RU2016382C1

RU2016382C1 - Optronic measuring device

Info

Publication number: RU2016382C1
Authority: RU
Inventors: А.Н. Шилин
Original assignee: Волгоградский Политехнический Институт
Priority date: 1991-04-03
Filing date: 1991-04-03
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has a light flux modulator made in the form of rectangular diaphragm 4 one 5 of the faces of which is made of piezoelectric material, photoconverter 8 connected to the input of photocurrent amplifier 9. To photocurrent amplifier 9 with photoconverter 8 a negative feedback is applied with the aid of an automatic control unit composed of electric band-pass filter 10, low-pass filter with diode 11 and setting device 13 which are connected to the inputs of differential amplifier 13 the output of which is connected to protoconverter 8. The output of photocurrent amplifier 9 is connected to low-pass filter 14 connected to indicator 15. EFFECT: simplified construction.

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения геометрических параметров деталей, и может быть использовано в машиностроении при производстве крупногабаритных деталей. The invention relates to instrumentation, in particular to devices for measuring 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], 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. Эти устройства содержат оптическую систему, сканирующее устройство, электронный блок обработки информации с фотопреобразователем и индикатор отклонения размера. Все эти устройства содержат сложную механическую конструкцию блока сканирования, поскольку от точности задания закона сканирования зависит точность измерения. Known optoelectronic measuring devices with scanning images of the edges of the product [1], which convert the position of the edges of the parts relative to the optical axis into a pulse-width signal, the duration of which is proportional to this position. Pulse-width conversion of the signal is used to exclude the influence of various amplitude factors on the measurement accuracy. These devices include an optical system, a scanning device, an electronic information processing unit with a photoconverter and a size deviation indicator. All these devices contain a complex mechanical design of the scanning unit, since the accuracy of the measurement depends on the accuracy of setting the scanning law.

Из известных оптико-электронных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения угловых координат точечного источника излучения [2]. Of the known optical-electronic devices, the closest in technical essence is a device for measuring the angular coordinates of a point radiation source [2].

Это устройство содержит прерыватель светового потока, выполненный в виде двух модуляторов с различными частотами модуляции, избирательный усилитель фототока с блоком автоматической регулировки усиления, настроенным на частоту первого модулятора, и полосовой фильтр, подключенный к усилителю фототока и настроенный на частоту второго модулятора. This device contains a light flux chopper made in the form of two modulators with different modulation frequencies, a selective photocurrent amplifier with an automatic gain control unit tuned to the frequency of the first modulator, and a band-pass filter connected to the photocurrent amplifier and tuned to the frequency of the second modulator.

Недостатком этого устройства является сложность механической конструкции, так как устройство содержит два вращающихся модулятора. Кроме того, модуляторы являются источниками погрешностей, обусловленных предельной технологической точностью их изготовления. The disadvantage of this device is the complexity of the mechanical structure, since the device contains two rotating modulators. In addition, modulators are sources of errors due to the extreme technological accuracy of their manufacture.

Это устройство не может быть использовано для измерения размеров деталей без дополнительных изменений, обусловленных измерением положения границы протяженной детали, а не точечного объекта. This device cannot be used to measure the dimensions of parts without additional changes due to the measurement of the position of the boundary of the extended part, and not a point object.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства. The aim of the invention is to simplify the design of the device.

Цель достигается тем, что в оптико-электронном измерительном устройстве, содержащем прерыватель светового потока, фотопреобразователь, усилитель фототока с блоком автоматической регулировки усиления и полосовой фильтр, включенный в его контур, фильтр низкой частоты, включенный между усилителем фототока и индикатором, прерыватель светового потока выполнен в виде П-образной пластины и установленной подвижно с ее внутренней стороны продольной пластины, образующих прямоугольную диафрагму, и источника переменного напряжения, продольная пластина выполнена из пьезоэлектрического материала и соединена с источником переменного напряжения. The goal is achieved by the fact that in an optical-electronic measuring device containing a light chopper, a photoconverter, a photocurrent amplifier with an automatic gain control unit and a bandpass filter included in its circuit, a low-pass filter included between the photocurrent amplifier and an indicator, the light chopper in the form of a U-shaped plate and mounted longitudinally on its inner side of the longitudinal plate, forming a rectangular diaphragm, and an alternating voltage source, longitudinal the plate is made of piezoelectric material and connected to an AC voltage source.

