SU785644A1 - Фотоэлектрическое устройство дл измерени геометрических размеров объектов - Google Patents

Description

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано,в частности, в фотоэлектрических устройствах бесконтактного измерения геометрических размеров 5 объектов (диаметров, взаимного положения проволок, нитей, волокон, линейных размеров деталей при различной обработке и т.д.).

Наиболее близким по технической 10 сущности к изобретению является фотоэлектрическое устройство для измерения геометрических размеров объектов, содержащее последовательно установленные источник света, светоде- 15 литель,· делящий световой луч на два пучка, сканатор, выполненный в виде вращающейся четырехгранной призмы, два фотоприемника и электронный блок обработки сигналов с них. В одном из 20 световых пучков за призмой установлена решетка, фокусирующая линза, за которой расположен один из фотоприемников. В другом световом пучке перед фотоприемником располагают из- 25 меряемый объект [1J.

Недостатком этого устройства является зависимость погрешности измерений от нестабильности распределения энергии в сечении светового пучка, 3Q точности изготовления сканирующей призмы и степени идентичности параметров двух фотоприемников, что не дает возможности получить высокую точность измерений. Кроме того, конструкция устройства сложна.

Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции· устройства.

Поставленная цель достигается тем, что сканатор выполнен в виде зеркала, закрепленного на вибраторе, а устройство снабжено расположенной между сканатором и фотоприемником в плоскости, перпендикулярной осям сканирования световых пучков, щелевой диафрагмой в виде подвижных в этой плоскости шторок, приводами и преобразователями смещений, соединенными со шторками и со сканатором, и регистратором, соединенным с преобразователями смещений.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема фотоэлектрического устройства для измерения геометрических размеров объектов; на Фиг. 2 - расположение объекта относительно щелевой диафрагмы.

Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 света.

светоделитель 2, делящий световой луч на два пучка, сканатор в виде зеркала 3, закрепленного на вибраторе 4, например, электромеханическом, щелевую диафрагму в виде подвижных •в плоскости, перпендикулярной осям сканирования световых пучков,шторок 5 и 6,два фотоприемника 7 и 8,электронный блок обработки сигналов/Включающий узкополосные усилители 9 и 10,приводы 11 и 12 и преобразователи 13 и 14 смещений, соединенные со шторками 5 и 6 и со сканатором, регистратор 15, соединенный с преобразователями: 13 и 14 смещений.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 света разделяется светоделителем 2 на два параллельных пучка, которые направляются на колеблющееся зеркало 3, закрепленное на вибраторе 4, осущест- ί вляющем пространственное сканирование обоих пучков относительно щелевой диафрагмы с некоторой частотой ί_ο . Причем расстояние между осями сканирования пучков равно некоторой фиксированной величине А (фиг. 2). В плоскость диафрагмы, перпендикулярную осям сканирования световых пучков, произвольно помещают измеряемый объект 6, например , имеющий круглое сечение, диаметр которого D необходимо измерить. При этом совокупность щелевой диафрагмы и измеряемого объекта 16 необходимо рассматривать как две щели, образованные соответственно подвижными шторками 5 или 6 щелевой диафрагмы и образующими боковой поверхности измеряемого объекта 16. Промодулцрованные таким образом световые пучки преобразуются на фотоприемниках 7 и 8 в электрические сигналы, поступающие соответственно.в узкополосные усилители 9 и 10, настроенные на частоту сканирования <р₀ , Сигналы с частотой сканирования φθ поступают с выходов усилителей на выходы приводов 11 и 12, одновременно подключенных к электрическому выходу ск'анатора. Приводы 11 и 12 осуществляют необходимое перемещение шторок 5 и 6 щелевой диафрагмы, при этом с преобразователей 13 и 14 смещений, механически связанных со шторками 5 и 6, снимаются электрические сигналы, портупающие в регистратор 15, выполненный, например, в виде сумматора.

В основе измерений лежит принцип совмещения осей сканирования световых пучков с центрами указанных выше щелей. При совмещении оси сканирования с центрами щелей световой поток модулируется с удвоенной частотой, , т.е. 2 f_о.

