УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА Российский патент 2015 года по МПК G01B11/08 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к средствам контроля диаметров легкодеформируемых тел, используемых для оценки их качества и диагностики состояния, преимущественно посадочного материала и плодов садовых культур.

При селекции новых высокоурожайных крупноплодных сортов, пригодных к машинной уборке [Пантелеева Е.И. Облепиха крушиновая (Hippophae rhamnoides L.): монография; Рос. акад. с.-х. наук. Сиб. отд-ние, Науч.-исслед. ин-т садоводства Сибири им. М.А. Лисавенко. - Барнаул, 2006. - 249 с.], при выполнении научно-исследовательских работ по разработке интенсивных технологий [Ермаков Б.С, Фаустов В.В. Технология выращивания облепихи. - М.: Россельхозиздат, 1983. - 63 с.], при сортировке посадочного материала на соответствие требованиям нормативных документов [ГОСТ Р 53135-2008. Посадочный материал плодовых, ягодных, субтропических, орехоплодных, цитрусовых культур и чая. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2009. - 42 с.], при возделывании и уходе за садом [Франчук Е.П. Товарные качества плодов. - М.: Агропромиздат, 1986. - 269 с.] необходим инструментальный контроль диаметров плодов и штамбов саженцев садовых культур (для справки, штамб - это надземная часть растения между корнем и первой ветвью). Общепринятые методики контроля [ГОСТ Р 53135-2008. Посадочный материал плодовых, ягодных, субтропических, орехоплодных, цитрусовых культур и чая. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2009. - 42 с.], [Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур; под общ. ред. акад. РАСХН Е.Н. Седова и д. с.-х. н. Т.П. Огольцовой. Орел: Изд-во ВНИИСПК, 1999. - 608 с.] используют малопроизводительные измерительные приборы общего назначения - штангенциркули и микрометры. Наличие измерительного усилия в этих при борах вызывает деформацию тканей плодов и штамбов посадочного материала, и, следовательно, измерения осуществляются с дополнительными погрешностями (до 1 мм и более). Кроме того, при контакте измерительных плоскостей микрометров с поверхностью штамбов посадочного материала контролируемых садовых культур, форма которых не является цилиндрической и имеет конусность и неровности, точки контакта не лежат на контуре контролируемого сечения, что также приводит к повышению погрешности измерений и, как следствие, к увеличению вероятности отнесения саженцев первого сорта ко второму и наоборот - саженцев второго сорта к первому. Еще одним недостатком штангенциркулей и микрометров является низкая производительность измерений из-за необходимости многократного перемещения измерительных губок и плоскостей микрометрическим винтом и считывания результата измерения с нониусной шкалы. Поэтому при объемах выборок из партии саженцев, исчисляемых сотнями штук, контроль с использованием механических контактных приборов становится физически утомительной процедурой. Таким образом, для контроля диаметров плодов и штамбов саженцев садовых культур более предпочтительными являются бесконтактные устройства. Известно устройство измерения размеров тела, содержащее два лазерных триангуляционных датчика расстояния, расположенных с противоположных сторон от тела на заданном базовом расстоянии друг от друга, которые осуществляют одновременное измерение двух расстояний до поверхности тела. Размер тела определяют путем вычитания измеренных расстояний из базового расстояния между датчиками [Лысенко О. Триангуляционные датчики расстояния / Электронные компоненты, 2005. - №11. - С.111-115]. Недостатком устройства является необходимость двух лазерных триангуляционных датчиков расстояния, что усложняет его конструкцию. Более простыми являются теневой способ и, соответственно, устройства с оптическими теневыми датчиками диаметра тела, реализующие этот способ [Патент РФ №2301968, МПК G01B 11/08, G01B 11/24. Способ контроля диаметров детали / B.C. Красильников, Е.С. Ерилин, А.Л. Фогель. - Заявка №2005132431/28; Заявлено 20.10.2005; Опубл. 27.06.2007; Бюл. №18]. Сущность теневого способа заключается в том, что диаметр тела определяют по размерам тени, создаваемой контролируемым телом при освещении его широким тонким пучком света, состоящим из множества параллельных лучей. Оптический датчик, реализующий теневой способ, состоит из двух блоков - излучателя и приемника. Излучение полупроводникового лазера или светодиода коллимируется объективом. При размещении объекта контроля в области коллимированного пучка его теневое изображение сканируется линейкой ПЗС-фотоприемников или формируется телецентрической оптической системой на линейке ПЗС-фотоприемников. По положению теневых границ процессор рассчитывает диаметр объекта. Наиболее близким аналогом изобретению (прототипом) по технической сущности является устройство на базе бесконтактного оптического теневого датчика с выходным сигналом в виде электрического напряжения постоянного тока [Алейников А.Ф., Минеев В.В., Золотарев В.А., Морозов В.Б. Измерения геометрических параметров штамбов и плодов садовых культур // Достижения науки и техники АПК. - 2013. - №11. - С.55-58]. К датчику крепится электронный блок с цифровым индикатором. Основным элементом электронного блока является аналого-цифровой преобразователь, преобразующий выходной сигнал датчика в цифровой код для отображения значения диаметра на индикаторе. Значение выходного сигнала датчика пропорционально размеру тени (равной диаметру) от штамба саженца или плода, помещенного в широкий тонкий луч, создаваемый излучателем датчика. Тень от штамба формируется на линейке фотоприемников с разрешающей способностью 0,08 мм. Недостатками прототипа являются наличие погрешности при отклонении объекта контроля (плода, саженца) от центральной линии луча датчика и, как следствие, необходимость фиксации объекта контроля (плода, саженца) в неподвижном состоянии в центре луча датчика, что приводит к увеличению времени получения результата измерения и, следовательно, снижению производительности. Для выполнения же большого объема измерений при проведении селекционных, научно-исследовательских и производственных работ в промышленном садоводстве повышение производительности контроля является актуальной и первостепенной задачей.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности контроля.

