ЦИФРОВОЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2010 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения и контроля размеров и формы крупногабаритных нагретых деталей.

Известно оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий, являющееся близким по технической сущности к изобретению (патент РФ на изобретение №2017064, кл. G01B 21/02, 1994). Оно содержит вибрационный сканатор, фотоприемник, усилитель фототока, блок автоматической регулировки усиления, выполненный в виде подключенной к выходу усилителя фототока последовательной цепи из нелинейного элемента, пикового детектора и транзисторного усилителя, подключенного параллельно резистору усилителя фототока, триггер Шмидта, индикатор, блок автоматической стабилизации уровня шумов, выполненный в виде подключенной к выходу усилителя фототока последовательной цепи из пикового детектора, подключенного общей точкой к положительной шине питания, и усилителя, соединенного через резистор с входом усилителя фототока.

Данное оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий имеет недостаточный технический уровень, так как функциональные возможности его ограничены, а именно оно позволяет осуществлять измерение только по одной координате, что обусловлено влиянием на амплитуду импульса фототока температуры детали. Поэтому форма импульса фототока зависит не только от формы детали в плоскости измерения, но и от температуры детали.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является оптико-электронное устройство для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей (патент РФ на изобретение №2044268, кл. G01B 21/00, 1995), содержащее избирательные оптические фильтры, установленные в соответствующих окнах, причем в окне с большей высотой установлен один фильтр, а в окне с меньшей высотой - два фильтра, полоса пропускания одного из которых равна полосе пропускания фильтра окна с большей высотой, блок сканирования с фотоприемником, преобразователь положения кромки детали, состоящий из первого коммутатора, фазосдвигающего элемента, усилителя фототока, вход которого соединен с фотоприемником, а выход - с коммутатором, управляющий вход которого соединен с выходом фазосдвигающего элемента, соединенного с генератором блока сканирования, блока автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с цепью питания фотоприемника, триггера Шмидта, фильтра низкой частоты, блока термокомпенсации, функционального преобразователя, сумматора и блока индикации, формирователь импульсов, ждущий мультивибратор, осциллограф, маска с двумя прямоугольными разновысокими окнами, подключенный к выходу первого коммутатора второй коммутатор с двумя выходами, управляющий вход которого соединен с фазосдвигающим элементом через формирователь импульсов и ждущий мультивибратор, первый выход соединен с входом триггера Шмидта преобразователя кромки детали, а второй выход - с блоками автоматической регулировки усиления и термокомпенсации, а к первому выходу второго коммутатора подключен осциллограф.

Недостатками устройства являются невозможность вычисления комплексных параметров, например отклонение формы детали от заданной по всей ее поверхности и невысокая точность измерения.

В этой связи важнейшей задачей является создание цифровой оптико-электронной системы на микроконтроллерной базе для определения геометрических параметров крупногабаритных оболочек вращения с возможностью цифровой обработки и хранения измерительной информации и коррекцией погрешностей измерения.

Техническим результатом изобретения является не только определение отклонений формы детали от заданной в различных продольных ее сечениях, но и комплексное вычисление отклонений формы от заданной по всей ее поверхности, а также повышение точности измерения.

