RU2047091C1

RU2047091C1 - Device measuring lateral dimension of part

Info

Publication number: RU2047091C1
Authority: RU
Inventors: Н.И. Евсеенко; А.А. Райхерт; П.В. Зубиков
Original assignee: Центральное конструкторское бюро точного приборостроения
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device measuring lateral dimensions of part has scanning unit incorporating source of directed radiation beam, rotary mirror reflector 3, lens 4, photoelectric sensor 5 arranged on edges of lens and circuit of formation of "alignment" pulse, receiving unit composed of collimating lens 13, photodetector 14, circuit for extraction of shading pulse and data processing unit. Photoelectric sensor 5 is manufactured in the form of two mirrors reflecting 6, semitransparent 7, lens 8, diaphragm 9, photodetector 10. Proposed design makes it possible to diminish error caused by great length of "alignment" pulse. Device is also fitted with automatic commutator allowing width of clearances to be measured. EFFECT: increased accuracy of measurements, expanded functional capabilities. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного бесконтактного измерения поперечного размера детали, а также ширины зазоров между двумя непрозрачными кромками. The invention relates to measuring technique and can be used for accurate non-contact measurement of the transverse dimension of the part, as well as the width of the gaps between two opaque edges.

Известно устройство для измерения поперечного размера детали, содержащее источник направленного пучка излучения лазер, расположенные по ходу его лучей сканирования, выполненный в виде вращающегося зеркала, установленного в фокальной плоскости объектива, и приемный блок, включающий в себя коллимирующий объектив, фотоприемник и устройство обработки сигнала. Устройство обработки регистрирует начало и конец импульса затенения, соответствующее падению амплитуды сигнала в 2 раза, измеряют его длительность по числу импульсов кварцевого генератора и по его длительности импульса вычисляют размер детали [патент Франции N 2305711, кл G 01 B 11/040 1976 г. [1]
Наиболее близким техническим решением прототипом является устройство для дискретного бесконтактного измерения наружных размеров предметов, содержащее источник узкого светового пучка, направленного на поворотный отражатель, создающий плоское сканирование пучка, два фотоэлемента, которые ограничивают размеры плоскости измерения, оптическую систему, между линзами которой находится измеряемая деталь, в фокусе оптической системы расположен фотоприемник, кроме того, устройство содержит схему формирования импульса "створ", схему выделения импульса затенения, а также блок обработки данных [патент ЧССР N 240266 от 27.01.83 г. кл. G 01 B 7.02] [2]
Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерения, вызванная большой длительностью фронтов импульса "створ".A device for measuring the transverse dimension of a part, containing a source of a directed beam of laser radiation, located along its scanning rays, made in the form of a rotating mirror mounted in the focal plane of the lens, and a receiving unit including a collimating lens, a photodetector and a signal processing device. The processing device registers the beginning and end of the shading pulse, corresponding to a 2-fold decrease in the signal amplitude, measure its duration by the number of pulses of the crystal oscillator and calculate the size of the part by its pulse duration [French patent N 2305711, cl G 01 B 11/040 1976 [ 1]
The closest technical solution to the prototype is a device for discrete non-contact measurement of the external dimensions of objects, containing a source of a narrow light beam directed at a rotary reflector, creating a flat scan of the beam, two photocells that limit the dimensions of the measurement plane, the optical system, between the lenses of which the measured part is located, a photodetector is located at the focus of the optical system; in addition, the device contains a “target” pulse formation circuit; the circuit is highlighted shading pulse, as well as a data processing unit [patent of Czechoslovakia N 240266 from 01/27/83 class. G 01 B 7.02] [2]
The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement caused by the long duration of the fronts of the pulse "target".

