ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ УГЛОМЕР Российский патент 2001 года по МПК G01B21/22 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения углового положения центра и геометрических размеров протяженного объекта.

Известен оптико-электронный угломер, содержащий оптически связанные объектив и анализатор изображения, выполненный в виде волоконно-оптического блока из n световодных жгутов, входные торцы которых объединены в одномерную матрицу, профилированную по цилиндрической поверхности с радиусом, равным фокусному расстоянию объектива, фотоприемники, оптически связанные с соответствующими выходными торцами световодных жгутов анализатора изображений, n - 3 совпадений, входы каждой из схем совпадений соединены с выходами двух соседних не связанных оптически с крайними световодными жгутами анализатора изображений фотоприемников, электропривод и выходной блок, входы которого подключены к выходам схем совпадения (авторское свидетельство СССР N 1116318, кл. G 01 В 21/22, опубликовано в 1983 г.).

Недостатком данного устройства является недостаточная информативность, обусловленная тем, что не выдается информация о геометрическом центре протяженного объекта.

Наиболее близким к изобретению является оптико-электронный угломер, содержащий оптически связанные объектив и анализатор изображения, выполненный в виде волоконно-оптического блока из n световодных жгутов, входные торцы которых объединены в одномерную матрицу, профилированную по цилиндрической поверхности с радиусом, равным фокусному расстоянию объектива, фотоприемники, оптически связанны с соответствующими выходными торцами световодных жгутов анализатора изображений, n - 3 схем совпадений, входы каждой из схем совпадений соединены с выходами двух соседних не связанных оптически с крайними световодными жгутами анализатора изображений фотоприемников, выходной блок, входы которого подключены к выходам схем совпадения, логический блок, входы которого подключены к выходам схем совпадения, первого и второго элемента И, первые входы которых подключены к выходу логического блока, вторые входы - к выходам фотоприемников, оптически связанных с крайними световодными жгутами анализатора изображений, электропривод выполнен в виде коммутатора, первые два входа которого подключены к выходам первого и второго элементов И, генератора импульсов, выход которого подключен к третьему входу коммутатора, первый выход которого подключен к дополнительное входу выходного блока, шагового двигателя с редуктором, кинематически связанного с объективом и анализатором изображений, вход шагового электродвигателя подключен к выходу коммутатора (авторское свидетельство СССР N 1532814, кл. G 01 B 21/22, опубликованное в 1989 г.). Недостатком данного устройства является низкая информативность, обусловленная тем, что выдается информация об угловом положении центра протяженного объекта и не выдается информация о геометрическом размере данного объекта.

Технической задачей изобретения является повышение информативности за счет выдачи информации о геометрических размерах объекта, путем получения сигнала, пропорционального геометрическим размерам объекта. Решение технической задачи состоит в том, что в оптико-электронный угломер, содержащий оптически связанные объектив и анализатор изображения, выполненный в виде волоконно-оптического блока из n световодных жгутов, входные торцы которых объединены в одномерную матрицу, профилированную по цилиндрической поверхности с радиусом, равным фокусному расстоянию объектива, фотоприемники, оптически связанные с соответствующими выходными торцами световодных жгутов анализатора изображений, n - 3 схем совпадений, входы каждой из схем совпадений соединены с выходами двух соседних не связанных оптически с крайними световодными жгутами анализатора изображений фотоприемников, логический блок, входы которого подключены к выходам схем совпадений, два элемента И, первые входы которого подключены к выходу логического блока, вторые входы - к выходам фотоприемников, оптически связанных с крайними световодными жгутами анализатора изображений, электропривод, выполненный в виде коммутатора, первые два входа которого подключены к выходам элементов И, генератор импульсов, выход которого подключен к третьему входу коммутатора, выходной блок, входы которого подключены к выходам схем совпадения и к первому выходу коммутатора, шагового электродвигателя с реактором, кинематически связанного с объективом и анализатором изображений, вход шагового электродвигателя подключен ко второму выходу коммутатора, дополнительно введен блок измерения геометрических размеров объекта, первые n - 2 входа которого соединены с выходами фотоприемников, не связанных оптически с крайними световодными жгутами анализатора изображений, два вторых входа соединены с выходами фотоприемников, оптически связанных с крайними световодными жгутами анализатора изображений, третий вход соединен с выходом генератора импульсов, а выход является информационным выходом о геометрических размерах объекта, блок измерений геометрических размеров объекта содержит последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, инвертор, первый блок элементов И, второй элемент ИЛИ, счетчик, второй блок элементов И, а также сдвиговый регистр, причем первые входы блока измерения геометрических размеров соединены с первыми входами первого блока элементов И, два вторых входа со входами первого элемента ИЛИ и третий вход со входом сдвигового регистра, вход обнуления счетчика и сдвигового регистра, с предпоследним выходом которого соединены вторые входы второго блока элементов И, выход которого является информационным выходом блока измерения геометрических размеров объекта.

