SU1523922A1 - Фотоэлектрический микрометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет исключени  вли ни  погрешности от колебаний и изгиба прот женных объектов. Микрометр содержит вращающийс  диск 3 с двум  светофильтрами 4, 5 соответственно круглой и кольцеобразной формы, что позвол ет получать симметричные изображени  прот женного объекта, например нити 21 при любом его положении. Кольцевой светофильтр 5 служит дл  фиксации по влени  объекта, а круглый - дл  получени  информации о диаметре при регистрации максимального сигнала. 5 ил.

Description

Фиг.1

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к бесконтактным оптико-электронным устройствам автоматического контрол  поперечных размеров движущихс  нитевидных изделий, и может быть применено в электротехнической, радиоэлектронной , металлургической и химической отрасл х промышленности дл  контро- л  диаметра прутков, проволоки, синтетических волокон в процессе их изготовлени .

Целью изобретени   вл етс  повьше- ние точности измерени  за счет исклю- чени  вли ни  погрешностей от колебаний и изгиба прот женных объектов.

На фиг. 1 представлена оптическа  часть устройства; на фиг,2 - электронна  часть устройства; на фиг. 3 - схематические по снени  принципа формировани  сигналов светофильтрами; на фиг. 4 - графики сигналов .на элементах схемы; на фиг. 5 - схематические по снени  выбора размеров эле- ментов оптической части устройства.

Микрометр состоит из точечного источника 1 света, стабилизированного по потоку света, расположенного в фокусе крнденсора 2, непрозрачного дис- ка 3 с первым круглым светофильтром 4 и вторым кольцевым светофильтром 5, диск 3 имеет привод от синхронного электродвигател , ось вращени  диска параллельна оптической оси системы (первый светофильтр выполнен с первой полосой пропускани , второй светофильтр - с второй полосой пропускани , причем эти полосы не пере- крьшают друг друга).

По ходу пучка света расположены линза 6, светоделитель 7, выполненный в виде полупрозрачного зеркала, третий светофильтр 8 и фотоприемник 9 (относ тс  к измерительному кана- лу), светофильтр 8 выполнен с первой полосой пропускани , совпадающей с полосой пропускани  первого светофильтра 4.

Четвертый светофильтр 10 и фотоприемник 11 относ тс  к контрольному каналу, светофильтр 10 выполнен с второй полосой пропускани , совпадающей с полосой пропускани  второго светофильтра 5.

При этом выполн ютс  услови 

п -,п т -I- .12- . 7

D.D,L,+

(1)

Q

5

0 5

о 0

5

5

0

5

где D , ,

D

о5

от Ь

t

соответственно диаметры диска , конденсора ,объектива и отверсти ; рассто ние от центра диска 3 до центра отверсти , в котором установлены светофильтры 4 и 5.

Устройство содержит также усилители 12 и 13 и узлы 14 и 15 выборки и хранени  соответственно измерительного и контрольного каналов. Вход сигнализатора 16 экстремума соединен с выходом усилител  12 измерительного канала, а вьгход - с управл ющим входом узла 14. В контрольном канале управл ющий вход узла 15 соединен с выходом усилител  13 через формирователь 17 и дифференциатор 18.

Информационные входы узлов 14 ri 15 подключены к выходу усилител  12. Выходы узлов 15 и 14 соединены с первым и вторым входами вычислител  19, выход которого соединен с узлом 20 индикации.

Устройство работает следующим образом .

Измер емую нить 21 помещают между конденсатором 2 и диском 3, включают устройство в сеть. Свет от источника 1 падает на конденсор 2, который формирует параллельный и однородный по сечению пучок света, падающий на диск 3 со светофильтрами 4 и 5. Пучок света, пропущенный этими светофильт- раг-ш, падает на линзу 6 и затем на светоделитель 7 и делитс  им на два пучка - прощедщий и отраженный.

Прошедший через светоделитель пучок света фильтруетс  третьим светофильтром 8, пропускающим свет в первой спектральной полосе измерительного канала, а отраженный от светоделител  7 пучок света фильтруетс  четвертым светофильтром 10, пропускающим свет во второй спектральЛой

полосе контрольного канала. Сход щиес  пучки света в обоих каналах фиксируютс  линзой 6 на фотоприемниках 9 и 11. При вращении диска 3 светофильтры 4 и 5 пересекают тень нити, На фиг. 3 показаны разные фазы положени  светофильтров 4 и 5 относительно тени 22 от измер емой нити 21 а на фиг. 4 - форма электрических сигналов на выходах соответственно усилител  13, дифференциатора 18, формировател  17, усилител  12 и сигнализатора 16 экстремума. Начало и конец процесса (фиг. 4,а и б) пересечени  тени светофильтром 5 отмечаетс  на выходе дифференциатора сигналами С и С, в формирователе формируютс  соответствующие этим пикам импульсы управлени  на контрольную выборку (фиг. 4в) непосредственно до и после затенени  светофильтра 4 (на сигналы С и Cj формирователь не реагирует благодар  внутренней дискриминации ) .

