RU2555505C2

RU2555505C2 - Device for determination of angular positions of object surface

Info

Publication number: RU2555505C2
Application number: RU2012128235/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Данилин; Сергей Александрович Данилин; Ольга Викторовна Теряева
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2015-07-10
Also published as: RU2012128235A

Abstract

FIELD: physics, optics.

SUBSTANCE: invention relates to fibre optics and can be used for measurement of the angle of deflection of controlled object surface from datum level, profile and part surface curvature in machine building. Proposed device comprises radiation source, V-like waveguide system, two comparators, photo receiver and cylindrical optical adapter. Every waveguide fitted in said adapter allows the device operation in its particular range of angular positions which cover the required operating range of control surface angular position measurements.

EFFECT: expanded operating range of control surface angular position measurements.

5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение предназначено для измерения угла отклонения поверхности контролируемых объектов от базового уровня, профиля и кривизны поверхностей деталей в машиностроении.The present invention is intended to measure the angle of deviation of the surface of the controlled objects from the base level, profile and surface curvature of parts in mechanical engineering.

Известно устройство для определения углового положения поверхности объекта - координатно-измерительная машина (Машиностроение [Текст]: энцикл.: В 40 т. / Ред. совет: К.В.Фролов (пред.) и др. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение. Разд. 3.: Технология производства машин, Т.3-7: Измерения, контроль, испытания и диагностика / В.В.Клюев и др.]; Ред.-сост. В.В.Клюев; Отв. ред. П.Н.Белянин. - 2001. - 462 с.), функционирование которой основано на использовании набора контактных или бесконтактных датчиков, с помощью которых определяется расстояние от базового уровня до нескольких точек контролируемой поверхности и по результатам измерений делается заключение об угловом положении контролируемой поверхности.A device for determining the angular position of the surface of an object is a coordinate measuring machine (Mechanical Engineering [Text]: encyclopedia: 40 t. / Ed. Advice: K.V. Frolov (previous) and others - 2nd ed., Rev. and add. - M.: Mechanical Engineering. Section 3 .: Technology of production of machines, T.3-7: Measurement, control, testing and diagnostics / V.V. Klyuev et al.]; Ed.-comp. V .V. Klyuev; Edited by P.N.Belyanin. - 2001. - 462 p.), The operation of which is based on the use of a set of contact or non-contact sensors, with the help of which the distance from the base level to several points of the surface to be monitored, and based on the measurement results, a conclusion is made about the angular position of the surface to be monitored.

