SU1747876A1

SU1747876A1 - Оптико-электронное устройство измерени размеров изделий

Info

Publication number: SU1747876A1
Application number: SU904871126A
Authority: SU
Inventors: Леонид Симхович Привер
Priority date: 1990-07-10
Filing date: 1990-07-10
Publication date: 1992-07-15

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано , в частности, в системах активного контрол размеров деталей, обрабатываемых на металлорежущих и шлифовальных станках и при формировании изделий с помощью пластической деформации . Цель изобретени - измерение размеров изделий, вращаемых в процессе обработки на станках. При вращении скана- тора в виде дискообразного оптического двугранного клина с одинаковыми углами Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано , в частности, в системах активного контрол размеров деталей, обрабатываемых на металлорежущих и шлифовальных станках. Известно устройство контрол размеров изделий, в котором сканатором вл етс вращающеес зеркало и используетс параллельный световой пучок лазера дл сканировани в пространстве установки контролируемого издели . Оптический тракт содержит основной объектив, форминаклона граней к его плоскому основанию, установленного перпендикул рно к оси вращени издели , параллельные оптической оси объективов и сдвинута от нее на половину радиуса диска относительно оси вращени издели . Световое п тно за один его полуоборот совершает движение по полукругу . Если обрабатываемое изделие имеет номинальный диаметр, то полуокружность загораживаетс изделием в течение половины периода сканировани и возникают им.- пульсные сигналы, которые с помощью электронного блока превращаютс в меандр . Если изделие имеет больший диаметр, то в выходном сигнале возникает посто нна составл юща одного знака. Некоторое различие в углах наклонов каждой из половин клина усредн етс в процессе измерени электронным блоком и измерител ми, поскольку врем измерений существенно превышает Т. Это же обсто тельство приводит к усреднению выходного сигнала при наличии неровностей на поверхности обрабатываемого издели , обусловленных обрабатывающим инструментом. 1 ил. рующий параллельный световой пучок и приемный объектив, направл ющий лучи в фотоприемник. В процессе вращени зеркала узкий пучок света перемещаетс параллельно самому себе. Контролируемое изделие при этом периодически экранирует свет от попадани через второй объектив в фотоприемник. Счетчик подсчитывает число импульсов высокочастотного заполнени во врем перемещени пучка света вдоль объекта измерений . Подсчет начинаетс с момента, когда лучи проход т над первым концом объекта, (Л С 2 XI 00 v« о

Description

и кончаетс , если сигнал указывает на другой конец объекта. Устройство содержит также схему прекращени счета при наличии ложных сигналов,

Дл прототипа, а также других извест- 5 ных устройств контрол размеров изделий путем сканировани с помощью узкого параллельного луча с прохождением обоих краев издели , т е. с размахом сканировани , превышающем его поперечные разме- 10 ры, характерны следующие недостатки. При этом световой диаметр линз объективов должен превышать поперечные размеры контролируемых изделий, что практически исключает возможность его применени 15 дл крупных изделий Так как сканирование происходит с помощью узкого пучка лазерных лучей, желательно с целью повышени точности измерений сделать этот пучок как можно более узким. Однако этому преп тст- 20 вует наличие естественной угловой расходимости параллельных лучей, котора обратно пропорциональна поперечному

А

с приводом вращени (двигатель не пока- зан),обрабатываема цилиндрическа деталь 4, основной 5 и вспомогательный 6 объективы, фотодиод 7,

Объектив 5 при отсутствии клина 3 создает изображение освещенного отверсти диафрагмы 2 в точке 0, вл ющейс пересечением образующей АВ цилиндра 4, соответствующего требуемому размеру обрабатываемого издели , с оптической осью объективов 5 и 6. Объектив 6 создает изображение точки 0 на поверхности фотодиода 7, Лини CD, совпадающа с осью вращени клина 3, пересекает образующую АВ в точке F. Светодиод 1 установлен над серединой одной половины клина. К фотодиоду 7 подключен вход электронного блока , содержащего последовательно соединенные усилитель, компаратор, дифференцирующие цепочки, соединенные с разными входами нечетного триггера.

Устройство функционирует следующим образом

В результате вращени клина 3 светодиаметЬу пучка d ( - ) Поэтому шири- „

а25 вое п тно за один его полуоборот совершает движение по траектории (полукругу) 8, а затем это движение повтор етс в том же направлении с частотой, превышающей в два раза частоту вращени клина Если об- 30

на пучка должна существенно превышать длину световой волны Я,

С целью измерени размеров изделий, вращаемых в процессе обработки на станках , а также устранени указанных выше недостатков аналогов в изобретении осуществл етс принцип слежени эа размерами издели с одного его кра с применением специального сканатора. Устройство содержит источник света и последовательно уста- 35 новленные вдоль его оптической оси диафрагму, сканатор, два объектива, фотоприемник и электронный блок преобразовани информации Положительный эффект достигаетс путем выполнени сканатора в 40 виде дискообразного двухгранного оптического клина с одинаковыми углами наклона граней к его основанию. Ось вращени клина перпендикул рна к оси вращени издели и сдвинута от нее на половину радиуса 45 диска. Точка образовани изображени отверсти диафрагмы первым объективом со- пр жена через второй объектив с поверхностью фотоприемника и расположена с противоположной стороны от точки 50 прикосновени инструмента и издели .

