ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УГЛОВЫХ РАЗМЕРОВ Российский патент 2005 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к технике контроля и может быть использовано для автоматизации операции контроля угловых размеров.

Известен лазерный измеритель (см. авторское свидетельство СССР №1647239, М.кл⁵. G 01 В 11/08, 1991). Указанное устройство содержит последовательно установленные лазер, сканирующий блок, коллиматор, объектив и фотоприемник. Для определения угловых размеров устройство снабжено зеркалом, установленным после объектива под углом к оптической оси измерителя, и дополнительным фотоприемником, оптически связанным с зеркалом, а сканирующий блок выполнен в виде фазовой дифракционной решетки и диафрагмы с отверстиями, скрепленных между собой, и установлен с возможностью вращения вокруг оси измерителя. Устройство предназначено для технологического и выходного контроля при измерении линейных и угловых размеров объектов.

Недостатками известного устройства являются невысокая точность оценки размеров измеряемого объекта и невысокая скорость измерения.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности заявляемому (прототипом) является оптико-электронное устройство для измерения диаметров тел вращения (см. авторское свидетельство РФ №2164664, М.кл⁷. G 01 В 11/08, 2001). Названное устройство состоит из измерительного блока, фотоприемника, оптической системы, измеряемого объекта, реперной линейки, прижимного ролика, привода вращения, опор измеряемого объекта, осветителя, датчика углового положения опор измеряемого объекта, аналого-цифрового преобразователя. Пучок света направляется на измеряемое тело вращения и реперную линейку. Часть пучка света направляется оптической системой на фотоприемник. Информация с фотоприемника для преобразования в цифровую форму поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, а затем в измерительный блок. Измерительный блок производит определение диаметра измеряемого тела вращения. Во время измерений тело вращения располагают на опорах.

Недостатком указанного оптико-электронного устройства является необходимость перемещения измеряемого объекта относительно фотоприемника, что существенно снижает скорость процесса измерения.

Задачей изобретения является повышение точности и скорости процесса контроля размеров за счет возможности контроля угловых размеров.

Задача изобретения достигается тем, что в оптико-электронное устройство для контроля угловых размеров, содержащее осветитель, измеряемый объект, реперную линейку, оптическую систему, фотоприемник, аналого-цифровой преобразователь, измерительный блок, датчик, привод, дополнительно введены пружинная подвеска, кинематически связанная с реперной линейкой с одной стороны и с приводом перемещения и датчиком положения пружинной подвески с другой стороны. Реперная линейка выполнена в виде углового калибра.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 показан вид изображения в плоскости изображений оптической системы в случае, когда измеряемый угловой размер больше измерительного угла углового калибра; на фиг.3 показан вид изображения в плоскости изображений оптической системы в случае, когда измеряемый угловой размер меньше измерительного угла углового калибра; на фиг.4 показана тактовая диаграмма работы прибора с зарядовой связью, на фиг.5 показан частично освещенный элемент фоточувствительного прибора с зарядовой связью; на фиг.6 показана факсимильная цифровая модель изображения в случае, когда измеряемый угловой размер больше измерительного угла углового калибра; на фиг.7 показана факсимильная цифровая модель изображения в случае, когда измеряемый угловой размер меньше измерительного угла углового калибра.

Оптико-электронное устройство для контроля угловых размеров состоит из измерительного блока 1, фотоприемника 2, оптической системы 3, измеряемого объекта 4, на котором размещен угловой калибр 5, соединенный с пружинной подвеской 6, привода 7 перемещения, осветителя 8, аналого-цифрового преобразователя 9, датчика 10 положения пружинной подвески. Выход фотоприемника 2 связан с входом 11 аналого-цифрового преобразователя 9, а входы фотоприемника 2 связаны с выходами 13 измерительного блока 1. Вход привода 7 перемещения связан с выходом 12 измерительного блока 1, а выход датчика 10 положения пружинной подвески связан с входом 14 измерительного блока 1.

Система работает следующим образом. Измеряемый объект 4 помещают между осветителем 8 и оптической системой 3. Для контроля углового размера измеряемого объекта 4 угловой калибр 5 приводится в непосредственный контакт с измеряемым объектом 4. В целях повышения точности контакта углового калибра 5 с измеряемым объектом 4 используют пружинную подвеску 6, передающую движение от привода 7 перемещения на угловой калибр 5. В момент, когда достигается необходимое усилие поджатия пружинной подвески 5, сигнал с датчика 10 положения пружинной подвески передается на вход 14 измерительного блока 1 и запускает измерительный процесс. В качестве датчика 10 положения пружинной подвески может использоваться типовой концевой выключатель. Пучок света, сформированный осветителем 8, направляется на измеряемый объект 4 и угловой калибр 5. Часть пучка света, прошедшая через зазоры между измеряемым объектом 4 и угловым калибром 5, направляется оптической системой 3 на фотоприемник 2, представляющий собой матричный фоточувствительный прибор с зарядовой связью, состоящий из фоточувствительных элементов, в каждом из которых под действием падающего на ячейку света возможно накопление электрического заряда, величина которого пропорциональна интенсивности светового потока и времени накопления заряда. Под действием приложенных к фоточувствительному прибору с зарядовой связью управляющих напряжений формируемые заряды сдвигаются в выходной сдвиговый регистр, а затем на выход фотоприемника 2. Информация с фотоприемника 2 для преобразования в цифровую форму поступает на вход 11 аналого-цифрового преобразователя 9, а затем в измерительный блок 1. Измерительный блок 1 представляет собой микропроцессор, вырабатывающий сигналы, управляющие считыванием информации из фотоприемника 2, и производящий контроль углового размера измеряемого объекта 4.

