Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров объекта Советский патент 1985 года по МПК G01B21/00 

ходом первого счетчика импульсов, второй вход - с выходом счетчика номера cvpoKH развертки, а третий вход - с выходом Четвертого фотоприемника, схемы сравнения кодов, первый вход которой соединен с выходом первого счетчика импульсов, второй вход - с первым выходом буферного регистра, первой схемы совпадения, первьй вход которой соединен с выходом схемы сравнения кодов, второй вход - с выходом третьего фотоприемника, а выход - с четвертым входом буферного регистра, и выходного регистра, первый вход которого соединен с первым выходом буферного регистра, второй вход - с вторым выходом буферного регистра, третий вход - с выходом четвертого фотоприемника, первый выход является третьим выходом устройства, а второй выход - четвертым выходом устройства, канал измерения длины состоит из второго формирователя прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом первого фотоприеника, второй схемы совпадения, первый вход которой соединен с выходом второго формирователя прямоугольных импульсов, второй вход с выходом счетчика номера строки развертки, а выход является пятым выходом устройства, второго счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя прямоугольных импульсов, второй вход - с выходом третьего фотоприемника, третий вход - с выходом генератора импульсов заполнения, а выход является шестым выходом устройства, объектив первого оптического канала установлен с возможностью его перемещения параллельно оси полого цилиндра.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ {УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ОБЪЕКТА, содержащее последовательно расположенные объектив и диафрагму, развертываюпщй элемент в виде полого цилиндра с развертывающей дорожкой с отверстиями, образующими один виток винтовой линии, оптический блок, размещенный внутри полого цилиндра, и фотоприемник, блок обработки информации, последовательно расположенные объектив, диафрагма, оптический блок и фотоприемник образуют первый оптический канал, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения минимального поперечного размера и длины, оно снабжено установленными последовательно перед объективом светоделительным элементом и призмой Пехана, ycтaнoвлeнны и последовательно первым направляющим зеркалом, вторым объективом, вторым и третьим направл;{ющими зеркалами, второй диафрагмой, вторым оптическим блоком, размещенным внутри полого цилиндра, и вторым фотоприемником, образующими второй оптический канал, первое направляющее зеркало оптически связано со светоделительным элементом, по боковому периметру полого цилиндра вьшолнена синхронизирующая дорожка,состоящая из отверстий,число которых равно числу отверстий в развертывающей дорожке, двумя светодиодами и третьим и четвертым фотоприемниками, расположенными соответственно с внешней и внутренней сторон полого цилиндра напротив синхронизирующей дорожки и первого отверстия развертывающей дорожки, а блок СО .обработки информации выполнен в виде канала измерения поперечных размеров, канала измерения длины, генератора импульсов заполнения и счетчика номера строки развертки, первый вход которого соединен с выходом третьего фотоприемника, второй вход - с ( 10 -выходом четвертого фотоприемника, а выход является первым выходом устройства, канал измерения поперечсо ных размеров состоит из первого СП формирователя прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом второго фотоприемника, первого счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя прямоугольных импульсов, второй вход - с выходом третьего фотоприемника, третий вход - с выходом генератора импульсов запол- . нения, а выход является вторым выходом устройства, буферного регистра, первый вход которого соединен с вы