Указанный технический результат достигается тем, что цифровое оптико-электронное устройство для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей содержит блок сканирования, генератор блока сканирования, фотоприемник, формирователь импульсов, маску и преобразователь положения кромки детали, включающий блок автоматической регулировки усиления, сумматор и блок индикации, отличается тем, что преобразователь положения кромки детали снабжен усилителем с управляемым коэффициентом передачи, коммутатором, являющимся демультиплексором, имеющим один информационный, три адресных входа и пять выходов, информационный вход подключен к выходу усилителя с управляемым коэффициентом передачи, а три адресных входа подключены к преобразователю кодов, подключенному тремя входами к блоку сканирования, содержащему сканирующий элемент, снабженный датчиком угловых положений, нулевой выход подключен ко второму входу блока измерения температуры и к блоку автоматической регулировки усиления, подключенному ко второму входу усилителя с управляемым коэффициентом передачи, первый - к блоку автоматической компенсации дрейфа нуля, подключенному ко второму входу сумматора, и к блоку автоматической стабилизации уровня шумов, подключенному к исполнительному механизму регулировки щели, четвертый - к первому многоуровневому пороговому элементу, n выходов которого, где n более 2, подключены соответственно к первым входам первого блока измерения длительности импульсов, n m-разрядных выходов которого, где m более 1, подключены соответственно к первым входам блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, третий - ко второму многоуровневому пороговому элементу, n выходов которого подключены соответственно к первым входам второго блока измерения длительности импульсов, n m-разрядных выходов которого подключены соответственно ко вторым входам блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, подключенного соответственно к первым (m+1)-разрядным входам блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, второй - к первому входу блока измерения температуры, k-разрядный выход которого, где k более 6, подключен ко вторым входам блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации и второму входу микроконтроллера окончательной обработки измерительной информации, n первых m-разрядных входов которого подключены к соответствующим выходам блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, блоком индикации, подключенным к выходам микроконтроллера окончательной обработки измерительной информации, причем фотоприемник подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен к первому входу усилителя с управляемым коэффициентом передачи, при этом устройство снабжено управляемой щелевой диафрагмой, формирователем импульсов, имеющим три выхода, первый подключен к первому делителю частоты, выход которого подключен к генератору блока сканирования, второй - ко второму делителю частоты, выход которого подключен ко второму входу первого блока измерения длительности импульсов и ко второму входу второго блока измерения длительности импульсов, третий - к блоку фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к третьим входам блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации и третьему входу микроконтроллера окончательной обработки измерительной информации, программатором, который подключается к четвертым входам блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации и четвертому входу микроконтроллера окончательной обработки измерительной информации, причем маска выполнена в виде прямоугольной рамки, на одной из кромок которой размещен образцовый источник оптического сигнала, а другая имеет выступ.

Блок измерения температуры состоит из первого пикового детектора, вход которого является первым входом блока, а выход подключен к первому входу k-разрядного дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя, k-разрядный выход которого является выходом блока, и второго пикового детектора, вход которого является вторым входом блока, а выход подключен ко второму входу k-разрядного дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя.

Блок параллельных сумматоров с параллельным переносом содержит группу из n параллельных сумматоров с параллельным переносом, имеющих по два m-разрядных входа и по одному (m+1)-разрядному выходу, причем первый вход первого параллельного сумматора с параллельным переносом подключен к первому из первых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, первый вход второго параллельного сумматора с параллельным переносом подключен ко второму из первых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, первые входы третьего и последующих параллельных сумматоров с параллельным переносом подключены к соответствующим из первых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, второй вход первого параллельного сумматора с параллельным переносом подключен к первому из вторых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, второй вход второго параллельного сумматора с параллельным переносом подключен ко второму из вторых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, вторые входы третьего и последующих параллельных сумматоров с параллельным переносом подключены к соответствующим из вторых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, выход первого сумматора с параллельным переносом является первым выходом блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, выход второго сумматора с параллельным переносом является вторым выходом блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, выходы третьего и последующих параллельных сумматоров с параллельным переносом являются соответствующими выходами блока параллельных сумматоров с параллельным переносом.

Блок микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации содержит группу из n микроконтроллеров, имеющих по четыре входа, первый из которых (m+1)-разрядный, а второй k-разрядный, и по одному m-разрядному выходу, причем первый вход первого микроконтроллера подключен к первому из первых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, первый вход второго микроконтроллера подключен ко второму из первых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, первые входы третьего и последующих микроконтроллеров подключены к соответствующим из первых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, второй вход первого микроконтроллера подключен к первому из вторых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, второй вход второго микроконтроллера подключен ко второму из вторых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, вторые входы третьего и последующих микроконтроллеров подключены к соответствующим из вторых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, третий вход первого микроконтроллера подключен к первому из третьих входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, третий вход второго микроконтроллера подключен ко второму из третьих входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, третьи входы третьего и последующих микроконтроллеров подключены к соответствующим из третьих входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, четвертый вход первого микроконтроллера подключен к первому из четвертых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, четвертый вход второго микроконтроллера подключен ко второму из четвертых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, четвертые входы третьего и последующих микроконтроллеров подключены к соответствующим из четвертых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, выход первого микроконтроллера является первым выходом блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, выход второго микроконтроллера является вторым выходом блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, выходы третьего и последующих микроконтроллеров являются соответствующими выходами блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации.