Недостатком этого устройства являются большие временные затраты на установку, тарировку датчиков и обработку результатов измерений.The disadvantage of this device is the large time spent on installation, calibration of sensors and processing of measurement results.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство (А.С. №1682784, G01B 21/22, опубл. 07.01.1991 г.), содержащее: источник излучения, фотоприемник, светопроводящую систему, состоящую из двух световодов, два компаратора с различными уровнями компарирования, формирователь уровней компарирования, два блока выделения середин электрических импульсов, блок регистрации временных интервалов, входы которого соединены с выходами блоков выделения середин электрических импульсов, концы световодов, предназначенные для направления к контролируемой поверхности, объединены в один приемно-передающий коллектор, второй конец первого световода подключен к источнику излучения, второй конец второго световода - к фотоприемнику, к выходу которого подключены первые входы компараторов, вторые входы компараторов подключены к выходам формирователя уровней компарирования, выходы компараторов подключены к входам блоков выделения середин электрических импульсов, выход блока регистрации временных интервалов является выходом устройства, оптическую насадку с двумя световодами, электродвигателем, оптическая насадка выполнена в виде цилиндра радиуса R, ось вращения которого отстоит от приемно-передающего коллектора светопроводящей системы на расстоянии L≥R+ε, где ε - технологический зазор, обеспечивающий отсутствие касания первого световода и приемно-передающего коллектора, два световода установлены в оптической насадке так, что их оптические оси совпадают с двумя взаимно-перпендикулярными диаметрами цилиндра и лежат в одной плоскости с оптической осью приемно-передающего коллектора, диаметры световодов равны диаметру d приемно-передающего коллектора, длина первого световода (3…4)/d≤11≤d(5…6), длина второго световода d/2≤12≤R-d/2 (данное устройство выбрано в качестве прототипа).The closest in technical essence to the present invention is a device (AS No. 1682784, G01B 21/22, publ. 01/07/1991), containing: a radiation source, a photodetector, a light guide system consisting of two optical fibers, two comparators with different levels of comparing, shaper of levels of comparing, two blocks for selecting the middle of electrical pulses, a unit for recording time intervals, the inputs of which are connected to the outputs of blocks for selecting the middle of electrical pulses, the ends of the optical fibers intended for The signals to the controlled surface are combined into one receiving-transmitting collector, the second end of the first fiber is connected to the radiation source, the second end of the second fiber is connected to the photodetector, the first inputs of the comparators are connected to its output, the second inputs of the comparators are connected to the outputs of the comparator of the comparator levels, the outputs of the comparators connected to the inputs of the blocks of allocation of the middle of electrical pulses, the output of the recording unit of time intervals is the output of the device, an optical nozzle with two light with gadgets, an electric motor, an optical nozzle is made in the form of a cylinder of radius R, the axis of rotation of which is separated from the receiving and transmitting collector of the light guide system at a distance L≥R + ε, where ε is the technological gap ensuring that the first fiber and the receiving and transmitting collector do not touch, two the optical fibers are installed in the optical nozzle so that their optical axes coincide with two mutually perpendicular cylinder diameters and lie in the same plane with the optical axis of the receiver-transmitter collector, light diameters The length of the first fiber is (3 ... 4) / d≤11≤d (5 ... 6), the length of the second fiber is d / 2≤12≤R-d / 2 (this device is selected as a prototype).

Недостатком известного устройства является узкий диапазон измеряемых угловых положений контролируемой поверхности, обусловленный ограниченной длительностью совместного существования излученного и отраженного световых потоков, что в свою очередь определяется конструктивно - технологическими соотношениями размеров приемно-передающего коллектора и световода оптической насадки.A disadvantage of the known device is a narrow range of measured angular positions of the surface being monitored, due to the limited duration of the coexistence of the emitted and reflected light fluxes, which in turn is determined by the structural and technological ratios of the sizes of the receiver-transmitter collector and the optical fiber of the optical nozzle.

В основу изобретения поставлена задача расширения диапазона измеряемых угловых положений контролируемых поверхностей.The basis of the invention is the task of expanding the range of measured angular positions of the controlled surfaces.