Изобретение относится к контроль но измерительной технике и может быть использовано для бесконтактног измерения деформаций, геометрических размеров образцов, конструктивных элементов и других объектов, в том числе в условиях, где невозможно или затруднительно применение контактных методов, в частности при проведении механических испытаний для определения основных характеристик механических свойств материалов путем измерения продольной деформации рабочего участка образца и одновременного измерения его поперечного размера. Известно телевизионное автоматическое устройство для измерения размеров, содержащее оптическую систему, телевизионную передающую трубку, усилительный каскад выделения рабочего импульса, блок ограничения и стабилизации амплитуды, измерительный блок и индикатор 11 Недостатаком устройства является невозможность измерения продольных размеров. Наиболее близким к предлагаемому является фотоэлектрическое устройство для измерения размеров объекта, содержащее последовательно расположенные объектив и диафрагму, развертьтающий элемент в виде полого цилиндра с развертывающей дорожкой с отверстиями, образующими один виток винтовой линии, оптический блок, размещенный внутри полого цилиндра, и фотоприемник, блок обработки информации, последовательно расположенные объектив, диафрагма, оптический блок и фотоприемник образуют первый оптический канал С2. Однако с помощыр такого устройства продольный размер можно измерить только в конце измерения поперечного размера при построчном суммировании, точность при этом невысока, так как зависит от расположения отверстий, одновременное же измерение исключено. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения минимального поперечного размера и длины объекта.

Поставленная цель достигается, тем, что фотоэлектрическое устройство для измерения размеров объекта, содержащее последовательно расположенные объектив и диафрагму, развертывающий элемент в виде полог цилиндра с развертьшающей дорожкой с отверстиями, образующими один виток винтовой линии, оптический ;блок, размещенный внутри полого цилиндра, и фотоприемник, блок обработки информации, последовательно расположенные объектив, диафрагма, оптический блок и фотоприемник образуют первый оптический канал, снаб-жено установленными последовательно перед объективом светоделительным элементом и призмой Пехана, установленными последовательно первым направляющим зеркалом, вторым объективом, вторым и третьим направляющими зеркалами, второй диафрагмой, вторым оптическим блоком, размещенньм внутри полого цилиндра, и вторым фотоприемником, образующими второй оптический канал, первое направляющее зеркало оптически связано со светоделительным элементом, по боковому периметру полого цилиндра выполнена синхронизирующая дорожка, состоящая из отверстий, число которых равно числу отверстий в развертывающей дорожке, двумя светодиодами и третьим и четвертым фотоприемниками, расположенными соответственно с внешней и внутренней сторон полого цилиндра, напротив синхронизирующей дсфожки и первого отверстия развертывакмцей дорожки, а блок обработки информации выполнен в виде канала измерения поперечных размеров, канала измерения длины, генератора импульсов заполнения и счетчика номера строки развертки, первый вход которого соединен с выходом третьего фотоприемника, второй вход - с выходом четвертого фотоприемника, а выход является первым выходом устройства, канал измерения поперечных размеров соетоит из первого формирователя прямоугольных инпульсов, вход которого соединен с выходом второго фотоприемника, первого счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя прямоугольных импульсов, второй вход - с выходом третьего фотоприемника, третий вход - с выходом генератора импульсов заполнения, а выход является вторым выходом устройства, буферного регистра, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика импульсов, второй вход - с выходом счетчика номера строки развертки, а третий вход с выходом четвертого фотоприемника схемы сравнения кодов, первый вход которой соединен с выходом первого счетчика импульсов, второй вход с первым выходом буферного регистра первой схемы совпадения, первый вход которой соединен с выходом схемы сравнения кодов, второй вход с выходом третьего фотоприемника, а выход - с четвертым входом буферного регистра, и выходного регистра первый вход которого соединен с первым выходом буферного регистра, второй вход - с вторым выходом буферного регистра, третий вход - с выходом четвертого фотоприемника, первый выход является третьим выходом устройства, а второй выход четвертые выходом устройства, канал измерения длины состоит из второго формирователя прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом первого фотоприемника, второй схемы совпадения, пер.вый вход которого соединен с выходом второго формирователя прямоугольных импульсов, второй вход - с выходом счетчика номера строки развертки, а выход является пятым выходом устройства, второго счетчика импульсов,перв вход которого соединен с выходом второго формирователя прямоугольных импульсов, второй вход - с выходом третьего фотоприемника, трети вход - с выходом генератора импульсов заполнения, а выход является шестым выходом устройства, объектив первого оптического канала установлен с возможностью его перемещения параллельно оси полого цилиндра.