При несовпадении в сигнале не выходе одного из фотоприемников 7’или 8 будет присутствовать гармоническая составляющая с частотой, равной часто те сканирования , которая будет выделена в узкополосном усилителе 9 Или 10, причем ее амплитуда пропорциональна величине смещения, а фаза направлению смещения.

В примере, как показано на фиг.2, положение осей сканирования относительно шторок 5 и 6 диафрагмы известно и определяется величинами X и У, а положение измеряемого объекта - величинами ' ’а’ ¹ и ’'в'', которые определяются в процессе измерения.В общем случае Х/в и У/a, поэтому с выходов узкополосных усилителей 9 и 10 соответственно на приводы 11 и 12 поступят сигналы, пропорциональные величинам (Х-в) и (У-а). В результате отработки имеющегося рассогласования между центрами щелей и осями сканирования пучков приводы 11 и 12 перемещают шторки 5 и 6 диафрагмы до момента, когда Х=в и У=а, т.е. до момента совпадения осей сканирования пучков с центрами щелей. При этом с выходов фотоприемников снимаются сигналы с удвоенной частотой 2f_o , поэтому на выходах узкополосных усилителей 9 и 10 сигнал будет отсутствовать. 3 процессе отработки с преобразователей 13 и 14 смещения порциональнне шторок 5 и 6, гистратор 15, обработка. При этом измеряемый параметр О определяют как

Ь = А(а + Ъ)

А - расстояние между осями сканирования световых пучков;

а и в - расстояние от осей сканирования пучков до образующих поверхностей измеряемого объекта 16,

Изобретение позволяет повысить точность измерений за счет обеспечения стабильности положения сканирования и частоты колебаний зеркала 3, закрепленного на вибраторе 4, и высокой чувствительностью процесса совмещения оси сканирования с центрами щелей, лежащего в основе измерений.

снимаются сигналы, про величине перемещения которые поступают в ре где осуществляется их где

Claims (1)

