Фотоэлектрический микрометр Советский патент 1989 года по МПК G01B21/10 

Фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к бесконтактным оптико-электронным устройствам автоматического контроля поперечных размеров движущихся нитевидных изделий, и может быть применено в электротехнической, радиоэлектронной, металлургической и химической отраслях промышленности для контро- ля диаметра прутков, проволоки, синтетических волокон в процессе их изготовления.

Целью изобретения является повьше- ние точности измерения за счет исклю- чения влияния погрешностей от колебаний и изгиба протяженных объектов.

На фиг. 1 представлена оптическая часть устройства; на фиг,2 - электронная часть устройства; на фиг. 3 - схематические пояснения принципа формирования сигналов светофильтрами; на фиг. 4 - графики сигналов .на элементах схемы; на фиг. 5 - схематические пояснения выбора размеров эле- ментов оптической части устройства.

Микрометр состоит из точечного источника 1 света, стабилизированного по потоку света, расположенного в фокусе крнденсора 2, непрозрачного дис- ка 3 с первым круглым светофильтром 4 и вторым кольцевым светофильтром 5, диск 3 имеет привод от синхронного электродвигателя, ось вращения диска параллельна оптической оси системы (первый светофильтр выполнен с первой полосой пропускания, второй светофильтр - с второй полосой пропускания, причем эти полосы не пере- крьшают друг друга).

По ходу пучка света расположены линза 6, светоделитель 7, выполненный в виде полупрозрачного зеркала, третий светофильтр 8 и фотоприемник 9 (относятся к измерительному кана- лу), светофильтр 8 выполнен с первой полосой пропускания, совпадающей с полосой пропускания первого светофильтра 4.

Четвертый светофильтр 10 и фотоприемник 11 относятся к контрольному каналу, светофильтр 10 выполнен с второй полосой пропускания, совпадающей с полосой пропускания второго светофильтра 5.

При этом выполняются условия

п -,п т -I- .12- . 7

D.D,L,+

(1)

Q

5

0 5

о 0

5

5

0

5

где D , ,

D

о5

от Ь

t

соответственно диаметры диска, конденсора,объектива и отверстия; расстояние от центра диска 3 до центра отверстия, в котором установлены светофильтры4 и 5.

Устройство содержит также усилители 12 и 13 и узлы 14 и 15 выборки и хранения соответственно измерительного и контрольного каналов. Вход сигнализатора 16 экстремума соединен с выходом усилителя 12 измерительного канала, а вьгход - с управляющим входом узла 14. В контрольном канале управляющий вход узла 15 соединен с выходом усилителя 13 через формирователь 17 и дифференциатор 18.

Информационные входы узлов 14 ri 15 подключены к выходу усилителя 12. Выходы узлов 15 и 14 соединены с первым и вторым входами вычислителя 19, выход которого соединен с узлом 20 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемую нить 21 помещают между конденсатором 2 и диском 3, включают устройство в сеть. Свет от источника 1 падает на конденсор 2, который формирует параллельный и однородный по сечению пучок света, падающий на диск 3 со светофильтрами 4 и 5. Пучок света, пропущенный этими светофильт- раг-ш, падает на линзу 6 и затем на светоделитель 7 и делится им на два пучка - прощедщий и отраженный.

Прошедший через светоделитель пучок света фильтруется третьим светофильтром 8, пропускающим свет в первой спектральной полосе измерительного канала, а отраженный от светоделителя 7 пучок света фильтруется четвертым светофильтром 10, пропускающим свет во второй спектральЛой

полосе контрольного канала. Сходящиеся пучки света в обоих каналах фиксируются линзой 6 на фотоприемниках 9 и 11. При вращении диска 3 светофильтры 4 и 5 пересекают тень нити, На фиг. 3 показаны разные фазы положения светофильтров 4 и 5 относительно тени 22 от измеряемой нити 21 а на фиг. 4 - форма электрических сигналов на выходах соответственно усилителя 13, дифференциатора 18, формирователя 17, усилителя 12 и сигнализатора 16 экстремума. Начало и конец процесса (фиг. 4,а и б) пересечения тени светофильтром 5 отмечается на выходе дифференциатора сигналами С и С, в формирователе формируются соответствующие этим пикам импульсы управления на контрольную выборку (фиг. 4в) непосредственно до и после затенения светофильтра 4 (на сигналы С и Cj формирователь не реагирует благодаря внутренней дискриминации) .