Указанные отличия значительно повышают технический уровень устройства, так как оно осуществляет комплексное вычисление отклонений формы измеряемой детали от заданной по всей ее поверхности, при этом точность измерения повышается за счет выбора соответствующих числа уровней первого и второго многоуровневых пороговых элементов и, соответственно, количества n их выходов, разрядности m выходов первого и второго блоков измерения длительности импульсов, а также разрядности k k-разрядного аналого-цифрового преобразователя.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - маска, на фиг.3 - блок сканирования, на фиг.4 - блок параллельных сумматоров с параллельным переносом, на фиг.5 - блок микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, на фиг.6 - времяимпульсная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит (фиг.1) объектив 1, в плоскости изображения которого установлена маска 2 (фиг.2), выполненная в виде прямоугольной рамки, на одной из кромок которой размещен образцовый источник 3 оптического сигнала, а другая имеет выступ, блок 4 сканирования, генератор 5 блока сканирования, подключенный к первому делителю 6 частоты, управляемую щелевую диафрагму 7, состоящую из подвижной и неподвижной створок, фотоприемник 8, преобразователь положения кромки детали, снабженный сумматором 9, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника 8, а выход к усилителю 10 с управляемым коэффициентом передачи, коммутатором 11, являющимся демультиплексором, имеющим один информационный, три адресных входа и пять выходов, информационный вход подключен к выходу усилителя 10 с управляемым коэффициентом передачи, а три адресных входа подключены к преобразователю 12 кодов, подключенному тремя входами к блоку 4 сканирования, нулевой выход подключен ко второму входу блока 13 измерения температуры и к блоку 14 автоматической регулировки усиления, подключенному ко второму входу усилителя 10 с управляемым коэффициентом передачи, первый - к блоку 15 автоматической компенсации дрейфа нуля, подключенному ко второму входу сумматора 9, и к блоку 16 автоматической стабилизации уровня шумов, подключенному к исполнительному механизму 17 регулировки щели, четвертый - к первому многоуровневому пороговому элементу 18, n выходов которого, где n более 2, подключены соответственно к первым входам первого блока 19 измерения длительности импульсов, n m-разрядных выходов которого, где m более 1, подключены соответственно к первым входам блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом, третий - ко второму многоуровневому пороговому элементу 21, n выходов которого подключены соответственно к первым входам второго блока 22 измерения длительности импульсов, n m-разрядных выходов которого подключены соответственно ко вторым входам блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом, подключенного соответственно к первым (m+1)-разрядным входам блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, второй - к первому входу блока 13 измерения температуры, k-разрядный выход которого, где k более 6, подключен ко вторым входам блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации и второму входу микроконтроллера 24 окончательной обработки измерительной информации, n первых m-разрядных входов которого подключены к соответствующим выходам блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, блоком 25 индикации, подключенным к выходам микроконтроллера 24 окончательной обработки измерительной информации, формирователь 26 импульсов, имеющий три выхода, первый подключен к первому делителю 6 частоты, второй - ко второму делителю 27 частоты, выход которого подключен ко второму входу первого блока 19 измерения длительности импульсов и ко второму входу второго блока 22 измерения длительности импульсов, третий - к блоку 28 фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к третьим входам блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации и третьему входу микроконтроллера 24 окончательной обработки измерительной информации, программатор 29, который подключается к четвертым входам блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации и четвертому входу микроконтроллера 24 окончательной обработки измерительной информации.

