Устройство для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой Советский патент 1984 года по МПК G01B11/00 

1 Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано для определения погрешности показаний стрелочных измерительных при боров с круговой шкалой, например, индикаторов часового типа. Известны устройства для определения погрешности показаний стрелочных приборов с круговой шкалой, содержащие источник света, считывающую головку в виде вращающегося барабана имеющего на боковой поверхности щеле вую диафрагму, фотоприемник, установ ленный внутри барабана, и привод для регистрации результатов измерений 1 Недостаток устройства заключается в невысоком быстродействии и низком качестве поверки, обусловленном тем, что поверка индикатора производитсй со снятым защитным стеклом и со снятой стрелкой. Наи.более близким к изобретению по технической сущности и достигаемо му результату является устройство для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой, содержащее осветитель, узел образцовых сигналов, считывающую Головку с фотоприемпикамй и блок регистрации, В известном уст|ройстве считывающая головка, представляет собой каретку, установлеи ный на ней узел центрирования, выполненный в виде подпружиненного в продольном направлении конуса, ось которого совмещена с осью стрелки поверяемого прибора, и узел поиск углового положения стрелки, вьтолнен ный в виде установленного вне конуса между источником света и фотоэлементами диска развертки со световыми дорожками, на которых нанесены соответственно ШТРИХ.И единичных угловых приращений и штрихи, ограничиваюище интервал значений измеряемой величины, и диска со щелью, установленного внутри конуса узла центрирования перед шкалой поверяемого прибора и зак репленного на одном валу с диском ра вертки и соосно с узлом центрирования 23. Известное устройство имеет следую щие недостатки: невысока точность по верки из-за сложной юстировки устрой ства и низкого отношения сигнал/шум На выходах фотоприемников, обусловленного слабым .освещением стрелки во время поверки; поверка может произво диться лишь в ограниченном нисле фиксированных точек. 85 Цель изобретения - повьш1ение точ- ности поверки. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой/ содержащем осветитель, узел образцовых сигналов, считывающую головку с фотоприемниками и блок регистрации, считывающая головка вьтолнена в виде сплошного цилиндра, установленного с возможностью вращения соосно с поверяемой шкалой, и оптической системы, содержащей последовательно установленные и оптически связанные объектив, закрепленный в торцовой стенке цилиндра, обращенной к шкале, оптическая ось обьектива параллельна оси вращения, а плоскость предметов совмещается с поверхностью шкалы, призму Дове, две закрепленные на другой торцовой стенке цилиндра в области плоскости изображений объектива щелевые диафрагмы, продольные оси которых ориентированы по одному и тому же радиусу цилиндра, проходящему через оптическую ось объектива, одна из диафрагм предназначена для статического сопряжения с изображением реперного штриха, а другая с изображением стрелки, два световода входные окна которых сопряжены соответственно со щелевыми диафрагмами, окно световода, сопряженного с диафрагмой, предназначенной для сопряжения с .изображением стрелки, расположено на оси вращения барабана, а сам световод жестко скреп- лен с цилиндром, угловые размеры входного окна второго светтовода меньше углового расстояния меладу двумя штрихами, смежными с реперным, пересчитанного в плоскость изображений, фотоприемники установлены напротив выходных окон световодов, выходы фотоприемников подключены к блоку регистрации, вьшолнённому в виде последовательно включенных формирователя прямоугольных импульсов, селектора временных положений фронтов импульсов от реперного штриха и стрелки, измерителя временных интервалов и вычислителя. Кроме того, селектор временных оложений фронтов импульса от реперого штриха содержит дифференцируюую цепочку, два диодных ограничитея, подключенных к дифференцирующей епочке, два триггера, один из которых подключен счетным входом непосредственно к выходу соответствующего диодного ограничителя, а другой - через инвертор, две схемы совпадения, первые входы которых подключены к одноименным выходам триггеров, а вторые входы - соответственно к выходу инвертора и первого диодного ограничителя. На фиг. 1 изображена блок-схема ус тройства для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой; на фиг. 2 оптико-кинематическая схема считывающей головки; На фиг. 3 - блок-схема селектора временных положений фронтов импульсов от реперного штриха; на фиг. 4 - эпюры выходных сигналов отдельных элементов (индексы соответствуют номерам элементов). Устройство для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой (фиг. 1) содержит узел 1 образцовых сигналов, считывающую головку 2 и подключенный к ее выходу блок регистрации, содержащий последовательно соединенные формирователь 3 прямоугольных сигнало селектор 4 временных положений фронтов импульсов от реперного штриха и стрелки, измеритель 5 временных интервалов, и вычислительное устройство 6, а также генератор 7 счетных импуль