ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2001 года по МПК G01B11/08 G01B21/10 

Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения диаметра проводников, кабелей, сверл, горячего и холодного проката прутка и других цилиндрических тел.

Известно устройство для бесконтактного измерения диаметра изделий, содержащее оптически связанный источник света, оптическую систему, предназначенную для переноса изображения в плоскость анализа, и дискретную линейку фотоприемников, сдвиговый регистр, индикатор и блок управления, причем количество фотоприемников в дискретной линейке равно количеству разрядов сдвигового регистра, индикатор имеет количество информационных входов, равное количеству разрядов сдвигового регистра (а.с. СССР N 1411586, кл. G 01 В 21/10, 1987 г.). Недостаток устройства заключается в невысокой точности измерения и невозможностью измерять изделия с большим диаметром.

Известно устройство для бесконтактного измерения диаметра цилиндрических тел - устройство для фотоимпульсного измерения диаметра (а.с. N 1229568, кл. G 01 В 11/02, 1986 г.), содержащее источник коллимированного пучка света, контролируемое изделие, устройство формирования теневого изображения и поля зрения на базе диска с двумя фиксированными вырезами и фотоприемниками напротив этих вырезов, формирователь измерительного импульса одного фотоприемника и формирователь импульса поля зрения, электронную систему измерения и схему повышения помехоустойчивости.

Недостаток устройства заключается в наличии механических частей, малом быстродействии, невысокой точности устройства и невозможности измерять изделия с большим диаметром.

Известно устройство для измерения диаметра изделий (а.с. СССР N 1767329, кл. G 01 В 21/10, 1992 г.), содержащее последовательно соединенные датчик изображения, формирователь измерительных импульсов, схему U, блок счета импульсов заполнения, регистр, индикатор, делитель частоты, дополнительный счетчик, блок счета числа реализаций и дешифратор.

Устройство работает следующим образом. Датчик изображения формирует видеосигнал, соответствующий теневому изображению диаметра изделия, проецируемого на фотоприемную часть ПЗС-линейки. Видеосигнал поступает на вход формирователя измерительного импульса, где преобразуется в прямоугольный импульс, который поступает на вход схемы U, на второй вход этой схемы подаются тактовые импульсы D U. На выходе схемы U формируется пачка импульсов, число которых пропорционально диаметру измеряемого изделия.

Недостаток устройства - нестабильность показаний и невозможность измерять изделия с большим диаметром.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является фотоэлектрическое устройство для измерения диаметров цилиндрических тел (пат. РФ N 2095750, кл. G 01 В 11/08; 21/10). Устройство содержит датчик изображения, точечный источник света, оптически соединенный через коллиматор с датчиком изображения и измеряемое изделие и электронную систему регистрации и обработки видеосигналов.

Устройство работает следующим образом. Точечный источник света 1, находящийся в фокальной плоскости коллиматора 2 и на его оптической оси, излучает конический пучок света с соответствующей данному источнику диаграммой направленности, который преобразуется коллиматором в коллимированный пучок, освещающий измеряемое изделие, тень от которого преобразуется датчиком изображения в видеосигнал, поступающий на входы пикового детектора, а также первого и второго формирователя измерительного импульса. В устройстве имеется электронная схема регулирования интенсивности излучения источника света, схема коррекции результата измерений устройства, однако они не являются предметом усовершенствования настоящего изобретения и не обсуждаются.

Устройство имеет значительные преимущества по сравнению с известными устройствами по точностным характеристикам и стабильности.

Однако предлагаемое устройство не позволяет проводить измерения изделий с большим диаметром, так как возможность устройства ограничивается длиной фотоприемной линейки. Чем больше диаметр измеряемого изделия, тем длиннее должна быть фотоприемная линейка. Или для достижения поставленной задачи потребуется введение дополнительной оптической системы.

Задача предлагаемого изобретения - создать устройство для измерения изделий с большим диаметром, с высокой точностью измерений без увеличения длины фотоприемной линейки и введения дополнительной оптической системы.

