania ste¬ rujace zespolem analizujacym takie, ze tor wy¬ bierania ogranicza sie tylko do sasiedztwa krawe¬ dzi obrazu badanego przedmiotu i przecina te kra¬ wedzie w punktach dla których maja byc okres¬ lone wspólrzedne, przez co z sygnalów wizyjnych wytwarzanych przez uklad analizujacy moga byc okreslone wspólrzedne. tych punktów.

Zespól analizujacy ukladu utworzony jest z lam¬ py dysektora obrazu, której powierzchnia czolowa zawiera fotokatode, a lampa posiada zespoly od¬ chylania pionowego i odchylania poziomego.

Eliminujac potrzebe przeszukiwania czesci obsza¬ rów, które pozbawione sa informacji, mozna zmniejszyc czas potrzebny na analize o jeden lub dwa rzedy wielkosci. System wykorzystujacy tech¬ nike wybierania, w której gestosc informacji zale¬ zy w duzym stopniu od liczby powtórzen wybiera¬ nia, umozliwia, calkowanie danych wytworzonych metoda statystycznego usredniania przy czym czas wykonywania pomiarów nie zwieksza sie.

W ukladzie wedlug wynalazku, zespól analizuja¬ cy zastosowany jest do badania tylko sasiedztwa krawedzi, których wspólrzedne maja byc wyzna¬ czone. W typowym przypadku, tolerancja wymia- ru krawedzi jest' rzedu kilku tysiecznych mm. W poprzednim podejsciu do zagadnienia analizowa¬ nie obejmowalo caly wymiar.

Tak wiec w technice koordynograficznej wybie¬ ranie nastepuje na obszarze, na którym znajduje sie krawedz poszukiwana i który normalnie nie jest wiekszy niz ± 0,127 mm. Zamiast szczególo¬ wego przepatrywania 100 do 500 jednostek po 0,000254 mm kazda, dla dokonania pomiaru sposo¬ bem sprawdzianowym, w technice koordynogra¬ ficznej jedno wybieranie rozpatruje tylko dziesiec tych samych przyrostów, redukujac wymagany czas wybierania w granicach 10 do 50 razy.

Przy zredukowanej wartosci dopuszczalnej tole¬ rancji, ze wzgledu na wymiar mierzony, skutecz¬ na wydajnosc systemu kooirdynograficznego pro¬ porcjonalnie poprawia sie. Na skutek tego, w tech¬ nice koordynograficznej mozna powtarzac kazdy pomiar 10 lub 50, lub nawet wiecej razy i nastep¬ nie zastosowac scalkowane wyniki wszystkich tych pomiarów dla osiagniecia poprawienia stosunku 40 sygnalów do szumu w charakterystyce ukladu, podnoszac przy tym znacznie jego dokladnosc.

W praktyce przyblizenie koordynograficzne, bez powiekszania czasu pomiaru, jest zdolne na po¬ prawienie rozdzielnosci od 3 do 101 razy w porów- 45 naniu do przyblizenia przy pomiarze sprawdzia¬ nowym co prowadzi do znacznego zwiekszenia dokladnosci pomiarów.

Uklad wedlug wynalazku posiada pamiec zawie¬ rajaca informacje dotyczaca zadanych wartosci 50 i wspólrzednych rzeczywistych przedmiotu oraz komparator, który porównuje te wartosci zadane z odczytanymi przez zespól analizujacy i wytwa¬ rza sygnal bledu. Z zespolem odchylania i pamie¬ cia polaczona jest matryca informacyjna wejscio¬ wa przy czym dostarcza ona do zespolu odchyla¬ nia informacje dotyczace odpowiedniej drogi wy¬ bierania przy wyznaczaniu kazdej wspólrzednej oraz wysyla do pamieci wspólrzedne zadane. W celu obliczenia odleglosci miedzy dwiema parami 80 znalezionych wspólrzednych uklad wyposazony jest. w komputer.

W ukladzie wedlug wynalazku pomiary i skalo¬ wanie sa sterowane za pomoca programu cyfro- 65 wego, którego rozkazy inicjuja dokonywanie po- 55 \104 063 * 6 miarów w polu widzenia ukladu. W obrebie pola widzenia, nie istnieje zadne ograniczenie co do dlugosci mierzonej krawedzi lub jej nachylenia do dowolnie okreslonego ukladu wspólrzednych.

W ukladzie wedlug wynalazku, program cyfro¬ wi zawiera wspólrzedne nominalne okreslonych wymiarów i ich zakres tolerancji. Program ten okresla, czy system pomiaru bedzie dzialal na pro¬ stej zasadzie „przechodzi" i „nie przechodzi", aby przyjac lub odrzucic czesc, lub czy system bedzie sortowal czesci na oddzielne grupy w zaleznosci od zakresu tolerancji, wewnatrz którego wypada¬ ja kontrolowane wymiary.

W ukladzie wedlug wynalazku matryca przeka¬ zuje do pamieci informacje dotyczaca dopuszczal¬ nej tolerancji wyznaczonych wspólrzednych, przy czym sygnal wyjsciowy komaratora okresla czy mierzone wspólrzedne sa do przyjecia albo odrzu¬ cenia. Matryca podaje do pamieci takze informa¬ cje uwzgledniajace kryteria doboru w postaci wa¬ riantów wspólrzednych, które zawarte sa w sygna¬ le wyjsciowym komparatora.

Liczba wymiarów danej czesci, które moga byc mierzone ograniczona jest tylko pojemnoscia pa¬ mieci.

Po zbadaniu róznych wymiarów pojedynczego przedmiotu moze nastapic przyjecie przedmiotu kiedy wszystkie wymiary leza w obrebie wyzna¬ czonych tolerancji, lub odrzucenie jesli którys z wymiarów przekracza zadana tolerancje. Wy¬ twarzany wtedy sygnal wskazuje, kiedy wymiar byl bledny. Sygnal ten moze byc zastosowany do sortowania w oddzielne zasobniki czesci, których wymiary nie mieszcza sie w granicach tolerancji.

Przez zastosowanie podprogramów system po¬ miarowy moze byc wykorzystany dla dokonywa¬ nia typowych po-miarów przy sprawdzaniu i mie¬ rzeniu obrobionych maszynowo lub inaczej wy¬ produkowanych czesci zespolów. Tak na przyklad przez zastosowanie odpowiedniego podprogramu uklad, zdolny jest do wyznaczania wspólrzednych i srednio wszystkich otworów znajdujacych sie w polu widzenia zespolu analizujacego.

Inny podprogram moze byc wykorzystany do wyznaczania zgodnosci ksztaltu kazdego z tych otworów z ksztaltem kola.

Za pomoca innych podprogramów mozna porów¬ nywac zgodnosc ksztaltu otworów z ksztaltem za¬ danym.

Za pomoca jeszcze innych podprogramów ukla¬ du mozna ustalac wspólsrodkowosc czesci, sredni¬ ce podzialowa walcowych kól zebatych i przed¬ miotów gwintowanych, jak równiez bledy ksztaltu wiekszosci frezowanych czesci.

Z powodu elastycznosci wybierania elektronicz¬ nego, elektrooptyczny uklad pomiarowy mozna za¬ programowac tak, ze wykorzystuje on wzorniki wybierania zoptymalizowane dla okreslonych czyn¬ nosci pomiarowych, takich jak wyznaczanie pro¬ mienia i srodka krzywizny powierzchni zakrzywio¬ nych. W tym celu uklad moze ustalac polozenie srodków krzywizn w przestrzeni i dokonywac po¬ miarów z tej pozycji innych punktów w obrebie p^la widzenia ukladu.

