Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров объекта Советский патент 1987 года по МПК G01B21/00 

дорожкой с dTBepcTHHMH 2, образующими один виток винтовой линии, и синхронизирующей дорожкой с отверстиями 3, выполненными по его боковому периметру, светоделительный элемент, два фотоприемника 11 и 20, два оптических канала, формирующих первое и второе изображения на боковой поверхности развертывающего элемента и подающих световые импульсы развертки на фото- приемники 11 и 20, и блок 25 обработки информации, содержапа1й каналы 26 и 27 измерения .поперечных размеров и длины объекта, а также схемы синхронизации и автоматического выявления в пределах каждого кадра развертки минимального поперечного размера объекта его координаты. Устройство имеет

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть Использовано для бесконтактного автоматического измерения деформаций, перемещений, геометрических размеров образцов, конструктивных элементов и других объектов, в том числе испытываемых в герметичных камерах, при высоких и низких температурах, в вакууме и при повьппенных давлениях, в условиях агрессивных сред, где невозможно или затруднительно применение контактных методов.

Целью изобретения является повышение быстродействия и достоверности измерений за счет автоматизации регистрации.

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 синхронизирующей дорожкой, выполненной по боковому периметру полого цилиндра 1 и состоя- щей из отверстий 3, число которьк равно числу отверстий 2 в развертыва

также дополнительную связь между каналом 27 измерения длины и каналом 26 измерения поперечных размеров, новую связь внутри канала 26 измерения поперечных размеров, а также размещение, отверстий 2 и- 3 развертывающих и синхронизирующих дорожек попарно на образующих полого цилиндра 1, что позволяет обеспечить одновременность измерения минимального поперечного размера объекта и его длины, измерение длины объекта в течение кадра с частотой, определяемой числом отверстий 3 на синхронизирующей дорожке, устранить необходимость перемещения первого объектива для достижения одновре- менности измерения минимального поперечного размера и длины объекта, 2 ил.

ющей дорожке, причем отверстия 2 и 3 размещены попарно на образующих полого цилиндра 1, светоделительный элемент 4, первый оптический канал, установленный так, чтобы его оптическая ось пересекала полый цилиндр 1 на уровне центров отверстий 3 синхронизирующей дорожки и включающий пос- ледовательно расположенные перед полым цилиндром 1 призму 5 Пехана, объектив 6, и диафрагму 7, расположенный внутри полого цилиндра 1 оптический блок 8, состоящий из коллективной линзы 9 и зеркала 10, и фотоприемник 11, второй оптический канал, включающий последовательно установленные перед полым цилиндром 1 первое направляющее зеркало 12, оптически связанное со светоделительным элементом 4, второй объектив 13, второе и третье направляющие зеркала 14 и 15 и вторую диафрагму 16, второй оптический блок 17, размещенный внутри полого цилиндра 1 и состоящий из кол-, лективной линзы 18 и зеркала 19, и второй фотоприемник 20, два светодио- да 21 и 22 и третий и четвертый фотоприемники 23 и 24, которые расположены соответственно с внешней и внутренней стороны полого цилиндра 1 напротив синхронизирующей дорожки и первого отверстия развертывающей доfO

рожки, и блок 25 обработки информации, содержащий канал 26 измерения поперечных размеров, канал 27 измерения длины, генератор 28 импульсов заполнения и счетчик 29 номера строки развертки, первый вход которого соединен с выходом третьего фотоприемника 23, второй вход - с выходом четвертого фотоприемника 24, а выход является первым выходом устройства. Канал 26 измерения поперечных размеров объекта состоит из первого формирователя 30 прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом второго фотоприемника 20,первого счет- чика 31 импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого фор- мирорателя 30 прямоугольных импульсов, второй вход - с выходом третьего фотоприемника 2-3, третий вход - с ходом генератора 28 импульсов заполнения, а выход является вторым выходом устройства, буферного регистра 32, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика 31 импульсов, второй вход - с выходом счетчика 29 номера строки развертки, а третий вход - с выходом четвертого фотоприемника 24, схемы сравнения кодов 33, первый вход которой соединен с выходом первого счетчика 31 импульсов, второй вход - с первым выходом буферного регистра 32, схемы 34 совпадения, первый вход которой соединен с