сов, подключенньгй к измерителю 5 временных интервалов, и устройство 8 циф ровой индикации и цифропечатающее устройство 9, подключенные к выходу вычислительного устройства 6. Узел 1 образцовых сигналов может быть выполнен в виде механизма, обеспечивающего последовательную установку на измерительную позицию блоков концевых мер заданной длины для пере мещения измерительного стержня повер емого индикатора по определенной про рамме, либо в виде механизма для пер мещения измерительного стержня, с подвижным элементом которого связан датчик линейных перемещений. Считывающая головка 2 вместе с уз лом 1 образцовых сигналов измеритель ного стержня установлена на основани 10 (фиг. 2). Считывающая головка сое тоит из цилиндра 11, приводимого в равномерное вращение от синхронного электродвигателя 12, например, с помощью фрикционного колеса 13, насаженного на вал электродвигателя 12, неподвижного барабана 14, установлен ного соосно с цилиндром 11 и сопряженного с ним посредством подшипни-j 1 85 15, осветителя 16, например соковфитного, укрепленного на неподвижном барабане 14 соосно ему, узла центрирования, например, в виде цент|рирующеи втулки 17, один конец которой насажен на неподвижный барабан 14, а во второй до упора вставляется пове ряемый прибор 18. Центрирующая втулка 17имеет прорези для прохода измери-: тельного стержня поверяемого прибора 18и направляющую с ответной частью на неподвижном барабане 14 для обеспечения вертикальности расположения измерительного стержня поверяемого прибора 18,а также вентиляционные вырезы. Цилиндр 11 вьтолнен сплошным за I исключением канала для размещения опIтической системы, что позволяет повысить равномерность его вращения. На торцовой стенке цилиндра 11, обращенной к шкале поверяемого прибора 18, выполнено резьбовое отверстие для установки объектива 19, оптическая ось которого параллельна оси вращения цилиндра, а предметная плоскость совпадает с плоскостью поверхности шкалы. Увеличение объектива выбирается порядка 1. На другой стенке цилиндра 11 в плоскости изображений объектива 19 расположены две щелевые диафрагмы 20 и 21. Цри этом диафрагма 21 состоит от диафрагмы 20 по ходу лучей на величину номинального превьш1ения стрелк над плоскостью шкалы прибора, пересчитанного в плоскость изображений.Их продольные оси направлены по одному и тому же радиусу торцовой стенки цилиндра 11. Ширина диаграммы 20 устанавливается порядка ширины изображения штриха шкалы, а диафрагмы 21 - порядка ширины изображения ограниченной ею части стрелки. Между объективом 19 и Щелевыми диафрагмами 20 и 21 по направлению оптической оси объектива 19 расположена призма Дове 22, которая переворачивает на 180° изображение, даваемое объективом 19. В непосредственной близости от задней стенки цилиндра 11 расположено входное окно световода 23, например из стекловолокна, имеющее прямоугольную форму с центром, удаленным от оси вращения цилиндра 11 на расстояние, равное удалению центра щелевой диафрагмы 20 от оси вращения. Световод 23 крепится к неподвижному барабану 14 таким образом, что его середина располагается напротив изображения реперного штриха шкалы поверяем го прибора. Высота входного окна св товода 23 примерно равна высоте щелевой диафрагмы 20, а ширина выбира ется меньшей расстояния между смежн ми к реперному изображению штрихов шкалы, чтобы предотвратить попадани в световод 23 световых потоков от этих изображений. (По существу входное окно световода 23 вьтолняет роль неподвижной щелевой диафрагмы) К задней стенке цилиндра 11 крепитс вращающийся вместе с последним блок световода 24, входное окно которого расположено напротив щелевой диафра мы 21 и имеет размеры, достаточные для захвата всего световода потока, проходящего через диафрагму 21. Све товод 24 изогнут таким образом, что центр симметрии его выходного окна лежит на оси вращения цилиндра 11. За выходными окнами световодов 23 и 24 расположены соо- ветственно фотоприемники 25 и 26. Формирователь 3 прямоугольных сигналов состоит из подключенных к выходам фотоприемников считывающей головки двух цепочек из последовательно вклйоченных истокового (эмиттерного, катодного) повторителя, усилителя и порогового устройства, например, триггера Шмитта. При этом порог срабатывания порогового устройства цепочки для обработки сигнала от стрелки выбирается достаточно большим, чтобы осуществить амплитудную селекцию импульса от стрелки от паразитных сигналов, которые могут возникнуть от частей цифр циферблата, попадающих в поле зрения соответствующего фотоприемника. Поскольку амплитуды сигналов пропорциональны максимальным площадям затемненных участков, попадающим через диафрагму в поле зрения фотоприемвика, то сигнал от стрелки будет в несколько раз превосходить по амплитуде паразитные. Селектор 4 временных положений фронтов импульсов выполнен из двух схем фиксации фронтов импульсов от нулевого штриха и стрелки (фиг.