Konieczne jest w ukladzie okreslenie stalej i bar¬ dzo dokladnej zaleznosci miedzy napieciem steru¬ jacym zespolem odchylania a rzeczywistym, chwi¬ lowym polozeniem promienia wybierania w od- , niesieniu do plaszczyzn obrazu. Z tej zaleznosci jest nastepnie wyznaczana za pomoca wartosci na¬ piecia podawanego do zespolu odchylania, chwilo¬ wa pozycja toru wybierania.

W technice tej fakt wykrycia krawedzi (co ozna¬ cza, ze tor wybierania przechodzi przez krawedz obrazu w plaszczyznie obrazu) wysterowuje odczyt z ukladu generujacego napiecie dla zespolu odchy¬ lania. Sterujac w sposób wlasciwy przesylaniem tych napiec okresla sie punkt przeciecia krawedzi obrazu na plaszczyznie obrazu. Wspólrzedne te sa zatem podstawa metryczna ukladu odchylania ko- ordynografu.

Uklad moze byc wykorzystany do dokonywania kilku czynnosci; na przyklad dwie czynnosci moga byc przeprowadzane jednoczesnie lub niezaleznie: a) wykonywanie programu dotyczacego decyzji biezacych: przyjecia, odrzucania i sortowania cze¬ sci mierzonych b) dostarczenie kompletu danych, wskazujacych wartosci mierzone wszystkich czesci badanych do odpowiednio zaprogramowanego cyfrowo kompu¬ tera.

Skoordynowane w ten sposób urzadzenie pomia¬ rowe i komputer moze wyznaczyc i kontrolowac tendencje wymiarowe i tolerancyjne, które wyste¬ puja w trakcie wytwarzania czesci.

Dane te wyprowadzone z takiej analizy moga byc wykorzystane do nastawiania narzedzi i ich Wymiany lub moga sygnalizowac koniecznosc ich naprawy dzieki czemu zapobiegaja wytwarzaniu czesci o wymiarach przekraczajacych tolerancje.

W przypadku obróbki zespolów zamiast poszcze¬ gólnych czesci problem mierzenia jest trudniejszy do rozwiazania typowymi srodkami, poniewaz w wielu przypadkach pewne czesci zespolu zaslania¬ ja ten jego obszar który ma byc mierzony, dla stwierdzenia, ze caly zespól wykonany jest wlasci¬ wie. Czesto z tego powodu, zespól zmontowany nie moze byc calkowicie sprawdzony dla stwierdzenia, ze jest on wlasciwie zlozony, bez uprzedniego roz¬ montowania. Automatyczne urzadzenie pomiaro¬ we moze byc zastosowane do sprawdzania czescio¬ wo zlozonego zespolu dla okreslenia, ze wszystkie operacje montazowe do momentu sprawdzania byly wykonane wlasciwie.

Jesli takie stanowiska kontrolne beda wprowa¬ dzane wczesniej do kazdej operacji montazu, to caly zespól moze byc sprawdzony calkowicie bez koniecznosci demontowania go w celu zbadania zaslonietych czesci. Uklad wedlug wynalazku ma elementy do mierzenia czesciowo lub calkowicie zmontowanych zespolów w celu okreslenia czy N byly one skladane wlasciwie az do momentu, w którym pomiar jest dokonywany.

Celem dokonania korekcji bledów optycznych i/lub elektronicznych wzgledem kazdej okreslonej wspólrzednej, na swiatloczulej powierzchni zespo¬ lu analizujacego zamiast badanego przedmiotu od¬ wzorowany moze byc obraz wzornika. Wzornikiem tym jest siatka skalujaca, której obraz pokrvwa cala swiatloczula powierzchnie' zespolu analizuja- 40 45 50 55 607 104 063 8 cego, a zastosowany komparator porównuje od¬ czytane wspólrzedne elementu ze wspólrzednymi wzornika i wytwarza sygnal bledu, modyfikujacy odpowiednio napiecie wybierania. Wybieranie mo¬ dyfikowane jest sygnalem bledu w ten sposób, ze wspólrzedne odczytane napieciem Wybierajacym na swiatloczulej powierzchni sa zgodne ze wspólrzed¬ nymi odniesienia, otrzymanymi przy uzyciu wzor¬ nika.

Obraz wzornika moze byc rzutowany na po¬ wierzchnie czolowa zespolu analizujacego przed kazdym pomiarem dla zapewnienia bardzo malego uchybu w trudnych warunkach pomiarowych, przy czym jest on wlaczony w bieg strumienia obrazu przedmiotu za pomoca plyty pólodbijajacej.

Uzyty w ukladzie komparator posiada regulowa¬ ny poziom zerowy w celu elektronicznego ustawie¬ nia punktu zerowego w wspólrzednych odczyta¬ nych przez zespól analizujacy, tak aby byl zgod¬ ny z punktem zerowym odniesienia wzornika.

Komparator natomiast oblicza odstepy od punktu zerowego i wytwarza sygnaly przesuwajace punkt wybierania, który przemieszcza sie do otrzymane¬ go w ten sposób zadanego punktu zerowego. Po¬ nadto komputer wyznacza aktualne rzeczywiste polozenia przesunietego punktu wybierania wzgle¬ dem polozenia odniesienia oraz wytwarza sygnaly do skorygowania tej róznicy polozen.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony^ w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat zespolu optycznego do rzuto¬ wania obrazu przedmiotu mierzonego lub siatki skalujacej na swiatloczula katode zespolu analizu¬ jacego, fig. 2 — schemat blokowy ukladu elektro¬ nicznego, przystosowanego do sterowania ksztaltem toru analizowania i jego polozeniem, oraz do prze¬ twarzania informacji zawartej w sygnale elektrycz¬ nym wytworzonym przez zespól analizujacy z fig. 1, fig. 3 — obraz przedmiotu rzutowany na po¬ wierzchnie czolowa zespolu analizujacego i tor wy¬ bierania do badania czesci krawedzi przedmiotu^ fig. 4A — fragment krawedzi przedmiotu z fig. 3, fig. 4B — przebieg, napiecia wymaganego do gene¬ rowania toru analizowania pokazanego na fig. 4A, fig. 5 — przedmiot z fig. 3 z karta na której wy¬ szczególniono mierzone wielkosci, fig. 6 — podpro¬ gram typowego pomiaru, fig. 7 — siatke skaluja- \ ca, fig. 8A — sposób pomiaru srednicy otworu wzdluz osi poziomej otworu, fig. 8B — sposób pomiaru srednicy otworu wzdluz osi pionowej otworu, fig. 8C — sposób pomiaru wspólosiowosci okregu zewnetrznego i wewnetrznego, fig. 8D — sposób pomiaru symetrii okregu zewnetrznego, fig. 8E — sposób pomiaru zgodnosci ksztaltu otworu z ksztaltem kola, fig. 8F — sposób pomiaru kola zebatego, fig. 8G — sposób pomiaru czesci na¬ gwintowanej, fig. 9A — sposób pomiaru krzywej, przy czym krzywa pomiarowa ma wiekszy pro¬ mien krzywizny od znanego promienia krzywizny toru wybierania, fig. 9B — sposób pomiaru krzy¬ wej, przy czym krzywa pomiarowa ma, mniejszy promien krzywizny od znanego promienia krzy¬ wizny toru wybierania, fig. 9C — sposób pomiaru krzywej, przy czym krzywa pomiarowa ma pro¬ mien krzywizny równy znanemu promieniowi krzy¬ wizny toru wybierania, fig. 10 — schemat zespolu analizujacego dla pomiaru przedmiotu poruszaja¬ cego sie podczas pomiaru, fig. 11A do HE — spo¬ sób pomiaru przedmiotu przy uzyciu swiatla koli- macyjnego, a fig. 12 — sposób pomiaru grubosci przedmiotu przezroczystego.

