Способ измерения геометрических размеров прозрачных труб и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01B21/00 

1

(21)4335035/24-28

(22)24.11.87

(46) 23.11.89. Бюл. № 43

(71)Киевский политехнический институт им, ,50-летия Великой Октябрьской социалистической революции

(72)В.Ф.Гришко и С.Д.Хомук (53) 531.7 (088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР № 945648, кл. G 01 В 11/08, 1980.

Sraithgall D.H. Light scattering medel for -the determination of fiber location in silij;one coatings. - Applied optics, 1982, v.21, № 7, P. 1326-1331.

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПРОЗРАЧНЫХ ТРУБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения влияния изменений показателя преломления на результат измерения. Измеряемую трубу 30 освещают рассеянным вокруг нее светом, полученным от источника 1 излучения и рассеивателя 2. С помощью объектива 5 формируют изображение трубы 30 в плоскости регистрации фотоприемника 6, выходной сигнал которого обрабаты

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения влияния изменений показателя преломления на результат измерения. Измеряемую трубу 30 освещают рассеянным вокруг нее светом, полученным от источника 1 излучения и рассеивателя 2. С помощью объектива 5 формируют изображение трубы 30 в плоскости регистрации фотоприемника 6, выходной сигнал которого обрабатывается блоком 7 управления и индикации. Блок 7 осуществляет управление приводами 28 и 29 подвижных ослабителей 3 и 4. В начальный момент ослабители 3 и 4 находятся в крайних положениях, соответствующих максимальному размеру рассеянного светового потока, освещающего измеряемую трубу. При начале измерения ослабители 3 и 4 последовательно ограничивают поток лучей, входящих в трубу. При определенных положениях ослабителей 3 и 4 на изображении образуются темные полосы. Блок 7 фиксирует момент их появления и расстояния между ними, по которым вычисляют значения измеряемых параметров. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

(Л

ел

Is5

СО

вается блоком 7 управления и индикации. Блок 7 осуществляет улравл.-энме приводами 28 и 29 подвижных ослабителей 3 и 4. В начальный момент ос- лабители 3 и 4 находятся в крайних положениях, соответству.ющих максис

мальному размеру рассеянного светового потока, освежающего измеряемую трубу. При начале измерения ослабите-

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения внутреннего и внешнего диаметров прозрачных труб.

Цель изобретения - Ьовышение точности измерений геомеч-рических размеров прозрачных труб за счет исключения влияния изменения показателя преломления на результат измерения.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для реализации из- ереиия геометрических размеров прозрачных труб; на фиг. 2 - зависимость углов входа лучей, прошедших через измеряемый объект, от координат выхо/1,а их из объекта параллельно линии регистрации и сигналы на выходе фотопрчем пика при различных углах входа лучей в объект; на фиг. 3 - зависимости углов входа лучей, прошедших чере:: .измеряемый объект, от координат выхо;1,а их из объекта параллельно .линии регис г- рации для различнь ; соотношений внутреннего и вне1янег о диаметров; на фиг, 4 - зaьиcи ocти углов входа лучей, прошедших через измеряемый объект, от координат выхода их из объекта параллельно линии регистрации для различных значен П1 показателя преломления материала объекта; на фиг.5- временпые диаграммы работы устройст- ва.

Устройство, реализующее способ, содержит оптически связанные источник 1 излучения, выполненный, например, в виде пяти ламп накаливания, рассе- иватель 2 в виде усеченного цилиндра, ось которого перпендикулярна плоскости излучения света, ослабители 3 и 4, расположенные симметрично относительно линии регистрации с возможностью перемещения один навстречу друго- му - вокруг оси рассеивателя 2, объектив 5, фотоприемник 6, блок 7 управЛенин и индикации, злектрические вы

ли 3 и 4 последовательно ограничивают поток лучей, входя ц;1х в трубу. При определённых положениях ослабителей 3 и 4 па изображении образуются темные полосы. Блок 7 фиксирует момент их появления и расстояния между ними, по которым вычисляют значения измеряемых параметров. 2 с.п,ф-лы, 5 ил.

