SU1716324A1 - Оптико-электронное помехоустойчивое измерительное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  повышение точности за счет исключени  из устройства механических вращающихс  элементов. Прерыватель светового потока выполнен в виде вибратора 1, совершающего колебани  с помощью гене (Г ратора 2. На свободном конце вибратора закреплен фотоариемник 3, выход которого соединен с входом усилител  4 фототока. Электронный тракт устройства организован, таким образом, что при синусоидальном законе сканировани  статическа  характеристика преобразовани  отклонени  размера в длительность импульса имеет зависимость , обратную синусоидальной, но при помощи спектрального преобразовани  статическа  характеристика измерительного устройства становитс  линейной. Знак координаты смещени  границы измер емого издели  определ етс  с помощью фазо- чувствительного фильтра 13 низкой частоты. Таким образом, прерыватель светового потока представл ет собой вибрационный сканатор С фотоприемником и лишен вращающихс  механических частей, что и обеспечивает достижение положительного эффекта. 2 ил. Л W ю

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам дл  измерени  размеров нагретых изделий, и может быть использовано при контроле проката, поковок и других крупно- габаритных изделий при их производстве в нагретом состо нии.

На предпри ти х различных отраслей народного хоз йства, выпускающих крупногабаритное оборудование, контроль гео- метрических параметров основных базовых деталей осуществл етс , в основном, с помощью ручных измерительных средств - рулеток , кронциркулей и шаблонов. Все эти средства не обеспечивают необходимой точности и оперативности контрол  и не позвол ют осуществл ть измерение изделий , не прерыва  технологического процесса .

Известно оптико-электронное устрой- .ство, осуществл ющее измерение размеров обечаек в процессе их производства на валковых листогибочных машинах, имеющее указатель отклонени  размера детали от номинального и индикатор температуры на- гретой детали. Информаци  о температуре необходима дл  введени  температурной поправки на размер детали при ее остывании .

Известны оптико-электронные измери- тельные устройства со сканированием изображени  кромки издели , которые преобразуют положение кромки издели  относительно оптической оси в широтно- импульсный сигнал, длительность которого пропорциональна этому положению. Эти устройства содержат оптическую систему, сканирующее устройство, электронный блок обработки информации с фотопреобразователем и индикатор отклонени  раз- мера.

Оптико-электронные измерительные преобразователи с широтно-импульсной модул ций содержат-широкополосные усилители фототока и поэтому чувствительны к шумам, следовательно, такие преобразователи работоспособны только при определенном отношении сигнал/шум. Дл  выделени  сигнала на фоне случайных помех целесообразно применение спектраль- ного метода, позвол ющего определ ть скважность импульса по амплитуде гармонической составл ющей измер емого сигнала . Однако непосредственно применить такой метод не представл етс  возможным, поскольку амплитуда гармонической составл ющей определ етс  не только длительностью , но и амплитудой сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство

дл  измерени  угловых координат точечного источника излучени , содержащее прерыватель светового потока, выполненный в виде двух модул торов с различными частотами модул ции, избирательный усилитель фототока с блоком автоматической регулировки усилени , настроенным на частоту первого модул тора, и полосовой фильтр, подключенный к усилителю фототека и настроенный на частоту второго модул тора,

Недостатком этого устройства  вл етс  ограниченна  точность измерени , так как устройство содержит два вращающихс  модул тора , которые  вл ютс  источниками погрешностей, обусловленных неравномерностью нанесени  прорезей на вращающиес  диски, неравномерностью скоростей вращени  дисков, технологической погрешностью установки дисков и нелинейной статической характеристикой измерительного преобразовател , обусловленной принципом действи  вращающегос  модул тора.

Это устройство не может быть использовано дл  измерени  размеров деталей без дополнительных изменений, например один из модул торов должен быть выполнен как сканатор, т.е. размер прорезей диска должен быть меньше размера между ними. Кроме того, этот преобразователь не позвол ет определить знак измер емой координаты относительно оптической оси.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что оптико-электронное помехоустойчивое измерительное устройство, содержащее прерывательсветовогопотока , последовательно соединенные усилитель фототока и блок автоматической регулировки усилени  с полосовым фильтром и второй полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом усилител  фототока, фильтры настроены на различные частоты, снабжено последовательно соединенными двухполу- периодным выпр мителем и. третьим полосовым фильтром и фазочувствительным фильтром низкой частоты, управл ющий вход которого соединен с выходом второго и третьего полосовых фильтров, прерыватель светового потока выполнен в виде вибрационного сканатора с фотоприемником, выход которого соединен с входом усилител  фототока, управл ющий вход соединен с выходом блока автоматической регулировки усилени , полосовой фильтр которого настроен на частоту сканировани , а второй и третий полосовые фильтры настроены на частоту, вдвое большую.