Na fig. 1 jest przedstawiony schemat zespolu optycznego do sprawdzenia przedmiotu obrabiane¬ go 3 w celu wytworzenia informacji wizyjnej, z której mozna czerpac dane pomiarowe. Przed¬ miot obrabiany 3 pokazany jest w postaci elemen¬ tu wykonanego maszynowo, majacego zasadniczo ksztalt prostokata, którego górna krawedz jest za¬ opatrzona w wystep.

Nalezy zauwazyc, ze ksztalt ten "wybrany jest jedynie dla uproszczenia rysunku i ze w praktyce przedmiot obrabiany moze miec ksztalt bardziej zlozony.

Przedmiot obrabiany 3 oswietlany jest przez so- czewke 2 swiatlem o odpowiednim natezeniu z za¬ rowego zródla swiatla 1. t Przedmiot obrabiany 3 ustawiony jest w jednej linii ze zródlem swiatla 1 i fotokatoda zespolu analizujacego 11. Promienie swiatla 4 i 5 skiero- wane sa przez pól odbijajaca pochylona plyte 6 ku soczewce 7 i wychodza z niej jako promienie 8 i 9.

. Promienie 8 i 9 padaja na fotokatode zespolu anali¬ zujacego 11 i tworza na nie} obraz 10. Rzutowany obraz 10 stanowi kopie zarysu przedmiotu obra- bianego 3.

Zamiast plyty 6 moze byc stosowany pryzmat, zlozony z dwu prostokatnych pryzmatów polaczo¬ nych razem, w których powierzchnia przeciwpros- tokatna jednego z pryzmatów powleczona jest warstwa pólodbijajaca. Stosowanie cienkiej plytki pólodbijajacej jest niekiedy nie pozadane z powo¬ du wystepowania rozpraszania i astygmatyzmu, chyba ze stosuje sie wiazke równolegla.

Z plyta pólodbijajaca 6 wspólpracuje drugie za- 40 rowe zródlo swiatla 20, którego swiatlo po przejsciu przez soczewke 19 pada na przezroczysta siatke skalujaca 18. Kiedy zródlo swiatla 20 jest wlaczo¬ ne, a zródlo swiatla 1 jest wylaczone, obraz siatki utworzony z przecinajacych sie i równo rozmiesz- 45 czonych pionowych i poziomych linii przeslany jest przez plyte 6, soczewke 7 na fotokatode zes¬ polu analizujacego 11. W ten sposób na fotokato¬ dzie zespolu analizujacego zostaje wytworzony albo zarys przedmiotu albo siatka skalujaca w za- 60 leznosci od tego, które zródlo swiatla jest wlaczo¬ ne.

Korzystne jest, gdy fotopowielacz zawarty w ze¬ spole wybierania jest dysektorem obrazu opisanym w patencie USA Nr 3 593 286. W dysektorze tym 55 oswietlona fotokatoda emituje fotony padajace na aperture. Z apertura ta jest zwiazany powie¬ lacz elektronowy i system odchylajacy, w obreb e apertury w taki sposób, aby umozliwic badanie róznych czesci obrazu wedlug ustalonej kolejnosci. 60 Fotopowielacz zaopatrzony jest w zespól cewek odchylajacych, jedna do pionowego, druga do po¬ ziomego odchylania i cewke skupiajaca: Zespól od¬ chylania 12 zasila zespól cewek odchylajacych, a zespól skupiajacy 13 zasila cewke skupiajaca. 65 Zródlo 14 wysokiego napiecia przylaczone do fo-104063 9 10 topowielacza dostarcza odpowiednie napiecie ro¬ bocze. Sygnal wyjsciowy zespolu analizujacego 11 podawany jest na przedwzmacniacz 15 i zespól 21 wzmacniajacy i ksztaltujacy sygnal, którego sy¬ gnal wyjsciowy zawiera informacje o czasie prze¬ kroczenia torem przeszukiwania badanej czesci za¬ rysu przedmiotu obrabianego 3 lub siatki skaluja¬ cej 18, zaleznie od tego," które zródlo swiatla jest wlaczone.

Na fig. 2 pokazany jest uklad elektroniczny przystosowany do sterowania ksztaltem toru wy¬ bierania i jego polozeniem oraz do przetwarzania informacji zawartej w sygnale dostarczanym przez zespól analizujacy 11. Sygnal wyjsciowy zespolu analizujacego 11 jest najpierw przetworzony w przedwzmacniaczu 15 i zespole 21 wzmacniajacym i ksztaltujacym sygnal dla wzbudzenia sygnalów sterowania generatorem 22 impulsów okresowych, ze stala wstepnie okreslona szybkoscia powtarza¬ nia, . / Impulsy wyjsciowe generatora 22 przesylane sa przez zespól sterujacy 34, którego dzialanie bedzie wyjasnione w polaczeniu z zespolem liczników a mianowicie licznikiem 31 kanalu X i licznikiem 32 kanalu Y.

Liczniki te steruja przetwornikami cyfrowo-ana- logowymi, przy czym licznik 32 steruje przetwor¬ nikiem 30 i licznik 31 steruje przetwornikiem 29.

Impulsy wyjsciowe kazdego z przetworników cy- frowo-analogowych sa wprost proporcjonalne do liczby przekazywanej do przetwornika przez jego licznik. W miare jak wartosc podawana z liczni¬ ka rosnie pod wplywem impulsów z generatora 22 za posrednictwem zespolu sterujacego 31, wzrasta krokowo sygnal wyjsciowy odpowiedniego prze¬ twornika cyfrowo-analogowego.

Sygnaly wyjsciowe przetwornika cyfrowo-ana¬ logowego 29 kanalu X i przetwornika cyfrowo*- -analogowego 30 kanalu Y sa odpowiednio przesy¬ lane do wzmacniacza sumujacego ^25 kanalu X i wzmacniacza sumujacego 26 kanalu Y.

Do wzmacniacza sumujacego 25 doprowadzane jest napiecie z przetwornika cyfrowo-analogowe¬ go 41, którego wejscie jest zasilane z 'komputero¬ wego rejestru pamieciowego 40 dla dostarczenia napiecia, które wyznacza wspólrzedna x startu wy¬ bierania.

Wzmacniacz sumujacy 26 zasilany jest równiez napieciem z przetwornika 28 cyfrowo-analogowe¬ go, którego wejscie jest zasilane z komputerowego rejestru pamieciowego 27 dla dostarczenia napie¬ cia, które wyznacza wspólrzedna y startu wybie¬ rania.

Dzialanie ukladu jest nastepujace: kiedy program maszyny cyfrowej wydaje rozkaz dokonania „na¬ stepnego" pomiaru, komputer w^czytuje najpierw wspólrzedne startu wybierania dla tego pomiaru.

Wspólrzedne te sa wczytywane do rejestru 40 ka¬ nalu X i do rejestru 27 kanalu Y dla ustawienia na wyjsciu przetworników cyfrowo-analogowych 41 i f-8 zadanych, wartosci okreslajacych wspól¬ rzedne poczatku wybierania. Nastepnie generator 22 impulsów okresowych dostarcza impulsy wej¬ sciowe do licznika 31 kanalu X i licznika 32 ka¬ nalu Y poprzez zespól sterujacy 34 dzieki czemu wybieranie przebiega krokowo z okreslonym przy¬ rostem w czasie kazdego1 impulsu z generatora do¬ starczanego do licznika.

