Устройство для измерения размеров изделий Советский патент 1985 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольнизмерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля движущихся на конвейере изделий одновременно по многим сечениям.

Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных .возможностей.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для изм ереНИН размеров изделий; на фиг. 2 один из вариантов конкретной реализации транспаранта для случая контроля трех сечений изделия; на фиг.З один из вариантов конкретной реализации полосового (Х и фазового Б фильров пространственных частот; на фиг. 4 - форма сигнала фотоприемника при контроле одного « и трех Б сечений на фиг. 5 - диаграммы, пояс няющие работу формирователя входных сигналов; на фиг. 6 - диаграммы, иллюстрирующие работу устройства ,

Устройство состоит из последовательно расположенных на одной оптической оси когерентного источника 1 света, коллиматора 2, объектива 3 прямого Фурье-преобразования, полосового фильтра 4 пространственных частот , фазового фильтра 5 , объектива 6 обратного Фурье-преобразования, транспаранта 7, конденсорной линзы 8, фотоприемника 9, последовательно соединенных формирователя 10 входных сигналов, формирователя 11 измерительных интервалов, узла 12 счетчиков, .арифметико-логического блока 13 и схемы 14 индикации, блока 15 управления, соединенного с формирователем 11 измерительных интервалов, узлом 12 счетчиков, арифметико-логическим блоком 13 и схемой 14 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Пучок когерентного источника 1 света расширяется коллиматором 2 и освещает контролируемое изделие, движущееся в передней фокапьной плоскости объектива 2. Последний из теневого изображения формирует в задней фокальной плоскости спектр Фурье изделия. В этой же плоскости установлен полосовой фильтр 4 пространственных частот (фиг. 3м) в виде двух щелей, который подавляет низкие пространственные частоты. Непосредственно за фильтром 4 расположен фазовый фильтр 5, сдвигающий фазу световой волны на /( в одной из щелей фильтра 4 относительно другой. В данной реализации фазовый

фильтр 5 может быть выполнен из 1двух стеклянных пластин с разностью

оптических толщин в ( ); где

1 - длина волны света, а К 0,1,2

... (фиг. 3 Ю.

Отфильтрованное изображение изделия формируется объективом 6 в задней фокальной плоскости, где установлен транспарант 7, представляющий собой набор щелей. Вид транспаранта для конкретного случая контроля изделия по трем сечениям представлен на фиг. 2. Каждому сечению соответствует пара щелей: 16 и 17, 18 и 19, 20 и 21. Расстояние между щелями каждой пары определяется соотношением

tPj,

НОМ

где D (g - номинальный размер изделия в 1-м сечении, 1,2,..., N; N- число сечений

,c(Kc- 1л,ин -параметр, учитывающий возможный разброс размеров при изготовлении изделия. Каждая пара щелей сдвинута относительно контура изделия 22 по направлению его движения на величину ii д + PJ + Р + 1, причем d, О,

, П. --- ном1акое смещение щелей необходимо

для разделения информации от различных сечений изделия. Сдвиг i+1 пары щелей относительно {-и на величину р + р. +1 учитывает предельные изменения размеров в i + 1 и 1-м сечениях изделия.