Блок 4 сканирования (фиг.3) содержит сканирующий элемент 30 и датчик 31 угловых положений с чувствительными элементами 32, в качестве которых могут использоваться, например, оптоэлектронные пары, установленными так, что образуют углы β₁, β₂ и β₃ причем крайние положения оси сканирующего элемента 30 определяются суммой углов β₁, β₂, β₃ и β₄.

Блок 13 измерения температуры (фиг.1) состоит из первого пикового детектора 33, вход которого является первым входом блока, а выход подключен к первому входу k-разрядного дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя 34, k-разрядный выход которого является выходом блока, и второго пикового детектора 35, вход которого является вторым входом блока, а выход подключен ко второму входу k-разрядного дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя 34.

Блок 14 автоматической регулировки усиления состоит из последовательно соединенных третьего пикового детектора 36, вход которого является входом блока, и первого дифференциального усилителя 37, выход которого является выходом блока.

Блок 15 автоматической компенсации дрейфа нуля состоит из последовательно соединенных четвертого пикового детектора 38, вход которого является входом блока, и второго дифференциального усилителя 39, выход которого является выходом блока.

Блок 16 автоматической стабилизации уровня шумов состоит из последовательно соединенных пятого пикового детектора 40, вход которого является входом блока, и третьего дифференциального усилителя 41, выход которого является выходом блока.

Исполнительный механизм 17 регулировки щели выполнен в виде консольной биметаллической пластины 42 с закрепленным на ней нагревательным элементом 43, на свободном конце которой жестко закреплена одна из створок управляемой щелевой диафрагмы 7.

Блок 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом (фиг.4) содержит группу из n параллельных сумматоров 20₁…20_n с параллельным переносом, имеющих по два m-разрядных входа и по одному (m+1)-разрядному выходу, причем первый вход первого параллельного сумматора 20₁ с параллельным переносом подключен к первому из первых входов блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом, первый вход второго параллельного сумматора 20₂ с параллельным переносом подключен ко второму из первых входов блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом, первые входы третьего и последующих параллельных сумматоров 20₃…20_n с параллельным переносом подключены к соответствующим из первых входов блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом, второй вход первого параллельного сумматора 20₁ с параллельным переносом подключен к первому из вторых входов блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом, второй вход второго параллельного сумматора 20₂ с параллельным переносом подключен ко второму из вторых входов блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом, вторые входы третьего и последующих параллельных сумматоров 20₃…20_n с параллельным переносом подключены к соответствующим из вторых входов блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом, выход первого сумматора 20₁ с параллельным переносом является первым выходом блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом, выход второго сумматора 20₂ с параллельным переносом является вторым выходом блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом, выходы третьего и последующих параллельных сумматоров 20₃…20_n с параллельным переносом являются соответствующими выходами блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом.

Блок 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации (фиг.5) содержит группу из n микроконтроллеров 23₁…23_n, имеющих по четыре входа, первый из которых (m+1)-разрядный, а второй k-разрядный, и по одному m-разрядному выходу, причем первый вход первого микроконтроллера 23₁ подключен к первому из первых входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, первый вход второго микроконтроллера 23₂ подключен ко второму из первых входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, первые входы третьего и последующих микроконтроллеров 23₃…23_n подключены к соответствующим из первых входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, второй вход первого микроконтроллера 23₁ подключен к первому из вторых входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, второй вход второго микроконтроллера 23₂ подключен ко второму из вторых входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, вторые входы третьего и последующих микроконтроллеров 23₃…23_n подключены к соответствующим из вторых входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, третий вход первого микроконтроллера 23₁ подключен к первому из третьих входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, третий вход второго микроконтроллера 23₂ подключен ко второму из третьих входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, третьи входы третьего и последующих микроконтроллеров 23₃…23_n подключены к соответствующим из третьих входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, четвертый вход первого микроконтроллера 23₁ подключен к первому из четвертых входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, четвертый вход второго микроконтроллера 23₂ подключен ко второму из четвертых входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, четвертые входы третьего и последующих микроконтроллеров 23₃…23_n подключены к соответствующим из четвертых входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, выход первого микроконтроллера 23₁ является первым выходом блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, выход второго микроконтроллера 23₂ является вторым выходом блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, выходы третьего и последующих микроконтроллеров 23₃…23_n являются соответствующими выходами блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации.