1. Изобретение относитс  к контрольн измерительной технике и может быть использовано,в частности, в фотоэлек трических устройствах бесконтактного измерени  геометрических размеров объектов (диаметров, взаимного положени  проволок, нитей, волокон, линейных размеров деталей при различной обработке и т.д.). Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  фотоэлектрическое устройство дл  измерени  геометрических размеров объектов , содер ащее последовательно установленные источник света, светоделитель , дел щий световой луч на два пучка, сканатор, выполненный в виде вращающейс  четырехгранной призмн, два фотоприемника и электронный бло обработки сигналов с них. В одном и световых пучков за призмой установлена решетка, фокусирующа  линза, за которой расположен один из фотоприемников . В другом световом пучке перед фотоприемником располагают из мер емый объект . Недостатком этого устройства  вл етс  зависимость погрешности изме ний от нестабильности распределени  энергии в сечении светового пучка, точности изготовлени  сканиру101чей призмы и степени идентичности параметров двух фотоприемников, что не дает возможности получить высокую точность измерениП. Кроме, того, конструкци  устройства сложна. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений и упрощение конструкции-устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что сканатор выполнен в виде зеркала, закрепленного на вибраторе, а устройство снабжено расположенной между сканатором и фотоприемником в плоскости , перпендикул рной ос м сканировани  световых пучков, щелевой диафрагмой в виде подвижных в этой плоскости шторок, приводами и преобразовател ми смещений, соединенными со шторками и со сканатором, и регистратором , соединенным с преобразовател ми смещений. На фиг. 1 изображена принципиальна  схема фотоэлектрического устройства дл  измерени  геометрических размеров объектов; на фиг. 2 - расположение объекта относительно щелевой диафрагмы. Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 света. светоделитель 2, дел щий световой луч на два пучка, сканатор в виде зеркала 3, закрепленного на внбрато ре 4, например, электромеханическом, щелевую диафрагму в виде подвижных в плоскости, перпендикул рной ос м сканировани  световых пучков,шторок и 6,два фотоприемника 7 и 8,электрон ный блок обработки сигналов/включающий узкополосные усилители 9 и 10,пр воды 11 и 12 и преобразователи 13 и смещений, соединенные со шторками 5 и 6 и со сканатором, регистратор 15, соединенный с преобразовател ми: 13 и 14 смещений. Устройство работает следующим образом . Излучение от источника 1 света раздел етс  светоделителем 2 на два параллельных пучка, которые направл ютс  на колеблющеес  зеркало 3, за крепленное на вибраторе 4, ocyLiecTвл ющемпространственное сканировани обоих пучков относительно щелевой диафрагмы с некоторой частотой IQ . Причем рассто ние между ос ми сканировани  пучков равно некоторой фикси рованной величине А (фиг. 2). В плос кость диафрагмы, перпендикул рную ос м сканировани  световых пучков, произвольно помещают измер емый объе б, например , имеющий круглое сечение , диаметр которого D необходимо измерить. При этом совокупность щелевой диафрагмы и измер емого объекта 1б необходимо рассматривать как две щели, образованные соответственно подвижными шторками 5 или 6 щелевой диафрагмы и образующими боковой поверхности измер емого объекта 16. Пpoмoдyл poвaнныe таким образом световые пучки преобразуютс  на фотопри емниках 7 и 8 в электрические сигналы ,поступающие соответственно.в узкополосные усилители 9 и 10, настрое ные на частоту сканировани  q)g . Сиг налы с частотой сканировани  ер поступают с выходов усилителей на выходы приводов 11 и 12, одновременно подключенных к электрическому выходу сканатора. Приводы 11 и 12 осуществл ют необходимое перемещение шт рок 5 и б щелевой диафрагмы, при это с преобразователей 13 и 14 смещений, механически св занных со шторками 5 и б, снимаютс  электрические сигналы подтупающие в регистратор 15, выполненный , например, в виде сумматора. В основе измерений лежит принцип совмещени  осей сканировани  свето вых пучков с центрами указанных выше щелей. При совмещении оси сканировани  с центрами щелей световой поток модулируетс  с удвоенной частотой, т.е. 21д. При несовпадении в сигнале не выходе одного из фотоприемников 7или 8 будет присутствовать гармоническа  составл юща  с частотой, равной част те сканировани  , котора  будет выделена в узкополосном усилителе 9 Или 10, причем ее амплитуда пропорциональна величине смещени , а фаза направлению смещени . В примере, как показано на фиг.2, положение осей сканировани  относительно шторок 5 и б диафрагмы известно и определ етс  величинами X и У, а положение измер емого объекта - величинами а и в , которые определ ютс  в процессе измерени ,В общем случае и , поэтому с выходов УЗКОПОЛОСНЫХ усилителей 9 и 10 соответственно на приводы И и 12 поступ т сигналы, пропорциональные величинам (Х-в) и (У-а). В результате отработки имеющегос  рассогласовани  между центрами щелей и ос ми сканировани  пучков приводы 11 и 12 перемещают шторки 5 и б диафрагмы до момента, когда и , т.е. до момента совпадени  осей сканировани  пучков с .центрами щелей. При этом с выходов фотоприемников снимаотс  сигналы с удвоенной частотой , поэтому на выходах узкополосных усилителей 9 и 10 сигнал будет отсутствовать. 3 процессе отработки с преобразователей 13 и 14 смещени  снима-отс  сигналы, пропорциональные величине перемещени  шторок 5 и б, которые поступают в регистратор 15, где осуществл етс  их обработка. При этом измер емый параметр D определ ют как D Ala-t-b) Л - рассто ние между ос ми сканировани  световых пучков; а и в - рассто ние от осей сканировани  пучков до образующих поверхностей измер емого объекта 16. Изобретение позвол ет повысить точность измерений за счет обеспечени  стабильности положени  сканировани  и частоты колебаний зеркала 3, закрепленного на вибраторе 4, и высокой чувствительностью процесса совмещени  оси сканировани  с центрами щелей, лежащего в основе измерений. Формула изобретени  Фотоэлектрическое устройство дл  измерени  геометрических размеров объектов, содержащее последовательно установленные источник света, светоделитель , дел щий световой луч на два пучка, сканатор, два фотоприемника и электронный блок обработки сигналов с них, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений и упрощени  конструкции устройства, сканатор выполнен в виде 1зеркала, закрепленного на вибраторе, а устройство снабжено расгюложенной между сканатором и фото