Технический результат в изобретении достигается тем, что в устройство для измерения диаметра, состоящее из оптического теневого датчика с аналоговым выходным сигналом, конструктивно совмещенного с электронным блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь и цифровой индикатор, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, введены фиксатор пикового значения сигнала датчика и кнопка сброса, при этом первый вход фиксатора пикового значения сигнала датчика соединен с выходом оптического теневого датчика, второй и третий входы - с контактами кнопки сброса, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя.

Такая совокупность названных признаков предлагаемого технического решения устройства позволяет производить измерения диаметров штамбов посадочного материала и плодов садовых культур в динамическом режиме, то есть в процессе перемещения устройства относительно объекта контроля, благодаря чему из процедуры контроля исключается время на установку объекта контроля в центр луча датчика и обеспечение их неподвижного взаимного положения. Это возможно, так как при пересечении объекта контроля лучом датчика выходное напряжение датчика сначала возрастает, затем при достижении центральной линией луча датчика центра объекта контроля напряжение принимает максимальное значение, которое соответствует диаметру, и при дальнейшем перемещении устройства относительно объекта контроля - уменьшается. Наличие фиксатора пикового значения сигнала датчика позволяет запомнить максимальное значение сигнала датчика, которое соответствует измеряемому диаметру. Значение диаметра отображается на цифровом индикаторе до его сброса кнопкой. Таким образом, для определения диаметра достаточно переместить устройство так, чтобы контролируемый объект пересек луч датчика, и считать результат с экрана цифрового индикатора.

На фиг.1 изображен рисунок, поясняющий конструкцию устройства для измерения диаметра, на фиг.2 - структурная схема устройства для измерения диаметра.

Устройство для измерения диаметра состоит из электронного блока 1, к корпусу которого прикреплен оптический теневой датчик 2 с аналоговым выходным сигналом. В корпусе электронного блока 1 смонтирована печатная плата, на которой расположены фиксатор 3 пикового значения сигнала датчика, аналого-цифровой преобразователь 4, цифровой индикатор 5 и кнопка сброса 6. Первый вход фиксатора 3 пикового значения сигнала датчика соединен с выходом оптического теневого датчика 2 посредством кабеля 7, второй и третий входы - с контактами кнопки сброса 6, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя 4, выход которого подключен к входу цифрового индикатора 5. Оптический теневой датчик 2 выполнен в виде скобы, на одном конце которой расположен оптический излучатель 8, а на другом - оптический приемник 9, с возможностью перемещения объекта контроля 10 (например, саженца) внутри луча 11. Электронный блок 1 соединен посредством быстросъемного спиралевидного кабеля с аккумулятором электропитания устройства, размещаемым в сумке с ремнем, подвешенной на плече или поясе оператора (на фигурах не показаны).