Fig. 3 przedstawia, obraz przedmiotu 10, przy którego sprawdzaniu krawedzi wymagane jest tylko wybieranie poziome. Jak to widac z fig. 4A, która przedstawia w powiekszeniu fragment przed¬ miotu z fig. 3 wybieranie postepuje z punktu o wspólrzednych (xu yx) do punktu o wspólrzed- l% nych (x2, yA), w celu wyznaczania .wspólrzednych • (x2, yi) punktu lezacego na krawedzi poddanej po¬ miarowi, ^a fig, 4B, gdzie napiecie Vs sterowania wybieraniem zmienia sie od wartosci poczatkowej «Xi o wartosci Ax, az do momentu osiagniecia przez uklad analizujacy krawedzi mierzonego przedmio¬ tu co nastepuje w chwili, gdy napiecie Vs osiag¬ nie wartosc na przyklad x2. Nastepuje wówczas zatrzymanie- procesu wybierania i przeniesienie stanu licznika 31 kanalu X, do pamieci. komputera poprzez rejestr 38. Podobny odczyt dla kanalu Y dostarczany jest do komputera poprzez rejestr 39 rejestrujacy dane wspólrzedne Ay, dolaczony do licznika 32 kanalu Y. Wybieranie pokazane na fig. 3, 4A i 4B odbywa sie w kierunku poziomym i dla- %s tego nie wymaga jakiejkolwiek zmiany w kierun¬ ku y przez caly okres wybierania.

Przy pojedynczym przekazywaniu impulsów wyj¬ sciowych z generatora 22 do licznika 31 kanalu X lub do licznika 32 kanalu Y mozna uzyskac wy- bieranie poziome lub pionowe. Aby otrzymac wy¬ bieranie pod jakimkolwiek innym katem, koniecz¬ na jest zmiana czestotliwosci podawania impulsów na wspomniane dwa liczniki. Osiagane jest to za pomoca ukladu sterujacego 34. Uklad sterujacy 34 jg jest wysterowany przez komputer posiadajacy in¬ formacje wejsciowa, która wyznacza kierunek, w którym powinno odbywac sie wybieranie.

Informacja podawana jest z komputera do ukla¬ du 34 w celu zmiany czestotliwosci dostarczania 40 impulsów do dwu liczników.

Po zsumowaniu danych dotyczacych pozycji po¬ czatkowej i danych dotyczacych pozadanych kie¬ runków wybierania, we wzmacniaczu 'sumujacym kanalu X i we wzmacniaczu sumujacym 26 ka- 45 nalu Y zsumowana informacja jest uzyta do gene¬ rowania pradu odchylania dla cewki kanalu X w ukladzie analizujacym za pomoca ukladu odchyla¬ nia poziomego 23 a dla cewki kanalu Y za pomo¬ ca ukladu odchylania pionowego 24. 50 Uklad analizujacy wywoluje wybieranie w sto¬ sownym punkcie i prowadzi je w wymaganym kie¬ runku dopóty, az znajdzie krawedz poszukiwana.

Informacja wizyjna obejmujaca te krawedz prze¬ twarzana jest za pomoca przedwzmacniacza 15 sy- 55 gnalu wizyjnego i zespolu 21 wzmacniajacego i ksztaltujacego sygnal wizyjny, który wytwarza sygnal stop dla generatora 22 impulsów okreso¬ wych zatrzymujac wybieranie przy odpowiednim stanie .liczników 31 i • 32. 66 Fig. .5 przedstawia przedmiot z fig. 3 z tablica wskazujaca jakJe pomiary wymagane sa dla po¬ szczególnych wymiarów. Obraz 10 przedmiotu jest wybierany tak, ze okresla sie' wspólrzedne osmiu narozników wyznaczajacych zarys przedmietu, #5 przy czym kazda wspólrzedna okreslana jest qd-104 063 li 12 powiednia para liczb w ukladzie kartezjanskim, a nastepnie tor wybierania powinien przebiegac przez obszary oznaczone A—B, C—D—B—F itd. az do O—P. Srodkiem lacznosci miedzy operatorem nastawiajacym koordynatograf a koordynatogra- fem sterowanym przez komputer jest karta przed¬ stawiona na fig. 5.'Na tej karcie kazdy odcinak to¬ ru wybierania wykorzystywany do okreslania kra-r wedzi skojarzonych ze wspólrzednymi narozników • oznaczony jest za pomoca' liter od A do P.

Wartosc przyrostu uzytego do przeprowadzania wybierania od wartosci nominalnej takiej jak 0 do pozycji wybierania 0 + lub 0 — moze byc wczytana jako pojedyncza liczba na karcie i byc uzyta do pomiarów wszystkich wspólrzednych tej samej czesci lub tez na karcie moze byc wykona¬ na oddzielna kolumna dla kazdego przeciecia, dzie¬ ki czemu przemieszczenie toru wybierania mozna zoptymalizowac dla kazdej wspólrzednej.

\ Karta zawiera równiez dopuszczalne tolerancje w kierunku x i y, które moga byc wymagane dla wymiarów mierzonych podprogramem dyspozycyj¬ nym. Podprogram dyspozycyjny opisuje zwykle sposób sortowania czesci. W wielu przypadkach, jest to prosta decyzja przyjac/odrzucic, w innych jest to zadanie warunkujace wielkosc i rodzaj ble¬ du wymiarowego, a w jeszcze innych przypadkach moze to byc drukowana informacja o pewnych ty¬ pach bledów.

Fig. 6 przedstawia podprogram, który powinien byc uwzgledniony w podprogramie komputera.

Sluzy do wyznaczania srodka srednicy w kierunku x i srednicy w kierunku y okregu kola. Poniewaz nie jest znane polozenie srodka ani dokladna sred¬ nica tkola przed pomiarem, konieczne jest znale¬ zienie srodka kola i nastepnie srednic w kierunku x i y przechodzacych przez ten srodek. ZastosowaT no tu technike kreslenia cieciwy w odpowiednim punkcie kola, na przyklad takiej, jaka jest linia wybierania 35. Symetralna 36 przechodzi przez sro¬ dek kola, a odleglosc miedzy punktami jej prze¬ ciecia z okregiem stanowi srednice w kierunku y.

Symetralna * 37 równiez przechodzi przez srodek kola a jej punkty przeciecia z okregiem wyzna¬ czaja srednice w kierunku x.

Podprogram tego rodzaju pozwala na wyznacze¬ nie polozenia i srednicy kola, pokazanego na fig.

. Fig. 7 przedstawia uproszczona siatke skalujaca ukladu. Sklada sie ona z siedmiu linii poziomych i z siedmiu linii pionowych. W rzeczywistosci siat¬ ka skalujaca sklada sie. z 64 podobnych linii, roz¬ mieszczonych w jednakowych odstepach. .

W praktyce siatka skalujaca sklada sie z czar¬ nych linii na jasnym tle, jasnych linii na mato¬ wym tle, przy odpowiednim stosunku odleglosci linii czarnych od odleglosci linii jasnych, lub wzor¬ cowej tablicy albo zestawu linii równoleglych, któ¬ re powinny byc najpierw zastosowane do skalowa¬ nia ukladu wybierania w jednym kierunku i na¬ stepnie uzyte do skalowania go w kierunku pro¬ stopadlym.

Sposób skalowania polega na wysterowaniu ukladu analizujacego do wytwarzania operacji wy¬ bierania kazdej poziomej i kazdej pionowej linii raz na jeden blok, przykladowo zadajac tylko 56 wybran w kierunku poziomym i 56 wybran w kie¬ runku pionowym.