Световой поток, прошедший транспарант 7, собирается линзой 8 на фотоприемник 9. Сигнал, снимаемый с него, представляет собой последовательность импульсов. Форма сигнала при контроле одного сечения представляет собой последовательность четырех импульсов, первые три из которых являются информативными (фиг. 4с(). В случае контроля трех сечений форма сигнала такая, как показано на фиг. 4 5, Импульсы 23, 26,27 и 32 относятся к перврму сечению; 24, 28, 29 и 33 - к второму, 25, 30, 31 и 34 - к третьему. Ийформативными являются первые девять импульсов (23-31). Рассматривается работа устройства при контроле одного сечения изделия . Сигнал с фотодиода 9 поступает на формирователь 10 входных сигналов. Далее сигнал в формирователе 10 усиливается двухкаскадным усилителем и через повторитель поступает на схему восстановления постоянной составляющей, осуществляющую привязку сигнала к уровню, близкому к нулевому. Затем сигнал через повторитель одновременно поступает на инвертирующие входы двух компараторов (элементы схемы формирователя 10 не показаны), а на неинвертирующие входы этих компараторов подаются опорные напряжения, причем верх ний порог Ug срабатывания одного ко паратора совпадает с нижним порогом Ни срабатывания другого компара тора. Таким образом, компараторами формируются прямоугольные импульсы 3 и 36 (фиг. 5), которые подаются на входы логической схемы И-НЕ, причем выходной сигнал одного компаратора предварительно инвертируется инверто ром. С выхода схемы И-НЕ отрицательные импульсы 37 (фиг. 5) подаются на счетный вход триггера. Его выходной сигнал представляет собой прямоугольные импульсы с длительностью, соответствующей определенному сечени импульсов фотоприемника 9 (фиг. бя). Эти импульсы поступают в формирователь 11 измерительных интервалов на вход его одновибратора (не показан), который вырабатывает узкие положительные импульсы по переднему и заднему фронтам входных импульсов (фиг. 66). Полученный сигнал поступа ет на вход восемнадцатиразрядного сдвигового регистра (не показан). С приходом каждого узкого импульса на выходе регистра происходит последовательный сдвиг логической единицы С помощью логических элементов ИЛИ (не показаны) осуществляется выделение измерительных интервалов (фиг.6 в в виде положительных импульсов 38-43 Интервалы 38 и 41 заполняются метками частотой f , а интервалы 39 и 40, 42 и 43 - частотой f/2 при помощи логических элементов И (не показаны) Выходные сигналы этих элементов попа но подаются на входы других элементов ИПИ. Таким образом производится формирование пачек меток 44 и 45, в которых число меток N и Nj пропорционально временным интервалам между серединами соответствунмцих входных импульсов (фиг. 6 си) . Эти пачки меток поступают на входы мультиплексора, который коммутирует их на вы-г ход в соответствии с числом контро- лирурмых сечений. Шесть выходов мультиплексора подключены к соответствующим шести счетчикам узла 12, где происходит подсчет числа меток в пачках 44 и 45. Работа арифметико-логического блока 13 состоит из двух этапов. На первом этапе параллельньш код числа меток в пачке 45 N, из узла 12 счетчиков через мультиплексор кодов блока 13 поступает на его схему ИЛИ (не показаны) и далее - на узел деления. На второй вход узла через мультиплексор, регистр и схему ИЛИ (не показаны) подается в последовательном коде число меток в пачке 44 N2 , узел деления осуществляет деление по сигналу управления из блока 15. Результат деления записывается в регистр блока 13. На втором этапе частное от деления из регистра блока 13 в последовательном коде через схему ИЛИ поступает на второй вход узла деления. На его первый вход поступает параллельный код эталонного размера набранный предварительно на переключателе этсшонного размера. Результат второго деления записывается в регистр блока 13 и является значением контролируемого размера. Это значение в параллельном коде идет в схему 14 индикации и на узел сравнения блока 13, на второй вход которого поступает информация о предельно допустимых размерах изделия, записанных в постоянном запоминающем узле блока 13. В случае, когда размер изделия выходит за пределы поля допусков, на выходе запоминающего узла формируется сигнал Брак, поступающий в схему индикации на светодиод. Код размера из регистра блока 13 поступает на регистр схемы 14 и далее - на ее дешифратор (не показаны) . На табло светодиодной матриЩ) отображается размер изделия в десятичном коде. Поступающие из блока 15 управления импульсы подсчитьшаются в счетчике схемы 14, сигнал с которого подается на дешифратор и далее - на. светодиоднзто матрицу (не показаны), на которой в десятичном коде отображается число проконтролированных изделий. Блок 15 управления координирует работу-всего электронного блока. Внешний импульс синхронизации, например, от системы подачи изделия, предшествующий поступлению контролируемого изделия на измерительную позицию, запускает одновибратор блока 15, формирующий управляющие импульсы. Эти импульсы запускают генератор опорной частоты и узел управления делителем (не показаны). Кроме того, эти импульсы поступают в узел 12 счетчиков, подготавливая счетчики к приему информации, а также в схему 14 индикации на ее счетчик. Сигнал опорной частоты с генератора блока 15 подается в узел управления делителем, в делитель (на десять)

частоты и в делитель (на два) частоты (не показаны). Выходные сигналы с делителей (с частотой f и f/2 соответственно) поступают в формирователь 11 измерительных интервалов.

По сигналу с узла управления делением начинает работу узел деления блока 13.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ИЗДEЛШ, содержащее когерентный источник сиета и установленные последовательно по ходу светового луча коллиматор, объективы прямого и обратного Фурье-преобразований с установленным между ними полосовым фильтром пространственных частот, транспарант, расположенный в задней фокальной плоскости объектива обратного Фурье-преобразования, и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности и расширения функциональных возможностей, оно снабжено посг ледовательно соединенными формирователем входных сигналов, входом связанным с фотоприемником, формирователем измерительных интервалов, узлом счетчиков, арифметико-логическим блоком и схемой индикации, и блоком управления, выходы которого подсоединены к управляющим входам формирователя измерительных интервалов, узла счетчиков, арифметико-логического блока и схемы индикации, фазовьм фильтром, расположенным в плоскости полосового фильтра, ось симметрии фазового фильтра перпендикулярна направлению движения контролируемого изделия, толщина фазового фильтра изменяется скачкообразно относительно его оси симметрии на величину ( ) | , где / длина волны источника света, К О, 1,2,..., формирователь измерительных интервалов подключен к выходу фото приемника, а транспарант имеет N (Л пар щелей, расположенных в соответствии с контролируемыми сечениями так, что каждая пара щелей сдвинута относительно контура сечения изделия в направлении его движения на величину ., Дл + PI + Pi + 1, 00 рде р; D; -Б диапазон 1 мс 1- - 1 макс лА«н с;; изменения номинального размера издео лия в л-м сечении, а расстояние между щелями в каждой 90 паре равно В, D-,. , где D- и Di - соответственно измеряемый и номинальный размеры в -м сечении, i 1,2,...,М, при этом1 7/D, 7/... D 1 ком -ном ком

u.,

Ч