На чертеже показана схема оптического тракта устройства применительно к обработке цилиндрической детали 6 тот момент, когда достигнут требуемых размер детали. 55

В состав устройства, помещенного в корпус, св занный ссГстаниной и допускающий поперечное его перемещение, вход т источник света 1, диафрагма с малым отверстием 2, дискообразный двухгранный клин

рабатываемое изделие 4 имеет диаметр, указанный на чертеже, то полуокружность 8 загораживаетс изделием в течение половины периода сканировани Т (Т ). В

фотодиоде 7, на поверхности которого фокусируетс изображение светового п тна, движущегос по траектории 8, возникают импульсные сигналы, которые с помощью электронного блока превращаютс в меандр (на выходе триггера), с посто нной составл ющей , равной нулю, т.е. с одинаковой длительностью положительных и отрицательных импульсов ( Г| Т2). Если изделие имеет больший диаметр, чем указанный на рисунке, то ri Т5 и в выходном сигнале возникает посто нна составл юща одного знака. В противоположном случае знак посто нной составл ющей мен етс на противоположный . Выделение этого аналогового сигнала осуществл етс с помощью фильтра нижних частот, содержащегос в электронном блоке устройства. Можно также измер ть цифровым способом непосредственно длительности импульсов и TI и тг . Тогда, как это можно показать с помощью решени соответствующей геометрической задачи, отклонение от номинального размера издели X можно найти с помощью выражени

В результате вращени клина 3 светоет движение по траектории (полукругу) 8, а затем это движение повтор етс в том же направлении с частотой, превышающей в два раза частоту вращени клина Если об-

x x0slnf (1 -Д),,

(1) или в линейном приближении

ЛГХо f , 2 7Г т

(1т-)(2)

где х0 - радиус окружности сканировани . Справедливость выражени (1) видна из

того, что при ri Г2 -у, х 0, и при ri

тх0; х х0; ri Т х -х0. Таким образом, предельна зона обзора устройства состав2 л ет + Хо реальна -± х0. а ее линейный

участок согласно (2) - ± 0,1 х0 (в зависимости от требуемой точности шкалы). Поскольку Хо может составл ть несколько миллиметров, данное устройство допускает возможность заведомо уменьшить скорость обработки по мере приближени к номинальному размеру (при точении и шлифовании ), а также производить переналадку в пределах нескольких миллиметров изменени размеров без перемещени корпуса всего измерител , размещенного на станине . Из выражений (1) и (2) видно, что измер ема величина зависит только от

т

отношени которое не зависит от скорости вращени , а также от х0 определ емого геометрией оптического тракта и наклоном углов клина. Некоторое различие в углах наклонов каждой из половин клина усредн етс в процессе измерени электронным блоком и измерител ми ri и тг , поскольку врем измерений существенно превышает Т. Это обсто тельство приводит к усреднению выходного сигнала при наличии неровностей на поверхности обрабатываемого издели , обусловленных обрабатывающим инструментом.

Таким образом, отказ от принципа сканировани параллельным пучком света всео

5

0

5

0

5

0

го поперечного размера издели и введение в качестве сканатора двухгрэнного клина дает следующий положительный эффект:

-позвол ет проводить измерени в процессе обработки вращаемых изделий;

-введение двухгранного вращающегос клина допускает высокую скорость скани- ровани (удвоение по сравнению со скоростью двигател привода), что приводит к повышению точности измерений из-за лучшего усреднени показаний

Ожидаема точность измерений, проверенна на макетах устройства, составл ет ±0,1-±1 мкм.

Claims

Формула изобретени Оптико-электронное устройство измерени размеров изделий, содержащее корпус и размещенные в нем источник света и последовательно установленные вдоль его оптической оси диафрагму, сканатор, объектив , второй объектив, фотоприемник и электронный блок преобразовани , отличаю щ е е с тем, что, с целью измерени размеров изделий, вращаемых в процессе обработки на станках, корпус установлен на станине станка с возможностью перемещени , сканатор выполнен в виде дискообразного оптического двугранного клина с одинаковыми углами наклона граней к его плоскому основанию, установленного так, что его ось вращени перпендикул рна к оси вращени издели , параллельна оптической оси объективов и сдвинута от нее на половину радиуса диска относительно оси вращени издели , а точка образовани изображени отверсти диафрагмы первым объективом оптически сопр жена через второй объектив с поверхностью фотоприемника и расположена с противоположной стороны от точки соприкосновени обрабатывающего инструмента и издели .