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерений. The aim of the invention is to increase the accuracy of measurements.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем блок сканирования, состоящий из оптически связанных источника направленного пучка излучения, поворотного зеркального отражателя, объектива, установленного на фокусном расстоянии от отражателя, фотоэлектрического датчика, расположенного по краям объектива на линии сканирования, и схемы формирования импульса "створ", соединенной с выходом фотоэлектрического датчика, приемный блок, включающий в себя коллимирующий объектив, фотоприемник и схему выделения импульса затенения, а также блок обработки данных, входы которого соединены с выходом приемного блока и выходом схемы формирования импульса "створ", фотоэлектрический датчик выполнен в виде отражающего и полупрозрачного зеркал с поперечным размером меньшим светового диаметра объектива, линзы, диафрагмы и фотоприемника, зеркала располагаются по ходу прошедших через объектив лучей по краям светового диаметра объектива параллельно друг другу под углом 45^о к оси объектива так, что полупрозрачное зеркало расположено по ходу отраженного луча между отражающим зеркалом и линзой, а линза, диафрагма и фотоприемник расположены последовательно по ходу лучей, отраженных от зеркал, диафрагма расположена в фокальной плоскости оптической системы, образованной объективом и линзой. Зеркала могут быть выполнены в виде боковых граней призмы. Для измерения ширины зазоров устройство снабжено автоматическим коммутатором, включенным между выходом приемного блока и входом блока обработки данных. Коммутатор состоит из L-триггера и элемента "исключающее ИЛИ", причем С-вход триггера подключен к выходу схемы формирования импульса "створ" и является управляющим входом коммутатора, Д-вход триггера соединен с выходом схемы выделения импульса затенения и одним из входов схемы "исключающее ИЛИ" и является входом коммутатора, а выход триггера подключен ко второму входу элемента "исключающее ИЛИ", выход которого подключен ко входу блока обработки данных и является выходом коммутатора.This goal is achieved in that in a device containing a scanning unit, consisting of an optically coupled source of a directed radiation beam, a rotary mirror reflector, a lens mounted at the focal distance from the reflector, a photoelectric sensor located at the edges of the lens on the scan line, and a pulse generating circuit "target" connected to the output of the photoelectric sensor, a receiving unit including a collimating lens, a photodetector and a shading pulse allocation circuit as well as a data processing unit, the inputs of which are connected to the output of the receiving unit and the output of the “pulse” pulse-forming circuit, the photoelectric sensor is made in the form of a reflective and translucent mirror with a transverse size smaller than the light diameter of the lens, lens, aperture, and photodetector, the mirrors are located along passing through the lens the light rays at the edges of the lens diameter parallel to each other at an angle of ⁴⁵ ° to the axis of the lens so that the semitransparent mirror is arranged along the reflected beam between the reflective a mirror and a lens, and the lens, aperture, and photodetector are arranged sequentially along the rays reflected from the mirrors, the aperture is located in the focal plane of the optical system formed by the lens and lens. Mirrors can be made in the form of lateral faces of a prism. To measure the width of the gaps, the device is equipped with an automatic switch connected between the output of the receiving unit and the input of the data processing unit. The switch consists of an L-trigger and an exclusive OR element, with the trigger C-input connected to the output of the gate pulse-forming circuit and being the control input of the switch, the trigger D-input connected to the output of the shading pulse allocation circuit and one of the circuit inputs exclusive OR "is the input of the switch, and the trigger output is connected to the second input of the exclusive OR element, the output of which is connected to the input of the data processing unit and is the output of the switch.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 показан вариант устройства с зеркалами, выполненными в виде боковых граней призмы; на фиг.3 приведена схема устройства с автоматическим коммутатором; на фиг.4 показаны временные диаграммы, поясняющие работу автоматического коммутатора; на фиг.5 представлена схема формирования импульса "створ" и временные диаграммы, поясняющие ее работу. Figure 1 presents a diagram of a device; figure 2 shows a variant of the device with mirrors made in the form of side faces of a prism; figure 3 shows a diagram of a device with an automatic switch; 4 is a timing chart explaining the operation of an automatic switch; figure 5 presents a diagram of the formation of the pulse "target" and timing diagrams explaining its operation.

