Устройство для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой Советский патент 1985 года по МПК G01B11/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метрологии для проверки стрелочных измерительных приборов с круговой шкалой, например индикаторов часового типа.

Известны устройства для определения погрешности показаний стрелочных приборов с круговой шкалой, содержапще источник света, считываю., щую головку в виде вращакнцегося барабана, имеющего на боковой поверхности щелевую диафрагму, фотоприемник, установленный внутрибарабана, иприбор для регистрации результатов измерения С 1«

Недостатками этих устройств являются невысокое быстродействие и низкое качество поверки, обусловленное тем, что поверка индикатора производится со снятым защитным стеклом и со снятой стрелкой.

Наиболее близким к изобретению п технической.сущности является устройство для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой, содержащее узел задания и фиксации образцовых значений измеряемой величины, считывающую головку с узлом центрирования , датчиком единичных угловых приращений, последовательно расположенными осветителем, анализатором изображения,, блоком фотоприемников, и блок регистрации с пересчетными схемами C2i/.

Недостатками известного, устройства являются сравнительно невысокие точность и производительность измерений, обусловленные эксцентриситетом вследствие примененной конструкцией; узла центрирования и примене нием статического режима поверки, при котором измерительный стержень поверяемого индикатора останавливают в контролируемых точках.

Цель изобретения - повышение точности и производительности измерений. ;

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой, содержащем узел задания и фиксации об{ азцовых значений измеряемой величины, считывающую головку с узлом центрирования, датчиком единичных угловых приращений, последовательно расположенными осветителем, анализатором изображения, бло402

ком фотоприемников, и блок регистрации с пересчетными схемами, считывакицая головка выполнена в виде двух соосно установленных и сопряженных один с другим посредством направляющих вращения барабанов, один из которых установлен неподвижно, а другой - с возможностью вращения относительно общей оси,

объектива, установленного соосно с барабанами и закрепленного на торцовой стенке неподвижного барабана, обращаемой к поверяемому прибору, оптических компенсаторов, предназначенных для формирования изображений штрихов шкалы и рабочего участка стрелки поверяемого прибора, двух анализаторов изображения , выполненных в виде модулирующих дисков, один

из дисков закреплен на противоположном по отношению к поверяемому прибору торца барабана, установленного с возможностью вращения, другой модулирующий диск установлен

неподвижно в непосредственной близости от. первого, в диске в центре вьшолнены спиральная диафрагма, на окружности радиусом, равным удалению изображения рабочего участка стрелки поверяемого прибора от центра его шкалы, вытполнена кольцевая диафрагма, на окружности радиусом, равным удаленшо центра штриха шкалы поверяемого

прибора от центра шкалы, выполнена р адйапьная диафрагма, во втором диске напротив спиральной диафрагмы первого диска выполнена крестообразная диа4фагма, напротив кольцевой

диафрагмы первого диска - радиальные диафрагмы, количество и расположение которых соответствует количеству и располсетсению контролируемых точек шкалы, по радиусу, равно расстоянию радиальной диафрагмы первого диска от его центра, на продолжении продольных осей щелей, образующих крестообразную диафрагму, выполнены радиальные диафрагмы, а

выходы пересчетных схем блока ре-т .