Program skalujacy zawiera prosty rozkaz wy- czytywania z odpowiedniego licznika, (z licznika 31 w czasie wybierania kierunku x, lub z licznika 32 w czasie wybierania kierunku y) liczby, na któ¬ rej zatrzymany jest licznik w czasie przecinania odpowiedniej linii siatki w kazdym bloku. Program skalowania obejmuje kazda z tych liczb skojarzo¬ nych z linia siatki od tych liczb, skojarzonych z sasiednimi liniami siatki. Róznice miedzy tymi wartosciami przechowywane sa jako poprawki ko¬ rekcyjne. Program skalowania jest powtarzany, przy czym stosuje sie liczby skalowania jako' po¬ prawki ma informacje do danych o poczatku wy¬ bierania, przekazywana do rejestru 40 dla kanalu X i do rejestru 27 dla kanalu Y.

Wynikiem szybkiego przetwarzania tych wartosci jest szereg liczb korekcyjnych, które sa przecho¬ wywane w komputerze i przesylane do obwodu sterowania wybieraniem przez rejestry 27 i 40 dla linearyzowania toru wybierania podczas wszyst¬ kich kolejnych operacji pomiarowych. ^5 Do bardziej dokladnego zastosowania koordyno- grafu ten stopien korekty jest czesto nie wystar¬ czajacy. Miedzy punktami korekcyjnymi moga po¬ jawic sie nieliniowosci. Te punkty poprawiane sa za pomoca procesu interpolacyjnego, który ma 80 miejsce, kiedy dokonywany jest pojedynczy pomiar.

Przeciecie linii wybierania z odpowiednia krawe¬ dzia powoduje odczyt-z liczników poprzez rejestr^ 38 i 39. Odczyt ten zawiera poprawke w stosunku do pozycji poczatku wybierania za pomoca zapa- mietanej wzorcowej matrycy, lecz tor wybierania nie jest poprawiany miedzy dyskretnymi punkta¬ mi skalowania. Tak wiec, nieliniowosci drugiego rzedu, pojawiajace sie miedzy punktami skalowa¬ nia pozostana. Jednakze po uzyskaniu odczytów m z liczników dalsze poprawki sa obliczane przez in¬ terpolacje za pomoca komputera. W wyniku tego zwieksza sie prawie 10 razy liniowosc ukladu przy czym przy zastosowaniu w praktyce siatki skalu¬ jacej 64X64, liniowosc ukladu wynosi 1:40000. 45 Informacja skalowania jest wytwarzana przez wyznaczanie róznic miedzy przecieciami linii siat¬ ki, kiedy -wybieranie dotyczy obrazu bardzo do¬ kladnej siatki. Dane te sluza do oceny kwanty^o- wanej macierzy skalowania dla calej plaszczyzny 50 obrazu w przykladzie wykonania wynalazku.

Jednakze, te same róznice moga byc uzyte do za¬ pewnienia skalowania w sposób ciagly popr :ez ca¬ la plaszczyzne obrazu.

Technika, która jest dobrze znana w tej dziedzi- 55 nie opiera sie na wprowadzeniu wyrazenia wielo¬ mianu na Xi Y, które opisuje matematycznie nie¬ liniowosci przeznaczone do poprawienia.

Druga metoda dostarczania w sposób stosunko¬ wo ciagly poprawek dla calej plaszczyzny obrazu 60 w oparciu o dane wytworzone z róznic, jak opisa¬ no powvzej, wymaga rozwiniecia w szereg funkcji nieliniowej w poblizu punktów wybranych w zli¬ nearyzowanym polu. Sposób ten oparty jest na do¬ brze znanej metodzie, za pomoca której jakakol- 6B wiek funkcja moze byc utworzona z wartosci wszy-104 063 13 14 stkich pochodnych znanych w jej jednym punkcie.

W praktycznych zastosowaniach nie' jest koniecz¬ ne wyznaczenie wiecej niz pierwszych kilku po¬ chodnych w kilku punktach w obrebie pola rozpa¬ trywanego. Sposób ten ma te wade, ze wymaga cyklu obliczeniowego na komputerze dla poprawie¬ nia nieliniowosci dla kazdego wykonanego pomia¬ ru. Czas wymagany do wykonania tego rodzaju obliczen zmniejsza czesto szybkosc dzialania cale¬ go ukladu.

W opisanej praktyce, siatka skalujaca ma zna¬ cznie wiecej pionowych i poziomych linii niz po¬ kazana na fig. 7. Praktycznie siatka zawiera 64 poziomych linii,, przecinajacych 64 pionowe linie i rzutowana na fotokatode ukladu analizujacego bedzie wytwarzala obraz w przyblizeniu 25,4X - * 25,4 mm, przy czym linie siatki sa rozmieszczone w odleglosci 0,406' mm od siebie.

Z kazda linia siatki, wytwarzajaca obraz szero¬ kosci 0,076 mm, zastosowany fotopowielacz z de- flektorem bedzie wyznaczal polozenie prowadza¬ cych i tylnych krawedzi linii z dokladnoscia zna¬ cznie wieksza niz 0,00254 mm, stosujac aperture wybierania o srednicy 0,0203 mm. Wymaga to cal¬ kowania i metody uwydatniania krawedzi, oby¬ dwie metody sa dobrze znane w tej. dziedzinie.

Przyjmujac, ze podstawowa liniowosc ukladu analizujacego i zespolu optycznego jest rzedu 0,25%>, skalowanie dokonywane za pomoca siatki 64X64 wraz z metoda uwydatniania krawedzi do wyznaczenia polozenia krawedzi, pozwoli na to, ze uklad wedlug wynalazku bedzie wykonywal pomia¬ ry z dokladnoscia podstawowa siatki — ± 0,O0Q%>.

Zwazywszy, ze siatki w handlu otrzymywane sa z dokladnoscia powyzej 0,001%, dokladnosc ukla¬ du z siatka tego typu jest wieksza niz 0,004°/o.

Fig. 8A do E ilustruja zdolnosc ukladu wybie¬ rania do sprawdzania wymiarów czesci 74.

Zalózmy, ze wymagane jest wyznaczenie wspól¬ rzednych srodka otworu kolowego i jego srednicy wewnetrznej. Aby znalezc srednice wewnetrzna, szereg wybieran przebiega z jednej strony na dru¬ ga strone nominalnego srodka, jak to przedstawio¬ no numerami 75a -i- 75e na fig. 8A, przy czym start nastepuje z pozycji 75a tzn. z najnizszej pozycji dopuszczonej przez przyjeta tolerancje i konczy sie na pozycji 75e, tzn. powyzej najwyzszej dopusz¬ czonej pozycji. Srednica otworu wyznaczona jest na podstawie najwiekszego wymiaru mierzonego w toku pomiaru. Wspólrzedna x srodka otworu jest przedstawiona przez polozenie symetralnej sredni¬ cy w ten sposób wyznaczonej.

W podobny sposób, wspólrzedna y i srednica otworu równolegla do tej wspólrzednej znajdowa¬ ne sa za pomoca grupy wybieran 76a—76e jak to pokazano na fig. 8B. Wspólrzedne srodka otworu sa wtedy przecieciem najwiekszej srednicy we wspólrzednej x i najwiekszej srednicy we wspól¬ rzednej yf które byly wlasnie mierzone.

Wspólosiowosc sfednicy wewnetrznej i srednicy zewnetrznej wyznacza sie za pomoca przeprowa¬ dzenia szeregu wybieran promieniowych 79, jak pokazano na fig. 8C, wzdluz srednicy wewnetrznej i srednicy zewnetrznej w celu zmierzenia grubosci scianki przedmiotu. Zmiany grubosci sa bezpo^red- lor 40 45 50 55 60 65 nim wskaznikiem wspólosiowosci srednicy wewne¬ trznej i srednicy zewnetrznej.

