SU1698644A1 - Оптико-электронное устройство дл измерени диаметров нагретых крупногабаритных деталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  повышение точности за счет обеспечени  предварительной установки преобразовател  положени  кромки детали на номинальный размер и жесткой св зи двух зон измерени , соответствующих двум кромкам детали. Излучение от измер емой нагретой детали 31 поступает через систему зеркал 5 и 6, объектив 7 и светофильтры 8 и 9, с помощью которых измер етс  спектральным методом температура детали 31, на блок сканировани , выполненный в виде вибратора 10 с закрепленными на свободном конце фотоприемником 11. Последовательность импульсов ступенчатой формы на выходе фотоприемника содержит информацию о пространственном положении кромок детали 31, получаемую в результате обработки этой последовательности в электронном тракте устройства. Установка на номинальный размер с соблюдением жесткости йв зи двух зон измерени  осуществл етс  с помощью конуса 1, установленного перпендикул рно оси оптического тракта с возможностью перемещени  вдоль собственной оси с помощью винтовой передачи и через систему рычагов 2, и планок, св занных с системой зеркал 5 и 6, Показано, что между номинальным диаметром детали 31 и диаметром сечени  конуса 1 в плоскости , перпендикул рной erooci, имеет место линейна  зависимость, что обеспечивает точность установки в номинал,чем и обеспечиваетс  положительный эффект. 3 ил. Л |4k/ С

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл  бесконтактного измерени  и контрол  диаметров крупногабаритных нагретых изделий.

Известно устройство дл  измерени  линейных размеров крупногабаритных деталей , содержащее поворачивающеес  визирное устройство, два основани ,базисное устройство, шкалу и теодолит,

Недостатком такого устройства  вл етс  ограниченна  точность измерени (измерение линейного размера осуществл етс  только с одной стороны детали). Кроме того.

устройство но позвол ет измер ть диаматр круглой детали и измерение осуществл етс  контактно, что не позвол ет использовать это устройство дл  измерени  нагретых изделий.

Известно также устройство, реализующее дистанционный оптический способ измерени  днищ больших диаметров, основанный на измерении углов охвата контролируемой детали, содержащее штриховую меру, приспособление дл  ее установки в центре измер емой детали и теодолит со стойкой.

со

О

Јь

Однако зависимость между размером детали и углом установки теодолита не линейна , что требует дополнительных вычислений и ограничивает точность базировани , а следовательно , и измерени . Устройство позвол ет измер ть размер детали по величине углового перемещени  од одного кра  до другого, однако в момент перемещени  возможна деформаци  стойки теодолита , а следовательно, и по вление ошибки измерени . Кроме того, устройство  вл етс  оптическим, результат измерени  с которого снимаетс  визуально, что также ограничивает точность измерени . Устройство не может быть использовано в автоматизированных системах управлени  технологическими процессами (АСУ ТП).

Наиболее близким к .предлагаемому по технической сущности  вл етс  фотоэлектрическое устройство дл  измерени  размеров нагретых изделий, содержащее сканирующий блок, фотоприемник, св занный с выходом фотоприемника преобразователь положени  кромки контролируемого издели , блок термокомпенсации, сумматор и блок индикации.

Указанное устройство позвол ет измер ть положение только одного кра , поэтому дл  измерени  абсолютного размера детали необходимо перемещение преобразовател  до другого кра , или необходимо два преобразовател , причем угол перемещени  или установки св зан нелинейной зависимостью с номинальным размером, что снижает точность измерений. При наличии двух преобразователей необходим дополнительный блок слежени , что также увеличивает погрешность измерений.

Цель изобретени  - повышение точности измерений,

Поставленна  цель достигаетс  тем, что оптико-электронное устройство дл  измере- . ни  диаметров нагретых крупногабаритных деталей, содержащее блок сканировани , фотоприемник, св занный с выходом фотоприемника преобразователь положени  кромки издели , содержащий усилитель фототока , блок автоматической регулировки усилени , триггер Шмитта и функциональный преобразователь, соединенный с его выходом , блок термокомпенсации, состо щий из дифференцирующего звена и соединенных поспедовательно ждущего мультивибратора, коммутатора и второго функционального преобразовател , сумматор, соединенный с выходами обоих функциональных преобразователей , и блок индикации, соединенный с сумматором, снабжено оптико-механическим блоком задани  размера, состо щим из конуса, установленного в направл ющих

с возможностью осевого перемещени  с помощью винтовой передачи, двух рычагов одинаковой длины, охватывающих конус и закрепленных на общей оси, двух планок,

установленных на общей оси, расположенной от оси рычагов на рассто нии, равном длине рычага, и соприкасающихс  внутренними поверхност ми с концами рычагов, пружины, соедин ющей свободные концы

0 планок, и двух зеркал, закрепленных неподвижно , и вторым коммутатором, включенным между усилителем фототока и триггером Шмитта, управл ющий вход коммутатора соединен с блоком питани  вибра5 тора через фэзосдвигающую цепь.

