Фотоэлектрический измеритель перемещений вращающихся деталей Советский патент 1986 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения осевых и радиальных перемещений вращающихся деталей бесконтактным методом, и может быть использовано в приборостроительной и машиностроительной промышленности.

На чертеже представлена схема предлагаемого измерителя.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения радиальных перемещений вращающихся деталей бесконтактным методом.

Устройство содержит источник 1 светового излучения, диафрагму 2, фотоприемник 3, выполненный четырехквадрантным с злементами 4-7, четыре измерительные цепи из последовательно соединенных компаратора 8 (9,10,1 Ц ключевого злемента 12 (13,14,15) и запоминающего блока 16 (17,18,19), злемент ИЛИ 20, каждш из входов которого присоединен к выходу соответствующего компаратора, а выход - к вторым входам ключевых элементов, суммирующий блок 21, каждый из входов которого присоединен к выходу соответствующего запоминающего блока, четыре сумматора 22-25, три усилителя 26-28, генератор 29 опорного напряжения и два регистратора 30 и 31, причем каждый из выходов фотоприемника 3 соединен с первым входом соответствующего компаратора 8, 9, 10 или 11, второй вход которого присоединен к соответствующего запоминающего блока 16, 17, 18 или 19. Входы первого усилителя 26 присоединены к выходам суммирующего блока 21 и генератора 29 опорного напряжения, а выход - к источнику 1. Выход запоминающего блока 19 соединен с первыми входами сумматоров 23 vi 25, выход запоминающего блока 18 - с первым входом сумматора 24 и вторым входом сумматора 23. Выход запоминающего блока 17 соединен с первым сумматором 22 и вторым входом сумматора 24, а выход запоминающего блока 16 - с вторыми входами сумматоров 22 и 24. Входы усилителя 27 присоединены к выходам сумматоров 22 и 23, а выход - к регистратору 30. Входы усилителя 28 присоединены к выходам сумматоров 24 и 25, а выход - к регистратору 31. При этом диафрагма 2 установлена на вращающейся детали по ходу светового луча, ось симметрии которой перпендикулярна оптической оси источника 1 и выполнена крестообразной (в виде двух ортогональных пересекающихся прямоугольных щелей), ось симметрии одной из которых совпадает с осью вращения детали, границы квадрантов фотоприемника 3 взаимно ортогональны и параллельны соответствующим осям симметрии диафрагмы 2. Щель может быть выполнена квадратной.

Устройство работает следующим образом. Источник 1 светового излучения, например светодиод, генерирует поток излучения, например, инфракрасного или видимого света,

падающий на диафрагму 2, закрепленную на детали, осевое и радиальное перемещения которой измеряются.

Часть потока излучения, пропускаемая диафрагмой 2, падает на квадранты фотоприемника 3, вызывая появление фототока. Вели- чина фототока максимальна для положения диафрагмы 2, изображенного на чертеже, и равна нулю -при повороте детали с диафрагмой на четверть оборота, так как в зтом

случае поток излучения полностью перекрыт и не попадает на квадранты фотоприемника 3. Таким образом, каждый злемент фотоприемника 3 генерирует фототок импульсами, частота которых равна удвоенной частоте вращения детали. Форма импульсов зависит от конструктивного выполнения диафрагмы 2. Опглмальной является диафрагма, обеспечивающая равенство освещенных и затемненных .площадей злементов фотоприемника 3.

Амплитуда импульсов фототока с каждого их элементов фотоприемника 3 определена зависящей от осевого и радиального перемещений диафрагмы 2 величиной и положением пятна излучения на элементах фотощ)иемника 3. При зтом разность между суммой сигналов с первого 4 и второго 5 элементов и суммой сигналов с третьего 6 и четвертого 7 элементов не зависит от осевого - и пропорциональна радиальному перемещению диафрагмы 2, а разность между суммой сигналов с первого 4 и четвертого 7 элементов и суммой сигналов с второго 5 и третьего 6 элементов не зависит от радиального и пропорциональна осевому перемещеню диафрагмы 2, сигналы подаются на соответствующие цепочки из последовательно соединенных компаратора 8 (9,10,11), ключевого злемента 12 (13,14,15) и запоминающего блока 16 (17,18,19). Каждая цепочка охвачена отрицательной обратной связью с выхода запоминающего блока 16 (17,18,19) на второй вход соответствующего компаратора 8 (9,10,11) и выполняет роль амплитудного дискриминатора.

Выходные сигналы фотоприемника 3 сравниваются на компараторах 8-11 с сигналами обратной связи, поступающими с выходов запоминающих блоков 16-19 на вторые входы соответственно компараторов 8-11. Если сигнал обратной связи меньше амплитуды

выходного сигнала фотоприемника 3, то на выходе соответствующего компаратора устанавливается низкий уровень напряжения, а если сигнал обратной связи больше амплиту

ды выходного сигнала фотоприемника 3, то на выходе соответствующего компаратора устанавливается высокий уровень напряжения. Любое смещение диафрагмы 2 перераспределяет освещенные 1шощади между элементами фо- топриемника 3, поэтому на выходе хотя бы одного из компараторов устанавливается ниэ- кий уровень напряжения.