Задача решается тем, что фотоэлектрическое устройство для измерения диаметра подвижного изделия, содержащее точечный источник света, коллиматор, фотоприемник, к выходам которого последовательно подключены формирователь измерительного импульса, блок счета и индикатор, в устройство дополнительно введено плоское зеркало, установленное с отклонением от прямого угла между плоскостью зеркала и осью коллиматора на величину 0,5-5^o, фотоприемник размещен между точечным источником света и коллиматором, между коллиматором и зеркалом размещено измеряемое изделие.

Для защиты оптической системы от внешней засветки устройство снабжено защитными масками. Для защиты от пыли и влаги точечного источника света и фотоприемника - стеклами.

На фиг. 1 приведена схема устройства: 1 - точечный источник света, 2 - фотоприемник, 3 - коллиматор, 4 - измеряемое изделие, 5 - плоское зеркало, установленное с углом наклона 0,5-5^o между перпендикуляром плоскости зеркала и осью коллиматора 3. Фотоприемник видеосигнальным выходом подключен к формирователю измерительных импульсов 6, выход которого соединен с блоком счета 7, и входом с цифровым индикатором 8. По обе стороны измеряемого изделия 4 размещены защитные маски 9 и стекла 10.

На фиг. 2а - вид сверху и 2б - вид сбоку представлена функциональная схема, иллюстрирующая работу устройства.

Устройство работает следующим образом.

Точечный источник света 1 направляет излучение на коллиматор 3, преобразованный коллиматором 3 параллельный пучок освещает изделие 4, отражается в зеркале 5 в натуральную величину, затем вновь проходит через коллиматор 3, уменьшается, и тень в уменьшенном виде преобразуется в датчике изображения 2 в видеосигнал, поступающий на входы формирователя измерительного импульса 6. В блоке счета 7 уменьшенный размер тени перерассчитывается в фактический размер диаметра изделия.

Электронная система устройства определяет число ячеек фотоприемника, закрытых тенью. Блок счета переводит это число в миллиметры и высвечивает его на цифровом индикаторе.

Сравнительный анализ прототипа и предлагаемого изделия показал возможность предлагаемого устройства измерять изделия с диаметром до 100 мм, при этом сохраняется высокая точность и стабильность измерений.

Прототип не обеспечивает измерения изделий с диаметром 100 мм. Введение дополнительного плоского зеркала и размещение коллиматора между датчиком изображения и изделием позволяет измерять изделия с большим диаметром за счет двукратного прохождения через коллиматор и уменьшения изображения примерно в 4 раза. Следовательно, не увеличивая длину фотоприемной линейки и не вводя в устройство дорогостоящей оптики, можно измерять изделия с большим диаметром, при этом не увеличивая габариты устройства.

Устройство прошло испытания в ЗАО "Сибкабель" (г.Томск) и ЗАО "Томники" (г. Томск). Промышленно применимо. Электронная система выполнена на современных, стандартных электронных компонентах, применяемых в измерительных устройствах фотоэлектрических приборов.

Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения диаметров цилиндрических тел. Устройство содержит точечный источник света, коллиматор, фотоприемник и плоское зеркало. К выходу фотоприемника последовательно подключены формирователь измерительного импульса, блок счета и индикатор. Плоское зеркало установлено с отклонением от прямого угла между плоскостью зеркала и осью коллиматора на величину 0,5 - 5°. Фотоприемник размещен между точечным источником света и коллиматором. Между коллиматором и зеркалом размещено измеряемое изделие. Для защиты оптической системы от внешней засветки устройство снабжено защитными масками. Для защиты от пыли и влаги точечного источника и фотоприемника - стеклами. Устройство позволяет повысить точность и стабильность измерений. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фотоэлектрическое устройство для измерения диаметра подвижного изделия, содержащее точечный источник света, коллиматор, фотоприемник, к выходам которого подключена электронная система обработки и регистрации измерений и измеряемое изделие, отличающееся тем, что в устройство дополнительно установлено плоское зеркало с отклонением от прямого угла между плоскостью зеркала и осью коллиматора на величину 0,5 - 5°, датчик изображения размещен между точечным источником света и коллиматором, измеряемое изделие расположено между коллиматором и зеркалом. 2. Фотоэлектрическое устройство для измерения диаметра подвижного изделия по п.1, отличающееся тем, что устройство снабжено защитными стеклами и масками, расположенными по обе стороны измеряемого изделия.