На фиг. 1 изображена оптическая схема фотоэлектрического устройства для измерения размеров объекта; на фиг. 2 - функциональная электрическая схема устройства.

Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров объекта содержит .развертывающий элемент в виде полого цилиндра 1 с развертывающей дорожкой с отверстиями 2, образующими один виток винтовой линии, и синхро низир:,пащей дорожки, вьшолненной по боковому периметру полого цилиндра 1 и состоящей из отверстий 3|Нисло которых равно числу отверстий в развертьшающей дорожке, светоделител ный элемент 4, первый оптиче Лсий ка нал, включающий последовательно рас положенные перед полым цилиндром 1 призму З.Пехана, объектив 6, установленный с возможностью его перемещения параллельно оси полого цилиндра 1, и диафрагму 7, расположенный внутри полого цилиндра 1 оптический блок 8, состоящий из кол лективной линзы 9 и зеркала 10, и фотоприемник 11, второй оптический канал, включающий последовательно установленные перед полым цилиндром 1 первое направляющее зеркало 12, оптически сЪйзанное со свето делительным элементом 4, второй объектив 13, второе 14 и третье 15 направляющие зеркала и вторую диафрагму 16, второй оптический блок 17, размещенный внутри полого цилиндра 1 и состоящий из коллективной линзы 18 и зеркала 19, и вто рой фотоприемник 20, два светодиода 21 и 22 и третий 23 и четвертый 24 фотоприемни,ки, которые расположены соответственно с внешней и внутренней стороны полого цилиндра 1 напро тив синхронизирующей дорожки и первого отверстия развертывающей дорож ки, и блок 25 обработки информации, содержащий канал 26 измерения поперечных размеров, канал 27 измерения длины, генератор 28 импульсов заполнения и дчетчик 29 номера стро ки развертки, первый вход которого соединен с Выходом третьего фотопри емника 23, второй вход - с выходом четвертого фотоприемника 24, а выхо является первым выходом устройства. Канал 26 измерения поперечных размеров состоит из первого формирователя 30 прямоугольных импульсов,вхо которого соединен с выходом второго фотоприемника 20, первого счетчика 31 иьшульсов, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя 30 прямоугольных импульсов, второй вход - с выходом третьего фотоприемнйка 23, третий вход - с выходом генератора 28 импульсов заполнения, а выход является вторым выходом устройства, буферного реги15 стра 32, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика 31 импульсов, второй вход - с выходом счет1шка 29 номера строки развертки, а третий вход - с выходом четвертого фотоприемника 24, схемы 33 сравнения кодов, первый вход которой соецинен с выходом первого счетчика 31 импульсов, второй вход - с первым выходом буферного регистра 32, первой схемы 34 совпадения, первый вход которой соединен с выходом схемы 33 сравнения кодов, второй вход с выходом третьего фотоприемника 23, а выход - с четвертым выходом буферного регистра 32 и выходного регистра 35, первый вход которого соединен с первым выходом буферного регистра 32, второй вход - с вторым выходом буферного регистра 32, третий вход - с выходом четвертого фотоприемника 24, первый выход является третьим выходом устройства, а второй выход - четвертым выходом устройства. Канал 27 измерения длины состоит из второго формирователя 36 прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом первого фотоприемника 11, второй схемы 37 совпадения, первьй вход которой соединен с выходом второго формирователя 36 прямоугольных импульсов, второй вход - с выходом счетчика 29 номера строки развертки, а выход является пятым выходом устройства, второго счетчика 38 импульсов, первый вход которого соединен с вьпсодом формирователя 36 прямоугольных импульсов, второй вход с выходом третьего фотоприемника 23, третий вход - с выходом генератора 28 импульсов заполнения, а выход является шестым выходом устройства. Измеряемый объект 39 установлен в испытательной камере 40, снабженной двумя иллюминаторами 41 и 42 и размещенной между осветителем 43 и защитным иллюминатором 44 устройства. Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров объекта работает следующим образом. Световой поток от осветителя 43 через иллюминатор 41 направляют на измеряемый объект 39. Световой поток от объекта 39 через иллюминаторы 42 и .44 поступает на светоделительный элемент 4, где разделяется на два световых потока. Первый световой поток через призму 5 Пехана поступает на объектив 6, которьй через диафрагму 7 формирует на боковой поверхности полого цилиндра первое изображение объекта 39. Второй световой поток направляется первьв4 направляющим зеркалом 12 на второй объектив 13, который с п мощью второго 14 и третьего 15 направляющих зеркал через вторую диафрагму 16 формирует на диаметг рально противоположном участке боковой поверхности полого цилиндра 1 второе изображение объекта 39 Первое изображение объекта повернуто призмой 5 Пехана на 90° по .отношенш) к его второму изображению Перемещением объектива 6 в направлении, параллельном оси полого цилиндра 1, перемещают первое изоб ражение объекта 39 до пересечения его продольной осью (или линией, параллельной оси объекта 39 и соединяющей размещенные на объекте 39 базовые отметки) центре одного из отверстий 2 развертьюающей дсфожки. Полый х ипиндр 1 приводят во вращение с постоянной скоростью При вращении полого цилиндра 1 вто рое изображение объекта 39 построч но сканируется отверстиями 2 развер тывахяцей дсфожки. В, результате фор мируются световые импульсы разверт ки, которые вторым оптическим блоком 17 направляются на второй фотоприемник 20, где они преобразо вываются в электрические импульсы, которые подаются на вход первого формирователя 30 прямоугольных имI пульсов. При каждом обороте полого i цилиндра 1 одНо из отверстий 2 раз вертывающей дорожки, которое перес кает первое изображение объекта 39 производят его сканирование по длине. В результате вырабатывается световой импульс развертки, который с помощью оптического блока 8 направляется на фотоприемник 11, где световой импульс преобразовывается в электрический импульс, поступающий на вход второго формирователя 3 прямоугольных импульсов. При вращен1ш полого цилиндра 1 отверстия 3 синхронизирующей дорожки пересекают световой поток, излучаемый первым светодиодом 21, а на третий фотопри емник 23 поступают синхронизирующие световые Импульсы. С третьего фотоприемника 23 соответствующие электрические импульсы подаются на первый вход счетчика 29 номера строки развертки, на второй вход первого счетчика 31 импульсов, на второй вход первой схемы 34 совпадения и на второй вход второго счетчика 38 импульсов. При каядом обороте полого цилиндра 1 первое из отверстий 2 развертывающей дорожки один раз пересекает световой поток, излучаемый вторым светодиодом 22, и на четвертый фотоприемник 24 поступает световой импульс. С выхода четвертого фотоприемника 24 поступает кадровый электрический импульс, который подается на второй вход счетчика 29 номера строки развертки, на третий вход буферного регистра 32 и на третий вход выходного регистра 35. С выхода первого формирователя 30 прямоугольных импульсов снимаются прямоугольные электрические импульсы, длительность которых соответствует величинам поперечных размеров объекта 39 по каждой строке развертки, и подаются на первый вход первого счетчика 31 импульсов, на третий вход которого подаются импульсы заполнения от генератора 28 импульсов заполнения. С приходом синхронизирующего импульса первый счетчик 31 импульсов приходит в исходное состояние. При поступлении на его первый вход прямоугольного импульса первый счетчик 31 импульсов подсчитьюает число импульсов заполнения в пределах длительности прямоугольного импульса, и с его выхода на второй выход устройства выдается цифровой код, соответствующий измеряемому поперечному размеру. Одновременно с .выхода счетчика 29 номера строки развертки на первый выход устройства поступает код номера соответствующей строки развертки, отсчитываемой от кадрового импульса. Таким образом, с первого и второго выходов устройства последовательно вьщаются коды номеров строк развертки и соответствующие этим строкам коды поперечных размеров объекта 39. Для автоматического выявления в ределах каждого кадра развертки инимального поперечного размера

