Устройство для измерения размеров изделий Советский патент 1990 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля и измерения движущихся на конвейере изделий одновременно по нескольким сечениям.

Цель изобретения - повышение производительности путем обеспечения оперативной перестройки устройства при смене типа контролируемого изделия.

На фиг1 изображена блок-схема устройства; на фиг,2 - вид по стрелке А на фиг,1; на фиг.З - схема фотоприемного блока; на фиг.4 - схема Формирователя измерительных интерва- лов; на фиг.5 -- схема блока связи с ЭВМ; на фиг,6 - сХема формирования сигнала при помощи фазового фильтра; на фиг.7 - таблица программирования ОЗУ; на фиг.8 - алгоритм работы ЭВМ; на фиг.9 - временные диаграммы работы первого усилителя и элементов фотоприемного блока при стирании информации; на фиг,10 - временные диаграммы работы второго усилителя и элементов фотоприемного блока при считывании информации.

Устройство (фиг.. 1) состоит из последовательно расположенных н а одной оптической оси источника 1 когерентного света, коллиматора 2 для освещения контролируемого изделия 3, объектива 4 прямого преобразования Фурье, полосового фильтра 5 пространственнь1х часТот, фазового фильтра 6, объектива 7 обратного Фурье-преобразования, фотоприемного блока 8 с линейкой 9 фотоприемников (ЛФ)., к выходу блока 8 подключены последовательно соединенные фильтр 10 низких частот, формирователь 11 входных сигналов,.формирователь 12 измерительных интервалов, узел 13 счетчиков и узел 14 связи с. ЭВМ,

35

При этом п выходов формирователя f2 измерительных интервалов соединены с соответствующими п входами узла 13 счетчиков, а п выходов узла ,13 счетчиков соединены К-разрядными 0 шинами с соответствующими входами узла 14 связи с ЭВМ, выход которого соединен двунаправленной шиной с каналом ЭВМ. Второй выход фотоприемного блока 8 соединен с вторым вхо- 5 дом F формирователя 12 измерительных интервалов, а третий выход фотоприёмного блока 8 соединен с входом готовности считывания S узла 14, три выхода которого Выбор режима 0 (WE), Выбор микросхемы (СЕ), Данные (D) соедине.ны с соответствую- ЩШ4И тремя входами формирователя 12, причем выход D узла 14 связи с ЭВМ соединен с .формирователем 12 шиной данных, содержащей п проводников.

В состав устройства также входят последовательно соединенные фотО- приемник 15 синхросигнала Признак изделия и первый усилитель 16, по- дуч следовательно соединенные фотоприемник 17 синхросигнала Начало считывания и второй усилитель 18. Выход усилителя 16 соединен с входами R (Сброс) узла 13 счетчиков, форми- 45 рователя 12 измерительных интервалов и фотоприемного блока 8, а выход усипителяз 18 соединен с входом Разрешение считывания (С) блока 8. Контролируемое изделие 3 установлено в транспортирующем узле 19.

Для синхронизации работы устройства предусмотрены синхронизирующие отверстия 20 и 21 в.транспортирующем узле 19.

Фотоприемный блок 8 состоит из (фиг.З) последовательно включенных генератора 22 измерительных импульсов, делителя 23 частоты, фо.рмирова- теля 24 сигналов угтрявления линейкой

55

фо Ьприемнплг)в, узла 25 усилителей сигналов управления, усилителя 26. сигналов (ЛФ), подключенного к ЛФ 9 Каждый из шести выходов формирователя 24 сигналов управления Л соединен с соответствуюпдим входом усилителя узла 25 усилителей сигналов управления, состоящего из шести одинаковых усилителей, а каждый из шести выходов узла 25 усилителей соединен с соответствующими одним из шести входов ЛФ 9. В состав фотоприем- ного блока 8 также входят RS-триг- геры 27 и 28. Входы R триггеров 27 и 28 подключены соответственно к второму и третьему выходам ЛФ 9, а S- входы (Установка) триггеров 27 и 28 являются соответственно R- иС- входами блока 8. Выходь триггеров 27 и 28 соединены соответственно с вторым и третьим входами формирователя 24 сигналов управления ЛФ. Выходы усилителя 26 сигналов ЛФ, гене- .ратора 22 измерительных импульсов и триггера 28 являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока 8.