Технический результат изобретения заключается в реализации принципа повышения информативности о протяженном объекте за счет измерения как углового положения центра объекта, так и его геометрического размера.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое устройство отличается наличием новых связей между известными и новыми элементами.

Повышенная информативность реализуется за счет отличительных признаков устройства.

1. Преобразования оптического изображения объекта в электрический сигнал, который имеет вид последовательности импульсов, количество которых пропорционально геометрическим размерам объекта, за счет введения первого элемента ИЛИ, инвертора, первого блока элементов И и сдвигового резистора.

2. Определения геометрического размера объекта, за счет введения счетчика.

3. Выдачи текущей информации о геометрических размерах объекта, за счет введения второго блока элементов И.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критериям охраноспособности "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведена структурная схема оптико-электронного угломера; на фиг. 2 - структурная схема блока измерения геометрического размера объекта.

Оптико-электронный угломер состоит из оптически связанных объектива 1 и анализатора 2 изображений, состоящего из измерительных световодных жгутов 3 и периферийных световодных жгутов 4, входные торцы световодных жгутов 3 и 4 представляют собой линейку, профилированную по цилиндрической поверхности с радиусом, равным фокусному расстоянию объектива 1, жгуты 4 расположены по краям данной линейки, приемников 5 излучения, оптически связанных с выходными торцами световодных жгутов 3, предварительных усилителей 6, входы которых подключены к выходам приемников 5, фотоприемников 7, оптически связанных с выходными торцами световодных жгутов 4, предварительных усилителей 8, входы которых подключены к выходам фотоприемников 7, схем 9 совпадений, входы каждой из которых подключены к выходам соответствующих двух соседних усилителей 6, логического блока 10, входы которого подключены к выходам схем 9 совпадения, двух цепей, состоящих из последовательно соединенных элементов И 11 и усилителей 12, первые входы элементов И 11 подключены к выходу блока 10, вторые входы элементов И 11 подключены к выходам соответствующих усилителей 8, коммутатора 13, первые два входа которого подключены к выходам усилителей 12, генератора 14 импульсов, выход которого подключен к третьему входу коммутатора 13, выходного блока 15, входы которого подключены к выходам схем 9 совпадения и выходу коммутатора 13, шагового электродвигателя 16, вход которого подключен к выходу коммутатора 13, редуктора 17, механически связанного с электродвигателем 16 и корпуса 18, механически связанного с редуктором 17, объектив 1 и анализатор 2 изображения, неподвижно закреплены в корпусе 18, блока 19 измерения геометрических размеров объекта, первые n - 2 входа которого соединены с выходами фотоприемников 5, связанных оптически с измерительными световодными жгутами 3 анализатора 2 изображений, два вторых входа соединены с выходами фотоприемников 7, оптически связанных с периферийными световодными жгутами 4 анализатора 2, третий вход соединен с выходами генератора 14 импульсов, а выход блока 19 является информационным выходом, блок 19 измерения геометрических размеров объекта содержит последовательно соединенные первый 20 элемент ИЛИ, инвентор 21, первый 22 блок элементов И, второй 23 элемент ИЛИ, счетчик 24, второй 20 блок элементов И, а также сдвиговый регистр 26, причем первые входы блока 19 измерения геометрических размеров соединены с первыми входами первого 22 блока элементов И, два вторых входа со входами первого 20 элемента ИЛИ и третий вход со входом сдвигового регистра 26, вход обнуления счетчика 24 и сдвигового регистра 26 соединены с последним выходом сдвигового регистра 26, с предпоследним выходом которого соединены вторые входы второго 25 блока элементов И, выход которого является информационным выходом блока измерения геометрических размеров объекта.