и его координаты (номера строки развертки) с выхода первого счетчика

31импульсов коды поперечных размеров объекта 39 подаются на первый вход буферного регистра 32 и на первый вход схемы 33 сравнения кодов. На второй вход буферного регистра

32с выхода счетчика 29 номера строки развертки подаются коды номеров строк развертки. Эти коды не могут быть записаны в буферный регистр 32 до прихода на его четвертый вход синхронизирующего импульса с выхода первой схемы 34 совпадения . Схема 33 сравнения кодов служит ДЛЯ1 сравнения кодов поперечных размеров объекта 39, подаваемых на ее первый и второй входы. Если значение кода, подаваемого на ее первый вход, меньше значения кода, подаваемого на ее второй вход, она вьщает на выходе разрешающий сигнал, который подается на первый вход первой схемы 34 совпадения. Схема

34 совпадения только при наличии этого сигнала пропускает синхронизирующий импульс на четвертый вход буфернбго регистра 32. Если значение кода, подаваемого на первый вход схемы 33 сравнения кодов,, больше значения кода, подаваемого на ее второй вход, то с выхода схемы 33 сравнения кодов не выдается разрешающий сигнал. Пришедший с началом кадра развертки на третий вход буферного регистра 32 кадровый импульс обеспечивает установку буферного регистра 32 в единичное состояние. При этом с первого выхода буферного регистра 32 на второй вход схемы 33 сравнения кодов подается максимальный код. Затем на первый вход буферного регистра 32 и на первый вход схемы 33 сравнения кодов с выхода первого счетчика 31 импульсов приходит код поперечного размера образца при сканировании его первым отверстием развертьшающей дорожки, а на второй вход буферного регистра 32 с выхода счетчика 29 номера строки развертки - код первой строки равертки. Схема 33 сравнения кодов сравнивает код поперечного размера объекта 39 при сканировании его первым отверстием развертьшающей дорожки с максимальным кодом. Так как ко поперечного размера объекта 39 заведомо меньше максимального кода.

