ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ПОДВИЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2024 года по МПК G01B11/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам бесконтактного метода измерения диаметра подвижных пластмассовых изделий, например, филамента для 3D-принтеров, лески для триммеров, медицинских трубок и т.п.

Уровень техники

Известно фотоэлектрическое устройство для измерения диаметра изделий (авторское свидетельство SU №1767329, приоритет 29.10.1990), содержащее последовательно соединенные датчик изображения, формирователь импульсов и схему И, блок счета импульсов заполнения, регистр, счётчик.

Недостаток устройства заключается в том, что, исходя из описания его работы, теневое изображение диаметра изделия образуется за счет естественного освещения, поскольку в схеме отсутствует какой бы то ни был источник света, что приводит к ненадежности измерения. Кроме того, устройством не предусмотрена возможность проведения измерений прозрачных и полупрозрачных изделий, а также измерений цветных изделий без потери точности.

Известно фотоэлектрическое устройство для измерения диаметра изделий (патент RU №2173833, приоритет 27.03.2000), содержащее точечный источник света, коллиматор, фотоприемник, к выходам которого подключена электронная система обработки и регистрации измерений и подвижное изделие.

Недостаток устройства заключается в невысокой точности измерения, которая усугубляется двукратным прохождением изображения измеряемого изделия через коллиматор. Также данное устройство не предполагает проведения измерений прозрачных и полупрозрачных изделий, равно как и измерений цветных изделий без снижения точности.

Наиболее близким техническим решением является оптоэлектронный датчик толщины (Каштанов Н. В. Применение многоэлементной фотоприемной линейки в датчике толщины пластиковой нити / Вузовская наука в современных условиях: сборник материалов 54-й научно-технической конференции. В 3 ч. Ч.1. - Ульяновск: УлГТУ, 2020. - С. 175-178), содержащий микроконтроллер и два ортогональных канала измерения, каждый из которых включает в себя: светодиод, коллимирующую линзу, многоэлементную фотоприемную линейку (МФПЛ), компаратор.

Недостатком данного устройства является недостаточная точность измерения прозрачных и полупрозрачных изделий в связи с малой амплитудой и крутизной фронтов видеоимпульсов на выходе многоэлементных фотоприемных линеек.

Техническая задача заключается в создании устройства для измерения диаметра прозрачных, непрозрачных и цветных изделий из пластмассы с возможностью регулирования диаметра непосредственно в процессе изготовления.

Техническим результатом является создание оптического устройства для измерения диаметра подвижных прозрачных, непрозрачных и цветных изделий из пластмассы.

Раскрытие сущности изобретения

Оптическое устройство для измерения диаметра подвижных изделий, содержащее точечный источник света, оптически связанный с многоэлементной фотоприемной линейкой через коллиматор и подвижное изделие, компаратор и микроконтроллер, при этом выход многоэлементной фотоприемной линейки соединён с первым входом компаратора, второй вход компаратора соединён с первым выходом микроконтроллера, второй выход микроконтроллера соединён с входом многоэлементной фотоприемной линейки, третий выход микроконтроллера соединён с точечным источником света, первый вход микроконтроллера соединён с выходом компаратора, отличающееся тем, что в него дополнительно введён датчик цвета, который оптически связан с подвижным изделием, а выход соединён со вторым входом микроконтроллера, четвёртый выход микроконтроллера является выходом управляющего сигнала F_STEP для драйвера шагового двигателя.

Краткое описание чертежей

На фигуре приведена структурная схема устройства, где 1 - точечный источник света, 2 - коллиматор, 3 - многоэлементная фотоприемная линейка, 4 - компаратор, 5 - микроконтроллер, 6 - датчик цвета, 7 - подвижное изделие.

Осуществление изобретения

Оптическое устройство для измерения диаметра подвижного изделия включает в себя точечный источник света 1, например SMD светодиод КА-3528, коллиматор 2, например короткофокусную плоско-выпуклую линзу, многоэлементную фотоприемную линейку 3, например TCD1304AP, компаратор 4, например LM311, микроконтроллер 5, например AT91SAM7S64, и датчик цвета 6, например TCS34725.