выходом схемы 33 сравнения кодов, второй вход - с выходом третьего фотоприемника 23, а выход - с четвертым входом 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 четверто25

30

35

40

го фотоприемника 24, четвертый вход е тий 3 синхронизирующей дорожки. При

с третьим выходом буферного регистра 32, первый выход является третьим выходом устройства, второй выход - четвертым выходом устройства, а третий выход - шестым выходом устройства. Канал 27 измерения длины объекта состоит из второго формирователя 36 прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом первого фотоприемника 11, и второго счетчика 37 импульсов, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя 36 прямоугольных импульсов, второй вход - с выходом третьего фотоприем50

55

необходимости подбором фокусного рас стояния первого объектива 6 изменяют величину первого изображения объекта 38 по отношению к его второму изображению так, чтобы длина первого изображения была одного порядка с поперечным размером второго изображе ния объекта 39. Полый цилиндр 1 приводят во вращение с постоянной скоро стью. При вращении полого цилиндра 1 второе изображение объекта 38 построчно сканируется отверстиями 2 развертывающей дорожки. В результате формируются световые импульсы развер

O

5

0

5

0

пика 23, третий вход - с выходом генератора 28 импульсов заполнения, а выход, соединенный с пятым входом буферного регистра 32, является выходом устройства. Измеряемый объект 38 установлен в испытательной камере 39, снабженной двумя иллюминаторами

40и 41 и размещенной между осветителем 42 и защитным иллюминатором 43

устройства. I

Фотоэлектрическое устройство для

измерения размеров объекта работает следующим, образом.

Световой поток от осветителя 42 через иллюминатор 40 направляют на испытываемый объект 38. Световой поток от объекта 38 через иллюминаторы

41и 43 поступает на светоделительный элемент 4, где разделяется на два световых потока. Первый световой поток через призму 5 Пехана поступает на объектив 6, который через диафрагму 7 формирует на боковой поверхности полого цилиндра 1 на уровне отверстий 3 синхронизирующей дорожки первое изображение объекта 38. Второй световой поток направляется первым направляющим зеркалом 12 на второй объектив 13, который с помощью второго-и третьего направляющих зеркал 14 и 15 через вторую диафрагму 16 формирует на диаметрально противоположном участке боковой поверхности полого цилиндра 1 второе изображение объекта 38.

Первое изображение объекта 38 повернуто призмой 5 Пехана на 90 по отношению к его второму изображению таким образом, чтобы ось первого изображения объекта 38 (или линия, . параллельная оси объекта 38 и соединяющая размещенные на объекте 38 базовые отметки) совпала при вращении полого цилиндра 1 с центрами отверстий 3 синхронизирующей дорожки. При

необходимости подбором фокусного расстояния первого объектива 6 изменяют величину первого изображения объекта 38 по отношению к его второму изображению так, чтобы длина первого изображения была одного порядка с поперечным размером второго изображения объекта 39. Полый цилиндр 1 приводят во вращение с постоянной скоростью. При вращении полого цилиндра 1 второе изображение объекта 38 построчно сканируется отверстиями 2 развертывающей дорожки. В результате формируются световые импульсы развер-

51

тки, которые вторым оптическим блоком 7 направляются на второй фотоприемник 20, где они преобразовываются в электрические импульсы, которые подаются на вход первого формирователя 30 прямоугольных импульсов. При каж- дом обороте полого цилиндра 1 отверстия 3 синхронизирующей дорожки последовательно пересекают первое изображение объекта 38, сканируя его по длине с частотой, определяемой числом отверстий 3 синхронизирующей дорожки В результате вырабатываются световые импульсы развертки, которые с помощью оптического блока 8 направляются йа фотоприемник 11, где световые импульсы преобразовываются в электрические импульсы, которые поступают на вход второго формирователя 36 прямоугольных импульсов. При вращении полого цилиндра 1 отверстия 3 синхронизирующей дорожки пересекают световой поток, излучаемый первым светоди- одом 21, и на третий фотоприемник 23 поступают синхронизирующие световые импульсы. С выходи 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 37 импульсов.