схема 33 сраннения кодов вьщает на выходе разрешающий сигнал, который поступает на первый вхрд первой схемы 34 совпадения, пропускающей синхронизирующий импульс первой строки развертки на четвертый вход буферного регистра 32. Буферный регистр 32 открьшается, и в него записьгоается код поперечного размера объекта 39 при сканировании его второго изображения первым отверстием развертьтающей дорожки и код первой строки развертки. Эти коды подают соответственно на первый и второй входы выходного регистра 35 Запись в выходной регистр 35 кодов с буферного регистра 32 возможна лишь при подаче на его третий вход следующего кадрового импульса.Одновременно код поперечного размера объекта 39 при сканировании его . второго изображения первым отверстием развертьшающей дорожки подается на второй вход схемы 33 сравне.ния кодов. Далее на первый вход буферного регистра 32 и на первый вход схемы 33 сравнения кодов приходит код поперечного размера объекта 39 при сканировании его вторым отверстием развертьгоакяцей дорожки, а на второй вход буферного регистра 32 - код второй строки развертки. Схема 33 сравнения кодов сравнивает код поперечного размера образца при сканировании его второго изображения вторым .отверстием развертывающей дорожки с ранее поданным на ее второй вход кодом поперечного размера объекта 39 при сканировании его второго изображения первым отверстием развертьшаницей дорожки. Если код, поступивший на первый вход схемы 33 сравнения кодов, больше кода на ее втором входе, то в схеме 33 сравнения кодов разрешающий импульс не вырабатывается, первая схема 34 совпадения не пропускает синхронизирующий импульс на четвертый вход буферного регистра 32, и записи кодов номера строки развертки и поперечного размера объекта 39 в буферном регистре 32 не изменяются. Если код, поступивший на первый вход схемы 33 сравнения кодов, меньше кода на ее втором входе, то в схеме 33 сравнения кодов вырабатывается разрешающий импульс, которьй подается на первый вход первой схемы 34 совпадения, пропускающей синхронизирующий импульс второй строки развертки на четвертый вход буферного регистра 32. В буферный регистр 32 взамен 5 записанных кодов записывается код поперечного размера объекта 39 при сканировании его второго изображения вторым отверстием развертьгаающей дорожки и код второй строки. Эти 10 коды поступают соответственно на первый и второй входы выходного регистра 35. Одновременно код поперечного размера объекта 39 при сканировании его второго изображения 15 вторым отверстием развертывающей дорожки подается на второй вход схемы 33 сравнения кодов. В дальнейшем на входы буферного регистра 32 последовательно подаются коды поперечных 20 размеров объекта 39 и соответствующие им кдды номеров строк развертки. Очередной код поперечного размера объекта 39 в схеме 33 сравнения кодов сравнивается с кодом попереч- 25 ного размерна объекта 39, ранее записаиньм в буферный регистр 32.Если очередной код поперечного размера окажется меньше, то он записывается в буферный регистр 32 вместо ранее ЗО записанного. Одновременно в буферный регистр 32 записывается соответствукнций ему код номера строки развертки. В результате к концу кадра в буферном регистре 32 оказываются за- ,писанными код минимального поперечного размера (шейки) объекта 39 и код номера строки развертки (т.е. координата шейки образца). С приходом на третий вход выходного регист- 40 ра 35 очередного кадрового импульса производится запись в выходной регистр 35 кода минимального поперечного размера (шейки) объекта 39 и кода номера соответствующей строки 5 развертки, которые вьщаются соответственно на третий и четвертый выходы устройства. С выхода второго формирователя 36 прямоугольных импульсов снимаются прямоугольные JQ электрические импульсы, длительность которых соответствует длине объекта 39, и подаются на первьй вход второго счетчика 38 импульсов и на первый вход второй схемы 37

совпадения. На третий вход второго счетчика 38 импульсов подаются импульсы заполнения от генератора 28 ймпульсо1з заполнения. С приходом синхронизирующего импульса с выхода третьего фотоприемника 23 на второй вход второго счетчика 38 импульсов последний приходит в исходное состояние. При поступлении на первый вхо счетчика 38 прямоугольного импульса с выхода второго формирователя 36 прямоугольных импульсов счетчик 38 подсчитывает число импульсов заполнения в пределах длительности прямоугольного импульса, и с его выхода на шестой выход устройства вьщается цифровой код, соответствующей длине объекта 39. С выхода счетчика 29 номера строки развертки на второй вход второй схемы 37 совпадения подаются коды номеров строк развертки При поступлении на первый вход второй схемы 37 совпадений прямоугольного импульса с ее выхода на пятый выход устройства выдается код строки развертки, сканирующей первое изображение объекта 39, т.е. код номера строки развертки длины объекта 39.

Зная координату минимального размера объекта 39 (номер строки развертки) , можно исходя из конструкции развертьшающего элемента и взаимного расположения первого и второго изображений объекта 39 на поверхности полого цилиндра 1 определить ту строку развертки, на которой необходимо сканировать первое изображение объекта 39 для обеспечения одновременного измерения минимального размера объекта 39 и его длины. Перемещение первого изображения объекта 39 по поверхности полого цилиндра в направлении, параллельном его оси, осуществляют путем перемещения объектива 6. При смещении положения шейки в процессе, например, деформирования объекта необходимо соответственно перемещать и первое изображение объекта.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить одновременное измерение минимального поперечного размера (шейки) и дпины объекта. J9 0