Угломер работает следующим образом. Изобретение объекта, сфокусированное объективом 1 на анализаторе 2 изображения, попадая на входные торцы световодных жгутов 3, засвечивает соответствующие приемники 5 излучения, сигналы с которых после усиления предварительными усилителями 6 сравниваются схемами 9 совпадения, сигналы с которых подают в выходной блок 15. Одновременно сигналы после приемника 5 излучения поступают на первые входы первого 22 блока элементов И, на вторые входы которого поступают сигналы с выхода инвентора 21, при условии нахождения объекта вне поля зрения периферийных жгутов 4, а на третьи входы которого поочередно поступают сигналы с выходов сдвигового регистра 26, на который запускается импульсами с генератора 14 импульсов. Количество импульсов получаемых с выхода первого 22 блока элементов пропорционально геометрическим размерам объекта и они через второй 23 элемент ИЛИ поступают на вход счетчика 24. Счетчик 24 выдает сигнал, пропорциональный геометрическим размерам объекта через второй 25 блок элементов И, после прихода сигнала с предпоследнего выхода сдвигового регистра 26. Если изображение попадает на вход световода 4, оно засвечивает соответствующий фотоприемник 7 излучения, сигнал с которого усиливается предварительным усилителем 8 и подается на вход соответствующего элемента И 11, при отсутствии сигналов на выходе схем 9 совпадения логический блок 10 формирует сигнал, который поступает на вторые входы элементов И 11, которые при условии наличия сигналов на обоих входах формируют сигнал, который усиливается соответствующим усилителем 12 и подается на соответствующий вход коммутатора 13, на третий вход которого поступают импульсы от генератора 14 импульсов. В зависимости от сигналов на входах коммутатора 13, он подает импульс соответствующей полярности, на шаговый электродвигатель 16 и в выходной блок 15, передаточное число редуктора 17 подбирают таким, что при отработке электродвигателем 16 одного шага изображение смещается к центру анализатора 2 изображения.

Кроме того, при засвечивании световода 4 сигнал с выхода фотоприемника 7 излучения поступает на один из входов первого 20 элемента ИЛИ, что вызывает снятия сигналов со вторых входов первого 22 блока элементов И.

Это исключает возможность определения геометрических размеров объекта при наличии динамического режима работы оптико-электронного угломера.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет определить угловое положение центра протяженного объекта и его геометрические размеры.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1116318, кл. G 01 В 21/22, опубликованное в 1983 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1532814, кл. G 01 В 21/22, опубликованное в 1989 г.

Использование: в контрольно-измерительной технике для измерения углового положения центра и геометрических размеров протяженного объекта. Сущность: решение технической задачи измерения геометрического размера объекта за счет введения блока измерения геометрического размера, содержащего последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, инвертор, первый блок элементов И, второй блок элементов ИЛИ, счетчик, второй блок элементов И, а также сдвиговый регистр. Технический результат-повышение информативности за счет выдачи информации о геометрических размерах объекта. 1 з.п.ф-лы., 2 ил.

1. Оптико-электронный угломер, содержащий оптически связанные объектив и анализатор изображения, выполненный в виде волоконно-оптического блока из n световодных жгутов, входные торцы которых объединены в одномерную матрицу, профилированную по цилиндрической поверхности с радиусом, равным фокусному расстоянию объектива, фотоприемники, оптически связанные с соответствующими выходными торцами световодных жгутов анализатора изображений, n - 3 схем совпадений, входы каждой из схем совпадений соединены с выходами двух соседних не связанных оптически с крайними световодными жгутами анализатора изображений фотоприемников, логический блок, входы которого подключены к выходам схем совпадений, два элемента И, первые входы которых подключены к выходу логического блока, вторые входы - к выходам фотоприемников, оптически связанных с крайними световодными жгутами анализатора изображений, электропривод, выполненный в виде коммутатора, первые два входа которого подключены к выходам элементов И, генератор импульсов, выход которого подключен к третьему входу коммутатора, выходной блок, входы которого подключены к выходам схем совпадения и к первому выходу коммутатора, шагового электродвигателя с редуктором, кинематически связанного с объективом и анализатором изображений, вход шагового электродвигателя подключен к второму выходу коммутатора, отличающийся тем, что в него дополнительно введен блок измерения геометрических размеров объекта, первые n - 2 входа которого соединены с выходами фотоприемников, не связанных оптически с крайними световодными жгутами анализатора изображений, два вторых соединены с выходами фотоприемников, оптически связанных с крайними световодными жгутами анализатора изображений, третий вход - с выходом генератора импульсов, а выход является информационным выходом о геометрических размерах объекта. 2. Угломер по п.1, отличающийся тем, что блок измерений геометрических размеров объекта содержит последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, инвертор, первый блок элементов И, второй элемент ИЛИ, счетчик, второй блок элементов И, а также сдвиговый регистр, причем первые входы блока измерения геометрических размеров соединены с первыми входами первого блока элементов И, два вторых входа - с входами первого элемента ИЛИ и третий вход - с входом сдвигового регистра, вход обнуления счетчика и сдвигового регистра соединены с последним выходом сдвигового регистра, с предпоследним выходом которого соединены вторые входы второго блока элементов И, выход которого является информационным выходом блока измерения геометрических размеров объекта.