Для достижения поставленной задачи в устройство определения угловых положений поверхности объекта, содержащее: источник излучения, подключенный к одному из концов V-образной световодной системы, фотоприемник, два компаратора, два блока выделения середин электрических импульсов, вход фотоприемника, подключенный ко второму концу V-образной световодной системы, а выходы фотоприемника соединены с первыми входами двух компараторов с различными уровнями компарирования, вторые входы компараторов, соединенные с выходом формирователя уровней, а выходы компараторов подключены к соответствующим входам блока выделения середин электрических импульсов, выходы которых соединены с соответствующим входами блока регистрации временных интервалов, перечисленные элементы объединены в первый унифицированный блок, оптическую насадку в виде цилиндра, электродвигатель, вал которого связан с осью оптической насадки, в которой диаметрально установлен световод, образцово-отражающую поверхность, расположенную на боковой поверхности оптической насадки таким образом, что ее центр совпадает с диаметром, взаимно перпендикулярным оси световода оптической насадки, согласно изобретению: второй световод оптической насадки установлен в насадке диаметрально таким образом, что его ось отклонена относительно оси первого световода на угол β, величина которого определена из соотношения β=2(l+r)/R, где l - радиус приемно-передающего коллектора, r - радиус световода, R - радиус оптической насадки, третий световод оптической насадки, установленный в насадке диаметрально таким образом, что его ось отклонена относительно оси второго световода на угол β, вторая образцово-отражающая поверхность, расположенная на боковой поверхности оптической насадки, параллельно первой образцово-отражающей поверхности, расположенной таким образом, что через центр первой и второй образцово-отражающей поверхности проходит диаметр оптической насадки, перпендикулярный оси первого световода, третья и четвертая образцово-отражающие поверхности, расположенные на боковой поверхности оптической насадки параллельно друг другу таким образом, что через центр третьей и четвертой образцово-отражающей поверхности проходит диаметр оптической насадки, перпендикулярный оси второго световода, пятая и шестая образцово-отражающие поверхности, расположенные на боковой поверхности оптической насадки параллельно, при этом через центр пятой и шестой образцово-отражающей поверхности проходит диаметр оптической насадки, перпендикулярный оси третьего световода, сечения, в которых находятся соответствующие оси световодов и центры образцово-отражающих участков оптической насадки, расположены произвольным образом по длине оптической насадки (например, равноудаленно друг от друга), также дополнительно содержит второй и третий унифицированные блоки, включающие в себя те же устройства, связи и порядок соединения которых, аналогичны представленным в первом унифицированном блоке, при этом оси второго и третьего световодов оптической насадки совпадают с соответствующими осями приемно-передающих коллекторов второго и третьего унифицированных блоков, микроконтроллер, выполняющий функции определения разности информационного и опорного кодов временных интервалов и установления пропорциональной связи между разностным временным интервалом и угловым положением поверхности, информация о котором, представленная в цифровом виде, на одном из выходных портов микроконтроллера, является выходным сигналом устройства.To achieve the task, a device for determining the angular positions of the surface of an object, comprising: a radiation source connected to one of the ends of the V-shaped light guide system, a photodetector, two comparators, two blocks for extracting the middle of electric pulses, an input of the photodetector connected to the second end of the V-shaped fiber guide system, and the outputs of the photodetector are connected to the first inputs of two comparators with different levels of comparing, the second inputs of comparators connected to the output of the shaper level and the outputs of the comparators are connected to the corresponding inputs of the unit for extracting the middle of electrical pulses, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the time interval recording unit, the listed elements are combined into the first unified unit, an optical nozzle in the form of a cylinder, an electric motor whose shaft is connected to the axis of the optical nozzle, in of which a fiber is diametrically installed, an exemplary reflective surface located on the side surface of the optical nozzle in such a way that its center coincides t with a diameter mutually perpendicular to the axis of the optical fiber of the optical nozzle according to the invention: the second optical fiber of the optical nozzle is installed diametrically in the nozzle so that its axis is deflected relative to the axis of the first fiber by an angle β, the value of which is determined from the relation β = 2 (l + r) / R, where l is the radius of the receiving and transmitting collector, r is the radius of the optical fiber, R is the radius of the optical nozzle, the third optical fiber of the optical nozzle mounted diametrically in such a way that its axis is deflected relative to the axis of the second fiber at an angle β, a second exemplary reflective surface located on the side surface of the optical nozzle parallel to the first exemplary reflective surface located so that the diameter of the optical nozzle perpendicular to the axis of the first fiber passes through the center of the first and second exemplary reflective surfaces, the third and the fourth model-reflective surface located on the side surface of the optical nozzle parallel to each other so that through the center of the third and fourth model-reflective the diameter of the optical nozzle, perpendicular to the axis of the second fiber, the fifth and sixth sample reflective surfaces located on the side surface of the optical nozzle in parallel, while the diameter of the optical nozzle perpendicular to the axis of the third optical fiber passes through the center of the fifth and sixth model reflective surface , in which the corresponding axes of the optical fibers and the centers of the sample-reflecting sections of the optical nozzle are located, are located arbitrarily along the length of the optical nozzle (for example, equidistant from each other), also additionally contains the second and third unified blocks, including the same devices, the connections and connection order of which are similar to those presented in the first unified block, while the axes of the second and third optical fiber optical fibers coincide with the corresponding the axes of the receiving and transmitting collectors of the second and third unified blocks, a microcontroller that performs the function of determining the difference between the information and reference codes of time intervals and setting proportional relationship between time interval difference and the angular position of the surface on which the information presented in digital form, one of the output ports of the microcontroller, the device is an output signal.