Устройство (см.фиг.1) содержит блок 1 сканирования, состоящий из оптически связанных источника 2 направленного пучка излучения, поворотного зеркального отражателя 3, объектива 4, установленного на фокусном расстоянии от отражателя, фотоэлектрического датчика 5, включающего в себя отражающее зеркало 6, полупрозрачное зеркало 7, линзу 8, диафрагму 9 и фотоприемник 10, и схему 11 формирования импульса "створ"; приемный блок 12, включающий в себя коллимирующий объектив 13, фотоприемник 14 и схему 15 выделения импульса затенения, а также блок 16 обработки данных. В зоне измерения между блоком сканирования 1 и приемным блоком 12 располагается контролируемая деталь 17. Зеркала 6 и 7 фотоэлектрического датчика 5 расположены по ходу лучей за объективом 4 по краям его светового диаметра под углом 45^о к оптической оси объектива и могут быть выполнены на гранях призмы 18. Зеркала 6,7, линза 8, диафрагма 9 и фотоприемник 10 оптического датчика распложены на одной оптической оси, перпендикулярной оси объектива 4, причем диафрагма 9 расположена в эквивалентной фокальной плоскости оптической системы, образованной объективом 4 и линзой 8 (см.фиг.2), где лучи 19, 20 формируют перетяжку 21 сканирующего пучка малого диаметра (около 10 мкм).The device (see Fig. 1) contains a scanning unit 1, consisting of an optically coupled source 2 of a directional radiation beam, a rotary mirror reflector 3, a lens 4 mounted at a focal distance from the reflector, a photoelectric sensor 5, including a reflecting mirror 6, translucent a mirror 7, a lens 8, an aperture 9 and a photodetector 10, and a “target” pulse generating circuit 11; a receiving unit 12, including a collimating lens 13, a photodetector 14 and a shading pulse allocation circuit 15, as well as a data processing unit 16. The measurement zone between the scanning unit 1 and receiver unit 12 is controlled by the item 17. Mirrors 6 and 7 of the photoelectric sensor 5 are arranged along the ray path of the lens 4 on the edges of its diameter light at an angle of ⁴⁵ ° to the optical axis of the lens and can be formed on the faces of the prism 18. Mirrors 6.7, lens 8, aperture 9 and the photodetector 10 of the optical sensor are located on one optical axis perpendicular to the axis of the lens 4, and the aperture 9 is located in the equivalent focal plane of the optical system formed by the fossil 4 and lens 8 (see figure 2), where the rays 19, 20 form the constriction 21 of the scanning beam of small diameter (about 10 microns).

Для повышения температурной стабильности зеркала 6, 7 выполнены в виде скошенных под углом 45^о боковых граней призмы 18, изготовленной из материала с низким коэффициентом линейного теплового расширения, например, из кварцевого оптического стекла.To increase the temperature stability of the mirror 6, 7 are made in the form ^of side edges of a prism 18, beveled at an angle of 45 °, made of a material with a low coefficient of linear thermal expansion, for example, of quartz optical glass.

Для расширения функциональных возможностей устройства за счет измерения ширины зазоров и щелей оно снабжено автоматическим коммутатором 12 (см.фиг. 3), включенным между выходом приемного блока 12 и входом блока 16 обработки данных. Автоматический коммутатора 22 состоит из Д-триггера 23 и элемента 24 "исключающее ИЛИ", соединенных таким образом, что С-вход триггера подключен к выходу схемы 11 формирования импульса "створ" и является управляющим входом коммутатора, Д-вход триггера соединен с выходом схемы 15 выделения импульса затенения и одним из входов элемента 24 "исключающее ИЛИ", выход триггера подключен ко второму входу элемента 24 "исключающее ИЛИ", выход которого является выходом коммутатора 22 и подключен к входу блока 16 обработки данных. To expand the functionality of the device by measuring the width of the gaps and slots, it is equipped with an automatic switch 12 (see Fig. 3), connected between the output of the receiving unit 12 and the input of the data processing unit 16. Automatic switch 22 consists of a D-trigger 23 and an exclusive OR element 24, connected in such a way that the C-input of the trigger is connected to the output of the “gate” pulse-forming circuit 11 and is the control input of the switch, the D-input of the trigger is connected to the output of the circuit 15 highlighting the shading pulse and one of the inputs of the exclusive-OR element 24, the trigger output is connected to the second input of the exclusive-OR element 24, the output of which is the output of the switch 22 and connected to the input of the data processing unit 16.