При этом логический элемент ИЛИ 20 открывает одновременно все ключевые элемен- ты 12-15 и сигналы с выходов компараторов 8-11 через открытые ключевые элементы 12-15 поступают на входы .запоминающих блоков 16-19 и изменяют сигналы на их выходах таким образом, что разностный сигнал на входах компараторов 8-11 становится равным нулю.

Сумма амплитуд импульсов фототока, снимаемых с выходов фотоприемника 3, не зависит от осевых и радиальных перемещений диафрагмы 2, но пропорциональна интенсивности излучения. Такой сигнал, пропорциональный интенсивности излучения и не зависящий от положения диафрагмы 2, получается на выход суммирующего блока 21 и используется за- тем для образования отрицательной обратной связи по суммарному потоку, падающему на все элементы фотоприемника 3, С помощью генератора 29 опорного напряжения и усилителя 26, выходное напряжение которого подается на вход источника 1 излучения, поддерживается поток излучения, падающий на фотоприемник 3, таким образом, чтобы разность сигналов на входах усилителя 26 была равна нулю.

Таким образом, сигналы на выходах зало- минаюших блоков 16-19 следят за амплитудой импульсных выходных сигналов фотоприемника 3 и не зависят от частоты вращения детали.

Далее производится попарное суммирова- ние выходных сигналов запоминающих блоков 16 и 17 на сумматоре 22, запоминающих блоков 18 и 19 - на сумматоре 23, запоми-. нающих блоков 17 и 18 - на сумматоре 24, запоминающих блоков 16 и 19 - на суммато ре 25.

Выходные сигналы сумматоров 22 и 23, пропорциональные радиальному перемещению детали, через усилитель 27 поступают на регистратор 30,. а выходные сигналы суммато- ров 24 и 25, пропорциональные осевому пере

j

o «|

о s

5

0

мещению детали, через усилитель 28 поступают на регистратор 31, например цифровой вольтметр или самописец.

Формула изобретения

Фотоэлектрический измеритель перемещений вращающихся деталей, содержащий источник светового излучения, фотоприемник, диафрагму, установленную перед фотоприемником по ходу светового луча и связываемую с исследуемой деталью, две измерительные цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных компаратора, ключевого элемента и запоминающего блока, выход которого является выходом измерительной цепи и соединен с вторым входом компаратора, последовательно соединенные суммир)тощий блок и усилитель, выход которого соединен с источником светового излученуш, генератор опорного напряжения, подключенный к второму вхо- . ду усилителя, последовательно соединенные второй усилитель и регистратор, а также элемент ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения радиальных перемещений, он снабжен третьей и четвертой измерительными цепями, аналогичными первой и второй, четырьмя сумматорами, третьим усилителем и вторым регистратором, подключенным к его выходу, сумми- 1рующий блок выполнен четырехвходовым и каждый вход соединен с вь ходом соответствующей измерительной цепи, первый и второй входы каждого из сумматоров соединены соответственно с выходами первой и второй, третьей и четвертой, второй и третьей, первой и четвертой измерительных цепей, первый и второй входы первого усилителя соединены соответственно с выходами первого и второго сумматоров, а второго усилителя - с выходами третьего и четвертого сумматоров, элемент ИЛИ выполнен четырехвходовым и соединен входами с выходами. компараторов измерительных цепей, а выходом - с вторыми входами ключевых элементов, диафрагма выполнена крестообразной, а фотоприемник - четырех- квадрантным, оси симметрии фотоприемника параллельны осям симметрии диафрагмы, вы- . ход каждого из элементов фотоприемника соединен с первым входом ссзответствующего компаратора.

Atmafl

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения осевых и радиальных перемещений вращающихся деталей бесконтактю 1М методом и может быть использовано в приборостроении и машиностроении. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения, одновременно осевых и радиальных перемещений вращающихся деталей. Одновременное измерение перемещений вращающихся деталей обеспечивается закреплением на детали крестообразной диафрагмы и оптическим сопряжением ее с четырехквадрантным фотоприемииком. Схема обработки сигналов содержит четыре идентичных канала, подключенных к каждому из элементов фотоприемника, и две пары сумматоров, позволяющих получить данные о перемещении соответственно по оси X и У. Суммарный сигнал с четырех каналов после сравнения с сигналом опорного генератора используется для коррекции питання источника света. 1 ил. § (/)

Редактор A. Отар

Составитель Е. Глазкова Техред И.Попович

Заказ 1938/37Тираж 670Подписное

ВНИИ11И Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор М. СамОорская