Указанное отличие позвол ет значительно повысить точность измерени , так

как вибрационный сканатор не содержит составл ющих погрешностей, присущих вращающимс  сканирующим устройствам, особенно обусловленных отклонением скорости вращени . При синусоидальном зако- не сканировани  статическа  характеристика преобразовател  отклонени  размера в длительность импульса имеет зависимость, обратную синусоидальной, а при помощи спектрального преобразова- ни  статическа  характеристика измерительного устройства становитс  линейной, что в конечном счете повышает точность измерени . Введение фазочувствительного фильтра низкой частоты позвол ет опреде- л ть знак координаты смещени  границы издели . Кроме того, предлагаемое устройство значительно проще, так как меньше содержит механически подвижных частей, а следовательно, и надежнее.

На фиг. 1 изображена блок-схема латаемого устройства; на фиг. 2 - врем -импульсна  диаграмма, по сн юща  работу устройства.

Прерыватель светового потока пред- ставл ет собой вибратор 1, совершающий колебани  с помощью генератора 2. На свободном конце вибратора 1 закреплен фотоприемник 3, подключенный, всвоюочередь, через сопротивление нагрузки RH к усилите- лю 4 фототока. Усилитель 4 фототока  вл етс  избирательным и настроен на полосу пропускани  f-2 f, где f-частота сканировани . К усилителю 4 фототока подключен блок автоматической регулировки усилени  (АРУ), состо щий из электрического полосового фильтра 5, настроенного на частоту f, фильтра 6 низкой частоты с диодом и задающего элемента 7, которые соединены с входами дифференциального усилител  8, который, кроме функции усилени , выполн ет также функцию элемента сравнени . Выход дифференциального усилител  8 соединен с фотоприемником 3. К усилителю 4, фототока подключен электрический полосе- вой фильтр 9, настроенный на частоту, вдвое большую частоты сканировани  - 2f, к которому, всвою очередь, подключен ключ 10. Управл ющий вход ключа 10 соединен с генератором 2 через двухполупериодный выпр митель 11 и электрический.полосовой фильтр 12, настроенный на частоту 2f, и диод V. Выход ключа 10 подключен к фильтру 13 низкой частоты, соединенному, в свою очередь, с индикатором 14.

При работе измерительного устройства вибратор 1 совместно с фотоприемником 3 совершает возвратно-поступательное движение по-гармоническому закону Зек х А , cos 2 п ft, преобразу  пространственное

распределение освещенности в плоскости изображени  объектива во временное иф(т) (диаграмма 15 на фиг. 2). Сигнал с фотопреобразовател  11ф(т.) имеет пр моугольную форму и длительность-этого импульса пропорциональна смещению границы издели  относительно оптической оси

r 4arccosЈ

т.е. зависимость нелинейна .

Амплитуда импульса напр жени  на сопротивлении нагрузки RH - иф(1) зависит от температуры издели . Усилитель 4 фототока  вл  сь избирательным за счет введени  частотно-зависимой отрицательной обратной св зи, усиливает только две гармонические составл ющие сигнала с частотами f и 2f. Полосовой электрический фильтр 5, настроенный на основную гармоническую со- ставл ющую, осуществл ет отрицательную обратную св зь на частоте f и составл юща  сигнала этой частоты поступает на фильтр б низкой частоты с диодом, осуществл ющий преобразование синусоидального сигнала в посто нное напр жение, которое далее поступает на инвертирующий вход дифференциального усилител  8. На второй неинвертирующий вход усилител  8 поступает сигнал с задающего элемента 7. Если напр жение с фильтра 6 низкой частоты отличаетс  от напр жени  задающего элемента 7, то разность напр жений усиливаетс  усилителем 8, выходное напр жение которого измен ет чувствительность фотоприемника 3 таким образом, чтобы амплитуда основной гармонической составл ющей на выходе усилител  фототока оставалась посто нное и равной заданной. Таким образом , блок АРУ обеспечивает на выходе усилител  4 фототока посто нную амплитуду основной гармонической составл ющей (диаграмма 16 на фиг, 2). Величина этой амплитуды определ етс  с помощью интеграла Фурье

, / 1 ч

Vm-4M/m sl( -)

где а) - 2rif - кругова  частота основной гармонической составл ющей;

Ку - коэффициент усилени  усилител  4 фототока.