Формирователь 12 измерительных интервалов (фиг.4) состоит из последовательно соединенных одновибратора 29, логического элемента ИЛИ 30, счетчика 3t, оперативного запоминающего блока (ОЗУ) 32. Вход одновибратора 29 является первым входом фор- миройателя 12, а выход счетчика 31 соединен с адресным входом А ОЗУ 32. адресной шиной с количеством разрядов в шине, необходимые для передачи в параллельном двоичном коде числа 4п, где п - Число контролируемых размеров. Второй вход (R) счетчика 31 является входом R формирователя 12, второй вход логического элемента ИЛИ 30 является входом СЕ формирователя 12, а выход элемента 30 связан с входом СЕ ОЗУ 32. Входы WE и D ОЗУ 32 являются соответствующими входами формирователя 12 измерительных интервалов. В состав формирователя 12 Также входят делитель 33 частоты на два, вход которого является входом F формирователя 12, логические элементы И 34 - 37 (всего 2п элементов) и логические элементы ИЛИ 38 и 39, Первый вход каждого из логических элементов И 34 - 37 соединен с соответствующим выходом ОЗУ 32 (всего 2п выходов). Вторые входы I

13856 6

логических элементов 34 и 36 И (п элементов), первые входы которых подключены к нечетным выходам ОЗУ 32, соединены с выходом делит еля 33 частоты. Вторые входы логических элементов И 35 и 37 (п элементов), первые входы которых подключены к четным выходам ОЗУ 32, соединены с

,Q входом F формирователя 12. Выходы логических схем И 34, 35 и 36, 37 попарно соединены с входами логических схем ИЛИ 38 и 39, выходы которых являются выходами формирователя

, 12 измерительных интервалов (всего п выходов).

20

5

0

5

0

5

O

5

Узел 14 связи с ЭВМ (фиг.5-) сое- тоит из логического узла 40, узла

41приемопередатчиков, RS-триггера 42, логической ячейки И 43, регистра 44 выбора режима работы ОЗУ и мультиплексора 45 данных счетч1жов. Вход логического узла 40 является входом узла 14 связи с ЭВМ, через который осуществляется обмен информацией с каналом ЭВМ. Данный вход также связан двунаправленной шиной

с входом (выходом) узла 41 приемопередатчиков. Первый вход (S) RS- триггера 42 является входом S узла 14, второй вход (R) триггера 42 подсоединен к первому выходу логического узла 40, а выход триггера

42подключен к первому входу логической ячейки И 43. Второй вход ячейки И 43 подсоединен к второму выходу логического узла 40, а выход ячейки И 43 соединен с первым входом узла 41. Третий выход узла

40является выходом СЕ узла 14, четвертый выход связан с первым входом регистра 44, второй вход которого соединен с первым выходом узла

41приемопередатчиков, а пятый выход логического узла 40 подключен к первому входу мультиплексора 45. Выход регистра 44 является выходом Е блока 14. Выходная шина узла 41 является выходом D блока 14 связи, а К-раз- рядный вход узла 41 соединен шиной с соответствующими выходными разрядами, мультиплексора 45, п К-разрядных входов которого являются соответствующими входами блока 14 связи с ЭВМ. Устройство работает следующим образом.

