ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1997 года по МПК G01B5/25 G01B11/27 

Изобретение относится к измерительной технике, например, к устройствам для контроля соосности сопряженных валов различных механизмов во время их вращения и в статике.

Известен способ измерения несоосности отверстий путем пропускания через них светового луча и определения его координат относительно осей отверстий. Устройство для осуществления этого способа содержит источник света, фотоприемники, установленные в контрольных сечениях, расположенных последовательно [1]
Недостатком этого устройства является невозможность использования его для проверки соосности вращающихся валов.

Известен способ контроля углового положения объекта, оптическое устройство для реализации которого содержит излучатель, приемник излучения, элементы регулирования светового луча, систему регистрации и обработки информации, два инфракрасных контрастных узкополосных светофильтра [2]
Недостатком данного устройства также является невозможность использования его для проверки несоосности вращающихся валов.

Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения угловых перемещений объекта в двух взаимноперпендикулярных плоскостях, содержащее оптически связанные источник света, две щелевые диафрагмы, три светоделительных элемента, коллимирующий объектив, два фотоприемника, блок обработки информационных сигналов, входы которых подключены к выходам фотоприемников, оптический модулятор, блок считываний фазы модуляции, связанный с оптическим модулятором, щелевые диафрагмы оптически разнесены [3]
С существенными признаками изобретение совпадают его следующие признаки:
источник света;
фотоприемник;
щелевая диафрагма, оптически связанные между собой;
блок обработки информационных сигналов, входы которого подключены к выходам фотоприемника.

Данное оптическое устройство также не обеспечивает возможность проверки несоосности вращающихся сопряженных валов.

В оптическом устройстве контроля положения объектов, содержащем оптически связанные источник света, щелевую диафрагму, фотоприемник, блок обработки информационных сигналов, диафрагма изготовлена в виде пары пластин, в одной из которых выполнено прямоугольное окно, образующее с торцем второй пластины щель, причем обе пластины закреплены на фланцах, соединяющих два соосных вала, каждая из них параллельно оси своего вала, а щель расположена в плоскости, перпендикулярной осям валов. Диафрагма выполнена в виде двух пар пластин, причем пластины второй пары закреплены перпендикулярно осям валов, а устройство снабжено вторым источником света и фотоприемником. Пластины выполнены с возможностью их перестановки и закрепления как параллельно, так и перпендикулярно осям валов. Устройство снабжено несколькими комплектами: источник света, диафрагма, фотоприемник, равномерно разнесенными по окружности фланцев.

Изготовление щелевой диафрагмы в виде пары пластин, в одной из которых выполнено прямоугольное окно, образующее с торцем второй пластины щель, закрепление пластин на фланцах, соединяющих два соосных вала, причем каждой из них параллельно оси своего вала, расположение щели в плоскости, перпендикулярной осям валов обеспечивает возможность бесконтактной центровки валов на излом во время их вращения с повышенной степенью точности.

Выполнение диафрагмы в виде двух пар пластин при закреплении второй пары пластин перпендикулярно осям валов, а также снабжение устройства вторым источником света и фотоприемником обеспечивает возможность контролирования несоосности валов как на излом, так и на их параллельное смещение во время вращения валов.

Снабжение устройства несколькими комплектами: источник света, диафрагма, фотоприемник, равномерно разнесенными по окружности фланцев, позволяет более точно и быстро определять излом и смещение осей валов и проводить их центровку в статическом положении за счет подтяжки или ослабления шпилек, осуществляющих стяжку фланцев центрируемых валов.

На фиг. 1 изображено оптическое устройство контроля положения объектов, на фиг.2 диафрагма устройства, на фиг.3 вариант выполнения оптического устройства, на фиг.4 вариант выполнения пластин диафрагмы, на фиг.5 вид по А на фиг.4, на фиг.6 оптическое устройство с разнесенными диафрагмами.

Оптическое устройство контроля положения объектов, например, контроля соосности сопряженных валов различных механизмов во время их вращения и в статике содержит закрепленный на корпусе 1 центрируемого механизма кронштейн 2, на котором смонтированы оптические связанные источник света 3 и фотоприемник 4. Между ними размещена щелевая диафрагма 5, выполненная в виде пары пластин 6 и 7, закрепленных на фланцах 8 валов 9 и 10. Пластина 6 закреплена параллельно оси вала 10, пластина 7 оси вала 9. Пластина 6 выполнена с прямоугольным окном 11. Дальний от фланца 8 торец 12 пластины 7 образует после закрепления пластин 6 и 7 на фланцах 8 с окном 11 щель 13, расположенную в плоскости, перпендикулярной к осям валов, т.к. торец 12 и одна из сторон окна 11 выполнены перпендикулярно осям пластин.