Устройство для измерения диаметра работает следующим образом. Корпус электронного блока 1 необходимо взять в ладонь правой или левой руки. Большим пальцем с помощью кнопки сброса 6 устройство переводится в исходное нулевое состояние. Затем устройство перемещается оператором таким образом, чтобы луч 11 пересекал объект контроля 10 в плоскости выбранного сечения. При этом на выходе оптического теневого датчика 2 формируется сигнал, пропорциональный размеру тени на линейке оптического приемника 9, в виде изменяющегося напряжения постоянного тока, максимальное значение которого запоминается фиксатором 3 пикового значения сигнала датчика, преобразуется в цифровой код аналого-цифровым преобразователем 4 и отображается на экране цифрового индикатора 5. Когда центральная линия луча 11 пересекает центр объекта контроля 10, выходное напряжение оптического теневого датчика 2 принимает максимальное значение, показания цифрового индикатора 5 больше не возрастают и не уменьшаются, становятся максимальными и соответствуют диаметру объекта контроля 10. При дальнейшем перемещении устройства, в том числе и обратно, напряжение на выходе оптического теневого датчика 2 будет только уменьшаться, поэтому эти показания цифрового индикатора 5, благодаря фиксатору 3 пикового значения сигнала датчика, больше не изменяются и являются результатом измерения диаметра. После нажатия кнопки сброса 6 устройство готово для следующего измерения. Для контроля шарообразных объектов (например, плодов) искомый диаметр может быть измерен путем перемещения устройства относительно объекта контроля 10 не только вперед-назад, но и вверх-вниз, и поиска, таким образом, максимального размера, то есть диаметра.

Для осуществления изобретения могут быть использованы следующие компоненты и технические решения: датчик BGL 30C-005 фирмы BALLUFF [URL:http://www.balluff.com] - в качестве оптического теневого датчика 2; микросхема ICL 7106 - для аналого-цифрового преобразователя 4; жидкокристаллический индикатор LCD ITS 0190S RNP - для цифрового индикатора 5; схемы пикового детектора [Уитсон Дж. 500 практических схем на ИС: Пер. с англ. - М.: Мир, 1992. - С.48-52] - для фиксатора 3 пикового значения сигнала датчика.

Расчеты показывают, что при частоте измерений датчика BGL 30C-005 500 Гц, диаметре объекта 5 мм и скорости перемещения 0,5 м/с погрешность измерений составляет 0,1 мм. При увеличении диаметра объекта (уменьшается кривизна поверхности) и уменьшении скорости перемещения погрешность измерения будет уменьшаться.

Устройство для измерения диаметра относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к средствам контроля диаметров легкодеформируемых тел, используемых для оценки их качества и диагностики состояния, преимущественно посадочного материала и плодов садовых культур. Устройство состоит из оптического теневого датчика с аналоговым выходным сигналом, конструктивно совмещенного с электронным блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь и цифровой индикатор, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, фиксатор пикового значения сигнала датчика и кнопку сброса, при этом первый вход фиксатора пикового значения сигнала датчика соединен с выходом оптического теневого датчика, второй и третий входы - с контактами кнопки сброса, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя. Технический результат заключается в повышении производительности контроля за счет обеспечения измерения диаметра объекта (штамба саженца, плода садовой культуры) в динамическом режиме, то есть в процессе перемещения устройства относительно объекта контроля. 2 ил.

Устройство для измерения диаметра, состоящее из оптического теневого датчика с аналоговым выходным сигналом, конструктивно совмещенного с электронным блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь и цифровой индикатор, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что в него введены фиксатор пикового значения сигнала датчика и кнопка сброса, при этом первый вход фиксатора пикового значения сигнала датчика соединен с выходом оптического теневого датчика, второй и третий входы - с контактами кнопки сброса, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя.