Автоматизированный гониометр Советский патент 1984 года по МПК G01B21/22 

11 Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для определения углов между отражающими поверхностями деталей различного назначения. Известен гониометр, содержащий предметный стол, круговой лимб с деле ниями, зрительную трубу (1. Недостатками известного гониометра являются малопроизводительность и точность, так как поведение и отсчет осуществляется визуально оператором. Наиболее близким к изобретению является автоматизированньй гониометр .содержащий поворотное устройство с кольцевым лазером, фотоэлектрический автоколлиматор, блок управления, формирователь импульсов селекции базовой грани, выход которого связан с блоком управления, и вычислительный блок, связанньй с выходом последнего, и два счетчика С2. Однако в автоматическом режиме .на выходе «автоколлиматора могут,быть получены импульсы, соответствующие бликам от контролируемой детали, различным оптическим и э.пектрическим помехам. При измерениях возможны скачкообразные кратковременные ухудшения параметров гониометра, например, за счет перестройки резонатора кольцевого лазера, а также при толчках, вибрациях и т.д. Все это приводит к снижению достоверности выдаваемой информации. Цель изобретения - повышение достоверности измерений. Поставленная цель достигается тем что автоматизированный гониометр, содержащий поворотное устройство с кольцевым лазером, фотоэлектрический автоколлиматор, блок управления, фор мирователь импульсов селекции базовой грани, выход которого связан с блоком управления, и вычислительньш блок, связанньй с первым выходом бло ка управления и два счетчика, снабжен двумя запоминающими устройствами устройством сравнения, коммутатором, прямым счетчиком и ревер.сивным счетчиком, деишфратором и регистратором, выходы вычислительного блока через запоминающие устройства соединены с двумя входами устройства сравнения, выход которого связан с первым входом регистратора, третий вход устройства сравнения соединен с четвертым выходом блока управления, выход фото00электрического автоколлиматора через коммутатор подключен к входу прямого счетчика, выход которого соединен с вторым входом- реверсивного счетчика, пятьй выход блока управления через коммутатор соединен с первым входом реверсивного счетчи-f ;ка, выход которого подключен к первому входу дешифратора, второй вход дешифратора связан с седьмым выходом блока управления, -выход дешифратора подключен к второму входу регистратора, шестой выход блока управления соединен с третьим входом реверсивного счетчика, первые входы счетчиков соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока управления, вторые их входы - с поворотным устройством, а выходы - с вычислительным блоком. На фиг. 1 представлена блок-схема гониометра; на фиг. 2 - эпюры сигналов на выходах элементов схемы. Гониометр содержит поворотное устройство 1, которо.е вращается с помощью привода 2, на поворотном устройстве 1 расположены кольцевой лазер 3 и контролируемая многогранная призма 4, углы которой необходимо измерить. Рядом с поворотным устройством 1 установлен фотоэлектрический автоколлиматор 5 таким образом, что его визирная ось лежит в плоскости, задаваемой нормалями к граням контролируемой призмы 4, на неподвижном основании расположен формирователь 6 импульсов селекции базовой грани таким образом, что излучение из кольцевого лазера 3 при вращении поворотного устройства 1 последовательно засвечивается два фотоприемника формирователя 6. Гониометр содержит также коммутатор 7, блок 8 управления, счетчики 9 и 10, вычислительньй блок 11, запоминающие устройства 12 и 13. Выход фотоэлектрического автоколлйматора 5 соединен с первыми входами коммутатора 7 и блока 8 управления.. Выход формирователя 6 импульсов селекции базовой грани соединен со вторым входом блока 8 управления. Первьй ивторой выходы блока 8 управления соединены соответственно со входами счетчиков 9 и 10. Выходы счетчиков 9 и 10 соединены с первым и вторым входами вычислительного блока 11, на третий вход которого подается сигнал с третьего выхода блока 8 управления. Гониометр содержит также устройство сравнения, регистратор 15, реверсивный счетчик 16, прямой счетчик 17 дешифратор 18. Два выхода вычислител ного блока 11 ерез запоминающие устройства 12 и 13 соединены с двумя входами устройства 14 сравнений, тре тий вход которого соединен с четвертым выходом блока 8 управления. Выход устройства 14 сравнения связан с первым входом регистратора 15. Пятый выход блока 8 з равления связан со вторым входом коммутатора 7. Первый выход коммутатора 7 связан с первым (счетным) входом реверсивного счетчика 16, второй выход - d входом прямого счетчика 17, выход которого подключен к второму входу реверсивг ного счегчика 16. Выход реверсивного счетчика 16 через дешифратор t8 свйзан со вторым входом регистратора 15. Шестой выход блока 8 управления связан с третьим входом реверсивного счетчика 16, седьмой - со вторым входом дешифратора 18. Выход поворотного устройства 1 кольцевого лазера 3 соединен с входами счетчиков 9 и 10.д Устройство работает следующим образом. Поворотное устройство 1 вращается с помощью привода 2. На поворотном устройстве 1 закреплены кольцевой лазер 3 и контролируемая многогранная призма 4. При вращении поворотного устройства 1 в момент совпадения визирной оси фотоэлектрического автоколлиматора 5 с нормалями к граням контролируемой призмы 4 на выходе автрколлиматора 5 получают электрические сигналы. Для однозначности измерений, в частности для рпределения начала отсчета, используется фор мирователь 6 импульсов селекции базовой грани, на которой подается све товой сигнал рт кольцевого лазера 3. Формирователь 6 импульсов селекции базовой грани содержит два фотоприем ника, которые по очереди засвечиваются вращающимся кольцевым лазером 3, в результате чего на выходе формирователя 6 получают импульсы селек ции базовой грани, р помощью которых блок 8 управления вьщеляет импульс а автоколлиматора 5 от первой (базовой грани призмы 4 и подает его на запус счетчика 9, который начинает подс.читывать количество периодов выходного сигнала кольцевого лазера 3, Импульс автоколлиматора 5 от второй ч грани призмы 4 закрывает счетчик 9 и открывает счетчик 10, который также начинает подсчитывать количество периодов выходного сигнала кольцево,г6 лазера 3. При поступлении очередного импульса автрколлиматрра 5 состояние счетчиков 9 и 10 меняется. Информация со счетчиков 9 и 10 подается в вычислительный блок 11. За один полный оборот устройства 1 в вычислительном блоке 11 записываются числа, пропорциональные измеренным плоским углам многогранной призмы 4. Для повьппения точности измерения производят несколько оборотов по стрелке часов, и столько же - против. Информация об измеренных углах затем усредняется. В случае, когда грани призмы 4 имеют малую площадь или низкий коэффициент отражения, на выходе автоколлиматора 5 получают импульсы с 1мапым отношением сигнал - шум. Кроме того, при различного рода оптических помехах на выходе автоколлиматора 5 могут появиться ложные импульсы. Регистрация отказов в таком случае выполняется следующим образом. В течение первого полуприема измерения (например, при вращении поворотного устройства 1 по часовой стрелке) с выхода формирователя 6 на вход блока 8 управления поступает N импульсов селекции базово й грани (фиг. 2А) ,Что соответствует (N - 1) оборотам noBqротного устройства 1. По заднему фронту каждого .