гистрации предназначены для подключения к входам вычислительного устройства.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для поверки стрелочных приборов с круговой шкалой; на фиг.2 - упрощенная конструктивная схема ,считьшающей головки; на фиг.З - вращающийся анализатор изображения у на фиг. 4 - неподвижный анализатор изображения-, на фиг.5 теоретический вид фотоэлектрических сигналов с выходов фотоприемников, установленных в блоке за радиальными диафрагмами (а) и .числовые эквиваленты искомых углов, формируемые в соответствзпощих пересчетных схемах(б на фиг.6 - расположение искомых угло относительно щкалы поверяемого прибо ра; на фиг.7 - пример взаимного расположения изображения футера (основание) стрелки поверяемого прибора и крестообразной диафрагмы; на фиг.8 теоретический вид фотоэлектрических сигналов с выходов фотоприемников, установленных в блоке за краями цели крестообразной диафрагмы, расположен ной по оси абсцисс, получаемых при их сканировании спиральной диафрагмой, и соответствующие им числовые эквиваленты. Устройство для поверки стрелочных приборов состоит (фиг.1) из считываю щей головки 1, узла 2 задания и фиксации образцовых значений измеряемой величины и блока регистрации -результатов поверки, содержащего три канал обработки измерительной информации, каждьй из которых состоит из схем 3 формирования информационных сигналов и пересчетных схем 4, и вычислительное устройство 5 с цифровой индикацией и цифропечатью. Считывающая головка 1 состоит (фиг.2) из неподвижного 6 и вращающе гося 7 барабанов, расположенных коаксиально и сопряженных друге другом посредством шарикоподшипников 8. На торцовой стенке барабана 6, обращенной к циферблату поверяемого стрелочного прибора 9, установлен объектив 10, причем его оптическая ось совмещена с осью барабана 6. На этой же торцовой стенке установлены лампы 1 1 , образующие софитный осветитель, расположенный концентрично оси барабана 6. На противоположнойторцрвой стенке барабана 6 расположен оптический компенсатор 12, выполненньй, например, из двух стеклянных колец, расположенных концентрично ос барабана 6.Компенсатор 12 предназначен для того, чтобы расположить в од ной плоскости изображения штрихов :шкалы, стрелки и ее основания (футера), даваемые объективом 10 (циферблат, стрелка и ее основание у стрелочных приборов конструктивно расположены в разных плоскостях), Чтобы расположить в одной плоскости изображения циферблата, стрелки и ее основания (футера), форма колец компенсатора 12 выбирается таким образом, что лучи, строящие изображение футера (наиболее близкого элемента к объективу 10), минуют компенсатор 12, лучи, строящие изображение циферблата (наиболее удаленного от объектива элемента), проходят через оба кольца, а лучи, строящие изображение стрелки - только через одно. К удаленной от объектива торцовой . стенке барабана 7 жестко прикреплен анализатор изображения, выполненный в виде диска 13, который может вращаться вместе с барабаном 7 от электродвигателя 14, например, с помофю фрикционного колеса 15.. В непосредственной близости от анализатора 13 расположен анализатор изображения, также выполненный в виде диска 16 и установленный на неподвижной части считывающей головки. На дисках 13 и 16 выполнены прозрачные маски на непрозрачном фоне (световые дорожки). В центре диска 13 расположена . спиральная диафрагма а (фиг.З), представляющая собой, например, участок спирали Архимеда, полюс которой расположен на оптической оси объектива 10. С диафрагмой а сопряжена крестообразная диафрагма а (фиг.4), расположенная в центре диска 16. Центр диафрагмы а также расположен на оптической оси объектива 10. Ширина диафрагм а и а выбирается минимально возможной с точки зрения уверенного приема прох:одящего через них светового потока. Диафрагмы а и а предназначены д1м получения информации о взаимном смещении оси 0 вращения стрелки поверяемого стрелочного прибора и оси О вращения считывакнцей головки (оси вращения барабана 7). На окр1 жности с радиусом, равным удалению центра рабочего участка изображения стрелки поверяемого стрелочного прибора от оси вращения его стрелки, на диске 16 расположены центры радиальных диафрагм в , количество и расположение которых

соответствует количеству и расположению контролируемых точек шкалы. Продольный размер этих диафрагм огрничивает длину используемого участк изображения стрелки, а ширина этих диафрагм равна ширине рабочего участка изображения стрелки. На диске 13 напротив диафрагм в выполнен прозрачное кольцо в, обеспечивающее доступ световых потоков к диафрагмам в . Диафрагмы в позволяют фяксировать моменты прохождения стрелк поверяемого прибора контролируемых точек шкалы.

На окружности с радиусом, равным удалению центра изображения штриха шкалы поверяемого прибора от центра его шкалы 0, на диске 13 расположен центр одной радиальной диафрагмы с, а на диске 16 на продолжении продольных осей, образующих крестообразную диафрагму щелей, расположены центры четырех радиапьньпс диафрагм с . Продольный размер диафраг сие равен длине изображения штри ха шкалы поверяемого прибора, ширина диафрагмы с равна ширине изобра жения штриха шкалы, а пшрина диафрагм с выбирается порядка двойного расстояния между смежными штрихами шкалы. Диафрагмы сие предназначены для получения информации о взаимном смещении центра шкалы поверяемого прибора и оси вращения считьшаницей головки.

В состав считывающей головки 1 входят также узел центрирования и датчик единичных угловых приращений

Узел центрирования может быть выполнен, например, в виде центрирующего конуса 18, который прижимается к ободку поверяемого прибора 9 пружиной 19, и предназначен для базирования поверяемого прибора на измерительной позиции.

Датчик единичных угловых приращений может, например, состоять из осветителя 20, группы чередующихся прозрачных и непрозрачных штрихов d, образующих радиальный растр (фиг.З) радиальной диафрагмы d , выполненной на анализаторе 16 напротив штрихов d и имеющей равную последним длину и ширину (фиг, 4 ) , и соответствующего фотоприемника, установленного за диафрагмой d в блоке фотоприемников 17. Количество

штрихов d выбирается исходя из необходимой дискретности отсчета углов поворота барабана 7 считывающей головки.