Цифровое оптико-электронное устройство для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей работает следующим образом.

Предварительная настройка устройства производится таким образом, что наивысшая точка кромки профиля детали располагается в плоскости маски 2 (фиг.2) выше линии верхнего минимума, а крайняя левая точка изображения детали - правее линии левого минимума, для задания одного из участков коррекции мультипликативной погрешности энергетического метода измерения температуры

[x,q], исключения влияния дрейфа нуля на определение геометрических параметров кромки профиля детали и шумов на работу первого 18 и второго 21 многоуровневых пороговых элементов [q,v], определения геометрических параметров кромки профиля детали [v,w] и определения температуры детали [w,z], сканируемого в конкретный момент времени, сканирующий элемент 30 (фиг.3) располагается так, что датчик 31 угловых положений с чувствительными элементами 32, фиксируя его положение, генерирует двоичные коды 100, 010, 001 при прохождении точек q, v, w в прямом цикле сканирования, 011, 101, 110 - в обратном, причем переключение между режимами прямого и обратного хода производится при прохождении точек z и x, для программирования микроконтроллеров блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации и микроконтроллера 24 окончательной обработки измерительной информации используется программатор 29.

Объектив 1 создает изображение участка кромки профиля детали в плоскости маски 2. Блок 4 сканирования осуществляет преобразование пространственного распределения яркости изображения детали и излучения образцового источника 3 оптического сигнала во временной оптический сигнал, который далее с помощью управляемой щелевой диафрагмы 7 и фотоприемника 8 преобразуется в электрический сигнал U_ф.

Управление преобразованиями импульсного выходного сигнала U_ф фотоприемника 8, несущего информацию о положении кромки профиля и температуре детали и излучении образцового источника 3 оптического сигнала, в преобразователе положения кромки детали в цифровую форму осуществляется в соответствии с текущим участком и циклом сканирования, которые задаются двоичными кодами 000, 001, 010, 011 и 100, получаемыми от преобразования соответствующих кодов 000 и 011, 100 и 101, 001, 110, 010 блока 4 сканирования преобразователем 12 кодов, коммутатором 11, который включает в работу второй пиковый детектор 35 блока 13 измерения температуры, предназначенного для измерения текущей температуры детали, формирующий сигнал U'₂ постоянного напряжения, равный амплитуде импульса U₂, несущего информацию об излучении образцового источника 3, и блок 14 автоматической регулировки усиления, исключающий влияние температуры детали на определение геометрических параметров кромки ее профиля, поддерживая амплитуду сигнала U_Ф постоянной и равной заданной посредством управления коэффициентом передачи усилителя 10 с управляемым коэффициентом передачи, в [t¹ _x,t¹ _q], [t^1' _q,t² _q], [t^2' _q,t³ _q] и т.д. (фиг.6), блок 15 автоматической компенсации дрейфа нуля, компенсирующий влияние дрейфа нуля фотоприемника 8 и усилителя 10 с управляемым коэффициентом передачи на аддитивную составляющую погрешности определения геометрических параметров кромки профиля детали, поддерживая минимальное значение сигнала U_ф постоянным и равным заданному посредством сумматора 9, и блок 16 автоматической стабилизации уровня шумов, исключающий влияние шумов на работу первого 18 и второго 21 многоуровневых пороговых элементов, поддерживая постоянным соотношение сигнал/шум посредством исполнительного механизма 17 регулировки щели, устанавливающего ширину зазора h между створками управляемой щелевой диафрагмы 7, в [t¹ _q,t¹ _v], [t^1' _v,t^1' _q], [t² _q,t² _v] и т.д., первый пиковый детектор 33 блока 13 измерения температуры, формирующий сигнал U'₁ постоянного напряжения, равный амплитуде импульса U₁, несущего информацию о сигнале с участка [w,z], зависящий от текущей температуры детали и не зависящий от геометрии профиля детали, в [t¹ _w,t^1' _w], [t² _w,t^2' _w], [t³ _w,t^3' _w] и т.д., второй многоуровневый пороговый элемент 21 в [t^1' _w,t^1' _v], [t^2' _w,t^2' _v], [t^3' _wt^3' _v] и т.д., первый многоуровневый пороговый элемент 18 в [t¹ _v,t¹ _w], [t² _v,t² _w], [t³ _v,t³ _w] и т.д.