Пучок света от когерентного источника 1 непрерьшного или импульcHoro излучения расширяется коллиматором 2 и освещает движус1ееся со скоростью V в направлении Y измеряемое изделие 3, установленное в транспортирующем узле 19, причем изделие проходит в передней фокальной плоскости объектива . Транспортирующий узел может быть роторного типа. Объектив 4 из теневого изображения формирует в задней фокальной плоскости объектива 4 дифракционную картину Фраунгофера, соответствующую его двумерному спектру пространственных частот. В этой же плоскости установлен амплитудный полосовой фильтр 5 пространственных частот в виде двух щелей, который подавляет низкие и ограничивает высокие пространственные частоты. Непосредственно за фильтром 5 расположен фазовый фильтр 6 в виде полуплоскости, сдви- г чющей фазу световой волны на н в одной из щелей фильтра 5 относительно другой. Фазовый фильтр может быть выполнен из двух стеклянных пластин с разностью оптических толщин в , где Л - длина волны света; k- О, 1, 2... . В результате такой фильтрации в задней фокальной плоскости объектива 7 формируется сконтуренное (по координате X) озображение исходного изделия 3 - его световой контур 46 (фиг.2), причем благодаря фазовому фильтру 6 профиль контура имеет одинарный вид При движении изделия 3 элементы его светового контура 46 (фиг.2) последовательно проходят поперек ЛФ 9 перпендикулярно его продольной оси Z. В качестве ЛФ 9 может быть использовано фотоприемное устройство, работающеее в режиме накопления сигнала. Световые сигналы (фиг.ба) регистрируются на элементах 47 ЛФ 9 (фиг.66) в виде распределения заряда Q вдоль оси Z (фиг.бв). После завершения регистрации световых сигналов на ЛФ осугцествляется ее считывание. Выходной сигнал фотоприемного блока 8 подвергается фильтрации в фильтре 10 низких частот. Частота среза фильтра выбирается равной f - где тактовая частота опроса элементов ЛФ 9 С выхода фильтра 10 сигнал (фиг.бг)

поступает на вход формирователя 11 входных сигналов. Выходной си1 нал формирователя 11 Цф представляется в логических уровнях цифровых микросхем с длительностями импульсов, соответствующими пересечению некоторого порогового значения U постоянного напряжения с входным сигна- лом Urn формирователя 11 входных

сигналов (фиг.6г,д). С выхода формирователя 11 сигнал поступает на вход одновибратора 29 формирователя 12 измерительных интервалов. В фор- мирователе 12 измерительных интервалов осуществляется разделение входной импульсной последовательности на пары импульсов,соответствующих одному сечению. Всего выделяет- 0 ся п пар импульсов (фиг.6е,ж,з). Импульсы 48 и 49 сформированы от световых сигналов контуров 1-го сечения, 50 и 51 - 2-го сечения и 52 и 53 - 3-го сечения. В формиро- 5 вателе 12 также выделяются временные промежутки между указанными парами импульсов , где i - номер контролируемого сечения (фиг.бе,ж,з). Разделение необходимых импульсов и ин- 0 тервалов производится с помощью ОЗУ 32.

Использование связанного с ЭВМ ОЗУ 32 для формирования необходимой временной диаграммы сигналов на выходе формирователя 12 измерительных интервалов позволяет оперативно перестраивать предлагаемое устройство для измерения геометрических размеров различных изделий. На нечетных вькодах ОЗУ 32 выделяют40

ся временные интервалы, соответствующие парам импульсов (/if, например на первом выходе с (,, , t-. третьем Dj.i , г,г и т.п. для всех п

размеров..На четные ОЗУ выводятся интервалы между соответствующими парайи импульсов, например на втором выводе интервал с,,э, на четвертом интервал г.з и т.п. В ло гических элементах И (четных) 34,

36производится заполнение выделенных интервалов измерительными метками частотой /2, в элементах И 35,

37- метками частотой f. Измеритель- 55 ные метки частотой f поступают на

формирователь 12 через вход F с фотоприемного блока 8. Деление частоты на два осу1иеств ляется в делите9

ле 33. На элементах ШМ 38, 39 производится объединение меток с частотой f/2 и f, таким образом на выходах формирователя 12 имеют место пачки измерительных меток длительностью С, (« {2.+ i3 причем интервалы С, и С ; заполняются метками f/2, а с) метками с частотой f. На фиг.би приведена для примера диаграмма сигнала с третьего вывода формирователя 12. Каждый из п выходов формирователя 12 соответствует определенному сечению изделия 3. Число меток N в выходных пачках пропорционально длительности временных интервалов Т; между серединами соответствующих входных импульсов формирователя 11 входных сигналов (фиг.бг Т,, Т, Т,,). Информация в ОЗУ 32 записывается по входной шине D от ЭВМ через узел 14 связи. На фиг.7 приведена информация в битах, записанная в ОЗУ для случая измерения изделия в трех сечениях с указанной на фиг.ба конфигурацией Режим записи или считывания опреде- ляется входным сигналом ОЗУ WE и. задается от ЭВМ через узел 14 связи (режим записи соответствует низкому логическому уровню WR). Выбор данной микросхемы ОЗУ производится входным сигналом СЕ переводом его в состояние с низким логическим.уровнем, причем в режиме программирования ОЗУ сигнал СЕ подается от ЭВМ, а в режиме измерения размеров - от одновибратора 29, который формирует узкие импульсы с высоким логическим уровнем в моменты нарастания и спада его входного сигнала (фиг.бк). Объединение сигналов СЕ производится логическим элементом ИЛИ 30. По переднему фронту выходных импульсов элемента ИЛИ 30 содержимое счетчика 31 увеличивается на 1, а по спаду этих импульсов производится запись (считывание) данных в (из) ОЗУ 32. Счетчик 31 выполняет функцию адресного счетчика для ОЗУ 32.

Каждая из пачек меток поступает с выхода формирователя 12 измерителных интервалов на вход соответствующего счетчика импульсов узла 12 счетчиков.

С выхода узла 13 счетчиков информация о длительности интервалов Т| в виде соответствующих чисел N/ поступает по п К-разрядньм шинам Ц9

85610

вход мультиплексора 45 узла 14 связи с ЭВМ. Данный мультиплексор последовательно (поразмерно) коммутирует данные со счетчиков Eta входы-прие- мо-передатчиков узла 41, которые затем вводятся в ЭВМ через канал связи. Управление мультиплексором производится с логического узла 40. Узел 41 приемопередатчиков обеспечивает связь внешних устройств (по отношению к ЭВМ) с ЭВМ. Через него осуществляется передача данных в ОЗУ формирователя 12, установка режима 5 работы ОЗУ (сигнал WE) посредством фиксации режима в регистре 44, передача данных с мультиплексора 45 в канал ЭВМ и опрос с ЭВМ регистра разрешения (в данном случае логичес- 0 кого элемента 43) ввода данных со счетчиков узла 13, Логический узел 40 обеспечивает выбор программнодо- ступных регистров пользователя, в качестве которых можно рассматривать 5 триггер 42, ячейку И 43, ОЗУ 32, мультиплексор 45. При обращении от ЭВМ к ячейке И 43 проверяется готов-- ность контрольного устройства к вводу данных Б ЭВМ (т.е. информация 0 о счетчиках 13 накоплена и готова к обработке). Сигнале ячейки И 43 проходит в ЭВМ через узел 41 при наличии соответствующего разрешения от триггера 42 только после окончания считывания информации с ЛФ 9. Установка триггера 42 производится по входу S сигналом с фотоприемного блока 8, а сброс - по входу R сигналом от ЭВМ через логический узел О 40. При обращении от ЭВМ к ОЗУ по линии СЕ производится ввод (вывод) данных в (из) ОЗУ 32. По четвертому выходу узла 40 подается сигнал записи в 44 потенциала, определяющего режим работы ОЗУ 32 (WE), подаваемого через узел 41 от ЭВМ. По пятому выходу узла 40 производится выбор коммутируемого в мультиплексоре 45 канала. Основные JQ функции ЭВМ в предлагаемом устройстве сводятся к выполнению по заданной программе арифметических и логических операций (фиг.8).

В качестве вычислительной машины можно использовать ЭВМ Электрони- к.а-60. Вычисление размеров предлагаемого устройства производится по выражению D{ СС N,, где Об - калибровочный коэффициент, учитываю5

45

1.1

пщй масштаб изображен11Я, размерност Коэффициент oi устанавливается для устройства один раз на стадии испытаний прибора по выражению

-1 DI ОБР.

Г;7бр овр,- значение размера образцового изделия (аттестованного); N; Qgp - значение числа N{, зафиксированное соответствующим счетчиком узла 13 при калибровке прибора.