Расширение диапазона измеряемых угловых положений контролируемых поверхностей достигается за счет установки дополнительных световодов в оптическую насадку.The expansion of the range of measured angular positions of the surfaces to be monitored is achieved by installing additional optical fibers in the optical nozzle.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства, на фиг.2 представлена оптическая насадка со световодами и образцово-отражающими поверхностями, на фиг.3 представлены геометрические построения, определяющие величину угла β, при движении световода оптической насадки в зоне видимости приемно-передающего коллектора, на фиг.4 представлено угловое отклонение а поверхности относительно оптической насадки, на фиг.5 представлены временные диаграммы электрических сигналов, поясняющие работу устройства.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a block diagram of a device, Fig. 2 shows an optical nozzle with optical fibers and exemplary reflective surfaces, Fig. 3 shows geometric constructions that determine the angle β, when an optical nozzle moves in the zone Fig. 4 shows the angular deviation of the surface relative to the optical nozzle, Fig. 5 shows timing diagrams of electrical signals explaining the operation of the device. oystva.

Устройство для определения угловых положений поверхностей объекта (фиг.1) содержит: 1, 2, 3 световоды (фиг.2), оптическую насадку 4, выполненную в виде цилиндра (фиг.2), в которую установлены 1, 2 и 3 световоды, которые исполнены, например, в виде стеклянных стержней, оси которых совпадают с диаметрами оптической насадки и отклонены друг относительно друга на угол β, величина которого определяется в соответствии с формулой: β=2(l+r)/R, где l - радиус приемно-передающего коллектора, r - радиус световода, R - радиус оптической насадки, электродвигатель 5, три пары образцово-отражающих поверхностей 6-7, 8-9, 10-11 (фиг.2), которые выполнены, например, путем нанесения зеркально-отражающего покрытия на локальные участки боковой поверхности оптической насадки, имеющие площадь отражающей поверхности, равную площади одного из торцов световода оптической насадки (фиг.2, 4), центры образцово-отражающих поверхностей совпадают с диаметром оптической насадки, перпендикулярным оси соответствующего световода, при этом световоды установлены произвольным образом по длине оптической насадки, например, равноудаленно друг от друга, V-образную светопроводящую систему 12, выполненную из двух световодов, одни из концов которых объединены и образуют приемно-передающий коллектор, расположенный в непосредственной близости от траектории движения торцов световода 1, один из свободных концов световодов V-образной системы подключен к источнику 13 излучения и служит для ввода излучения в светопроводящую систему 12, второй свободный конец световода V-образной системы, служащий для вывода информационного светового потока, подключен ко входу фотоприемника 14, компаратор 15, один из входов которого подключен к выходу фотоприемника 14, а второй вход соединен с одним из выходов формирователя 16 уровней компарирования, выполненный, например, на основе потенциометрического регулятора, компаратор 17, один из входов которого подключен к выходу фотоприемника 14, а второй вход соединен со вторым выходом формирователя 16 уровней компарирования, блоки 18, 19 выделения середин электрических импульсов, подключенные соответственно к выходам компараторов 15, 17, блок 20 регистрации временных интервалов, выполненный, например, на основе цифрового счетчика, входы которого соединены соответственно с выходами блоков 18, 19 выделения середин электрических импульсов, выход блока 20 регистрации временных интервалов является выходом первого унифицированного блока 21, блоки 22 и 23 являются идентичными по устройству и содержанию с блоком 21, причем оси приемно-передающих коллекторов соответствующих V-образных световодных систем блоков 21, 22, 23 отклонены друг относительно друга на угол β таким образом, что если ось световода 1 и ось приемно-передающего коллектора световодной системы блока 21 совпадают, то и оси световодов 2 и 3 оптической насадки совпадают с соответствующими осями приемно-передающих коллекторов блоков 22 и 23, выходы блоков 21, 22, 23 подключены к соответствующим входным портам микроконтроллера 24, выполняющего функции определения разности информационного и опорного кодов