Блок 14 обработки информационных сигналов входом подключен к выходу фотоприемника 4 через нормирующий усилитель, схему управления с источником опорного напряжения и передает информацию на блок индикации через блок формирования выходной информации /на чертеже не показаны/.

Как вариант, диафрагма устройства выполнена в виде двух пар пластин. Кроме пластин 6 и 7 на фланцах 8 закреплены пластины 15 и 16, отличающиеся от пластин 6 и 7 тем, что каждая из них закреплена перпендикулярно оси своего вала /10 и 9 соответственно/. Их основания 17 для крепления к фланцам 8 расположены под углом 90^o к плоскости пластин. Кроме того, устройство снабжено фотоприемником 18, расположенными по разные стороны от указанных пластин и дополнительным источником света 19.

Каждая из пластин 6 и 7 может быть выполнена с двумя основаниями 17, крайнее из которых выполнено на площадке, расположенной под углом 90^o к плоскости пластин /см. фиг.4 и 5/. В этом случае пластины могут быть закреплены на фланцах как параллельно оси своего вала, так и перпендикулярно к нему.

Оптическое устройство может быть снабжено несколькими комплектами: источник света 3, диафрагма 5 и фотоприемник 4, равномерно разнесенными по окружности фланцев, например, двумя или тремя комплектами, смонтированными на фланцах 8 через 180^o и 120^o. /см. фиг.6/.

Оптическое устройство используется следующим образом.

Включаются источники света 3 и блок 14 обработки информационных сигналов. Вращают валы 9 и 10 вручную или с помощью привод. При отцентрированном положении валов ширина щели 13 между стенкой окна 11 пластины 6 и торцем 12 пластины 7 при вращении валов меняться не будет, интенсивность светового сигнала, попадающего на фотоприемники 4, также будет одинаковой.

При расцентровке валов и возникновении угла излома валов будет изменяться ширина щели 13 между пластинами 6 и 7, при смещении валов ширина щели 13 между пластинами 15 и 16.

При применении одной диафрагмы и одного источника света интенсивность светового сигнала сравнивается с интенсивностью, заданной при статической центровке.

Использование оптического устройства обеспечивает возможность непрерывного контроля соосности валов сопряженных механизмов, например, турбины и генератора, электродвигателя и насоса, что позволяет принять оперативные меры в случае наступления расцентровки и тем самым предотвратить потерю мощности и увеличить ресурс подшипников механизмов.

Расчеты показывают, что угловой излом в 1^o вращающихся валов сопряженных механизмов приводит к потере мощности до 4%

Использование: измерительная техника, в частности, к устройствам для контроля соосности сопряженных валов различных механизмов во время их вращения и в статике. Сущность изобретения: устройство содержит оптически связанные источник света 3, щелевую диафрагму 5, фотоприемник 4, блок 14 обработки информационных сигналов, вход которого подключен к выходу фотоприемника. Диафрагма выполнена в виде пары пластин 6, 7 одна из которых имеет прямоугольное окно, образующее с торцем второй пластины щель, причем обе пластины закреплены на фланцах 8, соединяющих два соосных вала 9 и 10, каждая из них параллельна оси своего вала. Щель расположена в плоскости, перпендикулярной осям валов. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Оптическое устройство контроля положения объектов, содержащее оптически сопряженные источник света, щелевую диафрагму и фотоприемник, а также блок обработки сигналов, выходом соединенный с выходом фотоприемника при использовании в качестве объектов валов, отличающееся тем, что щелевая диафрагма выполнена в виде пары пластин, в одной из которых выполнено прямоугольное окно, образующее с торцом второй пластины щель, причем пластины закреплены на фланцах, соединяющих два соосных вала, и каждая из них расположена параллельно оси соответствующего вала, а щель расположена в плоскости, перпендикулярной оси валов, при этом пластины выполнены съемными и с возможностью их установки перпендикулярно осям валов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной щелевой диафрагмой, выполненной в виде пары пластин, идентичных пластинам основной диафрагмы и установленных на соответствующих фланцах перпендикулярно осям валов, при этом дополнительная щелевая диафрагма оптически сопряжена с дополнительно введенным источником света и фотоприемником. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него дополнительно введены источники света, фотоприемники и диафрагмы, идентичные основной диафрагме, причем соответствующие источник света, диафрагма и фотоприемник оптически сопряжены между собой и расположены по окружности фланцев.