Считьшающая головка 1 установлена на основании 21 с помощью кронштейна 22, Еа основании 21 размещены также кронштейн 23 для крепления поверяемого прибора 9 и электродвигатель 14.

Тип и конструкция узла задания и фиксации образцовых значений измеряемой величины 2 (фиг.1) зависят от того, для измерения какой физической величины предназначен поверяемый стрелочный прибор. Например, при поверке индикаторов часового типа оно содержит упор 24 (фиг.2), перемещающийся в прямолинейных направляющих 25, и образцовый датчик 26 линейных перемещений с цифровым выходом. При этом с рабочими поверхностями упора 24 контактируют имерительные наконечники поверяемого прибора 9с образцового датчика 26, располагаемые соосно один другому.

Схемы 3 формирования информационных сигналов предназначены для формирования из фотоэлектрических сигналов с выходов блока фотоприемников 17 стартстопных сигналов для управления работой соответствующих пёресчетных схем 4, а также счетных импульсов. Они могут быть вьшолнены например, из последовательно соединенных триггера Шмитта, дифференциру|рщей цепочки и диодного ограничителя.

Пересчетные схемы 4 в качестве счетных импульсов используют сигналы от датчика единичных угловых приращений считывающей головки 1 и датчика с узла задания и фиксации образцовых значений измеряемой ве личины 2 после их соответствукяцей обработки в схемах 3. ;

Вычислительное устройство 5 по информации, накопленной в пересчетных схемах 4, рассчитывает поправки на эксцентриситет в каждой контролируемой точке для чего предварительно рассчитывает координаты центра шкалы и оси вращения стрелки поверяемого прибора относительно оси вращения считьгоающей головки.

Устройство работает следующим образом. Центрирующий конус18 отводится в крайнее правое положение (фиг.2), поверяемый прибор 9 устанавливается на кронштейне 23, конус 18 силой пружины 19 прижимается к ободку прибора 9 и тем самым обеспечивает грубое центрирование шкапы прибора относительно оси считывающей головки. Далее включается электродвигатель 14, который с помощью фрикционного колеса 15 приводит во вращение барабан 7 считывающей головки, и устройство для поверки стрелочных приборов начинает работать в режиме определения поправок на эксцентриситет. Расчетное соотношение для определения поправок на эксцентриситет имеет ввд где ;к коэффициент пропорциональ ности; координаты центра шкалы . поверяемого прибора относ тельно оси вращения -считы ющей головки; координаты оси вращения стрелки поверяемого прибо ра относительно оси враще ния считывающей головки радиус окружности, на кот рой расположены центры ди фрагм с i радиус окружности, на кот рой расположены центры ди фрагм в , значения углов поворота стрелки поверяемого прибо ра относительно ее началь ного (нулевого) положения фиксируемые в системе коо динат, центр которой расположен на оси вращения считывакяцей головки. Соотношение в квадратных скобках выражает величину поправки в угловы единицах (радианах), при этом знак - берется в случае, кбгда X. х, а знак + - когда Хс х. Для получения значения поправки в единицах измеряемой величины значение поправки в радианах умножается на коэффициент пропорциональности, который равен отношению цены одного полного оборота стрелки в измеряемых величинах к 27/ , например, для индикаторов часового типа - к 1000 -г микрометра. В формуле (1) известными являются величины RU, и Rf, а /«- текущее значение угла,для фиксированных значений которого и определяются поправки на эксцентриситет. Величины х. У- подлежат определению. УШ 0 так как являются разными для каждого из поверяемых стрелочных приборов. Информацию, необходимую для определения величин Хц, и Ущ, получают путем анализа сигналов, получаемых при коммутации световых потоков посредством диафрагм сие (фиг.-З н 4) на выходах соответствующих фотоприемников блока 17 (фиг.2). Эти фо - топриемники-установлены за каждой из диафрагм с . Анализатор 16 изоб ражения установлен таким образом, что при установке поверяемого прибора в кронштейне 23, в поля зрений диафрагм с попадают изображения диаметрально протиповоложных штрихов шкалы поверяемого прибора, например, дпя приборов имеющих 100 де-« лений шкалы О, 25, 50 и 75-го штрихов шкалы. При вращении диска 13 диафрагма с последовательно производит просмотр полей зрения диафрагм с . Когда диафрагма с при вращении входит в область одной из диафрагм с , на соответствующий фотоприемник начинает проходить световой поток} при прохождении диафрагмой с изображения штриха этот световой поток, уменьшается, а при выходе ее из области изображения штрихаv- вновь увеличивается и далее при выходе диафрагмы с из области диафрагмы с полностью прерывается. Таким образом, на фоне сигнала от диафрагмы с возникает импульс от соответствующего штриха (фиг.5 а), при этом вершина этого, импульса соответствует моменту совмещения продольных осей диафрагмы с и изображения штриха. При отсутствии эксцентриситета между осью вращения анализатора 13 и центром шкалы поверяемого Стрелочного прибора (например, для приборов, имекмцих 100 делений шкалы, точкой пересечения диаметров, на кото- рых лежат О, 50 и 25, 75-й штрихи