Указанное отличие позволяет значительно упростить конструкцию измерительного устройства и его габариты, так как в нем полностью отсутствуют механические вращающиеся элементы с электроприводами. Исключение механических вращающихся деталей повышает также надежность измерительного устройства, поскольку эти элементы являются источниками отказов. This difference makes it possible to significantly simplify the design of the measuring device and its dimensions, since it completely lacks mechanical rotating elements with electric drives. The exclusion of mechanical rotating parts also increases the reliability of the measuring device, since these elements are sources of failure.

На фиг.1 показана схема устройства; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - диаграмма, поясняющая работу устройства. Figure 1 shows a diagram of a device; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a diagram explaining the operation of the device.

Устройство состоит из предназначенного для освещения измеряемой детали 1 источника света 2, повышающего контрастность изображения. В плоскости изображения объектива 3 установлена прямоугольная диафрагма, состоящая из П-образной пластины 4 и продольной подвижной пластины 5, которая выполнена из пьезоэлектрического материала и соединена с источником переменного напряжения 6. Прямоугольная диафрагма с элементами 4, 5 и источник переменного напряжения 6 составляют прерыватель светового потока. За диафрагмой установлен конденсор 7, собирающий световой поток на фотопреобразователь 8, подключенный в свою очередь через резистор нагрузки R_н к усилителю фототока 9. Усилитель фототока 9 является усилителем постоянного тока и полоса пропускания его ограничена частотой источника напряжения 6. К усилителю фототока 9 подключен блок автоматической регулировки усиления (АРУ), состоящий из электрического полосового фильтра 10, настроенного на частоту источника напряжения 6, фильтра низкой частоты 11 с диодом V и задающего устройства 12, которые соединены со входами дифференциального усилителя 13, который кроме функции усиления выполняет также функцию элемента сравнения. Выход дифференциального усилителя 13 соединен с фотопреобразователем 8. Выход усилителя фототока 9 подключен к фильтру низкой частоты 14, соединенному, в свою очередь, с индикатором 15.The device consists of a light source 2 intended to illuminate the measured part 1, which increases the contrast of the image. In the image plane of the lens 3, a rectangular diaphragm is installed, consisting of a U-shaped plate 4 and a longitudinal movable plate 5, which is made of a piezoelectric material and connected to an AC voltage source 6. A rectangular aperture with elements 4, 5 and an AC voltage source 6 constitute a light chopper flow. A condenser 7 is installed behind the diaphragm, which collects the light flux to the photoconverter 8, which is in turn connected through a load resistor R _n to the photocurrent amplifier 9. The photocurrent amplifier 9 is a DC amplifier and its bandwidth is limited by the frequency of the voltage source 6. A unit is connected to the photocurrent amplifier 9 automatic gain control (AGC), consisting of an electric band-pass filter 10 tuned to the frequency of the voltage source 6, a low-pass filter 11 with diode V and a driver 12, which oedineny to the inputs of the differential amplifier 13, which in addition to enhancing the function also performs the function of the comparison element. The output of the differential amplifier 13 is connected to the photoconverter 8. The output of the photocurrent amplifier 9 is connected to a low-pass filter 14, which, in turn, is connected to the indicator 15.