временных интервалов, и установления пропорциональной связи между разностным временным интервалом и угловым положением поверхности, информация о котором, представленная в цифровом виде на одном из выходных портов микроконтроллера, является выходным сигналом устройства, микроконтроллер может быть выполнен, например, на базе семейства Intel 80386.A device for determining the angular positions of the surfaces of an object (Fig. 1) contains: 1, 2, 3 optical fibers (Fig. 2), an optical nozzle 4, made in the form of a cylinder (Fig. 2), in which 1, 2 and 3 optical fibers are installed, which are made, for example, in the form of glass rods whose axes coincide with the diameters of the optical nozzle and are deflected relative to each other by an angle β, the value of which is determined in accordance with the formula: β = 2 (l + r) / R, where l is the receiving radius transmitting collector, r is the radius of the fiber, R is the radius of the optical nozzle, electric motor 5, three pa ery exemplary-reflective surfaces 6-7, 8-9, 10-11 (figure 2), which are made, for example, by applying a mirror-reflective coating to local sections of the side surface of the optical nozzle having an area of the reflecting surface equal to the area of one of the ends of the optical fiber of the optical nozzle (FIGS. 2, 4), the centers of the sample-reflecting surfaces coincide with the diameter of the optical nozzle perpendicular to the axis of the corresponding optical fiber, while the optical fibers are installed arbitrarily along the length of the optical nozzle, for example, equidistant about from each other, a V-shaped light guide system 12 made of two optical fibers, one of the ends of which are combined and form a receiving-transmitting collector located in close proximity to the trajectory of the ends of the optical fiber 1, one of the free ends of the optical fibers of the V-shaped system is connected to the radiation source 13 and serves to input radiation into the light guide system 12, the second free end of the fiber of the V-shaped system, which serves to output the information light flux, is connected to the input of the photodetector 14, compar atator 15, one of the inputs of which is connected to the output of the photodetector 14, and the second input is connected to one of the outputs of the comparator 16 of the comparing levels, made, for example, based on a potentiometric regulator, a comparator 17, one of the inputs of which is connected to the output of the photodetector 14, and the second the input is connected to the second output of the shaper 16 levels of comparing, blocks 18, 19 allocation of the middle of the electrical pulses, respectively connected to the outputs of the comparators 15, 17, block 20 recording time intervals, made, for example p, on the basis of a digital counter, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the electric pulse middle units 18, 19, the output of the time interval recording unit 20 is the output of the first unified block 21, the blocks 22 and 23 are identical in structure and content to the block 21, and the axes of the receiving and transmitting collectors of the respective V-shaped optical fiber systems of the blocks 21, 22, 23 are deflected relative to each other by an angle β so that if the axis of the fiber 1 and the axis of the receiving and transmitting collector are fiber the systems of block 21 coincide, then the axes of the optical fibers 2 and 3 of the optical nozzle coincide with the corresponding axes of the transmitting and receiving collectors of blocks 22 and 23, the outputs of the blocks 21, 22, 23 are connected to the corresponding input ports of the microcontroller 24, which performs the function of determining the difference between the information and reference codes time intervals, and establishing a proportional relationship between the difference time interval and the angular position of the surface, information about which is presented in digital form at one of the output ports of the microcontrol Era is the output signal of the device, the microcontroller can be executed, for example, based on the Intel 80386 family.

Устройство для определения угловых положений поверхности объекта (фиг.1) работает следующим образом.A device for determining the angular position of the surface of the object (figure 1) works as follows.