З). Первая из них состоит из дифференцирующей цепочки 27, на вход которой включен выход формирователя прямоугольного сигнала от фотоприемника 25, а выход соединен с входом двух диодных ограничителей 28 и 29 с усилителями (например, в 56 виде транзисторных ключей), выделяющими импульсы разной полярности; выход ограничителя 28 соединен со счетным входом триггера 30, а выход ограничителя 29 через инвертор 31 со счетным входом триггера 32, одноименные выходы триггеров 30 и 32 соединены с одними из входов схем 33 и 34 совпадения соотйатственно, к вторым входам последних подключены соответственно выходы инвертора 31 и ограничителя 28. Схема фиксации фронтов импульсов от стрелки состоит из тех же элементов, за исключением триггеров и схем совпадения. Выходы обеих схем селекции подключены к входам измерителя 5 временных интервалов. Последний состоит из трех счетчиков импульсов со схемами их запуска и остановки, которые обеспечивают подсчет количества импульсов от генератора 7 за промежутки времени, соответственно между 1-м и (п+1)-м импульсами от переднего (или заднего) фронта импульса от реперного штриха, где п - число периодов усреднения рв зультатов измерения, а также между передними и задними фронтами импульсов от реперного штриха и стрелки за те же п периодов усреднения. Вычислительное устройство 6 рассчитывает погрешность показания индикатора в каждой поверяемой точке по формуле: Л (А-В)- CD-E, п П .ZN де 1 - номер периода измерения; количество периодов измерения ; количества счетных импульсов, соответствующие временному интервалу соответственно между передними и задними фронтами импульсов от реперного штриха и стрелки при i-M обороте; количество счетных иМпульсов, соответствующее i-му обороту; дробная ча.сть отношения величины образцового перемещения измерительного стержня поверяемого индикатора к номинальному значению перемещения, соответствующего одному обороту стрелки; С - количество делений шкалы; D - цена деления шкалы (например, в микрометрах); Е - номинальное значение величи ны перемещения измерительно го стержня, соответствующее угловому смещению реперного штриха от Нулевого, мкм. Например, для индикатора часового типа по ГОСТ 577-68 задано образцово перемещение 1,80 мм, значение А полу чилось равным 0,852, С 100, D 10 мкм, за реперный штрих принят 95т. е. Е 50 мкм. Так как 1 оборот стрелки соответствует номинально 1 мм, то В 0,800, и следовательно погрешность показаний в этой точке Д (0852-0,800)-100-10-50 2 мкм. Генератор 7 счетных импульсов генерирует импульсы с частотой повторе ния, равной г JIlCJD где m - число оборотов цилиндра 11 считывающей головки за 1 с. k - цена 1 импульса, мкм. Назначение и принципы построения устройств 8 и 9 общеизвестны. Устройство для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой работает след тощим образом. Поверяемый прибор 18 устанавливается в центрирующую втулку 17, а последняя одевается на барабан 14. Запускается электродвигатель 12, который с помощью фрикционного колеса 13 приводит во вращение цилиндр 11, залягаются лампы осветителя 16. Перед поверкой производится установка нулевого показания поверяемого прибора. Для этого с црмощью узла 1 образцовых сигналов перемещают измерительный стержень поверяемого прибора до тех пор, пока на табло устройства цифровой индикации не поя вится нулевое показание. При этом предварительно в вычислительное устройство вводят величину Е, т. е. величину смещения реперного штриха от нулевого в мкм. t При пересечении щелевыми диафраг мами 20 и 21 соответственно изображений нулевого штриха и стрелки на выходах фотоприемников 25 и 26 появляются импульсы (фиг.4, у и Uofi которые в формирователе 3 прямоугольных сигналов преобразуются в прямоугольную форму ( Uj и 1)3) . Из этих сигналов селектором 4 временных положений фронтов импульсов вьфабатываются кратковременные импульсы, соответствующие передним и задним фронтам импульсов от реперного штриха (и и-и) и стрелки ( ujO .. Эти импульсы используются в измерителе 5 временных интервалов в качестве стартстопных для определения количества счетных импульсов генератора 7 (U-,), укладывающихся во временные интервалы соответственно между передними (uL - Np.) и задними NJ.) фронтами импульсов от реперного штриха и стрелки, а также между двумя последовательными короткими импульсами от передних (или задних) фронтов импульсов от реперного штриха поверяемого прибора (ur -N,, ). ЧисМ,.и N могут определяться за любое заданное п число периодов усреднения (оборотов цилиндра 11). Далее эти числа вводятся в вычислительное устройство 6, которое рассчитывает по формуле (1) погрешность показаний индикатора в каждой поверяемой точке. Эти значения высвечиваются на табло устройства 8 цифровой индикации и печатаются на бумажной ленте цифропечатающим устройством 9. Описанный цикл повторяется для каждой точки пОверки после перемещения измерительного стержня поверяемого прибора в соответствующее положение посредством узла образцовых сигналов. Фиксация временных положений фронтов импульсов от реперного штриха производится следующим образом. Соответствующий сигнал от формирователя прямоугольных сигналов (U ) подается на вход дифференцирующей цепочки 27. Полученные кратковременные импульсы разной полярности w) разделяются по полярности и формируются диодными ограничителями 28 (Ujg) и 29 (Ujg) с усилителями. Вьщеленные ограничителем 28 импульсы подаются на счетный вход триггера 30, а ограничителем 29 после изменения полярности инвертором 31 (UBI) счетный