При каждом 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 кадровый электрический им- пульс 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 38 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

796

поступлении на его первый вход прямоугольного импульса первый счетчик 31 импульсов подсчитывает 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 вькода счетчика 29 номера строки развертки на первый выход устройства поступает код номера соответствующей строки развертки, отсчитываемый от кадрового импульса, С выхода второго формирователя 36 пря-

моугольных импульсов снимаются прямоугольные электрические импульсы, длительность которых соответствует длине объекта 38, и подаются на первый вход второго счетчика 37 импульсов. На третий вход второго счетчика 37 импульсов подаются импульсы заполнения от генератора 28 импульсов заполнения. С ,приходом синхронизирующего импульса с выхода третьего фотоприемника

23 на второй вход второго счетчика

37импульсов он приходит в исходное состояние. При поступлении на его первый вход прямоугольного импульса с выхода второго формирователя 36

прямоугольных импульсов он подсчитывает число импульсов заполнения в пределах длительности прямоугольного импульса. В течение кадра с выхода второго счетчика 37 импульсов на пятый выход устройства выдаются .последовательно цифровые коды, соответствующие длине объекта 38 с частотой, определяемой числом отверстий 3 синхронизирующей дорожки и скоростью вращения полого цилиндра 1.

Таким образом, с первого, второго и пятого выходов устройства последовательно вьщаются коды номеров строк развертки, соответствующие этим строкам, коды поперечных размеров объекта

38и коды длины объекта 38. Поскольку отверстия 2 и 3 развертывающей и синхронизирующей дорожек размещены попарно на образующих боковой поверхности полого цилиндра 1, а первое и второе изображения объекта 38 примерно равны по величине (благодаря подбору фокусного расстояния первого

объекта 6), обеспечивается одновременное измерение длины объекта 38 при измерении его поперечного размера по каждой строке развертки, в том числе.одновременное измерение длины

и минимального поперечного размера. Для автоматического выявления в пределах каждого кадра развертки минимального поперечного размера его координаты (номера строки развертки) и длины объекта 38, измеренной одновременно с измерением его минимального поперечного размера, с выхода первого счетчика 31 импульСов коды поперечных размеров объекта 38 подаются на первый вход буферного регистра 32 и на первый вход схемы 33 сравнения кодов, на второй вход буферного регистра 32 с выхода счетчика 29 номера строки развертки подаются коды номе- ров строк развертки, а на пятый вход буферного регистра 32 подаются коды длины объекта. Эти коды не могут быть записаны в буферный регистр 32 до прихода на его четвертый вход синх- ронизирующего импульса с выхода схемы 34 совпадения. I

.Схема 33 сравнения кодов служит для сравнения кодов поперечных размеров объекта 38, 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 схемы 34 совпадения, которая только при наличии этого сигнала пропускает синхронизирующий импульс на четвертый вход буферного регистра 32. Если значение кода, подаваемого на первый: вход схемы 33 сравнения кодов больше, чем значение 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 сравнения кодов с выхода первого счетчика 31 импульсов приходит код поперечного размера объекта 38 при сканировании его второго изображения первым отверстием развер- тьюающей дорожки, на второй вход буферного регистра 32 с выхода счетчика 29 номера строки развертки - код первой строки развертки, а на пятый вход

5 10f520

30

25 172798

буферного регистра 32 - код длины -г объекта 38 при сканировании его первого изображения первым отверстием синхронизирующей дорожки (первое отверстие синхронизирующей дорожки и первое отверстие развертывающей дорожки лежат на одной образующей боковой поверхности полого цилиндра 1).

Схема 33 сравнения кодов сравнивает код поперечного размера объекта 38 при сканировании его второго изображения первым отверстием развертывающей дорожки с максимальным кодом. Так как код поперечного размера объекта 38 заведомо меньше максимального кода, схема 33 сравнения кодов выдает на вькоде разрешающий сигнал, который поступает на первый вход схемы 34 совпадения, которая пропускает синхронизирующий импульс первой строки развертки на четвертый вход буферного регистра 32. Буферный регистр 32 открывается и в него записывается код поперечного размера объекта 38 при сканировании его второго изображения первым отверстием развертывающей дорожки, код первой строки развертки и код длины образца при сканировании его первого изображения первым отверстием синхронизирующей дорожки.