шкалы) последовательные совмещения оси диафрагмы с с серединами соответствующих изображений штрихов происходят при поворотах анализатора 13 на равные углы по 90. При наличии эксцентриситета равенство этих смежных углов друг другу нарушается. В результате анализа трех последовательных смежных углов определяются координаты X и у . При этом в соответствукицих схемах формирования информационных сигналов 3 (фиг.Т) формируются стартстопные импульс.ы, ограничивающие временные интервалы между вершинами соответствующих импульсов от штрихов, которые затем заполняются счетными импульсами от датчика единичных угловых приращений и, таким образом, в соответствующих пересчетных схемах 4 формируются числовые эквиваленты указанных вьш1ё смежных углов, по которым в вычислительном устройстве 5 рас1считьшаются величины х и у.

U)

где ,N25,50,Nso,7S числовые эквиваленты фиксируемых углов между направлениями, соответственно. О- и 25-гЬ 25- и 50-гоi 50- и 75-гр штрихов щкалы (фиг. 6),

N j(,() - числовой эквивалент угла 360.

Информацию, необходимую для определения величин X р и у., получают путем анализа сигналов, получаемых при коммутации световых потоков посредством ди 1фрагм а и а (фиг.З и 4) на выходах соответствующих фотоприемников блока 17 (фиг.1). При наличии эксцентриситета оси вращения барабана 7 считывающей головки относительно оси вращения стрелки поверяемого прибора изображение футера (основания) стрелки располагается несоосно центру крестообразной диафрагмы (фиг.7 а). Поэтому длины освещенных участков краев щелей, образующих крестообразную диафрагму не закрытых изображением футера . стоелки,неодинаковые. Очевидно, что

при увеличении оптической системы, равной 1, полуразности длин пар указанных вьшзе освещенных участков, S лежащих на одной и той же щели крестообразной диафрагмы, дают искомые координаты Хр и у. (координатные оси принятой системы отсчета ориентированы вдоль щелей крестообразной диафрагмы).

Для определения длин указанных вьщ1е освещенных участков предназначена спиральная диафрагма а (фиг.З)

5 и фотоприемники, установленные в блоке 17 (фиг.1) за каждым из четырех краев щелей крестообразной диафрагмы. При вращении анализатора 13, а следовательно, и спиральной диафрагмы, последняя производит сканирование указанных выше участков по линейному закону вдоль каждого из этих 3 астков,При этом при повороте анализатора 13 со спиральной диафрагмой а на

один оборот ось спирали смещается вдоль любого из лучей, в том числе и вдоль принятых осей координат (продольных осей щелей крестообразной диафрагмы а ) на величину,

30 равняло заданному шагу спирали g.

При вращении анализатора 13 на выходах фотоприемников, установленных в блоке 17 за краями щелей крестообразной диафрагмы, периодически возникают фотоэлектрические импульсы, длительность которых, измеренная у основания последних, пропорциональна сумме ширины спиральной диафрагмы

и длины совмещенного участка соответствующего края крестообразной диафрагмы. Учитывая неизменность ширины спиральной диафрагмы вдоль всей ее длины, разности длительностей пар

5 указанных выше фотоэлектрических импульсов, соответствующих краям крестообразной диафрагмы, лежащим на одной и той же ее щели, пропорциональны искомым координатам Хс, у«.

0 .