Источник 13 излучения унифицированного блока 21 и аналогичные ему источники излучения в блоках 22, 23 формируют световые потоки, которые канализируются по одному из отводов соответствующих светопроводящих систем к приемно-передающим коллекторам блоков 21, 22, 23 (см. фиг.1), и излучаются: с приемно-передающего коллектора блока 21 в направлении световода 1, с приемно-передающего коллектора блока 22 в направлении световода 2, и с приемно-передающего коллектора блока 23 в направлении световода 3, оптической насадки 4, вращаемой электродвигателем 5 с круговой частотой ω. Световые потоки, попадающие в световоды 1, 2, 3, проходят через них и излучаются в направлении контролируемой поверхности. При этом световой поток световода 1, отраженный от контролируемой поверхности, частично попадает на внешний торец этого световода, если соотношение между α и β отвечает неравенству 0<α<β и не попадает на торцы световодов 2, 3, поэтому в этом диапазоне угловых положений контролируемой поверхности работает только блок 21. Световой поток световода 2, отраженный от контролируемой поверхности поступает на внешний торец этого световода, если соотношение между α и β отвечает неравенству β<α<2β и не попадает на торцы световодов 1, 3, поэтому в этом диапазоне угловых положений контролируемой поверхности работает только блок 22. Световой поток световода 3, отраженный от контролируемой поверхности, поступает на внешний торец этого световода, если соотношение между α и β отвечает неравенству 2β<α<3β и не попадает на торцы световодов 1, 2, поэтому в этом диапазоне угловых положений контролируемой поверхности работает только блок 23. Продолжим рассмотрение устройства для случая угловых положений контролируемой поверхности, лежащих в диапазоне 0<α<β. Световой поток, частично попавший на внешний торец световода 1, проходит через него и излучается в сторону приемно-передающего коллектора светопроводящей системы 12. Принятый приемно-передающим коллектором световой поток канализируется по второму из свободных концов V-образной светопроводящей системы 12 на вход фотоприемника 14. Световой поток, принятый фотоприемником 14, преобразуется в информационный электрический сигнал с амплитудой U₀ (фиг.5, диаграмма «а»), который поступает на один из входов компаратора 15 и сравнивается в моменты времени t₁; t₃ с уровнем компарирования U_Б (см. фиг.5, диаграмма «а») формирователя 16 уровней компарирования, в результате компаратор 13 вырабатывает прямоугольный электрический импульс (см. фиг.5, диаграмма «б»), временная отметка (фиг.5 диаграмма «г») середины которого, соответствующая времени t₂, формируется в блоке 18 определения середины Т электрических импульсов. Через четверть периода $\frac{T}{4}$

вращения ротора электродвигателя 5 образцово-отражающая поверхность 6 (фиг.1, 2, 3, 4) пройдет мимо приемно-передающего коллектора светопроводящей системы 12, и отраженный от нее световой поток попадает частично обратно в приемно-передающий коллектор светопроводящей системы 12, после чего поступает на фотоприемник 14, на выходе которого формируется сигнал (фиг.5, диаграмма «а») с максимальной амплитудой U_m, так как минимальный зазор между приемно-передающим коллектором и образцово-отражающей поверхностью обеспечивает наиболее полное попадание отраженного потока на приемно-передающий коллектор и поэтому обеспечивает формирование максимальной амплитуды выходного сигнала фотоприемника 14, импульс с амплитудой U_m сравнивается в моменты времени t₄; t₆, с уровнем компарирования U_A (фиг.5, диаграмма «в») формирователя 16 уровней компарирования, компаратор 17 вырабатывает электрический прямоугольный импульс (фиг.5, диаграмма «в»), временная отметка середины которого (диаграмма «г»), соответствующая времени t₅, формируется в блоке 19 определения середины электрических импульсов, этот импульс будет считаться опорным, полученным от образцово-отражающей поверхности. Затем в блоке 20, выполненным, например, на основе цифрового счетчика, измеряется временной интервал τ₂ между временными отметками t_i2; t_i5 (фиг.5, диаграмма «г»). Зарегистрированный временной интервал τ₂ в виде цифрового кода подается на первый входной порт микроконтроллера 24. Аналогично унифицированному блоку 21 функционируют блоки 22 и 23, информационные цифровые коды, с выхода которых поступают соответственно на 2 и 3 входные порты блока 24, который реализует алгоритм определения временного расхождения