Эти коды подаются соответственно на первый, второй и четвертый входы выходного регистра 35. Но 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 38 при сканировании его второго изображения первым отверстием развертывающей дорожки с первого выходы буферного регистра 32 подается на второй вход схемы 33 сравнения кодов. Далее на первый вход буферного регистра 32 и на первый вход схемы 33 сравнения кодов приходит код поперечного размера объекта 38 при сканировании его второго изображения вторым отверстием развертывающей дорожки, на второй вход буферного регистра 32 - код второй строки развертки, а на пятый вход буферного регистра 32 - код длины образца при сканировании его первого изображения вторым отверстием синхронизирующей дорожки. Схема 33 сравнения кодов сравнивает код размера объекта 38 при сканировании его второго изображения вторым отверстием развертываю-

0

91

щей дорожки с ранее поданным на ее второй вход кодой поперечного размер объекта 38 при сканировании его второго изображения первым отверстием развертывающей дорожки. Если код, поступивший на первый вход схемы 33 сравнения кодов больше, чем код на ее втором входе, то в схеме 33 сравнения кодов разрешающий импульс не вырабатывается, схема 34 совпадения не пропускает синхронизирующий им- -пульс на четвертый вход буферного регистра 32, и коды, ранее записанные в буферном регистре 32, не изменяются,

Если код, поступивший на первый вход схемы 33 сравнения кодов меньше чем код на ее втором входе, то в схеме 33 сравнения кодов вырабатывается разрешающий импульс, который подается на первьш вход схемы 34 совпадения, пропускающей синхронизирующий импульс на четвертый вход буферного регистра 32. В буферный регистр 32 взамен ранее записанных кодов записы вает.ся код поперечного размера объекта 38 при сканировании его второго изображения вторым отверстием развертывающей дорожки, код второй строки развертки и код длины образца при сканировании его первого изображения вторым отверстием синхронизирующей дорожки. Эти коды подаются соответственно на первый, второй и четверты входы выходного регистра 35. Одновре менно код поперечного размера объект 39 при сканировании его второго изображения вторым отверстием развертывающей дорожки подается на второй вход схемы 33 сравнения кодов, В дальнейшем на входы буферного регистра 32 подаются коды поперечных размеров объекта 38, соответствующие им коды номеров строк развертки и коды длины объекта 38. Очередной код попе речного размера объекта 38 в схеме 33 сравнения кодов сравнивается с кодом поперечного размера объекта 38, ранее записанным в буферный регистр 32 и, если очередной код поперечного размера окажется меньше, то он записывается в буферный регистр 32 вмест ранее записанного.

Одновременно в буферный регистр 32 записываются соответствующий ему код номера строки развертки и код длины объекта 38. В результате к концу кадра в буферном регистре 32 ока

10

15

20

25

17279

а , 3035 40 ф 50

10

зываются записанными код минимального поперечного размера (шейки) объекта 38, код номера строки развертки (т.е. координаты шейки объекта 38) и код длины объекта 38, измеренной одновременно с измерением его минимального поперечного размера. G приходом очередного кадрового импульса на третий вход выходного регистра 35 производится запись в него кодов одновременно измеренных минимального поперечного размера и длины объекта 38, а также кода номера строки развертки, соответствующей минимальному поперечному размеру объекта 38, который вьща- ются соответственно на третий, шестой и четвертый выходы устройства.

Следовательно на выход устройства автоматически поступают данные о по- перечньпс размерах объекта 38 с указанием их координат вдоль длины объекта 38 (номера строки развертки) и длине объекта 38, измеренной при каждом измерении его поперечного размера, а

55

по окончании каждого кадра развертки - данные о минимальном поперечном размере (шейке) объекта 38 и его координате (номере строки развертки), а также о длине объекта 38, измеренной одновременно с измерением его минимального поперечного размера. Эти данные выдаются на визуальные приборы, цифропечатающие устройства или ЭВМ.