При наибольшем затенении светофильтра 4, когда его диаметр совпадает с осью тени (фиг. Зв) сигнализатор экстремума выдает импульс (фиг. 4д) управлени  на измерительную выборку, по которому узел 14 воспринимает и запоминает напр жение измерительного канала . Напр жение контрольного канала U,, и U воспринимает и суммирует узел 15 по импульсам контрольной выборки (фиг. 4в). Применение двух контрольньк выборок имеет преимущество перед одной выбор- кйй, так как при суммировании U, и 11,52. взаимно уничтожаютс  возможные незначительные пространственные неоднородности освещенности. Измерительное и контрольное напр жени  поступают соответственно на первый и второй вход вычислител  19, который выдает на цифровой индикатор 20 значение

,

и

(2)

и

где К - аппаратурный коэффициент.

Легко найти вид св зи показаний N с измер емым диаметром d.

При равномерной по площади диска освещаемости Е выполн ютс  соотношени  : сигнал при незатененном светофильтре

U,,L, Elfr ,(3)

сигнал при затененном светофильтре

U,KE(), (4)

где г - радиус светофильтра 4;

К - аппаратурный коэффициент. Подставл   (3) и (4) в (2), получают

2К

1 2 I

(5)

0

5

0

5

h. 0

5

0

5

0

Иэ (5) видно, что показание N растет с увеличением измер емого размера d и не зависит от изменени  освещен-: ности, т.е. от старени  источника света.

На фиг. 5 представлены разные возможные положени  нити относительно диска и светофильтров (вид со стороны источника света) в моменты, когда светофильтры пересекают тень 22 от нити. Дп  попадани  тени на диаметр светофильтра 4 необходимо и достаточно выполнить условие L,L2. или , , (6) где - рассто ние от центра

диска до центра отверсти ;

рассто ние от центра диска до тени;

некоторое малре рассто ние (2-3 мм). Диаметр диска

,- Rore- h, (7) где ROTB радиус отверсти ;

hn - некоторое малое рассто ние

( мм). Подставл   (6) в (7), получают

D L2+RoTe h,+h, (8) т.е. выбор диаметра диска и положени  центра отверсти  определ етс  максимальной амплитудой колебани  нити.

Выбор размеров светофильтра 4 определ етс  минимальным радиусом изгиба R, измер емой нити, т.е. мгис- симально возможной ее кривизной в области пучка света. Исход т из того, что относительна  погрешность измерени  от искривлени  нити должна быть не более условленной величины. Пусть

I61 0,001 (9) Из геометрического рассмотрени  нетрудно показать, что условие (9) выполн етс  при радиусах г светофильтра 4, удовлетвор ющих соотношению:

sin т- .

5

и

(10)

в котором длина тени нити на светофильтре (в радианах)ограничиваетс  условием

0,999 I i 2sin I

(П)

Из (10) и (11) можно подсчитать, что, например, дл  мм условие (9) выполн етс  при мм, а дл  мм - при мм.

Диаметр светофильтра 4 должен быт больше максимального измер емого диаметра :

,e, (12) иначе светофильтр одинаково затен етс  при разных измер емых диаметрах

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Фотоэлектрический микрометр, содержащий источник света, конденсор, диафрагму, фотоприемный блок и элек- тронзо-измерительный блок с узлом индикации , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , диафрагма выполнена в виде установленного с возможностью вращени  непрозрачного диска с отверстием ма его периферии и кольцевым и круглым светофильтрами, выполненными с первой и второй полосами пропускани  и установленными концентрично в отверстии, причем внешние диаметры светофильтров равны соответственно диаметру отверсти  и внутреннему ди0

   5

   0

   5

   0

   аметру кольцевого светофильтра, фотоприемный блок выполнен в виде светоделител , первого и второго фотоприемников и третьего и четвертого светофильтров, выполненных соответственно с первой и второй полосами пропускани , расположенными перед первым и вторым фотоприемниками, электронно-измерительный блок выполнен в виде первого и второго усилителей , сигнализатора экстремума, дифференциатора , формировател , первого и второго узлов выборки, вычислител , входы первого и второго усилителей подключены соответственно к первому и второму фотоприемникам, вход сигнализатора экстремума подключен к выходу первого усилител , информационные входы первого и второго узлов выборки соединены с выходом первого усилител , управл ющий вход первого узла выборки соединен с выходом сигнализатора экстремума, управл ющий вход второго узла выборки соединен через формирователь и дифференциатор с выходом второго усилител , первый и второй входы вычислител  подключены соответственно к выходам первого и второго узлов выборки, а выход вычислител  соединен с входом.узла индикации .

   Фиг. 2

   а

   о)

   Фи&З

   Фиг.

   фие.5