Контроль изделий осуществляется путем сравнения полученных при измерении значений В; о предельными значениями, установленными на чертеже данного изделия (, В;). Вывод информации из ЭВМ осуществляется на дисплей на регистрирующее устройство. Постоянные величины

1 ми DIMOIKC J Об и т.п. могут

I)

храниться в ПЗУ ЭВМ либо записывать-- ся с клавиатуры. PacCMoTptiM подробнее работу фотоприемного блока 8 и истемы синхронизации устройства. Перед поступлением контролируемого изделия 3 на измерительную позицию через отверстие 20 транспортирующего узла 19 на фотоприемнйк 15 попадает световой сигнал. В усилителе 16 электрический сигнал Признак изде- . дня с фотоприемника усиливается до величины логических уровней напряжения (фиг.9а) и далее поступает на входы R формирователя 12 и узла 13, где производит сброс счетчиков узла 13 и адресного счетчика 31 в формирователе 12 измерительных интервалов, а также через вход Rфотоприемного блока 8 на вход S RS-триггера 27. На выходе данного триггера устанавливается высокий логический потен- циа;1 (фиг.96), по которому в формирователе 24 сигналов управления ЛФ из тактовых импульсов (Аиг.9в) начинает формироваться последовательность сигналов по фазам записи г , ог соответствии с диаграмами, приведенными на .фиг.9г,д,е. Эти сигналы с трех выходов формирователя 24 усиливаются в трех идентичных усилителях 25 мощности и поступают на соответствующие входы Ф 9. При подаче на ЛФ приведенной а фиг.9г,д,е последовательности сигналов (рт. осуществляется стирание предшествующей информации на элементах ЛФ путем заряда емкости фотодиоов до некоторого постоянного на20

3856 12

,пряжения. По окончании стирания информации в элементах.в ЛФ 9 формируется сигнал UK.-L окончания записи

(фиг.9ж), который поступает с второго выхода ЛФ 9 на вход R RS-триггера 27, после чего Логический уровень напряжения на его выходе изменяется до нижнего значения, и формирователь

10 24 сигналов управления прекращает формирование импульсов , Далее следует процесс накопле,ния информации на элементах ЛФ 9, поступающей от световых сигналов, соответствующих

15 контуру 46 изделия 3. После прохода изделия 3 по измерительной позиции через отверстие 21 в транспортирующем узел 19 на фотоприемник 17 попадает световой сигнал. В усилителе 18 электрический сигнал Разрешение считывания с фотоприемника 17 усиливается до величины логических уровней напряжения (фиг.Юа) и далее поступает через вход С фотоприемного

25 блока 8 на вход S RS-триггера 28. На выходе данного триггера устанавливается высокий логический потенциал (4мг.106), по которому в формирователе 24 сигналов управления

30 ЛФ начинает формироваться последовательность сигналов по фазам считывания Ф, j Pac ос в соответствии с диграммами, приведенными на фИг.Юв, г,д. Эти сигналы с 4,-5,-6-го выхоJC дов формирователя 24 усиливаются в трех идентичных усилителях мощности узла 25 усилителей и поступают на соответствующие .входы ЛФ 9. При подаче на ЛФ приведенных на фиг.Юв,

40 г,д последовательностей сигналов с осуществляется считывание зарегистрированной информации на выход ЛФ У, Считанный сигнал имеет вид, приведенный на фиг.бв, но в координатах

д5 и и с.. По окончании считывания информации с элементов фотоприемника в ЛФ 9 формируется сигнал окончания считывания (фиг.Юж), который с .третьего выхода ЛФ 9 поступает, на

50 вход R RS-триггера 28, после чего логический уровень напряжения на его выходе изменяется до нижнего значения, и формирователь 24 сигна- лов управления прекращает формироваcj ние импульсов с- Сигнал с выхода RS-триггера 28 также поступает через вход S узла 14 связи с ЭВМ на вход S триггера 42 устанавливает его в единичное состояние и разре13

ает проход сигнала через ячейку 43 от ЭВМ, который подтверждает готовность контрольного устройства к вводу данных в ЭВМ и их обработке. Выходной сигнал ЛФ 9 усиливается в усилителе 26.

В качестве усилителя 26, а также усилителей 16 и 18 синхросигналов можно использовать операционные усилители К544УД1АБ КО.348.257.ТУ.

Каждый усилитель узла 25 усилителей сигналов управления может быть построен по известной схеме.

Управление формирователем 24 производится по сигналам от RS-триг- геров 27 и 28, а тактирование работы - по сигналу от делителя 23 частоты. На вход делителя 23 подается импульсный сигнал от генератора 22 измерительных импульсов. Частоту работы генератора выбирают исходя из условия необходимой точности определения контролируемых размеров. Целесообразно выбирать ее равной не менее lOf, при этом определение размера производится точнее, чем величина шага элементарных фотоприемников.