Точечный источник света 1 оптически связан с многоэлементной фотоприемной линейкой 3 через коллиматор 2 и подвижное изделие 7, например филамент для 3D-принтеров, выход многоэлементной фотоприемной линейки 3 соединён с первым входом компаратора 4, второй вход компаратора 4 соединён с первым выходом микроконтроллера 5. При этом второй выход микроконтроллера 5 соединён с входом многоэлементной фотоприемной линейки 3, третий выход микроконтроллера 5 соединён с входом точечного источника света 1, первый вход микроконтроллера 5 соединён с выходом компаратора 4, второй вход микроконтроллера 5 соединён с выходом датчика цвета 6, который оптически связан с подвижным изделием 7, четвёртый выход микроконтроллера 5 является выходом управляющего сигнала F_STEP для драйвера шагового двигателя (не показан).

Устройство работает следующим образом. Точечный источник света 1 посредством коллиматора 2 создает в рабочей зоне, где располагается подвижное изделие 7, пучок света, близкий к параллельному. Тень подвижного изделия 7, размер которой отождествим с диаметром подвижного изделия 7, падает на многоэлементную фотоприемную линейку 3.

Сигнал с датчика цвета 6 следует на микроконтроллер 5 для осуществления корректирующих мер в связи с наличием погрешности, связанной с отражающими и поглощающими свойствами подвижного изделия 7 разной степени прозрачности и разных цветов. Корректирующие меры включают в себя изменение интенсивности излучения источника света 1 с помощью ШИМ-сигнала, а также порогового напряжения компаратора 4.

Число затененных пикселей, размеры которых априорно известны, многоэлементной фотоприемной линейки 3 подсчитывается программой микроконтроллера 5 после приема сигнала с выхода компаратора 4, образованного путем компарирования выходного видеосигнала многоэлементной фотоприемной линейки 3.

Микроконтроллером 5 формируется управляющий сигнал F_STEP для драйвера шагового двигателя, входящего в тянущее устройство, которое в большинстве случаев имеет место в технологических линиях по изготовлению пластмассовых изделий. Управляющее воздействие формируется в соответствии с программно реализованным пропорциональным регулятором и на основании результатов измерения с целью коррекции скорости вытягивания изделия. Так, если измеряемый диаметр превышает заданный, то скорость вытягивания увеличивается, приводя к уменьшению действительного диаметра. Если измеряемый диаметр меньше заданного, то скорость вытягивания снижается. Способ изготовления подвижного изделия не является задачей изобретения, поэтому подробно не рассматривается.

Предлагаемое устройство может быть изготовлено в условиях промышленного производства с помощью известных средств и технологий.

Таким образом, оптическое устройство для измерения диаметра подвижных изделий является функционально законченным устройством и позволяет измерять диаметр прозрачных, непрозрачных и цветных изделий из пластмассы с возможностью регулирования диаметра непосредственно в процессе изготовления.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам бесконтактного метода измерения диаметра подвижных пластмассовых изделий, например филамента для 3D-принтеров, лески для триммеров, медицинских трубок и т.п. Оптическое устройство для измерения диаметра подвижных изделий содержит точечный источник света (1), например SMD светодиод КА-3528, оптически связанный с многоэлементной фотоприемной линейкой (3), например TCD1304AP, через коллиматор (2) и подвижное изделие (7), компаратор (4), например LM311, и микроконтроллер (5), например AT91SAM7S64, при этом выход многоэлементной фотоприемной линейки соединён с первым входом компаратора, второй вход компаратора соединён с первым выходом микроконтроллера, второй выход микроконтроллера соединён с входом многоэлементной фотоприемной линейки, третий выход микроконтроллера соединён с точечным источником света, первый вход микроконтроллера соединён с выходом компаратора, причём в него дополнительно введён датчик цвета (6), например TCS34725, который оптически связан с подвижным изделием, а выход соединён со вторым входом микроконтроллера, четвёртый выход микроконтроллера является выходом управляющего сигнала F_STEP для драйвера шагового двигателя. Технический результат: создание оптического устройства для измерения диаметра подвижных прозрачных, непрозрачных и цветных изделий из пластмассы. 1 ил.

Оптическое устройство для измерения диаметра подвижных изделий, содержащее точечный источник света, оптически связанный с многоэлементной фотоприемной линейкой через коллиматор и подвижное изделие, компаратор и микроконтроллер, при этом выход многоэлементной фотоприемной линейки соединён с первым входом компаратора, второй вход компаратора соединён с первым выходом микроконтроллера, второй выход микроконтроллера соединён с входом многоэлементной фотоприемной линейки, третий выход микроконтроллера соединён с точечным источником света, первый вход микроконтроллера соединён с выходом компаратора, отличающееся тем, что в него дополнительно введён датчик цвета, который оптически связан с подвижным изделием, а выход соединён со вторым входом микроконтроллера, четвёртый выход микроконтроллера является выходом управляющего сигнала F_STEP.