Таким образом, введение оптико-механического блока задани  размера позвол ет повысить точнбсть установки преобразовател  на номинальный размер, а следова0 тельно, и точность измерени  диаметров крупногабаритных деталей, так как введение конуса с механизмом осевого перемещени  и двум  рычагами, охватывающими этот конус, позвол ет моделировать схему

5 измерени  диаметра методом касательных, в которой задание диаметра осуществл етс  за счет перемещени  конуса, так как в сечении конуса н# уровне рычагов образуетс  окружность переменного диаметра. Установка двух

0 планок в зеркалами, закрепленных на общей оси, расположенной на рассто нии, равном длине рычага, позвол ет получить линейную возможность между угловыми перемещени ми лучей преобразовател  и ры5 чагов. Оптико-механический блок задани  размера обеспечивает линейную зависимость между осевым перемещением конуса и номинальным размером издели . Кроме того, указанный блок позвол ет повысить

0 точность измерени  за счет жесткой св зи двух зон измерени , поскольку в зтом случае вибрации основани  устройства не оказывают вли ни  на точность измерени . Введение второго коммутатора позвол ет

5 получить последовательность импульсов одинаковой формы, что обеспечивает работоспособность электронной схемы обработки измерительной информации.

На фиг.1 представлена схема предлага0 емого устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - врем -импульсна  диаграмма , по сн юща  работу устройства. Устройство содержит (фиг. 1) оптико-меха5 нический блок задани  размера, состо щий из конуса 1, установлен кого перпендикул рно оптической оси блока с возможностью осевого перемещени , двух рычагов 2 одинаковой длины, установленных на общей оси, перпендикул рной оптической оси блока, и касающихс  поверхности конуса в плоскости его поперечного сечени , двух планок 3, установленных на общей оси, перпендикул рной оптической оси блока и расположенной от оси рычагов 2 на рассто нии, равном длине рычага 2, и соприкасающихс  внут- ренними поверхност ми с концами рычагов 2, ст гивающей пружины 4, соедин ющей свободные концы планок 3, двух зеркал 5, закрепленных на наружной поверхности планок 3 в плоскост х, проход щих через их ось, двух зеркал 6, закрепленных неподвижно по обе стороны от оптической оси блока и симметрично ей, и расположенных походу излучени , отраженного зеркалами 5 и 6, объектива 7, установленного так, что его главна  оптическа  ось совпадает с оптической осью блока, двух светофильтров 8 и 9 с различными длинами волн пропускани , ус- тановленных,в плоскости, перпендикул рной оптической оси блока, блок сканировани , состо щий из вибратора 10с фотоприемником 11, закрепленным на его свободном конце и оптически сопр женным с блоком задани  размера, ограничительных упоров 12 и электромагнита 13, вход которого  вл етс  управл ющим входом блока, преобразователь положени  кромки детали, состо щий из усипител  14 фототока, вход которого соединен с выходом фотоприем- ника 11, блока 15 автоматической регулировки усилени  (блока 15 АРУ), выход которого соединен с входом фотоприемни- ка 11, а вход - с выходом усилител  14 фототока , соединенных последовательно коммутатора 16, триггера 17 Шмитта, блока 18 термокомпенсации, вторым входом соединенного с выходом усилител  14 фототока , сумматора 19 и блока 20 индикации, функционального преобразовател  21, вхо- дом соединенного с выходом триггера 17 Шмитта, а выходом - с вторым входом сумматора 19, генератора 22, выход которого соединен с управл ющим входом блока сканировани , и фэзосдвигающего элемента 23, вход которого соединен с выходом генератора 22, а выход- с управл ющим входом коммутатора 16, вход которого соединен с выходом усилител  14 фототока.

Блок 15 АРУ состоит из последователь- но соединенных пикового детектора 24, вход которого  вл етс  входом блока, и дифференциального усилител  25, выход которого  вл етс  выходом блока. Блок 18 термокомпенсации состоит из последова- тельно соединенных дифференцирующего звена 26, вход которого  вл етс  входом блока, ждущего мультивибратора 27, коммутатора 28, второй вход которого  вл етс  вторым входом блока и функционального

преобразовател  29, выход которого  вл етс  выходом блока.

Светофильтры 8 и 9 предназначены дл  получени  информации о температуре измер емой детали. Зеркала 5 и 6 предназна- чены дл  направлени  излучени  от нагретой измер емой детали в объектив 7. Углы между рычагами 2 и между планками 3  вл ютс  соответственно центральными и вписанными углами окружности, образованной траекторией движени  свободных концов рычагов 2. Конус 1, установленный с возможностью перемещени  с помощью винтовой передачи 30 (фиг.2), позвол ет в сечении в плоскости рычагов 2 задавать окружность заранее выбранного размера RI,

Устройство работает следующим образом .

При настройке оптико-механического блока задани  размера на номинальный размер измер емого издели  31 осуществл етс  осевое перемещение конуса 1. которое определ етс  выражением

)

где t - шаг резьбы винтовой передачи;

р- угол поворота винта.

Коиус 1, в свою очередь, раздвигав) рычаги 2 на угол

arcsin tgj/.(2)

где 1р- угол конуса;

Н - рассто ние между ос ми конуса 1 и рычагов 2;

RMMH - минимальный радиус конуси.

Концы рычагов 2 перемещаютс  по дуге окружности радиуса, равного длине рычага, причем осевое перемещение конуса S линейно св зано с радиусом сечени  конуса: RI RMHH + . Концы рычагов 2. в свою очередь , раздвигают плавки 3, концы которых соединены пружиной 4. Рассто ние между ос ми рычагов 2 и планок 3 равно рычагов 2, поэтому траектори  точек соприкосновени  планок 3 и рычагов 2 есть окружность , а угол между планкамм 3  вл етс  вписанным в эту окружност и полопине угла а/2 между рычагами 2. На плзнкзх 3 закреплены зеркала 5. При повороте каждого зеркала 5, закрепленного на планке 3, на угол а /4 угол между падающим и отраженным лучами увеличитс  на два таких угла, т.е. на а. /2. Полный угол охвата издели  номинального размера RHOM будет равен а, таким образом, существует линейна  зависимость между углом между рычагами и углом охвата издели  31, следовательно, и между номинальным размером издели  RHOM и радиусом сечени 

конуса RI также имеет место линейна  зависимость , так как

а 2 А г, .2 -А

(П77 -

pf- Ri -ppfRi-HH+Stg V3(3)

где А - рассто ние от оси детали 31 до 5 объектива 7,

Величина RI, а следовательно, и RHOM станавливаютс  с помощью винтовой передачи 30 (ф1чг.2), котора  может быть про- градуирована непосредственно a RHOM.10

При работе устройства вибратор. 10 с отоприемником 11 совершает колебательное движение с иф&ничечие 1 Sc-, преобрази/ 1 пространственное распредели--. ле освещенности в плоскости мзг о р хоз:-м  .збизктиеа 7 15 во временное (диаграмма з, .З), Фазосдви- гающий зпемент 23 позвол ет получить синусоидальный сигнал, поломительный полупериод которого совпадает с одним направлением канировани  ч поэтому открывает через 20 коммутатор 16 выход усилител  14 фототока диаграмма Ь. фиг.З), Таким образом, на его выходе получаетс  последовательность импульсов фототока с одинакопым чередованием ступеней (дизтрзг- ма Ь, фиг.З), . 25

Импульсы напр жени  с усилител  14 ототока поступают на пиковый детектор 24, содержащий RC-цепь с временем разр а , превышающим развертки. С выхода пике: эго цоте-тора 24 на один вход 30 дифференциального усилител  25 поступает посто нное напр жение, равное максимальному импульсу, а на другой вход подаетс  посто нное напр жение, с которым сравниваетс  напр жение пикового де- 35 тектора 24. С выхздэ дифференциального усилител  25 напр жение поступает на фотоприемник 11, имеющий сопротивление нагрузки Риф. При изменении температуры издели  измен етс  амплитуда импульсов, по- 40 ступающих на пиковый детектор 24, дифференциальный усилитель 25 измен ет напр жение питани  и соответственно чувствительность фогоприемиика 11 так, чтобы значение напр жени  второй ступени им- 45 пульса было посто нным.

Напр жение первой ступени импульса при стабилизированном значении второй ступени зависит от температуры издоли  3 i. Сигнал с усилител  14 фототока поступает на 50 вход триггера 17 Шмитта с уровнем срайач ы- вани  Упор, с выхода которого пр моугольные импульсы с посто нной амплитудой и переменной длительностью (диаграмма , фкг.З). определ емой отклонением границы издели  55 31 от оптической оси, поступают на вход функционального преобразовател  21. Функциональный преобразователь 21 преобразует длительность импульса а посто нной напр жение , пропорциональнее отклонение рзэмера от номинального. Сигнал с трунт рз 17 Шмитта дифференцируетс  по парод;.ему фронту с помощью дифференцирующего звена 26 и подаетс  на вход ждущего мультивибратора 27 с длительностью г (диаграмма д, фиг.З), который через коммутатор 28 вырезает переднюю часть импульса фототока с переменной амплитудой, котора  пропорциональна температура издели  31 (диаграмма е, Ф иг.З) Затем зтлт км пульс поступает на вход функционального преобразователи 29, на другой влод которого поступает еьгнал, пропорцис номинальному размеру издели  О, а с его ЕЫУ.ОДЗ сигнал, оропорц онапьный тег .йзратурнсй поправке ДО, поступает нг сумматор 19. Результат м мерэни , грмес.(1/, i. . орг- дльной температуре, регистр 1 .-  баском 20 чн- дикаиии.

При впедрени оптико-элехгронного устройства дл  измерени  диаметров днищ химнефтеаппаратуры, изготгилиааемых в нагретом состо ние, исключаетс  повторный технологический цикл, так как достигаетс  достаточна  точность измерений, л размер издели  в пределах допуска соответствует номинальному. Кроме того, с повышением точности пгатозлек   днищ г.оеышаютсй производительность сборочных и монтажных работ, а тз ока эксплуатационные показатели хи;ме пееппарзтурь;, Формула м о о 5 р с т е и и   Оптико-электронное устройство дл  измерени  диаметров нагоетых крупногабаритных деталей, содержащее блок сканировани  с фотоирмепником, преобразователь положени  кромки детали, состо щий из усилител  фсготоко. вход .соторого соединен с выходом Фотопрпем ика, автоматической регулировки усилени , вы- од которого соединен с входом фотоприек- нмха, а вход соединен с выходом усилител  фототока, соединенных (юследовательио триггера Шмитта, блока термококлэнсации, вторым входом соодикзнниго с БЬ-ХОЛ.ОМ усилител  фототока, сумматора с блог. ин- д| 1кации, функционального прооОразорате- л , вход которого соединен с выходом триггера Шмитта, а выход- с вторым входом сумматора, генератора, выхо/. ПОЛОРОГО соединен с управл ющим входов /.Oi-.a сканировани , и фезосдймгашгцего элемента, вход которого соединен с .чьг/о ом генератора , о т л и ч a so щ е о с , гог-л, что, с целью повышени  точности, оно снабжено оптико- мзханическмзд блоком задачин чзмзр, со- сто щиг. из конуса, установленного перпендикул рно , оси блока с зозмосио; гаю ocsaorc . Ј,..: ещ81: чл, двух

рычагов одинаковой длины, установленных на общей оси, перпендикул рной оптической оси блока, и касающихс  поверхности конуса в плоскости его поперечного сечени , двух планок, установленных на общей оси, перпендикул рной оптической оси блока и расположенной от оси рычагов на рассто нии, равном длине рычага, и соприкасающихс  внутренними поверхност ми с концами рычагов, пружины, соедин ющей свободные концы планок, двух зеркал, за0

крепленных на наружной поверхности планок в плоскост х, проход щих через их ось. и двух зеркал, закрепленных неподвижно по обе стороны от оптической оси блока и симметрично ей, а преобразователь положени  кромки детали выполнен с коммутатором , вход которого соединен с выходом усилител  фототока, выход соединен с входом триггера Шмитта, а управл ющий вход соединен с выходом фазосдвигающего элемента .

Фиг.2

и .{

е ut

Claims (1)

1. Оптико-электронное устройстве для измерения диаметров нагретых крупногабаритных деталей, содержащее блок сканирования с фотоприемником, преобразователь положения кромки детали, состоящий из усилителя фототока, вход которого соединен с выходом фотопрнемнмка, блока автоматической-регулировки усиления, выход которого соединен с входом фотоприемника, 8 вход соединен с выходе?/ усилителя фототока, сое ди не н н ых пос л е д о вате л ьно триггера Шмитта, блока термоксмленсации, вторым входом соединенного с выходом усилителя фототока, сумматора к индикации, функционального преобразователя. вход которого соединен с выходом триггера Шмитта, а выход-с вторым входом сумматора, генератора, выхо.·-. которого соединен с управляющим входом лека сканирования, и фазосдемгающего элемента, вход которого соединен с выходом генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, ано снабжено оптикомеханическим блоком задания размер®, состоящим из..конуса, установленного перпендикулярно онтическс/: оси блока с возможно: тыо осевого иерэмещеп-кл,’ двух рычагов одинаковой длины, установленных на общей оси, перпендикулярной оптической оси блока, и касающихся поверхности конуса в плоскости его поперечного сечения, двух планок, установленных на об- 5 щей оси, перпендикулярной оптической оси блока и расположенной от оси рычагов на расстоянии, равном длине рычага, и соприкасающихся внутренними поверхностями с концами рычагов, пружины, соединяющей свободные концы планок, двух зеркал, закрепленных на наружной поверхности планок в плоскостях, проходящих через их ось. и двух зеркал, закрепленных неподвижно по обе стороны от оптической оси блока и симметрично ей, а преобразователь положения кромки детали выполнен с коммутатором, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, выход соединен с входом триггера Шмитта, а управляющий вход 10 соединен с выходом фазосдвигающего элемента.