При работе измерительного устройства с помощью колебательного движения пьезоэлектрической пластины 5 осуществляется модуляция светового потока, поступающего от измеряемой поверхности детали 1. Энергетическим источником колебаний является источник напряжения 6. Модулированный световой поток Ф(t) (диаграмма 16 на фиг.3) содержит постоянную Ф_о и переменную составляющие Ф_m. Величина постоянной составляющей светового потока определяется положением касательной к измеряемой поверхности, т.е. отклонением размера детали от номинального, а величина переменной составляющей является постоянной и задается амплитудой колебания пластины 5 с помощью источника напряжения 6. Затем модулированный световой поток через конденсор 7 поступает на фотопреобразователь 8, где преобразуется в электрический ток, который далее на резисторе R_н преобразуется в напряжение и усиливается усилителем фототока 9. Напряжение с выхода усилителя фототока 9 поступает на фильтр низкой частоты 14, который выделяет постоянную составляющую сигнала, пропорциональную отклонению размера от номинального. Затем сигнал с выхода фильтра низкой частоты 14 поступает на индикатор 15, который регистрирует отклонение размера детали. Для исключения влияния изменения освещенности поверхности детали на результат измерения, а также изменения различных параметров измерительного устройства (чувствительности фотопреобразователя, коэффициента усиления усилителя фототока и т.д.) введен блок автоматической регулировки усиления (АРУ). При изменении освещенности детали изменяется и амплитуда переменной составляющей сигнала, которая выделяется с помощью полосового фильтра 10, которая затем преобразуется в постоянное напряжение с помощью фильтра низкой частоты 11, которое, в свою очередь, поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 13. На второй неинвертирующий вход усилителя 13 поступает сигнал с задатчика 12. Изменение освещенности детали преобразуется в постоянное напряжение, поступающее на инвертирующий вход усилителя 13, которым усиливается это изменение и выходное напряжение усилителя 13 изменяет напряжение питания фотопреобразователя 8, а соответственно, и его чувствительность таким образом, чтобы переменная составляющая сигнала на выходе усилителя фототока 9 оставалась постоянной. Одновременно изменением чувствительности фотопреобразователя 8 компенсируется влияние освещенности на постоянную составляющую сигнала на выходе фильтра низкой частоты 14, а следовательно, и на результат измерения, регистрируемый индикатором 15. Таким же образом компенсируется и изменение параметров измерительного устройства.When the measuring device is operating using the oscillatory motion of the piezoelectric plate 5, the light flux coming from the measured surface of the part 1 is modulated. The energy source of the oscillations is the voltage source 6. The modulated light flux Φ (t) (diagram 16 in FIG. 3) contains a constant Ф _о and the variable components f _m . The constant component of the light flux is determined by the position of the tangent to the measured surface, i.e. the deviation of the part size from the nominal one, and the magnitude of the variable component is constant and is set by the oscillation amplitude of the plate 5 using a voltage source 6. Then, the modulated light flux through the condenser 7 is fed to a photoconverter 8, where it is converted into electric current, which is then converted to a resistor R _n into the voltage is amplified by the photocurrent amplifier 9. The voltage from the output of the photocurrent amplifier 9 is supplied to a low-pass filter 14, which emits a constant component of the signal, is proportional hydrochloric deviation from the nominal size. Then the signal from the output of the low-pass filter 14 is fed to the indicator 15, which registers the deviation of the part size. To exclude the influence of changes in the illuminance of the surface of the part on the measurement result, as well as changes in various parameters of the measuring device (sensitivity of the photoconverter, gain of the photocurrent amplifier, etc.), an automatic gain control unit (AGC) is introduced. When the illumination of the part changes, the amplitude of the variable component of the signal also changes, which is extracted using a band-pass filter 10, which is then converted to direct voltage using a low-pass filter 11, which, in turn, is fed to the inverting input of the differential amplifier 13. To the second non-inverting input the amplifier 13 receives a signal from the setter 12. The change in the illumination of the part is converted into a constant voltage supplied to the inverting input of the amplifier 13, which amplifies this change The voltage and output voltage of the amplifier 13 changes the supply voltage of the photoconverter 8, and, accordingly, its sensitivity so that the variable component of the signal at the output of the amplifier of the photocurrent 9 remains constant. At the same time, by changing the sensitivity of the photoconverter 8, the influence of illumination on the constant component of the signal at the output of the low-pass filter 14, and therefore on the measurement result recorded by the indicator 15, is compensated. The change in the parameters of the measuring device is also compensated.

При внедрении оптико-электронного измерительного устройства для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей химнефтеаппаратуры повышается производительность их изготовления на валковых листогибочных машинах, поскольку повышается надежность устройства, а следовательно, и сокращается время на ремонт и настройку измерительного устройства. Кроме того, по сравнению с базовым объектом уменьшается стоимость самого измерительного устройства и при увеличении их количества на предприятии величина экономии может быть значительной статьей общего экономического эффекта от внедрения. When an optical-electronic measuring device is introduced to determine the geometric parameters of large-sized parts of chemical and oil equipment, the productivity of their manufacture on roll bending machines is increased, since the reliability of the device increases, and therefore, the time for repair and adjustment of the measuring device is reduced. In addition, in comparison with the base object, the cost of the measuring device itself decreases and with an increase in their number at the enterprise, the amount of savings can be a significant article of the overall economic effect of implementation.

Claims

OPTICAL-ELECTRONIC MEASURING DEVICE, comprising a light chopper, a photoconverter, a photocurrent amplifier with an automatic gain control unit and a bandpass filter included in its circuit, a low-pass filter included between the photocurrent amplifier and an indicator, characterized in that, in order to simplify the design, the luminous flux interrupter is made in the form of a U-shaped plate and movably mounted on its inner side of the longitudinal plate, forming a rectangular diaphragm, and the source is variable voltage, the longitudinal plate is made of piezoelectric material and connected to an AC voltage source.