Схема 11 (см.фиг.4) формирования импульса "створ" состоит из последовательно соединенных первого дифференцирующего звена 25, второго дифференцирующего звена 26, стробируемого компаратора 27 нуля сигнала второй производной и делителя на два 28, а также компаратора 29 уровня сигнала первой производной, вход которого подключен к выходу первого дифференцирующего звена, а выход подключен к стробирующему входу компаратора 27 нуля сигнала второй производной. Входом схемы 11 формиpования импульса "створ" является вход первого дифференцирующего звена 25, а выходом схемы 11 является выход делителя на два 28. Scheme 11 (see FIG. 4) of the “target” pulse formation consists of the first differentiating link 25, the second differentiating link 26, the gate zero comparator 27 of the second derivative signal and the divider by two 28, and also the signal level comparator 29 of the first derivative, whose input is connected to the output of the first differentiating link, and the output is connected to the gate input of the comparator 27 of the zero signal of the second derivative. The input of the “target” pulse forming circuit 11 is the input of the first differentiating link 25, and the output of the circuit 11 is the output of the two 28 divider.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Источник 2 направленного пучка излучения освещает параллельным пучком света поворотный зеркальный отражатель 3. Отраженный от отражателя 3 параллельный пучок света проходит через объектив 4, выходит из него в виде сходящегося пучка, образующего перетяжку в задней фокальной плоскости объектива 4, где располагается контролируемая деталь 17. При вращении поворотного зеркального отражателя 3 ось выходящего из объектива 4 пучка света перемещается параллельно самой себе в направлении, перпендикулярном оптической оси объектива 4. Световой пучок 19 (см.фиг.2), проходящий через один край светового диаметра объектива 4,отражается от зеркала 6, проходит через полупрозрачное зеркало 7, падает на линзу 8 и образует узкую перетяжку 21 в плоскости диафрагмы 9. При вращении зеркального отражателя 3 световой пучок 19 перемещается по зеркалу 6 и линзе 8, а узкая перетяжка 21 этого пучка сканирует диафрагму 9. Прошедший через диафрагму 9 свет освещает фотоприемник 10, на выходе которого формируется первый импульс фототока с крутыми фронтами (см. временную диаграмму U 10 на фиг.5). При достижении сканирующим световым пучком диаметрально противоположного края объектива 4 прошедший через объектив световой пучок 20 отражается от полупрозрачного зеркала 7, проходит через линзу 8 и так же, как пучок 19, образует узкую перетяжку 21 в плоскости диафрагмы 9. Прошедший через диафрагму 9 свет вновь попадает на фотоприемник 10 и формирует на его выходе второй импульс фототока с крутыми фронтами (см. временную диаграмму U 10 на фиг.5). Подключенная к выходу фотоприемника 10 схема 11 формирования импульса "створ" формирует по фронту первого импульса фототока U 10 передний фронт импульса "створ", а по фронту второго импульса фототока U 10 задний фронт импульса "створ" (см.временную диаграмму U 11 на фиг. 5). При этом длительность t_s импульса "створ" прямо пропорциональна расстоянию меду зеркалами 6 и 7 и обратно пропорциональна линейной скорости сканирования пучка по объективу 4. Пучок света, прошедший через центральную часть объектива 4 (фиг.1), проходит через зону измерения с контролируемой деталью 17 и собирается коллимирующим объективом 13 на фотоприемник 14. При вращении зеркального отражателя 3 сканирующий пучок пересекает контролируемую деталь 17 и на выходе подключенной к фотоприемнику 14 схемы 15 выделения импульса затенения формируется прямоугольный импульс (см.временную диаграмму U 12, U 15 на фиг.4), длительность t_d которого пропорциональна поперечному размеру детали 17.A directional radiation source 2 illuminates a rotary mirror reflector 3 with a parallel light beam. A parallel light beam reflected from the reflector 3 passes through the lens 4, leaves it in the form of a converging beam, forming a constriction in the rear focal plane of the lens 4, where the controlled part 17 is located. the rotation of the rotary mirror reflector 3, the axis of the light beam emerging from the lens 4 moves parallel to itself in a direction perpendicular to the optical axis of the lens 4. The light beam 19 (see FIG. 2), passing through one edge of the light diameter of the lens 4, is reflected from the mirror 6, passes through a translucent mirror 7, falls onto the lens 8 and forms a narrow constriction 21 in the plane of the diaphragm 9. When the mirror reflector 3 rotates, the light beam 19 moves along the mirror 6 and lens 8, and a narrow constriction 21 of this beam scans the diaphragm 9. The light transmitted through the diaphragm 9 illuminates the photodetector 10, at the output of which the first pulse of the photocurrent with steep edges is formed (see timing diagram of U 10 in FIG. 5). When the scanning light beam reaches the diametrically opposite edge of the lens 4, the light beam 20 passing through the lens is reflected from the translucent mirror 7, passes through the lens 8 and, like the beam 19, forms a narrow constriction 21 in the plane of the diaphragm 9. The light transmitted through the diaphragm 9 again enters to the photodetector 10 and generates at its output a second pulse of the photocurrent with steep edges (see the time diagram of U 10 in figure 5). The “target” pulse generation circuit 11 connected to the output of the photodetector 10 forms a leading edge of the “target” pulse along the front of the first pulse of the photocurrent U 10, and a leading edge of the “target” pulse along the front of the second pulse of the photocurrent U 10 (see time diagram U 11 in FIG. . 5). Moreover, the duration of the target pulse t _s is directly proportional to the distance between the mirrors 6 and 7 and inversely proportional to the linear scanning speed of the beam through the lens 4. The light beam passing through the central part of the lens 4 (Fig. 1) passes through the measurement zone with a controlled part 17 and is collected by the collimating lens 13 at the photodetector 14. When the mirror reflector 3 is rotated, the scanning beam crosses the controlled part 17 and at the output of the shading pulse extraction circuit 15 connected to the photodetector 14, a pr rectangular pulse (sm.vremennuyu diagram U 12, U 15 in Figure 4), the duration t _d is proportional to the transverse dimension of the panel 17.