5

0

5 - 3545

50 55

40

.ход и вход фотоприемника б соединены с соответствующими входом и выходом блока 7 управления индикации, содержащего инвертор 8, BX-ii которого подключен к выходу фотоприемника Ь, триггер 9, счетный вход которого подключен к входу инвертора 8, триггер 10, счетный вход которого подключен к прямому выходу триггера 9, триггер 11. счетнырг вход кот . рого подключен к прямому выходу триггера 10, триггер 12, счетный вход которого подкл очзн к выходу инвертора 8, триггер 13, счетный вход которого подключен к п,. ;мому выходу триггера 12, триггер 14, счетный вход которого подключен к прямому выходу тригте- Рй 13, элемент И 15, первый и второй Bxojzbi которого подключены соответст- ncf4;u к прямому выходу триггера 9 и инверсному выходу триггера 10, зле- кент И 16, первый и второй входы которого подключены соответственно к прямым выходам триггеров 11 и 14, по- следователт но соединенные счетчик 17, вход разрешения счета которого подключен к выходу элемента И 15, регистр 18 и индикатор 19, последовательно соединенные счетчик 20, вход разрешения счета которого подключен к выходу элемента И 16, регистр 21 и индикатор 22, элемент И 23, первый вход которого подключен к входу ин- вертора 8, счетчик 24, счетный вход которого подключен к выходу элемента И 23, триггер 25, установочный вход R которого подключен к выходу счетчика 24 и тактовым входам регистров 18 и 21, а прямой выход подключен к второму входу элемента И 23, генератор 26, выход которого подключен к счетным входам счетчиков 17 и 20, и синхронизатор 27, первый выход Начало цикла которого подключен к установочным R-входам триггеров 9-14,

51

счетчиков 17, 20 и 24 и к первому выходу блока 7, а второй выход Начало измерения подключен к установочному входу S триггера 25 и к вт о- рому выходу блока 7. Второй выход последнего подключен к приводам 28 и 29, выходы которых соединены с ослабителями 3 и А. Измеряются внутренний и в йешний диаметры прозрачной трубы 30.

Способ осуществляется следующим образом.

Световым потоком от источника 1 излучения, рассеянным с помощью рас- сеивателя 2, облучают прозрачную трубу 3Q, причем размер светового потока, освещающего трубу 30, изменяют с помощью ослабителей 3 и 4, синхронно движущихся симметрично относи- тельно плоскости, проходящей через линию регистрации и ось трубы 30, совпадающую с осью рассеивателя 2. Объективом 5 формируют изображение прозрачной трубы 30 в плоскости ре- гистрации. Фотоприемник 6 преобразует изображение трубы 30 в злектриче- ский сигнал. При определенных положениях ослабителей 3 и 4 на изображении объекта появляются темные поло сы. Блок 7 управления и индикации фиксирует момент появления четырех темны : полос на изображении объекта |И расстояние между ними. По расстоя- Ч1ИЮ между темными полосами вычисляются геометрические параметры измеря емой трубы.

На фиг. 2 приведены сигналы для различных положений ослабителей 3 и 4. Положения последних определяют предельные углы 9 входа в трубу 30 лучей, выходящих параллельно линии регистрации. Отсчет значений этих углов производят от Л1гнии регистрации, проходящей через источник 1 излучения, ось прозрачной трубы 30 и фотоприемник 6, до линии,проходящей через ограничивающие края ослабителей 3 и 4 и прозрачную трубу 30. При этом о гсчет по часовой стрелке при

нимают со знаком + и против часовой со знаком -.