Вид изображения в плоскости изображений оптической системы представлен на фиг.2 и фиг.3, где: 15 - тень от измеряемого объекта; 16 - тень от углового калибра; 17 - светлые участки, соответствующие отклонению от заданного угла.

Функционирование матричного фоточувствительного прибора с зарядовой связью поясняется диаграммой, приведенной на фиг.4, где представлены импульсы на первой, второй, третьей фазах секции накопления 18, 19, 20; на первой, второй, третьей фазах секции памяти 21, 22, 23; гасящие импульсы (кадровый и строчный) 24; импульсы на первой, второй, третьей фазах выходного регистра 25, 26, 27; импульсы на затворах транзистора сброса 28. В секции накопления происходит формирование зарядовых пакетов. Во время кадрового гасящего импульса осуществляется параллельный перенос накопленных зарядов в секцию памяти, для чего одновременно тактируют электроды фоточувствительной области и области памяти в соответствии с тактовой диаграммой, приведенной на фиг.4. По окончании переноса в фоточувствительной секции начинается новый цикл накопления, а из секции памяти производится построчный параллельный сдвиг зарядов в выходной регистре частотой строк. Сдвиг каждой строки из секции памяти в выходной регистр происходит во время строчного гасящего импульса. В том случае, если элемент фотоприемника не освещен, после переноса заряда с указанного фотоэлемента на выход устройства на нем формируется низкий уровень выходного сигнала и соответствующий ему код на выходе аналого-цифрового преобразователя. Освещенный элемент формирует высокий уровень выходного сигнала и соответствующий ему код на выходе аналого-цифрового преобразователя в соответствующем такте. Если элемент фотоприемника освещен частично, как представлено на фиг.5, где 29 - освещенный участок элемента, 30 - неосвещенный участок элемента, то уровень выходного сигнала и соответствующий ему код на выходе аналого-цифрового преобразователя определяются по формулам:

где:

U_вых - уровень выходного сигнала;

U_T - уровень выходного сигнала, формируемый неосвещенным элементом;

U_св -уровень выходного сигнала, формируемый освещенным элементом;

U_порог - уровень выходного сигнала, задающийся при настройке системы;

S_св - площадь освещенного участка элемента;

S - общая площадь элемента.

Итогом порогового разложения по коду аналого-цифрового преобразователя является разделение элементов матрицы изображения на светлые и темные.

В результате получается факсимильная цифровая модель изображения, представленная на фиг.6 и фиг.7, где: 31 - пикселы, соответствующие темным участкам; 32 - пикселы, соответствующие светлым участкам. Далее производится подсчет количества пикселов N, воспринимаемых системой как светлые.

Соответствие углового размера измеряемого объекта заданной величине определяется по формулам:

N<N_порог (годен)

N>N_порог(негоден)

где:

N - число пикселов, воспринимаемых системой как светлые;

N_порог

- величина порога, соответствующая числу пикселов, укладывающихся в заданный допуск отклонения от размера.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает возможность контроля угловых размеров, повышение точности и скорости процесса контроля.

Оптико-электронное устройство для контроля угловых размеров содержит осветитель, измеряемый объект, реперную линейку, оптическую систему, фотоприемник, аналого-цифровой преобразователь, измерительный блок, датчик положения и привод. Также дополнительно введена пружинная подвеска, датчик положения является датчиком положения пружинной подвески, привод выполнен в виде привода перемещения пружинной подвески, пружинная подвеска, кинематически связана с реперной линейкой с одной стороны и с приводом перемещения и датчиком положения пружинной подвески с другой стороны. Технический результат - повышение точности и скорости процесса контроля размеров. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Оптико-электронное устройство для контроля угловых размеров, содержащее осветитель, измеряемый объект, реперную линейку, оптическую систему, фотоприемник, аналого-цифровой преобразователь, измерительный блок, датчик положения и привод, выход фотоприемника связан с входом аналого-цифрового преобразователя, вход фотоприемника связан с одним из выходов измерительного блока, выход аналого-цифрового преобразователя связан с одним из входов измерительного блока, вход привода перемещения связан с одним из выходов измерительного блока, выход датчика положения связан с одним из входов измерительного блока, отличающееся тем, что дополнительно введена пружинная подвеска, датчик положения является датчиком положения пружинной подвески, привод выполнен в виде привода перемещения пружинной подвески, пружинная подвеска кинематически связана с реперной линейкой с одной стороны и с приводом перемещения и датчиком положения пружинной подвески с другой стороны.2. Оптико-электронное устройство для контроля угловых размеров по п.1, отличающееся тем, что реперная линейка выполнена в виде углового калибра.