Сигнал с усилител  4 фототока поступает на полосовой электрический фильтр 9,

настроенный на частоту 2f. Величина амплитуды этой гармонической составл ющей на выходе фильтра 9 (Диаграмма 17 на фиг. 2)также определ етс  с помощью интеграла

Фурье

адт

Kw ь 2)

ovr

г 2

Отношение амплитуд гармонических составл ющих

cos

Vim2

не зависит от величины амплитуды импульса напр жени  на входе усилител  4 фототока Um, а определ етс  только величиной длительности импульса т , котора , в свою очередь, определ етс  отклонением размера детали. Выразив отношение амплитуд К через проекцию отклонени  размера х, получим выражение

К - COS о

wi(2

(О

arccos

Таким образом, величина отношени  К зависит линейно от величины проекции отклонени  размера при нелинейном законе сканировани . Поскольку амплитуда первой гармонической составл ющей сигнала Dim посто нна, то величина отношени  определ етс  по амплитуде второй гармонической составл ющей U2m Uim К. Гармонический сигнал с полосового электрического фильтра 9 поступает на ключ 10, который, в свою очередь, управл етс  опорным синусоидальным напр жением U0n(t) с частотой 2f. Опорный сигнал преобразуетс  от синусоидального сигнала частоты f источника питани  сканатора с помощью двухполуперйодного выпр мител  11, полосового электрического фильтра 12, настроенного на частоту 2f. Опорное напр жение с помощью диода V управл ет ключом 10 (диаграмма 17 на фиг. 2), который открыт только в течение одного полупериода опорного напр жени , что позвол ет на выходе ключа получать пульсирующий сигнал {диаграмма 18 на фиг. 2), пол рность которого Определ етс  фазой второй гармонической

составл ющей, котора , в свою очередь, зависит от скважности импульса на входе усилител  фототока иф(г). Сигнал с выхода ключа 10 поступает на фильтр 13 низеой

частоты, а посто нное напр жение с этого фильтра подаетс  на индикатор 14. Пол рность напр жени  на выходе фильтра 13 низкой частоты определ етс  положением границы издели  относительно оптической

оси измерительного устройства.

При внедрении оптико-электронного помехоустойчивого измерительного устройства дл  определени  геометрических параметров крупногабаритных деталей

химнефтеаппаратуры повышаетс  точность измерени , особенно при измерении остывшей детали на заключительном этапе технологического процесса. При повышении точности производства деталей исключаетс  брак, а следовательно, и повторный технологический цикл, св занный с. исправлением формы детали. Кроме того, при повышении точности производства деталей повышаетс  производительностьсборочных и монтажных работ при сборке химнефтеаппаратуры. .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Оптико-электронное помехоустойчивое измерительное устройство, содержащее

   прерыватель светового потока, последовательно соединенные усилитель фототока и блок автоматической регулировки усилени  с первым полосовым фильтром и второй полосовой фильтр, вход которого соединен с

   выходом усилител : фототока, фильтры настроены на различные частоты, о т ли чающеес  тем, что, с целью повышени  точности за счет исключени  движущихс  механических узлов, оно снабжено последовательно

   соединенными двухполупериодным выпр мителем и третьим полосовым фильтром и фазочувствительным фильтром низкой частоты , управл ющий вход которого соединен с выходами второгоитретьего полосовыхфильтров , прерыватель светового потока выполнен в виде вибрационного сканатора с фотоприемником, выход которого соединен с входом усилител  фототока, управл ющий вход -с выходом блока автоматической регулировки усилени , полосовой фильтр которого настроен на частоту сканировани , а второй и третий полосовые фильтры настроены на частоту, здвое большую.

   X

   №

   у s / / NK XX /

   фип