Импульс затенения U 12 и импульс "створ" U 11 (фиг.5) поступают на входы микропроцессорного блока 16 обработки данных. Блок 16 обработки данных измеряет их длительности t_d и t_c и рассчитывает поперечный размер детали по формуле:
D

·K, (1) где D поперечный размер детали;
t_d длительность импульса затенения детали;
t_s длительность импульса "створ";
К коэффициент пропорциональности, учитывающий фокусное расстояние и полевые аберрации объектива.The shading pulse U 12 and the target pulse U 11 (Fig. 5) are supplied to the inputs of the microprocessor data processing unit 16. Block 16 data processing measures their duration t _d and t _c and calculates the transverse dimension of the part according to the formula:
D

· K, (1) where D is the transverse dimension of the part;
t _{d the} duration of the pulse shading details;
t _s pulse duration "target";
To the coefficient of proportionality, taking into account the focal length and field aberrations of the lens.

В предложенной схеме устройства фотоэлектрический датчик 5, состоящий из двух зеркал 6, 7, линзы 8, диафрагмы 9, фотоприемника 10 обеспечивает, по сравнению с прототипом, меньший диаметр сканирующего пятна, а значит, и более крутые фронты импульса "створ". Расчеты показывают, что при диаметре освещающего пучка 19 d 19= 1 мм и фокусных расстояниях объектива 4 и линзы 8 равных соответственно F₄ 250 мм, F₈ 50 мм, диаметр перетяжки 21 составляет 0,01 мм. Поскольку, как известно, погрешность измерения длительности электрического импульса пропорциональна длительности этого импульса, то предложенное устройство, по сравнению с прототипом, позволяет значительно увеличить крутизну фронтов и тем самым повысить точность измерения длительности импульса "створ", а следовательно, и точность измерения поперечного размера детали. Например, при указанных выше параметрах оптической схемы крутизна фронтов импульса "створ" возрастает в десять раз.In the proposed device scheme, the photoelectric sensor 5, consisting of two mirrors 6, 7, a lens 8, an aperture 9, a photodetector 10, provides, in comparison with the prototype, a smaller diameter of the scanning spot, and hence steeper pulse edges "target". Calculations show that when the diameter of the illuminating beam is 19 d 19 = 1 mm and the focal lengths of the lens 4 and lens 8 are equal to F ₄ 250 mm, F ₈ 50 mm, respectively, the diameter of the waist 21 is 0.01 mm. Since, as you know, the error in measuring the duration of an electric pulse is proportional to the duration of this pulse, the proposed device, in comparison with the prototype, can significantly increase the steepness of the fronts and thereby increase the accuracy of measuring the pulse duration of the “target”, and therefore the accuracy of measuring the transverse dimension of the part . For example, with the above parameters of the optical scheme, the steepness of the pulse fronts “target” increases tenfold.

Для того, чтобы расстояние между зеркалами 6 и 7, а значит, и длительность t_s импульса "створ" не изменялась в широком диапазоне температур, зеркала 6 и 7 выполнены в виде боковых граней призмы, изготовленной из материала с низким коэффициентом линейного теплового расширения, например, из оптического кварцевого стекла, коэффициент расширения которого составляет α ₁ 0,6˙10^-6 град^-1 (для сравнения коэффициент расширения алюминиевого основания, на котором обычно монтируется оптическая схема аналогичных устройств, равен α ₂= 20 ˙ 10^-6 град^-1). Например, в диапазоне температур от 5^оС до 45^оС расстояние между зеркалами 6 и 7 (около 70 мм), смонтированными на алюминиевом основании, изменяется на 56 мкм, в то время как расстояние между зеркалами, выполненными на кварцевой призме, изменяется не более чем на 1,5 мкм, что значительно меньше линейного расширения самой контролируемой детали (например, размер стальной детали диаметром 40 мм изменяется при этом на 16 мкм).In order that the distance between the mirrors 6 and 7, and hence the duration t _s of the “target” pulse, does not change over a wide temperature range, the mirrors 6 and 7 are made in the form of side faces of a prism made of a material with a low coefficient of linear thermal expansion, for example, from optical quartz glass, the expansion coefficient of which is α ₁ 0.6˙10 ^-6 deg ^-1 (for comparison, the expansion coefficient of the aluminum base, on which the optical circuit of similar devices is usually mounted, is α ₂ = 20 ˙ 10 ^-6 deg ^-1 ). For example, in the temperature range from 5 ^{° C} ^to 45 ° C the distance between mirrors 6 and 7 (approximately 70 mm) mounted on an aluminum base, is changed to 56 microns, while the distance between the mirrors is formed on a quartz prism does not vary more than 1.5 microns, which is significantly less than the linear expansion of the most controlled part (for example, the size of a steel part with a diameter of 40 mm changes by 16 microns).

Работа автоматического коммутатора 22 (см.фиг.3) поясняется временными диаграммами, изображенными на фиг.4. The operation of the automatic switch 22 (see figure 3) is illustrated by the timing diagrams depicted in figure 4.

В том случае, когда контролируемая деталь 17 представляет собой непрозрачный предмет, например, стальной вал, на выходе приемного блока 12 формируется в уровнях ТТЛ импульс затенения U 12а, имеющий форму перепада из состояния логической "1", в состояние логического "0", который поступает на Д-вход триггера 23. По времени импульс затенения U 12 всегда расположен между фронтом и спадом импульса "створ" U 11, поступающего на С-вход триггера 23. По переднему фронту импульса "створ" U 11 срабатывает триггер 23 и на его выходе устанавливается логический уровень Д-входа триггера, т.е. уровень логической "1" (см.временную диаграмму U 23), который поступает на один из входов элемента "исключающее ИЛИ" 24. При наличии на одном из входов элемента 24 уровня логической "1" он без инверсии пропускает импульс затенения U 12а, поступающий на его второй вход с выхода приемного блока 12. В результате этого на выходе автоматического коммутатора формируется импульс затенения U 24а, повторяющий форму импульса затенения U 12а на его входе. In the case when the controlled part 17 is an opaque object, for example, a steel shaft, at the output of the receiving unit 12, a shading pulse U 12a is formed in the TTL levels, having the form of a difference from a logical “1” state to a logical “0” state, which arrives at the D-input of the trigger 23. In time, the shadowing pulse U 12 is always located between the front and the fall of the pulse "target" U 11, arriving at the C-input of the trigger 23. On the leading edge of the pulse "target" U 11 the trigger 23 is triggered and output is set to logic level D trigger input, i.e. logical level “1” (see the time diagram of U 23), which is fed to one of the inputs of the exclusive-OR element 24. If one of the inputs of the element 24 has a logical “1” level, it passes the invert pulse U 12a without inversion to its second input from the output of the receiving unit 12. As a result, a shading pulse U 24a is formed at the output of the automatic switch, repeating the shape of the shading pulse U 12a at its input.

В случае, когда контролируется деталь представляет собой зазор между двумя непрозрачными кромками, импульс затенения U 12б на выходе приемного блока 12 имеет противоположную полярность, т.е. представлен перепадом из состояния логического "0" в состояние логической "1". В этом случае с приходом переднего фронта импульса "створ" U 11 триггер 23 устанавливается по выходу в противоположное состояние состояние логического "0" U 23б, которое передается на вход элемента 24. При наличии на одном из входов элемента 24 потенциала логического "0", он инвертирует поступающий на его второй вход импульс затенения U 12б, в результате чего на выходе автоматического коммутатора 22 формируется импульс затенения U 24б, противоположный по форме входному импульсу затенения U 12б, и совпадающий с формой импульса затенения от непрозрачной детали типа вала. Таким образом, при наличии автоматического коммутатора, форма импульса затенения на входе блока 16 обработки данных не зависит от типа контролируемой детали (вал или зазор), что расширяет функциональные возможности устройства. In the case when the part being controlled is a gap between two opaque edges, the shading pulse U 12b at the output of the receiving unit 12 has the opposite polarity, i.e. represented by the difference from the state of the logical "0" to the state of the logical "1". In this case, with the arrival of the leading edge of the pulse, “target” U 11, trigger 23 is set to output a state of logical “0” U 23b, which is transmitted to the input of element 24, in the opposite state. If there is a potential of logical “0” at one of the inputs of element 24, it inverts the shading pulse U 12b arriving at its second input, as a result of which the shading pulse U 24b is formed at the output of the automatic switch 22, which is opposite in shape to the input shading pulse U 12b, and coincides with the shape of the shading pulse from opaque shaft type parts. Thus, in the presence of an automatic switch, the shape of the shading pulse at the input of the data processing unit 16 does not depend on the type of part being controlled (shaft or clearance), which extends the functionality of the device.