В пересчетных схемах 3 (фиг.1) формируются числовые эквиваленты длин освещенных участков, для чего соответствующей схемой 3 формирования информационных сигналов вырабатываются временные интервалы, соответствующие длительности фотоэлектрических импульсов, которые заполняются счетными импульсами от датчика единичных угловых приращений (фиг,8). Расчетные формулы для х и у имеют вид. -«idr т () -(N,.-N,,)-, где NX х- числовые эквиваленты величин освещенных участков краев щелей крестообразной диафрагмы, лежащих, соответственно, на положитель ной и отрицательной полуоси по оси абсцисс; N, Ny-- то же, но по оси орд и нат. При работе устройства в режиме определения поправок на эксцентриситет стрелка поверяемого прибора находится в положении , при котором ее изображение не попадает в поля зре- НИИ диафрагм с и а , что легко осуществимо (например, как показано на фиг.7). После набора информации, необходи мой для расчета поправок на эксцентриситет, начинается работа устройств в режиме поверки стрелочного прибора При этом барабан 7 (фиг,2) может быть остановлен и включается узел задания и фиксации образцовых значений измеряемой величины 2 (фиг.1). Например, при поверке приборов для линейных измерений (например, индика торов часового типа) упор 24 (фиг.2) перемещается в направляюпщх 25. При этом упор 24 перемещает измерительны стержень поверяемого стрелочного при бора 9 и стрелка последнего вращается. Одновременно с образцового датчика 26 линейных перемещений поступает информация о величине линейных перемещений упора 24, а следовательно, и измерительного стержня поверяемого прибора 9. Изображение стрелки при вращении последней последовательно пересекает диафрагмы в- и на выходах фотопри- емников, установленных в блоке 17 за каждой из этих диафрагм, появляются фотоэлектрические импульсы, причем вершины последних соответствуют совмещению продольных осей изображения рабочего участка стрелки и соответствующей диафрагмы в . . В соответствующих схемах формирования информационных сигналов 3 (фиг,1) формируются временные интервалы между парами указанных выше фотоэлектрических импуль.сов, получаемых от пар диафрагм в , ограничивакндих поверямеый участок шкалы стрелочного прибора, и с помощью сигналов от датчика 26 в соответствующих пересчетных схемах 4 (фиг.1) определяются соответствующие этим временным интервалам величины пере|мещения измерительного стрежня по|веряемого прибора. К полученным значениям перемещений в вычислительном .устройстве 5 (фиг.1) прибавляются алгебраические значения соответствующих поправок на эксцентриситет и от полученных сумм вычитаются номинальные значения показаний поверяемых приборов. Полученные разности дают погрешности показаний поверяемых приборов в контролируемых точках. Значения этих погрешностей фиксируются в блоке регистрации результатов поверки. Раскрытая в изобретении форма выполнения считывающей головки позволяет повысить точность измерений путем введения поправок за эксцентриситеты и повысить быстродействие устройства путем исключения остановок поверяемого прибора в контролируемых точках.

Фиг./

Фыг.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ СТРЕЛОЧНЫХ ПРИБОРОВ С КРУГОВОЙ ШКАЛОЙ, содержащее узел задания и фиксации образцовых значений измеряемой величины, считывающую головку с узлом центрирования, датчиком единичных угловых приращений, последовательно расположенными осветителем, анализатором изображения, блоком фотоприемников, и блок регистрации с пересчетными схемами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, считывающая головка выполнена в виде двух соосно установленных и сопряженных один с другим посредством , направляющих вращения барабанов, один из которых установлен неподвижно, а другой - с возможностью вращения относительно общей оси, объектива, установленного соосно с барабанами и закрепленного на торцовой стенке неподвижного барабана, обращаемой к поверяемому прибору, оптических компенсаторов, предназначенных для формирования изображений штрихов шкалы и рабочего участка стрелки поверяемого при- ; бора, двух анализаторов изображения, выполненных в виде модулирующих дисков, один из дисков закреплен на противоположном по отношению к поверяемому прибору торце барабана, установленного с возможностью вращения, другой модулирующий диск установлен неподвижно в непосредственной близости от первого, в первом диске в центре вьшолнена спиральная диафрагма, на окружности ря- диусом, равным удалению изображения рабочего участка стрелки поверяемого прибора от центра его шкалы, вы(Л полнена кольцевая диафрагма, на окружности радиусом, равным удалению центра штриха шкалы поверяемого прибора от центра шкалы, выполнена радиальная диафрагма, во втором диске напротив спиральной диафрагмы первого диска выполнена KpecTooiS -ч разная диафрагма, напротив кольцевой диафрагмы первого диска - радиальные диафрагмы, количество и расположение которых соответствует количеству и расположению контролируемых точек шкалы, по радиусу, равно- i му расстоянию радиапьно1(й диафрагьш ; первого диска от его центра, на продолжении продольных, осей щелей, образующих крестообразную диафрагму, выполнены радиальные диафрагмы, а выходы пересчетных схем блока регистрации предназначены для подклю- , чения к входам вычислительного устройства.

Hi1

/