вход триггера 32. Триггеры 30 и 32 вырабатьтают прямоугольные селекторные импульсы ( И Uj) , которые подаются соответственна на входы схем 33 и 34 совпадения ( и U). На дру- S гие входы схем 33 и 34 совпадения подаются соответственно импульсы с инвертора 31 и ограничит -.ля 28. В результате на выходах схем 33 и 34 выделяются импульсы, соответствующие реднему и заднему фронтам импульса от реперного штриха соответственно. В предлагаемом устройстве благодаря размещению анализаторов угловых

положений нулевого штриха и стрелки в пространстве изображений объектива существенно улучшены условия освещени циферблата поверяемого прибора, что повьш1ает точность фиксации этих угловых положений, а следовательно, и точность поверки. Кроме того, фиксация Положений нулевого штриха и стрелки прибора с целью определения углового положения стрелки помимо повышения точности измерения позволяет производить поверку прибора в любых точках его Шкалы, что также повьш1ает точность и качество поверки.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ СТРЕЛОЧНЫХ ПРИБОРОВ С КРУГОВОЙ ШКАЛОЙ, содержащее осветитель, узел образцовых сигналов, считывающую головку с фотоприемниками и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности поверки, считывающая головка выполнена в виде сплошного цилиндра, установленного с возможностью вращения соосно с поверяемой шкалой, и оптической системы, содержащей последовательно установленные и оптически связанные объектив, закрепленный в торцовой стенке цилиндра, обращенной к шкале, оптическая ось объектива параллельна оси вращения цилиндра, а плоскость предметов совмещается с поверхностью шкалы, призму Дове, две закрепленные на другой торцовой стенке цилиндра в области плоскости изображений объектива ичелевые диафрагмы, продольные оси которых ориентированы по одному и тому же радиусу цилиндра, проходящему через оптическую ось объектива, одна из диафрагм предназначена для оптического сопряжения с изображением реперного штриха шкалы, а другая - с изображением стрелки, два световода, входные окна которых сопряжены соответственно со щелевыми диафрагмами, выходное окно световода, сопряженного с диафрагмой, предназначенной для сопряжения с изображением стрелки, расположено на оси вращения барабана, а сам световод жестко скреплен с цилиндром, угловые размеры входного окна второго световода меньше углового расстояния между двумя штрихами, смежными с реперным, пересчитанного в плоскость изображений, фотоприемники установлены напротив выходных окон световодов, выходы фотоприемников подключены к блоку регист рации, вьтолненному в виде последова(Л тельно включенных формирователя прямоугольных импульсов, селектора временных положений фронтов импульсов от реперного штриха и стрелки, измерителя временных интервалов и вычислителя . 2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что селектор временных положений фронтов импульса о х от реперного штриха содержит дифференцирующую цепочку, два диодных ог00 СП раничителя, подключенных к дифференцирующей цепочке, два триггера, один из которых подключен счетным входом непосредственно к выходу соответствующего диодного ограничителя, а другой - через инвертор, две схемы совпадения, первые входы которых подключены к одноименным выходам триггеров, а вторые входы - соответстпенио к выходу инвертора и псрпото диодного ограничителя.

фиг,, /

/7 16

f8

2ff

Фи.З