Выходной сигнал U_inf усилителя 10 с управляемым коэффициентом передачи подвергается широтно-импульсной модуляции во время прямого хода сканирования первым многоуровневым пороговым элементом 18, во время обратного хода сканирования вторым многоуровневым пороговым элементом 21 посредством формирования на выходах первого многоуровневого порогового элемента 18 и второго многоуровневого порогового элемента 21 прямоугольных импульсов амплитудой U_A, несущих информацию о величинах условных диаметров детали в n поперечных ее сечениях, заданных пороговыми уровнями сигнала U_inf ε, ε+ΔU, …, ε+(n-1)ΔU, длительность которых на первом выходе первого многоуровневого порогового элемента 18 τ₁ и на первом выходе второго многоуровневого порогового элемента 21 τ'₁ определяется переходом сигналом U_inf порога ε, на втором - τ₂ и τ'₂ соответственно - порога ε+ΔU, на третьем - τ₃ и τ'₃ соответственно - порога ε+2ΔU, на n-ом - τ_n и τ'_n соответственно - порога ε+(n-1)ΔU, который меньше максимального уровня U_max. Длительность импульсов, полученных в результате широтно-импульсной модуляции, представляется в двоичном m-разрядном коде на основании частоты опорного сигнала от второго делителя 27 частоты первым блоком 19 измерения длительности импульсов и вторым блоком 22 измерения длительности импульсов, причем на первом, втором и последующих выходах первого блока 19 измерения длительности импульсов выставляются коды, соответствующие длительности импульсов τ'₁, τ'₂,…, τ'_n, а на первом, втором и последующих выходах второго блока 22 измерения длительности импульсов выставляются коды, соответствующие длительности импульсов τ₁, τ₂,…, τ_n. На выходах блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом размещаются двоичные (m+1)-разрядные числа, которые являются результатом попарного суммирования двоичных m-разрядных чисел, выставленных на входах блока 20 параллельных сумматоров с параллельным переносом, причем числа на первом, втором и последующих из первых входов суммируются с числами на первом, втором и последующих из вторых входов параллельными сумматорами 20₁, 20₂,…, 20_n с параллельным переносом соответственно, а результаты размещаются на первом, втором и последующих выходах соответственно.

Микроконтроллеры 23₁, 23₂,…, 23_n (фиг.5) блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации на основании несущего информацию о текущей температуре детали двоичного k-разрядного числа, получаемого путем деления, в результате которого производится коррекция мультипликативной составляющей погрешности энергетического метода измерения температуры, аналогового сигнала U'₂ на аналоговый сигнал U'₁ в k-разрядном дельта-сигма аналого-цифровом преобразователе 34 с последующим представлением результата в цифровой форме, выставленного на выходе блока 13 измерения температуры, по программе пользователя, реализующей расчет приведенного к нормальным температурным условиям условного диаметра детали по формуле d₂=d₁(1+µ(t₂-t₁)), где d₁ - текущий условный диаметр детали, t₁ - текущая температура детали, d₂ - условный диаметр детали в нормальных температурных условиях, t₂ - температура, принятая за нормальную, µ - коэффициент линейного расширения, выбираемый из заданного ряда в зависимости от текущей температуры, производят преобразование двоичных (m+1)-разрядных чисел, размещенных на первых входах блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации в двоичные m-разрядные числа на его выходах, причем первый микроконтроллер 23₁ преобразует несущее информацию о текущем условном диаметре поперечного сечения детали, соответствующего пороговому уровню ε, число, выставленное на первом из первых входов блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, в число, размещаемое на первом выходе блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, второй микроконтроллер 23₂ - соответствующего пороговому уровню ε+ΔU, выставленное на втором из первых входов, в размещенное на втором выходе, n-ый микроконтроллер

23_n - соответствующего пороговому уровню ε+(n-1)ΔU, выставленное на n-ом из первых входов, в размещенное на n-ом выходе.