В начальный период движения ослабителей, когда предельные углы iSn, входа лучей- в трубу 30 велики, все луч11 приходят к фотоприемнику 6 без огра)1ичений и на его выходе получают сигнал и,,соответствующий равномерной освещенности. По мере движения осла-

-Q

j 20 5 9

0

5

0

5

176

бителей 3 и 4, приводящего к уменьшению предельных углов входа в трубу 30 лучей, выходящих параллельно линии регистрации, происходит ограничение ввода части лучей, углы входа которых превьииают предельные. Отсутствие ограниченных лучей обусловливает появление темных полос на изображении трубы. При положениях ослабителей, определяющих предельные углы входа лучей в трубу 30, образуются две темные полосы на изображении, что соответствует сигналу и на выходе фотоприемника 6, при предельных углах входа ± 9п образуются четыре темные полосы, что соответствует сигналу Uj на выходе фотоприемника 6. Значения внутреннего и в нешнего диаметров прозрачной трубы 30 определяют в момент появления на фотоприемнике 6 четырех темных полос. В этом случае расстояние между внешними краями темных полос (фиг.2) соответствует внешнему диаметру D прозрачной трубы 30, а расстояние между двумя внутренними темными полосами соответствует внутреннему диаметру d. Появление темных полос, соответствующих внутреннему диаметру, объясняется отсутствием части лучей, прошедших через стенки трубы 30 и ее внутреннее отверстие, и лучей, прошедших через стенки трубы и полностью отразившихся на границе внутреннего отверстия, вследстг вие ограничения их ослабителями 3 и 4. Местоположения лучей, выходящих из прозрачной трубы 30 параллельно линии регистрации, связано с углами входа этих лучей в прозрачную трубу 30 относительно линии регистрации зависимостей:

XX

о 2(arcsin - arcsin +

а п а

XX

+ arcsin -- - arcsin --- ); (1) n- bb

X

(arcsin 1-arcsin +

.x / ЛЧ

+ arcsin -- - arcsin --- ); (2) n«b b

(arcsin - - arcsin -g- ),(3)

где 0. - угол входа лучей, проходящих через две стенки трубы 30 и внутреннее отверстие (кривые 1 и 1, фиг.2); QI- угол входа лучей, проходящих через стенки трубы 30

и испытывающих явление полного внутреннего отражения границе внутреннего отверстия трубы 30 (кривые 2 и 2, фиг.2);

б,- угол входа лучей, проходящих только через стенку трубы 30 (кривые 3 и 3 , -фиг. 2);

п - показатель преломления материала трубы 30 (показатель преломления окружающей среды трубы 30 воздуха и внутреннего отверстия равен 1) ;

а и b - внутренний и внешний радиусы прозрачной трубы,30; X - координаты выхода относительно линии регистрации лучей, прошедших через трубу 30 и выходящих параллельно линии регистрации. На фиг. 3 приведены графики, построенные по уравнениям (1)-(3) для 25 различных соотношений внутреннего (а,, aj) и внешнего диаметров.

15

20

30

40

Следует отметить, что максимум углов входа лучей для координат ±Ь по абсолютной величине болыпе максн 1умоБ углов в точках ia ,, la и +д. . Таким образом при движении ослабителей 3 и 4 сначала появляются темньк; гк,- лосы, соответствую1г ие внешнему диаметру, а затем темные полосы, соответствующие внутренним диаметрам, 5

Положения максимумов углов входа лучей для труб 30 с фиксированным соотношением внутреннего и внешнего диаметров не зависят от значения показателя преломпенил трубы.

Кривая 4 построена при п 1,8, кривая 5 - п 1,5, кривая 6 - п 1,2 (фиг.4). Поэтому результат измерения внутреннего диаметра по предлагаемому способу не зависит от измерения пока- зателя прелокпеиия материала трубы.

Сигнал с выхода фотоприемника 6 фиксируют с помощью блока 7, диаграммы напряжения ко-горого приведены на фиг. 5. В сигнале 1 соответствует 50 наличию лучей в :1учке света, а О - отсутствию лучей. На фиг. 5 - показана работа блока 7 в момент появления на входе фотоприемника 6 четьфех -гемгеров 9 и 10 элемент 15 И формирует сигнал Н,., длительность которого пропорциональна внутреннему диаметру трубы 30. Из сигналов И , и И, триггеров 11 и 14 элемент И 16 формирует сигнал И, , длительность которого пропорциональна внешнему диаметру тру бы 30. Численности импульсов, пропор JQ циональные внутреннему и внешнему