При наибольшем затенении светофильтра 4, когда его диаметр совпадает с осью тени (фиг. Зв) сигнализатор экстремума выдает импульс (фиг. 4д) управления на измерительную выборку, по которому узел 14 воспринимает и запоминает напряжение измерительного канала . Напряжение контрольного канала U,, и U воспринимает и суммирует узел 15 по импульсам контрольной выборки (фиг. 4в). Применение двух контрольньк выборок имеет преимущество перед одной выбор- кйй, так как при суммировании U, и 11,52. взаимно уничтожаются возможные незначительные пространственные неоднородности освещенности. Измерительное и контрольное напряжения поступают соответственно на первый и второй вход вычислителя 19, который выдает на цифровой индикатор 20 значение

,

и

(2)

и

где К - аппаратурный коэффициент.

Легко найти вид связи показаний N с измеряемым диаметром d.

При равномерной по площади диска освещаемости Е выполняются соотношения : сигнал при незатененном светофильтре

U,,L, Elfr ,(3)

сигнал при затененном светофильтре

U,KE(), (4)

где г - радиус светофильтра 4;

К - аппаратурный коэффициент. Подставляя (3) и (4) в (2), получают

2К

1 2 I

(5)

0

5

0

5

h. 0

5

0

5

0

Иэ (5) видно, что показание N растет с увеличением измеряемого размера d и не зависит от изменения освещен-: ности, т.е. от старения источника света.

На фиг. 5 представлены разные возможные положения нити относительно диска и светофильтров (вид со стороны источника света) в моменты, когда светофильтры пересекают тень 22 от нити. Дпя попадания тени на диаметр светофильтра 4 необходимо и достаточно выполнить условие L,L2. или , , (6) где - расстояние от центра

диска до центра отверстия;

расстояние от центра диска до тени;

некоторое малре расстояние (2-3 мм). Диаметр диска

,- Rore- h, (7) где ROTB радиус отверстия;

hn - некоторое малое расстояние

( мм). Подставляя (6) в (7), получают

D L2+RoTe h,+h, (8) т.е. выбор диаметра диска и положения центра отверстия определяется максимальной амплитудой колебания нити.

Выбор размеров светофильтра 4 определяется минимальным радиусом изгиба R, измеряемой нити, т.е. мгис- симально возможной ее кривизной в области пучка света. Исходят из того, что относительная погрешность измерения от искривления нити должна быть не более условленной величины. Пусть

I61 0,001 (9) Из геометрического рассмотрения нетрудно показать, что условие (9) выполняется при радиусах г светофильтра 4, удовлетворяющих соотношению:

sin т- .

5

и

(10)

в котором длина тени нити на светофильтре (в радианах)ограничивается условием

0,999 I i 2sin I

(П)

Из (10) и (11) можно подсчитать, что, например, для мм условие (9) выполняется при мм, а для мм - при мм.

Диаметр светофильтра 4 должен быт больше максимального измеряемого диаметра :

,e, (12) иначе светофильтр одинаково затеняется при разных измеряемых диаметрах

Формула изобретения

Фотоэлектрический микрометр, содержащий источник света, конденсор, диафрагму, фотоприемный блок и элек- тронзо-измерительный блок с узлом индикации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, диафрагма выполнена в виде установленного с возможностью вращения непрозрачного диска с отверстием ма его периферии и кольцевым и круглым светофильтрами, выполненными с первой и второй полосами пропускания и установленными концентрично в отверстии, причем внешние диаметры светофильтров равны соответственно диаметру отверстия и внутреннему ди0

5

0

5

0

аметру кольцевого светофильтра, фотоприемный блок выполнен в виде светоделителя, первого и второго фотоприемников и третьего и четвертого светофильтров, выполненных соответственно с первой и второй полосами пропускания, расположенными перед первым и вторым фотоприемниками, электронно-измерительный блок выполнен в виде первого и второго усилителей, сигнализатора экстремума, дифференциатора, формирователя, первого и второго узлов выборки, вычислителя, входы первого и второго усилителей подключены соответственно к первому и второму фотоприемникам, вход сигнализатора экстремума подключен к выходу первого усилителя, информационные входы первого и второго узлов выборки соединены с выходом первого усилителя, управляющий вход первого узла выборки соединен с выходом сигнализатора экстремума, управляющий вход второго узла выборки соединен через формирователь и дифференциатор с выходом второго усилителя, первый и второй входы вычислителя подключены соответственно к выходам первого и второго узлов выборки, а выход вычислителя соединен с входом.узла индикации.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения влияния погрешности от колебаний и изгиба протяженных объектов. Микрометр содержит вращающийся диск 3 с двумя светофильтрами 4, 5 соответственно круглой и кольцеобразной формы, что позволяет получать симметричные изображения протяженного объекта, например нити 21 при любом его положении. Кольцевой светофильтр 5 служит для фиксации появления объекта, а круглый - для получения информации о диаметре при регистрации максимального сигнала. 5 ил.

Фиг. 2

а

о)

Фи&З

Фиг.

фие.5