Микроконтроллер 24 окончательной обработки измерительной информации производит сбор данных об условных диаметрах всех поперечных сечений детали, приведенных к нормальным температурным условиям, и на основании n двоичных m-разрядных чисел, выставленных на его первых входах, и двоичного k-разрядного числа, выставленного на его втором входе, производит формирование управляющих сигналов для блока 25 индикации, который выводит графическую информации о геометрических параметрах текущего профиля детали с указанием условных диаметров всех поперечных сечений, и значение текущей температуры детали.

Согласование работы всех электронных блоков цифрового оптико-электронного устройства для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей осуществляется формирователем 26 импульсов, генерирующим с фиксированной частотой и амплитудой прямоугольные импульсы, поступающие на первый делитель 6 частоты, второй делитель 27 частоты и блок 28 фазовой автоподстройки частоты, причем выходные сигналы первого делителя 6 частоты тактируют генератор 5 блока сканирования, который является источником колебаний сканирующего элемента блока 4 сканирования, выходные сигналы второго делителя 27 частоты - первый блок 19 и второй блок 22 измерения длительности импульсов, а выходные сигналы блока 28 фазовой автоподстройки частоты - блока 23 микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации и микроконтроллера 24 окончательной обработки измерительной информации.

Таким образом, предлагаемое цифровое оптико-электронное устройство для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей позволяет не только определять отклонения формы детали от заданной в различных продольных ее сечениях, но и производить комплексное вычисление отклонений формы от заданной по всей ее поверхности, а также повысить точность измерения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения и контроля размеров и формы крупногабаритных нагретых деталей. Сущность: устройство содержит блок сканирования, генератор блока сканирования, фотоприемник, формирователь импульсов, маску, преобразователь положения кромки детали, управляемую щелевую диафрагму, делители частоты, блок фазовой автоподстройки частоты, программатор, образцовый источник оптического сигнала. Технический результат: определение отклонений формы детали от заданной в различных продольных ее сечениях, комплексное вычисление отклонений формы от заданной по всей ее поверхности, повышение точности измерения. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Цифровое оптико-электронное устройство для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей, содержащее блок сканирования, генератор блока сканирования, фотоприемник, формирователь импульсов, маску и преобразователь положения кромки детали, включающий блок автоматической регулировки усиления, сумматор и блок индикации, отличающееся тем, что преобразователь положения кромки детали снабжен усилителем с управляемым коэффициентом передачи, коммутатором, являющимся демультиплексором, имеющим один информационный, три адресных входа и пять выходов, информационный вход подключен к выходу усилителя с управляемым коэффициентом передачи, а три адресных входа подключены к преобразователю кодов, подключенному тремя входами к блоку сканирования, содержащему сканирующий элемент, снабженный датчиком угловых положений, нулевой выход подключен ко второму входу блока измерения температуры и к блоку автоматической регулировки усиления, подключенному ко второму входу усилителя с управляемым коэффициентом передачи, первый - к блоку автоматической компенсации дрейфа нуля, подключенному ко второму входу сумматора, и к блоку автоматической стабилизации уровня шумов, подключенному к исполнительному механизму регулировки щели, четвертый - к первому многоуровневому пороговому элементу, n выходов которого, где n более 2, подключены соответственно к первым входам первого блока измерения длительности импульсов, n m-разрядных выходов которого, где m более 1, подключены соответственно к первым входам блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, третий - ко второму многоуровневому пороговому элементу, n выходов которого подключены соответственно к первым входам второго блока измерения длительности импульсов, n m-разрядных выходов которого подключены соответственно ко вторым входам блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, подключенного соответственно к первым (m+1)-разрядным входам блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, второй - к первому входу блока измерения температуры, k-разрядный выход которого, где k более 6, подключен ко вторым входам блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации и второму входу микроконтроллера окончательной обработки измерительной информации, n первых m-разрядных входов которого подключены к соответствующим выходам блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, блоком индикации, подключенным к выходам микроконтроллера окончательной обработки измерительной информации, причем фотоприемник подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен к первому входу усилителя с управляемым коэффициентом передачи, при этом устройство снабжено управляемой щелевой диафрагмой, формирователем