Zgodnosc ksztaltu otworu z okregiem moze byc wyznaczona przez prowadzenie duzej ilosci, sred¬ nic 77 przez wyznaczony srodek otworu, jak poka¬ zano na fig. 8E. Zmiennosc punktów przeciecia okregu z tymi srednicami wskazuje odchylki od kolowosci. W podobny sposób mozna mierzyc od¬ chylke od osi symetrii srednicy zewnetrznej czesci przy czym ogólna informacje o tej odchylce moz¬ na otrzymac jak pokazano na fig. 8D prowadzac zbiór srednic 78 przez wyznaczony srodek i wy¬ znaczajac dlugosc srednic przecinajacych zewne¬ trzna powierzchnie czesci.

Na fig. 8F jest pokazany zarys kola zebatego, które ma; byc mierzone. Okrag 81 przedstawia sred¬ nice stóp kola zebatego 80, okrag 85 przedstawia srednice zewnetrzna, a okreg 82 przedstawia sred¬ nice podzialowa. Srednica podzialowa poddana ba¬ daniu moze dostarczyc informacji o odleglosci mie¬ dzy zebami ~i róznych odchylkach typowych dla ksztaltu kola zebatego, wynikajacych z bledu po- dzialki.

W podobny sposób, moga byc wykonywane po¬ miary wzdluz srednicy podzialowej czesci gwin¬ towanej sruby (fig. 8G), która jest przedstawiona w przekroju wzdluznym. Równolegle linie 85, któ¬ re dotykaja wierzcholków zwojów, przedstawiaja srednice zewnetrzna sruby. Linie równolegle £7, które dotykaja wrebów gwintu, przedstawiaja srednice rdzenia, natomiast linie równolegle 86, które przecinaja zwoje, przedstawiaja srednice po¬ dzialowa.

Wybieranie wzdluz linii 86 umozliwia mierzenie odchylek zarysu gwintu wzdluz srednicy podzia¬ lowej. Pomiar ten moze byc przeprowadzony na czesci nieruchomej lub na czesci obracajacej sie wokól swojej osi podluznej. Ten ostatni pomiar dostarcza pelnej informacji o zmianach w zarysie gwintu wzdluz srednicy podzialowej na calej dlu¬ gosci czesci gwintowanej przy obrocie o kat 360°.

Na fig. 9A, 9B i 9C przedstawiono inna techni¬ ke pomiarowa wybierania. Krzywa 88 na fig. 9A przedstawia srednice zewnetrzna czesci, której promien krzywizny i srodek krzywizny nalezy wy¬ znaczyc.

Krzywa falista wybierana* na fig. 9A oznaczona jest liczba 89, na fig. 9B liczba 90, na fig. 9C licz¬ ba 91. Krzywe faliste wyznaczane sa przy zastoso¬ waniu toru wybierania o znanym promieniu krzy¬ wizny i znanym srodku krzywizny. Na tor wybie¬ rania nalozona jest skladowa modulacji wysokiej czestotliwosci.

Krzywa wybierania i nieznana krzywa 88 na fig. 9A beda mialy ten sam promien i srodek krzywiz¬ ny tylko wtedy," kiedy okresy wysok©czestotliwos¬ ciowej skladowej modulacji przecinane sa syme¬ trycznie przez krzywa mierzona. Jednakze, krzywa 89 wybierania nie pokrywa sie z krzywa 88, mie¬ rzona. Krzywa 89 ma wiekszy promien krzywizny i dlatego przeciecie z krzywizna 88 zaczyna sie i konczy sie blisko dolnej wartosci wysokoczesto- tliwosciowej skladowej modulacji jak wskazano na fig. 9A w punktach Mi i Mt.

Na fig. 9B przedstawiono krzywa 90 o mniej-15 104063 16 szym promieniu krzywizny niz krzywa 88 przed¬ miotu mierzonego. Jej przeciecie zaczyna sie i kon¬ czy sie przy wierzcholku skladowej modulacji wy¬ sokiej czestotliwosci, jak wskazano w punktach M, i M<.

Na fig. 9C krzywa 91 ma wlasciwy promien krzy¬ wizny wzgledem krzywej 88 przedmiotu mierzone¬ go lecz jej srodek jest przesuniety wzgledem srod¬ ka krzywej 88 czesci zmierzonej. W takich okolicz¬ nosciach przeciecia ze skladowa modulacji wyso¬ kiej czestotliwosci rozpoczynaja sie u jej dolu, jak I wskazano w punkcie MB, a koncza sie przy wierz¬ cholku, jak wsl^azono w punkcie M$.

Na wszystkich przykladach pokazanych na fig. 9A, 9B i 9C, w kt6rych krzywa pomiarowa rózni sie od krzywej czesci mierzonej w sensie promie¬ nia krzywizny i srodka krzywizny wielkosci i kie¬ runek tych odchylen wyznaczany jest za pomoca dobrze znanego sposobu wytwarzania sygnalu ble¬ du, odpowiedniego do wielkosci i kierunku. Sygnal bledu podany na zamknieta petle regulacji auto¬ matycznej zmienia promien krzywizny i srodek krzywizny wybierania w celu dopasowania jej do krzywej badanej.

Ten szybki system pomiarowy jest uzyteczny zwlaszcza wtedy gdy konieczne jest wykonanie duzej ilosci pomiarów na czesci calkowicie obro¬ bionej maszynowo, takiej jak krzywka uksztalto¬ wana mimosrodowo lub odlewy maszynowe, gdy niezbedne jest przeprowadzenie duzej ilosci po¬ miarów tego samego wymiaru w linii produkcyj¬ nej o duzej szybkosci wytwarzania. Na przyklad taka sytuacja wystepuje w linii produkcyjnej lo¬ zysk waleczkowych z wydajnoscia pieciu sztuk na sekunde i gdzie warunki kontroli wymagaja po¬ miaru walka- w kilku punktach wzdluz dlugosci waleczka lub gdy wymagane sa pomiary wymia¬ rów znaczacych, takich jak srednica podzialowa sruby lub kola zebatego. W tym przypadku, nale¬ zy ustalic plaszczyzne odniesienia. Plaszczyzna od¬ niesienia musi byc starannie umieszczona wzgle¬ dem mierzonego przedmiotu a pomiary wykony¬ wane sa nastepnie wzgledem tej plaszczyzny od¬ niesienia. Cala ta procedura moze byc dokonywa¬ na za pomoca systemu wedlug wynalazku, przy odpowiednim sterowaniu programu komputerowe¬ go. Mierzona powierzc^hnia przedmiotu musi byc wolna cd wiórów i innych pozostalosci obróbki maszynowej. Konieczne jest zatem czyszczenie po¬ wierzchni.

Mozliwe jest uzycie ukladu analizujacego 11 i sprzezonego z nim ukladu optycznego dla reali¬ zowania sposobu przedstawionego w opisie paten¬ towym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 593 280.

W wynalazku tym lampa fotopowielacza odchy¬ lajacego zastosowana jest do wybierania obrazu optycznego wzoru, w celu oceny stopnia podobien¬ stwa miedzy tym wzorem i wzorem odniesienia.

W ten sposób uklad analizujacy 11 dokonuje za¬ równo pomiaru wymiarów przedmiotu jak równiez operacje rozpoznania wzoru. • To podwójne zasto¬ sowanie ukladu analizujacego wymaga tylko nie¬ wielkiego powiekszenia ukladu i pozwala na osiagniecie nastepujacych korzysci, Przedmiot mierzony nie musi byc precyzyjnie ustawiony; dla dokonywania zadanych pomiarów.