Таким образом, достигается повьшзе- ние быстродействия и исключается неодновременность измерения минимального поперечного размера и длины объекта. По результатам измерений, полученных при одновременном сканировании минимального поперечного размера второго изображения объекта и длины его первого изображения, строят истинные диаграммы деформирования материалов.

ормула изобретения Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров объекта, содержащее развертывающий элемент в виде полого цилиндра с развертывающей дорожкой с отверстиями, образующими один виток винтовой линии, и синхро- визирующей дорожкой, выполненной по боковому периметру полого цилиндра и состоящей из отверстий, число которых равно числу отверстий в развертывающей дорожке, светоделительный элемент, первый оптический канал, включающий последовательно располоII

женные перед полым цилиндром призму Пехана, объектив и диафрагму, расположенный внутри полого цилиндра оптический блок и фотоприемник, второй .оптический канал, включающий после- довательно установленные перед полым цилиндром первое направляющее зеркало, оптически связанное со светодели- тельным элементом, второй объектив, второе и третье направляющие зеркала и вторую диафрагму, размещенный внутри полого цилиндра второй оптический блок и второй фотоприемник, два свето- диода и третий и четвертый фотрприем- ники, которые расположены соответст- венно с внешней и внутренней стороны полого цилиндра напротив синхронизирующей дорожки и первого отверстия развертывающей дорожки, и блок обработки информации, содержащий канал измерения поперечных размеров, канал

13

измерения длины, генератор импульсов заполнения и счетчик номера строки развертки, первый вход которого соеного регистра, третий вход которого соединен 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 фотоприемника, 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 пятым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия и достоверности измерений, буферный регистр выполнен пятивходовым, первый его вход соединен с выходом первого счетчика импульсов, второй вход - с выходом счетчика номера строки развертки, а третий вход - с выходом

динен с вьЬсодом третьего фотоприемни- 5 четвертого фотоприемника, второй вход

ка, второй вход - с выходом четвертого фотоприемника, а выход является первым выходом устройстваi канал измерения поперечных размеров состоит

из первого формирователя прямоуголь- 30 первый вход выходного регистра соеных импульсов, вход которого соединен с выходом второго фотоприемника, первого счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя прямоугольных импуль- 35 сов, второй вход - с выходом третьего фотоприемника, третий вход - с. выходом генератора импульсов заполнения, а выход является вторым выходом устройства, буферного регистра, схемы 40 сравнения кодов, первый вход которой соединен с выходом первого счетчика импульсов, схемы совпадения, первый вход которой соединен с выходом схемы сравнения кодов, второй вход - с вы- 45 ходом третьего фотоприемника, и выход5 О 5

1727912

ного регистра, третий вход которого соединен 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 фотоприемника, 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 пятым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия и достоверности измерений, буферный регистр выполнен пятивходовым, первый его вход соединен с выходом первого счетчика импульсов, второй вход - с выходом счетчика номера строки развертки, а третий вход - с выходом

20

5 четвертого фотоприемника, второй вход

схемы сравнения кодов соединен с первым выходом буферного регистра, выход схемы совпадения соединен с четвертым входом буферного регистра.

динен с первым выходом буферного регистра, второй вход - с его вторым выходом, пятый вход буферного регистра соединен с выходом второго счетчика импульсов, четвертый вход выходного регистра - с третьим выходом бу- ферного регистра, третий выход выходного регистра является шестьм выходом устройства, отверстия развертывающей и синхронизирующей дорожек размещены попарно на образующих боковой поверхности полого цилиндра, а первый оптический канал установлен так, чтобы его оптическая ось пересекала полый цилиндр на уровне центров отверстий синхронизирующей Дорожки,

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повьшение быстродействия и достоверности измерений за счет автоматизации регистрации. Устройство для измерения размеров объекта содержит развертывающий элемент в виде полого цилиндра 1 с развертывающей иг.2

Редактор К.Волощук

Составитель Е.Глазкова

Техред А.Кравчук Корректор Г. Решетник

Заказ 2412/36Тираж 677Подписное

ВНИИПИ 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