импульсов, имеющим три выхода, первый подключен к первому делителю частоты, выход которого подключен к генератору блока сканирования, второй - ко второму делителю частоты, выход которого подключен ко второму входу первого блока измерения длительности импульсов и ко второму входу второго блока измерения длительности импульсов, третий - к блоку фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к третьим входам блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации и третьему входу микроконтроллера окончательной обработки измерительной информации, программатором, который подключается к четвертым входам блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации и четвертому входу микроконтроллера окончательной обработки измерительной информации, причем маска выполнена в виде прямоугольной рамки, на одной из кромок которой размещен образцовый источник оптического сигнала, а другая имеет выступ.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок измерения температуры состоит из первого пикового детектора, вход которого является первым входом блока, а выход подключен к первому входу k-разрядного дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя, k-разрядный выход которого является выходом блока, и второго пикового детектора, вход которого является вторым входом блока, а выход подключен ко второму входу k-разрядного дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок параллельных сумматоров с параллельным переносом содержит группу из n параллельных сумматоров с параллельным переносом, имеющих по два m-разрядных входа и по одному (m+1)-разрядному выходу, причем первый вход первого параллельного сумматора с параллельным переносом подключен к первому из первых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, первый вход второго параллельного сумматора с параллельным переносом подключен ко второму из первых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, первые входы третьего и последующих параллельных сумматоров с параллельным переносом подключены к соответствующим из первых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, второй вход первого параллельного сумматора с параллельным переносом подключен к первому из вторых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, второй вход второго параллельного сумматора с параллельным переносом подключен ко второму из вторых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, вторые входы третьего и последующих параллельных сумматоров с параллельным переносом подключены к соответствующим из вторых входов блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, выход первого сумматора с параллельным переносом является первым выходом блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, выход второго сумматора с параллельным переносом является вторым выходом блока параллельных сумматоров с параллельным переносом, выходы третьего и последующих параллельных сумматоров с параллельным переносом являются соответствующими выходами блока параллельных сумматоров с параллельным переносом.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации содержит группу из n микроконтроллеров, имеющих по четыре входа, первый из которых (m+1)-разрядный, а второй k-разрядный, и по одному m-разрядному выходу, причем первый вход первого микроконтроллера подключен к первому из первых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, первый вход второго микроконтроллера подключен ко второму из первых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, первые входы третьего и последующих микроконтроллеров подключены к соответствующим из первых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, второй вход первого микроконтроллера подключен к первому из вторых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, второй вход второго микроконтроллера подключен ко второму из вторых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, вторые входы третьего и последующих микроконтроллеров подключены к соответствующим из вторых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, третий вход первого микроконтроллера подключен к первому из третьих входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, третий вход второго микроконтроллера подключен ко второму из третьих входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, третьи входы третьего и последующих микроконтроллеров подключены к соответствующим из третьих входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, четвертый вход первого микроконтроллера подключен к первому из четвертых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, четвертый вход второго микроконтроллера подключен ко второму из четвертых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, четвертые входы третьего и последующих микроконтроллеров подключены к соответствующим из четвертых входов блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, выход первого микроконтроллера является первым выходом блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, выход второго микроконтроллера является вторым выходом блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации, выходы третьего и последующих микроконтроллеров являются соответствующими выходами блока микроконтроллеров предварительной обработки измерительной информации.