Jesli uklad analizujacy dziala jako urzadzenie wejsciowe do korelatora, w sposób ujawniony we wczesniejszym patencie, informacja wizyjna wy¬ twarzana przy tym moze byc zastosowana do usta¬ wiania toru wybierania w zaleznosci od obróco¬ nego lub przesunietego obrazu czesci mierzonej.

Podczas dzialania ukladu nie jest wymagany za- den ruch czesci mierzonej poniewaz ustawianie to¬ ru wybierania odbywa sie na drodze elektronicz¬ nej. Po takim ustawieniu toru wybierania, wspól¬ rzedne pomiarowego toru wybierania sa przesu¬ wane i obracane przy uzyciu tych samych korek- cyjnych przesuwajacych i obracajacych napiec uzyskanych podczas dzialania ukladu analizujace¬ go w trybie korelacji. W wyniku tego, wzorzec wy- • bierania jest obracany i przemieszczany w stop¬ niu odpowiednim do obrazu przemieszczanego w M jego polu widzenia. • Przez zastosowanie sposobu kompensacji jak opisano na podstawie fig. 11 i 12, w patencie nr 3 593 286 mozna obserwowac przedmiot poruszaja¬ cy sie w polu widzenia. Jest to szczególnie cenne K przy wykonywaniu pomiarów na czesciach prze¬ noszonych na tasmie, poniewaz pomiar moze byc wykonywany wtedy, gdy czesc pozostaje w obre¬ bie pola widzenia ukladu. Jest to równiez pomoc¬ ne przy mierzeniu czesci toczacych sie w polu wi- ^ dzenia, dzieki czemu mozna dokonac pomiaru sred¬ nicy kulek lub walców lub podobnych pomiarów czesci, których ustawienie nie wplywa na wyniki pomiarów.

Tym sposobem mozna mierzyc owalnosc i inne „ odchylki od symetrii bez potrzeby wyznaczania pelnego wyniku pomiarów.

Najprostsza technike wykonania tych pomia¬ rów przedstawiono na fig. 10, na której przedmiot 69, poruszajacy sie po plaskiej powierzchni €6, jest 40 obserwowany przez dwa oddzielne zespoly anali¬ zujace 67 i 71.

Jeden z zespolów analizujacych 71, reagujacy na obraz wytwarzany przez promienie swietlne 73, rzutowane na niego za pomoca soczewki 72, sle- dzi czesc w czasie jej poruszania sie w polu wi¬ dzenia. Drugi zespól analizujacy 67, zawierajacy soczewke 68 i wykorzystujacy promienie swietlne 70, do celów pomiarowych jest uzalezniony od sle¬ dzacego zespolu analizujacego za posrednictwem 50 sygnalów wejsciowych, dostarczanych ze sledza¬ cego zespolu analizujacego na wejscia sterujace.

Uzalezniony w taki sposób pomiarowy zespól ana¬ lizujacy 67 widzi stabilny obraz czesci poruszaja¬ cej sie w obrebie swego toru wybierania i doko- 55 nuje pomiarów w taki sposób jak gdyby obraz byl nieruchomy. Istota sposobu skalowania wedlug wy¬ nalazku pozwala na skalowanie pomiarowego to¬ ru wybierania w kazdej nowej pozycji stosujac jedynie uklad próbkowania — podtrzymania Bn umieszczony miedzy sledzacym* ukladem analizu- jacym a wejsciami sterujacymi pomiarowego ze* . spolu analizujacego.

Podczas operacji skalowania uklad podtrzyma-; nia — próbkowania znajduje sie w stanie „pod- }5 trzym&nia" dzieki czemu skalowanie moze prze-:104 063 17 18 biegac przy stycznym torze wybierania w pobli¬ zu pozycji, na której bedzie wykonywany pomiar.

Nastepnie uklad podtrzymania — próbkowania jest wprowadzony w stan „próbkowania", w którym pomiarowy tor wybierania „dogania" sledzacy tor wybierania stabilizujac tym samym obraz poru¬ szajacy sie w odniesieniu do toru pomiarowego.

Zastosowano tu znane powszechnie uklady, któ¬ rych stale czasowe maja takie wartosci, ze stan „podtrzymanie" dla skalowania i stan „próbkowa¬ nie" dla' sledzenia' moga byc zakonczone wystar¬ czajaco szybko, aby umozliwic prace calego ukla¬ du przy jego normalnej szybkosci pomiarowej.

Jest pozadane aby byly czasem mozliwosci wy¬ boru róznych plaszczyzn w przestrzeni przedmio¬ tu, do wytwarzania obrazu mierzonego na powierz¬ chni czolowej ukladu analizujacego.

Opracowano róznego rodzaju sposoby realizujac w pewnym stopniu te zadania. Zwlaszcza mo¬ ze byc stosowane swiatlo kolimacyjne pozwalaja¬ ce realizowac sterowanie w pewnym zakresie, jak to bedzie wyjasnione w powoianiu sie na fig. 11.

Fig. 11A przedstawia tuleje 92 w przekroju wzdluz¬ nym. Fig. 11B przedstawia tuleje 92 w widoku z boku. Wewnetrzna powierzchnia otworu nie jest walcowa i ma zgrubienia w punkcie B i w pun¬ kcie E.

Jak pokazano na fig. 11C wiazka swiatla koli- macyjnego 93 uzyta do pomiaru srednicy wewne¬ trznej tulei powinna byc przerwana w punktach B i E.

Obraz wytworzony przez przechodzaca wiazke promieni kolimacyjnych przez otwór w "tulei, po¬ winien wskazywac srednice wewnetrzna, która jest mniejsza od srednicy AD z lewej strony lub sred¬ nicy CF.z prawej strony.

Konieczne jest czesto otrzymanie srednicy AD albo srednicy CF w czasie oswietlenia srednicy wewnetrznej tulei swiatlem z lewej strony tulei.

Obraz jest ogladany za pomoca zespolu analizuja¬ cego z prawej strony tulei, przy czym odpowied¬ nie uklady optyczne usytuowane sa miedzy prawa strona tulei i ¦- zespolem analizujacym wytwarza¬ jacym zadane obrazy.

Na fig. UD, aby zaobserwowac srednice CF w czasie oswietlenia tulei z lewej strony, konieczne jest odchylenie w okreslony sposób wiazki 94.

Kat odchylenia moze byc okreslony geometrycz¬ nie. Odchylenie musi byc wystarczajaco duze, aby promienie wychodzace z prawej strony srednicy wewnetrznej tulei byly przecinane przez srednice poszukiwana, mianowicie CF, a nie przez srednice, która jest polozona z lewej strony srednicy poszu¬ kiwanej.

W podobny sposób, dla wybrania srednicy AD, polozonej na oswietlonej stronie tulei, konieczne jest zastosowanie oswietlenia z okreslonym stop¬ niem odchylania jak przedstawia to fig. HE.

Wartosc odchylania moze byc wyznaczana geo¬ metrycznie. Warunkiem tego jest, aby promienie 95 wychodzace z prawej strony srednicy wewne¬ trznej tulei byly przecinane tylko przez srednice AD, a nie przez powierzchnie znajdujaca sie z pra¬ wej strony srednicy AD.

Innym problemem pomiarowym, który nabiera znaczenia w praktyce i który nie ma praktycznego rozwiazania do dzisiaj, jest mierzenie, grubosci ma¬ terialu przezroczystego takiego, jak plyta szklana 97 pokazana na fig. 12. Jesli uklad fizyczny ma¬ terialu jest tego rodzaju/ ze umozliwia zastosowa¬ nie techniki podobnej do tej, która uzywana jest do metali, to wtedy moze byc ona równiez uzyta.