импульса селекции базовой грани (фиг. 2А) блок 8 управления формирует импульсы синхронизации f ....N (фиг. 2Б), а также импульсы синхронизации l-.N , (фиг. 2В), которые задержаны относительно импульсов синхронизации 1 -Ы на время f , равное длительности импульсов 1 - N . За время первого оборота поворотного устройства 1 блок 8 управления формирует сигнал управления (Разрешение АК), длительность которого равна временному интервалу меткду импульсами Г и 2 (фиг. 2Г), передний фронт этого импульса совпадает с передним фронтом импульса 1 ,(время на фиг. 2Г). Сигнал управления (Разрешение АК) поступает на коммутатор 7 и от крЫвает его. При этом выходные импульсы автоколлиматора 5 (фиг. 2Д), сортветствующяе граням контролируемой призмы 4j поступают через коммутатор 7 на счетньй вход прямого счетчика 1 (фиг, 2Ж) По импульсу синхронизации 2 блок 8 управления формирует задний фронт сигнала Разрешение АК (время i2 на фиг. 2Г), и коммутатор 7 закрывается. При этом в прямой счетчик 17 записьшаетсй число К, равное количеству имиульсов автоколлиматора 5 за первый оббррт измеряемой призмы 4 (фиг. 2Ж) Импульсом синхронизации 2, цостзшающим с блока 8 управления на вход реверсивного счетчика 16, обеспечивается перепись в реверсивньй счетчик 16 кода, записанного в прямом счетчике 17. Блок 8 управления также формирует сигнал управления (Разрешение КИ), длительность которого равна временному интервалу между импульсами синхронизации 2 и М(фиг. 2К). Импульсом селекции базовой грани 2 (фиг. 2А) устройство управления 8 выделяет импульс AJ (фиг. 2Л) от первой (базовой грани) контролируемой призмы 4 и подает его на запуск счетчика 9, который начинает подсчитывать количество периодов выходного сигнала кольцевого лазера 3.. Импульс А автоколлиматора 5 (фиг. 2М) от второй грани призмы 4 закрывает счетчик 9 и открьшает счетчик 10, который также н начинает подсчитьгоать количество периодов выходного сигнала кольцевого лазера 3. При поступлении очередного импульса автоколлиматора 5 в блок 8 управления состояние счетчиков 9 и 10 поочередно меняется. Информация со счётчиков 9 и 10 поочередно подается в вьгаислительное устройство 11. По приходу импульса А, который выделяется в блоке 8 зт равления с помощью импульса селекции базовой грани Н (фиг. 2А), работа счетчиков 9 и 10 прекращается. Вычислительный блок 11 производит обработку информации по заданному алгоритму. № пульсы А - А||Г автоколлиматора 5 (фиг. 2м), фактически фиксирующие моменты поочередной передачи информации со счетчиков 9 и 10 в вычислитель-) ный блок 11, поступают с пятого выхода блока 8 управления на второй вход к оммутатора 7. По сигналу Разрешение КИ импульсы А - через коммутатор 7 поступают на счетньй вход реверсивного счетчика 16. При этом от предварительно записанного за первый оборот поворотного устройства 1 в реверсивный счетчик 16 числа К, вычитается число импульсов А - А (фиг. 2М), поступающих с выхода коммутатора 7 за второй оборот поворотного устройства 1 (интервал времени между импульсами 2 и З ). При нормальной работе гениометра число импульсов А - А должно быть равно числу К, которое записано в счетчике 16 за первый оборот поворотного устройства 1, т.е. по приходу импульса А, все разряды реверсивного счетчика 1 16должны быть установлены в нулевыесостояния. Дешифратор 18 по нулевым состояниям счетчика 16 формирует сигнал запрета прохождению импульса синхронизации З с блока 8 управления через дешифратор 18 на регистратор 15. Это свидетельствует о достоверности результатов измерения углов многогранной призмы 4, т.е. об отсутствии больших ошибок измерения. В случае, если число выходньк импуЛьсов А - А| коммутатора 7 за второй оборот поворотного устройства 1 не равно числу К, записанному в прямой счетчик 17за первый оборот поворотного устройства 1, то в конце второго оборота дешифратор 18 разрешает прохождение импульса синхронизации З на регистратор 15, что свидетельствует о недостоверности результатов измерения многогранной призмы. Описанньй процесс повторяется последовательно для всех последующих оборотов поворотного устройства 1 в течение первого полуприема измерения, причем перепись кода, записанного в счетчике 17, в реверсивный счетчик 16 осзпцествляется импульсами синхронизации 2 - (N - 1) перед каждым оборотом. В течение второго полуприема измеения (например за (N - 1) оборотов оворотного устройства 1 против чаовой стрелки) весь процесс определеия достоверности результатов измереия углов многогранной призмы 4 поворяется за исключением того, что в том случае за первый оборот поворот- , ого устройства 1 не проводится заись числа К в прямой счетчик 17, а спользуется уже записанное число за первый оборот первого полуприема измерения. Однако таким образом фиксируются большие ошибки измерения, причинами которых являются шумы, помехи (блики) как в тракте фотоэлектрического автоколлиматора 5, так и в тракте обработки информации. Контроль же ра боты гониометра при незначительно превьш1ении допустимой погрешности из мерения за счет, например, вибраций, перестройки режима кольцевого лазера 3, однократных ударов, шумов в кольцевом лазере 3 и т.