, где

\frac{T}{4}

- код временного интервала (при известной частоте вращения насадки ω), заранее прописанный в памяти микроконтроллера. Информация об угловом положении поверхности объекта может поступать на микроконтроллер только от одного из блоков 21, 22 или 23. Таким образом, в блоке 24, выполненном на микроконтроллере, устанавливается пропорциональная связь между угловым положением контролируемой поверхности α (фиг.4) и временным интервалом Δ: α~kΔ, где k=1,2,3, в зависимости от номера входного порта микроконтроллера 24, после чего значение в виде цифрового кода поступает на выходной порт блока 24 и является выходом устройства.The radiation source 13 of the standardized block 21 and similar radiation sources in the blocks 22, 23 form light fluxes that are channelized along one of the taps of the respective light guide systems to the transmitting-receiving collectors of the blocks 21, 22, 23 (see Fig. 1), and are emitted : from the receiving and transmitting collector of block 21 in the direction of the light guide 1, from the receiving and transmitting collector of block 22 in the direction of the light guide 2, and from the receiving and transmitting collector of block 23 in the direction of the light guide 3, the optical nozzle 4, rotated by a motor 5 with a circle th frequency ω. Luminous fluxes falling into the

optical fibers

1, 2, 3 pass through them and are emitted in the direction of the controlled surface. In this case, the luminous flux of the fiber 1 reflected from the controlled surface partially falls on the outer end of this fiber if the ratio between α and β corresponds to the inequality 0 <α <β and does not fall on the ends of the

fibers

2, 3, therefore, in this range of angular positions of the controlled only block 21 operates on the surface. The luminous flux of fiber 2 reflected from the surface under control enters the outer end of this fiber if the ratio between α and β corresponds to the inequality β <α <2β and does not fall on the ends of

optical fibers

1, 3, therefore, in this range only the block 22 operates in the zone of angular positions of the controlled surface. The light flux of the optical fiber 3 reflected from the controlled surface enters the outer end of this optical fiber if the ratio between α and β meets the inequality 2β <α <3β and does not fall on the ends of the

optical fibers

1, 2, therefore, only block 23 operates in this range of angular positions of the surface to be monitored. We continue to consider the device for the case of angular positions of the surface to be controlled, lying in the range 0 <α <β. The luminous flux partially incident on the outer end of the optical fiber 1 passes through it and is radiated towards the receiving-transmitting collector of the light guide system 12. The light flux received by the receiving and transmitting collector is channelized along the second of the free ends of the V-shaped light guide system 12 to the input of the photodetector 14. The luminous flux received by the photodetector 14 is converted into an information electric signal with an amplitude of U ₀ (Fig. 5, diagram “a”), which arrives at one of the inputs of the comparator 15 and is compared at time nor t ₁ ; t ₃ with the comparing level U _B (see FIG. 5, diagram “a”) of the comparator 16 of the comparing levels, as a result, the comparator 13 generates a rectangular electric pulse (see FIG. 5, diagram “b”), time stamp (FIG. 5 is a diagram “d”) of the middle of which, corresponding to time t ₂ , is formed in block 18 for determining the middle of T electrical pulses. After a quarter of a period

\frac{T}{four}

of rotation of the rotor of the electric motor 5, the exemplary-reflecting surface 6 (Figs. 1, 2, 3, 4) passes by the receiving-transmitting collector of the light guide system 12, and the light flux reflected from it partially enters the receiving and transmitting collector of the light guide system 12, after which arrives at the photodetector 14, at the output of which a signal is generated (figure 5, diagram "a") with a maximum amplitude of U _m , since the minimum clearance between the receiver-transmitter collector and the sample-reflective surface provides the most complete hit reflected stream to the receiving-transmitting collector and therefore ensures the formation of the maximum amplitude of the output signal of the photodetector 14, the pulse with the amplitude U _{m is} compared at time t ₄ ; t ₆ , with the comparing level U _A (Fig. 5, diagram “c”) of the comparator 16 of the comparing levels, the comparator 17 generates an electric rectangular pulse (Fig. 5, diagram “c”), the time mark of the middle of which (diagram “g”) corresponding to time t ₅ is formed in block 19 for determining the middle of electrical impulses, this impulse will be considered as the reference one received from the specimen-reflecting surface. Then, in block 20, made, for example, on the basis of a digital counter, the time interval τ ₂ between time stamps t _i2 is measured; t _i5 (figure 5, the diagram "g"). The recorded time interval τ ₂ in the form of a digital code is supplied to the first input port of the microcontroller 24. Similarly to the unified block 21 are blocks 22 and 23, information digital codes, from the output of which are received respectively at 2 and 3 input ports of block 24, which implements an algorithm for determining the time discrepancies

where

\frac{T}{four}

- code of the time interval (at a known nozzle rotation frequency ω), pre-registered in the memory of the microcontroller. Information about the angular position of the surface of the object can be received on the microcontroller from only one of the blocks 21, 22 or 23. Thus, in block 24, made on the microcontroller, a proportional relationship is established between the angular position of the surface to be monitored α (Fig. 4) and the time interval Δ : α ~ kΔ, where k = 1,2,3, depending on the number of the input port of the microcontroller 24, after which the value in the form of a digital code is sent to the output port of block 24 and is the output of the device.

Данное изобретение позволяет расширить диапазон измеряемых угловых положений контролируемых поверхностей (см. А.С. №1682784, G01B 21/22, опубл. 07.01.1991 г.) в 3 раза за счет дополнительного введения двух световодов в оптическую насадку.This invention allows to expand the range of measured angular positions of the controlled surfaces (see AS No. 1682784, G01B 21/22, publ. 07.01.1991) 3 times due to the additional introduction of two optical fibers into the optical nozzle.

Claims

A device for determining the angular positions of the surfaces of an object, containing a radiation source connected to one of the ends of the V-shaped light guide system, a photodetector, two comparators, two blocks for selecting the middle of the electrical pulses, the input of the photodetector is connected to the second end of the V-shaped light guide system, and the outputs of the photodetector connected to the first inputs of two comparators with different levels of comparing, the second inputs of the comparators, in turn, connected to the output of the level shaper, and the outputs of the comparators connected to the corresponding inputs of the unit for extracting the middle of electric pulses, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the time interval recording unit, combined into the first unified unit, an optical nozzle in the form of a cylinder, an electric motor whose shaft is connected to the axis of the optical nozzle in which the fiber is diametrically mounted, exemplary -reflecting surface located on the side surface of the optical nozzle in such a way that its center coincides with the diameter mutually perpendicular to the axis fiber optic nozzle, characterized in that the second optical nozzle fiber is installed diametrically in the nozzle so that its axis is deflected relative to the axis of the first fiber by an angle β, the value of which is determined from the ratio β = 2 (l + r) / R, where l - the radius of the receiving and transmitting collector, r is the radius of the optical fiber, R is the radius of the optical nozzle, the third optical fiber of the optical nozzle installed diametrically in the nozzle so that its axis is deflected relative to the axis of the second fiber by an angle β, the second is exemplary reflecting over a bridge located on the lateral surface of the optical nozzle parallel to the first model-reflective surface, located so that through the center of the first and second model-reflective surface passes the diameter of the optical nozzle perpendicular to the axis of the first fiber, the third and fourth model-reflective surfaces located on the side the surface of the optical nozzle parallel to each other so that the diameter of the optical us passes through the center of the third and fourth model-reflective surface arrays perpendicular to the axis of the second fiber, the fifth and sixth specimen-reflecting surfaces located on the side surface of the optical nozzle in parallel, while the diameter of the optical nozzle perpendicular to the axis of the third fiber passes through the center of the fifth and sixth model-reflecting surfaces, cross sections in which there are the axes of the optical fibers and the centers of the sample-reflecting sections of the optical nozzle are arranged arbitrarily along the length of the optical nozzle, also additionally contains a second and third blocks that include the same devices, the connections and connection order of which are similar to those presented in the first unified block, while in a static initial state the axes of the second and third optical fiber optical fibers coincide with the corresponding axes of the transmitter-receiver collectors of the second and third unified blocks, a microcontroller, performing the functions of determining the difference between the information and reference codes of time intervals and establishing a proportional relationship between the difference time interval and angle vym surface position information of which, represented in digital form on one of the output ports of the microcontroller, the device is an output signal.