Схема 11 формирования импульса "створ" работает следующим образом. Импульсы фототока U 10 (фиг.5) с выхода фотоприемника 10 фотоэлектрического датчика (фиг.1) поступают на вход первого дифференцирующего звена 25 схемы 11 (фиг. 5). На ее выходе формируется инвертированное напряжение U 25, соответствующее первой производной входного сигнала U 10. Координаты максимумов положительной полярности в сигнале первой производной U 25 соответствуют фронтам импульса фототока во входном сигнале U 10. Напряжение U 25 первой производной поступает на вход второго дифференцирующего звена 26, где выделяется сигнал второй производной U 26. Точки перехода через ноль сигнала второй производной U 26 соответствуют переднему и заднему фронту импульсов фототока U 10. Компаратор 29 уровня сигнала первой производной служит для выделения моментов времени, соответствующих только передним фронтам импульса фототока. Для этого поступающее на неинвертирующий вход компаратора 29 напряжение первой производной U 25 сравнивается с пороговым уровнем U пор (пунктир на диаграмме U 25), поданным на инвертирующий вход компаратора 29. Результатом сравнения является импульс логической "1" U в моменты времени, соответствующие передним фронтам импульсов фототока. Импульсное напряжение U 29 поступает на стробирующий вход компаратора 27 нуля второй производной, который открывается и переходит в состояние логического "0" с приходом стробирующего импульса U 29, а затем возвращается в состояние логической "1" в момент перехода через ноль сигнала второй производной U 26. Благодаря этому на выходе компаратора 27 формируется два коротких импульса U 27, задние фронты которых соответствуют передним фронтам первого и второго импульсов фототока. По задним фронтам импульсов U 27 происходит срабатывание делителя на два 28, на выходе которого формируется прямоугольный импульс "створ" U 28, передний и задний фронты которого точно соответствуют передним фронтам первого и второго импульсов фототока U 10. Благодаря использованию предложенной схемы формирования импульса "створ" длительность последнего не зависит от таких влияющих факторов, как дрейф темнового тока фотоприемника 10, дрейф нуля операционных усилителей, а также от внешних засветок, пульсаций мощности лазерного излучения и других помех, спектр которых уже спектра импульса фототока U 10. Scheme 11 pulse formation "target" works as follows. The pulses of the photocurrent U 10 (Fig. 5) from the output of the photodetector 10 of the photoelectric sensor (Fig. 1) are fed to the input of the first differentiating link 25 of the circuit 11 (Fig. 5). An inverted voltage U 25 corresponding to the first derivative of the input signal U 10 is generated at its output. The coordinates of the maxima of positive polarity in the signal of the first derivative U 25 correspond to the edges of the photocurrent pulse in the input signal U 10. The voltage U 25 of the first derivative is supplied to the input of the second differentiating link 26, where the signal of the second derivative of U 26 is extracted. The transition points through zero of the signal of the second derivative of U 26 correspond to the leading and trailing edges of the photocurrent pulses U 10. The signal level comparator 29 nd derivative serves for selection of instants of time corresponding to only rising edges of the pulse photocurrent. For this, the voltage of the first derivative U 25 supplied to the non-inverting input of the comparator 29 is compared with the threshold level U then (dashed line in the diagram U 25) applied to the inverting input of the comparator 29. The result of the comparison is a logical “1” U pulse at times corresponding to the leading edges pulses of the photocurrent. The pulse voltage U 29 is supplied to the gate input of the comparator 27 of the zero of the second derivative, which opens and enters the logical "0" state with the arrival of the gate pulse U 29, and then returns to the logical "1" state at the moment the signal of the second derivative U 26 passes through zero Due to this, two short pulses U 27 are formed at the output of comparator 27, the trailing edges of which correspond to the leading edges of the first and second photocurrent pulses. On the trailing edges of the pulses U 27, a divider for two 28s is triggered, at the output of which a rectangular pulse “gate” U 28 is formed, the leading and trailing edges of which exactly correspond to the leading edges of the first and second pulses of the photocurrent U 10. Using the proposed pulse formation circuit “gate” "the duration of the latter does not depend on such influencing factors as the dark current drift of the photodetector 10, the zero drift of operational amplifiers, as well as external illumination, pulsations of the laser radiation power, and others x interference, the spectrum of which is already the spectrum of the pulse of the photocurrent U 10.