Sposób ten obejmuje mikrometry, wysokosciomie- rze itp. Jednakze przedmioty szklane maja na ogól bardzo zlozone ksztalty. Problem ten jest jeszcze bardziej zlozony, gdyz wytwarzanie tych ksztal¬ tów odbywa sie normalnie w procesach wydmu¬ chiwania lub wyginania, podczas których jest nad¬ zwyczaj trudno sprawdzac grubosc scianki szkla obrabianego.

Dla zapewnienia jednakowej wytrzymalosci wy¬ robowi, konieczne jest uzyskanie jednakowej gru¬ bosci scianki wyrobu. Sposób wykonania takich pomiarów wedlug wynalazku w praktycznych wa¬ runkach produkcyjnych polega na skierowaniu wiazki swiatla 96 w kierunku plytki szklanej 97, której grubosc ma byc mierzona w ten sposób, aby powstaly dwa odbicia. Jeden promien odbity, oznaczony numerem 99, powstaje z odbicia od po¬ wierzchni pierwszej, a drugi odbity promien, ozna¬ czony numerem 98 jest odbiciem od drugiej po¬ wierzchni.

Na podstawie odleglosci miedzy dwoma odbity¬ mi promieniami 98 i 99 mozna obliczyc grubosc plyty.

Technika opisana powyzej daje sie bezposrednio stosowac do mierzenia odleglosci miedzy dwoma odbitymi promieniami, dostarczajac mozliwy do re¬ alizacji sposób mierzenia grubosci szkla.

Chociaz zostaly opisane zalecane warianty ukla¬ du wedlug wynalazku, to wiele zmian moze byc w nim dokonanych bez odstepowania od zasadni¬ czej istoty wynalazku.

Claims (15)

Zastrzezenia patentowe

1. Uklad elektrooptyczny do kontroli wymiarów obrabianych przedmiotów, zawierajacy zespól optyczny, zespól analizujacy ze swiatloczula po¬ wierzchnia czolowa do rzutowania zarysu badane¬ go przedmiotu na te powierzchnie w celu wytwo¬ rzenia na niej obrazu przedmiotu, znamienny tym, ze zespól analizujacy (11) jest roboczo sprzezony z zespolem odchylania (12) który wytwarza napie¬ cie wybierania sterujace zespolem analizujacym tak ze tor wybierania ogranicza sie tylko do sa¬ siedztwa krawedzi obrazu badanego ( przedmiotu i przecina te krawedzie w punktach dla których maja byc okreslone wspólrzedne, przez co z sy¬ gnalów wizyjnych wytwarzanych przez uklad ana¬ lizujacy (11) moga byc okreslone wspólrzedne tych jlunktów.

2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze posiada pamiec zawierajaca informacje dotyczaca zadanych wartosci wspólrzednych rzeczywistych przedmiotu oraz komparator, który porównuje te wartosci zadane z odczytanymi przez zespól anali¬ zujacy (11) i wytwarza sygnal bledu.

3. Uklad wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze zawiera matryce informacyjna wejsciowa, polaczo- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6019 104 063 20 na z zespolem odchylania (12) i pamiecia, przy czym matryca dostarcza do zespolu odchylania in¬ formacje dotyczace odpowiedniej drogi wybiera¬ nia przy wyznaczaniu kazdej wspólrzednej oraz wysyla do pamieci wspólrzedne zadane.

4. Uklad wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze zawiera komputer do obliczania odleglosci miedzy dwiema parami znalezionych wspólrzednych.

5. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze na swiatloczulej powierzchni zespolu analizujace¬ go (11) zamiast badanego przedmiotu (3) odwzoro^ wany moze byc obraz wzornika (18) celem doko¬ nania korekcji bledów optycznych i lub elektro¬ nicznych wzgledem kazdej okreslonej wspólrzed¬ nej.

6. Uklad wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze wzornikiem jest siatka skalujaca (18), której obraz pokrywa cala swiatloczula powierzchnie zespolu analizujacego (11), przy czym zastosowany kompa¬ rator porównuje odczytane wspólrzedne elemen¬ tu ze wspólrzednymi wzornika (18) i wytwarza sy¬ gnal bledu modyfikujacy odpowiednio napiecie wybierania.

7. Uklad wedlug zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, ze obraz wzornika (18) wlaczony jest za pomoca plyty pólodbijajacej (6) w bieg strumienia obrazu przedmiotu (3).

8. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zespól analizujacy (11) utworzony jest z lampy dy- sektora obrazu, której powierzchnia czolowa zawie¬ ra fotokatode, a lampa posiada zespoly odchylania pionowego i odchylania poziomego.

9. Uklad wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze matryca posiada komputer z pamiecia. 10 20 25 30

10. Uklad wedlug zastrz. 9, znamienny tym, ze matryca przekazuje do pamieci informacje dotycza¬ ca dopuszczalnej tolerancji wyznaczonych wspól¬ rzednych, przy czym sygnal wyjsciowy kompara¬ tora okresla czy mierzone wspólrzedne sa do przy¬ jecia albo odrzucenia.

11. Uklad wedlug zastrz. 10, znamienny tym, ze matryca podaje do pamieci takze informacje uw¬ zgledniajace kryteria doboru w postaci wariantów wspólrzednych, które zawarte sa w sygnale wyj¬ sciowym komparatora.

12. Uklad wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze wybieranie modyfikowane jest sygnalem bledu w ten sposób, ze wspólrzedne odczytane napieciem wybierajacym na swiatloczulej powierzchni sa zgodne ze wspólrzednymi odniesienia, otrzymany¬ mi przy uzyciu wzornika.

13. Uklad wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze komparator ma regulowany poziom zerowy, w ce¬ lu elektrycznego ustawienia punktu zerowego wspólrzednych odczytanych przez zespól analizu¬ jacy, tak aby byl zgodny z punktem zerowym od¬ niesienia wzornika.

14. Uklad wedlug zastrz. 13, znamienny tym, ze zawiera komputer, który oblicza odstepy od pun¬ ktu zerowego i wytwarza sygnaly przesuwajace punkt wybierania, który przemieszcza sie do otrzy¬ manego w ten sposób zadanego punktu zerowego.

15. Uklad wedlug zastrz. 14, znamienny tym, ze komputer wyznacza aktualne rzeczywiste polo¬ zenia przesunietego punktu wybierania wzgledem polozenia odniesienia oraz wytwarza sygnaly do skorygowania tej róznicy polozen. y^ya /: /K 3_ W* K* *f / 1104 063 X< 38—1 W c B (0,0 y _ G i r JDE'( iH Ii J i (2,1) L j i i DL ML nA T NWD Pr | 1 1 (4,1) N 0 (40) x A B c D E f ^ H K L M N o Ip 0 ,0 0 ,0 0 1 0 ,1 1 r1 1 ,1 1 .2 1 ,2 3 ,2 3 .2 3 .1 3 ,1 4 .1 4 .1 4 ,0 JL^0_ 9Q 0 0 90 90 0 0 90 90 0 0 90 90 0 0 90 Fig. 5 (*!**) Ma* (K.yk) IWt) pjg.5 1234567 Fig.7104 063 /^/c/zs. /76¦//!>. 341 £ ? r7%77X77Za~:r-- yZ?z777$ 4 &, c J2 ^^^ /76. r/s. /?&./#.104 063 OZGraf. Lz. 1003 naklad (95+ 17) egz. Cena 45 zl