д. производит ся следзпощим образом. После первого полуприема измерения (например, за (N - 1) оборотов по часовой стрелке) по команде из блока 8 управления вьгчислительньй блок 11 производит усреднение значений всех измеренных .углов многогранной призмы 4 и передает информацию в запоминающее устройство 12. В запоминающее устройство 13 подаются усредненные значения измеренных углов после второго полуприема измерения (за (N - 1) оборотов против часовой стрелки). После окончания приема измерения, состояще го из двух полуприемов, по команде на.устройства управления 8 значения углбв, записанные в запоминающих устройствах 12 и 13, поступают в устройство сравнения 14. Устройство сравнения 14 вычитает из каждого ,1-го значения измеряемого угла за первый полуприем измерения соответст венно i-тое значение измеряемого угла за второй полуприем измерения и сравнивает каждый i-тый результат вычитания с допустимым отклонением Д, которое определяется точностью измерения и изготовления граней призмы 4. Если результат вычитания для любого значения измеряемого угла будет больше или равен значению А то на выходе устройства сравнения 14 формируется сигнал, по которому на регистраторе 15 фиксируется информация, указьшающая на недостоверность проведенных измерений. Если результат вычитания меньше величины & , тогда результат измерения i -того угла многогранной призмы 4 считают достоверным, что отражается на регистраторе 15. Преимущество предлагаемого гониометра по сравнению с базовым объектом - гониометром УИМП-1 заключается в существенном повьш ении достоверности результатов измерения. Таким образом, схемное решение электронной части позволяет определить изменение погрешности гониометра при наличии шумов и помех как в тракте фотоэлектрического автоколлиматора, так и в тракте обработки.информации, при бликах и оптических помехах в оптическом тракте, при ухудшении работы поворотного устройства, кольцевого лазера, сбоях в вычислительном устройстве, вибрациях, ударах и т.д.

(pus.1

t

«CJ

- ю

АВТОМАТИЗИРОБАННЫЙ ГОНИОМЕТР, содержащий поворотное устройство с кольцевым лазером, фотоэлектрический автрколлиматор, блок управления, формирователь импульсов .селекции базовой граГни, выход которого связан с блоком управления, вычислительньй блок, связанньгй с первым выходом блока управления, и два счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности, он снабжен двумя запоминающими устройствами, устройством сравнения, коммутатором, прямым счетчиком и реверсивным счетчиком, дешифратором и регистратором, выходы вычислительного блока через запоминающие устройства соединены с двумя входами устройства сравнения, выход которо-го связан с первым входом регистратора, третий вход устройства сравнения соединен с четвертым выходом блока управления, выход фотоэлектрического автоколлиматора через коммутатор подключен к 6ХОДУ прямого счетчика, выход которого соединен с вторьм входом реверсивного счетчика, пятый выход блока управления через коммутатор соединен с первым входом реверсивного счетчика, выход которого подкл1очен к первому входу дешифратора, второй вход дешифратора связан с седьмым выходом блока (Л управления, выход дешифратора подклюС чен к второму входу регистратора, шестой выход блока управления соединен с третьим входом реверсивного счетчика, первые входы счетчиков соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока управления, вторые их входы - с поворотным устройством, а выходы - с вычислительным ел блоком.