Схема 15 выделения импульса затенения может быть реализована, например, по схеме, описанной в статье Е.В.Алексеенко, Г.А.Филимоновой, Е.К.Шарцева "Формирование сигналов лазерных измерителей" Измерительная техника, 1988, N 8, с. 16-17 или по схеме, предложенной в патенте США N 3907439 от сентября 1975 г. The shading pulse extraction circuit 15 can be implemented, for example, according to the circuit described in the article by E.V. Alekseenko, G.A. Filimonova, E.K. Shartseva "Formation of Laser Meter Signals" Measuring Technique, 1988, N 8, p. 16-17 or according to the scheme proposed in US patent N 3907439 from September 1975

Блок 16 обработки данных, так же, как и в прототипе, представляет собой высокочастотный генератор тактовых импульсов и два счетчика, выходы которых подключены к шине данных микро-ЭВМ или микропроцессорного котроллера. На счетные входы счетчиков поступают импульсы тактового генератора, на вход разрешения одного счетчика поступает импульс "створ" со схемы 11 формирования импульса "створ", а на вход второго счетчика поступает импульс затенения с выхода схемы 15 выделения импульса затенения. Количества импульсов, накопленные первым и вторым счетчиками, пропорциональны, соответственно, длительностям импульса "створ" и импульса затенения. Микро+ЭВМ считывает содержимое счетчиков и выполняет заданные программой операции для вычисления размера контролируемой детали. The data processing unit 16, as in the prototype, is a high-frequency clock and two counters, the outputs of which are connected to the data bus of the microcomputer or microprocessor controller. The counting inputs of the counters receive pulses of a clock generator, the gate pulse from the pulse generating circuit 11 of the target is fed to the resolution input of one counter, and the shadowing pulse from the output of the shadowing pulse isolation circuit 15 is fed to the input of the second counter. The number of pulses accumulated by the first and second counters are proportional, respectively, to the duration of the target pulse and the shading pulse. Micro + computer reads the contents of the counters and performs the operations specified by the program to calculate the size of the controlled part.

Claims

1. A DEVICE FOR MEASURING A TRANSVERSE SIZE OF DETAILS, comprising a scanning unit, consisting of an optically coupled source of a directed radiation beam, a second mirror reflector, a lens mounted at the focal distance from the reflector, a photoelectric sensor located along the edges of the lens on the scanning line, and a pulse generating circuit "Gate" connected to the output of the photoelectric sensor, the receiving unit, which includes a collimating lens, a photodetector and a pulse extraction circuit is shaded I, as well as a data processing unit, the inputs of which are connected to the outputs of the receiving unit and the "Stvor" pulse-forming circuit, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements, the photoelectric sensor is made in the form of a reflective and translucent mirror with a transverse size smaller than the light diameter of the lens, lens, aperture and photodetector, mirrors are located along the rays passing through the lens along the edges of the light diameter of the lens parallel to each other at an angle of 45 ^o to the axis of the lens so that a translucent mirror located along the reflected beam between the reflecting mirror and the lens, and the lens, aperture and photodetector are arranged sequentially along the rays reflected from the mirrors, the diaphragm is located in the focal plane of the optical system formed by the lens and the lens.

2. The device according to claim 1. characterized in that, in order to increase accuracy by increasing temperature stability, the mirrors are made in the form of side faces of a prism made of a material with a low coefficient of linear thermal expansion.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that, in order to expand the functionality by measuring the width of the gaps, it is equipped with an automatic switch connected between the output of the receiving unit and the input of the data processing unit, which consists of a D-trigger and an EXCLUSIVE OR element, with C- the trigger input is connected to the output of the “Stvor” pulse shaping circuit and is the control input of the switch, the D-input of the trigger is connected to the output of the shading pulse allocation circuit and one of the inputs of the circuit is EXCLUSIVE OR and is the input of the switch a, and the trigger output is connected to the second input of the EXCLUSIVE OR element, the output of which is connected to the input of the data processing unit and is the output of the switch.