диаметрам трубы 30, подсчитывают соот ветственно, счетчики 17 и 20. Подготов ка блока 7 к приему четырех импульсов осуществляет сигнал Иц начала измере ния с выхода синхронизатора 27, который в момент начала движения ослаби- . телей 3 и 4 из крайних положений, соответствующих максимально возможным углам 9 входа лучей в прозрачную трубу 30, устанавливает RS-триггер 25 в состояние 1, что обеспечивает прохождение импульсов с выхода фотоприемника 6 через злемент И 23 на вход счетчика 24. Если в течении цик ла измерения, задаваемого сигналом Ццц счетчик 24 насчитывает меньше четьфех импульсов, сигнал на его выходе отсутствует. В момент поихода четырех импульсов в течение одного цикла на выходе счетчика 24 формируется сигнал, который осуществляет перенос значения числа импульсов из счетчиков 17 и 20 соответственно в регистры 18 и 21, а также устаиавли- рает RS-триггер 25 в состояние О, что запрещает дальнейшее прохождение импульса с выхода фотоприемника 6 на вход счетчика 24 до возвращения ослабителей 3 и 4 в исходное положение. Результаты измерения внутреннего и внешнего диаметров прозрачной трубы 30 индицируются соответственно индикаторам 19 и 22.

Формула изобретения

17, 20 и 24. Из сигналов Ис,иИ,о триг-размера светового потока производят

5

5

0

0

0

5

геров 9 и 10 элемент 15 И формирует сигнал Н,., длительность которого пропорциональна внутреннему диаметру трубы 30. Из сигналов И , и И, триггеров 11 и 14 элемент И 16 формирует сигнал И, , длительность которого пропорциональна внешнему диаметру трубы 30. Численности импульсов, пропор Q циональные внутреннему и внешнему

диаметрам трубы 30, подсчитывают соответственно, счетчики 17 и 20. Подготовка блока 7 к приему четырех импульсов осуществляет сигнал Иц начала измерения с выхода синхронизатора 27, который в момент начала движения ослаби- . телей 3 и 4 из крайних положений, соответствующих максимально возможным углам 9 входа лучей в прозрачную трубу 30, устанавливает RS-триггер 25 в состояние 1, что обеспечивает прохождение импульсов с выхода фотоприемника 6 через злемент И 23 на вход счетчика 24. Если в течении цик ла измерения, задаваемого сигналом Ццц счетчик 24 насчитывает меньше четьфех импульсов, сигнал на его выходе отсутствует. В момент поихода четырех импульсов в течение одного цикла на выходе счетчика 24 формируется сигнал, который осуществляет перенос значения числа импульсов из счетчиков 17 и 20 соответственно в регистры 18 и 21, а также устаиавли- рает RS-триггер 25 в состояние О, что запрещает дальнейшее прохождение импульса с выхода фотоприемника 6 на вход счетчика 24 до возвращения ослабителей 3 и 4 в исходное положение. Результаты измерения внутреннего и внешнего диаметров прозрачной трубы 30 индицируются соответственно индикаторам 19 и 22.

Формула изобретения

путем его перекрытия симметрично относительно линии регистрации со стороны плоскости регистрации, прое- Щ1РУЮТ прошедший через трубу световой поток в плоскость регистрации, фиксируют момент появления в плоскости регистрации темных полос, а опре деление геометрических размеров производят по расстоянию между темными полосами.

женными между источником излучения и фотоприемником оптически связанными рассеивателем света, расположенным симметрично первому ослабителю относительно линии регистрации вторым подвижным ослабителем с приводом и объективом, рассеиватель света выполнен в виде усеченного параллельно 10 образующей цилиндра, размещаемого

так, что его ось совпадает с осью измеряемой трубы, ослабители установлены с возможностью встречного перемещения по окружности, OCJ3 которой 5 совмещена с осью рассеивателя, первый

выход блока управления и инди1Сации

подключен к управляющему входу фотоприемника, второй выход блока управления подключен к входам приводов первого и второго подвижных ослабителей.

Фиг.г

Фиг. 5