Формула изобретения

Устройство для измерения размеров изделий, содержащее когерентный источник света и установленные по ходу светового луча коллиматор, объективы прямого и обратного Фурье-преобразований с установленными между ними полосовым фильтром пространственных частот и фазовым фильтром, а также фотоприемный блок, содержащий фоточувствительный элемент, фор- мирователь входных сигналов, форми- -.рователь измерительных интервштов, узел счетчиков, узел связи с ЭВМ, два канала синхронизации, толщина фазового фильтра скачкообразно из

.

3856

меняется относительно его оси симметрии на величину

2k + 1

Я,

где Д - длина волны источника света, k 0, 1,2 ...,отличаюЕце- е с я тем, что, с целью повышения производительности устройства путем

обеспечения оперативной перестройки устройства при смене типа контролируемого изделия, оно снабжено фильтром низких частот, фоточувствительный элемент фотоприемного блока выполнен в виде линейки фотоприемников с накоплением сигнала, вход фильтра низких частот соединен с первьм выходом фотоприемного блока, а выход - г входом формирователя

входных сигналов, выход которого соединен с первым входом формирователя измерительных интервалов, второй и третий выходы фотоприемного блока соединены соответственно с

вторым входом формирователя измерительных интервалов и входом Готовность считывания узла связи с ЭВМ, выходы Выбор режима работы, Данные, и Выбор микросхемы запоминающего устройства узла связи с ЭВМ связаны с соответствующими входами формирователя измерительных интервалов, входы узла связи с ЭВМ шиной соединены с выходами узла счетчиков, первый канал синхронизации содержит фотоприемник синхросигнала признак изделия и усилитель,соединенный с ним, выход которого соединен с входами Сброс фотоприемного блока, формирователя измерительных итервалов и узла счетчиков, второй канал синхронизации содержит фотоприемник синхросигнала Начало считывания и усилитель, соединенный

С НИМ, ВЫХОД КОТОРОГО соединен с

входом Разрешение считывания фотоприемного блока.

ВидА Ы1

I I | |..гГ

1 11111 |Ц|111шИ|||||| I

тг

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля и измерения движущихся на конвейере изделий одновременно по нескольким сечениям. Цель изобретения - повышение производительности путем обеспечения оперативной перестройки устройства при смене типа контролируемого изделия. Устройство содержит когерентный источник 1 света и установленные по ходу светового луча коллиматор 2, объективы прямого 4 и обратного 7 Фурье-преобразований с установленными между ними полосовым фильтром 5 пространственных частот и фазовым фильтром 6, фотоприемный блок 8 с линейкой 9 фотоприемников, работающих в режиме накопления сигнала, фильтр 10 низких частот, формирователь 11 входных сигналов, формирователь 12 измерительных интервалов, узел 13 счетчиков, узел 14 связи с ЭВМ и два канала синхронизации. На фотоприемном блоке 8 за цикл накапливается информация о всех сечениях движущегося изделия, а затем при считывании выделяются пары импульсов, расстояние между которыми в каждой паре пропорционально соответствующему размеру. 10 ил.

Фиг.2

Фиг. 4

Фиг.З

Фиг.1

(HQ

Начало

ввод of, n,

ни in

/

r-,

Запись 6 регистр fi Высокого лог, уровня

Опрос f) 3

BSod постоянных Велики

Устано8(а /( работы ОЗУ 32 формирователя 12 на 1 тение информации

Запись О 6 регистр ЭВМ

Проверка предгю/га аемого устроОст&а но готовность ввода даннь1Л с узла cve/nvu/foS 13 6 ЭВМ

Фиг.8 (лист)

Сброс т риг гера 2 блона 1

Контроль pa we pa Di

К содержимому регистра ЭВМ прибавить i

Контроль KOflu tecmba измеренных размеров

Процесс измерения и контроля занониен ввод даннь1х В ЭВМ L. запреи4ён

Переход к измерению следующего изделия

Щиг.8 лист2)

и,

0

, Признак изделии